JP2022073362A - Adsorption material of nitrogen oxide, and catalyst for automobile exhaust gas - Google Patents

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Abstract

To provide an adsorption material of nitrogen oxides that efficiently collects by adsorption nitrogen oxides in an automobile exhaust gas and efficiently supplies the same by surface diffusion to a noble metal catalyst in the low temperature range where the catalyst is active, thereby to promote low-temperature removal of the nitrogen oxides, and to provide a catalyst for cleaning automobile exhaust gas made of the adsorption material.SOLUTION: A part of the cations (preferably, 4-34 mol% of a total amount of the cations) of a cerium oxide or a zirconium oxide are substituted with substituent ions composed of one or two of Nd3+ ion and Gd3+ ion. An adsorption material of nitrogen oxides has a structure that the substituent ions are present in an oxygen polyhedron location of a cubic crystal. The adsorption material of nitrogen oxides has an adsorption power that at least nitrogen monoxide among the nitrogen oxides adsorbed by the adsorption material of nitrogen oxides is desorbed in the temperature range of 275°C or higher and 325°C or lower.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、窒素酸化物吸着材料及び窒素酸化物吸着材料を含む自動車排ガス触媒に関するものである。 The present invention relates to an automobile exhaust gas catalyst containing a nitrogen oxide adsorbing material and a nitrogen oxide adsorbing material.

従来、自動車の排ガス中の有害物質である窒素酸化物(NOx)を浄化する方法として三元触媒が用いられている。三元触媒で一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)の酸化と窒素酸化物(NOx)の還元とを同時に行って排ガスを浄化する。三元触媒としては、高い表面積を有するアルミナ多孔質体などの耐火性酸化物多孔質体に貴金属(例えば、Pt、Rh、Pd、Ir、Ruなど)を担持させ、これを基材、例えば耐火性セラミック製又は金属製のハニカム構造基材に担持させたり、或いは、耐火性粒子に担持させたりしたものが一般的に使用されている。 Conventionally, a three-way catalyst has been used as a method for purifying nitrogen oxides (NOx), which is a harmful substance in the exhaust gas of automobiles. The exhaust gas is purified by simultaneously oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) and reducing nitrogen oxides (NOx) with a three-way catalyst. As a three-way catalyst, a noble metal (for example, Pt, Rh, Pd, Ir, Ru, etc.) is supported on a fire-resistant oxide porous body such as an alumina porous body having a high surface area, and this is used as a base material, for example, fire resistant. A material that is supported on a honeycomb structure base material made of ceramic or metal, or supported on fire-resistant particles is generally used.

ガソリンエンジンの排ガス浄化に使用される三元触媒において、排ガス中の窒素酸化物を効率的に除去するためには、触媒温度を貴金属の活性化温度(約250℃)以上に保つ必要がある。すなわち、エンジン始動直後の数十秒間は、排ガス中の窒素酸化物は浄化されずに排出される。特に、寒冷地や冬季においては、窒素酸化物の排出量は多くなる。そこで、エンジン始動直後の触媒温度が排ガス中の窒素酸化物浄化のための活性化温度に達しない間、窒素酸化物を一度吸蔵もしくは吸着させておき、活性化温度に達してから浄化させるNOx吸蔵還元触媒が提案されている。NOx吸蔵還元触媒としては、高い表面積を有するアルミナ多孔質体などの耐火性酸化物多孔質体に貴金属(例えば、Pt、Rhなど)およびバリウム等のアルカリ土類金属元素からなるNOx吸蔵材を担持させたものが用いられる。 In the three-way catalyst used for exhaust gas purification of a gasoline engine, in order to efficiently remove nitrogen oxides in the exhaust gas, it is necessary to keep the catalyst temperature at the activation temperature of the noble metal (about 250 ° C.) or higher. That is, the nitrogen oxides in the exhaust gas are discharged without being purified for several tens of seconds immediately after the engine is started. In particular, nitrogen oxide emissions are high in cold regions and in winter. Therefore, while the catalyst temperature immediately after starting the engine does not reach the activation temperature for purifying nitrogen oxides in the exhaust gas, the nitrogen oxides are once occluded or adsorbed, and the NOx occlusal is occluded after reaching the activation temperature. Reduction catalysts have been proposed. As the NOx storage reduction catalyst, a NOx storage material composed of a noble metal (for example, Pt, Rh, etc.) and an alkaline earth metal element such as barium is supported on a fire-resistant oxide porous body such as an alumina porous body having a high surface area. The one that has been made is used.

しかしながら、前記NOx吸蔵還元触媒では、NOx吸蔵材が吸蔵できるNOxの量には限界量(飽和量)が存在するため、飽和量以上のNOxが含まれる際には、過剰分の窒素酸化物は排出される。したがって、排ガスの温度が低温領域にあっても高い浄化活性を得られるよう、低温の触媒活性を向上させることが求められる。 However, in the NOx storage reduction catalyst, there is a limit amount (saturation amount) in the amount of NOx that can be stored in the NOx storage material. It is discharged. Therefore, it is required to improve the low-temperature catalytic activity so that high purification activity can be obtained even when the temperature of the exhaust gas is in the low-temperature region.

自動車排ガス中に含まれる窒素酸化物を低温域で機能する吸着材として、特許文献1にはゼオライトが、特許文献2にはホランダイト型の金属酸化物が、特許文献3にはセリア、マグネシアおよびアルミナ等からなる多孔質担体と、それに活性金属元素を担持したものと、セリアを主成分とする多孔質担体の2種類の窒素酸化物吸着材層をもつ吸着材が提案されている。 As an adsorbent that functions in a low temperature range from nitrogen oxides contained in automobile exhaust gas, Patent Document 1 contains zeolite, Patent Document 2 contains hollandite-type metal oxides, and Patent Document 3 contains ceria, magnesia, and alumina. An adsorbent having two types of nitrogen oxide adsorbent layers, that is, a porous carrier made of the above, a carrier supporting an active metal element, and a porous carrier containing ceria as a main component has been proposed.

また、リーンバーンエンジンに適した窒素酸化物吸着材料として、特許文献4にはマグネットプランバイト構造を有する材料が、特許文献5にはチタンとセリウムと銅が固溶した複合酸化物が、特許文献6にはセリアおよび希土類酸化物を含む複合酸化物に貴金属および固体酸と、バナジウム、タングステン、モリブデン、銅、鉄、コバルト、ニッケルおよびマンガンから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物を担持させた触媒がそれぞれ提案されている。 Further, as a nitrogen oxide adsorbing material suitable for a lean burn engine, Patent Document 4 describes a material having a magnet plumbit structure, and Patent Document 5 describes a composite oxide in which titanium, cerium and copper are solid-dissolved. Reference numeral 6 is a catalyst in which a composite oxide containing ceria and rare earth oxides is supported with a noble metal and a solid acid, and at least one metal oxide selected from vanadium, tungsten, molybdenum, copper, iron, cobalt, nickel and manganese. Have been proposed respectively.

特開2008-36544号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-36544 特開2011-115782号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-115782 特開2009-82846号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-82846 特開2004-122077号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-12202077 特開2016-43310号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-43310 特開2008-62235号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-62235

上述のように窒素酸化物吸着材料として様々な材料が知られており、これまで自動車排ガス浄化触媒において低温領域での高い窒素酸化物吸着量や熱耐久性が要求され、それらに対応した開発が行われてきた。しかしながら、燃費向上のためエンジンから排出される成分や温度が変化する中で窒素酸化物浄化触媒に求められる要求も変化する。具体的には、低温で窒素酸化物を単に吸着するだけでなく、低温での窒素酸化物の浄化性能(窒素酸化物の低温分解、低温還元分解)の向上である。 As mentioned above, various materials are known as nitrogen oxide adsorbing materials, and so far, high nitrogen oxide adsorption amount and thermal durability in the low temperature region are required for automobile exhaust gas purification catalysts, and development corresponding to them has been developed. It has been done. However, the requirements for nitrogen oxide purification catalysts also change as the components and temperature emitted from the engine change in order to improve fuel efficiency. Specifically, it not only adsorbs nitrogen oxides at low temperatures, but also improves the purification performance of nitrogen oxides at low temperatures (low-temperature decomposition of nitrogen oxides, low-temperature reduction decomposition).

よって、これまでは窒素酸化物吸着材料開発は、低温域での吸着もしくは吸蔵性能の向上が主なものであった。特許文献1~3では150℃あるいは200℃以下の窒素酸化物吸着もしくは吸蔵性能向上を目的としており、特許文献3~6ではリーンバーンエンジンへ対応できるよう低温域から高温域までの窒素酸化物吸着性能向上を目的としている。したがって、触媒活性温度近傍域において、吸着成分の貴金属触媒への供給性能の向上によって窒素酸化物の低温浄化(低温分解)を促進させることはこれまで殆ど試みられていなかった。 Therefore, until now, the development of nitrogen oxide adsorbing materials has mainly focused on improving adsorption or occlusion performance in the low temperature range. Patent Documents 1 to 3 aim at adsorbing nitrogen oxides at 150 ° C. or 200 ° C. or lower, or improving storage performance, and Patent Documents 3 to 6 adsorb nitrogen oxides from a low temperature range to a high temperature range so as to be compatible with a lean burn engine. The purpose is to improve performance. Therefore, it has hardly been attempted so far to promote low temperature purification (low temperature decomposition) of nitrogen oxides by improving the supply performance of the adsorbed component to the noble metal catalyst in the vicinity of the catalytic activity temperature.

本発明は、上記実情に鑑みてなしたものであり、自動車排ガス中の窒素酸化物を、触媒活性の生じる低温域において効率的に吸着して捕集し、貴金属触媒へ表面拡散させて効率的に供給することで、窒素酸化物の低温浄化を促進できる窒素酸化物吸着材料及びそれを用いた自動車排ガス浄化触媒を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and efficiently adsorbs and collects nitrogen oxides in automobile exhaust gas in a low temperature region where catalytic activity occurs, and efficiently diffuses them to a noble metal catalyst on the surface. It is an object of the present invention to provide a nitrogen oxide adsorbing material capable of promoting low temperature purification of nitrogen oxides and an automobile exhaust gas purification catalyst using the same.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究し、その結果、セリウム酸化物またはジルコニウム酸化物に、Nd3+イオン(ネオジムイオン)及びGd3+イオン(ガドリニウムイオン)の一種または二種からなる置換イオンを置換固溶させて、置換固溶している前記イオンを立方晶の酸素多面体構造中に存在させると、これらが窒素酸化物の有効な吸着点として働くことを見出した。特に、前記吸着機構において吸着した窒素酸化物が275℃~325℃の範囲で脱離する程度の吸着力であると、自動車排ガス中の窒素酸化物を効率的に吸着して捕集し、貴金属触媒へ表面拡散して効率的に供給させることができるので、窒素酸化物の低温浄化を促進することを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have studied diligently to solve the above problems, and as a result, one or two kinds of Nd 3+ ion (neodymium ion) and Gd 3+ ion (gadrinium ion) are added to cerium oxide or zirconium oxide. It has been found that when the substituted ion composed of the above is substituted and solid-dissolved so that the substituted and solid-dissolved ion is present in the oxygen polyhedron structure of the cubic crystal, these act as effective adsorption points for the nitrogen oxide. In particular, if the adsorbing force of the nitrogen oxide adsorbed by the adsorption mechanism is such that the nitrogen oxide is desorbed in the range of 275 ° C to 325 ° C, the nitrogen oxide in the automobile exhaust gas is efficiently adsorbed and collected, and the noble metal. Since it can be surface-diffused to the catalyst and efficiently supplied, it has been found that low-temperature purification of nitrogen oxides is promoted, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。 That is, the gist of the present invention is as follows.

(1)セリウム酸化物又はジルコニウム酸化物において、Nd3+イオン及びGd3+イオンの一種または二種からなる置換イオンにより前記酸化物のカチオンの一部が置換されている窒素酸化物吸着材料であって、前記置換イオンが立方晶の酸素多面体位置に存在する構造を有し、前記窒素酸化物吸着材料が吸着した窒素酸化物のうちの少なくとも一酸化窒素が275℃以上325oC以下の温度範囲で脱離する吸着力を有することを特徴とする窒素酸化物吸着材料。 (1) A nitrogen oxide adsorbing material in which a part of the cation of the oxide is substituted with a substituted ion consisting of one or two kinds of Nd 3+ ion and Gd 3+ ion in cerium oxide or zirconium oxide. Therefore, the substituted ion has a structure in which it exists at the position of a cubic oxygen polyhedron, and at least nitrogen monoxide among the nitrogen oxides adsorbed by the nitrogen oxide adsorbent material is removed in a temperature range of 275 ° C. or higher and 325 oC or lower. A nitrogen oxide adsorbing material characterized by having an adsorbing power to separate.

(2)前記置換イオンの含有割合の合計量は、前記窒素酸化物吸着材料の総カチオン量に対して4モル%以上34モル%以下であることを特徴とする(1)記載の窒素酸化物吸着材料。 (2) The nitrogen oxide according to (1), wherein the total content of the substituted ions is 4 mol% or more and 34 mol% or less with respect to the total cation amount of the nitrogen oxide adsorbing material. Adsorption material.

(3)比表面積が30m2/g以上70m2/g以下であることを特徴とする(1)又は(2)記載の窒素酸化物吸着材料。 (3) The nitrogen oxide adsorbing material according to (1) or (2), wherein the specific surface area is 30 m 2 / g or more and 70 m 2 / g or less.

(4)貴金属が担持されて成ることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載の窒素酸化物吸着材料。 (4) The nitrogen oxide adsorbing material according to any one of (1) to (3), wherein the noble metal is supported.

(5)酸素吸放出材料が混合されていることで、酸素吸放出機能と窒素酸化物吸着機能の両方を有することを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の窒素酸化物吸着材料。 (5) The nitrogen oxide according to any one of (1) to (4), which has both an oxygen absorption / release function and a nitrogen oxide adsorption function by being mixed with an oxygen absorption / release material. Adsorption material.

(6)(1)~(5)のいずれかに記載の窒素酸化物吸着材料を含むことを特徴とする自動車排ガス浄化触媒。 (6) An automobile exhaust gas purification catalyst comprising the nitrogen oxide adsorbing material according to any one of (1) to (5).

以上のように、本発明によれば、自動車排ガス中に含まれる窒素酸化物(例えば、一酸化窒素)を効率的に捕集、吸着させ、表面拡散によって、吸着した窒素酸化物を触媒貴金属上へ効率的に供給させることができるので、窒素酸化物を含む自動車排ガスの低温浄化性能を向上できる。 As described above, according to the present invention, nitrogen oxides (for example, nitrogen monoxide) contained in automobile exhaust gas are efficiently collected and adsorbed, and the adsorbed nitrogen oxides are collected on the catalyst noble metal by surface diffusion. Since it can be efficiently supplied to, the low temperature purification performance of automobile exhaust gas containing nitrogen oxides can be improved.

本発明の窒素酸化物吸着材料の一つの態様を示し、(a)は、セリウム酸化物のカチオンであるCe4+イオンの一部が、Nd3+イオン、Gd3+イオンの一種又は二種からなる置換イオン(図中、「Ln3+」で示す。)で置換されている概略模式図であり、(b)は、Ln3+イオンが一酸化窒素(NO)等の窒素酸化物の吸着点として作用し、一酸化窒素(NO)を吸着している状態を示す概略模式図である。One embodiment of the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention is shown, and in (a), a part of Ce 4+ ion which is a cation of cerium oxide is derived from one or two kinds of Nd 3+ ion and Gd 3+ ion. It is a schematic schematic diagram substituted with a substituted ion (indicated by "Ln 3+ " in the figure), and in (b), the Ln 3+ ion adsorbs a nitrogen oxide such as nitrogen monoxide (NO). It is a schematic schematic diagram which shows the state which acts as a point and adsorbs nitrogen monoxide (NO). 本発明の窒素酸化物吸着材料において、配位安定化エネルギーにより、一酸化窒素(NO)が吸着・安定化する仕組みを説明する概略模式図である。It is a schematic schematic diagram explaining the mechanism that nitric oxide (NO) is adsorbed and stabilized by the coordination stabilization energy in the nitrogen oxide adsorbing material of this invention. 本発明の窒素酸化物吸着材料において、置換イオンであるNd3+イオン、Gd3+イオンが、立方晶の酸素多面体位置に存在することを示すX線回折チャートである。It is an X-ray diffraction chart which shows that Nd 3+ ion and Gd 3+ ion which are substitution ions exist in the oxygen polyhedron position of a cubic crystal in the nitrogen oxide adsorbing material of this invention.

本発明は、セリウム酸化物またはジルコニウム酸化物のカチオンの一部がNd3+イオン(ネオジムイオン)、Gd3+イオン(ガドリニウムイオン)、又は、Nd3+イオンとGd3+イオンの両方で置換され、更に前記置換イオンが立方晶の酸素多面体位置に存在する構造を有する窒素酸化物吸着材料であるが、これを、自動車排ガス触媒に使用すれば低温領域の触媒活性を向上させることができる。 In the present invention, a part of the cation of cerium oxide or zirconium oxide is replaced with Nd 3+ ion (neodim ion), Gd 3+ ion (gadrinium ion), or both Nd 3+ ion and Gd 3+ ion. Further, the nitrogen oxide adsorbing material has a structure in which the substituted ion is present at the position of the oxygen polyhedron of the cubic crystal, and if this is used as an automobile exhaust gas catalyst, the catalytic activity in the low temperature region can be improved.

図1(a)に示すように、Nd3+イオン(ネオジムイオン)やGd3+イオン(ガドリニウムイオン)が立方晶の酸素多面体位置に存在する構造にある(なお、図1では、Nd3+イオン、Gd3+イオンを「Ln3+イオン」で示している。)と、図1(b)に示すように、これが窒素酸化物(一酸化窒素、等)の吸着点として働き、触媒貴金属へ反応物を効率的に供給することができる。その結果、触媒反応が効率的に起こる、即ち、低温浄化能が向上する。
これは、図2に示すように、Nd3+イオン(ネオジムイオン)やGd3+イオン(ガドリニウムイオン)が持つf電子が立方晶の配位多面体に存在して形成されるf軌道分裂に充填されると配位安定化されることに起因している。
前記配位子をみると酸化物結晶格子ではO2-イオン(酸素イオン)が配位子となるが、より強い配位子N(窒素酸化物のN)が近づくとO2-イオン(酸素イオン)に代わって配位子Nが配位してf軌道分裂を更に大きくする、即ち配位安定化エネルギーが大きくなる。
これが、窒素酸化物の吸着点として作用するメカニズムであり、単なる静電引力で吸着する機構とは異なる。このような異なる吸着メカニズムによって、自動車排ガス中に含まれる窒素酸化物を、酸化などの化学的な変化を起こさせることなく効率的に捕集でき、表面拡散も容易に起こるので、吸着した窒素酸化物を触媒貴金属上へ効率的に供給させることができる。また、前記配位吸着した窒素酸化物は触媒貴金属での還元分解も促進できるので、自動車排ガスの低温浄化性能を向上できることになる。
なお、図3のX線回折チャートに示されるように、本発明の窒素酸化物吸着材料において、Nd3+イオン(ネオジムイオン)やGd3+イオン(ガドリニウムイオン)が立方晶の酸素多面体位置に存在することが確認される。
即ち、本発明の窒素酸化物吸着材料における置換イオンであるNd3+イオン(ネオジムイオン)、Gd3+イオン(ガドリニウムイオン)は、その置換量がかなり多くなる場合があるにもかかわらず、置換元素由来の酸化物元素のピークは確認できず、単相となっている。このことから、置換イオンは、CeもしくはZrの位置に置換されている、言い換えれば、置換イオンは、立方晶の酸素多面体位置に存在する構造を有するといえる。
As shown in FIG. 1 (a), Nd 3+ ions (neodymium ions) and Gd 3+ ions (gadolinium ions) are present at the oxygen polyhedron positions of cubic crystals (note that in FIG. 1, Nd 3+ ions). Ions and Gd 3+ ions are indicated by "Ln 3+ ions") and, as shown in FIG. 1 (b), this acts as an adsorption point for nitrogen oxides (nitrogen monoxide, etc.) and is a catalyst noble metal. The reactants can be efficiently supplied to. As a result, the catalytic reaction occurs efficiently, that is, the low temperature purification ability is improved.
As shown in FIG. 2, this is filled in the f orbital splitting formed by the existence of f-electrons of Nd 3+ ions (neodymium ions) and Gd 3+ ions (gadolinium ions) in the coordinated polyhedron of cubic crystals. This is due to the fact that the coordination is stabilized.
Looking at the ligand, O 2- ion (oxygen ion) becomes the ligand in the oxide crystal lattice, but when the stronger ligand N (N of nitrogen oxide) approaches, O 2- ion (oxygen) The ligand N is coordinated in place of the ion) to further increase the f orbital splitting, that is, the coordination stabilizing energy is increased.
This is a mechanism that acts as an adsorption point for nitrogen oxides, and is different from a mechanism that adsorbs by mere electrostatic attraction. By such a different adsorption mechanism, nitrogen oxides contained in automobile exhaust gas can be efficiently collected without causing chemical changes such as oxidation, and surface diffusion easily occurs, so that the adsorbed nitrogen oxides occur. The substance can be efficiently supplied onto the catalyst noble metal. Further, since the nitrogen oxides adsorbed by the coordination can promote the reduction decomposition with the catalytic noble metal, the low temperature purification performance of the automobile exhaust gas can be improved.
As shown in the X-ray diffraction chart of FIG. 3, in the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention, Nd 3+ ions (neodymium ions) and Gd 3+ ions (gadolinium ions) are located at cubic oxygen polyhedron positions. Confirmed to exist.
That is, the substitution ions Nd 3+ ion (neodymium ion) and Gd 3+ ion (gadolinium ion) in the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention are substituted even though the substitution amount may be considerably large. The peak of the oxide element derived from the element could not be confirmed, and it is a single phase. From this, it can be said that the substituted ion is substituted at the position of Ce or Zr, in other words, the substituted ion has a structure existing at the oxygen polyhedral position of the cubic crystal.

更に、本発明の窒素酸化物吸着材料は、上記配位吸着メカニズムにおいて吸着した窒素酸化物のうちの少なくとも一酸化窒素NOを275℃以上325oC以下の温度範囲で脱離する程度の吸着力を有することで、表面拡散によって、吸着した窒素酸化物を触媒貴金属上へ効率的に供給させることで自動車排ガスの低温浄化性能を向上させるという本発明の作用効果を発揮する。
ただ、前記脱離温度が275℃未満では、窒素酸化物の吸着力が弱すぎて本発明の効果が得られない、一方、前記脱離温度が325℃を超えると、窒素酸化物の吸着力が強すぎて本発明の効果が得られない。
Further, the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention has an adsorbing power to desorb at least nitrogen monoxide NO among the nitrogen oxides adsorbed in the above-mentioned coordination adsorption mechanism in a temperature range of 275 ° C. or higher and 325oC or lower. As a result, the effect of the present invention is exhibited, in which the adsorbed nitrogen oxides are efficiently supplied onto the catalyst noble metal by surface diffusion to improve the low temperature purification performance of automobile exhaust gas.
However, if the desorption temperature is less than 275 ° C, the adsorbing power of nitrogen oxides is too weak to obtain the effect of the present invention, while if the desorption temperature exceeds 325 ° C, the adsorbing power of nitrogen oxides is not obtained. Is too strong to obtain the effect of the present invention.

本発明の窒素酸化物吸着材料では、Nd3+イオンとGd3+イオンの置換イオンの和で総カチオン量に対して4モル%以上34モル%以下含んでいる方がより好ましい。 In the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention, it is more preferable that the sum of the substituted ions of Nd 3+ ions and Gd 3+ ions contains 4 mol% or more and 34 mol% or less with respect to the total cation amount.

セリウム酸化物又はジルコニウム酸化物に、Nd3+イオンやGd3+イオンを置換イオンとして前記範囲で固溶させることによって、一酸化窒素をより効果的に吸着でき、貴金属触媒上へより効率的に拡散させることができる。Nd3+イオンやGd3+イオンが置換固溶していれば本発明の作用効果が得られる。例えば、前記固溶量が1モル%以上であるとある程度の作用効果が得られるが、固溶量が4mol%以上であると更に顕著な作用効果が得られる。即ち、前記イオンの置換固溶量が増加するとより有効な作用効果が得られるようになるが、前記固溶量が増加しすぎると置換固溶イオンが均一分散されなくなって(凝集して)得られる作用効果が飽和しほぼ一定となってしまう。例えば、45モル%以上では前記のとおり作用効果が飽和してしまうので、34mol%以下とすることが好ましい。34モル%を超えると、前述の理由や立方晶の酸素多面体構造を維持した固溶が出来なくなったりする場合がある。前記置換固溶量は、10mol%以上が更に好ましく、本作用効果を更により大きく得るためには21mol%以上、更により好ましくは28mol%以上である。 Nitric oxide can be more effectively adsorbed and diffused more efficiently onto the noble metal catalyst by dissolving Nd 3+ ions or Gd 3+ ions in the above range as substitution ions in cerium oxide or zirconium oxide. Can be made to. If Nd 3+ ions and Gd 3+ ions are substituted and solid-solved, the effects of the present invention can be obtained. For example, when the solid solution amount is 1 mol% or more, a certain degree of action and effect can be obtained, but when the solid solution amount is 4 mol% or more, a more remarkable action and effect can be obtained. That is, if the amount of the substituted solid solution of the ion is increased, a more effective action and effect can be obtained, but if the amount of the solid solution is increased too much, the substituted solid solution ion is not uniformly dispersed (aggregated). The effects are saturated and become almost constant. For example, if it is 45 mol% or more, the action and effect are saturated as described above, so it is preferably 34 mol% or less. If it exceeds 34 mol%, the solid solution that maintains the oxygen polyhedral structure of the cubic crystal may not be possible due to the above-mentioned reason. The amount of the substituted solid solution is more preferably 10 mol% or more, and further preferably 21 mol% or more, still more preferably 28 mol% or more in order to obtain a larger effect of this action.

本発明の窒素酸化物吸着材料は、より効果的に一酸化窒素を捕集する観点からは、Gd3+イオン(ガドリニウムイオン)を固溶させることが好ましい。Gd3+イオン(ガドリニウムイオン)を固溶させることで、酸素多面体が作るGd3+イオン(ガドリニウムイオン)の4f分裂軌道のうち、下準位に7つの電子が入るため、Nd3+イオン(ネオジムイオン)を用いた場合と比べてより大きい配位安定化エネルギーを得ることができ、一酸化窒素をより効果的に吸着できる。 From the viewpoint of more effectively collecting nitric oxide, the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention preferably dissolves Gd 3+ ions (gadolinium ions). Nd 3+ ion (Nd 3+ ion (gadolinium ion) because 7 electrons enter the lower level of the 4f split orbital of Gd 3+ ion (gadolinium ion) created by the oxygen polyhedron by dissolving Gd 3+ ion (gadolinium ion). Larger coordination stabilizing energy can be obtained as compared with the case of using neodymium ion), and nitrogen monoxide can be adsorbed more effectively.

置換イオン(Nd3+イオン、Gd3+イオン)を固溶させる酸化物は、酸化セリウムでも酸化ジルコニウムのどちらでも本発明の作用効果を得ることができるが、好ましくは酸化ジルコニウムである。酸化ジルコニウムを用いることで、格子定数が酸化セリウムと比べて小さいので、Nd3+イオン(ネオジムイオン)やGd3+イオン(ガドリニウムイオン)周りの酸素多面体が小さくなることで、配位安定化エネルギーが大きくなるため、その結果、一酸化窒素をより効果的に吸着できる。 The oxide that dissolves the substituted ions (Nd 3+ ion, Gd 3+ ion) as a solid solution can obtain the effects of the present invention with either cerium oxide or zirconium oxide, but zirconium oxide is preferable. By using zirconium oxide, the lattice constant is smaller than that of cerium oxide, so the oxygen polyhedron around Nd 3+ ion (neodymium ion) and Gd 3+ ion (gadolinium ion) becomes smaller, which results in coordination stabilization energy. As a result, nitrogen monoxide can be adsorbed more effectively.

本発明の窒素酸化物吸着材料は、比表面積が30m2/g以上70m2/g以下であるのがより好ましい。本発明の作用効果を得るためには、どのような比表面積であってもよいが、より効果的には前記範囲が好ましい。本発明は表面に関わる作用効果であるので比表面積が30m2/g未満では、エンジンやエンジンマネージメント違い等による用途によっては不十分であったり複雑な設計を要したりする場合がある。また、本発明の窒素酸化物吸着材料は、上述のようなメカニズムで作用効果を発揮するので、大きな比表面積であるほど好ましいが、70m2/g程度あれば十分な作用効果が得られる。よって、製造コストや取扱易さの観点から70m2/g以下がより好ましいとしているが、前記問題がなければ更に大きな比表面積であってもよい。 The nitrogen oxide adsorbing material of the present invention preferably has a specific surface area of 30 m 2 / g or more and 70 m 2 / g or less. In order to obtain the action and effect of the present invention, any specific surface area may be used, but the above range is more effective. Since the present invention is an action and effect related to the surface, if the specific surface area is less than 30 m 2 / g, it may be insufficient or require a complicated design depending on the application due to differences in engine and engine management. Further, since the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention exerts its action and effect by the mechanism as described above, it is preferable that the specific surface area is large, but a sufficient action and effect can be obtained if it is about 70 m 2 / g. Therefore, 70 m 2 / g or less is more preferable from the viewpoint of manufacturing cost and ease of handling, but a larger specific surface area may be used if the above-mentioned problems do not occur.

本発明の窒素酸化物吸着材料は、貴金属が担持されているのがより好ましい。吸着した窒素酸化物は、別の担体酸化物に担持されている触媒貴金属上で分解されてもよいが、前述のように本発明の作用効果を考えると、本発明の窒素酸化物吸着材料は、貴金属が担持されているのがより好ましい。前記貴金属は、例えば、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh、銀Ag、等である。窒素酸化物の浄化触媒としては、ロジウムRhや白金Ptが好ましい。炭化水素や一酸化炭素の浄化触媒として用いられるパラジウムPdの窒素酸化物の浄化能を向上させるという意味では、パラジウムPdを担持する方がよい。 It is more preferable that the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention carries a noble metal. The adsorbed nitrogen oxide may be decomposed on the catalytic noble metal supported on another carrier oxide, but considering the action and effect of the present invention as described above, the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention is used. , It is more preferable that a noble metal is supported. The noble metal is, for example, platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, silver Ag, or the like. Rhodium Rh and platinum Pt are preferable as the purification catalyst for nitrogen oxides. It is better to carry palladium Pd in the sense that it improves the purification ability of the nitrogen oxides of palladium Pd used as a purification catalyst for hydrocarbons and carbon monoxide.

貴金属の担持量は、本発明の作用効果が得られる量であればよいので特に限定しないが、例えば、通常の三元触媒における担持量である。具体的には、例えば、担体に対する貴金属の質量割合として、0.01質量%以上20質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上10質量%以下、更に好ましくは0.4質量%以上6質量%以下である。 The amount of the noble metal supported is not particularly limited as long as it is an amount that can obtain the action and effect of the present invention, but is, for example, the amount carried in a normal three-way catalyst. Specifically, for example, the mass ratio of the noble metal to the carrier is 0.01% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and further preferably 0.4% by mass or more 6 It is mass% or less.

上述のセリウム酸化物またはジルコニウム酸化物にNd3+イオン(ネオジムイオン)やGd3+イオン(ガドリニウムイオン)を置換固溶した複合酸化物は酸素吸放出能を有さないので、酸素吸放出材料を混合し三元触媒に使用されるとより効果的に排ガス浄化能を示す。本発明に使用する酸素吸放出材料は、酸素を吸放出できる材料であれば何でもよく、例えば、金属、酸化物、硫酸塩、等があげられる。中でも、セリア・ジルコニア複合酸化物と鉄系酸化物が好ましい。前記鉄系酸化物は、例えば、ストロンチウムイオンと鉄イオンを含む複合酸化物である。
前記酸素吸放出材料を混合する量は、エンジンマネージメントに合わせて適宜決定すれば良いが、例えば、3質量%以上60質量%以下とすることができる。好ましくは、10質量%以上48質量%以下である。
なお、ここでいう質量%は、セリウム酸化物またはジルコニウム酸化物と酸素吸放出材料の全体に対する酸素吸放出材料の質量割合をいう。
Since the composite oxide obtained by substituting Nd 3+ ion (neodymium ion) or Gd 3+ ion (gadrinium ion) with the above-mentioned cerium oxide or zirconium oxide and solidifying it does not have oxygen absorption / release ability, it is an oxygen absorption / release material. When used in a ternary catalyst, it exhibits exhaust gas purification ability more effectively. The oxygen absorbing / releasing material used in the present invention may be any material as long as it can absorb / release oxygen, and examples thereof include metals, oxides, and sulfates. Of these, ceria-zirconia composite oxides and iron-based oxides are preferable. The iron-based oxide is, for example, a composite oxide containing strontium ion and iron ion.
The amount of the oxygen absorbing / releasing material to be mixed may be appropriately determined according to the engine management, and may be, for example, 3% by mass or more and 60% by mass or less. It is preferably 10% by mass or more and 48% by mass or less.
The mass% here means the mass ratio of the oxygen absorbing / releasing material to the whole of the cerium oxide or zirconium oxide and the oxygen absorbing / releasing material.

また、本発明の窒素酸化物吸着材料を従来の三元触媒に組み込んだ更に高性能の自動車排ガス浄化触媒とすることができる。 Further, the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention can be incorporated into a conventional three-way catalyst to obtain a higher-performance automobile exhaust gas purification catalyst.

本発明の窒素酸化物吸着材料の製造方法は、前記本発明の要件を満たすことができれば、どのような製造方法で作製しても構わない。例えば、PVDやCVD等の気相合成法、固相反応法、共沈法やゾルゲル法等の湿式法、等があげられる。一例として、以下に湿式法の合成例を示す。
水系で湿式合成を行う場合、原料としては水に溶解するものであれば限定しないが、例えば、硝酸塩、酢酸塩、塩化物などを用いることができる。セリウム、ジルコニウム、ネオジムおよびガドリニウムの前記原料を水に溶解し、原料液とする。原料液からの沈殿法としては、特に限定しないが、例えば、pHを上昇させることで水酸化物を得る方法、クエン酸等による有機酸塩として沈殿させる方法、錯体重合させて沈殿させる方法、等がある。ここで、pHを上昇させることで水酸化物を得る方法を例として説明する。pHの調整に用いる塩基としては、水酸化ナトリウム、尿素、アンモニアなどが挙げられ、これらの塩基を添加する場合、pHを8.5以上とすることで水酸化物沈殿を得ることができる。ここで、加熱しながら撹拌することで脱水縮合反応を促進させてもよい。このようにして得られた沈殿をろ過した後、洗浄、ろ過を繰り返してケーキを得る。当該ケーキを乾燥させ、解砕する。解砕方法としては特に限定しないが、例えば、乳鉢で解砕する方法がある。解砕後の粉末を焼成(たとえば、700℃にて3時間)することで、窒素酸化物吸着材料を得ることができる。ここで、ネオジムイオンやガドリニウムイオンをより均一に固溶させるには、均一沈殿させる条件すればよい。特に、各位カチオンの沈殿pHが大きく異なる場合には急激なpH変化を起こさせて不均一沈殿を抑制する。また、大きな比表面積を得るためには、沈殿形成において均一核発生を促す条件にすればよい、例えば、大きな過飽和度から沈殿させる。
The method for producing the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention may be produced by any production method as long as the requirements of the present invention can be satisfied. Examples thereof include a gas phase synthesis method such as PVD and CVD, a solid phase reaction method, a wet method such as a coprecipitation method and a sol-gel method, and the like. As an example, a synthetic example of the wet method is shown below.
When wet synthesis is carried out in an aqueous system, the raw material is not limited as long as it is soluble in water, but for example, nitrates, acetates, chlorides and the like can be used. The raw materials of cerium, zirconium, neodymium and gadolinium are dissolved in water to prepare a raw material liquid. The precipitation method from the raw material liquid is not particularly limited, but for example, a method of obtaining a hydroxide by raising the pH, a method of precipitating as an organic acid salt with citric acid or the like, a method of precipitating by complex polymerization, etc. There is. Here, a method of obtaining a hydroxide by increasing the pH will be described as an example. Examples of the base used for adjusting the pH include sodium hydroxide, urea, ammonia and the like, and when these bases are added, a hydroxide precipitate can be obtained by setting the pH to 8.5 or higher. Here, the dehydration condensation reaction may be promoted by stirring while heating. After filtering the precipitate thus obtained, washing and filtration are repeated to obtain a cake. The cake is dried and crushed. The crushing method is not particularly limited, but for example, there is a method of crushing in a mortar. A nitrogen oxide adsorbing material can be obtained by calcining the crushed powder (for example, at 700 ° C. for 3 hours). Here, in order to more uniformly dissolve neodymium ions and gadolinium ions, conditions for uniform precipitation may be sufficient. In particular, when the precipitation pH of each cation is significantly different, a rapid pH change is caused to suppress heterogeneous precipitation. Further, in order to obtain a large specific surface area, conditions may be set to promote uniform nucleation in precipitation formation, for example, precipitation is performed from a large degree of supersaturation.

本発明に係る担持形態は、典型的には、貴金属は担体物質上に直接配置されるか、または担体物質に直接担持されてもよく、例えば、貴金属を担体物質上に分散させることができる。貴金属の担持方法としては、特に制限されないが、例えば、含浸担持法により行うことができ、窒素酸化物吸着材を水媒体に入れた後、ボールミルなどの湿式粉砕機を用いることでスラリーとし、前記スラリーへ貴金属塩を加えた後、余剰の液を除くことで触媒を得る方法がある。 In the supported form according to the present invention, the noble metal is typically placed directly on the carrier material or may be supported directly on the carrier material, for example, the noble metal can be dispersed on the carrier material. The method for supporting the noble metal is not particularly limited, but for example, it can be carried out by the impregnation-supporting method. There is a method of obtaining a catalyst by adding a noble metal salt to the slurry and then removing the excess liquid.

本発明に係る酸素吸放出材料との混合方法としては、特に制限されないが、例えば、当該窒素酸化物吸着材料粉末と酸素吸放出材料とを水媒体に入れた後、ボールミルなどの湿式粉砕機を用いることでスラリーとすることができる。さらに、自動車排ガス浄化触媒を作製する場合、前記スラリーにハニカムを浸し、余剰のスラリーを除き、乾燥、焼成する方法が挙げられる。 The method of mixing with the oxygen absorbing / releasing material according to the present invention is not particularly limited, but for example, after putting the nitrogen oxide adsorbing material powder and the oxygen absorbing / releasing material in an aqueous medium, a wet crusher such as a ball mill is used. By using it, it can be made into a slurry. Further, in the case of producing an automobile exhaust gas purification catalyst, a method of immersing a honeycomb in the slurry, removing excess slurry, drying and firing may be mentioned.

以下に実施例(発明例)、比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples (Invention Examples) and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

本発明で測定される一酸化窒素の吸着量は昇温脱離法を用いて行った。前処理として、He流通下200℃で60min処理した後、He流通下100℃で15min保持し、続いて4%NO/Hebalanceを100℃で30min流通させてNOを吸着させた。昇温脱離はキャリアガスHe流通下で昇温速度10℃/minとし、NOの脱離量は四重極質量分析計を用い、m/z=30で測定した。
また、比表面積の測定は、以下のとおりである。
前処理として、試料約0.3gをフラスコ型サンプルセルに入れ、FloVac脱気装置(アントンパール・ジャパン製)を用いて、窒素ガス流通下で370℃、40分脱気処理した後、表面積測定装置(アントンパール・ジャパン製、NOVAtouch NX-4LX-1)を使用し、窒素ガス吸着によるBE T 法(1点法)により比表面積の測定を行った。
The adsorbed amount of nitric oxide measured in the present invention was carried out by using the thermal desorption method. As a pretreatment, after 60 minutes of treatment at 200 ° C. under He flow, the mixture was held at 100 ° C. for 15 minutes under He flow, and then 4% NO / Hebalance was circulated at 100 ° C. for 30 minutes to adsorb NO. The temperature rise desorption was performed at a temperature rise rate of 10 ° C./min under the carrier gas He flow, and the amount of NO desorption was measured at m / z = 30 using a quadrupole mass spectrometer.
The measurement of the specific surface area is as follows.
As a pretreatment, about 0.3 g of a sample is placed in a flask-shaped sample cell, degassed at 370 ° C. for 40 minutes under nitrogen gas flow using a FloVac degassing device (manufactured by Anton Paar Japan), and then the surface area is measured. The specific surface area was measured by the BET method (one-point method) by adsorbing nitrogen gas using an apparatus (NOVAtouch NX-4LX-1 manufactured by Anton Paar Japan).

(実施例1)
硝酸セリウムおよび硝酸ネオジムをモル比でCe:Nd=67.0:33.0の水溶液を調製し、アンモニア水を加えてpHを8以上として沈殿を生じさせた。前記溶液にラウリン酸9.8gを加えた後、溶液を80℃に加熱し、6時間撹拌した。得られた沈殿を2.5%アンモニア水で1回ろ過‐洗浄を行い、セリウム・ネオジム複合酸化物ケーキを得た。得られた複合酸化物ケーキを120℃で乾燥して粉末とし、これを坩堝につめ電気炉で700℃にて3時間焼成し、表1に示すセリア・ネオジミア系複合酸化物(ネオジウムイオンで置換固溶したセリウム酸化物)粉末を得た。
(Example 1)
An aqueous solution of cerium nitrate and neodymium nitrate at a molar ratio of Ce: Nd = 67.0: 33.0 was prepared, and aqueous ammonia was added to bring the pH to 8 or more to cause precipitation. After adding 9.8 g of lauric acid to the solution, the solution was heated to 80 ° C. and stirred for 6 hours. The obtained precipitate was filtered-washed once with 2.5% aqueous ammonia to obtain a cerium-neodymium composite oxide cake. The obtained composite oxide cake was dried at 120 ° C. to form a powder, which was packed in a crucible and baked at 700 ° C. for 3 hours in a crucible, and replaced with a ceria-neodymium-based composite oxide (replaced with neodymium ion) shown in Table 1. A solid-dissolved cerium oxide) powder was obtained.

得られた粉末に対してNO吸着量を測定したところ、2.21μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は45m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.49μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は280℃であった。 The NO adsorption amount of the obtained powder was measured and found to be 2.21 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 45 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.49 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 280 ° C.

(実施例2)
表1に示すように、配合組成をモル比でCe:Nd=96.0:4.0とした以外は実施例1と同様にしてセリア・ネオジミア系複合酸化物(ネオジムイオンで置換固溶したセリウム酸化物)粉末を得た。
(Example 2)
As shown in Table 1, the ceria-neodymium-based composite oxide (neodymium ion-substituted and solid-dissolved) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was Ce: Nd = 96.0: 4.0 in terms of molar ratio. Cerium oxide) powder was obtained.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、1.08μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は41m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.26μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は280℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 1.08 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 41 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.26 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 280 ° C.

(実施例3)
表1に示すように、配合組成をモル比でCe:Gd=67.0:33.0とした以外は実施例1と同様にしてセリア・ガドリニア系複合酸化物(ガドリニウムイオンで置換固溶したセリウム酸化物)粉末を得た。
(Example 3)
As shown in Table 1, a ceria-gadolinium-based composite oxide (substituted and solid-dissolved with gadolinium ions) was used in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was Ce: Gd = 67.0: 33.0 in terms of molar ratio. Cerium oxide) powder was obtained.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、1.99μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は39m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.51μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は290℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 1.99 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 39 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.51 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 290 ° C.

(実施例4)
表1に示すように、配合組成をモル比でZr:Nd=67.0:33.0とした以外は実施例1と同様にしてジルコニア・ネオジミア系複合酸化物(ネオジムイオンで置換固溶したジルコニア酸化物)粉末を得た。
(Example 4)
As shown in Table 1, the zirconia-neodymium-based composite oxide (neodymium ion-substituted and solid-dissolved) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was Zr: Nd = 67.0: 33.0 in terms of molar ratio. Zirconia oxide) powder was obtained.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、3.07μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は61m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.50μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は310℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.07 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 61 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.50 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 310 ° C.

(実施例5)
表1に示すように、配合組成をモル比でZr:Gd=67.0:33.0とした以外は実施例1と同様にしてジルコニア・ガドリニア系複合酸化物(ガドリニウムイオンで置換固溶したジルコニウム酸化物)粉末を得た。
(Example 5)
As shown in Table 1, a zirconia-gadolinium-based composite oxide (substituted and solid-dissolved with gadolinium ions) was used in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was Zr: Gd = 67.0: 33.0 in terms of molar ratio. Zirconium oxide) powder was obtained.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、3.04μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は57m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.53μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は315℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 3.04 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 57 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.53 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 315 ° C.

(実施例6)
表1に示すように、配合組成をモル比でCe:Nd=96.0:4.0とした以外は実施例1と同様にしてセリア・ネオジミア系複合酸化物(ネオジムイオンで置換固溶したセリウム酸化物)粉末を得た。
(Example 6)
As shown in Table 1, a ceria-neodymium-based composite oxide (substituted and solid-dissolved with neodymium ion) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was Ce: Nd = 96.0: 4.0 in terms of molar ratio. Cerium oxide) powder was obtained.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、1.23μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は42m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.29μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は275℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 1.23 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 42 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.29 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 275 ° C.

(実施例7)
表1に示すように、配合組成をモル比でCe:Gd=96.0:4.0とした以外は実施例1と同様にしてセリア・ガドリニア系複合酸化物(ガドリニウムイオンで置換固溶したセリウム酸化物)粉末を得た。
(Example 7)
As shown in Table 1, a ceria-gadolinium-based composite oxide (substituted and solid-dissolved with gadolinium ions) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was Ce: Gd = 96.0: 4.0 in terms of molar ratio. Cerium oxide) powder was obtained.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、1.30μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は43m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.30μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は285℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 1.30 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 43 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.30 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 285 ° C.

(実施例8)
表1に示すように、配合組成をモル比Ce:Nd=66.0:34.0とした以外は実施例1と同様にしてセリア・ネオジミア系複合酸化物(ネオジムイオンで置換固溶したセリウム酸化物)粉末を得た。
(Example 8)
As shown in Table 1, a ceria-neodymium-based composite oxide (cerium substituted with neodymium ion) was used in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was a molar ratio Ce: Nd = 66.0: 34.0. Oxide) powder was obtained.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、2.59μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は47m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.55μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は280℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 2.59 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 47 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.55 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 280 ° C.

(比較例1)
表1に示すように、配合組成をモル比でCe:Zr=50:50とした以外は、実施例1と同様にしてセリア・ジルコニア系複合酸化物粉末を得た。
(Comparative Example 1)
As shown in Table 1, a ceria-zirconia-based composite oxide powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was Ce: Zr = 50: 50 in terms of molar ratio.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、2.08μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は79m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.26μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は270℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 2.08 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 79 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.26 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 270 ° C.

(比較例2)
表1に示すように、配合組成をモル比でCeを100.0とした以外は、実施例1と同様にしてセリア粉末を得た。
(Comparative Example 2)
As shown in Table 1, ceria powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the compounding composition was 100.0 in terms of molar ratio and Ce.

得られた粉末を実施例1と同様にしてNO吸着量を測定したところ、1.81μmolであった。また、得られた粉末の比表面積(SSA)は72m/gで、単位面積当たりのNO吸着量は、0.25μmol/gであった。ここで、NO脱離ピークの温度は260℃であった。 When the NO adsorption amount of the obtained powder was measured in the same manner as in Example 1, it was 1.81 μmol. The specific surface area (SSA) of the obtained powder was 72 m 2 / g, and the amount of NO adsorption per unit area was 0.25 μmol / g. Here, the temperature of the NO desorption peak was 260 ° C.

Figure 2022073362000002
Figure 2022073362000002

また、実施例1~8について、それぞれX線回折を行うことによって、置換イオンが立方晶の酸素多面体位置に存在する結晶構造を有することを確認した。
図3には、例えば、実施例1、3、4、5について測定したX線回折チャートを示すが、図3によれば、置換イオンの量は何れもモル比で0.33と多いにもかかわらず、置換元素由来の酸化物元素のピークは確認されないことから、単相となっていることが分かる。つまり、置換イオンは、CeもしくはZrの位置に置換されているのであって、置換イオンが立方晶の酸素多面体位置に存在する構造を有するといえる。
なお、X線回折条件は、以下のとおりである。
試料を試料ホルダーに入れ、リガク製デスクトップX線回折装置MiniFlex600を用い、20~70°、ステップ0.02°、10℃/minの条件でX線回折測定を行った。
Further, by performing X-ray diffraction for each of Examples 1 to 8, it was confirmed that the substituted ion had a crystal structure existing at the position of the oxygen polyhedron of the cubic crystal.
FIG. 3 shows, for example, X-ray diffraction charts measured for Examples 1, 3, 4, and 5, but according to FIG. 3, the amount of substituted ions is as large as 0.33 in terms of molar ratio. However, since the peak of the oxide element derived from the substitution element is not confirmed, it can be seen that the phase is monophasic. That is, it can be said that the substituted ion is substituted at the position of Ce or Zr and has a structure in which the substituted ion exists at the position of the oxygen polyhedron of the cubic crystal.
The X-ray diffraction conditions are as follows.
The sample was placed in a sample holder, and X-ray diffraction measurement was performed using a Rigaku desktop X-ray diffractometer MiniFlex 600 under the conditions of 20 to 70 °, step 0.02 °, and 10 ° C./min.

表1より、比較例1および比較例2と実施例1や実施例4を比べると、セリア格子およびジルコニア格子へNdを固溶することによって単位面積当たりのNO吸着量が向上していることがわかる。即ち、セリア格子およびジルコニア格子中にNdが立方晶の酸素多面体で固溶すると、これらが窒素酸化物の吸着点として働き、本発明の作用効果を発揮していることがわかる。
さらに、比較例1、比較例2では、窒素酸化物の脱離温度は270℃、あるいは、265℃であるのに対して、実施例1~8では、窒素酸化物の脱離温度は275℃から325℃の範囲内であることがわかる。
From Table 1, when Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are compared with Example 1 and Example 4, it is found that the amount of NO adsorption per unit area is improved by solid-solving Nd in the ceria lattice and the zirconia lattice. Understand. That is, it can be seen that when Nd is solidly dissolved in a cubic oxygen polyhedron in the ceria lattice and the zirconia lattice, these act as adsorption points for nitrogen oxides and exert the action and effect of the present invention.
Further, in Comparative Examples 1 and 2, the nitrogen oxide desorption temperature is 270 ° C. or 265 ° C., whereas in Examples 1 to 8, the nitrogen oxide desorption temperature is 275 ° C. It can be seen that the temperature is within the range of 325 ° C.

表1より、実施例1、実施例2、実施例6および実施例8を比べると、Ndを4mol%~34mol%固溶させることによって単位面積当たりのNO吸着量が向上していることがわかる。即ち、セリア格子中にNdが立方晶の酸素多面体で固溶すると、これらが窒素酸化物の吸着点として働き、本発明の作用効果を効果的に発揮していることがわかる。 From Table 1, when Example 1, Example 2, Example 6 and Example 8 are compared, it can be seen that the amount of NO adsorption per unit area is improved by dissolving Nd in a solid solution of 4 mol% to 34 mol%. .. That is, it can be seen that when Nd is solidly dissolved in the cubic oxygen polyhedron in the ceria lattice, these act as adsorption points for nitrogen oxides and effectively exert the action and effect of the present invention.

表1より、比較例1と実施例3、実施例5、実施例7を比べると、セリア格子およびジルコニア格子へGdを固溶することによって単位面積当たりのNO吸着量が向上していることがわかる。即ち、セリア格子およびジルコニア格子中にGdが立方晶の酸素多面体で固溶することで、これらが窒素酸化物の吸着点として働くことで本発明の作用効果を発揮していることがわかる。 From Table 1, when Comparative Example 1 is compared with Example 3, Example 5, and Example 7, it is found that the amount of NO adsorption per unit area is improved by solid-solving Gd in the ceria lattice and the zirconia lattice. Understand. That is, it can be seen that Gd is dissolved in a cubic oxygen polyhedron in the ceria lattice and the zirconia lattice, and these act as adsorption points for nitrogen oxides to exert the action and effect of the present invention.

表1より、実施例1や実施例3を比べると、セリア格子へGdを固溶することによってセリア格子へNdを固溶させた場合と比べてNOの脱離温度が向上していることがわかる。即ち、セリア格子にGdが立方晶の酸素多面体で固溶している場合、Ndが固溶している場合と比べてより効果的に窒素酸化物が吸着することで本発明の作用効果を発揮していることがわかる。 From Table 1, when comparing Examples 1 and 3, it is found that the desorption temperature of NO is improved by solid-solving Gd in the ceria lattice as compared with the case where Nd is solid-solved in the ceria lattice. Understand. That is, when Gd is solid-dissolved in a cubic oxygen polyhedron in the ceria lattice, nitrogen oxides are more effectively adsorbed than when Nd is solid-dissolved, thereby exhibiting the effects of the present invention. You can see that it is doing.

以上の通り、本発明によれば、窒素酸化物を効率よく吸着し、275℃から325℃の温度範囲内で脱離することを特徴とするセリア系複合酸化物およびジルコニア系複合酸化物が得られていることが確認できた。
また、本発明の窒素酸化物吸着材料にRh、Pd、Ptの貴金属をそれぞれ担持して、窒素酸化物の還元活性を調べたところ、アルミナ担体へ担持した貴金属触媒に比べて良好な触媒活性を示した。比較例においては、実施例を超える触媒活性は得られなかった。
As described above, according to the present invention, a ceria-based composite oxide and a zirconia-based composite oxide characterized by efficiently adsorbing nitrogen oxides and desorbing them in the temperature range of 275 ° C. to 325 ° C. are obtained. It was confirmed that it was done.
Further, when the noble metals of Rh, Pd and Pt were supported on the nitrogen oxide adsorbing material of the present invention and the reduction activity of the nitrogen oxide was examined, the catalytic activity was better than that of the noble metal catalyst supported on the alumina carrier. Indicated. In the comparative example, no catalytic activity exceeding that of the example was obtained.

本発明のHC酸化およびNOx還元活性の高い材料を自動車排ガス浄化触媒の助触媒として使用すれば、エンジン始動時に排出される窒素酸化物の低温領域での浄化を助け、これまで以上に貴金属の窒素酸化物成分浄化性能の向上が図れる。


If the material having high HC oxidation and NOx reduction activity of the present invention is used as an auxiliary catalyst for an automobile exhaust gas purification catalyst, it helps to purify nitrogen oxides discharged when the engine is started in a low temperature region, and nitrogen of a noble metal is more than ever. The oxide component purification performance can be improved.


Claims (6)

セリウム酸化物又はジルコニウム酸化物において、Nd3+イオン及びGd3+イオンの一種または二種からなる置換イオンにより前記酸化物のカチオンの一部が置換されている窒素酸化物吸着材料であって、前記置換イオンが立方晶の酸素多面体位置に存在する構造を有し、前記窒素酸化物吸着材料が吸着した窒素酸化物のうちの少なくとも一酸化窒素が275℃以上325oC以下の温度範囲で脱離する吸着力を有することを特徴とする窒素酸化物吸着材料。 A nitrogen oxide adsorbing material in which a part of the cation of the oxide is substituted with a substitution ion consisting of one or two kinds of Nd 3+ ion and Gd 3+ ion in a cerium oxide or a zirconium oxide. Adsorption in which the substituted ion exists at the position of the oxygen polyhedron of the cubic crystal, and at least nitrogen monoxide among the nitrogen oxides adsorbed by the nitrogen oxide adsorbent material is desorbed in the temperature range of 275 ° C. or higher and 325 oC or lower. A nitrogen oxide adsorbing material characterized by having power. 前記置換イオンの含有割合の合計量は、前記窒素酸化物吸着材料の総カチオン量に対して4モル%以上34モル%以下であることを特徴とする請求項1記載の窒素酸化物吸着材料。 The nitrogen oxide adsorbing material according to claim 1, wherein the total amount of the content ratio of the substituted ions is 4 mol% or more and 34 mol% or less with respect to the total cation amount of the nitrogen oxide adsorbing material. 比表面積が30m2/g以上70m2/g以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の窒素酸化物吸着材料。 The nitrogen oxide adsorbing material according to claim 1 or 2, wherein the specific surface area is 30 m 2 / g or more and 70 m 2 / g or less. 貴金属が担持されて成ることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の窒素酸化物吸着材料。 The nitrogen oxide adsorbing material according to any one of claims 1 to 3, wherein the noble metal is supported. 酸素吸放出材料が混合されていることで、酸素吸放出機能と窒素酸化物吸着機能の両方を有することを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の窒素酸化物吸着材料。 The nitrogen oxide adsorbing material according to any one of claims 1 to 4, wherein the mixed oxygen absorbing / releasing material has both an oxygen absorbing / releasing function and a nitrogen oxide adsorbing function. 請求項1~5のいずれか一項に記載の窒素酸化物吸着材料を含むことを特徴とする自動車排ガス浄化触媒。

An automobile exhaust gas purification catalyst comprising the nitrogen oxide adsorbing material according to any one of claims 1 to 5.

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