JP2947449B2 - セリウム及びジルコニウムの混成酸化物、製造法並びに用法 - Google Patents

セリウム及びジルコニウムの混成酸化物、製造法並びに用法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規なかつ有用な産業
生成物として、特に改良された比表面積、特に大きくか
つ熱安定な比表面積を有する、セリウム、ジルコニウム
及び必要に応じてイットリウムの混成酸化物に関する。
本発明は、また、かかる混成酸化物を得る方法、並びに
かかる混成酸化物を、特に触媒の分野において、触媒自
体として用いる用途に関する。
【0002】
【従来技術】酸化セリウム及び酸化ジルコニウムは今日
2つの特に重要かつ関心のある構成成分として明らかで
ある。すなわち、例として、それらは両方共に、単独で
或は共同で多機能触媒、特に内燃機関の廃ガスを処理す
る意図の触媒用の多数の組成物において、増々頻繁に遭
遇されるようになってきた。多機能とは、特に廃ガス中
に存在する一酸化炭素及び炭化水素の酸化を行なうこと
ができるだけでなく、また特にこのガス中に存在する窒
素の酸化物の還元も行なうことができる触媒(「スリー
−ウエイ」触媒)を意味すると理解される。このような
触媒は、それらの組成及び作用の原理の両方のレベル
で、すでに広く文献に記載されてきておりかつ多数の特
許及び/又は特許出願の主題となってきたことは留意さ
れるものと思う。たとえ今日までこのことを説明しょう
として出されてきた化学的理由が依然幾分疑わしく、時
には矛盾さえすると思われるとしても、それでも今同時
に酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する「スリ
ー−ウエイ」産業触媒は、凝集体で、前述した2種の酸
化物が全く存在しないか或はそれらの内の1種だけが存
在しないかのいずれかの触媒に比べて一層有効であるこ
とは確立されていると思われる。
【0003】上記のような触媒では、その上適した触媒
機能及び/又は白金、ロジウム及びその他の貴金属のよ
うな他の触媒元素について単純な担体機能を発揮するこ
とができる酸化セリウム及び酸化ジルコニウムは未結合
形態で存在するのが普通である。すなわちこれらの2つ
の構成成分は、最終の触媒のレベルで、十分に個別化さ
れた酸化物粒子の単純な物理的混合物の形態で認められ
る。これは、一部、酸化セリウム及び酸化ジルコニウム
をベースにしたこれらの触媒が対応する酸化物粉末、或
はこれらの酸化物の熱分解可能なプリカーサーをさえ均
質に混合することによって得られるのが最もしばしばで
あることから生じる。
【0004】しかし、色々の理由で、今日、従来技術に
おいて、セリウム及びジルコニウム元素を触媒組成物
に、もはや別々のかつ未結合の形態でなく、これに反し
て固溶体タイプの真の混成オキシドCeO2 −ZrO2
の形態で直接導入して用いることを試みることの増々著
しくなる傾向が現われている。しかし、このような情況
で、できるだけ大きく、かつまた好ましくは熱安定な比
表面積を有する混成酸化物を利用可能にさせることがで
きることが触媒の分野における全く普通の要求の問題で
あり、次いで必要になっている。実際、触媒(触媒的に
活性な相)と反応体との間の接触表面が大きい場合、触
媒の効率が通常一層大きくなることを考慮に入れると、
触媒は、新規な状態で及び幾分高い温度で長期に使用し
た後の両方で、できるだけ最も分割された状態、すなわ
ち形態ができるだけ小さくかつ個別化されたままであ
り、大きな比表面積を有する混成酸化物から出発するこ
とによる以外は得ることができずかつ比較的温度に対し
て安定な固体粒子、或は微粒子に保たれるのが好都合で
ある。
【0005】説明のこの点で、CeO2 −ZrO2 系に
おける固溶体タイプのいくつかの混成酸化物はすでに文
献に記載されことに留意されるものと思う。しかし、そ
れらの製法は下記の通りに単一の立方相を得るのに、比
較的高い温度の仮焼段階を必要とするのが普通である:
例えばJ.Am.Ceram.Soc.,1983年、
66巻、7号、506〜510頁に発表されたE.タ
ニ、M.ヨシムラ及びS.ソミヤの「1400℃より低
いZrO2 −CeO2 系の改訂相図」なる表題の刊行
物。すなわち、この刊行物に挙げられている相図は、立
方晶系で結晶化する安定な相を得るために、仮焼及び/
又は焼き入れを少なくとも1000℃より高い温度で行
なうことが必要であることを示しており、これは比表面
積の大きい混成酸化物を得るのに適合し得ないのはもち
ろんである。実際、所望の固溶体が確実に形成されるこ
のような仮焼温度では、得られる生成物の比表面積は1
0m2/gを越えず、5m2 /gより小さいのが普通で
さえある。換言すれば、従来技術に記載さている混成酸
化物は、従って触媒の用途用に好都合になることが可能
でない。
【0006】本発明は上記の問題を解決するために提案
される。更に一層詳細には、本発明は大きな比表面積を
有し、これを広い範囲の組成にわたり、特にジルコニウ
ムの高い含量で有するCeO2 −ZrO2 系における固
溶体タイプの混成酸化物を提案することを目的とする。
発明は、また高い温度で仮焼した後でさえ、大きな比表
面積を保持する上記のような混成酸化物を提案すること
を目的とする。発明は、最後に発明に従う新規な混成酸
化物を簡単、経済的かつ再現可能な方法で入手すること
を可能にする合成方法を提案することを目的とする。
【0007】すなわち、本出願人は、問題に関して相当
の研究を行なった後に、酸化セリウムと酸化ジルコニウ
ムと(必要に応じて酸化イットリウムと)の間で真の固
溶体を調製するのに適した新規な方法を見出した。該方
法の主要なかつ本質的に独創的な特徴の内の一つは、今
日固溶体を合成する分野において知られている反応温度
に比べて異常に低いので、それで到達する生成物は当然
触媒用途用に適する程に大きな比表面積を有することに
なる反応温度を用いることを可能にすることに在る。こ
の知見は本発明のベースを形成する。
【0008】本発明の下記の説明において、比表面積と
は、定期刊行物「The Journal of th
e American Chemical Socie
ty,60,309頁(1938)」に記載されたブル
ーナウアー−エメット−テラー法から出発して作成され
たASTM D 3663−78基準に従う窒素の吸着
により求めるB.E.T.比表面積を意味すると了解さ
れる。加えて、セリウム及びジルコニウムをベースにし
た混成酸化物なる表現を用いる度に、その表現は、また
酸化セリウムにおける固溶体に更にイットリウムを含有
することができる組成物も目的とするものと理解される
べきである。
【0009】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の第一の
目的はセリウム、ジルコニウム及び必要に応じてイット
リウムの混成酸化物であって、比表面積少なくとも80
/gを有することを特徴とする混成酸化物に在る。
【0010】 本発明の第二の目的は、かかる混成酸化
を入手することを可能にする合成方法であって、下記
の必須の段階: (i)初めに、セリウム、ジルコニウム及び必要に応じ
てイットリウムの可溶性化合物を、要求される化学量論
的割合で含有する水溶液中の混合物を調製し、 (ii)次いで、該混合物を加熱し、 (iii)次いで、このようにして得られた反応生成物
を回収し、 (iv)最後に、適する場合には、このようにして回収
された反応生成物を焼成する を含むことを特徴とする合成方法によって形成され、該
手段によって、発明に一致する混成酸化物が得られる。
【0011】発明に従う方法によって、すでに混成酸化
物タイプの純相を約100℃程に低い合成温度で得るこ
とが可能である。このようにして形成される相は、後に
約400℃で焼成する生成物に関してX線回折分析を行
なうことによって明瞭に示される。従って、焼成段階
は、本質的に固溶体の結晶度を発展させ及び/又はそれ
らの比表面積を所定の用途について所望の最終値に調節
することを可能にする。しかし、発明のその他の特徴、
態様及び利点は、下記の明細書、並びに例示する意図の
種々の実例を読めば、一層完全に明らかになるものと思
う。
【0012】 従って、発明に従う混成酸化物は、とり
わけ極めて大きな比表面積、すなわち80m/gより
大きな比表面積を特徴とする。発明に従う混成酸化物
比表面積少なくとも100m/gを有するのが有利で
あり、少なくとも140m/gを有するのが一層好ま
しく、少なくとも150m/gを有するのが更に一層
好ましい。
【0013】 加えて、発明に従う混成酸化物の別の特
徴に従えば、混成酸化物を、例えば触媒の分野、特に排
気装置において用いるうちに、そうなり得るが、比較的
高い仮焼温度に暴露させる場合に、混成酸化物は依然極
めて適した比表面積を有し続ける。すなわち、発明に従
混成酸化物は、800℃に加熱して、比表面積少なく
とも30m/g、好ましくは少なくとも40m
g、更に好ましくは少なくとも50m/gを保持し、
これらの混成酸化物を900℃に加熱する場合、比表面
積は少なくとも20m/g、好ましくは少なくとも3
0m/gの値に保持される。換言すれば、発明に従う
混成酸化物は、それらの比表面積のレベルにおいて、極
めて良好な熱安定性を有する。
【0014】 発明に従う混成酸化物の内にセリウム及
びジルコニウム(及び必要に応じてイットリウム)元素
が存在することは簡単な化学分析により明らかにされる
ことができ、慣用のX線回折分析は、この存在がある形
態を示す。
【0015】 すなわち、上述した通りに、上記の元素
は発明に従う混成酸化物中に、本質的にかつ好ましくは
全体として固溶体或は混成酸化物タイプの結合形態で存
在する。これらの混成酸化物のX線回折スペクトルは、
実際、混成酸化物内に、単一の識別可能な相だけが存在
する(検出可能な妨害二次層が存在しない)ことを示
し、この相は、実際、立方晶系で結晶化される酸化第二
セリウムの相に一致し、その格子単位パラメーターは純
酸化第二セリウムに比べて幾分シフトされており、これ
よりジルコニウム(及び必要に応じてイットリウム)が
酸化セリウムの結晶格子に組み入れられ、従って真の固
溶体が得られたことを示す。
【0016】結合体で発明に従う単相の混成酸化物は下
記の一般式に一致する: Cex Zr1-x2 (式中、xは0.4〜1(1は含まれない)になること
ができる)。xは、有利には0.5より大きくなること
ができる。一層特には、xは0.4〜0.9になること
ができ、更に一層特には、xは0.5〜0.9になるこ
とができる。
【0017】 従って、発明に一致する比表面積の大き
な固溶体は極めて広い組成の範囲内で変わることができ
ることが分かる。混成酸化物におけるジルコニウムの含
量上限は、実際、ただこの種の酸化セリウムへの溶解度
の唯一の限界により置かれるだけである。すべての場合
に、更に特にはジルコニウムの有意の濃度(特に10原
子%より大きい)において、発明に従う混成酸化物は、
極めて大きくかつ安定な比表面積を有することに加え
て、完全に単相でありかつ立方晶CeOタイプの形態
で存在し続ける。
【0018】最後に、上に挙げた式の有意性を具体的に
例示するつもりで、ここでCe0.7Zr0.32 式は、
結合体で、例えば酸化セリウムにおける固溶体にジルコ
ニウム30原子%を含有する発明に従う混成酸化物に一
致する。
【0019】 発明に従う混成酸化物の合成方法を今更
に詳細に発展させることにする。上述した通りに、発明
に従う方法の第一段階は、従って、少なくとも一種の可
溶性セリウム化合物、少なくとも一種の可溶性ジルコニ
ウム化合物及び必要に応じて少なくとも一種の可溶性イ
ットリウム化合物を含有する混合物を水性相で調製する
に在る。混合物は、初め固体状態の化合物から出発し、
該化合物を次いで水のベースストックに導入するか、或
は一層直接にはこれらの化合物の溶液から出発し、次い
で該溶液を任意の順序で混合するかのいずれかで等しく
得ることができる。
【0020】水に可溶性のセリウム化合物として、セリ
ウムIVの塩、例えば硝酸塩或は硝酸アンモニウム第二
セリウムを特に挙げることができる。これらは本発明に
おいて特に良く適している。硝酸第二セリウムを用いる
のが好ましい。セリウムIV塩の溶液は第一セリウム状
態のセリウムを不利なく含有することができるが、セリ
ウムIVを少なくとも85%含有することが望ましい。
硝酸第二セリウムの水溶液は、例えば硝酸を、第一セリ
ウム塩、例えば炭酸第一セリウムの溶液とアンモニアの
溶液とを過酸化水素の存在において反応させることによ
り慣用法で作成される水和酸化第二セリウムに反応させ
ることによって得ることができる。好ましくは、文献F
R−A−2 570 087に記載されているような硝
酸第一セリウムの溶液を電解酸化するプロセスに従って
得られる硝酸第二セリウムの溶液もまた用いることがで
き、これは本発明において好適な第一物質を構成する。
【0021】本発明において、セリウムIVの塩の水溶
液は所定の初期遊離酸度、例えば0.1〜4Nの範囲の
規定度を有することができることに留意されるものと思
う。本発明に従えば、上述した通りの遊離酸度を有効に
有するセリウムIVの塩の初期溶液を、あらかじめ多少
広範囲にわたる方法で、例えばアンモニア或は水酸化ア
ルカリ金属(ナトリウム、カリウム、- - - )でさえの
溶液(アンモニアの溶液が好ましい)のような塩基を、
この酸度を制限するように加えることによって中和して
おく溶液として用いることが同様に可能である。この最
後の場合、セリウムの初期溶液の中和比(r)を下記式
(数1)により実用的方法で規定することが可能であ
る:
【数1】 式中、n1は中和した後の溶液中に存在するCe IV
の全モル数を表わし;n2はセリウムIVの塩の水溶液
に起因する初期遊離酸度を中和するのに有効に必要なO
- イオンのモル数を表わし;n3は塩基を添加するこ
とに起因するOH- イオンの全モル数を表わす。変形
「中和」を用いる場合、すべての場合に、水酸化物種C
e(OH)4 (r=4)の全沈殿を得るのに必要な塩基
の量に比べて是非とも少なくしなければならない塩基の
量を用いる。これより、実施において、これは1を越え
ない、一層好ましくは0.5を越えない中和比に制限さ
れる。
【0022】発明の方法において利用し得るジルコニウ
ムの可溶性化合物として、例えば硫酸ジルコニウム、硝
酸ジルコニル或はその上塩化ジルコニルタイプの塩を挙
げることが可能である。硝酸ジルコニルが特に良く適し
ていることに留意されるものと思う。
【0023】 最後に、またイットリウムを固溶体に含
有する最終混成酸化物を得ることを所望する場合、イッ
トリウムの可溶性化合物、例えば硝酸塩、錯酸塩、ハロ
ゲン化物、例えば特に塩化物を用いることが可能であ
る。上に挙げかつ初期混合物の調製において用いること
ができるセリウム、ジルコニウム及び必要に応じてイッ
トリウム化合物は、もちろん単に例示で挙げ、制限する
意味で挙げるのでないことに留意されるものと思う。混
合物中に存在するセリウム、ジルコニウム及び必要に応
じてイットリウムの量は所望の最終混成酸化物を得るた
めに必要な化学量論的割合に一致しなければならない。
【0024】 初期混合物がこのようにして得られ、発
明に従う方法の第二段階(段階(ii))に従う手順は
初期混合物を加熱することである。熱加水分解とも呼ば
れるこの熱処理を行なう温度は80°〜350℃、好ま
しくは90°〜200℃、更に一層特には120°〜2
00℃にすることができる。
【0025】この処理は、維持される温度条件に従い、
通常の大気圧下、か或は例えば熱処理の温度に相当する
飽和蒸気圧のような加圧下のいずれかで行うことができ
る。処理温度を反応混合物の還流温度より高くするよう
に選ぶ(すなわち通常100℃より高い)、例えば15
0°〜350℃にするように選ぶ場合、作業は、上述し
た種を含有する水性混合物を閉空間(一層一般的にはオ
ートクレーブと呼ばれる閉反応装置)に導入することに
よって行ない、必要な圧力は、次いで単に反応混合物を
ただ加熱することから生じる(自生圧)。上に挙げた温
度条件下でかつ水性媒体において、これより、例示とし
て、閉反応装置内の圧力は1バール(105 Pa)より
高い値〜165バール(165・105 Pa)の範囲、
好ましくは5バール(5・105 Pa)〜165バール
(165・105 Pa)の範囲になることを詳細に述べ
ることができる。また、加熱した後に、次いでそれに外
部圧力を加えることが可能であるのはもちろんである。
【0026】加熱は、空気雰囲気下で、或は不活性ガス
雰囲気下、好ましくは窒素下のいずれかで行うことがで
きる。処理の期間は臨界的なものでなく、これより広い
範囲内で、例えば1〜48時間、好ましくは2〜24時
間の間で変えることができる。同じ方法で、昇温を臨界
的でない速度で行ない、混合物を、例えば30分〜4時
間の間加熱することにより固定された反応温度を達成す
ることができる。これらの値は完全に例示として挙げる
ものである。熱処理する間、反応媒体のpHは、処理の
初めに約0〜2の範囲にし、処理の終りに約0〜3の範
囲にするのが普通である。
【0027】加熱の段階(ii)の終りに、固体生成物
を回収する。固体生成物はあらゆる慣用の固−液分離技
術、例えばろ過、分離、排液或は遠心分離によって媒体
から分離することができる。必要ならば、生成物を得る
のを完全にするために、塩基、例えばアンモニアの溶液
を、加熱段階の直ぐ後に、反応媒体に導入することがで
きる。この段階は、こうして得られる種の回収収率を増
大させることができる。上述したような加熱/反応段階
を、例えば熱処理のサイクルを採用することにより、1
度又はそれ以上、同じ方法で或は同じでない方法で反復
することが可能であるのはもちろんであることに留意さ
れるものと思う。
【0028】次いで、生成物は回収したままで、洗浄を
施すことができる。洗浄はアンモニアの溶液で行うのが
好ましい。残留水を除くために、洗浄した生成物を、最
終的に、適する場合、例えば空気中で、80°〜300
℃、好ましくは100°〜150℃の範囲にすることが
できる温度で乾燥させることができる。乾燥は、一定の
重量が得られるまで続ける。
【0029】 発明に従う方法の最後の段階(段階(i
v))で、この段階は必須のものではないが、洗浄及び
/又は乾燥した後の回収された生成物を、適する場合、
次いで焼成(仮焼)することができる。この焼成は形成
された固溶体相の結晶化度を発展させることができ、か
つまた用いる焼成を高くする程、生成物の比表面積がず
っと小さくなることを考慮に入れて、発明に従う組成物
について残しておく後の使用温度の関数として調節及び
/又は選定することができる。このような焼成は空気中
で行うのが普通であるが、例えば不活性ガス下で行う焼
成を完全には排除しないことは自明である。
【0030】 上記の記述で強調した通りに、発明に従
う方法により、100℃程の格別に低い合成温度を用い
ることによって、最も大きな比表面積を有する固溶体を
得ることが可能である。また、実施において、最終の焼
成段階を採用する場合、焼成温度は200゜〜1000
℃、好ましくは400゜〜800℃の値の範囲に限定さ
れるのが普通である。高い温度、すなわち特に所望の固
溶体の形成をX線により明らかにさせるために精確に必
要な温度より高い温度で焼成した後でさえ、発明に従う
混成酸化物は完全に許容し得る比表面積を保持する。
【0031】 これより、発明に従う新規な混成酸化物
は、比表面積が著しく大きいことにより、極めて多くの
用途を見出すことが可能である。混成酸化物は、こうし
て触媒の分野で触媒として及び/又は触媒担体として用
いるのに特に良く適応される。混成酸化物は、例えば下
記のような種々の反応を行なうための触媒或は触媒担体
として用いることができる:炭化水素或はその他の有機
化合物の脱水、ヒドロサルフレーション、水素化脱窒
素、脱硫、水素化脱硫、脱ハロゲン化水素、リホーミン
グ、ベーパー−リホーミング、分解、水素化分解、水素
化、脱水素化、異性化、不均化、オキシクロリネーショ
ン、脱水素環化、酸化及び/又は還元反応、クラウス反
応、内燃機関からの排ガスの処理、脱金属、メタン化及
びシフトコンバージョン。
【0032】 しかし、発明に従う混成酸化物の最も重
要な用途の内の一つは、すでに上記の記述で強調した通
りに、混成酸化物を内燃機関からの排ガスを処理するた
めに意図する触媒用の構成成分として用いることに在る
のはもちろんである。すなわち、この用途では、発明に
従う混成酸化物に、貴金属のような触媒的に活性な元素
を含浸させる前に或は含浸させた後に、通常アルミニウ
ムを混合し、この混合物を次いで造形して、例えばビー
ズ形態の触媒を形成するか、或はこの混合物を用いてセ
ラミック或は金属モノリスのような超耐熱性体のライニ
ングを形成する。このライニングは技術の現状で「薄め
(ウオッシュ)コート」の用語で良く知られている。下
記の例は発明を例示するものであり、発明を制限するも
のではない。
【0033】
【実施例】例1 本例は、Ce0.8 Zr0.22 式のセリウム及びジルコ
ニウムの混成酸化物の調製の関係で発明を例示する。硝
酸ジルコニルZr(NO32 ・2H2 Oの第一溶液
と、初期遊離酸度を、初めにアンモニアを0.5に等し
い中和比r(上記に規定したような)が得られるまで加
えることによって、中和しておいた硝酸第二セリウムの
第二溶液とを、上記の混成酸化物を得るのに要する化学
量論的割合で混合する。
【0034】このようにして得られた混合物を、次いで
オートクレーブ(PARRオートクレーブ)に入れ、1
60℃で4時間熱処理を施す。この処理の終りに、得ら
れた生成物をろ過によって回収し、次いで2Mのアンモ
ア溶液で洗浄し、最後にオーブン中で80℃において一
晩乾燥させる。生成物に、最終的に空気中400℃で6
時間仮焼段階を施す。このようにして焼成した生成物の
BET比表面積は、それで153m2 /gである。この
生成物のX線回折図を図1にカーブaとして挙げる。
【0035】上記と同じ条件下であるが、ジルコニウム
の不存在において製造した純酸化第二セリウムのX線回
折スペクトル(図1、カーブb)に比べて、発明の生成
物について回折ピークの位置における大きい角度の方に
向いた明瞭な置換が観察される。これはジルコニウムが
酸化セリウムの結晶格子に組み込まれたことを示す。加
えて、生成物のX線回折図において、CeO2 タイプの
立方晶相に相当するピークだけを検出することができ、
妨害二次相を検出することは可能でない。
【0036】その上、この点は、発明の生成物に関して
二次仮焼(この場合700℃で2時間行う)を行う場合
に、確認される。実際、このようにして得られた生成物
のX線回折スペクトル(図2)は、常に単一の結晶相を
示すだけである。加えて、これらの条件下で、生成物の
結晶化度は、得られたCeO2 タイプの立方晶相の格子
単位パラメーターを測定することが可能な程である。測
定されたこの格子単位パラメーターの値はそれで5.3
6オングストローム(0.536nm)である。それは
Ce0.8 Zr0.22 組成の混成酸化物についての上述
したE.タニ、等の刊行物(「セリウム原子のジルコニ
ウム原子による置換速度の関数としてのCeO2 −Zr
2 系における格子パラメーターの発生の評価」を参
照)から予測することができ、また5.36オングスト
ローム(0.536nm)である値に極めてよく一致す
る。
【0037】それで、これらの結果は、本発明に従え
ば、固溶体タイプのCe0.8 Zr0.22 相が精々40
0℃から存在し、BET比表面積153m2 /gを有す
ることを明らかに立証する。
【0038】例2 本例はCe0.65Zr0.300.052 式のセリウム、ジル
コニウム及びイットリウムの混成酸化物の調製の関係で
発明を例示する。 (a)遊離酸度0.62Nを有する硝酸第二セリウムの
溶液と、(b)硝酸ジルコニルの溶液と、(c)硝酸イ
ットリウムの溶液とを、上記の混成酸化物を得るのに要
する化学量論的割合で振盪しながら混合する。次いで、
混合物をオートクレーブ中150℃で4時間、媒体を絶
えず機械的に攪拌しながら、熱処理する。この処理の終
りに、得られた懸濁体にアンモニアの溶液を、pHを
9.5に上げるように導入し、次いで全体を均一にさせ
るために30分間振盪する。
【0039】次いで、生成物をろ過によって回収し、次
いで排液し、次いで水に再懸濁させる。この懸濁体を次
いで1時間100℃に加熱する。生成物を再びろ過し、
次いでオーブン中で120℃において乾燥させる。乾燥
させた生成物を、最後に空気中で3つの異なる温度、す
なわち400°、800°及び900℃において6時間
焼成する。得られた生成物の比表面積は、それぞれ15
7m2 /g、53m2/g及び39m2 /gである。8
00℃において6時間焼成した後に得られた生成物のX
線回折図を図3に挙げる。測定された格子単位パラメー
ターはそれで5.33オングストローム(0.533n
m)であり、これは再び上述したE.タニ、等の刊行物
から予測することができる理論的格子単位パラメーター
に一致する。
【0040】例3 本例は、Ce0.83Zr0.172 式のセリウム及びジルコ
ニウムの混成酸化物の調製の関係で発明を例示する。硝
酸ジルコニル溶液と、初期遊離酸度を、あらかじめアン
モニアにより0に等しい中和比rを得るように中和して
おいた硝酸第二セリウムの溶液とを、上記の混成酸化物
を得るのに要する化学量論的割合で混合する。次いで、
次ぎに続く手順は正確に例2の手順と同じである。
【0041】得られた最終生成物の異なる焼成温度(6
時間)における比表面積は下記の通りである: 400℃:118m2 /g 800℃: 35m2 /g 900℃: 26m2 /g 800℃において焼成した生成物は、測定された格子単
位パラメーターが5.38オングストローム(0.53
8nm)である立方晶固溶体相を有する。
【0042】例4 本例は例2の式(Ce0.65Zr0.300.052 )と同じ
式であるが、例2と異なる手順(150℃におけるオー
トクレービング段階を用いない)に従う混成酸化物の調
製の関係で発明を例示する。例2で製造した水性混合物
に下記の熱処理(加熱)のサイクルを施す:初めに10
0℃で2時間30分加熱し、混合物を45℃に60分で
冷却し、アンモニアを、媒体のpHを9〜9.5の値に
調整するように加え。100℃で1時間二次加熱し、周
囲温度に冷却する。
【0043】次いで、生成物をろ過によって回収し、次
いでオーブン中で120℃において乾燥させる。得られ
た最終生成物の異なる焼成温度(6時間)における比表
面積は下記の通りである: 400℃:112m2 /g 800℃: 54m2 /g 900℃: 33m2 /g 800℃において焼成した後に得られた生成物は、測定
された格子単位パラメーターが5.33オングストロー
ム(0.533nm)である立方晶固溶体相を有する。
この生成物のX線回折図を図4に挙げる。
【0044】 例5 本例は例3の式(Ce0.83Zr0.17)と同
じ式であるが、異なる手順(150℃におけるオートク
レービング段階を用いない)に従う混成酸化物の調製の
関係で発明を例示する。初めに、硝酸ジルコニの溶液
と、遊離酸度0.62Nを有する硝酸第二セリウムの溶
液とを、所望の混成酸化物を得るのに要する化学量論的
割合で混合する。そのようにして製造された混合物を正
確に例4に挙げる手順に従って処理する。
【0045】得られた最終生成物の異なる焼成温度(6
時間)における比表面積は下記の通りである: 400℃:151m2 /g 800℃: 57m2 /g 900℃: 33m2 /g 800℃において焼成した後に得られた生成物は、測定
された格子単位パラメーターが5.36オングストロー
ム(0.536nm)である立方晶固溶体相である。こ
の生成物のX線回折図を図5に挙げる。
【0046】例6(比較) 本例では、例2の式(Ce0.65Zr0.300.052 )と
同じ式であるが、含浸による慣用のルートを用いて混成
酸化物を調製しようとする。上記の混成酸化物を得るの
に要する化学量論的割合で、比表面積250m2 /gを
有する商用品質の酸化第二セリウムCeO2 (ローヌ−
プーラン社により市販されている製品)に硝酸ジルコニ
ルの第一溶液を含浸させ、このようにして含浸させた生
成物を、次いで空気中110℃で乾燥させ、次いで乾燥
させた生成物に酢酸イットリウムY(C2323
・4H2 Oの第二溶液を含浸させ、このようにして含浸
させた生成物を再び空気中110℃で乾燥させる。この
ようにしてジルコニウム及びイットリウムを含浸させた
酸化第二セリウムを次いで900℃において6時間焼成
する。
【0047】このようにして得られた生成物のX線回折
図を図6に挙げる。スペクトルの分析は、酸化ジルコニ
ウム相ZrO2 が存在することに起因する回折ピークの
存在することを示し、こうして混成酸化物タイプの純相
を得ることが可能でないことを立証する。この生成物の
比表面積は20m2 /gである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う生成物のX線回折図である。
【図2】本発明に従う生成物のX線回折図である。
【図3】本発明に従う生成物のX線回折図である。
【図4】本発明に従う生成物のX線回折図である。
【図5】本発明に従う生成物のX線回折図である。
【図6】本発明に従わない生成物のX線回折図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オリビエ・トゥーレ フランス国ラロシェル、リュ・ジェネラ ル・ギヨーマ、20 (56)参考文献 特開 昭62−168544(JP,A) 特開 昭62−56322(JP,A) 特開 平1−281144(JP,A) 特開 平5−286722(JP,A) 特開 平3−131343(JP,A) 特開 平4−55315(JP,A) British Ceramic P roceedings 47(1991)p. 55〜60 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 23/10

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cex Zr1-x2 式(式中、xは0.
    5〜1未満の範囲の数である)を有しかつ800℃で6
    時間仮焼した後に、比表面積少なくとも30m2 /gを
    有する、CeO2 タイプの純立方結晶相を呈する、内燃
    機関の排ガス処理用セリウム/ジルコニウム混成酸化
    物。
  2. 【請求項2】 ジルコニウムが酸化セリウム中に固溶体
    で存在し、800℃で6時間仮焼した後に、比表面積少
    なくとも30m2 /gを有する、CeO2タイプの純立
    方結晶相を呈する、内燃機関の排ガス処理用セリウム/
    ジルコニウム混成酸化物。
  3. 【請求項3】 800℃で6時間仮焼した後に、比表面
    積少なくとも40m2 /gを有する請求項1又は2の混
    成酸化物。
  4. 【請求項4】 800℃で6時間仮焼した後に、比表面
    積少なくとも50m2 /gを有する請求項1〜3のいず
    れか一の混成酸化物。
  5. 【請求項5】 900℃で6時間仮焼した後に、比表面
    積少なくとも20m2 /gを有する請求項1〜4のいず
    れか一の混成酸化物。
  6. 【請求項6】 900℃で6時間仮焼した後に、比表面
    積少なくとも30m2 /gを有する請求項1〜5のいず
    れか一の混成酸化物。
  7. 【請求項7】 xが0.5〜0.8の範囲である請求項
    1の混成酸化物。
  8. 【請求項8】 xが0.5〜0.7の範囲である請求項
    1の混成酸化物。
  9. 【請求項9】 下記の段階: (i)セリウム、ジルコニウム及び必要に応じてイット
    リウムの可溶性化合物を、所望の生成物の化学量論に一
    致する割合で含有する水性混合物を含む反応媒体を調製
    し、 (ii)次いで、反応媒体にpH0〜3の範囲で熱加水
    分解を施し、 (iii)このようにして得られた反応生成物を回収
    し、 (iv)最後に、適する場合には、回収された反応生成
    物を仮焼する を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一に記
    載するセリウム/ジルコニウム混成酸化物の製造方法。
  10. 【請求項10】 可溶性セリウム化合物を硝酸塩及び硝
    酸アンモニウム第二セリウムの中から単独で或は混合物
    で選ぶことを特徴とする請求項9の方法。
  11. 【請求項11】 前記可溶性ジルコニウム化合物を硫酸
    ジルコニウム、硝酸ジルコニル及び塩化ジルコニルの中
    から単独で或は混合物で選ぶことを特徴とする請求項9
    の方法。
  12. 【請求項12】 前記加熱を温度80°350℃で行
    うことを特徴とする請求項9〜11のいずれか一の方
    法。
  13. 【請求項13】 前記加熱段階の後に、塩基を反応媒体
    に加えることを特徴とする請求項9〜12のいずれか一
    の方法。
  14. 【請求項14】 回収された反応生成物を、必要に応じ
    て洗浄し、次いで乾燥させることを特徴とする請求項9
    〜13のいずれか一の方法。
  15. 【請求項15】 前記仮焼を温度200°〜1,000
    ℃で行うことを特徴とする請求項9〜14のいずれか一
    の方法。
  16. 【請求項16】 多孔質担体及び触媒的に活性な元素を
    含み、該多孔質担体が請求項1〜8のいずれか一に記
    載する混成酸化物或は請求項9〜15のいずれか一の方
    法に従って得られる混成酸化物にアルミニウムを混合
    含むことを特徴とするタイプの、内燃機関の排ガス処
    理用触媒。
  17. 【請求項17】 超耐熱性構造(担体)に多孔質層のラ
    イニングを施し、多孔質層の上に触媒的に活性な元素を
    付着させたモノリスタイプの、内燃機関の排ガス処理用
    触媒であって、該多孔質層が請求項1〜8のいずれか
    一に記載する混成酸化物或は請求項9〜15のいずれか
    一の方法に従って得られる混成酸化物にアルミニウムを
    混合して含むことを特徴とする触媒。
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