JP2016010798A - 排ガス浄化触媒、その製造方法、及び、それを用いた排ガス浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アルミナ担体と、該アルミナ担体の表面に形成されたシリカ層と、該シリカ層に担持された白金及びパラジウムからなる活性金属粒子とを備え、
前記活性金属粒子における粒子径2.0nm以下の微粒子の比率が、全活性金属粒子に対して粒子数基準で50%以上であり、かつ、
前記微粒子におけるパラジウム含有率が10〜90at%である合金微粒子の比率が、全微粒子に対して粒子数基準で50%以上である、
ことを特徴とする排ガス浄化触媒。
【選択図】なし
Description
本発明の排ガス浄化触媒における担体としては、アルミナ担体であることが必要である。ここで、本発明で用いる「アルミナ担体」は、前記担体がアルミナのみから構成されるもの、或いは、主としてアルミナからなり本発明の効果を損なわない範囲で他の成分を含み構成されるものであることを意味する。他の成分としては、この種の用途の担体として用いられる他の金属酸化物や添加剤等を用いることができる。後者の場合、担体におけるアルミナの含有量は、担体の全質量100質量%に対して60質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。このような担体におけるアルミナの含有量が前記下限未満では、触媒活性を損なう傾向にある。
次に、本発明の排ガス浄化触媒においては、前記アルミナ担体の表面に形成されたシリカ(SiO2)層を備えている。このようなシリカ層は、特に制限されないが、シリカ(SiO2)層の平均膜厚が、アルミナ(Al2O3、酸化アルミニウム)の単分子層の0.5〜2.5倍に相当する膜厚であることが好ましく、0.5〜1.5倍に相当する膜厚であることがより好ましい。シリカ層の平均膜厚が前記下限未満になると、担体の表面を十分な酸性質とすることができず活性金属粒子のメタル化の促進や触媒活性の向上が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、活性金属粒子が凝集する傾向にある。ここで、本発明で用いる「アルミナ担体の表面に形成されたシリカ(SiO2)層」とは、前記シリカ(SiO2)層がアルミナ担体の表面全体を被覆して構成されるもの、或いは、前記シリカ(SiO2)層がアルミナ担体の表面の大部分を被覆して形成され本発明の効果を損なわない範囲で被覆されない部分を有して構成されるものであることを意味する。なお、後者の場合、シリカ(SiO2)層の被覆割合は、アルミナ担体の表面の面積に対して50%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。このような担体におけるシリカ(SiO2)層の被覆割合が前記下限未満では、担体の表面を十分な酸性質とすることができず活性金属粒子のメタル化の促進や触媒活性の向上が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、活性金属粒子が過剰に凝集する傾向にある。
次に、本発明の排ガス浄化触媒においては、前記シリカ層に白金(Pt)及びパラジウム(Pd)からなる活性金属粒子が担持されている。
[活性金属粒子の分散度(%)]=([触媒1g当たりに吸着したCO吸着量(mol)]/[触媒1g当たりに吸着した活性金属粒子担持量(mol)])×100 ・・・式(1)
を用いて、活性金属粒子の分散度を算出することができる。
[活性金属粒子の分散度(%)]=([触媒1g当たりに吸着したCOの吸着量(ml)]/[触媒1g当たりに含まれる活性金属粒子の質量(質量%)])×100 ・・・式(2)
を用いて、活性金属粒子の分散度を算出することもできる。
次に、本発明のガス浄化触媒の製造方法を説明する。本発明の排ガス浄化触媒の製造方法は、アルミナ担体に有機珪素を用いてシリカを担持せしめて表面にシリカ層を有するアルミナ担体を得る工程(シリカ層形成工程)と、前記表面にシリカ層を有するアルミナ担体に、白金塩とパラジウム塩との溶液、又は、白金とパラジウムとの合金微粒子のコロイド溶液、を用いて白金及びパラジウムを担持せしめる工程(活性金属粒子担持工程)と、前記白金及びパラジウムが担持されたアルミナ担体に熱処理を施すことにより上記本発明の排ガス浄化触媒を得る工程(焼成工程)と、を含むことを特徴とする製造方法である。このような方法により、低温においても一酸化炭素、炭化水素、一酸化窒素等に対してより十分な酸化活性を発揮する本発明の排ガス浄化触媒を製造することができる。
本発明の排ガス浄化触媒の製造方法においては、先ず、アルミナ担体に有機珪素を用いてシリカを担持せしめて表面にシリカ層を有するアルミナ担体を得る(シリカ層形成工程)。
次に、本発明の排ガス浄化触媒の製造方法においては、前記シリカ層形成工程において得られた表面にシリカ層を有するアルミナ担体に、白金塩とパラジウム塩との溶液、又は、白金とパラジウムとの合金微粒子のコロイド溶液、を用いて白金(Pt)及びパラジウム(Pd)を担持せしめる(活性金属粒子担持工程)。
次いで、本発明の排ガス浄化触媒の製造方法においては、前記活性金属粒子担持工程において得られた前記白金及びパラジウムが担持されたアルミナ担体(活性金属粒子担持担体)に熱処理を施すことにより前記本発明の排ガス浄化触媒を得る(焼成工程)。
次に、本発明の排ガス浄化方法について説明する。本発明の排ガス浄化方法は、前記本発明の排ガス浄化触媒に内燃機関から排出された排ガスを接触せしめて排ガスを浄化することを特徴とする方法である。
先ず、200mlの蒸留水にアルミナ粉末(WRグレース社製「MI307」、比表面積100m2/g、平均粒子径10nm)20gを加えて、50℃で30分間加熱攪拌し、アルミナ粉末分散液を得た。
先ず、特開2011−144421号公報に記載の方法にしたがって以下のようにして原料溶液を得た。すなわち、Pt含有量が4.545質量%のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液4.40g及びPd含有量が4.328質量%の硝酸パラジウム水溶液2.54gの混合物にイオン交換水を添加して、陽イオン(Ptイオン/Pdイオン=1:1)濃度が0.008mol/Lの貴金属イオン含有原料水溶液250mlを調製した。また、ヒドラジン一水和物1.20g及びポリビニルピロリドン(PVP)2.20gの混合物にイオン交換水を添加してこれらを溶解させ、高分子分散剤水溶液250mlを調製した。この高分子分散剤水溶液には、前記貴金属イオン含有原料水溶液と混合した後のpHが2.0となるように微量の硝酸を添加した。
市販のアルミナ粉末(WRグレース社製「MI307」、比表面積100m2/g、平均粒子径10nm)20gに、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液(0.05mol/L)と硝酸パラジウム水溶液(0.05mol/L)との混合溶液を用いて、前記アルミナ粉末100質量%に対して白金の担持量が1.0質量%及びパラジウムの担持量が0.5質量%となるように含浸させて担持せしめ、110℃の温度条件で300分間加熱攪拌して蒸発乾燥させて凝固物を得た(蒸発乾固)。次に、得られた凝固物を、大気中で550℃、5時間の条件で熱処理を行い焼成せしめた後、焼成物を加圧成形、粉砕して、直径0.5〜1mmのペレット状の比較用触媒を得た。
市販のシリカ粉末(日本アエロジル社製「90G」、比表面積90m2/g、平均粒子径12nm)20gに、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液(0.05mol/L)と硝酸パラジウム水溶液(0.05mol/L)との混合溶液を用いて、前記シリカ粉末100質量%に対して白金の担持量が1.0質量%及びパラジウムの担持量が0.5質量%となるように含浸させて担持せしめ、110℃の温度条件で300分間加熱攪拌して蒸発乾燥させて凝固物を得た(蒸発乾固)。次に、得られた凝固物を、大気中で550℃、5時間の条件で熱処理を行い焼成せしめた後、焼成物を加圧成形、粉砕して、直径0.5〜1mmのペレット状の比較用触媒を得た。
実施例1〜2で得られた排ガス浄化触媒及び比較例1〜2で得られた比較用触媒をそれぞれ用いて、各触媒のCO及びHCに対する酸化性能を測定した。
実施例2で得られた排ガス浄化触媒及び比較例1で得られた比較用触媒をそれぞれ用いて、各触媒のNOに対する酸化性能を測定した。
実施例1〜2で得られた排ガス浄化触媒及び比較例1〜2で得られた比較用触媒をそれぞれ用いて、各触媒試料を、球面収差補正装置付走査透過型電子顕微鏡(Cs−STEM、(株)日立製作所製「HD−2700」)を用い、以下の条件で観察した。
電子銃:熱陰極電界放出形
加速電圧 :最大200kV
格子分解能(格子像):0.1nm
点分解能(粒子像):0.19nm
STEM分解能:0.2nm
倍率:最高倍率150000000倍(適宜倍率を変更して測定)
X線検出立体角:0.24sr(単位srはステラジアンを示す。球の半径の平方に等しい面積の球面上の部分の中心に対する立体角)。
実施例1〜2で得られた排ガス浄化触媒及び比較例1〜2で得られた比較用触媒における活性金属粒子(Pt−Pd合金、Pt又はPd)の平均粒子径をCO化学吸着法によって求めた。得られた結果を表6に示す。
実施例1〜2で得られた排ガス浄化触媒及び比較例1〜2で得られた比較用触媒のCO吸着量は、以下のCOパルス測定法により求めた。
前記により得られたCO吸着量と、活性金属粒子の担持量とから、下記式(3):
[活性金属粒子の分散度(%)]=([触媒1g当たりに吸着したCOの吸着量(ml)]/[触媒1g当たりに含まれる活性金属粒子の質量(質量%)])×100 ・・・式(3)
を用いて、活性金属粒子の分散度を算出した。得られた結果を表6に示す。
Claims (8)
- アルミナ担体と、該アルミナ担体の表面に形成されたシリカ層と、該シリカ層に担持された白金及びパラジウムからなる活性金属粒子とを備え、
前記活性金属粒子における粒子径2.0nm以下の微粒子の比率が、全活性金属粒子に対して粒子数基準で50%以上であり、かつ、
前記微粒子におけるパラジウム含有率が10〜90at%である合金微粒子の比率が、全微粒子に対して粒子数基準で50%以上である、
ことを特徴とする排ガス浄化触媒。 - 前記活性金属粒子における粒子径2.0nm以下の微粒子の比率が、全活性金属粒子に対して粒子数基準で90%以上であり、かつ、
前記微粒子におけるパラジウム含有率が10〜90at%である合金微粒子の比率が、全微粒子に対して粒子数基準で80%以上である、
ことを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化触媒。 - 前記微粒子におけるパラジウム含有率が40〜60at%である合金微粒子の比率が、全微粒子に対して粒子数基準で80%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化触媒。
- 前記シリカ層の平均膜厚が、アルミナ(Al2O3)の単分子層の0.5〜2.5倍に相当する膜厚であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒。
- 前記活性金属粒子の平均粒子径が2.0nm以下であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒。
- 前記白金の担持量が、金属換算で、前記担体100質量部に対して0.1〜10質量部であり、かつ、
前記パラジウムの担持量が、金属換算で、前記担体100質量部に対して0.01〜5.0質量部である、
ことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒。 - アルミナ担体に有機珪素を用いてシリカを担持せしめて表面にシリカ層を有するアルミナ担体を得る工程と、
前記表面にシリカ層を有するアルミナ担体に、白金塩とパラジウム塩との溶液、又は、白金とパラジウムとの合金微粒子のコロイド溶液、を用いて白金及びパラジウムを担持せしめる工程と、
前記白金及びパラジウムが担持されたアルミナ担体に熱処理を施すことにより請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒を得る工程と、
を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒の製造方法。 - 請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒に内燃機関から排出された排ガスを接触せしめて排ガスを浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
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