JP2017100073A - Catalyst for exhaust purification - Google Patents

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良典 齊藤
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真秀 三浦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for exhaust purification that exhibits sufficient purification performance even in a condition with a high volume of intake air, for example, at the time of acceleration.SOLUTION: The present invention provides a catalyst for exhaust purification having two or more catalyst coat layers on base material, where a catalyst coat of the top layer has a structure with excellent gas diffusibility and a catalyst particle for use in the top layer has a structure with a noble metal particle carried on the surface of a secondary particle of carrier material.SELECTED DRAWING: Figure 21

Description

本発明は排ガス浄化用触媒に関する。より詳しくは、二層以上の触媒コート層を有する排ガス浄化用触媒であって、そのうち最上層の触媒コートの構成に特徴を有する排ガス浄化用触媒に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst having two or more catalyst coat layers, which is characterized by the structure of the uppermost catalyst coat layer.

自動車などの内燃機関から排出される排ガスには、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)、未燃の炭化水素(HC)などの有害ガスが含まれている。そのような有害ガスを分解する排ガス浄化用触媒は三元触媒とも称され、コージェライトなどからなるハニカム状のモノリス基材に、触媒活性を有する貴金属粒子と酸素貯蔵能(OSC:Oxygen Storage Capacity)を有する助触媒とを含むスラリーをウォッシュコートして触媒コート層を設けたものが一般的である。   Exhaust gas discharged from internal combustion engines such as automobiles contains harmful gases such as carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), and unburned hydrocarbons (HC). Such a catalyst for purifying exhaust gas that decomposes harmful gases is also called a three-way catalyst. A honeycomb monolith substrate made of cordierite or the like, catalytic noble metal particles and oxygen storage capacity (OSC: Oxygen Storage Capacity). In general, a slurry containing a co-catalyst having a catalyst is washed and coated with a catalyst coating layer.

排ガス浄化用触媒における浄化効率を向上させるべく、様々な試みが行われている。その一例として、触媒コート層内における排ガスの拡散性を向上させるため、触媒粒子の粒径を大きくする、あるいは製造の最終段階で触媒を焼成した際に消失する造孔材を用いるなどして、触媒コート層の内部に空隙を形成する手法が知られている。   Various attempts have been made to improve the purification efficiency of exhaust gas purification catalysts. For example, in order to improve the diffusibility of the exhaust gas in the catalyst coat layer, the particle size of the catalyst particles is increased, or a pore former that disappears when the catalyst is calcined at the final stage of production is used. A technique for forming voids inside the catalyst coat layer is known.

しかし、触媒層の内部に空隙を設けると、その分、触媒層の厚さが増すため、触媒の圧力損失が上昇し、エンジン出力の低下や燃費の悪化を招くおそれがある。また、上述のような方法で空隙を設けた場合、触媒層の強度が低下する、あるいは設けた空隙間の繋がりが乏しく十分な効果が得られないなどの問題もあった。そのような問題に鑑み、例えば特許文献1には、所定形状の炭素化合物材を混合し、それを触媒焼成時に消失させることにより、断面の縦横比(D/L)に関する頻度分布の最頻値が2以上である空隙を触媒層内に設ける方法が記載されている。   However, if a void is provided inside the catalyst layer, the thickness of the catalyst layer increases accordingly, and the pressure loss of the catalyst increases, which may lead to a decrease in engine output and fuel consumption. In addition, when the voids are provided by the method as described above, there is a problem that the strength of the catalyst layer is reduced or the connection between the provided voids is poor and a sufficient effect cannot be obtained. In view of such a problem, for example, Patent Document 1 discloses a mode value of a frequency distribution related to the aspect ratio (D / L) of a cross section by mixing a carbon compound material having a predetermined shape and eliminating it during catalyst firing. Describes a method of providing a void in the catalyst layer with 2 or more.

また、貴金属粒子の触媒活性を効率よく発揮させるため、より多くの排ガスが貴金属粒子と接触するようにする試みもなされている。例えば特許文献2では、貴金属担持粉末粒子とバインダーとを液中で混合してスラリーを形成し、そのスラリーに振動を加えて貴金属担持粉末粒子を分散させた後、その状態のままスラリーを噴霧乾燥させて、粒子内部にガス拡散に有効な細孔を形成した貴金属担持粉末を得る方法が記載されている。   In addition, in order to efficiently exhibit the catalytic activity of the noble metal particles, attempts have been made to make more exhaust gas come into contact with the noble metal particles. For example, in Patent Document 2, a noble metal-supported powder particle and a binder are mixed in a liquid to form a slurry, and the slurry is vibrated to disperse the noble metal-supported powder particles, and then the slurry is spray-dried in that state. And a method for obtaining a noble metal-supported powder in which pores effective for gas diffusion are formed inside the particles is described.

特開2012−240027号公報JP 2012-240027 A 特開2009−131839号公報JP 2009-131839 A

例えば、PtとRhのような2種類の貴金属を用いた触媒において、金属同士の固溶体化による触媒活性の低下の問題に鑑み、それら2種類の貴金属を異なる層に含有させた二層触媒とする手法が知られている。そのような二層触媒において、排ガスに直接接触する上層は高温かつ高濃度のガスという高ストレスに曝されるため、十分な耐熱性を有するためには相応の触媒コート量が必要となる。しかし、コート量を増加させると、触媒におけるガス拡散性が低下するとともに触媒活性点の利用効率が低下し、浄化性能が低下するという問題がある。特に、加速時などの吸入空気量が多い条件(高吸入空気量または高Ga条件:高空間速度または高SV条件と同義)のもとでは、触媒の浄化性能はガス拡散律速となるため、特に問題となる。しかしながら、高Ga条件であっても十分なガス拡散性が達成される触媒コートの形成方法はこれまで見出されていない。   For example, in a catalyst using two kinds of noble metals such as Pt and Rh, in view of the problem of reduction in catalytic activity due to solid solution of metals, a two-layer catalyst in which these two kinds of noble metals are contained in different layers is used. Techniques are known. In such a two-layer catalyst, the upper layer that is in direct contact with the exhaust gas is exposed to a high stress such as a high-temperature and high-concentration gas, and therefore a corresponding amount of catalyst coat is required to have sufficient heat resistance. However, when the coating amount is increased, there is a problem in that gas diffusibility in the catalyst is lowered, utilization efficiency of the catalyst active point is lowered, and purification performance is lowered. In particular, since the purification performance of the catalyst is gas diffusion-controlled under conditions with a large amount of intake air, such as during acceleration (high intake air amount or high Ga condition: synonymous with high space velocity or high SV condition), It becomes a problem. However, a method for forming a catalyst coat that achieves sufficient gas diffusivity even under high Ga conditions has not been found so far.

また、特許文献2の方法により得られる貴金属担持粉末では、貴金属粒子は担体の一次粒子の表面に担持されている。その一次粒子が集合した二次粒子において、いかにその内部に細孔が形成されていても、一次粒子同士が接触する面に存在する貴金属粒子は排ガスと接触することができず、その触媒活性を発揮することができない。   In the noble metal-supported powder obtained by the method of Patent Document 2, the noble metal particles are supported on the surface of the primary particles of the carrier. In the secondary particles in which the primary particles are aggregated, noble metal particles present on the surface where the primary particles are in contact with each other cannot contact the exhaust gas, no matter how fine pores are formed inside the secondary particles. I can't demonstrate it.

本発明者らは上述したような問題を検討した結果、所定の形状を有する有機繊維を造孔材として用いることで、連通性に優れた高アスペクト比細孔を有し、ガス拡散性に優れた触媒コートを形成できることを見出した。そして、その触媒コートを2層以上の触媒コートを有する多層触媒の最上層に用い、かつ担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有する触媒粒子をその最上層に用いることで、耐熱性を維持しつつ、高Ga条件下での浄化性能を顕著に高められることを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。   As a result of examining the problems as described above, the present inventors have used organic fibers having a predetermined shape as a pore-forming material, thereby having high aspect ratio pores excellent in communication and excellent gas diffusibility. It was found that a catalyst coat can be formed. The catalyst coat is used as the uppermost layer of the multilayer catalyst having two or more catalyst coats, and the catalyst particles having a structure in which noble metal particles are supported on the surface of the secondary particles of the support material are used as the uppermost layer. Thus, it was found that the purification performance under high Ga conditions can be remarkably enhanced while maintaining the heat resistance. The gist of the present invention is as follows.

(1)基材上に二層以上の触媒コート層を有する排ガス浄化用触媒であって、
各触媒コート層は隣接する触媒コート層と異なる組成を有する触媒粒子を含有し、
最上層の触媒コートが含有する触媒粒子は、Alを含有する担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有し、
前記最上層の触媒コートにおいて、
コート層の平均厚さが25〜160μmの範囲内であり、
水中重量法により測定した空隙率が50〜80容量%の範囲内であり、かつ
空隙全体の0.5〜50容量%が、5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔からなり、
前記高アスペクト比細孔は、排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の円相当径が2〜50μmの範囲内であり、かつ平均アスペクト比が10〜50の範囲内である、前記排ガス浄化用触媒。
(2)基材上に二層以上の触媒コート層を有する排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
Alを含有する担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有する触媒粒子を調製する工程、および
前記触媒粒子と、スラリー中の金属酸化物100質量部に対して0.5〜9.0質量部の繊維状有機物を含む触媒スラリーを用いて、最上層の触媒コートを形成する工程を含み、
前記繊維状有機物は、平均繊維径が1.7〜8.0μmの範囲内、かつ平均アスペクト比が9〜40の範囲内である、前記方法。
(1) An exhaust gas purifying catalyst having two or more catalyst coat layers on a substrate,
Each catalyst coat layer contains catalyst particles having a composition different from that of the adjacent catalyst coat layer;
The catalyst particles contained in the uppermost catalyst coat have a structure in which noble metal particles are supported on the surfaces of secondary particles of a support material containing Al 2 O 3 .
In the uppermost catalyst coat,
The average thickness of the coat layer is in the range of 25-160 μm;
The porosity measured by the underwater gravimetric method is in the range of 50 to 80% by volume, and 0.5 to 50% by volume of the entire voids are composed of high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more,
The high aspect ratio pores have a circle equivalent diameter in the cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the flow direction of the exhaust gas in the range of 2 to 50 μm and the average aspect ratio in the range of 10 to 50. The exhaust gas-purifying catalyst.
(2) A method for producing an exhaust gas purifying catalyst having two or more catalyst coat layers on a substrate,
A step of preparing catalyst particles having a structure in which noble metal particles are supported on the surface of secondary particles of a support material containing Al 2 O 3 , and the catalyst particles and 100 parts by mass of metal oxide in the slurry Using a catalyst slurry containing 0.5 to 9.0 parts by mass of fibrous organic matter, and forming a top catalyst coat,
The said fibrous organic substance is the said method whose average fiber diameter is in the range of 1.7-8.0 micrometers, and whose average aspect-ratio is in the range of 9-40.

本発明の排ガス浄化触媒は、最上層の触媒コートが所定の条件を満たす高アスペクト比細孔を有することにより、その最上層の触媒コートにおけるガス拡散性が格段に向上しているため、耐熱性を獲得するのに十分な触媒コート量を有しながら、高Ga条件であっても十分な浄化性能を発揮することが可能である。さらに、最上層の触媒コートに含有させる触媒粒子を、担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有するものとすることで、貴金属粒子の触媒活性を効率よく発揮させることができる。本発明の排ガス浄化触媒では、最上層の触媒コートにおける、ガス拡散性に優れたコート構造と、貴金属の触媒活性を効率よく発揮される触媒粒子の構造の相乗効果により、非常に優れた浄化性能を有する。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention has high aspect ratio pores in which the uppermost catalyst coat satisfies a predetermined condition, so that the gas diffusibility in the uppermost catalyst coat is remarkably improved. It is possible to exhibit sufficient purification performance even under high Ga conditions, while having a catalyst coating amount sufficient to achieve the above. Furthermore, the catalyst particles contained in the uppermost catalyst coat have a structure in which noble metal particles are supported on the surface of secondary particles of the support material, so that the catalytic activity of the noble metal particles can be efficiently exhibited. it can. In the exhaust gas purification catalyst of the present invention, the top layer catalyst coat has a very excellent purification performance due to the synergistic effect of the coat structure with excellent gas diffusibility and the structure of catalyst particles that can efficiently exhibit the catalytic activity of noble metals. Have

FIB−SEMの測定方法の一例を示す概略図で、(A)は本発明の排ガス浄化用触媒の基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の一部を示す概略図、(B)は排ガス浄化用触媒を(A)に示す点線の位置で軸方向に切断した試験片を示す概略図、(C)はFIB−SEM測定方法により得られたSEM像の概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows an example of the measurement method of FIB-SEM, (A) is schematic which shows a part of catalyst coat layer cross section perpendicular | vertical to the flow direction of the waste gas of the base material of the exhaust gas purification catalyst of this invention, (B ) Is a schematic view showing a test piece obtained by cutting the exhaust gas purifying catalyst in the axial direction at the position of the dotted line shown in FIG. (A), and (C) is a schematic view of an SEM image obtained by the FIB-SEM measurement method. 試験1の実施例5で得られた排ガス浄化用触媒の基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の走査型電子顕微鏡写真(SEM写真)である。6 is a scanning electron micrograph (SEM photograph) of a cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the flow direction of the exhaust gas of the base material of the exhaust gas purifying catalyst obtained in Example 5 of Test 1. FIG. 図2のSEM写真を二値化処理した図である。It is the figure which binarized the SEM photograph of FIG. 排ガス浄化用触媒の基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の連続断面画像を解析して得た細孔の三次元情報を例示する二次元投影図である。It is a two-dimensional projection figure which illustrates the three-dimensional information of the pore obtained by analyzing the continuous cross-sectional image of the catalyst coat layer cross section perpendicular | vertical to the flow direction of the exhaust gas of the base material of the exhaust gas purification catalyst. 図4のA〜Eにおける触媒コート層断面の細孔を示す概略図である。It is the schematic which shows the pore of the catalyst coat layer cross section in AE of FIG. 図4の二次元投影図において高アスペクト比細孔の円錐角を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a cone angle of a high aspect ratio pore in the two-dimensional projection view of FIG. 4. 試験1の実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフで、触媒コート層の被覆量とNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the catalyst performance evaluation test of the catalyst obtained by Examples 1-42 of Test 1, and Comparative Examples 1-133, and is a graph which shows the relationship between the coating amount of a catalyst coat layer, and a NOx purification rate. 試験1の実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフで、触媒コート層の平均厚さとNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the catalyst performance evaluation test of the catalyst obtained by Examples 1-42 of Test 1, and Comparative Examples 1-133, and is a graph which shows the relationship between the average thickness of a catalyst coat layer, and a NOx purification rate. 試験1の実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフで、触媒コート層の空隙率とNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the catalyst performance evaluation test of the catalyst obtained by Examples 1-42 of Test 1, and Comparative Examples 1-133, and is a graph which shows the relationship between the porosity of a catalyst coat layer, and a NOx purification rate. 試験1の実施例5により得られた触媒の高アスペクト比細孔のアスペクト比と頻度との関係及び比較例4により得られた触媒の細孔におけるアスペクト比と頻度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the aspect ratio and frequency of the high aspect ratio pore of the catalyst obtained by Example 5 of Test 1, and the aspect ratio and frequency of the pore of the catalyst obtained by Comparative Example 4. . 試験1の実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフで、高アスペクト比細孔の平均アスペクト比とNOx浄化率との関係を示すグラフである。The graph which shows the result of the catalyst performance evaluation test of the catalyst obtained by Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133 of Test 1, and shows the relationship between the average aspect ratio of the high aspect ratio pores and the NOx purification rate It is. 試験1の実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフで、高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合とNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the catalyst performance evaluation test of the catalyst obtained by Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133 of Test 1, and shows the relationship between the ratio of the high aspect ratio pores to the entire voids and the NOx purification rate. It is a graph to show. 試験1の実施例16により得られた触媒の高アスペクト比細孔の円錐角と累積割合との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the cone angle of the high aspect ratio pore of the catalyst obtained by Example 16 of Test 1, and a cumulative ratio. 試験1の実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフで、高アスペクト比細孔の累積80%角度の値とNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the catalyst performance evaluation test of the catalyst obtained by Examples 1-42 of Test 1, and Comparative Examples 1-133, and the relationship between the value of the cumulative 80% angle of high aspect ratio pores and the NOx purification rate It is a graph which shows. 試験2で調製した触媒(比較例1〜3および実施例1)の高Ga条件下でのOSC性能の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the OSC performance on the high Ga conditions of the catalyst (Comparative Examples 1-3 and Example 1) prepared by Test 2. FIG. 試験2で調製した触媒(比較例1〜3および実施例1)の高Ga条件下でのNOx浄化率の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the NOx purification rate under high Ga conditions of the catalyst (Comparative Examples 1-3 and Example 1) prepared by Test 2. FIG. 試験2で調製した触媒(比較例1〜3および実施例1)において、耐久試験後のNOx浄化率が50%となる温度(T50−NOx)を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the temperature (T50-NOx) in which the NOx purification rate after an endurance test will be 50% in the catalyst prepared in Test 2 (Comparative Examples 1-3 and Example 1). 試験3で調製した各Rh担持材料におけるRhの担持状態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the loading state of Rh in each Rh carrying material prepared in Test 3. 試験3の実施例1に記載したようにスパッタリングにより複合化Al材にRhを担持させて調製したRh/Al材のHAADF−STEM像である。It is a HAADF-STEM image of the Rh / Al 2 O 3 material prepared by carrying Rh on the composite Al 2 O 3 material by sputtering as described in Example 1 of Test 3. 試験3の実施例1ならびに比較例1および2の触媒の耐久試験後および高温下での浄化性能評価の結果を表すグラフである。It is a graph showing the result of the purification performance evaluation after the durability test of Example 1 of Test 3 and Comparative Examples 1 and 2 and under high temperature. 試験3の実施例1ならびに比較例3および4の触媒のコート構造を模式的に表す図、ならびにそれらの触媒の耐久試験後および高温下での浄化性能評価の結果を示すグラフである。It is a figure showing typically the coat structure of Example 1 of test 3, and the catalyst of comparative examples 3 and 4, and a graph which shows the result of purification performance evaluation after the endurance test of these catalysts, and under high temperature. 試験3の実施例2および比較例5〜9の触媒の耐久試験後および高温下での浄化性能評価の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the purification performance evaluation after the durability test of the catalyst of Example 2 of Test 3 and Comparative Examples 5 to 9 and under high temperature. 試験3で調製した触媒の、担体の二次粒子径と耐久試験後のNOx浄化性能の関係を表すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the secondary particle diameter of the carrier and the NOx purification performance after the durability test of the catalyst prepared in Test 3.

[排ガス浄化用触媒]
本発明の排ガス浄化用触媒は、基材上に二層以上の触媒コート層を有し、各触媒コート層は隣接する触媒コート層と異なる組成を有する触媒粒子を含有する。そして、最上層の触媒コートは、コート層の平均厚さが25〜160μmの範囲内であり、水中重量法により測定した空隙率が50〜80容量%の範囲内であり、かつ空隙全体の0.5〜50容量%が、5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔からなり、該高アスペクト比細孔は、排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の円相当径が2〜50μmの範囲内であり、かつ平均アスペクト比が10〜50の範囲内であること、および含有する触媒粒子が、Alを含有する担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有することを特徴とする。
[Exhaust gas purification catalyst]
The exhaust gas purifying catalyst of the present invention has two or more catalyst coat layers on a substrate, and each catalyst coat layer contains catalyst particles having a composition different from that of the adjacent catalyst coat layer. The uppermost catalyst coat has an average thickness of the coat layer in the range of 25 to 160 μm, a porosity measured by the underwater weight method is in the range of 50 to 80% by volume, and 0% of the entire void. 5 to 50% by volume consist of high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more, and the high aspect ratio pores are pore circles in a cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the flow direction of the exhaust gas. The equivalent diameter is in the range of 2 to 50 μm and the average aspect ratio is in the range of 10 to 50, and the contained catalyst particles are on the surface of the secondary particles of the support material containing Al 2 O 3. It has a structure in which noble metal particles are supported.

(基材)
本発明の排ガス浄化用触媒における基材としては、例えば公知のハニカム形状を有する基材を使用することができ、具体的には、ハニカム形状のモノリス基材(ハニカムフィルタ、高密度ハニカム等)等が好適に採用される。また、このような基材の材質も特に制限されず、コージェライト、炭化ケイ素、シリカ、アルミナ、ムライト等のセラミックスからなる基材や、クロム及びアルミニウムを含むステンレススチール等の金属からなる基材が好適に採用される。これらの中でも、コストの観点から、コージェライトであることが好ましい。
(Base material)
As the substrate in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, for example, a substrate having a known honeycomb shape can be used, and specifically, a honeycomb-shaped monolith substrate (honeycomb filter, high-density honeycomb, etc.), etc. Is preferably employed. In addition, the material of such a base material is not particularly limited, and there are base materials made of ceramics such as cordierite, silicon carbide, silica, alumina, mullite, and base materials made of metal such as stainless steel including chromium and aluminum. Preferably employed. Among these, cordierite is preferable from the viewpoint of cost.

(触媒コート層)
本発明の排ガス浄化用触媒における触媒コート層は、前記基材の表面に形成されており、二層以上、すなわち二層、三層、または四層以上の層からなる。好ましくは、本発明の排ガス浄化用触媒における触媒コート層は二層構造を有する。各触媒コート層は、隣接する触媒コート層とは異なる組成を有する。また、各触媒コート層は、必ずしも排ガス浄化用触媒の基材全体に渡って均一でなくてもよく、基材の部分ごと、例えば排ガス流れ方向に対して上流側と下流側で、ゾーンごとに異なる組成を有していてもよい。なお、異なる組成とは、例えば後述する触媒粒子を構成する成分が異なることをいう。二層以上の層からなる触媒コート層は、最上層の触媒コートと、それに対して下層に存在する下層触媒コートに分類することができ、最上層の触媒コートは、後述するように空隙を多く含む構造を有する。
(Catalyst coat layer)
The catalyst coat layer in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is formed on the surface of the substrate, and consists of two or more layers, that is, two layers, three layers, or four layers or more. Preferably, the catalyst coat layer in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention has a two-layer structure. Each catalyst coat layer has a composition different from that of the adjacent catalyst coat layer. In addition, each catalyst coat layer does not necessarily have to be uniform over the entire base material of the exhaust gas purification catalyst, and for each zone, for example, upstream and downstream with respect to the exhaust gas flow direction. It may have a different composition. In addition, a different composition means that the component which comprises the catalyst particle mentioned later differs, for example. The catalyst coat layer composed of two or more layers can be classified into the uppermost catalyst coat and the lower layer catalyst coat existing in the lower layer, and the uppermost catalyst coat has many voids as described later. It has a structure including.

各触媒コート層は、主触媒として機能する貴金属の粒子が金属酸化物等からなる担体に担持されて構成される触媒粒子を含む。担体材料としては、金属酸化物、具体的には、酸化アルミニウム(Al、アルミナ)、酸化セリウム(CeO、セリア)、酸化ジルコニウム(ZrO、ジルコニア)、酸化珪素(SiO、シリカ)、酸化イットリウム(Y、イットリア)および酸化ネオジム(Nd)、ならびにこれらからなる複合酸化物が挙げられる。金属酸化物は二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Each catalyst coat layer includes catalyst particles configured such that noble metal particles functioning as a main catalyst are supported on a carrier made of a metal oxide or the like. Support materials include metal oxides, specifically, aluminum oxide (Al 2 O 3 , alumina), cerium oxide (CeO 2 , ceria), zirconium oxide (ZrO 2 , zirconia), silicon oxide (SiO 2 , silica). ), Yttrium oxide (Y 2 O 3 , yttria), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), and composite oxides thereof. Two or more metal oxides may be used in combination.

貴金属としては、具体的には、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)およびルテニウム(Ru)が挙げられる。これらの中でも、触媒性能の観点から、Pt、Rh、Pd、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも一種が好ましく、Pt、Rh及びPdからなる群から選択される少なくとも一種が特に好ましい。貴金属は、触媒コート層一層あたり一種用いることが好ましい。   Specific examples of the noble metal include platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), iridium (Ir), and ruthenium (Ru). Among these, at least one selected from the group consisting of Pt, Rh, Pd, Ir and Ru is preferable from the viewpoint of catalyst performance, and at least one selected from the group consisting of Pt, Rh and Pd is particularly preferable. One kind of noble metal is preferably used per catalyst coat layer.

貴金属は、上述したような金属酸化物に担持されていることが好ましい。貴金属の担持量は、特に制限されず、目的とする設計等に応じて適宜必要量を担持させればよい。貴金属の含有量としては、金属換算で、触媒粒子100質量部に対して0.01〜10質量部であることが好ましく、0.01〜5質量部であることがより好ましい。貴金属の担持量は、少なすぎると触媒活性が不十分となる傾向にあり、他方、多すぎても触媒活性が飽和するとともにコストが上昇する傾向にあるが、上記範囲ではそのような問題は生じない。   The noble metal is preferably supported on the metal oxide as described above. The amount of the precious metal supported is not particularly limited, and a necessary amount may be supported appropriately according to the target design. The noble metal content is preferably 0.01 to 10 parts by mass and more preferably 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the catalyst particles in terms of metal. If the amount of the precious metal supported is too small, the catalytic activity tends to be insufficient. On the other hand, if the amount is too large, the catalytic activity tends to be saturated and the cost tends to increase. Absent.

基材上に形成される二層以上の触媒コート層において、最上層の触媒コート層は、下層の触媒コート層と比べて、高温かつ高濃度のガスという高ストレス、および硫黄(S)や炭化水素(HC)などの被毒物質に多く曝される。そのため、それらに対する耐久性を有する触媒とするためには、最上層の触媒コート層にストレスや被毒によって触媒活性が害されにくい貴金属を用いることが好ましい。そのような貴金属としては、例えばRhが挙げられる。また、ストレスや被毒に比較的弱く、最上層以外の触媒コートで用いることが好ましい貴金属としては、例えばPdおよびPtが挙げられる。   In the two or more catalyst coat layers formed on the substrate, the uppermost catalyst coat layer has a high stress of high temperature and high concentration gas, and sulfur (S) or carbonization compared to the lower catalyst coat layer. Many are exposed to poisoning substances such as hydrogen (HC). Therefore, in order to obtain a catalyst having durability against them, it is preferable to use a noble metal whose catalytic activity is hardly impaired by stress or poisoning in the uppermost catalyst coat layer. An example of such a noble metal is Rh. Examples of noble metals that are relatively weak against stress and poisoning and are preferably used in a catalyst coat other than the uppermost layer include Pd and Pt.

触媒コート層の一層あたりの被覆量は、基材の単位体積当たり50〜300g/Lの範囲内であることが好ましい。被覆量が少なすぎると、触媒粒子の触媒活性性能が十分に得られないためNOx浄化性能等の十分な触媒性能が得られない一方、多すぎても、圧力損失が増大し燃費が悪化する原因となるが、上記範囲ではそのような問題は生じない。なお、圧力損失と触媒性能と耐久性のバランスの観点から、触媒コート層の一層あたりの被覆量は、基材の単位体積当たり50〜250g/L、特に50〜200g/Lの範囲内であることがより好ましい。   The coating amount per layer of the catalyst coat layer is preferably in the range of 50 to 300 g / L per unit volume of the substrate. If the coating amount is too small, the catalyst activity performance of the catalyst particles cannot be sufficiently obtained, so that sufficient catalyst performance such as NOx purification performance cannot be obtained. On the other hand, if too much, the pressure loss increases and the fuel consumption deteriorates. However, such a problem does not occur in the above range. In addition, from the viewpoint of a balance between pressure loss, catalyst performance, and durability, the coating amount per layer of the catalyst coat layer is in the range of 50 to 250 g / L, particularly 50 to 200 g / L, per unit volume of the base material. It is more preferable.

また、触媒コート層の一層あたりの厚さは、平均厚さが25〜160μmの範囲内であることが好ましい。触媒コート層が薄すぎると、十分な触媒性能が得られなくなる一方、厚すぎても、排ガス等が通過する際の圧力損失が大きくなりNOx浄化性能等の十分な触媒性能が得られないが、上記範囲ではそのような問題は生じない。なお、圧力損失と触媒性能と耐久性のバランスの観点から、30〜96μm、特に32〜92μmの範囲内であることがより好ましい。ここで、触媒コート層の「厚さ」とは、触媒コート層の基材の平坦部の中心に対して垂直な方向の長さ、すなわち触媒コート層の表面と基材表面(下層触媒コートが存在する場合は、その下層触媒コートとの間の界面)の間の最短距離を意味する。触媒コート層の平均厚さは、例えば、触媒コート層を、走査型電子顕微鏡(SEM)や光学顕微鏡を用いて観察して、任意の10個以上の部分について厚さを測定し、その厚さの平均値を算出することにより算出することができる。   Further, the thickness per layer of the catalyst coat layer is preferably within the range of 25 to 160 μm. If the catalyst coat layer is too thin, sufficient catalyst performance cannot be obtained.On the other hand, if it is too thick, pressure loss when exhaust gas or the like passes increases and sufficient catalyst performance such as NOx purification performance cannot be obtained. Such a problem does not occur in the above range. In addition, from the viewpoint of a balance between pressure loss, catalyst performance, and durability, it is more preferably in the range of 30 to 96 μm, particularly 32 to 92 μm. Here, the “thickness” of the catalyst coat layer is the length in the direction perpendicular to the center of the flat portion of the substrate of the catalyst coat layer, that is, the surface of the catalyst coat layer and the surface of the substrate (the lower layer catalyst coat is If present, it means the shortest distance between the lower catalyst coat). For example, the average thickness of the catalyst coat layer is measured by observing the catalyst coat layer using a scanning electron microscope (SEM) or an optical microscope, and measuring the thickness of any 10 or more portions. It is possible to calculate by calculating the average value.

触媒コート層は、主として触媒粒子から構成されるが、さらに本発明の効果を損なわない範囲で他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、この種の用途の触媒コート層に用いられる他の金属酸化物や添加剤等、具体的にはカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)等のアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)等の希土類元素、鉄(Fe)等の遷移金属等の一種以上が挙げられる。   The catalyst coat layer is mainly composed of catalyst particles, but may further contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired. Other components include other metal oxides and additives used in the catalyst coat layer for this type of application, specifically potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs). Alkaline metals such as barium (Ba), calcium (Ca), strontium (Sr), etc., rare earth elements such as lanthanum (La), yttrium (Y), cerium (Ce), iron (Fe), etc. 1 type or more of these transition metals etc. are mentioned.

(最上層の触媒コート)
最上層の触媒コートは、空隙を多く有し、その空隙率は、水中重量法により測定した空隙率で50〜80容量%の範囲内であることが好ましい。最上層の触媒コートの空隙率が低すぎると、ガス拡散性が悪くなるため十分な触媒性能が得られない一方、高すぎると、拡散性が高すぎることにより触媒活性点と接触せずにコート層を素通りするガスの割合が増え十分な触媒性能が得られないが、上記範囲ではそのような問題は生じない。最上層の触媒コートの空隙率は、ガス拡散性と触媒性能のバランスの観点から、50.9〜78.8容量%、特に54〜78.0容量%の範囲内であることがより好ましい。
(Top catalyst coat)
The uppermost catalyst coat has many voids, and the void ratio is preferably in the range of 50 to 80% by volume as measured by an underwater weight method. If the porosity of the uppermost catalyst coat is too low, the gas diffusibility will deteriorate and sufficient catalyst performance will not be obtained. Although the ratio of the gas passing through the layer increases and sufficient catalyst performance cannot be obtained, such a problem does not occur in the above range. The porosity of the uppermost catalyst coat is more preferably in the range of 50.9 to 78.8% by volume, particularly 54 to 78.0% by volume, from the viewpoint of the balance between gas diffusibility and catalyst performance.

最上層の触媒コートの「空隙」とは、触媒コート層が内部に有する空間を意味する。「空隙」の形状は特に限定されず、例えば、球状、楕円状、円筒形状、直方体状(角柱)、円盤状、貫通路形状及びこれらに類似する形状等のいずれのものであってよい。このような空隙には、断面の円相当径が2μm未満の微小細孔、断面の円相当径が2μm以上でかつ5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔、断面の円相当径が2μm以上でかつ5以上のアスペクト比を有さない細孔等の細孔が含まれる。このような最上層の触媒コートの空隙率は、例えば、最上層の触媒コートのみを形成した排ガス浄化用触媒を水中重量法により測定することにより求めることができる。具体的には、空隙率は、例えばJIS R 2205に規定される方法に準じた方法により測定することができる。   The “void” of the uppermost catalyst coat means a space that the catalyst coat layer has inside. The shape of the “void” is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical shape, an elliptical shape, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape (rectangular column), a disk shape, a through-passage shape, and similar shapes. Such voids include micropores with a cross-sectional equivalent circle diameter of less than 2 μm, high-aspect ratio pores with a cross-sectional equivalent circle diameter of 2 μm or more and an aspect ratio of 5 or more, and a cross-sectional equivalent circle diameter of 2 μm. There are included pores such as pores having the aspect ratio of 5 or more. Such a porosity of the uppermost catalyst coat can be obtained, for example, by measuring an exhaust gas purification catalyst in which only the uppermost catalyst coat is formed by an underwater weight method. Specifically, the porosity can be measured by a method according to a method defined in JIS R 2205, for example.

本発明の排ガス浄化用触媒は、最上層の触媒コートが有する空隙のうち、全体の0.5〜50容量%が、5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔からなる。高アスペクト比細孔は、排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の円相当径が2〜50μmの範囲内であり、かつ平均アスペクト比が10〜50の範囲内であることを特徴とする。従って、円相当径が2μm未満である細孔は、たとえアスペクト比が5以上であっても高アスペクト比細孔とはみなさない。   In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, among the voids of the uppermost catalyst coat, 0.5 to 50% by volume of the catalyst is composed of high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more. The high aspect ratio pores have an equivalent circle diameter of 2 to 50 μm in the cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the exhaust gas flow direction, and an average aspect ratio of 10 to 50. It is characterized by being. Accordingly, pores having an equivalent circle diameter of less than 2 μm are not regarded as high aspect ratio pores even if the aspect ratio is 5 or more.

高アスペクト比細孔の平均アスペクト比は、低すぎると細孔の連通性が十分得られない一方、高すぎるとガス拡散性が高すぎることにより、触媒活性点と接触せずにコート層を素通りするガスの割合が増えて十分な触媒性能が得られないが、平均アスペクト比が10〜50の範囲内であればそのような問題は生じない。ガス拡散性と触媒性能の両立という観点から、高アスペクト比細孔の平均アスペクト比は、10〜35、特に10〜30の範囲内であることがより好ましい。   If the average aspect ratio of the high aspect ratio pores is too low, sufficient pore connectivity cannot be obtained, while if it is too high, the gas diffusivity is too high, so that the coating layer passes through the coating layer without contacting the catalytic active point. However, if the average aspect ratio is within the range of 10 to 50, such a problem does not occur. From the viewpoint of achieving both gas diffusibility and catalyst performance, the average aspect ratio of the high aspect ratio pores is more preferably in the range of 10 to 35, particularly 10 to 30.

最上層の触媒コートにおける高アスペクト比細孔の平均アスペクト比は、FIB−SEM(Focused Ion Beam−Scanning Electron Microscope)またはX線CT等で得られる触媒コート層の細孔の三次元情報から、基材の排ガスの流れ方向(ハニカム状の基材の軸方向)に垂直な触媒コート層断面の断面画像を解析することにより測定することができる。   The average aspect ratio of the high aspect ratio pores in the uppermost catalyst coat is based on the three-dimensional information of the pores of the catalyst coat layer obtained by FIB-SEM (Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscope) or X-ray CT. It can be measured by analyzing a cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the flow direction of the exhaust gas of the material (the axial direction of the honeycomb substrate).

具体的には、例えば、FIB−SEM分析により行う場合、先ず、前記基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の連続断面画像(SEM像)をFIB−SEM分析により取得する。次に、得られた連続断面画像を解析し、断面の円相当径が2μm以上の細孔の三次元情報を抽出する。図4に、細孔の三次元情報の解析結果の一例として、排ガス浄化用触媒の基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の連続断面画像を解析して得た細孔の三次元情報の解析結果を例示する二次元投影図の例を示す。図4に例示する細孔の三次元情報の解析結果にも表れているように、細孔の形は不定形であり、細孔の連続断面画像(SEM像)における始点と終点を結んだ距離を「長径」と定義する。なお、始点と終点はそれぞれのSEM像における重心とする。次に、細孔の連続断面画像(SEM像)における始点と終点を最短距離で接続する経路におけるくびれのうち断面SEM像における円相当径が2μm以上であって最小のものを「喉」と定義し、この断面SEM像における円相当径を「喉径」と定義する。(細孔においてくびれが複数存在する場合があるが、アスペクト比を算出するための喉径として、始点と終点を最短距離で接続する経路における最小のくびれを選択し、この最小のくびれ(喉)の断面SEM像における細孔の円相当径を「喉径」と定義する。)更に、前記細孔のアスペクト比は「長径/喉径」と定義する。   Specifically, for example, when performing FIB-SEM analysis, first, a continuous cross-sectional image (SEM image) of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the exhaust gas flow direction of the substrate is obtained by FIB-SEM analysis. Next, the obtained continuous cross-sectional image is analyzed, and three-dimensional information of pores having a cross-sectional equivalent circle diameter of 2 μm or more is extracted. As an example of the analysis result of the three-dimensional information of the pores in FIG. 4, the tertiary of the pores obtained by analyzing the continuous cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the exhaust gas flow direction of the exhaust gas purification catalyst substrate. The example of the two-dimensional projection figure which illustrates the analysis result of original information is shown. As shown in the analysis result of the three-dimensional information of the pores illustrated in FIG. 4, the shape of the pores is indefinite, and the distance connecting the start point and the end point in the continuous cross-sectional image (SEM image) of the pores. Is defined as “major axis”. Note that the start point and the end point are the centers of gravity in the respective SEM images. Next, among the constrictions in the path connecting the start point and the end point of the pores in the continuous cross-sectional image (SEM image) with the shortest distance, the smallest equivalent circle diameter in the cross-sectional SEM image is 2 μm or more and is defined as “throat” The equivalent circle diameter in this cross-sectional SEM image is defined as “throat diameter”. (There may be multiple constrictions in the pores, but as the throat diameter for calculating the aspect ratio, select the minimum constriction in the path connecting the start point and the end point with the shortest distance, and this minimum constriction (throat) The equivalent circle diameter of the pores in the cross-sectional SEM image is defined as “throat diameter”.) Further, the aspect ratio of the pores is defined as “long diameter / throat diameter”.

次に、図4の(A)(細孔の始点)、(B)(細孔の喉部)、(C)(細孔の長径の中位点)、(D)(細孔の最大円相当径である最大径部)、(E)(細孔の終点)のそれぞれの断面画像(SEM像)の例を図5に示す。図5は、図4の(A)〜(E)における触媒コート層断面の細孔を示す断面画像(SEM像)の概略図である。図5の(A)は、図4に例示した細孔の二次元投影図の始点(細孔の円相当径が2μm以上となっている一方の端部)における細孔の断面画像の概略図であり、G1は断面画像における細孔の重心を示す。図5の(B)は、図4に例示した細孔の二次元投影図の喉(細孔の円相当径が2μm以上細孔であって、始点と終点を最短距離で接続する経路における最小のくびれ)における細孔の断面画像の概略図である。図5の(C)は、図4に例示した細孔の二次元投影図の長径の始点と終点を最短距離で接続する経路の中位点における細孔の断面画像の概略図である。図5の(D)は、図4に例示した細孔の二次元投影図の長径の始点と終点を最短距離で接続する経路における細孔の円相当径が最大となる部分における細孔の断面画像である。図5の(E)は、図4に例示した細孔の二次元投影図の終点(細孔の円相当径が2μm以上となっている他方の端部)における細孔の断面画像の概略図であり、G2は断面画像における細孔の重心を示す。ここで、図5において、細孔の始点(図5の(A)に示すG1)と細孔の終点(図5の(E)に示すG2)を結ぶ直線の距離を「長径」と定義する。また、細孔の始点と終点を最短距離で接続する経路におけるくびれのうち断面SEM像における円相当径が2μm以上であって最小のものを「喉」と定義し、この断面SEM像における円相当径を「喉径」と定義する。前記細孔のアスペクト比は「長径/喉径」と定義する。更に、触媒コート層の基材平坦部に対して水平方向に500μm以上、かつ、基材平坦部に対して垂直方向に25μm以上、軸方向に1000μm以上の範囲、又はこれに相当する範囲を測定し、前記細孔のうち5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔の平均アスペクト比を計算することにより、「触媒コート層における高アスペクト比細孔の平均アスペクト比」を求めることができる。   Next, (A) (the start point of the pore), (B) (the throat of the pore), (C) (the median point of the major axis of the pore), (D) (the maximum circle of the pores) in FIG. FIG. 5 shows examples of cross-sectional images (SEM images) of (maximum diameter portion which is an equivalent diameter) and (E) (end point of pore). FIG. 5 is a schematic view of a cross-sectional image (SEM image) showing pores in the cross section of the catalyst coat layer in FIGS. FIG. 5A is a schematic diagram of a cross-sectional image of a pore at the start point (one end where the equivalent circle diameter of the pore is 2 μm or more) of the two-dimensional projection diagram of the pore illustrated in FIG. G1 indicates the center of gravity of the pores in the cross-sectional image. (B) in FIG. 5 is the throat of the two-dimensional projection diagram of the pore illustrated in FIG. 4 (the equivalent circle diameter of the pore is 2 μm or more and the minimum in the path connecting the start point and the end point with the shortest distance). It is the schematic of the cross-sectional image of the pore in a constriction). FIG. 5C is a schematic diagram of a cross-sectional image of the pores at the midpoint of the path connecting the starting point and the ending point of the long diameter in the two-dimensional projection diagram of the pores illustrated in FIG. 4 with the shortest distance. FIG. 5D is a cross-sectional view of the pore in the portion where the equivalent circle diameter of the pore is the maximum in the path connecting the starting point and the ending point of the long diameter in the two-dimensional projection diagram of the pore illustrated in FIG. 4 with the shortest distance. It is an image. FIG. 5E is a schematic diagram of a cross-sectional image of a pore at the end point (the other end where the equivalent circle diameter of the pore is 2 μm or more) in the two-dimensional projection diagram of the pore illustrated in FIG. G2 indicates the center of gravity of the pores in the cross-sectional image. Here, in FIG. 5, the distance of the straight line connecting the start point of the pore (G1 shown in FIG. 5A) and the end point of the pore (G2 shown in FIG. 5E) is defined as “major axis”. . Also, among the constrictions in the path connecting the start point and the end point of the pores with the shortest distance, the smallest equivalent circle diameter in the cross-sectional SEM image is 2 μm or more is defined as “throat”. The diameter is defined as “throat diameter”. The aspect ratio of the pore is defined as “major diameter / throat diameter”. Furthermore, a range of 500 μm or more in the horizontal direction with respect to the substrate flat portion of the catalyst coat layer, 25 μm or more in the vertical direction with respect to the substrate flat portion, and 1000 μm or more in the axial direction, or a corresponding range is measured Then, by calculating the average aspect ratio of the high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more among the pores, the “average aspect ratio of the high aspect ratio pores in the catalyst coat layer” can be obtained.

前述のとおり、最上層の触媒コートにおける高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合は0.5〜50容量%の範囲内である。この割合が低すぎると、細孔の連通性が不足し、他方、高すぎると、排ガスの流れ方向に対して垂直な方向のガス拡散性が不十分になり十分な触媒性能が得られず、触媒コート層の強度低下による剥離等も生じるが、上記範囲であればそのような問題は発生しない。なお、高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合は、ガス拡散性と触媒性能と触媒コート層の強度のバランスの観点から、0.6〜40.9容量%、特に1〜31容量%の範囲内であることが好ましい。   As described above, the ratio of the high aspect ratio pores in the uppermost catalyst coat to the entire voids is in the range of 0.5 to 50% by volume. If this ratio is too low, the pore connectivity is insufficient, while if it is too high, the gas diffusivity in the direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas is insufficient and sufficient catalytic performance cannot be obtained. Although peeling or the like due to a decrease in strength of the catalyst coat layer also occurs, such a problem does not occur within the above range. The ratio of the high aspect ratio pores to the entire voids is 0.6 to 40.9% by volume, particularly 1 to 31% by volume, from the viewpoint of the balance of gas diffusibility, catalyst performance, and catalyst coat layer strength. It is preferable to be within the range.

最上層の触媒コートにおける高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合は、触媒コート層の基材平坦部に対して水平方向に500μm以上、かつ、基材平坦部に対して垂直方向に25μm以上、軸方向に1000μm以上の範囲、又はこれに相当する範囲における高アスペクト比細孔の空隙率を、水中重量法により測定して得られる触媒コート層の空隙率で割って求めることができる。   The proportion of the high aspect ratio pores in the entire space in the uppermost catalyst coat is 500 μm or more in the horizontal direction with respect to the flat part of the substrate of the catalyst coat layer, and 25 μm or more in the direction perpendicular to the flat part of the substrate. The porosity of the high aspect ratio pores in the range of 1000 μm or more in the axial direction or a range corresponding thereto is divided by the porosity of the catalyst coat layer obtained by measurement by the underwater weight method.

更に、最上層の触媒コートにおいては、前記高アスペクト比細孔が、高アスペクト比細孔の長径方向ベクトルと前記基材の排ガスの流れ方向ベクトルとがなす角(円錐角)の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値で0〜45度の範囲内に配向していることが好ましい。このようにすることにより、排ガスの流れ方向(ハニカム形状の基材の軸方向)におけるガス拡散性が特に向上し、活性点の利用効率を向上させることができる。累積80%角度の値が大きすぎると、ガス拡散性の軸方向の成分が不十分となり活性点の利用効率が低下する傾向にあるが、上記範囲ではそのような問題は生じない。なお。前記累積80%角度の値は、触媒性能の観点から、15〜45度、特に30〜45度の範囲内であることが好ましい。   Further, in the uppermost catalyst coat, the high aspect ratio pores are accumulated based on the angle (cone angle) of the angle (conical angle) formed by the major axis direction vector of the high aspect ratio pores and the exhaust gas flow direction vector of the substrate. It is preferable to be oriented within a range of 0 to 45 degrees with a cumulative 80% angle value in the angular distribution. By doing so, the gas diffusibility in the flow direction of the exhaust gas (the axial direction of the honeycomb-shaped substrate) is particularly improved, and the utilization efficiency of the active points can be improved. If the cumulative 80% angle value is too large, the axial component of the gas diffusibility tends to be insufficient and the utilization efficiency of the active points tends to decrease, but such a problem does not occur in the above range. Note that. The cumulative 80% angle value is preferably in the range of 15 to 45 degrees, particularly 30 to 45 degrees, from the viewpoint of catalyst performance.

最上層の触媒コートにおける高アスペクト比細孔の円錐角(配向角)は、触媒コート層の細孔の三次元情報から、基材の排ガスの流れ方向(ハニカム状の基材の軸方向)に垂直な触媒コート層断面の断面画像を解析することにより測定することができる。具体的には、例えば、FIB−SEM分析により行う場合、前記により得られる高アスペクト比細孔の「長径」により得られる長径方向ベクトルと前記基材の排ガスの流れ方向ベクトルとがなす角から「円錐角」を求めることができる。図6は高アスペクト比細孔の円錐角(配向角)を示す概略図であり、「円錐角」の求め方の一例を示すものである。図6は、図4の二次元投影図において、高アスペクト比細孔の長径方向ベクトル(Y)及び前記基材の排ガスの流れ方向ベクトル(X)を示しており、前記長径方向ベクトル(Y)と前記基材の排ガスの流れ方向ベクトル(X)がなす角を「円錐角」と定義する。上記細孔の三次元情報(三次元画像)の画像解析により、前記円錐角の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値を算出することができる。なお、高アスペクト比細孔の円錐角の角度基準の累積角度分布における累積80%角度とは、前記高アスペクト比細孔の円錐角(角度)の小さいものから、高アスペクト比細孔の数をカウントしたときに、高アスペクト比細孔の数が全体の80%(円錐角の角度基準積算頻度が80%)に相当するときのアスペクト比細孔の円錐角を意味する。なお、高アスペクト比細孔の円錐角の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値は、無作為に20個以上の高アスペクト比細孔を抽出し、これら高アスペクト比細孔の円錐角の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値を測定して平均することによって求めることができる。   The cone angle (orientation angle) of the high aspect ratio pores in the uppermost catalyst coat is determined from the three-dimensional information of the pores in the catalyst coat layer in the flow direction of the exhaust gas of the substrate (the axial direction of the honeycomb substrate). It can be measured by analyzing a cross-sectional image of a vertical cross section of the catalyst coat layer. Specifically, for example, when the analysis is performed by FIB-SEM analysis, from the angle formed by the major axis direction vector obtained by the “major axis” of the high aspect ratio pores obtained as described above and the exhaust gas flow direction vector of the substrate, “ Cone angle "can be determined. FIG. 6 is a schematic diagram showing the cone angle (orientation angle) of high aspect ratio pores, and shows an example of how to obtain the “cone angle”. FIG. 6 shows the major axis direction vector (Y) of the high aspect ratio pores and the exhaust gas flow direction vector (X) of the base material in the two-dimensional projection diagram of FIG. 4, and the major axis direction vector (Y). And the exhaust gas flow direction vector (X) of the base material is defined as a “conical angle”. By analyzing the three-dimensional information (three-dimensional image) of the pores, it is possible to calculate a cumulative 80% angle value in the cumulative angular distribution based on the cone angle. The cumulative 80% angle in the cumulative angular distribution based on the angle of the cone angle of the high aspect ratio pores means the number of high aspect ratio pores from the small cone angle (angle) of the high aspect ratio pores. When counted, it means the cone angle of the aspect ratio pore when the number of high aspect ratio pores corresponds to 80% of the total (cone angle standard integration frequency of cone angle is 80%). Note that the cumulative 80% angle value in the cumulative angular distribution of the cone angle of the high aspect ratio pores randomly extracted 20 or more high aspect ratio pores, and the cones of these high aspect ratio pores. It can be obtained by measuring and averaging the value of the cumulative 80% angle in the cumulative angular distribution of the angular reference.

(最上層の触媒コートが含有する触媒粒子)
本発明の触媒において、最上層の触媒コートが含有する触媒粒子は、Alを含有する担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有する。本明細書において、「二次粒子」とは、外見上の形態から一単位を構成していると判断される粒子(一次粒子)が複数集まって形成された凝集体または集合体を意味する。従って、「二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された」とは、二次粒子を構成する個々の一次粒子の表面ではなく、一単位としてみた二次粒子の表面に貴金属粒子が担持されていることを意味する。触媒粒子は、二次粒子の内部、すなわち表面以外の部分には貴金属粒子を有しないことが、貴金属使用量低減の観点等から好ましい。
(Catalyst particles contained in the uppermost catalyst coat)
In the catalyst of the present invention, the catalyst particles contained in the uppermost catalyst coat have a structure in which noble metal particles are supported on the surfaces of secondary particles of a support material containing Al 2 O 3 . In the present specification, “secondary particles” mean aggregates or aggregates formed by aggregating a plurality of particles (primary particles) that are judged to constitute one unit from the appearance. Therefore, “the noble metal particles are supported on the surface of the secondary particles” means that the noble metal particles are supported on the surface of the secondary particles as a unit, not the surface of the individual primary particles constituting the secondary particles. Means that From the viewpoint of reducing the amount of noble metal used, it is preferable that the catalyst particles have no noble metal particles inside the secondary particles, that is, other than the surface.

担体材料は、Alを含有することにより高い耐熱性を有する。Alを含有する担体材料としては、Alのみからなるもの、ならびに上述したような担体材料として通常用いられる金属酸化物であってAlを含有するもの、例えばアルミナ−セリア−ジルコニア複合酸化物が挙げられる。担体材料は、含有する全金属元素を基準として、アルミニウム元素換算で40at%以上のAlを含有することが、耐熱性向上の観点から好ましい。 The support material has high heat resistance by containing Al 2 O 3 . Examples of the carrier material containing Al 2 O 3 include those consisting only of Al 2 O 3 , and metal oxides usually used as the carrier material as described above and containing Al 2 O 3 , such as alumina- A ceria-zirconia composite oxide may be mentioned. From the viewpoint of improving heat resistance, the support material preferably contains 40 at% or more of Al 2 O 3 in terms of aluminum element, based on the total metal elements contained.

最上層の触媒コートが含有する触媒粒子において、担体材料の二次粒子は、粒径が小さいほど、貴金属が低密度で担持され、すなわち粒子間の距離が広がり有利になるが、一方で担体材料自体の耐熱性が低下してしまう。その観点から、担体材料の二次粒子径は、体積基準の累積粒度分布における累積50%径(D50)で6μm以上であることが好ましい。この累積50%径は、好ましくはレーザ回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における累積50%径である。一方、粒径が大きすぎると、触媒コートを形成するのが困難になるため、担体材料の二次粒子径(D50)は25μm未満であることが好ましい。なお、担体材料に担持される貴金属粒子は、CO吸着法により測定した平均粒径が1〜9nmの範囲内であることが好ましい。   In the catalyst particles contained in the uppermost catalyst coat, as the secondary particles of the support material are smaller in size, the noble metal is supported at a lower density, that is, the distance between the particles is increased, which is advantageous. The heat resistance of itself will fall. From this viewpoint, the secondary particle diameter of the carrier material is preferably 6 μm or more in terms of a cumulative 50% diameter (D50) in a volume-based cumulative particle size distribution. This cumulative 50% diameter is preferably a cumulative 50% diameter in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method. On the other hand, if the particle size is too large, it becomes difficult to form a catalyst coat. Therefore, the secondary particle size (D50) of the carrier material is preferably less than 25 μm. In addition, it is preferable that the noble metal particle carry | supported by the support | carrier material has the average particle diameter measured by CO adsorption method in the range of 1-9 nm.

担体材料の二次粒子の粒径(D50)は、前述のとおり、レーザ回折法により測定することができる。具体的には、例えば、レーザ回折式粒度分布測定装置等のレーザ回折装置を用いたレーザ回折法により、無作為に抽出した(任意の)1000個以上の粒子について測定し、そのデータに基づいて算出することができる。なお、体積基準の累積50%径とは、粒子サイズ(面積)の小さいものから数をカウントしたときに、粒子の数が全体の50%(体積基準積算頻度が50%)に相当するときの粒子の粒径を意味する。粒径は、断面が円形でない場合には最小外接円の直径を意味する。   As described above, the particle size (D50) of the secondary particles of the carrier material can be measured by a laser diffraction method. More specifically, for example, 1000 (randomly) randomly extracted particles are measured by a laser diffraction method using a laser diffraction device such as a laser diffraction particle size distribution measurement device, and the data is based on the data. Can be calculated. The volume-based cumulative 50% diameter means that the number of particles corresponds to 50% of the whole (volume-based cumulative frequency is 50%) when counting the number from the smallest particle size (area). It means the particle size of the particles. The particle diameter means the diameter of the minimum circumscribed circle when the cross section is not circular.

(排ガス浄化用触媒の利用態様)
本発明の排ガス浄化用触媒は、単独で用いても、あるいは他の触媒と組み合わせて利用してもよい。このような他の触媒としては、特に制限されず、公知の触媒(例えば、自動車の排ガス浄化用触媒の場合は、酸化触媒、NOx還元触媒、NOx吸蔵還元型触媒(NSR触媒)、希薄NOxトラップ触媒(LNT触媒)、NOx選択還元触媒(SCR触媒)等)を適宜用いてもよい。
(Utilization of exhaust gas purification catalyst)
The exhaust gas purifying catalyst of the present invention may be used alone or in combination with other catalysts. Such other catalysts are not particularly limited, and are known catalysts (for example, in the case of automobile exhaust gas purification catalysts, oxidation catalysts, NOx reduction catalysts, NOx occlusion reduction catalysts (NSR catalysts), lean NOx traps). Catalyst (LNT catalyst), NOx selective reduction catalyst (SCR catalyst, etc.) may be used as appropriate.

[排ガス浄化用触媒の製造方法]
本発明の、基材上に二層以上の触媒コート層を有する排ガス浄化用触媒の製造方法は、Alを含有する担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有する触媒粒子を調製し、その触媒粒子と、スラリー中の金属酸化物材料100質量部に対して0.5〜9.0質量部の繊維状有機物を含む触媒スラリーを用いて、最上層の触媒コートを形成することを含むことを特徴とする。繊維状有機物は、平均繊維径が1.7〜8.0μmの範囲内、かつ平均アスペクト比が9〜40の範囲内であるという特徴を有する。繊維状有機物は、触媒スラリーを基材に塗布した後に加熱することで、その少なくとも一部を除去され、触媒コート層に空隙が形成されるものであることが好ましい。なお、触媒コート層のうち、最上層の触媒コートより下の下層触媒コートについては、例えば繊維状有機物を含まない以外は上記と同様の触媒スラリーを用いるなど、従来公知の方法に従って形成することができる。
[Method for producing exhaust gas-purifying catalyst]
The method for producing an exhaust gas purifying catalyst having two or more catalyst coat layers on a substrate according to the present invention has a structure in which noble metal particles are supported on the surface of secondary particles of a carrier material containing Al 2 O 3. And a catalyst slurry containing 0.5 to 9.0 parts by mass of fibrous organic matter with respect to 100 parts by mass of the catalyst particles and the metal oxide material in the slurry. Forming a coat. The fibrous organic matter has the characteristics that the average fiber diameter is in the range of 1.7 to 8.0 μm and the average aspect ratio is in the range of 9 to 40. It is preferable that at least a part of the fibrous organic material is removed by applying the catalyst slurry to the substrate and then heated to form voids in the catalyst coat layer. Of the catalyst coat layers, the lower layer catalyst coat below the uppermost catalyst coat may be formed according to a conventionally known method such as using a catalyst slurry similar to the above except that it does not contain fibrous organic matter. it can.

Alを含有する担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有する触媒粒子は、例えばスパッタリング法により調製することができる。その一例として、担体材料の粉末と、貴金属粒子の元となるターゲット材料とを真空チャンバー内に入れ、アルゴンガスなどの不活性ガスを導入した後、担体材料とターゲット材料の間に高電圧を印加することにより、イオン化したArをターゲット材料に当て、そこから弾き飛ばされた貴金属粒子を担持させる方法が挙げられる。しかし、これに限定されることなく、スプレー担持や還元処理など、公知の方法によっても調製することが可能である。最上層の触媒コートに用いる貴金属としては、前述のとおり、ストレスや被毒によって触媒活性が害されにくいもの、特にRhが好ましい。 Catalyst particles having a structure in which noble metal particles are supported on the surface of secondary particles of a carrier material containing Al 2 O 3 can be prepared, for example, by sputtering. As an example, a carrier material powder and a target material that is the source of noble metal particles are placed in a vacuum chamber, an inert gas such as argon gas is introduced, and then a high voltage is applied between the carrier material and the target material. Thus, there is a method in which ionized Ar is applied to the target material and the noble metal particles blown off from the target material are supported. However, the present invention is not limited to this, and it can be prepared by a known method such as spray support or reduction treatment. As the noble metal used for the uppermost catalyst coat, as described above, a catalyst whose catalytic activity is hardly damaged by stress or poisoning, particularly Rh is preferable.

(触媒スラリーの調製および塗布)
本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法では、前述の触媒粒子、およびスラリー中の金属酸化物100質量部に対して0.5〜9.0質量部の繊維状有機物を含む触媒スラリーを用いる。繊維状有機物としては、後述する加熱工程により除去可能な物質であれば特に制限されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、セルロース繊維が挙げられる。その中でも、加工性と焼成温度のバランスの観点から、PET繊維及びナイロン繊維からなる群から選択される少なくとも1種のものを用いることが好ましい。触媒スラリーにこのような繊維状有機物を含有させ、その後の工程において繊維状有機物の少なくとも一部を除去することにより、繊維状有機物の形状と同等形状の空隙を触媒コート層内に形成することが可能となる。このようにして調製した空隙は排ガスの拡散流路となり、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮することができる。
(Preparation and application of catalyst slurry)
In the method for producing an exhaust gas purifying catalyst of the present invention, a catalyst slurry containing 0.5 to 9.0 parts by mass of fibrous organic matter is used with respect to the aforementioned catalyst particles and 100 parts by mass of metal oxide in the slurry. Although it will not restrict | limit especially if it is a substance which can be removed by the heating process mentioned later as a fibrous organic substance, For example, a polyethylene terephthalate (PET) fiber, an acrylic fiber, a nylon fiber, rayon fiber, a cellulose fiber is mentioned. Among these, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of PET fibers and nylon fibers from the viewpoint of the balance between processability and firing temperature. By adding such fibrous organic matter to the catalyst slurry and removing at least a part of the fibrous organic matter in a subsequent step, a void having the same shape as the fibrous organic matter can be formed in the catalyst coat layer. It becomes possible. The voids thus prepared serve as a diffusion flow path for the exhaust gas, and can exhibit excellent catalytic performance even in a high load region with a high gas flow rate.

本発明の触媒の製造方法で用いる繊維状有機物は、平均繊維径が1.7〜8.0μmの範囲内である。平均繊維径が小さすぎると、有効な高アスペクト比細孔が得られないため触媒性能が不十分となり、他方、大きすぎると、触媒コート層の厚さが増大することで圧力損失が増大し燃費悪化の原因となるが、上記範囲ではそのような問題は生じない。触媒性能とコート厚さのバランスの観点から、繊維状有機物の平均繊維径は、2.0〜6.0μm、特に2.0〜5.0μmの範囲内であることが好ましい。   The fibrous organic substance used in the method for producing a catalyst of the present invention has an average fiber diameter in the range of 1.7 to 8.0 μm. If the average fiber diameter is too small, effective high aspect ratio pores cannot be obtained, resulting in insufficient catalyst performance. On the other hand, if it is too large, the thickness of the catalyst coat layer increases, resulting in increased pressure loss and fuel consumption. Although it causes deterioration, such a problem does not occur in the above range. From the viewpoint of the balance between the catalyst performance and the coat thickness, the average fiber diameter of the fibrous organic material is preferably in the range of 2.0 to 6.0 μm, particularly 2.0 to 5.0 μm.

また、本発明の触媒の製造方法で用いる繊維状有機物は、平均アスペクト比が9〜40の範囲内である。平均アスペクト比が小さすぎると、細孔の連通性が不十分なためガス拡散性が不足し、他方、大きすぎると、拡散性が大きすぎることにより触媒活性点と接触せずにコート層を素通りするガスの割合が増え十分な触媒性能が得られないが、上記範囲ではそのような問題は生じない。繊維状有機物の平均アスペクト比は、ガス拡散性と触媒性能のバランスの観点から、9〜30、特に9〜28の範囲内であることが好ましい。なお、繊維状有機物の平均アスペクト比は「平均繊維長/平均繊維径」と定義する。ここで、繊維長とは繊維の始点と終点を結ぶ直線距離とする。平均繊維長は、無作為に50以上の繊維状有機物を抽出し、これら繊維状有機物の繊維長を測定して平均することによって求めることができる。また、平均繊維径は、無作為に50以上の繊維状有機物を抽出し、これら繊維状有機物の繊維径を測定して平均することによって求めることができる。   Moreover, the fibrous organic substance used with the manufacturing method of the catalyst of this invention has the average aspect-ratio in the range of 9-40. If the average aspect ratio is too small, the gas diffusivity will be insufficient due to insufficient pore communication. On the other hand, if the average aspect ratio is too large, the diffusivity will be too large to pass through the coating layer without contacting the catalytic active point. However, such a problem does not occur in the above range, although the ratio of the gas to be increased increases and sufficient catalyst performance cannot be obtained. The average aspect ratio of the fibrous organic matter is preferably in the range of 9 to 30, particularly 9 to 28, from the viewpoint of the balance between gas diffusibility and catalyst performance. The average aspect ratio of the fibrous organic material is defined as “average fiber length / average fiber diameter”. Here, the fiber length is a linear distance connecting the start point and the end point of the fiber. The average fiber length can be obtained by randomly extracting 50 or more fibrous organic substances, and measuring and averaging the fiber lengths of these fibrous organic substances. Moreover, an average fiber diameter can be calculated | required by extracting 50 or more fibrous organic substances at random, and measuring and averaging the fiber diameter of these fibrous organic substances.

本発明の触媒の製造方法では、スラリー中の金属酸化物100質量部に対して0.5〜9.0質量部の範囲内の量で繊維状有機物を、最上層の触媒コート形成用の触媒スラリーに用いる。繊維状有機物の混合量が少なすぎると、十分な細孔連通性が得られないため触媒性能が不十分となり、他方、多すぎると、触媒コート層の厚さが増大することで圧力損失が増大し燃費悪化の原因となるが、上記範囲ではそのような問題は生じない。なお、触媒性能と圧力損失のバランスの観点から、繊維状有機物は、スラリー中の金属酸化物100質量部に対して0.5〜8.0質量部、特に1.0〜5.0質量部の範囲内の量で触媒スラリーに用いることが好ましい。なお、繊維状有機物は、平均繊維径が2.0〜6.0μmの範囲内でかつ平均アスペクト比が9〜30の範囲内であると、より好ましい。   In the method for producing a catalyst of the present invention, the fibrous organic matter is added in an amount in the range of 0.5 to 9.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the metal oxide in the slurry, and the catalyst for forming the uppermost catalyst coat. Used for slurry. If the amount of the fibrous organic compound is too small, sufficient pore connectivity cannot be obtained, resulting in insufficient catalyst performance. On the other hand, if the amount is too large, the thickness of the catalyst coat layer increases and pressure loss increases. However, although this causes fuel consumption deterioration, such a problem does not occur in the above range. In addition, from the viewpoint of the balance between the catalyst performance and the pressure loss, the fibrous organic matter is 0.5 to 8.0 parts by mass, particularly 1.0 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the metal oxide in the slurry. It is preferable to use the catalyst slurry in an amount within the above range. In addition, it is more preferable that the fibrous organic material has an average fiber diameter in the range of 2.0 to 6.0 μm and an average aspect ratio in the range of 9 to 30.

触媒スラリーの調製方法は、特に制限されず、前記触媒粒子と前記繊維状有機物とを、必要に応じて公知のバインダーや他の金属酸化物材料等と共に混合すればよく、公知の方法を適宜採用することができる。なお、このような混合の条件としては、特に制限されず、例えば、撹拌速度としては100〜400rpmの範囲内、処理時間としては30分以上であることが好ましく、繊維状有機物が触媒スラリー中で均一に分散混合できればよい。   The method for preparing the catalyst slurry is not particularly limited, and the catalyst particles and the fibrous organic matter may be mixed together with a known binder or other metal oxide material as necessary, and a known method is appropriately adopted. can do. The mixing conditions are not particularly limited. For example, the stirring speed is preferably in the range of 100 to 400 rpm, the processing time is preferably 30 minutes or more, and the fibrous organic matter is in the catalyst slurry. It only needs to be uniformly dispersed and mixed.

繊維状有機物を含有する触媒スラリーは、基材の表面、より詳細には基材上の下層触媒コート上に、焼成後の触媒コート層の被覆量及び平均厚さがそれぞれ前記基材の単位体積当たり50〜300g/Lの範囲内及び25〜160μmの範囲内となるように塗布して触媒スラリー層を形成することが好ましい。塗布方法としては、特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。具体的には、ハニカム形状の基材を触媒スラリーに浸漬させて塗布する方法(浸漬法)、ウォッシュコート法、触媒スラリーを圧入手段により圧入する方法、等が挙げられる。なお、塗布条件としては、前記触媒スラリーをハニカム形状の基材の表面に、焼成後の触媒コート層の被覆量が前記基材の単位体積当たり50〜300g/Lの範囲内でかつ触媒コート層の平均厚さが25〜160μmの範囲内となるように塗布することが必要である。   The catalyst slurry containing the fibrous organic matter is coated on the surface of the substrate, more specifically on the lower layer catalyst coat on the substrate, and the coating amount and average thickness of the catalyst coat layer after firing are each unit volume of the substrate. It is preferable to form the catalyst slurry layer by coating so as to be within the range of 50 to 300 g / L and within the range of 25 to 160 μm. The application method is not particularly limited, and a known method can be appropriately employed. Specific examples include a method in which a honeycomb-shaped base material is applied by immersing it in a catalyst slurry (immersion method), a wash coating method, a method in which the catalyst slurry is press-fitted by press-fitting means, and the like. The coating conditions are as follows: the catalyst slurry is applied to the surface of a honeycomb-shaped substrate, and the coating amount of the catalyst coat layer after firing is in the range of 50 to 300 g / L per unit volume of the substrate. It is necessary to apply so that the average thickness of the material falls within the range of 25 to 160 μm.

本発明の触媒の製造方法では、基材に触媒スラリーを塗布した後、加熱することにより、スラリーに含まれる溶媒などを蒸発させると共に、繊維状有機物を除去する。加熱は、典型的には触媒スラリーを塗布した基材を焼成することにより行われる。焼成は、300〜800℃、特に400〜700℃の範囲内の温度で行うことが好ましい。焼成温度が低すぎると、繊維状有機物が残存する傾向にあり、他方、高すぎると、貴金属粒子が焼結する傾向にあるが、上記範囲ではそのような問題は生じない。焼成時間は、焼成温度により異なるものであるため一概には言えないが、20分以上であることが好ましく、30分〜2時間であることがより好ましい。更に、焼成時の雰囲気としては、特に制限されないが、大気中或いは窒素(N)等の不活性ガス中であることが好ましい。二層以上の触媒コート層を有する排ガス浄化用触媒は、触媒スラリーを塗布し加熱することにより基材上に形成された触媒コートの上に、組成、すなわち触媒粒子などの量や種類が異なる触媒スラリーを再度塗布し加熱することを繰り返すことにより調製することができる。 In the method for producing a catalyst of the present invention, the catalyst slurry is applied to the substrate and then heated to evaporate the solvent and the like contained in the slurry and remove the fibrous organic matter. Heating is typically performed by firing a substrate coated with a catalyst slurry. Firing is preferably performed at a temperature in the range of 300 to 800 ° C, particularly 400 to 700 ° C. If the firing temperature is too low, fibrous organic matter tends to remain, whereas if it is too high, noble metal particles tend to sinter, but such a problem does not occur in the above range. Since the firing time varies depending on the firing temperature, it cannot be generally stated, but it is preferably 20 minutes or more, and more preferably 30 minutes to 2 hours. Furthermore, the atmosphere during firing is not particularly limited, but is preferably in the air or in an inert gas such as nitrogen (N 2 ). An exhaust gas purifying catalyst having two or more catalyst coat layers is a catalyst in which the composition, that is, the amount and type of catalyst particles and the like differ on the catalyst coat formed on the substrate by applying and heating the catalyst slurry. It can be prepared by applying the slurry again and repeating heating.

本発明の排ガス浄化用触媒は、内燃機関から排出された排ガスを接触させて排ガスを浄化する方法に用いられる。排ガス浄化用触媒に排ガスを接触させる方法としては、特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、内燃機関から排出されるガスが流通する排ガス管内に上記本発明にかかる排ガス浄化用触媒を配置することにより、排ガス浄化用触媒に対して内燃機関からの排ガスを接触させる方法を採用してもよい。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is used in a method for purifying exhaust gas by contacting exhaust gas discharged from an internal combustion engine. The method for bringing the exhaust gas into contact with the exhaust gas purification catalyst is not particularly limited, and a known method can be appropriately employed. For example, the exhaust gas according to the present invention is disposed in an exhaust gas pipe through which the gas discharged from the internal combustion engine flows. A method of bringing the exhaust gas from the internal combustion engine into contact with the exhaust gas purifying catalyst may be adopted by arranging the purifying catalyst.

本発明の排ガス浄化用触媒は、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮するものであるため、このような前記本発明の排ガス浄化用触媒に、例えば、自動車等の内燃機関から排出される排ガスを接触させることで、高ガス流量の高負荷領域においても排ガスを浄化することが可能となる。本発明の排ガス浄化用触媒は、自動車等の内燃機関から排出されるような排ガス中の有害ガス(炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx))等の有害成分を浄化するために用いることができる。   Since the exhaust gas purifying catalyst of the present invention exhibits excellent catalytic performance even in a high load region with a high gas flow rate, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention includes, for example, an internal combustion engine such as an automobile. By contacting the exhaust gas discharged from the exhaust gas, it becomes possible to purify the exhaust gas even in a high load region with a high gas flow rate. The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is a harmful component such as harmful gas (hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxide (NOx)) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile. Can be used to purify.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.

[(参考)試験1:空隙を有する触媒コート層を一層有する触媒の調製および評価]
1.触媒の調製
(1)実施例1
先ず、イオン交換水500gに、Al粉末(サソール社製:比表面積100m/g、平均粒子径30μm)150gとCeO−ZrO固溶体の粉末(第一稀元素化学工業社製:CeO含有量20質量%、ZrO含有量25質量%、比表面積100m/g、平均粒子径10nm)300gとを添加し混合して得られた溶液に対し、ビーズミル(アズワン社製、商品名「アルミナボール」、使用ビーズ:直径5000μmアルミナ製マイクロビーズ)を用い、処理時間:25分間、攪拌速度400rpmの条件で撹拌処理を施し、CeO−ZrO固溶体とAl粉末との混合物(複合金属酸化物)からなる金属酸化物粒子を含む分散液を準備した。なお、レーザ回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、商品名「LA−920」)を用いてレーザ回折法により金属酸化物粒子の粒径を測定したところ、面積基準の累積粒度分布における累積50%径の値が3.2μmであった。
[(Reference) Test 1: Preparation and Evaluation of Catalyst Having One Layer of Catalyst Coat Layer with Void]
1. Preparation of catalyst (1) Example 1
First, 500 g of ion-exchanged water, 150 g of Al 2 O 3 powder (manufactured by Sasol: specific surface area 100 m 2 / g, average particle diameter 30 μm) and CeO 2 —ZrO 2 solid solution powder (manufactured by Daiichi Elemental Chemical Co., Ltd .: For a solution obtained by adding and mixing 300 g of CeO 2 content 20 mass%, ZrO 2 content 25 mass%, specific surface area 100 m 2 / g, average particle diameter 10 nm), a bead mill (manufactured by AS ONE, product) Name “alumina ball”, used beads: microbeads with a diameter of 5000 μm), treatment time: 25 minutes, agitation treatment was performed at a stirring speed of 400 rpm, and the CeO 2 —ZrO 2 solid solution and Al 2 O 3 powder were A dispersion liquid containing metal oxide particles made of a mixture (complex metal oxide) was prepared. In addition, when the particle size of the metal oxide particles was measured by a laser diffraction method using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (trade name “LA-920” manufactured by Horiba, Ltd.), accumulation in an area-based cumulative particle size distribution was performed. The 50% diameter value was 3.2 μm.

次に、得られた分散液に、貴金属原料として白金(Pt)を金属換算で4g含むジニトロジアンミン白金溶液0.05L及び繊維状有機物として有機繊維(PET繊維、平均直径:3μm×長さ:42μm、平均アスペクト比:14)を金属酸化物粒子100質量部に対して1.0質量部をそれぞれ添加して撹拌速度400rpmの条件で30分間混合し、触媒スラリーを調製した。   Next, in the obtained dispersion liquid, 0.05 L of a dinitrodiammine platinum solution containing 4 g of platinum (Pt) as a noble metal raw material in terms of metal and organic fibers (PET fibers, average diameter: 3 μm × length: 42 μm) as fibrous organic matter The average aspect ratio: 14) was added in an amount of 1.0 part by mass with respect to 100 parts by mass of the metal oxide particles, and the mixture was mixed for 30 minutes at a stirring speed of 400 rpm to prepare a catalyst slurry.

次いで、得られた触媒スラリーを、基材としての六角セルコージェライトモノリスハニカム基材(デンソー社製、商品名「D60H/3−9R−08EK」、直径:103mm、長さ:105mm、容積:875ml、セル密度:600cell/inch)にウォッシュコート(塗布)し、大気中、100℃の温度条件で0.5時間乾燥した後、更に、このような触媒スラリーのウォッシュコート、乾燥及び仮焼を基材に対する被覆量が基材1Lあたり100g(100g/L)となるまで繰り返し行うことにより、前記基材に触媒スラリー層を形成した。 Next, the obtained catalyst slurry was a hexagonal cell cordierite monolith honeycomb substrate (trade name “D60H / 3-9R-08EK”, manufactured by Denso Corporation) as a substrate, diameter: 103 mm, length: 105 mm, volume: 875 ml. , Cell density: 600 cell / inch 2 ), and after drying in the atmosphere at a temperature of 100 ° C. for 0.5 hours, the catalyst slurry is further washed, dried and calcined. The catalyst slurry layer was formed on the base material by repeatedly performing the coating amount on the base material until it reached 100 g (100 g / L) per liter of the base material.

その後、大気中、500℃の温度条件で2時間焼成して、ハニカム形状のコージェライトモノリス基材からなる基材表面に触媒粒子からなる触媒コート層が形成された排ガス浄化用触媒(触媒試料)を得た。   Thereafter, the catalyst for exhaust gas purification (catalyst sample) in which a catalyst coat layer made of catalyst particles is formed on the surface of a base material made of a honeycomb-shaped cordierite monolith base material by firing at 500 ° C. in the atmosphere for 2 hours. Got.

酸化物粒子準備工程における撹拌処理の処理時間[分]及び得られた金属酸化物粒子の粒径(体積基準の累積50%径の値)[μm]、触媒スラリー調製工程で用いた繊維状有機物の原料種、平均繊維径[μm]、平均アスペクト比及び混合量[質量部]、触媒コート層の被覆量[g/L]を表1に示す。   Treatment time [minutes] of the stirring treatment in the oxide particle preparation step and the particle size of the metal oxide particles obtained (cumulative 50% diameter value) [μm], fibrous organic matter used in the catalyst slurry preparation step Table 1 shows the raw material species, the average fiber diameter [μm], the average aspect ratio, the mixing amount [parts by mass], and the coating amount [g / L] of the catalyst coat layer.

Figure 2017100073
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(2)実施例2〜42
ビーズミルによる処理時間を表1〜表2に示した時間とし、金属酸化物粒子の粒径が体積基準の累積粒度分布における累積50%径の値で表1〜表2の値となるようにビーズミルにて撹拌処理を行い、繊維状有機物として表1〜表2に示した原料種、平均繊維径、平均アスペクト比及び混合量の繊維状有機物を用いた以外は、実施例1と同様にして触媒スラリーを得た。次に、得られた触媒スラリーを、実施例1と同様にしてコージェライトモノリスハニカム基材に塗布(コート)し、焼成して、排ガス浄化用触媒(触媒試料)を得た。
(2) Examples 2 to 42
The processing time by the bead mill is the time shown in Table 1 to Table 2, and the bead mill is such that the particle size of the metal oxide particles becomes the value of Table 1 with the value of the cumulative 50% diameter in the volume-based cumulative particle size distribution. The catalyst was treated in the same manner as in Example 1 except that the raw material species, the average fiber diameter, the average aspect ratio, and the mixed amount of the fibrous organic material shown in Tables 1 and 2 were used as the fibrous organic material. A slurry was obtained. Next, the obtained catalyst slurry was applied (coated) to a cordierite monolith honeycomb substrate in the same manner as in Example 1, and fired to obtain an exhaust gas purifying catalyst (catalyst sample).

なお、実施例31〜39で用いた繊維状有機物は、イソプロパノールにチタンイソプロポキシド(Ti(OPri))とポリエチレングリコール(PEG)とポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)粒子(平均直径3μm)とを添加し、蒸留水中に放射することにより、所定形状の有機繊維を調製したものを用いた。 In addition, the fibrous organic substance used in Examples 31-39 is titanium isopropoxide (Ti (OPri) 4 ), polyethylene glycol (PEG), and polymethyl methacrylate resin (PMMA) particles (average diameter 3 μm) in isopropanol. Was used, and an organic fiber having a predetermined shape was prepared by radiating into distilled water.

酸化物粒子準備工程における撹拌処理の処理時間[分]及び得られた金属酸化物粒子の粒径(体積基準の累積50%径の値)[μm]、触媒スラリー調製工程で用いた繊維状有機物の原料種、平均繊維径[μm]、平均アスペクト比及び混合量[質量部]、触媒コート層の被覆量[g/L]を表1〜表2に示す。   Treatment time [minutes] of the stirring treatment in the oxide particle preparation step and the particle size of the metal oxide particles obtained (cumulative 50% diameter value) [μm], fibrous organic matter used in the catalyst slurry preparation step Table 1 and Table 2 show the raw material species, average fiber diameter [μm], average aspect ratio, mixing amount [parts by mass], and coating amount [g / L] of the catalyst coat layer.

Figure 2017100073
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(3)比較例1〜7
ビーズミルによる処理時間を表3に示した時間とし金属酸化物粒子の粒径が体積基準の累積粒度分布における累積50%径の値で表3の値となるようにビーズミルにて撹拌処理を行い、有機物(繊維状有機物)を用いなかった以外は、実施例1と同様にして比較用触媒スラリーを得た。次に、得られた比較用触媒スラリーを、実施例1と同様にしてコージェライトモノリスハニカム基材に塗布(コート)し、焼成して、比較用排ガス浄化用触媒(比較用触媒試料)を得た。
(3) Comparative Examples 1-7
The processing time by the bead mill is set to the time shown in Table 3, and the stirring process is performed in the bead mill so that the particle size of the metal oxide particles becomes the value of Table 3 with the cumulative 50% diameter value in the cumulative particle size distribution on the volume basis. A comparative catalyst slurry was obtained in the same manner as in Example 1 except that no organic material (fibrous organic material) was used. Next, the obtained comparative catalyst slurry was applied (coated) to a cordierite monolith honeycomb substrate in the same manner as in Example 1 and fired to obtain a comparative exhaust gas purification catalyst (comparative catalyst sample). It was.

酸化物粒子準備工程における撹拌処理の処理時間[分]及び得られた金属酸化物粒子の粒径(体積基準の累積50%径の値)[μm]、触媒コート層の被覆量[g/L]を表3に示す。   Treatment time [min] of the stirring treatment in the oxide particle preparation step, the particle size of the obtained metal oxide particles (volume-based cumulative 50% diameter value) [μm], the coating amount of the catalyst coat layer [g / L Is shown in Table 3.

Figure 2017100073
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(4)比較例8〜133
ビーズミルによる処理時間を表3〜表8に示した時間とし金属酸化物粒子の粒径が体積基準の累積粒度分布における累積50%径の値で表3〜表8の値となるようにビーズミルにて撹拌処理を行い、繊維状有機物又は有機物として表3〜表8に示した原料種、平均繊維径又は平均直径、平均アスペクト比及び混合量の繊維状有機物又は有機物を用いた以外は、実施例1と同様にして比較用触媒スラリーを得た。次に、得られた比較用触媒スラリーを、実施例1と同様にしてコージェライトモノリスハニカム基材に塗布(コート)し、焼成して、比較用排ガス浄化用触媒(比較用触媒試料)を得た。
(4) Comparative Examples 8 to 133
The processing time by the bead mill is the time shown in Tables 3 to 8, and the particle size of the metal oxide particles is set to the value of Table 3 to Table 8 with the value of the cumulative 50% diameter in the cumulative particle size distribution on the volume basis. Except for using the raw material species, average fiber diameter or average diameter, average aspect ratio, and mixing amount of fibrous organic matter or organic matter shown in Tables 3 to 8 as the fibrous organic matter or organic matter. In the same manner as in Example 1, a comparative catalyst slurry was obtained. Next, the obtained comparative catalyst slurry was applied (coated) to a cordierite monolith honeycomb substrate in the same manner as in Example 1 and fired to obtain a comparative exhaust gas purification catalyst (comparative catalyst sample). It was.

なお、比較例127〜131で用いた有機物(繊維状有機物)は、イソプロパノールにチタンイソプロポキシド(Ti(OPri))とポリエチレングリコール(PEG)とポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)粒子(平均直径3μm)とを添加し、蒸留水中に放射することにより、所定形状の有機繊維を調製したものを用いた。 The organic substances (fibrous organic substances) used in Comparative Examples 127 to 131 were isopropanol, titanium isopropoxide (Ti (OPri) 4 ), polyethylene glycol (PEG), and polymethyl methacrylate resin (PMMA) particles (average diameter). 3 μm) was added and the resulting mixture was radiated into distilled water to prepare an organic fiber having a predetermined shape.

酸化物粒子準備工程における撹拌処理の処理時間[分]及び得られた金属酸化物粒子の粒径(体積基準の累積50%径の値)[μm]、触媒スラリー調製工程で用いた繊維状有機物又は有機物の原料種、平均繊維径又は平均直径[μm]、平均アスペクト比及び混合量[質量部]、触媒コート層の被覆量[g/L]を表3〜表8に示す。   Treatment time [minutes] of the stirring treatment in the oxide particle preparation step and the particle size of the metal oxide particles obtained (cumulative 50% diameter value) [μm], fibrous organic matter used in the catalyst slurry preparation step Table 3 to Table 8 show organic material types, average fiber diameter or average diameter [μm], average aspect ratio and mixing amount [parts by mass], and catalyst coating layer coverage [g / L].

Figure 2017100073
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2.評価
実施例1〜42で得られた排ガス浄化用触媒(触媒試料)及び比較例1〜133で得られた比較用排ガス浄化用触媒(比較用触媒試料)について、触媒コート層の平均厚さ[μm]、触媒粒子の粒径(断面積基準の累積15%径の値)[μm]、触媒コート層の空隙率[容量%]、高アスペクト比細孔の平均アスペクト比、高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合[%]及び高アスペクト比細孔の配向角[度(°)](累積80%角度の値)を測定した。
2. Evaluation Regarding the exhaust gas purification catalyst (catalyst sample) obtained in Examples 1-42 and the comparative exhaust gas purification catalyst (comparative catalyst sample) obtained in Comparative Examples 1-133, the average thickness of the catalyst coat layer [ μm], catalyst particle size (cumulative 15% diameter value based on cross-sectional area) [μm], catalyst coating layer porosity [volume%], average aspect ratio of high aspect ratio pores, high aspect ratio pores The percentage of the total voids [%] and the orientation angle [degree (°)] of high aspect ratio pores (cumulative 80% angle value) were measured.

(1)触媒コート層の平均厚さの測定試験
触媒試料及び比較用触媒試料をエポキシ樹脂で包埋し、基材(ハニカム形状の基材)の径方向に切断し、断面を研磨したものを用い、走査型電子顕微鏡(SEM)観察(倍率:700倍)により触媒コート層の平均厚さを測定した。なお、平均厚さは、無作為に10箇所の触媒コート層を抽出し、これら触媒コート層の層厚さを測定して平均することによって求めた。得られた結果を表1〜表8に示す。
(1) Measurement test of average thickness of catalyst coat layer Catalyst sample and comparative catalyst sample were embedded in epoxy resin, cut in the radial direction of the substrate (honeycomb-shaped substrate), and the cross section was polished The average thickness of the catalyst coat layer was measured by observation with a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 700 times). In addition, average thickness was calculated | required by extracting ten catalyst coat layers at random, measuring the layer thickness of these catalyst coat layers, and averaging. The obtained results are shown in Tables 1 to 8.

(2)触媒粒子の粒径の測定試験
触媒試料及び比較用触媒試料をエポキシ樹脂で包埋し、基材(ハニカム形状の基材)の径方向に切断し、断面を研磨したものを測定し、走査型電子顕微鏡(SEM)観察(倍率:700倍)を行い、触媒粒子の断面積基準の累積粒度分布における累積15%径の値を算出した。なお、触媒粒子の粒径の断積基準の累積15%径の値は、触媒コート層の基材平坦部に対して水平方向に200μm以上、かつ、基材平坦部に対して垂直方向に25μm以上からなる四角形の領域の触媒粒子を抽出し、これら触媒粒子の触媒粒子サイズ(断面積)の大きいものから触媒粒子の断面積をカウントしたときに、触媒粒子の断面積の和が断面積0.3mm未満の細孔を除いた触媒コート層の断面積全体の15%に相当するときの触媒粒子の粒径の値を測定することによって求めた。得られた結果を表1〜表8に示す。
(2) Measurement test of catalyst particle size The catalyst sample and the comparative catalyst sample were embedded in epoxy resin, cut in the radial direction of the substrate (honeycomb-shaped substrate), and the cross-section polished was measured. Then, observation with a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 700 times) was performed, and the value of the cumulative 15% diameter in the cumulative particle size distribution based on the cross-sectional area of the catalyst particles was calculated. In addition, the value of the cumulative 15% diameter of the particle size of the catalyst particles is 200 μm or more in the horizontal direction with respect to the substrate flat portion of the catalyst coat layer and 25 μm in the vertical direction with respect to the substrate flat portion. When the catalyst particles in the rectangular area composed of the above are extracted and the cross-sectional area of the catalyst particles is counted from the catalyst particles having a large catalyst particle size (cross-sectional area), the sum of the cross-sectional areas of the catalyst particles is 0 It was determined by measuring the value of the particle size of the catalyst particles when corresponding to 15% of the entire cross-sectional area of the catalyst coat layer excluding pores less than 3 mm 2 . The obtained results are shown in Tables 1 to 8.

(3)触媒コート層の空隙率の測定試験
触媒試料の空隙率を、JIS R 2205に従い、水中重量法により下記の式により測定した。なお、脱気は真空脱気とした。
空隙率(気孔率)(容量%)=(W3−W1)/(W3−W2)×100
W1:乾燥質量(120℃×60分)
W2:水中質量
W3:飽水質量
得られた結果を表1〜表8に示す。
(3) Measurement Test of Porosity of Catalyst Coat Layer The porosity of the catalyst sample was measured by the following formula by the underwater weight method according to JIS R 2205. The degassing was vacuum degassing.
Porosity (porosity) (volume%) = (W3−W1) / (W3−W2) × 100
W1: Dry mass (120 ° C x 60 minutes)
W2: Underwater mass W3: Saturated mass The obtained results are shown in Tables 1 to 8.

(4)触媒コート層中の細孔の測定試験1:細孔の円相当径
触媒試料及び比較用触媒試料の触媒コート層中の細孔について、FIB−SEM分析を行った。
先ず、触媒試料及び比較用触媒試料を、図1の(A)に示す点線の位置で軸方向に切断し、図2(B)に示す形状の試験片を得た。次に、図1の(B)の四角枠点線で示した範囲をFIB(収束イオンビーム加工装置、日立ハイテクノロジーズ社製、商品名「NB5000」)で削りながら、図1の(C)に示すように奥行き0.28μmピッチでSEM(走査型電子顕微鏡、日立ハイテクノロジーズ社製、商品名「NB5000」)像を撮影した。なお、FIB−SEM分析の条件は、SEM像は縦25μm以上、横500μm以上、測定奥行きは500μm以上、撮影視野数は3以上、撮影倍率は2000倍とした。図1は、FIB−SEMの測定方法の一例を示す概略図で、(A)は本発明の排ガス浄化用触媒の基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の一部を示す概略図、(B)は排ガス浄化用触媒を(A)に示す点線の位置で軸方向に切断した試験片を示す概略図、(C)はFIB−SEM測定方法により得られたSEM像の概略図を示す。FIB−SEM分析による観察結果の一例として、実施例5の触媒試料について測定した連続断面SEM像のうち一枚を図2に示す。図2の黒い部分が細孔である。図2は、実施例5で得られた排ガス浄化用触媒の基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の走査型電子顕微鏡写真(SEM写真)である。なお、図1の(c)に示すような連続画像はX線CT等でも撮影することが可能である。
(4) Measurement test of pores in catalyst coat layer 1: equivalent circle diameter of pores FIB-SEM analysis was performed on the pores in the catalyst coat layer of the catalyst sample and the comparative catalyst sample.
First, the catalyst sample and the comparative catalyst sample were cut in the axial direction at the position of the dotted line shown in FIG. 1 (A) to obtain a test piece having the shape shown in FIG. 2 (B). Next, the range indicated by the dotted line in FIG. 1B is shown in FIG. 1C while cutting with a FIB (focused ion beam processing apparatus, product name “NB5000”, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Thus, SEM (scanning electron microscope, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name “NB5000”) images were taken at a depth of 0.28 μm. The conditions for the FIB-SEM analysis were SEM images of 25 μm or more in length, 500 μm or more in width, a measurement depth of 500 μm or more, a number of fields of view of 3 or more, and a magnification of 2000 times. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a measurement method of FIB-SEM, and FIG. 1A is a schematic view showing a part of a cross section of a catalyst coat layer perpendicular to the exhaust gas flow direction of a substrate of an exhaust gas purification catalyst of the present invention. FIG. 4B is a schematic view showing a test piece obtained by cutting the exhaust gas purifying catalyst in the axial direction at the position of the dotted line shown in FIG. Indicates. As an example of the observation result by FIB-SEM analysis, one of the continuous cross-sectional SEM images measured for the catalyst sample of Example 5 is shown in FIG. The black portions in FIG. 2 are pores. FIG. 2 is a scanning electron micrograph (SEM photograph) of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the exhaust gas flow direction of the exhaust gas purifying catalyst substrate obtained in Example 5. Note that a continuous image as shown in FIG. 1C can also be taken by X-ray CT or the like.

次に、FIB−SEM分析により得られた連続断面画像(SEM像)を、細孔と触媒の輝度の差を利用して市販の画像解析ソフトウェア(三谷商事社製、「二次元画像解析ソフトWinROOF」)を用いて画像解析を行い、二値化処理して細孔を抽出した。得られた結果の一例として、図2のSEM写真を二値化処理したものを図3に示す。図3中、黒色部分が触媒、白色部分が細孔をそれぞれ示す。なお、前記細孔の解析においては、前記基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の円相当径が2μm以上である細孔を解析対象とした。また、このように輝度の差を利用して対象を抽出する機能はWinROOFに限定されるものではなく、一般的な解析ソフトに標準的に搭載されているもの(例えば、株式会社プラネトロン社製のimage−Pro Plus)を利用することができる。
このような画像解析により、細孔の輪郭内の面積を求め、細孔の円相当径を計算し、前記細孔の粒径としての円相当径を得た。
Next, a continuous cross-sectional image (SEM image) obtained by FIB-SEM analysis is obtained using commercially available image analysis software (Mitani Corporation, “Two-dimensional image analysis software WinROOF” using the difference in brightness between the pores and the catalyst. ]) Was used for image analysis, and binarization was performed to extract pores. As an example of the obtained results, FIG. 3 shows a binarized version of the SEM photograph of FIG. In FIG. 3, a black part shows a catalyst and a white part shows a pore, respectively. In the analysis of the pores, pores having an equivalent circle diameter of 2 μm or more in the cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the exhaust gas flow direction of the base material were analyzed. In addition, the function of extracting an object using the difference in luminance is not limited to WinROOF, but is standardly installed in general analysis software (for example, manufactured by Planetron Corporation) image-Pro Plus).
By such image analysis, the area within the outline of the pore was obtained, the equivalent circle diameter of the pore was calculated, and the equivalent circle diameter as the particle diameter of the pore was obtained.

(5)触媒コート層中の細孔の測定試験2:高アスペクト比細孔の平均アスペクト比
次に、上記方法で得られた連続断面画像を解析し、細孔の三次元情報を抽出した。ここで、高アスペクト比細孔の平均アスペクト比の測定方法は、前述の図4及び図5を用いて説明した方法と同様であり、前記高アスペクト比細孔の平均アスペクト比は、前述の図4及び図5に相当する細孔の三次元情報を例示する二次元投影図及び細孔の断面画像を作成し、SEM像:縦25μm以上、横500μm以上、測定奥行きは500μm以上の範囲内の高アスペクト比細孔(撮影視野数は3以上、撮影倍率は2000倍とした)を解析することにより求めた。なお、実施例5で得られる排ガス浄化用触媒の基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の連続断面画像を解析して得た細孔の三次元情報を例示する二次元投影図は、図4に示される前記細孔の三次元情報を例示する二次元投影図と同様のものである。その結果、実施例5の高アスペクト比細孔の平均アスペクト比は18.9であった。また、実施例5以外の実施例及び比較例の測定結果(高アスペクト比細孔の平均アスペクト比)を表1〜表8にそれぞれ示す。
(5) Measurement test 2 of pores in catalyst coat layer: average aspect ratio of high aspect ratio pores Next, the continuous cross-sectional image obtained by the above method was analyzed, and three-dimensional information of the pores was extracted. Here, the method for measuring the average aspect ratio of the high aspect ratio pores is the same as the method described with reference to FIGS. 4 and 5, and the average aspect ratio of the high aspect ratio pores is the same as that described above. 4 and FIG. 5, a two-dimensional projection diagram illustrating the three-dimensional information of the pores and a cross-sectional image of the pores are created. It was determined by analyzing a high aspect ratio pore (number of fields of view is 3 or more and the magnification of imaging was 2000 times). A two-dimensional projection diagram illustrating three-dimensional information of pores obtained by analyzing a continuous cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the exhaust gas flow direction of the exhaust gas purification catalyst substrate obtained in Example 5 These are the same as the two-dimensional projection view illustrating the three-dimensional information of the pores shown in FIG. As a result, the average aspect ratio of the high aspect ratio pores of Example 5 was 18.9. Moreover, the measurement results (average aspect ratio of high aspect ratio pores) of Examples and Comparative Examples other than Example 5 are shown in Tables 1 to 8, respectively.

(6)触媒コート層中の細孔の測定試験3:高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合 次に、前記高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合は、高アスペクト比細孔の空隙率を触媒コート層の空隙率で除することにより求めた。 (6) Measurement test of pores in catalyst coat layer 3: Ratio of high aspect ratio pores to the entire voids Next, the ratio of the high aspect ratio pores to the entire voids is determined by the voids of the high aspect ratio pores. The rate was determined by dividing the rate by the porosity of the catalyst coat layer.

なお、高アスペクト比細孔の空隙率(容量%)は、先ず、SEM像:縦25μm以上、横500μm以上、測定奥行きは500μm以上の範囲内の高アスペクト比細孔(撮影視野数は3以上、撮影倍率は2000倍とした)を抽出し、それぞれの容積を次に示す方法で算出した。すなわち、FIB−SEMで得られた断面画像における高アスペクト比細孔の断面の面積に連続断面画像のピッチ0.28μmを乗じ、それらの値を積算することにより高アスペクト比細孔の容積を算出した。次に、得られた「高アスペクト比細孔の容積」の値を、FIB−SEMを撮影した範囲(前記SEM像の範囲)の体積で除することにより、高アスペクト比細孔の空隙率(容量%)を得た。   The porosity (volume%) of the high aspect ratio pores is as follows. First, SEM image: high aspect ratio pores in the range of 25 μm or more in length, 500 μm or more in width, and 500 μm or more in measurement depth (number of fields of view is 3 or more) The imaging magnification was 2000 times), and the respective volumes were calculated by the following method. That is, the volume of the high aspect ratio pores is calculated by multiplying the cross-sectional area of the high aspect ratio pores in the cross-sectional image obtained by FIB-SEM by the pitch of the continuous cross-sectional image 0.28 μm and integrating the values. did. Next, by dividing the obtained value of “volume of high aspect ratio pores” by the volume of the range in which the FIB-SEM was photographed (the range of the SEM image), the porosity of the high aspect ratio pores ( Volume%).

次に、得られた高アスペクト比細孔の空隙率(容量%)を、前記「触媒コート層の空隙率の測定試験」で得られた触媒コート層の空隙率(容量%)で除することにより、高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合(容量%)を求めた(「高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合(%)」=「高アスペクト比細孔の空隙率(容量%)」/「触媒コート層の空隙率(容量%)」×100)。   Next, the porosity (volume%) of the obtained high aspect ratio pores is divided by the porosity (volume%) of the catalyst coat layer obtained in the above “measurement test of the porosity of the catalyst coat layer”. From the above, the ratio (volume%) of the high aspect ratio pores to the entire voids was determined (“the ratio of the high aspect ratio pores to the entire voids (%)” = “the porosity of the high aspect ratio pores (volume%). ) "/" Porosity of catalyst coat layer (volume%) "x 100).

その結果、実施例5の高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合は11.1%容量%であった。また、実施例5以外の実施例及び比較例の測定結果(高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合)を表1〜表8にそれぞれ示す。   As a result, the ratio of the high aspect ratio pores of Example 5 to the entire voids was 11.1% by volume. Moreover, the measurement result (ratio which occupies for the whole space | gap of a high aspect ratio pore) of Examples other than Example 5 and a comparative example is shown in Table 1-Table 8, respectively.

(7)触媒コート層中の細孔の測定試験4:高アスペクト比細孔の配向角
次に、前記高アスペクト比細孔の配向角として、前記高アスペクト比細孔の長径方向ベクトルと前記基材の排ガスの流れ方向ベクトルとがなす角(円錐角)の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値を求めた。ここで、高アスペクト比細孔の配向角(累積80%角度の値)の測定方法は、前述の図4〜図6を用いて説明した方法と同様である。なお、実施例5で得られる二次元投影図は図4に例示される二次元投影図と同様のものであり、図6は実施例5で得られる二次元投影図において高アスペクト比細孔の円錐角を示す概略図と同様である。図6の概略図に示すように、前記高アスペクト比細孔の長径方向ベクトル(Y)と前記基材の排ガスの流れ方向(ハニカムの軸方向)ベクトル(X)とがなす角(円錐角)を求め、上記三次元画像の画像解析により、前記円錐角の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値を算出した。なお、高アスペクト比細孔の配向角(累積80%角度の値)は、無作為に20個の高アスペクト比細孔を抽出し、これら高アスペクト比細孔の円錐角の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値を測定して平均することによって求めた。得られた結果(累積80%角度の値)を表1〜表8にそれぞれ示す。
(7) Measurement test of pores in catalyst coat layer 4: Orientation angle of high aspect ratio pores Next, as the orientation angle of the high aspect ratio pores, the major axis direction vector of the high aspect ratio pores and the base A cumulative 80% angle value in the cumulative angular distribution of the angle (conical angle) formed by the exhaust gas flow direction vector of the material was determined. Here, the method for measuring the orientation angle (cumulative 80% angle value) of the high aspect ratio pores is the same as the method described with reference to FIGS. Note that the two-dimensional projection obtained in Example 5 is the same as the two-dimensional projection shown in FIG. 4, and FIG. 6 shows the high aspect ratio pores in the two-dimensional projection obtained in Example 5. It is the same as the schematic diagram showing the cone angle. As shown in the schematic diagram of FIG. 6, the angle (cone angle) formed by the long diameter direction vector (Y) of the high aspect ratio pores and the exhaust gas flow direction (honeycomb axial direction) vector (X) of the substrate. The cumulative 80% angle value in the cumulative angular distribution based on the cone angle was calculated by image analysis of the three-dimensional image. The orientation angle (cumulative 80% angle value) of the high aspect ratio pores was randomly extracted from 20 high aspect ratio pores, and the cumulative angle based on the cone angle of these high aspect ratio pores. The cumulative 80% angle value in the distribution was measured and averaged. The obtained results (cumulative 80% angle values) are shown in Tables 1 to 8, respectively.

(8)触媒性能評価試験
実施例1〜42及び比較例1〜133で得られた触媒試料について、以下のようにして、それぞれNOx浄化率測定試験を行い、各触媒の触媒性能を評価した。
(8) Catalyst performance evaluation test About the catalyst sample obtained in Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133, the NOx purification rate measurement test was each performed as follows, and the catalyst performance of each catalyst was evaluated.

(NOx浄化率測定試験)
実施例1〜42及び比較例1〜133で得られた触媒試料について、以下のようにしてそれぞれ過渡時の過渡変動雰囲気におけるNOx浄化率を測定した。
すなわち、先ず、直列4気筒2.4Lエンジンを用いて、14.1、15.1を目標にA/Fフィードバック制御を行い、A/F切り替え時の平均NOx排出量からNOx浄化率を算出した。その際の吸入空気量を40(g/sec)、触媒への流入ガス温度を750℃となるようにエンジン運転条件、配管のセットアップを調整した。
(NOx purification rate measurement test)
With respect to the catalyst samples obtained in Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133, the NOx purification rate in the transient atmosphere at the time of transient was measured as follows.
That is, first, using an in-line four-cylinder 2.4L engine, A / F feedback control was performed targeting 14.1 and 15.1, and the NOx purification rate was calculated from the average NOx emission at the time of A / F switching. . The engine operating conditions and piping setup were adjusted so that the intake air amount at that time was 40 (g / sec) and the inflow gas temperature to the catalyst was 750 ° C.

3.結果
(1)触媒コート層の被覆量と触媒性能の関係
実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフとして、触媒コート層の被覆量とNOx浄化率との関係を示すグラフを図7に示す。図7及び表1〜表8に示した実施例1〜42の結果と比較例1〜133の結果との比較から明らかなように、実施例1〜42の排ガス浄化用触媒は、触媒コート層の被覆量が50〜300g/Lの範囲内において、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮することが確認された。
3. Results (1) Relationship between coverage of catalyst coat layer and catalyst performance As a graph showing the results of the catalyst performance evaluation tests of the catalysts obtained in Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133, A graph showing the relationship with the NOx purification rate is shown in FIG. As is apparent from a comparison between the results of Examples 1 to 42 and the results of Comparative Examples 1 to 133 shown in FIG. 7 and Tables 1 to 8, the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 42 are catalyst coated layers. In the range of 50 to 300 g / L, it was confirmed that excellent catalytic performance was exhibited even in a high load region with a high gas flow rate.

(2)触媒コート層の平均厚さと触媒性能の関係
実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフとして、触媒コート層の平均厚さとNOx浄化率との関係を示すグラフを図8に示す。図8及び表1〜表8に示した実施例1〜42の結果と比較例1〜133の結果との比較から明らかなように、実施例1〜42の排ガス浄化用触媒は、触媒コート層の平均厚さが25〜160μmの範囲内において、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮することが確認された。
(2) Relationship between average thickness of catalyst coat layer and catalyst performance As a graph showing the results of the catalyst performance evaluation tests of the catalysts obtained in Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133, the average thickness of catalyst coat layer and NOx A graph showing the relationship with the purification rate is shown in FIG. As is apparent from a comparison between the results of Examples 1-42 and the results of Comparative Examples 1-133 shown in FIG. 8 and Tables 1 to 8, the exhaust gas-purifying catalysts of Examples 1-42 are catalyst coated layers. It was confirmed that the catalyst exhibited excellent catalyst performance even in a high load region with a high gas flow rate in a range of 25 to 160 μm in average thickness.

(3)触媒コート層の空隙率と触媒性能の関係
実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフとして、触媒コート層の空隙率(水中重量法により測定した空隙率)とNOx浄化率との関係を示すグラフを図9に示す。図9及び表1〜表8に示した実施例1〜42の結果と比較例1〜133の結果との比較から明らかなように、実施例1〜42の排ガス浄化用触媒は、触媒コート層の空隙率が50〜80容量%の範囲内において、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮することが確認された。
(3) Relationship between porosity of catalyst coat layer and catalyst performance As a graph showing the results of the catalyst performance evaluation tests of the catalysts obtained in Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133, the porosity of catalyst coat layer (in water A graph showing the relationship between the porosity measured by the gravimetric method) and the NOx purification rate is shown in FIG. As is apparent from a comparison between the results of Examples 1 to 42 and the results of Comparative Examples 1 to 133 shown in FIG. 9 and Tables 1 to 8, the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 42 are catalyst coated layers. In the range of 50 to 80% by volume, it was confirmed that excellent catalytic performance was exhibited even in a high gas flow and high load region.

(4)高アスペクト比細孔の平均アスペクト比と触媒性能の関係
先ず、実施例5により得られた触媒の高アスペクト比細孔のアスペクト比(前記基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の円相当径が2μm以上である細孔を解析して求められる、前記細孔のうち5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔のアスペクト比)と頻度(%)との関係を示すグラフを図10に示す。なお、比較例4により得られた触媒の細孔におけるアスペクト比と頻度(%)との関係を、図10に併せて示す。図10に示した実施例5の結果と比較例4の結果との比較から、比較例4の比較用排ガス浄化用触媒は高アスペクト比細孔が非常に少ないことが確認された。
(4) Relationship between average aspect ratio of high aspect ratio pores and catalyst performance First, the aspect ratio of high aspect ratio pores of the catalyst obtained in Example 5 (catalyst coating perpendicular to the exhaust gas flow direction of the substrate) (Aspect ratio of high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more among the pores) and frequency obtained by analyzing pores having an equivalent circle diameter of 2 μm or more in the cross-sectional image of the layer cross section) %) Is shown in FIG. The relationship between the aspect ratio and the frequency (%) in the pores of the catalyst obtained in Comparative Example 4 is also shown in FIG. From the comparison between the results of Example 5 and Comparative Example 4 shown in FIG. 10, it was confirmed that the comparative exhaust gas purifying catalyst of Comparative Example 4 had very few high aspect ratio pores.

次に、実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフとして、高アスペクト比細孔の平均アスペクト比(前記基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の円相当径が2μm以上である細孔を解析して求められる、前記細孔のうち5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔の平均アスペクト比)とNOx浄化率との関係を示すグラフを図11に示す。図11及び表1〜表8に示した実施例1〜42の結果と比較例1〜133の結果との比較から明らかなように、実施例1〜42の排ガス浄化用触媒は、高アスペクト比細孔の平均アスペクト比が10〜50の範囲内において、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮することが確認された。   Next, as a graph showing the results of the catalyst performance evaluation tests of the catalysts obtained in Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133, the average aspect ratio of the high aspect ratio pores (in the exhaust gas flow direction of the substrate) The average aspect ratio of high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more among the pores obtained by analyzing pores having an equivalent circle diameter of 2 μm or more in a cross-sectional image of a vertical catalyst coat layer cross section FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ratio) and the NOx purification rate. As is apparent from a comparison between the results of Examples 1 to 42 and the results of Comparative Examples 1 to 133 shown in FIG. 11 and Tables 1 to 8, the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 42 have a high aspect ratio. When the average aspect ratio of the pores is in the range of 10 to 50, it was confirmed that excellent catalytic performance was exhibited even in a high load region with a high gas flow rate.

(5)高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合と触媒性能の関係
実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフとして、高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合(高アスペクト比細孔の占める割合)とNOx浄化率との関係を示すグラフを図12に示す。図12及び表1〜表8に示した実施例1〜42の結果と比較例1〜133の結果との比較から明らかなように、実施例1〜42の排ガス浄化用触媒は、高アスペクト比細孔の空隙全体に占める割合が0.5〜50%の範囲内において、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮することが確認された。
(5) Relationship between the ratio of the high aspect ratio pores to the entire void and the catalyst performance As a graph showing the results of the catalyst performance evaluation tests of the catalysts obtained in Examples 1-42 and Comparative Examples 1-133, the high aspect ratio FIG. 12 shows a graph showing the relationship between the ratio of the pores to the entire voids (the ratio of the high aspect ratio pores) and the NOx purification rate. As is apparent from a comparison between the results of Examples 1 to 42 and the results of Comparative Examples 1 to 133 shown in FIG. 12 and Tables 1 to 8, the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 42 have a high aspect ratio. It was confirmed that excellent catalytic performance was exhibited even in a high load region with a high gas flow rate within a range of 0.5 to 50% of the total pore space.

(6)高アスペクト比細孔の累積80%角度の値と触媒性能の関係
先ず、実施例16により得られた触媒の高アスペクト比細孔の円錐角(度(°)、前記高アスペクト比細孔の長径方向ベクトルYと前記基材の排ガスの流れ方向ベクトルXとがなす角)と累積割合(%)との関係を示すグラフを図13に示す。図13から、円錐角が分布を持つことが確認された。
(6) Relationship between Accumulated 80% Angle Value of High Aspect Ratio Pore and Catalyst Performance First, the cone angle (degree (°) of the high aspect ratio pore of the catalyst obtained in Example 16 was reduced. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the cumulative ratio (%) of the major axis direction vector Y of the holes and the flow direction vector X of the exhaust gas of the base material. From FIG. 13, it was confirmed that the cone angle has a distribution.

次に、実施例1〜42及び比較例1〜133により得られた触媒の触媒性能評価試験の結果を示すグラフとして、高アスペクト比細孔の累積80%角度の値(高アスペクト比細孔の長径方向ベクトルYと前記基材の排ガスの流れ方向ベクトルXとがなす角(円錐角)の角度基準の累積角度分布における累積80%角度の値)とNOx浄化率との関係を示すグラフを図14に示す。図14及び表1〜表8に示した実施例1〜42の結果と比較例1〜133の結果との比較から明らかなように、実施例1〜42の排ガス浄化用触媒は、高アスペクト比細孔の配向角(角度基準の累積80%角度の値)が0〜45度(°)の範囲内において、高ガス流量の高負荷領域においても優れた触媒性能を発揮することが確認された。   Next, as a graph showing the results of the catalyst performance evaluation test of the catalysts obtained in Examples 1 to 42 and Comparative Examples 1 to 133, the cumulative 80% angle value of high aspect ratio pores (high aspect ratio pores). A graph showing the relationship between the NOx purification rate and the cumulative 80% angle value in the angular reference cumulative angle distribution of the angle (cone angle) formed by the major axis direction vector Y and the exhaust gas flow direction vector X of the base material. 14 shows. As is apparent from a comparison between the results of Examples 1 to 42 and the results of Comparative Examples 1 to 133 shown in FIG. 14 and Tables 1 to 8, the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 42 have a high aspect ratio. It was confirmed that excellent catalyst performance was exhibited even in a high load region with a high gas flow rate when the orientation angle of the pores (accumulated 80% angle value based on the angle) was in the range of 0 to 45 degrees (°). .

[(参考)試験2:二層の触媒コート層を有する触媒の調製および評価]
1.触媒の調製
(1)比較例1:造孔材を使用せず調製した二層触媒
(a)下層Pd層(Pd(1.0)/CZ(50)+Al(75))
貴金属含有量8.8重量%の硝酸パラジウム水溶液(キャタラー社製)を用い、含浸法により、Pdをセリア−ジルコニア複合酸化物材(30重量%のCeO、60重量%のZrO、5重量%のYおよび5重量%のLaからなる複合酸化物:以下CZ材と称する)に担持させたPd/CZ材を調製した。次に、そのPd/CZ材と、1重量%のLaを含有する複合化Al担体、およびAl系バインダーを蒸留水に撹拌しながら加えて懸濁し、スラリー1を調製した。スラリーに含まれる粒子の、断面積基準の累積粒度分布における累積15%径は3.3μmであった。
[(Reference) Test 2: Preparation and evaluation of catalyst having two catalyst coat layers]
1. Catalyst Preparation (1) Comparative Example 1: Two-layer catalyst prepared without using a pore former (a) Lower Pd layer (Pd (1.0) / CZ (50) + Al 2 O 3 (75))
Using an aqueous palladium nitrate solution (Cataler Co., Ltd.) having a noble metal content of 8.8% by weight, Pd was converted to ceria-zirconia composite oxide material (30% by weight CeO 2 , 60% by weight ZrO 2 , 5% by weight). A Pd / CZ material supported on a composite oxide consisting of 5% Y 2 O 3 and 5% by weight La 2 O 3 (hereinafter referred to as CZ material) was prepared. Next, the Pd / CZ material, a composite Al 2 O 3 carrier containing 1% by weight of La 2 O 3 , and an Al 2 O 3 binder are added to distilled water with stirring and suspended. Was prepared. The 15% cumulative diameter in the cumulative particle size distribution on the basis of the cross-sectional area of the particles contained in the slurry was 3.3 μm.

容量875ccのコージェライト製のハニカム構造基材(600H/3−9R−08、デンソー社製)にスラリー1を流し込み、次いでブロアーで不要分を吹き払い、基材壁面をコーティングした。コーティングには、基材容量に対してPdが1.0g/L、複合化Al担体が75g/L、およびPd/CZ材が50g/L含まれるようにした。コーティング後、120℃の乾燥機で2時間水分を除去した後、500℃の電気炉で2時間の焼成を行った。SEM観察に基づくコーティングの厚さは35μmであり、水中重量法に基づくコーティングの空隙率は73%であった。 Slurry 1 was poured into a honeycomb structure base material made of cordierite having a capacity of 875 cc (600H / 3-9R-08, manufactured by Denso Corporation), and then unnecessary portions were blown off with a blower to coat the base material wall surface. The coating contained 1.0 g / L Pd, 75 g / L composite Al 2 O 3 support, and 50 g / L Pd / CZ material relative to the substrate volume. After coating, moisture was removed for 2 hours with a 120 ° C. dryer, followed by firing for 2 hours in an electric furnace at 500 ° C. The thickness of the coating based on SEM observation was 35 μm, and the porosity of the coating based on the underwater weight method was 73%.

(b)上層Rh層(Rh(0.2)/CZ(60)+Al(40))
貴金属含有量2.8wt%の塩酸ロジウム水溶液(キャタラー社製)を用い、含浸法により、RhをCZ材に担持させたRh/CZ材を調製した。次に、そのRh/CZ材と、1重量%のLaを含有する複合化Al担体、およびAl系バインダーを蒸留水に撹拌しながら加えて懸濁し、スラリー2を調製した。スラリーに含まれる粒子の、断面積基準の累積粒度分布における累積15%径は3.2μmであった。
(B) Upper layer Rh layer (Rh (0.2) / CZ (60) + Al 2 O 3 (40))
An Rh / CZ material in which Rh was supported on a CZ material was prepared by an impregnation method using a rhodium hydrochloride aqueous solution (Cataler Co., Ltd.) having a noble metal content of 2.8 wt%. Next, the Rh / CZ material, a composite Al 2 O 3 carrier containing 1% by weight of La 2 O 3 , and an Al 2 O 3 binder are added to distilled water with stirring and suspended. Was prepared. The 15% cumulative diameter in the cumulative particle size distribution on the basis of the cross-sectional area of the particles contained in the slurry was 3.2 μm.

スラリー1をコーティングしたハニカム構造基材にスラリー2を流し込み、次いでブロアーで不要分を吹き払い、基材壁面をコーティングした。コーティングには、基材容量に対してRhが0.2g/L、複合化Al担体が40g/L、およびRh/CZ材が60g/L含まれるようにした。コーティング後、120℃の乾燥機で2時間水分を除去した後、500℃の電気炉で2時間の焼成を行った。SEM観察に基づくコーティングの厚さは27μmであり、水中重量法に基づくコーティングの空隙率は68%であった。 Slurry 2 was poured into the honeycomb structure base material coated with slurry 1, and then unnecessary portions were blown off with a blower to coat the base material wall surface. The coating included Rh 0.2 g / L, composite Al 2 O 3 support 40 g / L, and Rh / CZ material 60 g / L relative to the substrate volume. After coating, moisture was removed for 2 hours with a 120 ° C. dryer, followed by firing for 2 hours in an electric furnace at 500 ° C. The thickness of the coating based on SEM observation was 27 μm, and the porosity of the coating based on the underwater gravimetric method was 68%.

(2)比較例2:下層にのみ造孔材を使用して調製した二層触媒
スラリー1の調製時に造孔材として直径(φ)2μm、長さ(L)80μmのPET繊維を金属酸化物粒子の重量に対して3重量%さらに加えた以外は、比較例1と同様にして触媒を調製した。スラリー1に含まれる粒子の、断面積基準の累積粒度分布における累積15%径は3.4μmであった。また、造孔材を加えたスラリー1を用いて形成した下層コーティングは、SEM観察に基づくコーティングの厚さが39μmであり、水中重量法に基づくコーティングの空隙率は76%であった。コーティング中の全空隙に対するアスペクト比が5以上の高アスペクト比細孔の体積比率は9%であり、該高アスペクト比細孔の平均アスペクト比は41であった(いずれもFIB−SEMによる3D測定に基づく)。
(2) Comparative Example 2: Two-layer catalyst prepared by using a pore-forming material only in the lower layer When a slurry 1 is prepared, PET fiber having a diameter (φ) of 2 μm and a length (L) of 80 μm is used as a metal oxide as a pore-forming material. A catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that 3% by weight based on the weight of the particles was further added. The 15% cumulative diameter in the cumulative particle size distribution based on the cross-sectional area of the particles contained in the slurry 1 was 3.4 μm. Moreover, the lower layer coating formed using the slurry 1 to which the pore former was added had a coating thickness of 39 μm based on SEM observation, and the porosity of the coating based on the underwater weight method was 76%. The volume ratio of the high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more with respect to all voids in the coating was 9%, and the average aspect ratio of the high aspect ratio pores was 41 (both 3D measurement by FIB-SEM). based on).

(3)比較例3:上下層に造孔材を使用して調製した二層触媒
スラリー1およびスラリー2のいずれの調製時においても、造孔材として直径(φ)2μm、長さ(L)80μmのPET繊維を金属酸化物粒子の重量に対して3重量%さらに加えた以外は、比較例1と同様にして触媒を調製した。スラリー2に含まれる粒子の、断面積基準の累積粒度分布における累積15%径は3.0μmであった。また、造孔材を加えたスラリー2を用いて形成した上層コーティングは、SEM観察に基づくコーティングの厚さが30μmであり、水中重量法に基づくコーティングの空隙率は71%であった。コーティング中の全空隙に対するアスペクト比が5以上の高アスペクト比細孔の体積比率は9%であり、該高アスペクト比細孔の平均アスペクト比は40であった(いずれもFIB−SEMによる3D測定に基づく)。なお、造孔材を加えたスラリー1を用いて形成した下層コーティングの各データについては、上記(2)と同様であった。
(3) Comparative Example 3: Two-layer catalyst prepared using pore formers in the upper and lower layers In both preparations of slurry 1 and slurry 2, the diameter (φ) 2 μm, length (L) as the pore former A catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that 80 μm of PET fiber was further added by 3 wt% with respect to the weight of the metal oxide particles. The 15% cumulative diameter in the cumulative particle size distribution based on the cross-sectional area of the particles contained in the slurry 2 was 3.0 μm. The upper layer coating formed using the slurry 2 to which the pore former was added had a coating thickness of 30 μm based on SEM observation, and the porosity of the coating based on the underwater weight method was 71%. The volume ratio of the high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more with respect to all the voids in the coating was 9%, and the average aspect ratio of the high aspect ratio pores was 40 (all in 3D measurement by FIB-SEM). based on). In addition, about each data of the lower layer coating formed using the slurry 1 which added the pore former, it was the same as that of said (2).

(4)実施例1:上層にのみ造孔材を使用して調製した二層触媒
スラリー2の調製時に造孔材として直径(φ)2μm、長さ(L)80μmのPET繊維を金属酸化物粒子の重量に対して3重量%さらに加えた以外は、比較例1と同様にして触媒を調製した。造孔材を加えたスラリー2を用いて形成した上層コーティングの各データについては、上記(3)と同様であった。また、造孔材を加えていないスラリー1を用いて形成した下層コーティングの各データについては上記(1)と同様であった。
(4) Example 1: Two-layer catalyst prepared using a pore-forming material only in the upper layer When a slurry 2 was prepared, PET fiber having a diameter (φ) of 2 μm and a length (L) of 80 μm was used as a metal oxide as the pore-forming material. A catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that 3% by weight based on the weight of the particles was further added. Each data of the upper coating formed using the slurry 2 to which the pore former was added was the same as the above (3). Each data of the lower layer coating formed using the slurry 1 to which no pore former was added was the same as (1) above.

2.評価
(1)高Ga条件下での酸素貯蔵能(OSC)評価
2AR−FEエンジン(トヨタ社製)に触媒を装着し、高吸入空気量(高Ga)条件で、A/Fをリッチ、リーンの間で所定時間ごと周期的に切り替え、その際の触媒出口側に取り付けたOセンサーの挙動遅れから触媒の酸素吸放出量を演算した。
2. Evaluation (1) Oxygen storage capacity (OSC) evaluation under high Ga conditions A catalyst is mounted on a 2AR-FE engine (manufactured by Toyota), and A / F is rich and lean under high intake air (high Ga) conditions. The amount of oxygen absorbed and released from the catalyst was calculated from the behavioral delay of the O 2 sensor attached to the catalyst outlet at that time.

(2)高Ga条件下でのNOx浄化性能評価
2AR−FEエンジン(トヨタ社製)に触媒を装着し、A/Fをストイキフィードバック制御し、高吸入空気量(高Ga)条件でNOx浄化性能を評価した。吸入空気量は40g/s以上となるようにした。
(2) NOx purification performance evaluation under high Ga conditions NOx purification performance under high intake air (high Ga) conditions by attaching a catalyst to 2AR-FE engine (manufactured by Toyota) and controlling A / F with stoichiometric feedback Evaluated. The intake air amount was set to 40 g / s or more.

(3)耐久試験
1UR−FEエンジン(トヨタ社製)に触媒を装着し、1000℃(触媒床温)で25時間の劣化促進試験を実施した。その際の排ガス組成については、スロットル開度とエンジン負荷を調整し、リッチ域〜ストイキ〜リーン域を一定サイクルで繰り返すことにより、劣化を促進させた。耐久試験後の触媒に、ストイキ雰囲気(空燃比A/F=14.6)の排ガスを供給し、500℃まで昇温させた際に、NOx浄化率が50%となる温度(T50−NOx)を計測した。
(3) Durability test A catalyst was attached to a 1UR-FE engine (manufactured by Toyota), and a deterioration acceleration test was conducted at 1000 ° C (catalyst bed temperature) for 25 hours. Regarding the exhaust gas composition at that time, the throttle opening and the engine load were adjusted, and the deterioration was promoted by repeating the rich region to stoichiometric to lean region in a constant cycle. When exhaust gas in a stoichiometric atmosphere (air-fuel ratio A / F = 14.6) is supplied to the catalyst after the durability test and the temperature is raised to 500 ° C., the temperature at which the NOx purification rate becomes 50% (T50−NOx) Was measured.

3.結果
図15は高Ga条件下でのOSC性能(g/cat)の測定結果を示すグラフであり、図16は高Ga条件下でのNOx浄化率の測定結果を示すグラフである。上層にのみ造孔材を使用して調製した実施例1の触媒は、酸素貯蔵能およびNOx浄化性能のいずれにおいても、高Ga条件下において、比較例1〜3の触媒よりも優れていた。このことから、ガス拡散における律速段階は上層コーティングであり、比較例2のように下層コーティングのみガス拡散性を向上させても十分な効果が得られないこと、また、比較例3のように上下層コーティングの両方のガス拡散性を向上させると、ガスが下層に透過しやすくなる代わりに上層での浄化作用を受けにくくなり、耐熱性を考慮して上層を高活性なRh層とした場合には、その浄化性能を十分に活かすことができないことが推察された。
3. Results FIG. 15 is a graph showing measurement results of OSC performance (g / cat) under high Ga conditions, and FIG. 16 is a graph showing measurement results of NOx purification rates under high Ga conditions. The catalyst of Example 1 prepared using the pore former only in the upper layer was superior to the catalysts of Comparative Examples 1 to 3 under high Ga conditions in both oxygen storage capacity and NOx purification performance. From this, the rate-limiting step in gas diffusion is the upper layer coating, and it is not possible to obtain a sufficient effect even if only the lower layer coating is improved in gas diffusion as in Comparative Example 2, and as in Comparative Example 3. When the gas diffusibility of both the lower layer coating is improved, the gas does not easily permeate the lower layer, but the upper layer is less susceptible to purification, and the upper layer is made into a highly active Rh layer in consideration of heat resistance. It was speculated that the purification performance could not be fully utilized.

図17は耐久試験後の触媒において、NOx浄化率が50%となる温度(T50−NOx)を測定した結果を示すグラフである。上層にのみ造孔材を使用して調製した実施例1の触媒は、造孔材を使用せずに調製した比較例1の触媒と比較しても耐熱性には大差がないと判断された。   FIG. 17 is a graph showing the results of measuring the temperature at which the NOx purification rate becomes 50% (T50-NOx) in the catalyst after the durability test. The catalyst of Example 1 prepared using the pore former only in the upper layer was judged to have no significant difference in heat resistance even when compared with the catalyst of Comparative Example 1 prepared without using the pore former. .

[試験3:二層の触媒コート層を有する触媒における、触媒粒子構造およびコート構造の影響の検討]
1.触媒の調製
(1)比較例1:コロイド溶液を用いる従来法で調製したRh/Al材を使用
(a)下層Pd層(Pd(1.0)/CZ(50)+Al(75))
硝酸パラジウム水溶液を用い、含浸法により、Pdをセリア−ジルコニア複合酸化物材(30重量%のCeO、60重量%のZrO、5重量%のYおよび5重量%のLaからなる複合酸化物;以下、CZ材と称する)に担持させたPd/CZ材を調製した。用いたCZ材の平均粒径(D50)は6μmであった。次に、そのPd/CZ材と、1重量%のLaを含有する複合化Al材(D50=6μm;以下、単に複合化Al材と称する)、およびAl系バインダーを蒸留水に撹拌しながら加えて懸濁し、スラリー1を調製した。
[Test 3: Examination of influence of catalyst particle structure and coat structure in catalyst having two catalyst coat layers]
1. Catalyst Preparation (1) Comparative Example 1: Using Rh / Al 2 O 3 Material Prepared by Conventional Method Using Colloid Solution (a) Lower Pd Layer (Pd (1.0) / CZ (50) + Al 2 O 3 (75))
Using an aqueous solution of palladium nitrate by impregnation method, ceria Pd - zirconia composite oxide material (30 wt% of CeO 2, 60 wt% of ZrO 2, 5 wt% of Y 2 O 3 and 5 wt% of La 2 O A Pd / CZ material supported on a composite oxide composed of 3 (hereinafter referred to as CZ material) was prepared. The average particle size (D50) of the used CZ material was 6 μm. Next, the Pd / CZ material, a composite Al 2 O 3 material containing 1% by weight of La 2 O 3 (D50 = 6 μm; hereinafter simply referred to as a composite Al 2 O 3 material), and Al 2 A slurry 1 was prepared by adding and suspending an O 3 binder in distilled water while stirring.

容量875ccのコージェライト製ハニカム構造基材(600セル六角基材、デンソー社製)にスラリー1を流し込み、次いでブロアーで不要分を吹き払い、基材壁面をコーティングした。コーティングには、基材容量に対してPdが1.0g/L、複合化Al担体が75g/L、およびCZ材が50g/L含まれるようにした。コーティング後、120℃の乾燥機で2時間水分を除去した後、500℃の電気炉で2時間の焼成を行った。 Slurry 1 was poured into a cordierite honeycomb structure base material (600 cell hexagonal base material, manufactured by Denso Corporation) having a capacity of 875 cc, and then unnecessary portions were blown away with a blower to coat the base material wall surface. The coating contained 1.0 g / L of Pd, 75 g / L of composite Al 2 O 3 support, and 50 g / L of CZ material with respect to the substrate capacity. After coating, moisture was removed for 2 hours with a 120 ° C. dryer, followed by firing for 2 hours in an electric furnace at 500 ° C.

(b)上層Rh層(Rh(0.2)/Al(40)+ACZ(60):造孔材あり)
平均粒径が2nmであるRhが分散したコロイド溶液を用いて、複合化Al材(D50=6μm)にRhを担持させたRh/Al材を調製した。次に、そのRh/Al材と、アルミナ−セリア−ジルコニア複合酸化物材(30重量%のAl、20重量%のCeO、46重量%のZrO、2重量%のNdおよび2重量%のLaからなる複合酸化物;以下、ACZ材と称する)、およびAl系バインダーを蒸留水に撹拌しながら加えて懸濁し、スラリー2を調製した。スラリー2には、造孔材として直径(φ)2μm、長さ(L)80μmのPET繊維をコート量に対して3重量%さらに加えた。
(B) Upper layer Rh layer (Rh (0.2) / Al 2 O 3 (40) + ACZ (60): with pore former)
A Rh / Al 2 O 3 material in which Rh was supported on a composite Al 2 O 3 material (D50 = 6 μm) was prepared using a colloidal solution in which Rh having an average particle diameter of 2 nm was dispersed. Next, the Rh / Al 2 O 3 material and alumina-ceria-zirconia composite oxide material (30 wt% Al 2 O 3 , 20 wt% CeO 2 , 46 wt% ZrO 2 , 2 wt% A composite oxide composed of Nd 2 O 3 and 2% by weight of La 2 O 3 (hereinafter referred to as ACZ material) and an Al 2 O 3 binder are added to distilled water with stirring and suspended to prepare slurry 2 did. To the slurry 2, PET fiber having a diameter (φ) of 2 μm and a length (L) of 80 μm as a pore former was further added by 3% by weight based on the coating amount.

スラリー1をコーティングしたハニカム構造基材にスラリー2を流し込み、次いでブロアーで不要分を吹き払い、基材壁面をコーティングした。コーティングには、基材容量に対してRhが0.2g/L、複合化Al材が40g/L、およびACZ材が60g/L含まれるようにした。コーティング後、120℃の乾燥機で2時間水分を除去した後、500℃の電気炉で2時間の焼成を行った。 Slurry 2 was poured into the honeycomb structure base material coated with slurry 1, and then unnecessary portions were blown off with a blower to coat the base material wall surface. The coating included Rh of 0.2 g / L, composite Al 2 O 3 material of 40 g / L, and ACZ material of 60 g / L relative to the substrate capacity. After coating, moisture was removed for 2 hours with a 120 ° C. dryer, followed by firing for 2 hours in an electric furnace at 500 ° C.

(2)実施例1:スパッタリングにより調製したRh/Al材を使用
真空チャンバー内に、Rhターゲット、複合化Al材粉末(D50=6μm)およびArガスを導入し、Rhターゲットと粉末間に高電圧を印加してスパッタリングを行い、複合化Al材にRhを担持させたRh/Al材を調製した。スパッタリング条件を調整することにより、Rhの平均粒径(CO吸着法による)が2nmとなるようにした。スラリー2の調製時に、スパッタリングにより調製したRh/Al材を用いた他は、比較例1と同様にして二層触媒を調製した。
(2) Example 1: Rh / Al 2 O 3 material prepared by sputtering is used Rh target, composite Al 2 O 3 material powder (D50 = 6 μm) and Ar gas are introduced into a vacuum chamber, and Rh target is used. Then, sputtering was performed by applying a high voltage between the powder and a Rh / Al 2 O 3 material in which Rh was supported on the composite Al 2 O 3 material. By adjusting the sputtering conditions, the average particle size of Rh (by the CO adsorption method) was set to 2 nm. A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the Rh / Al 2 O 3 material prepared by sputtering was used when preparing the slurry 2.

(3)比較例2:従来の含浸法で調製したRh/Al材を使用
硝酸ロジウム水溶液を用い、含浸法により、複合化Al材にRhを担持させたRh/Al材を調製し、それを用いてスラリー2を調製した以外は、比較例1と同様にして二層触媒を調製した。
(3) Comparative Example 2: Rh / Al 2 O 3 material prepared by a conventional impregnation method is used Rh / Al 2 in which Rh is supported on a composite Al 2 O 3 material by an impregnation method using an aqueous rhodium nitrate solution. A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that O 3 material was prepared and slurry 2 was prepared using it.

(4)比較例3:コーティング後の触媒を硝酸ロジウム溶液に浸漬
スラリー2を用いて基材壁面をコーティングした後、触媒を硝酸ロジウム溶液に浸漬させてコート層表面にRhを吸着担持させた以外は、比較例1と同様にして二層触媒を調製した。
(4) Comparative Example 3: The coated catalyst was immersed in a rhodium nitrate solution. After coating the substrate wall surface with slurry 2, the catalyst was immersed in the rhodium nitrate solution and Rh was adsorbed and supported on the surface of the coating layer. Prepared a two-layer catalyst in the same manner as in Comparative Example 1.

(5)比較例4:造孔材不使用
スラリー2の調製時に造孔材を添加しなかった以外は、スパッタリングにより調製したRh/Al材を用いた実施例1と同様にして二層触媒を調製した。
(5) Comparative Example 4: No pore-forming material Except that no pore-forming material was added during the preparation of slurry 2, the same procedure as in Example 1 using the Rh / Al 2 O 3 material prepared by sputtering was performed. A bed catalyst was prepared.

(6)実施例2:スパッタリングにより調製したRh/ACZ材を使用
複合化Al材粉末に代えてACZ材粉末(D50=6μm)を用いてスパッタリングを行い、平均粒径(CO吸着法による)が2nmのRhを担持したRh/ACZ材を調製し、それを用いてスラリー2を調製した以外は、実施例1と同様にして二層触媒を調製した。
(6) Example 2: Using Rh / ACZ material prepared by sputtering Sputtering was performed using ACZ material powder (D50 = 6 μm) instead of composite Al 2 O 3 material powder, and the average particle size (CO adsorption method) A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that an Rh / ACZ material carrying 2 nm of Rh was prepared, and slurry 2 was prepared using it.

(7)比較例5:コロイド溶液を用いる従来法で調製したRh/ACZ材を使用
平均粒径が2nmであるRhが分散したコロイド溶液を用いて、ACZ材(D50=6μm)にRhを担持させたRh/ACZ材を調製し、それを用いてスラリー2を調製した以外は、比較例1と同様にして二層触媒を調製した。
(7) Comparative Example 5: Using Rh / ACZ material prepared by a conventional method using a colloid solution Rh is supported on an ACZ material (D50 = 6 μm) using a colloid solution in which Rh having an average particle diameter of 2 nm is dispersed. A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the prepared Rh / ACZ material was prepared and the slurry 2 was prepared using it.

(8)比較例6:従来の含浸法で調製したRh/ACZ材を使用
硝酸ロジウム水溶液を用い、含浸法により、ACZ材にRhを担持させたRh/ACZ材を調製し、それを用いてスラリー2を調製した以外は、比較例1と同様にして二層触媒を調製した。
(8) Comparative Example 6: Using Rh / ACZ material prepared by conventional impregnation method Using a rhodium nitrate aqueous solution, an Rh / ACZ material in which Rh is supported on an ACZ material is prepared by using the impregnation method, and using it A two-layer catalyst was prepared in the same manner as Comparative Example 1 except that the slurry 2 was prepared.

(9)比較例7:スパッタリングにより調製したRh/CZ材を使用
複合化Al材粉末に代えて、Alを含まないCZ材粉末(D50=6μm)を用いてスパッタリングを行い、平均粒径(CO吸着法による)が2nmのRhを担持したRh/CZ材を調製し、それを用いてスラリー2を調製した以外は、実施例1と同様にして二層触媒を調製した。
(9) Comparative Example 7: Using Rh / CZ material prepared by sputtering Sputtering was performed using CZ material powder (D50 = 6 μm) not containing Al 2 O 3 instead of composite Al 2 O 3 material powder. A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that an Rh / CZ material supporting Rh having an average particle diameter (by CO adsorption method) of 2 nm was prepared and slurry 2 was prepared using the Rh / CZ material. .

(10)比較例8:コロイド溶液を用いる従来法で調製したRh/CZ材を使用
平均粒径が2nmであるRhが分散したコロイド溶液を用いて、CZ材(D50=6μm)にRhを担持させたRh/CZ材を調製し、それを用いてスラリー2を調製した以外は、比較例1と同様にして二層触媒を調製した。
(10) Comparative Example 8: Rh / CZ material prepared by a conventional method using a colloid solution is used. Rh is supported on a CZ material (D50 = 6 μm) using a colloid solution in which Rh having an average particle diameter of 2 nm is dispersed. A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the prepared Rh / CZ material was prepared and slurry 2 was prepared using it.

(11)比較例9:従来の含浸法で調製したRh/CZ材を使用
硝酸ロジウム水溶液を用い、含浸法により、CZ材にRhを担持させたRh/CZ材を調製し、それを用いてスラリー2を調製した以外は、比較例1と同様にして二層触媒を調製した。
(11) Comparative Example 9: Using Rh / CZ material prepared by conventional impregnation method Using a rhodium nitrate aqueous solution, an Rh / CZ material having Rh supported on CZ material was prepared by using the impregnation method, and using it A two-layer catalyst was prepared in the same manner as Comparative Example 1 except that the slurry 2 was prepared.

(12)比較例10:Rh/Al材調製に粒径1μmのAlを使用
平均粒径(D50)が6μmである複合化Al材粉末に代えて、平均粒径(D50)が1μmの複合化Al材粉末を用いてスパッタリングを行った以外は、実施例1と同様にして二層触媒を調製した。
(12) Comparative Example 10: Use of Al 2 O 3 having a particle size of 1 μm for the preparation of Rh / Al 2 O 3 material Instead of the composite Al 2 O 3 material powder having an average particle size (D50) of 6 μm, average particles A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that sputtering was performed using a composite Al 2 O 3 material powder having a diameter (D50) of 1 μm.

(13)比較例11:Rh/Al材調製に粒径3μmのAlを使用
平均粒径(D50)が6μmである複合化Al材粉末に代えて、平均粒径(D50)が3μmの複合化Al材粉末を用いてスパッタリングを行った以外は、実施例1と同様にして二層触媒を調製した。
(13) Comparative Example 11: Use of Al 2 O 3 having a particle size of 3 μm for the preparation of Rh / Al 2 O 3 material Instead of the composite Al 2 O 3 material powder having an average particle size (D50) of 6 μm, average particles A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that sputtering was performed using a composite Al 2 O 3 powder having a diameter (D50) of 3 μm.

(14)実施例3:Rh/Al材調製に粒径20μmのAlを使用
平均粒径(D50)が6μmである複合化Al材粉末に代えて、平均粒径(D50)が20μmの複合化Al材粉末を用いてスパッタリングを行った以外は、実施例1と同様にして二層触媒を調製した。
(14) Example 3: Use of Al 2 O 3 having a particle size of 20 μm for the preparation of Rh / Al 2 O 3 material Instead of the composite Al 2 O 3 material powder having an average particle size (D50) of 6 μm, average particles A two-layer catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that sputtering was performed using a composite Al 2 O 3 material powder having a diameter (D50) of 20 μm.

2.評価
(1)貴金属粒径評価
Rhを担持して得られた材料におけるRh粒径をCO吸着法により算出した。
2. Evaluation (1) Noble metal particle size evaluation The Rh particle size of the material obtained by supporting Rh was calculated by the CO adsorption method.

(2)耐久試験
1UR−FEエンジン(トヨタ社製)に触媒を装着し、950℃(触媒床温)で50時間の劣化促進試験を実施した。その際の排ガス組成については、スロットル開度とエンジン負荷を調整し、リッチ域〜ストイキ〜リーン域を一定サイクルで繰り返すことにより、劣化を促進させた。耐久試験後の触媒を2AR−FEエンジン(トヨタ社製)に装着し、A/Fをストイキフィードバック制御し、高吸入空気量(高Ga)条件で、500℃まで昇温させた際に、全炭化水素(THC)、窒素酸化物(NOx)および一酸化炭素(CO)のそれぞれについて、浄化率が50%となる温度(T50)を計測した。
(2) Durability test A catalyst was attached to a 1UR-FE engine (manufactured by Toyota), and a 50-hour degradation acceleration test was conducted at 950 ° C (catalyst bed temperature). Regarding the exhaust gas composition at that time, the throttle opening and the engine load were adjusted, and the deterioration was promoted by repeating the rich region to stoichiometric to lean region in a constant cycle. When the catalyst after the endurance test is mounted on a 2AR-FE engine (manufactured by Toyota), the A / F is stoichiometrically feedback controlled, and when the temperature is raised to 500 ° C. under a high intake air amount (high Ga) condition, For each of hydrocarbon (THC), nitrogen oxide (NOx), and carbon monoxide (CO), the temperature (T50) at which the purification rate was 50% was measured.

(3)高温下での浄化性能評価
2AR−FEエンジン(トヨタ社製)に触媒を装着し、A/Fをストイキフィードバック制御し、高吸入空気量(高Ga)条件下、450℃でのNOx浄化率を、ガス拡散律速域での浄化性能として評価した。
(3) Purification performance evaluation under high temperature A catalyst is mounted on a 2AR-FE engine (manufactured by Toyota), and A / F is stoichiometrically feedback controlled, and NOx at 450 ° C under high intake air (high Ga) conditions. The purification rate was evaluated as the purification performance in the gas diffusion controlled region.

3.結果
各実施例および比較例について、Rh粒径測定の結果を、製造方法から予想されるRhの担持状態、ならびに担体の材料および二次粒子径と共に、表9にまとめた。

Figure 2017100073
3. Results For each Example and Comparative Example, the results of Rh particle size measurement are summarized in Table 9 together with the Rh loading state expected from the production method, the carrier material and the secondary particle size.
Figure 2017100073

図18(a)〜(c)は、Rhの担持状態を模式的に示した図である。図18(a)は、比較例1、5および8のように、Rhが分散したコロイド溶液を用いてRh担持材料を調製した結果、Rhが担体一次粒子の表面に担持されている様子を表す。図18(b)は、比較例2、6および9のように、硝酸ロジウム水溶液を用いた含浸法によりRh担持材料を調製した結果、Rhが担体の一次粒子の内部または表面に存在している様子を表す。図18(c)は、実施例1〜3のようにスパッタリングによりRh担持材料を調製した結果、担体が構成する二次粒子の表面にのみRhが存在している様子を表す。   FIGS. 18A to 18C are diagrams schematically showing the state of Rh supported. FIG. 18A shows a state in which Rh is supported on the surface of the support primary particles as a result of preparing the Rh support material using the colloidal solution in which Rh is dispersed as in Comparative Examples 1, 5 and 8. . FIG. 18B shows a result of preparing an Rh-supporting material by an impregnation method using an aqueous rhodium nitrate solution as in Comparative Examples 2, 6 and 9, and as a result, Rh is present in the interior or surface of the primary particles of the support. Represents the state. FIG. 18C shows a state in which Rh is present only on the surface of the secondary particles constituting the carrier as a result of preparing the Rh-supporting material by sputtering as in Examples 1 to 3.

図19は、実施例1に記載したようにスパッタリングにより複合化Al材にRhを担持させて調製したRh/Al材のHAADF−STEM像である。灰色に写っている複合化Al材二次粒子の表面に、無数の微細なRh粒子が担持されている様子を確認することができた。 FIG. 19 is a HAADF-STEM image of an Rh / Al 2 O 3 material prepared by supporting Rh on a composite Al 2 O 3 material by sputtering as described in Example 1. It was confirmed that countless fine Rh particles were supported on the surface of the composite Al 2 O 3 material secondary particles shown in gray.

図20に、Rh担持材料における担持状態のみが異なる実施例1ならびに比較例1および2の触媒の耐久試験後および高温下での浄化性能評価の結果を表すグラフを示す。Rh担持材料において、Rhが担体材料の二次粒子表面に担持されている実施例1の触媒は、比較例1および2の触媒と比較して、耐久性において優れていた。また、ガス拡散性の影響が強くなる高温でのNOx浄化率において、特に優れていた。これは、二次粒子の表面にRhが存在することで、ガスとの接触面積が増えたことによるものと考えられる。   FIG. 20 is a graph showing the results of the purification performance evaluation after the durability test of the catalyst of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 that differ only in the loading state in the Rh-supporting material and under high temperature. In the Rh-supported material, the catalyst of Example 1 in which Rh is supported on the secondary particle surface of the support material was superior in durability compared to the catalysts of Comparative Examples 1 and 2. Further, the NOx purification rate at a high temperature at which the influence of gas diffusibility becomes strong was particularly excellent. This is considered to be due to the increased contact area with the gas due to the presence of Rh on the surface of the secondary particles.

図21に、実施例1ならびに比較例3および4の触媒のコート構造を模式的に表す図、ならびにそれらの触媒の耐久試験後および高温下での浄化性能評価の結果を示すグラフを示す。造孔材を用いず従来のコート構造とした比較例4の触媒は、耐久性および高温でのNOx浄化率において、実施例1の触媒と比較して劣っていた。また、ガスとRhの接触性を高める目的でコート層表面にRhを担持された比較例3の触媒では、Rhが高密度で担持されておりシンタリングが促進されたため、特に耐久性において劣っていた。   FIG. 21 is a diagram schematically showing the coat structure of the catalyst of Example 1 and Comparative Examples 3 and 4, and a graph showing the results of the purification performance evaluation after the durability test of these catalysts and under high temperature. The catalyst of Comparative Example 4 having a conventional coat structure without using a pore former was inferior to the catalyst of Example 1 in durability and NOx purification rate at high temperature. Further, in the catalyst of Comparative Example 3 in which Rh is supported on the surface of the coating layer for the purpose of improving the contact property between the gas and Rh, Rh is supported at a high density and sintering is promoted, so that the durability is particularly inferior. It was.

図22に、実施例2および比較例5〜9の触媒の耐久試験後および高温下での浄化性能評価の結果を示すグラフを示す。担体材料として複合化Al材に代えてACZ材を用いた実施例2ならびに比較例5および6の触媒では、図21にも示したような、複合化Al材と同様の結果が得られた。一方、CZ材を用いた比較例7〜9の触媒では、Rh担持材料をスパッタリングにより調製した比較例7の触媒であっても、耐久試験後および高温下での浄化性能において劣っていた。このことから、Rhを担持させる担体には、耐熱性が高い材料であるアルミナ(Al)が必要であることが推察された。 In FIG. 22, the graph which shows the result of the purification performance evaluation after the endurance test of the catalyst of Example 2 and Comparative Examples 5-9 under high temperature is shown. As in Example 2 and Comparative Examples 5 and 6 of the catalysts using ACZ material in place of the composite Al 2 O 3 material support material, as shown in FIG. 21, similar to the composite Al 2 O 3 material Results were obtained. On the other hand, in the catalysts of Comparative Examples 7 to 9 using the CZ material, even the catalyst of Comparative Example 7 prepared by sputtering the Rh-supporting material was inferior in purification performance after the durability test and under high temperature. From this, it was speculated that the carrier supporting Rh needs alumina (Al 2 O 3 ), which is a material having high heat resistance.

図23に、担体の二次粒子径と、耐久試験後のNOx浄化性能の関係を表すグラフを示す。担体の二次粒子の粒径が小さく、従って表面積が大きい場合、Rhが低密度で担持される面では有利といえる。しかし、一方で耐熱性が低下する傾向がみられたため、担体の二次粒子径は6μm以上が好ましいと考えられた。なお、担体粒子径D50が25μmを超える場合では、触媒コートを形成することができなかった。   FIG. 23 is a graph showing the relationship between the secondary particle diameter of the carrier and the NOx purification performance after the durability test. When the secondary particle size of the carrier is small, and thus the surface area is large, it can be said that it is advantageous in terms of carrying Rh at a low density. However, since the heat resistance tended to decrease on the other hand, it was considered that the secondary particle diameter of the carrier is preferably 6 μm or more. In the case where the carrier particle diameter D50 exceeds 25 μm, the catalyst coat could not be formed.

Claims (1)

基材上に二層以上の触媒コート層を有する排ガス浄化用触媒であって、
各触媒コート層は隣接する触媒コート層と異なる組成を有する触媒粒子を含有し、
最上層の触媒コートが含有する触媒粒子は、Alを含有する担体材料の二次粒子の表面に貴金属粒子が担持された構造を有し、
前記最上層の触媒コートにおいて、
コート層の平均厚さが25〜160μmの範囲内であり、
水中重量法により測定した空隙率が50〜80容量%の範囲内であり、かつ
空隙全体の0.5〜50容量%が、5以上のアスペクト比を有する高アスペクト比細孔からなり、
前記高アスペクト比細孔は、排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の円相当径が2〜50μmの範囲内であり、かつ平均アスペクト比が10〜50の範囲内である、前記排ガス浄化用触媒。
An exhaust gas purifying catalyst having two or more catalyst coat layers on a substrate,
Each catalyst coat layer contains catalyst particles having a composition different from that of the adjacent catalyst coat layer;
The catalyst particles contained in the uppermost catalyst coat have a structure in which noble metal particles are supported on the surfaces of secondary particles of a support material containing Al 2 O 3 .
In the uppermost catalyst coat,
The average thickness of the coat layer is in the range of 25-160 μm;
The porosity measured by the underwater gravimetric method is in the range of 50 to 80% by volume, and 0.5 to 50% by volume of the entire voids are composed of high aspect ratio pores having an aspect ratio of 5 or more,
The high aspect ratio pores have a circle equivalent diameter in the cross-sectional image of the cross section of the catalyst coat layer perpendicular to the flow direction of the exhaust gas in the range of 2 to 50 μm and the average aspect ratio in the range of 10 to 50. The exhaust gas-purifying catalyst.
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