JP3229054B2 - 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 - Google Patents

排ガス浄化用触媒及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一酸化炭素(CO)、炭
化水素(HC)及び酸化窒素(NOx)の浄化能力に優
れた排気ガス浄化用触媒、特に自動車用ガソリンエンジ
ンなどにおいて、アイドリング時などの排ガス温度が低
い条件でも浄化活性を示す排ガス浄化用触媒と、その製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】排気ガス浄化用三元触媒としてはアルミ
ナ担体にPt、Rh、Pdなどの貴金属を担持した貴金
属触媒が実用化されて広く使用されている。また、希土
類金属、アルカリ土類金属及び遷移金属から構成される
ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物は、CO、H
C及びNOxを浄化する安価な排気ガス浄化用三元触媒
として実用化が期待されている(特開昭59−8704
6号公報、特開昭60−82138号公報参照)。この
ペロブスカイト型複合酸化物はCO、HCの浄化能力は
優れているが、NOxの浄化能力がやや劣っており、自
動車排ガス用の三元触媒として実用に供するには十分で
ない。そこで、ペロブスカイト型複合酸化物触媒のNO
x浄化能力を高めるために、貴金属を共存させることも
提案されている(特開平1−168343号公報参
照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらの触媒は、自動
車の走行時のような排ガス温度が高い条件では優れた浄
化活性を示すが、アイドリング時などの排ガス温度が低
い条件では十分な浄化活性を示さない。排ガス規制強化
にともなってそのような排ガス温度が低い条件でも十分
な浄化活性を示す触媒が望まれている。
【0004】本発明は排ガス温度が低い条件でも十分な
浄化活性を示す排ガス浄化用触媒と、その製造方法を提
供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の排ガス浄化用触
媒では、一般式Ln1-xxMO3(LnはCeを除く希
土類金属、Aはアルカリ土類金属又はCe、Mは遷移金
属で、いずれも1種又は2種以上、0<x<1)で示さ
れるペロブスカイト型複合酸化物と(CeZrY)O2
系複合酸化物にてなる耐熱性酸化物との混合物に貴金属
が共存し、かつ貴金属は耐熱性酸化物上よりもペロブス
カイト型複合酸化物上に高濃度に存在している。ペロブ
スカイト型複合酸化物触媒と耐熱性酸化物との混合物に
貴金属を共存させる場合、その酸化物の混合物に貴金属
塩水溶液を含浸させた後、焼成することが考えられる。
しかし、一般に、ペロブスカイト型複合酸化物の比表面
積よりも耐熱性酸化物の比表面積の方が大きいため、ほ
ぼ比表面積に比例した吸着率でそれぞれの酸化物の粉体
に貴金属が吸着される。つまり、NOx浄化能力を高め
るための貴金属はペロブスカイト型複合酸化物上よりも
耐熱性酸化物上により高濃度に吸着されることになる。
そのため、低温活性と耐久性の両方の特性を向上させる
ためには、パラジウムなどの貴金属はペロブスカイト型
複合酸化物上により高濃度に吸着されることが望まし
い。好ましい態様では、ペロブスカイト型複合酸化物
は、貴金属を含まないペロブスカイト型複合酸化物を核
としてその周囲に貴金属を固溶したペロブスカイト型複
合酸化物が形成された構造をしている。貴金属が過剰に
存在した場合、固溶しきれなかった貴金属は、金属又は
酸化物として微粒子状態で分散する。貴金属はPd,P
t,Ru,Rh及びIrからなる群より選ばれた1種又
は2種以上の金属であり、特にPdは低湿浄化活性とN
Ox浄化活性を向上させるものであり好ましい。
【0006】耐熱性酸化物は(CeZrY)O2系複合
酸化物である。CeO2よりは(CeZr)O2の方が高
温における浄化活性を高める効果に優れ、更に(CeZ
rY)O2の方が高温における浄化活性を高める効果に
優れている。
【0007】本発明の製造方法の一態様では、一般式L
1-xxMO3(LnはCeを除く希土類金属、AはS
rを除くアルカリ土類金属又はCe、Mは遷移金属で、
いずれも1種又は2種以上、0<x<1)で示されるペ
ロブスカイト型複合酸化物に、pHが4以下に調製され
た貴金属塩水溶液を含浸又は吸着により担持させ、乾燥
及び仮焼させた後、耐熱性酸化物とともに水に分散させ
てスラリーとした後、乾燥及び焼成する。pHを4以下
に調製して製造した場合には、ペロブスカイト型複合酸
化物は、ペロブスカイト型複合酸化物を核としてその周
りを貴金属を固溶したペロブスカイト型複合酸化物が取
り囲んだ酸化物となる。貴金属塩水溶液のpHを4以下
とする製造方法の場合は、水溶性貴金属塩としてはPd
Cl2、PtCl2、RuCl3・3H2Oなどの塩化物、
Pd(NO3)2、Ru(NO3)3、Rh(NO3)3などの硝酸
塩、Pd(NO2)2(NH3)2、Pt(NO2)2(NH3)2など
のジニトロジアミン塩など、水溶液が強酸性を示すもの
が好ましい。
【0008】本発明の製造方法の他の態様では、一般式
Ln1-xxMO3(この場合、AはSrを含む)で示さ
れるペロブスカイト型複合酸化物に、pHが10より大
きくなるように調製された貴金属塩水溶液を含浸又は吸
着により担持させ、乾燥及び仮焼させた後、耐熱性酸化
物とともに水に分散させてスラリーとした後、乾燥及び
焼成する。貴金属塩水溶液のpHを10より大きくする
製造方法の場合は、テトラアミンパラジウムジクロライ
ドPd(NH3)4Cl2やテトラアミンパラジウム水酸塩
Pd(NH3)4(OH)2などの塩基性水溶液にアンモニア
水や酸を添加してpH>10になるように調製して用い
るか、PdCl2、PtCl2、RuCl3・3H2Oなど
の塩化物、Pd(NO3)2、Ru(NO3)3、Rh(NO3)3
などの硝酸塩、又はPd(NO2)2(NH3)2、Pt(N
2)2(NH3)2などのジニトロジアミン塩などの酸性水
溶液にアンモニア水を添加してpH>10になるように
調製して用いる。
【0009】
【発明の効果】本発明の触媒はアイドリング時などの排
ガス温度が100〜200℃程度の低い条件においても
HC,CO,NOxに対して優れた浄化活性を示す。ま
た、耐熱性酸化物を含んで900℃以上の高温でも使用
できるとともに、NOxの浄化に有効な貴金属が耐熱性
酸化物上よりもペロブスカイト型複合酸化物上に高濃度
に存在していることにより耐久性のある触媒となる。
【0010】
【実施例】
(実施例1)手順A : ペロブスカイト型複合酸化物結晶粉末の製
造方法 ペロブスカイト型複合酸化物(La0.8Ce0.2)(Co0.4
Fe0.6)O3粉末の調製方法を説明する。硝酸ランタン
103.9g、硝酸セリウム26.1g、硝酸コバルト3
4.9g、硝酸鉄72.7gを純水に溶解した水溶液0.
3リットルを用意した。次に、中和共沈剤として炭酸ナ
トリウム50gを溶解した水溶液0.5リットルを用意
した。中和共沈剤を先の水溶液に滴下し、共沈物を得
た。その共沈物を十分水洗し、濾過した後、真空乾燥し
た。これを600℃で3時間大気中で焼成後、粉砕し、
その後、800℃で3時間大気中で焼成を行ない、さら
に粉砕し、(La0.8Ce0.2)(Co0.4Fe0.6)O3の粉
末を作製した。
【0011】手順B : 耐熱性酸化物の製造 助触媒として用いる耐熱性酸化物は市販の高比表面積の
酸化セリウム粉末(CeO2比表面積170m2/g、純
度99.9%/TREO(全希土類酸化物))111.9
gを用意し、これにオキシ硝酸ジルコニウム(ZrO(N
3)2)水溶液(液比重1.51、液中にZrO2換算で2
5.0重量%含まれる)147.9g、及び硝酸イットリ
ウム(Y(NO3)3)水溶液(液比重1.62、液中にY2
3換算で21.7重量%含まれる)26.0gを加え、
よく撹拌して混合しながら110℃で10時間大気中で
乾燥した。その後、大気中で600℃で3時間焼成を行
ない、(Ce0.65Zr0.300.05)O2複合酸化物を約1
50g得た。
【0012】手順C : ペロブスカイト粉末へのPdの含有 Pd分で1.1重量部となるように硝酸パラジウム溶液
(Pd濃度4.4wt%)25重量部と純水50重量部
とを混合し、液のpHを1.8に調製した。手順Aで製
造した(La0.8Ce0.2)(Co0.4Fe0.6)O3ペロブス
カイト型複合酸化物粉末98.9重量部に純水20重量
部を加えて十分撹拌した後、pH1.8に調整した上記
のPd塩水溶液75重量部を含浸させて十分撹拌し、4
0℃で30分間保持した。その後、撹拌を続けながら1
20℃で12時間乾燥し、空気中で600℃で3時間焼
成した後、めのう乳鉢にて粉砕し、180μmのメッシ
ュを通過させた。ペロブスカイト粉末98.9重量部に
対して添加したPdは金属分で1.1重量部に相当す
る。
【0013】手順D : スラリーコート(担持) 手順Aで得たPd含有ペロブスカイト粉末を50重量
部、手順Bで製造した耐熱性酸化物粉末を50重量部、
セリアゾル(固形分10wt%)を50重量部(固形分
では5重量部)、及びジルコニアゾル(固形分30wt
%)を3.3重量部(固形分では1重量部)に、全固形
分が50wt%となるように純水を58.7重量部を加
え、ボールミルにて12時間粉砕しながら混合してスラ
リーを得た。そのスラリーをコーゼライトハニカムに流
入させた後、余剰のスラリーを空気流で吹き払い、均一
にコーティングした。スラリーコート後のハニカムを1
20℃で12時間乾燥し、空気中にて600℃で3時間
焼成してハニカム状サンプルを得た。
【0014】手順E : Pdの再添加 さらに、手順Cで用いたものと同じ硝酸パラジウム溶液
(Pd濃度4.4wt%)12.5重量部を純水50重
量部と混合し、液のpHを1.8に調製した。この溶液
全量にハニカム状サンプルを浸漬し、40℃で2時間保
持してPdを吸着させた後、120℃で12時間乾燥さ
せた後、空気中にて600℃で3時間焼成して実施例1
の触媒試料を得た。
【0015】この触媒試料のEPMA(電子線マイクロ
アナライザー)による分析結果を図1の写真に示す。写
真で、画像は走査型電子顕微鏡(SEM)による像であ
り、黒い大きな粒子はペロブスカイト型複合酸化物で、
大きさは約10μmである。白い小さな粒子は耐熱性酸
化物粒子で、大きさは約3μmである。中央を横方向に
横切るラインは線分析を行なった位置を示す基準ライン
であり、波形は分析線上でのPd濃度を表わしている。
この写真の結果によれば、ペロブスカイト型複合酸化物
粒子の外周部のPd濃度が他に比べて高くなっている。
【0016】(実施例2)実施例1の手順Eで用いた硝
酸パラジウム溶液をテトラアンミンパラジウム硝酸塩
(Pd濃度4.6wt%)に変え、アンモニア水50重
量部を加えてpHを13.0とした以外は、実施例1と
同様に操作により実施例2の触媒試料を得た。
【0017】(実施例3)実施例1の手順Cで用いた硝
酸パラジウム溶液をテトラアンミンパラジウム硝酸塩
(Pd濃度4.6wt%)に変えた他は、実施例1の手
順A〜Cと同様の操作にて、ペロブスカイト型複合酸化
物粉末98.9重量部に対してPdを金属分で1.1重
量部に相当する量を添加した粉末を得た。その後、実施
例1と同様の操作により、実施例3の触媒試料を得た。
【0018】(実施例4)実施例1の手順Cで用いた硝
酸パラジウム溶液及び手順Eで用いた硝酸パラジウム溶
液を、ともにテトラアンミンパラジウム硝酸塩(Pd濃
度4.6wt%)に変え、他は実施例1と同様にして実
施例4の触媒試料を得た。
【0019】(実施例5)実施例1の手順Cにおいて、
硝酸パラジウム溶液をPd分で2.2重量部となるよう
に50重量部を計量し、手順Eを省いた以外は実施例1
と同様の操作により、実施例5の触媒試料を得た。
【0020】(実施例6)実施例1の手順Cにおいて、
硝酸パラジウム溶液をテトラアンミンパラジウム硝酸塩
(Pd濃度4.6wt%)に代え、Pd分で2.2重量
部となるように47.8重量部を計量し、アンモニア水
50重量部を加えてpH=13.0とし、手順Eを省い
た以外は、実施例1と同様の操作により実施例6の触媒
試料を得た。
【0021】(実施例7)実施例4で用いたペロブスカ
イト型複合酸化物(La0.8Ce0.2)(Co0.4Fe0.6)O
3粉末を(La0.8Sr0.2)(Co0.4Fe0.6)O3粉末に代
え、他は実施例4と同様の操作により実施例7の触媒試
料を得た。
【0022】(実施例8)実施例6で用いたペロブスカ
イト型複合酸化物(La0.8Ce0.2)(Co0.4Fe0.6)O
3粉末を(La0.8Sr0.2)(Co0.4Fe0.6)O3粉末に代
え、他は実施例6と同様の操作により実施例8の触媒試
料を得た。
【0023】(実施例9)実施例5で用いたペロブスカ
イト型複合酸化物(La0.8Ce0.2)(Co0.4Fe0.6)O
3粉末をLa0.8Ce0.2CoO3粉末に代え、他は実施例
5と同様の操作により実施例9の触媒試料を得た。
【0024】(比較例) 既に実用化されている自動車用触媒であるPt−Rh/
Al23−(CeZr)O2触媒を比較例の触媒試料と
した。Pt−Rh含有量は0.43重量部であった。実
施例及び比較例の組成を表1に示し、それぞれの触媒活
性の測定結果を表2に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】触媒活性の測定と耐久試験は以下のように
行なった。触媒活性の測定 ハニカム状(セル数400/inch2)コージェライト担
体(直径30mm、長さ50mm)に担持されたそれぞ
れの試料を下記のモデルガスにて活性を測定した。ガス
温度は触媒への入口ガス温度で示し、室温から昇温し、
NO、CO、HC(C36+C38)のそれぞれが初期
濃度の50%に低下した温度を50%浄化温度とする。
また、リッチガスとリーンガスはそれぞれ1秒毎に切り
換えた。触媒を通るガス流の空間速度(SV)は30,
000/時間とした。
【0028】 リッチガス リーンガス CO 2.6 % 0.7 % HC(C1換算濃度) 0.19% 0.19% H2 0.87% 0.23% CO2 8 % 8 % NO 0.17% 0.17% O2 0.65% 1.8 % H2O 10 % 10 % N2 残部 残部
【0029】耐久試験 上記のリッチガスとリーンガスを5秒毎に切り換えて9
00℃で30分、750℃で30分のサイクルを15回
繰り返して耐久試験を行なった。耐久試験後にも前記の
方法で触媒活性を測定した。表2の結果から明らかなよ
うに、各実施例では初期においても耐久後においても5
0%浄化温度が低く、比較例では高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の触媒の金属組成とパラジウム分布を示
す顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 一郎 滋賀県蒲生郡竜王町大字山之上3000番地 ダイハツ工業株式会社 滋賀テクニカ ルセンター内 (56)参考文献 特開 平5−31367(JP,A) 特開 平1−168343(JP,A) 特開 平4−104838(JP,A) 特開 平1−307447(JP,A) 特開 昭64−30641(JP,A) 特開 昭57−174136(JP,A) 特開 昭56−144747(JP,A) 特開 昭50−65490(JP,A) 特開 昭56−144746(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/94

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式Ln1-xxMO3(LnはCeを
    除く希土類金属、Aはアルカリ土類金属又はCe、Mは
    遷移金属で、いずれも1種又は2種以上、0<x<1)
    で示されるペロブスカイト型複合酸化物と(CeZr
    Y)O2系複合酸化物にてなる耐熱性酸化物との混合物
    に貴金属が共存し、かつ前記貴金属は前記耐熱性酸化物
    上よりも前記ペロブスカイト型複合酸化物上に高濃度に
    存在していることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 前記ペロブスカイト型複合酸化物は貴金
    属を含まないペロブスカイト型複合酸化物を核としてそ
    の周囲に貴金属を固溶したペロブスカイト型複合酸化物
    が形成された構造をしている請求項に記載の排ガス浄
    化用触媒。
  3. 【請求項3】 貴金属又は貴金属の酸化物が微粒子状態
    で分散している請求項1,又は2に記載の排ガス浄化用
    触媒。
  4. 【請求項4】 貴金属はPd,Pt,Ru,Rh及びI
    rからなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属であ
    る請求項1からのいずれかに記載の排ガス浄化用触
    媒。
  5. 【請求項5】 貴金属はPdである請求項に記載の排
    ガス浄化用触媒。
  6. 【請求項6】 一般式Ln1-xxMO3(LnはCeを
    除く希土類金属、AはSrを除くアルカリ土類金属又は
    Ce、Mは遷移金属で、いずれも1種又は2種以上、0
    <x<1)で示されるペロブスカイト型複合酸化物に、
    pHが4以下に調製された貴金属塩水溶液を含浸又は吸
    着により担持させ、乾燥及び仮焼させた後、(CeZr
    Y)O2系複合酸化物にてなる耐熱性酸化物とともに水
    に分散させてスラリーとした後、乾燥及び焼成すること
    を特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。
  7. 【請求項7】 一般式Ln1-xxMO3(LnはCeを
    除く希土類金属、Aはアルカリ土類金属又はCe、Mは
    遷移金属で、いずれも1種又は2種以上、0<x<1)
    で示されるペロブスカイト型複合酸化物に、pHが10
    より大きくなるように調製された貴金属塩水溶液を含浸
    又は吸着により担持させ、乾燥及び仮焼させた後、(C
    eZrY)O2系複合酸化物にてなる耐熱性酸化物とと
    もに水に分散させてスラリーとした後、乾燥及び焼成す
    ることを特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。
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