JP2014520741A - 熱安定性が強化されたセリア、ジルコニア、アルミナ組成物 - Google Patents

熱安定性が強化されたセリア、ジルコニア、アルミナ組成物 Download PDF

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Abstract

本発明は、(A)アルミニウムの酸化物、セリウムの酸化物、及びジルコニウムの酸化物を含む組成物の作製方法であって、(a)セリウムの金属塩、ジルコニウムの金属塩、及びアルミニウムの金属塩の混合物を含み、任意でセリウム以外の希土類金属の塩を1種類以上含む水溶液を作製する工程と、(b)得られた溶液に、0℃〜95℃にて塩基を加え、得られた金属塩の混合物を水酸化物またはオキシ水酸化物の状態で沈殿させる工程と、(d)工程(b)で得た懸濁水溶液を界面活性剤で処理する工程と、(e)工程(d)で得た沈殿物を単離し、その沈殿物を450〜1200℃にて処理する工程と、を含み、アルミニウム含有量が35〜80重量%の範囲であり、得られる組成物の、DIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)が、1100℃にて2時間焼成した後は55〜80m2/g、または1100℃にて20時間焼成した後は35m2/g以上であることを特徴とする方法、そして、(B)アルミニウムの、セリウムの、ジルコニウムの酸化物を含む組成物であって、アルミニウム含有量が酸化アルミニウム換算で35〜80重量%の範囲であり、当該組成物の、DIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)が、1100℃にて2時間焼成後は55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後は35m2/g以上であることを特徴とする、上記方法によって得ることができるまたは得られた組成物、を提供する。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、セリア(セリウムの酸化物)、ジルコニア(ジルコニウムの酸化物)、およびアルミナ(アルミニウムの酸化物)をベースとする、熱安定性に優れた組成物に関する。
このような組成物は、燃料エンジンやディーゼルエンジン等の燃焼エンジンにおける排気ガスの後処理の用途において、ウォッシュコートとして、例えば、触媒(主に三元触媒:TWC)の成分として使用できる。この他にも、排気流路に備えられる部品、例えば、NOxトラップ、ディーゼル酸化触媒(DOC)、ディーゼル微粒子除去フィルター(DPF)にも使用できる。
セリア−ジルコニアベースの混合酸化物とアルミナとは、自動車用途において、触媒の作製に広く用いられている。例えば、国際公開WO2008/113457に、別々に混合したセリア/ジルコニアの酸化物とアルミナ(ランタンをドープしたアルミニウム酸化物)とを導入したウォッシュコートを作製することが記載されており、この方法は確立された方法である。
しかし、他の種類の組成物材料も注目されている。主にAl23を含み、通常は他にCeO2、ZrO2を含み、また何等かの安定剤(希土類金属酸化物等)を含む場合もある、組成物材料である。
例えば、欧州特許第1,172,139号には、数種類のアルミニウム酸化物・セリウム酸化物・ジルコニウム酸化物・イットリウム酸化物・ランタン酸化物の組成物の作製と、それらの熱安定性についての記載がある。Al23/CeO2/ZrO2/Y23/La23が異なる比率で含まれる様々な組成物が記載されている。これらの物質は、対応する金属塩溶液(硝酸アルミニウムの状態のアルミナを含む)を発端とする共沈殿によって作製されることが記載されている。共沈殿を行なった後、中間体として、アルミニウム水酸化物・セリウム水酸化物・ジルコニウム水酸化物・イットリウム水酸化物・ランタン水酸化物の懸濁液が得られ、これらの懸濁液は、焼成後、対応する酸化物に変化する(8頁、1〜6行参照)。このような組成物の酸化物の表面積は、組成物中に存在するAl23の量によって決まることが記載されている。実施例10〜22においては、Al23含有量は21〜25重量%(表2に記載のモル比から計算)の範囲であり、これらの化合物を1100℃にて20時間熱処理した後の比表面積は15m2/gより小さい(14頁、表2参照)。実施例24、27、31に記載されているように、Al23含有量を増加させると、1100℃にて20時間熱処理した後の表面積の値がより大きくなることが示されている。さらに詳細には、Al23含有量が57重量%の組成物に対応する実施例24において、1100℃にて20時間焼成した後の表面積は27m2/gであることが記載されている。また、Al23含有量が63%の実施例27、31では、1100℃にて20時間焼成した後の表面積はそれぞれ31m2/gと30m2/gとであることが示されている。
日本国公開特許公報 特開2005−246177(A)では、「比較例4」において、共沈殿法によってAl23/CeO2/ZrO2複合酸化物(モル比Al23/CeO2/ZrO2=1/0.9/1.1、重量%でAl23 26部、CeO2 39.5部、ZrO2 34.5部)を作製することが記載されている。本発明の調査では、日本国公開特許公報 特開2005−246177(A)に記載の方法に従って材料を作製し、そのBETを測定した。1100℃にて2時間焼成した後のBETは6.8m2/gであり、1100℃にて20時間焼成した後のBETは4.8m2/gであった。この実験から、1100℃にて2時間焼成した後、材料の表面積が大きく減少することは明らかである。この表面積の減少は、1100℃にて20時間熱処理したときにはさらに顕著である。
中国特許第101,690,890号には、アルミニウムの、セリウムの、ジルコニウムの酸化物と希土類酸化物とを含む組成物の作製方法が記載されている。この方法は、セリウムの、ジルコニウムの、アルミニウムの金属塩と希土類の金属塩との混合物の溶液を作製する工程と、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、セチルアンモニウムブロミドまたはセチルアンモニウムクロリドから選ばれる界面活性剤を加える工程とを含む。材料を1050℃にて5時間焼成した後の表面積は35m2/gよりも大きいことが示されている。中国特許第101,690,890号に記載の方法に従って、セチルアンモニウムブロミドを界面活性剤として用い、Al23を20%、CeO2を50%、ZrO2を27.5%、La23を2.5%含む材料を作製し、本発明の調査において検証したところ、1050℃にて5時間焼成した後の表面積は24.9m2/gになることが分かった。しかし、この表面積は、材料を1100℃にて20時間焼成すると9.9m2/gまで大幅に減少する。1050℃にて5時間焼成した後のBETが24.9m2/gと既に低いことから、1100℃にて2時間焼成した後の表面積は同じく低くなると判断してよいと思われる。焼成温度が高くなれば表面積はさらに小さくなるが、これは焼成時間を短くすることによって埋め合わせをする。また、中国特許第101,690,890号に記載の方法に従って、セチルアンモニウムブロミドを界面活性剤として用い、Al23を40%、CeO2を45%、ZrO2を12.5%、La23を2.5%含む材料を作製したところ、この材料を1050℃にて5時間焼成した後の表面積は48m2/gであった。しかし、この表面積は、材料を1100℃にて20時間焼成すると26.9m2/gまで大幅に減少することが示された。また、中国特許第101,690,890号に記載の方法に従って、ポリエチレングリコールを界面活性剤として用い、Al23を40%、CeO2を45%、ZrO2を12.5%、La23を2.5%含む材料を作製したところ、この材料を1050℃にて5時間焼成した後の表面積は42.5m2/gであった。しかし、この表面積は、材料を1100℃にて2時間焼成すると36.8m2/gまで減少し、1100℃にて20時間焼成すると34.3m2/gまで減少することが示された。さらに、中国特許第101,690,890号に記載の方法に従って、ポリアクリルアミドを界面活性剤として用い、Al23を40%、CeO2を45%、ZrO2を12.5%、La23を2.5%含む材料を作製したところ、この材料を1050℃にて5時間焼成した後の表面積は31.2m2/gであった。しかし、この表面積は、材料を1100℃にて2時間焼成すると28.4m2/gまで減少し、1100℃にて20時間焼成すると24.5m2/gまで減少することが示された。
欧州特許第1,900,416号には、共沈殿によって得られるAl−Ce−Zr−Y−La−酸化物(例えば、段落0045参照)が記載されている。一方で、本発明の調査では、欧州特許第1,900,416号の記載に従って作製したこのAl−Ce−Zr−Y−La−複合酸化物を1100℃にて2時間熱処理した後の表面積は30.9m2/gであり、1100℃にて20時間熱処理した後の表面積は21.2m2/gであることが分かった。
国際公開WO2006/070201に記載されている改良された方法では、酸化物をベースにして、アルミナ(Al23)およびジルコニア(ZrO2)と、任意でCeO2、La23、Nd23、Pr611、Sm23、Y23から選ばれる少なくとも1つと、また任意で他の希土類金属酸化物とを含む組成物の水酸化物又は酸化物を形成する。これらの組成物は、苛性アルカリを沈殿剤として用いて、金属塩溶液からの共沈殿によって形成されることが記載されている。pHの範囲は、厳密に低く保たれる。国際公開WO2006/070201によれば、沈殿を行なっている間のpHの誤差は±1以下でなければならない。また、この方法は、単離した沈殿物を、最終焼成の前に120℃にてオートクレーブする工程を必要とするというデメリットがある。国際公開WO2006/070201の実施例6には、51%のAl23、14.2%のCeO2、34.8%のZrO2からなるAl/Ce/Zr組成物の酸化物が記載されており、この酸化物を850℃にて4時間、1100℃にて2時間熱処理した後の表面積は43m2/gになる。さらに厳しいエージング(850℃にて4時間、1200℃にて2時間熱処理)を行なうと、組成物の表面積はたったの16m2/gになる。
本発明の調査において、より長時間のエージング後の熱安定性を調べるため、化合物を国際公開WO2006/070201の実施例6の方法に従って合成した。1100℃にて2時間熱処理した後の表面積は41.2m2/gで、1150℃にて36時間熱処理した後のBETは19m2/gとかなり低くなることが分かった。
米国特許第7,939,041号には、共沈殿法によって得た沈殿物をさらにオートクレーブで処理することによって合成した様々なAl−Ce−Zr複合酸化物を1100℃にて2時間焼成した後の表面積が記載されている。このうち、1100℃にて2時間焼成した後の表面積で最も大きかったのは48m2/gであり、これは46.2%のAl23、26.3%のCeO2、3.3%のPr611、24.2%のZrO2からなる複合酸化物に関するものである。
Ce−Zr−Al複合酸化物粒子の作製方法であって、共沈殿工程を用いない他の方法が、欧州特許出願公開718,239 A1の実施例7に記載されている。出発物質であるアルミニウムは、水溶性のアルミニウム塩ではなく、酸化アルミニウム水和物(ドイツ特許第69,517,440 T2も参照)であるため、この方法は共沈殿法ではない。この複合酸化物のAl23含有量はたったの7%とされており、CeO2の含有量は29.9%、ZrO2の含有量は63%である。粒子を800℃よりも高い温度で熱処理した後の表面積の値は示されていない。しかし、この組成物は主にZrO2/CeO2をベースとしており、800℃での焼成後の表面積は既に比較的低い(70m2/g)ため、この組成物を1100℃にて20時間熱処理した後の表面積は30m2/gよりかなり小さくなると判断してよいと思われる(例えば、Zr/Ce酸化物ベースの材料が記載されている欧州特許第2,223,905号等の先行技術を考慮)。
欧州特許第2,223,905号等の先行技術から分かるように、セリア/ジルコニア混合酸化物の表面安定性は、沈殿した金属を界面活性剤で処理することによって高めることができることが知られている。このことはいくつかの実施例に記載されており、金属の沈殿物をラウリン酸等で処理した後に混合酸化物に変換する。このセリア/ジルコニア混合酸化物を1100℃にて4時間熱処理した後の表面積は、約22m2/g以下にしかならない。
本願の比較例C10では、本発明に係る実施例1とまったく同じ元素比(希土類換算)のセリア/ジルコニア混合酸化物の、1100℃にて4時間熱処理した後の表面積が、界面活性剤での処理を適用した場合、18m2/gになることが示されている。このようにセリア/ジルコニア混合酸化物を1100℃にて4時間熱処理した後の表面安定性は、表面処理をしたにもかかわらず、他の従来既知のセリア/ジルコニア混合酸化物と比べて、比較的少ししか増加していない。例えば、国際公開WO2007/093593には、1100℃にて10時間熱処理した後の表面積が32m2/g以下のセリア/ジルコニア混合酸化物が記載されている。さらに、本願の比較例C11とC12とには、硝酸アルミニウム九水和物(本発明に係る実施例1と同様の出発物質)から得られた酸化アルミニウムを沈殿させて酸化物に変換すると、界面活性剤で処理した後でも、表面積が非常に小さくなることが示されている。このように、沈殿によって得られたアルミニウムを酸化物に変換したものは、1100℃にて4時間熱処理した後の表面積がたったの1m2/gにしかならない。比較例C12に記載のように、沈殿物を界面活性剤で処理した場合、沈殿物を1100℃にて4時間熱処理した後の表面積はたったの6.1m2/gにしかならない。そのため、50%のセリア/ジルコニアと50%のアルミナとの混合物であって、セリア/ジルコニアとアルミナとの双方が、沈殿法に従来既知の界面活性剤処理を追加した方法によって別々に得られたものである混合物から得られる複合酸化物の表面積は、15m2/gよりも小さい値にしかならない。
欧州特許第2,223,905号に記載のデータおよび上記の実験結果から判断すると、それぞれCe/Zrとアルミナとをベースとした金属硝酸塩溶液から、界面活性剤を用いた沈殿法で得られる組成物からは、表面安定性の小さい生成物しか得られないと判断してよいと思われる。実施例では、たとえ界面活性剤による補助があったとしても、セリア・ジルコニア―アルミナベースの熱安定性組成物を得ることはできないことが実証されている。
欧州特許第1,172,139号に記載の実施例、例えば実施例24(アルミナを57%含むCe/Zr化合物)と実施例26(アルミナを46%含むセリア/ジルコニア化合物)から、共沈殿法は、得られる複合酸化物の表面安定性にやや貢献すると判断できる。しかし実際は、アルミナ含有量が60%以下の化合物は中程度の表面安定性しか示さず、1100℃にて20時間焼成した後は32m2/g以下になる。この結論は、本願の比較例C1に記載の実験でも確認されている。欧州特許第1,172,139号に記載の方法に従って、共沈殿法を、本発明の実施例1と同じ組成の化合物を用いて実際に行うと、材料を1100℃にて20時間エージングした後の表面積は、30.7m2/gにしかならない。より短い時間の焼成、例えば1100℃にて2時間の焼成を行なうと、表面積は47m2/gになったが、この数値は焼成時間を20時間にすると大幅に減少する。
アルミナ−セリア−ジルコニア混合酸化物(共沈殿により得られたもの)の、熱処理後の表面積は、セリア/ジルコニアとアルミナとを別々に沈殿させた場合と比べて、やや大きい。これは、アルミナによってセリア・ジルコニア系の多孔構造が安定するためであると思われる。このようなセリア−ジルコニアの安定については、例えば、「Tadashi Suzuki et.al, R&D Review of Toyota CRDL, Vol. 37 Nr.4, page 28 ff」に記載されている。
Al/Ce/Zrの酸化物の組成物のみならずアルミナという酸化物及びセリア/ジルコニアという酸化物も既に世界中で自動車用途に用いられているが、これらの物質の製造ルートと性能とをさらに向上させることが求められている。特に、これらの物質の熱安定性を向上させて、高温環境に曝されたときに表面積が大幅に減少するのを避け、このような触媒の寿命を長くすることが求められている。
特に、本発明の目的は、Al/Ce/Zr組成物の熱安定性に限界があるというデメリットを解決し、また、特に長時間のエージング後も表面安定性に優れた組成物を提供することである。
ここで、驚くべきことに、本発明に係る方法によって複合酸化物を作製すると、熱安定性に対する相乗効果が得られ、1100℃にて2時間の熱処理後及び/または1100℃にて20時間の熱処理後にかなり高い熱安定性を示すセリア・ジルコニア・アルミナ複合酸化物を得られることが分かった。
一態様において、本発明は、アルミニウム、セリウム、及びジルコニウムのそれぞれの酸化物を含む組成物の作製方法であって、
(a)セリウム、ジルコニウム、及びアルミニウムのそれぞれの金属塩の混合物を含み、任意でセリウム以外の希土類金属の塩を1種類以上含む水溶液を作製する工程と、
(b)工程(a)で得られた溶液に、任意で過酸化水素を存在させた状態で、0℃〜95℃、好ましくは室温で塩基を加え、得られた金属塩の混合物を水酸化物またはオキシ水酸化物の状態で沈殿させる工程と、
(c)工程(b)で得た沈殿物を任意で単離する工程と、
(d)工程(b)で得た懸濁水溶液、または工程(c)で得た単離された沈殿物を、界面活性剤で処理する工程と、
(e)工程(d)で得た沈殿物を単離し、その沈殿物を450〜1200℃、好ましくは600〜1200℃にて処理する工程と、を含み、
アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で、当該組成物に対して、35〜80重量%の範囲、好ましくは35〜75重量%、より好ましくは35〜65重量%(45〜65重量%等)、より好ましくは40〜60重量%、最も好ましくは45〜55重量%であり、
得られた組成物の、DIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上(38m2/g以上等)、例えば、35m2/g〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば、35m2/g〜65m2/g(38m2/g〜65m2/g等)であることを特徴とする方法を提供する。
本発明の好ましい一実施形態において、界面活性剤は、得られる組成物の、DIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)が、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上(38m2/g以上等)、例えば、35m2/g〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば、35m2/g〜65m2/g(38m2/g〜65m2/g等)になるように、選ばれる。
本発明の他の好ましい実施形態において、得られたセリウム含有量は、酸化セリウム換算で、得られた組成物に対して、5〜70重量%、好ましくは5〜50重量%、より好ましくは5〜30重量%、最も好ましくは5〜15重量%の範囲である。
本発明の他の好ましい実施形態において、得られたジルコニウム含有量は、酸化ジルコニウム換算で、得られた組成物に対して、5〜70重量%、好ましくは10〜60重量%、より好ましくは20〜50重量%、最も好ましくは30〜40重量%の範囲である。
他の好ましい実施形態において、アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で、組成物に対して、35〜80重量%、好ましくは35〜75重量%、より好ましくは35〜65重量%の範囲(45〜65重量%等)、例えば、例えば40〜60重量%、最も好ましくは45〜55重量%の範囲である。
本発明のさらに他の好ましい実施形態において、以下の(1)〜(3)のうち少なくとも1つが満たされる:(1)得られたセリウム含有量は、酸化セリウム換算で、得られた組成物に対して、5〜70重量%、好ましくは5〜50重量%、より好ましくは5〜30重量%、最も好ましくは5〜15重量%の範囲である;(2)得られたジルコニウム含有量は、酸化ジルコニウム換算で、得られた組成物に対して、5〜70重量%、好ましくは10〜60重量%、より好ましくは20〜50重量%、最も好ましくは30〜40重量%の範囲である;(3)アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で、組成物に対して、35〜80重量%、好ましくは35〜75重量%、より好ましくは35〜65重量%、より好ましくは40〜60重量%、最も好ましくは45〜55重量%の範囲である。また、他の好ましい態様において、セリウム含有量、ジルコニウム含有量、アルミニウム含有量の範囲は、上述の通りであり、これらの数値範囲をどのように組み合わせてもよい。
本発明のさらに他の好ましい実施形態において、アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で、組成物に対して、35〜75重量%の範囲であり、得られた組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上(38m2/g以上等)であり、例えば35m2/g〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば35m2/g〜65m2/g(38m2/g〜65m2/g等)であり;
例えば、アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で、組成物に対して、35〜65重量%の範囲であり、得られた組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後は35m2/g以上(38m2/g以上等)であり、例えば35m2/g〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば35m2/g〜65m2/g(38m2/g〜65m2/g等)であり;
例えば、アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で、組成物に対して、45〜65重量%の範囲であり、得られた組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上(38m2/g以上等)であり、例えば35m2/g〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば35m2/g〜65m2/g(38m2/g〜65m2/g等)であり;
例えば、アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で、組成物に対して、40〜60重量%の範囲であり、得られた組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上(38m2/g以上等)であり、例えば35m2/g〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば35m2/g〜65m2/g(38m2/g〜65m2/g等)である。
本明細書において、酸化セリウム(セリウム酸化物)とは、Ce23とCeO2とを包含し、好ましくはCeO2を包含する。
本明細書において、酸化アルミニウム(アルミニウム酸化物)とは、Al23を包含する。
本明細書において、酸化ジルコニウム(ジルコニウム酸化物)とは、ZrO2を包含する。
工程(a)における金属塩の混合物の水溶液は、水溶性の金属塩を溶解させることによって、または水に不溶性の金属塩を酸処理(例えば、HNO3,HCl処理)して溶解させることによって、作製される。上記水溶性の金属塩は硝酸塩および/またはハロゲン化物(塩化物等)を含み、上記水に不溶性の金属塩は炭酸塩および/または水酸化物を含む。
本発明に係る方法によって得られた組成物において、セリウムとジルコニウムの酸化物は、固体−固溶体の状態で存在してもよい。
本明細書において、本発明が提供する方法は、「本発明の(に係る)方法」とも称し、本発明が提供する組成物は、「本発明の(に係る)組成物」とも称する。
本発明の方法の有利な実施形態は、工程(a)に関して使用されるCe/Zr/Al金属塩溶液が、少なくとも1種類の希土類金属元素、好ましくはY、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luから選ばれる少なくとも1種類(例えば、La、Nd)を含むことを特徴とする。
本発明によれば、本発明の方法において界面活性剤を使用することにより、他の全ての基準が満たされている場合、得られる組成物の表面積の安定性を大幅に高めることができるという、驚くべきことが分かった。
本発明の方法での使用に適した界面活性剤としては、例えば、両親媒性であって疎水基と親水基との両方を含み、液体と固体との界面張力を小さくする化合物等(有機化合物等を含む)が挙げられる。好ましい界面活性剤としては、例えば、エチレンオキシド/プロピレンオキシド単位を含む非イオン性界面活性剤(Triton(登録商標)、Tergitol(登録商標)等)といった非イオン性界面活性剤、例えば、エチルフェノールエトキシレート及びエチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体を含む非イオン性界面活性剤、又はラウリン酸が挙げられる。
本発明の好ましい実施形態において、ラウリン酸またはTritonを界面活性剤として使用する。
界面活性剤の使用量によっては、表面積の安定性に影響が出る場合がある。
界面活性剤の好ましい使用量は、例えば、焼成後の最終組成物に対して20〜80重量%であり、より好ましくは25〜75重量%であり、例えば、30〜70重量%である。
他の一態様において、本発明は、組成物を提供する。この組成物は、例えば、本発明の方法によって得ることができる(例えば、得られた)触媒組成物であり、例えば、アルミニウムの、セリウムの、ジルコニウムの酸化物を含む組成物であって、アルミニウム含有量が酸化アルミニウム換算で35〜80重量%の範囲(35〜65重量%、45〜65重量%、例えば40〜60重量%、45〜55重量%等)であり、また、当該組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上(38%m2/g以上等)、例えば35m2/g〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば35m2/g〜65m2/g(38〜65m2/g等)であることを特徴とする。
本発明によって得ることができるまたは得られた組成物を1100℃にて20時間熱処理した後の表面積は、界面活性剤処理をせずに作製した物質と比べて、10%以上、好ましくは20%、より好ましくは30%、最も好ましくは40〜50%増加している。
本発明の方法によって得られた組成物の表面積が、界面活性剤処理をせずに作製した物質と比べて大幅に増加していることは、実施例1、2、3、4において十分実証される。実施例1〜4の化合物は、界面活性剤処理をせずに作製した比較例C1〜C4の化合物と比べて、表面積がそれぞれ46%、52%、36%、79%増加している。
本発明の組成物の、例えば、本発明によって得られたまたは得ることができる組成物の、DIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定したBETは、1100℃にて2時間焼成した後では約55〜80m2/g(例えば55〜80m2/g)、55〜75m2/g等、例えば55〜70m2/g、例えば60〜70m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上(38m2/g以上等)、例えば、35〜80m2/g(38m2/g〜80m2/g等)、例えば35〜65m2/g(38m2/g〜65m2/g等)である。
さらに他の一態様において、本発明は、アルミニウム、セリウム、及びジルコニウムのそれぞれの酸化物を含む組成物の作製方法であって、
(a)セリウム、ジルコニウム、及びアルミニウムのそれぞれの金属塩の混合物を含み、任意でセリウム以外の希土類金属の塩を1種類以上含む水溶液を作製する工程と、
(b)工程(a)で得られた溶液に、任意で過酸化水素を存在させた状態で、0℃〜95℃にて塩基を加え、得られた金属塩の混合物を水酸化物またはオキシ水酸化物の状態で沈殿させる(例えば、硝酸塩、ハロゲン化物(塩化物等)等の水溶性の塩を溶解させることにより、または炭酸塩、水酸化物等の水に不溶性の金属塩を、HNO3、HCl等で酸処理して溶解させることによって行なう)工程と、
(c)工程(b)で得た沈殿物を任意で単離する工程と、
(d)工程(b)で得た懸濁水溶液、または工程(c)で得た単離された沈殿物を、界面活性剤で処理する工程と、
(e)工程(d)で得た沈殿物を単離し、その沈殿物を450〜1200℃にて処理する工程と、を含み、
得られた組成物を1100℃にて2時間焼成した後、DIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)が、55〜80m2/g、例えば55〜75m2/g、例えば55〜70m2/g、例えば60〜70m2/gであり、
当該組成物の酸化アルミニウム含有量が、40〜60重量%であることを特徴とする方法を提供する。
本発明の方法は、本明細書に記載するような極めて好適で驚くべき特性を有する組成物の作製に有用である。この組成物は、例えば、燃焼エンジンにおける排気ガスの後処理に用いる触媒組成物として有用である。
本明細書(実施例と比較例とを含む)において、金属塩の割合(%)は、重量%である。
以下の例において、すべての温度は摂氏(℃)で表され、未補正である。
表面積(BET)の分析は、Quantachrome NOVA 4000を用いて、DIN(ドイツ工業規格)66131に従って行なった。
[本発明に係る組成物の生成]
〔実施例1〕
<CeO2(10%)、ZrO2(36.5%)、La23(1%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の合成>
硝酸ジルコニウム水溶液(ZrO2含有量=29.5%)92.8g、硝酸セリウム水溶液(CeO2含有量=28.5%)26.32g、結晶状の硝酸ランタン(La23含有量=37.7%)1.99g、結晶状の硝酸ネオジム(Nd23含有量=38.2%)4.91gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23含有量=13.6%)275.74gを、脱イオン水600mLで処理し、得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明の溶液を得た。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水74.6mLを加え、得られた混合物を約45分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した24%アンモニア水溶液を、pH=9.5に調整されるまで加えた。得られた混合物を15分間撹拌すると、沈殿物が形成された。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄し、22.7gのTriton X−100を含浸させた。得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成することにより、CeO2(10%)、ZrO2(36.5%)、La23(1%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の複合酸化物75gを得た。
850℃にて4時間焼成後のBET(焼成し立ての物質):162m2/g
950℃にて5時間焼成後のBET:127.5m2/g
1000℃にて4時間焼成後のBET:116.5m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:66.2m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:45.2m2/g
であった。
〔実施例2〕
<CeO2(25%)、ZrO2(20%)、La23(2.5%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の合成>
硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2含有量=22.43%)44.58g、硝酸セリウム水溶液(CeO2含有量=29.45%)42.44g、結晶状の硝酸ランタン(La23含有量=37.7%)3.32g、結晶状の硝酸ネオジム(Nd23含有量=37.93%)3.3gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23含有量=13.6%)183.82gを、脱イオン水600mLで処理し、得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、35%過酸化水素水(10℃まで冷却したもの)42.78mLを加え、得られた混合物を約45分間撹拌した。得られた混合物に対し、24%アンモニア水溶液(10℃まで冷却したもの)を、pH=9.5に調整されるまで加えた。得られた混合物を10分間撹拌し、ラウリン酸20.71gを加え、得られた混合物をさらに室温にて1時間激しく撹拌した。沈殿物が形成された。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
CeO2(25%)、ZrO2(20%)、La23(2.5%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の複合酸化物50gが得られた。
1100℃にて2時間焼成後のBET:55m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:49.5m2/g
であった。
〔実施例3〕
<Al23(50%)、CeO2(12.5%)、ZrO2(35%)およびNd23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:29.53%)84.66g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:23.24%)301.2g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.93%)13.18gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.63%)733.68gを室温にて脱イオン水2.0Lに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水189.01mLを加え、得られた混合物を室温にて45分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した18%アンモニア水溶液を短時間で加え、pHを9.5に調整すると、沈殿物が形成された。得られた混合物を15分間撹拌し、ラウリン酸86.21gを加え、得られた混合物を室温にて1時間激しく撹拌した。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
Al23(50%)、CeO2(12.5%)、ZrO2(35%)およびNd23(2.5%)の複合酸化物200gが得られた。
850℃にて4時間焼成後のBET:129m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:39.5m2/g
であった。
〔実施例4〕
<Al23(50%)、CeO2(23.5%)、ZrO2(23.5%)およびNd23(3%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:25.54%)46.01g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:24.62%)47.73g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.93%)3.95gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.34%)187.41gを、脱イオン水1.0Lに室温にて溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水45.75mLを加え、得られた混合物を室温にて45分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した18%アンモニア水溶液を短時間で加え、pHを9.5に調整した。沈殿物が形成された。得られた混合物を15分間撹拌し、ラウリン酸33.43gを加え、得られた混合物を室温にて1時間激しく撹拌した。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
Al23(50%)、CeO2(23.5%)、ZrO2(23.5%)およびNd23(3%)の複合酸化物50gが得られた。
850℃にて4時間焼成後のBET:138m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:39.1m2/g
であった。
〔実施例5〕
<Al23(65%)、CeO2(17.25%)、ZrO2(13.5%)、La23(2.125%)およびNd23(2.125%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:28.83%)29.92g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:24.62%)27.42g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.93%)2.8g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.1%)2.86gおよび硝酸アルミニウム溶液(Al23:3.9%)833.33gを、脱イオン水1.0Lに室温にて溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水76.89mLを加え、得られた混合物を室温にて45分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した18%アンモニア水溶液を短時間で加え、pHを9.5に調整した。沈殿物が形成された。得られた混合物を15分間撹拌した。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークに、23.82gのTriton X−100を含浸させ、120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
Al23(65%)、CeO2(17.5%)、ZrO2(13.5%)、La23(2.125%)およびNd23(2.125%)の複合酸化物50gが得られた。
850℃にて4時間焼成後のBET:157m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:66m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:54m2/g
であった。
〔実施例6〕
<Al23(50%)、CeO2(40%)、ZrO2(5%)、La23(2.5%)およびNd23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:28.83%)69.37g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:24.62%)10.15g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.1%)3.37g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.9%)3.3gおよび硝酸アルミニウム溶液(Al23:3.9%)641.03gを、脱イオン水2.0Lに室温にて溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水40.21mLを加え、得られた混合物を室温にて45分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した18%アンモニア水溶液を短時間で加え、pHを9.5に調整した。沈殿物が形成された。得られた混合物を15分間撹拌し、ラウリン酸19.85gを加え、得られた混合物を室温にて1時間激しく撹拌した。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
Al23(50%)、CeO2(40%)、ZrO2(5%)、La23(2.5%)およびNd23(2.5%)の複合酸化物50gが得られた。
850℃にて4時間焼成後のBET:97.3m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:43.8m2/g
であった。
〔実施例7〕
<Al23(50%)、CeO2(40%)、ZrO2(5%)、La23(2.5%)およびNd23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:28.83%)69.37g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:24.62%)10.15g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.1%)3.37g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.9%)3.3gおよび硝酸アルミニウム溶液(Al23:3.9%)641.03gを室温にて脱イオン水1.0Lに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水70.1mLを加え、得られた混合物を室温にて45分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した18%アンモニア水溶液を短時間で加え、pHを9.5に調整した。沈殿物が形成された。得られた混合物を15分間撹拌後、濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークに21.72gのTriton X−100を含浸させた。得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
Al23(50%)、CeO2(40%)、ZrO2(5%)、La23(2.5%)およびNd23(2.5%)の複合酸化物50gが得られた。
850℃にて4時間焼成後のBET:109m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:43.4m2/g
であった。
〔実施例8〕
<Al23(65%)、CeO2(7%)、ZrO2(25.55%)、Nd23(1.75%)およびLa23(0.75%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:25.54%)13.7g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:24.62%)51.89g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.93%)2.31g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.1%)0.94gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.34%)243.63gを、室温にて脱イオン水1.0Lに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を得た。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた溶液に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水33.44mLを加え、得られた混合物を室温にて45分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した18%アンモニア水溶液を短時間で加え、pHを9.5に調整した。得られた混合物を15分間撹拌し、沈殿物が形成された。当該混合物を濾過し、得られた固形物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークに、39.42gのTriton X−100を含浸させ、120℃にて乾燥した。得られた乾燥物を850℃にて4時間焼成した。
Al23(65%)、CeO2(7%)、ZrO2(25.55%)、Nd23(1.75%)およびLa23(0.75%)の複合酸化物50gが得られた。
850℃にて4時間焼成後のBET:70m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:67.6m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:52m2/g
であった。
実施例1〜8において、本発明に基づき作製された組成物のBET値が、従来技術に基づき作製された組成物のBET値に比較して顕著に高いことは言うまでもない。このことは、例えば、下記の比較例C1〜C12から理解される。
[比較例]
〔比較例C1〕
<CeO2(10%)、ZrO2(36.5%)、La23(1%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の合成>
(欧州特許第1,172,139号の実施例1に開示の方法に基づく生成)
硝酸ジルコニウム水溶液(ZrO2含有量=29.5%)92.8g、硝酸セリウム水溶液(CeO2含有量=28.5%)26.32g、結晶状の硝酸ランタン(La23含有量=37.7%)1.99g、結晶状の硝酸ネオジム(Nd23含有量=38.2%)4.91gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23含有量=13.6%)275.74gを、脱イオン水600mLで処理し、得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した35%過酸化水素水4.62mLを加え、得られた混合物を約20分間撹拌した。得られた混合物に対し、10℃まで冷却した24%アンモニア水溶液を、pH=7になるまで加えた。沈殿物が形成された。得られた混合物を15分間撹拌した。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を単離し、脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークを、120℃にて乾燥し、300℃にて5時間熱処理し、700℃にて5時間焼成した。
CeO2(10%)、ZrO2(36.5%)、La23(1%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の複合酸化物75gが得られた。
300℃にて5時間焼成および700℃にて5時間焼成後のBET(焼成し立ての物質):148m2/g
950℃にて5時間焼成後のBET:101m2/g
1000℃にて4時間焼成後のBET:92m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:47m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:31m2/g
であった。
〔比較例C2〕
<CeO2(25%)、ZrO2(20%)、La23(2.5%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の合成>
硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2含有量=22.43%)44.58g、硝酸セリウム水溶液(CeO2含有量=29.45%)42.44g、結晶状の硝酸ランタン(La23含有量=37.7%)3.32g、結晶状の硝酸ネオジム(Nd23含有量=37.93%)3.3gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23含有量=13.6%)183.82gを脱イオン水600mLで処理し、得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、35%過酸化水素水(10℃まで冷却したもの)42.78mLを加え、得られた混合物を約45分間撹拌した。得られた混合物に対し、24%アンモニア水溶液(10℃まで冷却したもの)を、pH=7.5に調整されるまで加えた。沈殿物が形成された。得られた混合物を15分間撹拌した。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
CeO2(25%)、ZrO2(20%)、La23(2.5%)、Nd23(2.5%)およびAl23(50%)の複合酸化物50gが得られた。
1100℃にて2時間焼成後のBET:39m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:32.5m2/g
であった。
〔比較例C3〕
<Al23(50%)、CeO2(12.5%)、ZrO2(35%)およびNd23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:29.53%)84.66g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:23.24%)301.2g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.93%)13.18gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.63%)733.68gを、室温にて脱イオン水2.5Lに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、18%アンモニア水溶液をpHが3に調整されるまで加え、得られた混合物に対し、35%過酸化水素水19.25mLおよびアンモニア溶液を同時に加えた。沈殿物が形成された。得られた混合物を激しく撹拌した。得られた混合物に対し、さらに18%アンモニア水溶液をpHが7.25に調整されるまで加えた。得られた混合物を15分間撹拌した。得られた混合物を濾過し、得られた沈殿物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて4時間焼成した。
Al23(50%)、CeO2(12.5%)、ZrO2(35%)およびNd23(2.5%)の複合酸化物200gが得られた。
850℃にて4時間焼成後のBET:115m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:29m2/g
であった。
〔比較例C4〕
<Al23(50%)、CeO2(23.5%)、ZrO2(23.5%)およびNd23(3%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:29.53%)159.16g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:23.24%)202.2g、硝酸ネオジム六水和物(Nd23:37.93%)15.82gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.63%)733.68gを、室温にて脱イオン水2.0Lに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。得られた混合物に対し、18%アンモニア水溶液を、pHが3になるまで加え、得られた混合物に対し、35%過酸化水素水36.2mLおよびアンモニア溶液を同時に加えた。この混合物を激しく撹拌し、さらに18%アンモニア水溶液をpHが7.25に調整されるまで加えた。得られた混合物を15分間撹拌し、沈殿が生じた。得られた沈殿物を単離し、脱イオン水で洗浄し、得られた湿ケークを120℃にて乾燥し、850℃にて5時間焼成した。
Al23(50%)、CeO2(23.5%)、ZrO2(23.5%)およびNd23(3%)の複合酸化物200gが得られた。
850℃にて5時間焼成後のBET:104m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:21.9m2/g
であった。
〔比較例C5〕
<Al23(25.98%)、CeO2(39.47%)およびZrO2(34.54%)の合成>
硝酸アルミニウム九水和物水溶液(Al23:3.6%)359.88gを脱イオン水200gに溶解した。得られた水溶液に、硝酸セリウム溶液(CeO2:28.83%)68.46g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:24.62%)70.15gおよび30%過酸化水素水14.62gを加えた。得られた混合物を数分間撹拌することにより溶液1を得た。
一方、18%アンモニア水159.6gに脱イオン水160gを加えることにより溶液2を得た。
溶液1と溶液2とを、プロペラ撹拌により混合した。得られた混合物を、ULTRA−TURRAXを用いて15分間撹拌しながら均質化した。形成された沈殿物を濾過し、得られた固形物を空気下で400℃にて5時間焼成し、続いて大気下で700℃にて5時間処理した。
Al23(25.98%)、CeO2(39.47%)およびZrO2(34.54%)の複合酸化物50gが得られた。
400℃にて5時間焼成および700℃にて5時間焼成後のBET:119.6m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:6.8m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:4.8m2/g
であった。
〔比較例C6〕
<Al23(20%)、CeO2(50%)、ZrO2(27.5%)およびLa23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:29.08%)85.97g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:23.41%)58.74g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.81%)3.31gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.04%)76.69gを、室温にて脱イオン水400mLに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。当該混合液に、臭化セチルトリメチルアンモニウム13.24gを加え、得られた混合物を30分間撹拌した。得られた混合物をアンモニア水溶液/NH4HCO3溶液で共沈させ、pHを8.5に調整した。形成された沈殿物を濾過により単離し、脱イオン水で洗浄し、120℃にて最低16時間連続的に乾燥した。この乾燥沈殿物を600℃にて3時間焼成することにより、Al23(20%)、CeO2(50%)、ZrO2(27.5%)およびLa23(2.5%)の混合複合酸化物を得た。
1050℃にて5時間焼成後のBET:24.9m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:9.9m2/g
であった。
〔比較例C7〕
<Al23(40%)、CeO2(45%)、ZrO2(12.5%)およびLa23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:29.08%)77.37g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:23.41%)26.7g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.81%)0.84gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.04%)153.37gを、室温にて脱イオン水400mLに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物に、臭化セチルトリメチルアンモニウム11.92gを加え、得られた混合物を30分間撹拌した。得られた混合物を、アンモニア水溶液/NH4HCO3溶液で共沈させ、pHを8.5に調整した。形成された沈殿物を濾過により単離し、脱イオン水で洗浄し、120℃にて最低16時間連続的に乾燥した。この乾燥沈殿物を600℃にて3時間焼成することにより、Al23(40%)、CeO2(45%)、ZrO2(12.5%)およびLa23(2.5%)の混合複合酸化物を得た。
1050℃にて5時間焼成後のBET:48m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:26.9m2/g
であった。
〔比較例C8〕
<Al23(80.19%)、CeO2(10.38%)、ZrO2(7.43%)、La23(1.71%)およびY23(0.3%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:28.83%)18g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:24.62%)15.09g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.1%)2.3g、硝酸イットリウム六水和物(Y23:29.32%)0.5gおよび硝酸アルミニウム九水和物水溶液(Al23:3.4%)1179.24gを、室温にて脱イオン水400mLに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合物を室温にて1時間撹拌した。得られた金属硝酸塩混合液を、室温にて連続的に撹拌しながら、18%アンモニア溶液で中和した。得られた混合物を一晩撹拌し、沈殿物が形成された。この生成沈殿物を濾過し、脱イオン水で洗浄し、150℃にて最低16時間乾燥した。この乾燥沈殿物を600℃にて5時間焼成し、500℃にて2時間焼成した。こうして得られたAl23(80.19%)、CeO2(10.38%)、ZrO2(7.43%)、La23(1.71%)およびY23(0.3%)の混合複合酸化物50gを砕いて粉状にした。1100℃にて2時間焼成および1100℃にて20時間焼成後にBETを測定した。
600℃にて5時間焼成および500℃にて2時間焼成後のBET:170m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:30.9m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:21.2m2/g
であった。
〔比較例C9〕
<CeO2(14.2%)、ZrO2(34.8%)およびAl23(51%)の合成>
(国際公開WO2006/070201の実施例6に基づく生成)
脱イオン水1.5Lに溶解した硝酸アルミニウム九水和物(Al23含有量=13.6%)112.5gに対し、硝酸セリウム水溶液(CeO2含有量=28.85%)14.77gおよび硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2含有量=24.27%)43.02gを加えた。得られた混合物を15分間撹拌した。得られた混合物に、25%NaOH水溶液を加えると、沈殿物が形成された。沈殿の間、pHを約10に維持した。得られたスラリーに、35%過酸化水素水5gを加え、得られた混合物のpHを10に調整した。得られた混合物を1時間撹拌し、得られた混合物のpHを30%のHNO3を用いて8に調整した。得られたスラリーを1時間、60℃に保った。得られた混合物を濾過し、得られた固形物を脱イオン水で60℃にて、濾液の導電率が変化しなくなるまで洗浄した。得られた湿ケークを単離し、水850mLに再懸濁し、得られたスラリーのpHを10に調整し、得られた混合物を、120℃のオートクレーブにて6時間処理した。得られたスラリーを冷却し、得られた混合物のpHを30%の硝酸を用いて8に調整した。得られた混合物を30分間撹拌した。得られたスラリーを1時間、60℃に保ち、濾過した。得られた固形物を脱イオン水で洗浄し、850℃にて直接焼成した。異なる焼成温度でBETを測定した。
850℃にて4時間焼成後のBET:107m2/g
1000℃にて4時間焼成後のBET:77m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:41.2m2/g
1150℃にて36時間焼成後のBET:19m2/g
であった。
〔比較例C10〕
<界面活性剤処理によるZrO2(73%)、CeO2(20%)、La23(2%)およびNd23(5%)の合成>
硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:22.8%)27.33mlを脱イオン水121mLに加え、硝酸セリウム(III)(CeO2:39.6%)5.045gを脱イオン水59mLに加え、硝酸ランタン(La23:37.4%)0.53gを脱イオン水12mLに加え、硝酸ネオジム(Nd23:38%)1.302gを脱イオン水7mLに加えることにより、上記組成物に対応する金属混合液を生成した。得られた混合物を数分間撹拌することにより、透明な溶液を得た。
得られた溶液に、過酸化水素水(30%、Sigma Aldrich社製、5℃〜10℃に冷却したもの)23.2mLを加えた。得られた混合物を室温にて45分間撹拌し、得られた混合物に、24%アンモニア水溶液(5℃〜10℃に冷却したもの)を、室温で滴下速度40ml/分にて加え、pHを9.5に調整した。得られた混合物を数分間撹拌し続けた。沈殿物が形成され、沈殿の間、混合物の温度は60℃まで上昇した。反応混合物にラウリン酸3.77gを加えることにより、反応混合物における沈殿物への含浸を行った。得られたスラリーを、少なくとも4時間の間激しく撹拌し続けた。得られた混合物を濾過し、得られた固形物を脱イオン水で十分に洗浄した。得られた濾過ケークを100℃のオーブンにて一晩(16時間)乾燥し、500℃にて4時間焼成した。ZrO2(73%)、CeO2(20%)、La23(2%)、Nd23(5%)の複合酸化物10gが得られた。
500℃にて4時間焼成後のBET:(焼成し立ての物質):110m2/g
1100℃にて4時間焼成後のBET(焼成から時間が経った状態):18m2/g
であった。
〔比較例C11〕
<硝酸アルミニウム九水和物を材料とする酸化アルミニウム(Al23)の合成>
硝酸アルミニウム九水和物100gを脱イオン水500mlに溶解し、得られた混合物に、18%アンモニア水溶液(10℃に冷却)をpHが7.5に調整されるまで加えた。得られた混合物を更に15分間撹拌し、濾過し、得られた固形物を脱イオン水で洗浄した。このようにして得られた湿ケークを、120℃にて一晩乾燥し、得られた乾燥物質を500℃にて4時間焼成した。
この結果、酸化アルミニウム13.6gが得られた。この物質を1100℃にて4時間焼成後、BETを測定した。
500℃にて4時間焼成後のBET:138m2/g
1100℃にて4時間焼成後のBET:1m2/g
であった。
〔比較例C12〕
<界面活性剤を用いた、硝酸アルミニウム九水和物を材料とする酸化アルミニウム(Al23)の合成>
硝酸アルミニウム九水和物100gを、脱イオン水500mlに溶解し、得られた混合物に、18%アンモニア水溶液(10℃に冷却)を、pHが7.5に調整されるまで加えた。得られた混合物を15分間撹拌し、濾過した。得られた固形物を脱イオン水で洗浄した。得られた湿ケークに、9.34gのTriton X−100を含浸させ、120℃にて一晩乾燥した。得られた乾燥物質を、500℃にて4時間焼成した。
この結果、酸化アルミニウム13.6gが得られた。この物質を1100℃にて4時間焼成した後、BETを測定した。
500℃にて4時間焼成後のBET:222m2/g
1100℃にて4時間焼成後のBET:6.1m2/g
であった。
〔比較例C13〕
<中国特許第101,690,890号に記載の方法による、ポリエチレングリコールを界面活性剤として用いた、Al23(40%)、CeO2(45%)、ZrO2(12.5%)およびLa23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:27.1%)83.03g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:25.19%)24.81g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.1%)3.37gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.34%)149.93gを、脱イオン水400mLに室温にて溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合液に、ポリエチレングリコール(Sigma Aldrich社製)20gを加え、当該混合物を30分間撹拌した。得られた混合物を、アンモニア水溶液/NH4HCO3溶液で共沈させ、pHを8.5に調整した。得られた沈殿物を、濾過により単離し、脱イオン水で洗浄し、120℃にて16時間連続的に乾燥した。得られた乾燥沈殿物を、600℃にて3時間焼成することにより、Al23(40%)、CeO2(45%)、ZrO2(12.5%)およびLa23(2.5%)の複合酸化物50gが得られた。
1050℃にて5時間焼成後のBET:42.5m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:36.8m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:34.3m2/g
であった。
〔比較例C14〕
<中国特許第101,690,890号に記載の方法による、ポリアクリルアミドを界面活性剤として用いた、Al23(40%)、CeO2(45%)、ZrO2(12.5%)およびLa23(2.5%)の合成>
硝酸セリウム溶液(CeO2:27.1%)83.03g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2:25.19%)24.81g、硝酸ランタン六水和物(La23:37.1%)3.37gおよび硝酸アルミニウム九水和物(Al23:13.34%)149.93gを、室温にて脱イオン水400mLに溶解することにより、金属硝酸塩混合液を生成した。得られた混合液に、ポリアクリルアミド溶液(50%wt%脱イオン水溶液、Sigma Aldrich社製)40gを加え、当該混合物を30分間撹拌した。得られた混合物を、アンモニア水溶液/NH4HCO3溶液で共沈させ、pHを8.5に調整した。沈殿物が得られ、当該沈殿物を濾過により単離し、脱イオン水で洗浄し、120℃にて16時間連続的に乾燥した。得られた乾燥沈殿物を、600℃にて3時間焼成することにより、Al23(40%)、CeO2(45%)、ZrO2(12.5%)およびLa23(2.5%)の複合酸化物50gを得た。
1050℃にて5時間焼成後のBET:31.2m2/g
1100℃にて2時間焼成後のBET:8.4m2/g
1100℃にて20時間焼成後のBET:24.5m2/g
であった。

Claims (15)

  1. アルミニウムの酸化物、セリウムの酸化物、及びジルコニウムの酸化物を含む組成物の作製方法であって、
    (a)セリウムの金属塩、ジルコニウムの金属塩、及びアルミニウムの金属塩の混合物を含み、任意でセリウム以外の希土類金属の塩を1種類以上含む水溶液を作製する工程と、
    (b)工程(a)で得られた溶液に、任意で過酸化水素を存在させた状態で、0℃〜95℃にて塩基を加え、得られた金属塩の混合物を水酸化物またはオキシ水酸化物の状態で沈殿させる工程と、
    (c)工程(b)で得た沈殿物を任意で単離する工程と、
    (d)工程(b)で得た懸濁水溶液、または工程(c)で得た単離された沈殿物を、界面活性剤で処理する工程と、
    (e)工程(d)で得た沈殿物を単離し、その沈殿物を450〜1200℃にて処理する工程と、を含み、
    アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で35〜80重量%の範囲であり、
    得られた組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上であることを特徴とする方法。
  2. 上記アルミニウム含有量は、得られた酸化アルミニウム換算で35〜65重量%の範囲である、請求項1に記載の方法。
  3. 工程(d)において、界面活性剤は、得られた組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)が、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上になるように選ばれる、請求項1または2に記載の方法。
  4. 工程(a)における金属塩の混合物の水溶液は、水溶性の金属塩を溶解させることによって、または水に不溶性の金属塩を酸処理して溶解させることによって作製される、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 上記水溶性の金属塩は、硝酸塩および/またはハロゲン化物を含み、上記水に不溶性の金属塩は、炭酸塩および/または水酸化物を含む、請求項4に記載の方法。
  6. 工程(b)における温度は室温である、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 工程(e)における温度は600〜1200℃である、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 得られた組成物のセリウム含有量は、酸化セリウム換算で5〜70重量%の範囲であり、残りの部分には酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとが含まれ、任意で酸化セリウム以外の希土類金属の酸化物が含まれる、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 上記界面活性剤は有機界面活性剤である、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 上記アルミニウム含有量は、得られた組成物中の酸化アルミニウム換算で40〜60重量%の範囲である、請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 請求項1から10のいずれか1項に記載の方法によって得ることができる組成物。
  12. 請求項1から10のいずれか1項に記載の方法によって得られた組成物。
  13. アルミニウムの酸化物、セリウムの酸化物、及びジルコニウムの酸化物を含む組成物であって、
    アルミニウム含有量が、酸化アルミニウム換算で35〜80重量%の範囲であり、
    当該組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/g、および/または1100℃にて20時間焼成した後では35m2/g以上であることを特徴とする組成物。
  14. 上記アルミニウム含有量は、酸化アルミニウム換算で35〜65重量%の範囲であることを特徴とする請求項13に記載の組成物。
  15. アルミニウムの酸化物、セリウムの酸化物、及びジルコニウムの酸化物を含む組成物の作製方法であって、
    (a)セリウムの金属塩、ジルコニウムの金属塩、及びアルミニウムの金属塩の混合物を含み、任意でセリウム以外の希土類金属の塩を1種類以上含む水溶液を作製する工程と、
    (b)工程(a)で得られた溶液に、任意で過酸化水素を存在させた状態で、0℃〜95℃にて塩基を加え、得られた金属塩の混合物を水酸化物またはオキシ水酸化物の状態で沈殿させる工程と、
    (c)工程(b)で得た沈殿物を任意で単離する工程と、
    (d)工程(b)で得た懸濁水溶液、または工程(c)で得た単離された沈殿物を、界面活性剤で処理する工程と、
    (e)工程(d)で得た沈殿物を単離し、その沈殿物を450〜1200℃にて処理する工程と、を含み、
    得られた組成物のDIN(ドイツ工業規格)66131に従って測定した表面積(BET)は、1100℃にて2時間焼成した後では55〜80m2/gであり、
    当該組成物の酸化アルミニウム含有量は、40〜60重量%であることを特徴とする方法。
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