JP3265605B2 - 排ガス浄化触媒担体及びその製造方法 - Google Patents

排ガス浄化触媒担体及びその製造方法

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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、排ガス、特に自動車の
排ガスの浄化に用いる一体構造型の排ガス浄化触媒担体
に関する。
【0002】
【従来の技術】排ガス中のCO、HC、Noxの3成分
を同時に浄化するために、Pt、Pd、Rdなどの触媒
金属が用いられている。これら触媒の性能を助長するた
めに従来はNiが添加されていたが、最近ではNiより
もCeO2がよい性能が得られると「触媒」1989年
第31巻566〜571ページに報告されている。触媒
上のCeO2は酸素貯蔵効果、水性ガスシフト反応促進
効果、貴金属の分散性向上効果、担体の高温耐熱性向上
効果を有するとされている。
【0003】この報告によれば、触媒上のCeO2の結
晶化は温度の上昇にほぼ比例して進行し、O2吸着量は
800℃を超えると急激に低下する。このCeO2の結
晶子径の成長を押えるためにBaとZrを添加した高温
耐熱用触媒も既に市販されている。浄化性能に大きな関
係を持つのはO2吸着量である。O2吸着量はCeO2
結晶子径が小さいほど大きくなる。従って、焼成された
担体のアルミナ中におけるCeO2の結晶子径が小さい
と、その担体に白金族金属を担持させた触媒は、触媒と
しての性能の向上したものとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミナと
酸化セリウムとからなり、アルミナ中の酸化セリウムの
結晶子径が小さく、従来よりも酸素吸蔵能の大きい触媒
を得ることのできる担体を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、アルミナ中に酸化セリウムを含有し、酸化
セリウムが200Å以下の結晶子径を有し、比表面積が
30m /g以上である触媒担体の製造方法であって、
平均細孔径150〜300Å、平均細孔径に対して−5
0〜+100Åの範囲の細孔の細孔容積が全細孔容積の
75%以上を占める活性アルミナと、セリウム塩とを、
混合物中酸化物基準でセリウム酸化物の含有量が20〜
75重量%となるように混合し、次いで空気中でセリウ
ム塩を加熱分解した後、焼成することを特徴とする、
化セリウムとアルミナとからなる排ガス浄化触媒担体の
製造方法を提供するものである。
【0006】
【作用】本発明触媒担体において、アルミナ中のCeO
2を20〜75重量%としたのは、20重量%未満で
は、O2吸蔵、放出能力が低下し、75重量%を超える
と、CeO2がアルミナの細孔内だけでなく、アルミナ
の表面を被覆するようになり、温度上昇により結晶子径
が大きくなるのを防ぐ効果が得られなくなることによ
る。CeO2の結晶子径を200Å以下としたのは、2
00Åを超えると、触媒として使用したとき、高温でC
eO2の結晶子径が大きくなりやすく、出来るだけ触媒
初期の結晶子径を小さくしておいた方がよいことによ
る。比表面積を30m2/g以上とするのは、比表面積
がこれより小さいと、アルミナによるCeO2の結晶子
径を小さく保つ効果が低下するためである。
【0007】本発明製造方法は、活性アルミナとして細
孔径が小さく均一なアルミナを使用することにより、細
孔内に、酸化セリウムを微細に分散せしめ、焼成の際に
は、結晶子径の増大を微細な細孔で押え、焼成後におい
て、アルミナ中に微細な結晶子径を有する酸化セリウム
を生成せしめるようにしたことにある。本発明において
細孔径は窒素ガス吸着法によるものである。
【0008】原料の活性アルミナとして平均細孔径15
0〜300Å、平均細孔径に対して−50〜+100Å
の範囲の細孔の細孔容積が全細孔容積の75%以上を占
める活性アルミナを使用するのは、平均細孔径が150
Å未満のものも使用可能であるが、均質な細孔を有する
ものを作ることが困難となってくると共に製造費が高価
となる。平均細孔径が300Åを超えるようになると、
高温下での酸化セリウムの細孔による粒子成長抑制効果
が低下するようになる。
【0009】平均細孔径に対して−50〜+100Åの
範囲の細孔の細孔容積が全細孔容積の75%以上を占め
るアルミナを用いるのは、平均細孔径に対して−50〜
+100Åの範囲の細孔の細孔容積が全細孔容積の75
%未満であると、細孔の均一性が低下し、酸化セリウム
の分散性が低下し、低温での酸素吸蔵能力が悪くなるか
らである。
【0010】セリウム塩としては、セリウムの硝酸塩、
炭酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、塩化物、水酸化物が使用
でき、これらは活性アルミナとセリウム塩とを混合粉砕
し、加熱してセリウム塩を分解し、焼成するか、セリウ
ム塩の水溶液と活性アルミナとを混合し、乾燥し焼成す
ることにより担体とする。焼成温度はなるべく高温がよ
く850℃以上とするのが好ましい。その理由は白金族
金属の担体への焼き付け温度が600℃程度であるこ
と、高温で焼成して得た担体は、その温度までの使用で
は、アルミナの細孔径及び酸化セリウムの結晶子径がも
はや成長することがなく、初期の酸素吸蔵能力を維持出
来るからである。活性アルミナ中の酸化セリウムの含有
量を20〜75重量%としたのは、上記した理由によ
る。
【0011】本発明において、アルミナ中の酸化セリウ
ムの結晶子径Lは、X線回折図における(331)面の
線幅からシェラーの式を用いて以下のように計算して求
めたものである。 L=Kλ/β・cos
θ ただし K=0.9 :Sherrer 定数 λ(Å) :Kα1線の波長 1.54Å β(rad) :ピークの線幅(半値幅) θ :入射角
【0012】また、アルミナ中の酸化セリウムの酸素吸
蔵能の評価は、Journal of Catalysis., vol.86,(1984)
に記載されている方法に習って担体0.05gに対して
以下のように行った。 1)ヘリウム気流(100ml/min)中500℃で3
0分の前処理をする。 2)ヘリウム気流400℃に設定。 3)次に1%O2/Heの気流を10秒間(2.5ml)流
し、次の4分50秒間Heを流すサイクルを、導入した
2が消費されなくなるまで(担体がそれ以上O2を吸収
しなくなるまで)繰り返す。
【0013】4)1%CO/Heの気流を10秒間(5.
0ml)流し、次の4分50秒間Heを流し、次いで1
%O2/Heの気流を10秒間(2.5ml)流し、次の
4分50秒間Heを流す操作を繰り返し、O2消費量が
一定となった時点で止め、この時の一定となったO2
費量(モル)を担体中の酸化セリウムのモル量で割って
OSC(Oxygen Storage Capacity)を計算する。
【0014】5)1%CO/Heの気流を10秒間(5.
0ml)流し、次の4分50秒間Heを流す操作を繰り
返し、COが消費されなくなった(担体がそれ以上CO
を吸収しなくなった)時点で止める。 6)次に、1%O2/Heの気流を10秒間(2.5ml)
流し、次の4分50秒間Heを流す操作を繰り返し、O
2が消費されなくなった時点で止め、この時の全O2消費
量(積算値モル)を担体中の酸化セリウムのモル量で割
ってOSCC(Oxygen Storage Capacity Cumulative)
を計算する。
【0015】
【実施例】
実施例1 内容積30lの撹拌器付きステンレス反応槽に、水12
lと濃度9規定の硫酸1760gを入れ、70℃に保持
した。この溶液にNa2O/Al23のモル比が1.56
で、Al23として18.4重量%を含むアルミン酸ナ
トリウム溶液1450gを70℃に保持して5分間で全
量滴下し、更に30分間70℃で熟成してpH10.2
のアルミナヒドロゲルを得た。
【0016】次いで、濃度9規定の硫酸1760gと前
記のアルミン酸ナトリウム溶液1450gとを、前記の
アルミナヒドロゲルにpH10.0〜10.5に保ちなが
ら、70℃に保持して5分間で全量を滴下し、更に30
分間70℃で熟成して最終的なアルミナヒドロゲルを得
た。最初に得られたアルミナヒドロゲルと、次回に生成
せしめたアルミナヒドロゲルとの物量比はAl23換算
で1:1である。
【0017】得られたアルミナヒドロゲルを含むスラリ
ーを濾過し、濃度1.5重量%の炭酸アンモニウム溶液
25lにアルミナヒドロゲルを再度分散し濾過する操作
を3回繰り返した後、ニーダー中で加熱捏和し、Al2
3濃度36重量%の可塑性捏和物を得た。この捏和物
を110℃で18時間乾燥し、更に空気中で900℃で
3時間焼成した。
【0018】得られた活性アルミナはX線回折図からγ
−アルミナ構造を示し、窒素吸着の結果から比表面積1
50m2/g、細孔容積0.835ml/gであった。窒
素吸着法による測定の結果、平均細孔径284Å、平均
細孔径に対して−50〜+100Åの範囲の細孔の細孔
容積が全細孔容積の80%を占めていた。
【0019】この活性アルミナ170gと硝酸セリウム
6水和物110gとをボールミルで6時間かけて混合粉
砕し、300℃の空気中で1時間かけてセリウム塩を分
解し、900℃で3時間焼成し、酸化セリウムを酸化物
基準で20重量%含むアルミナ担体1を得た。X線回折
の結果から計算したアルミナ中の酸化セリウムの結晶子
径は140Åで、担体の比表面積95m2/gであっ
た。又、前記のアルミナ中の酸化セリウムの酸素吸蔵能
の評価法に従って試験を行った結果、OSC=2.6m
mol−O2/mol−CeO2、OSCC=7.3mm
ol−O2/mol−CeO2であった。
【0020】実施例2 実施例1で得た活性アルミナを200g、硝酸セリウム
6水和物を328g用いた以外は実施例1と同様にし
て、酸化セリウムを酸化物基準で40重量%含むアルミ
ナ担体2を得た。X線回折の結果から計算したアルミナ
中の酸化物セリウムの結晶子径は120Åで、担体の比
表面積69m2/gであった。又、前記のアルミナ中の
酸化セリウムの酸素吸蔵能の評価法に試験を行った結
果、OSC=1.8mmol−O2/mol−CeO2
OSCC=6.5mmol−O2/mol−CeO2であ
った。
【0021】実施例3 実施例1で得た活性アルミナを200g、硝酸セリウム
6水和物を757g用いた以外は実施例1と同様にし
て、酸化セリウムを酸化物基準で60重量%含むアルミ
ナ担体3を得た。X線回折の結果から計算したアルミナ
中の酸化セリウムの結晶子径は160Åで、担体の比表
面積46m2/gであった。又、前記のアルミナ中の酸
化セリウムの酸素吸蔵能の評価法に従って試験を行った
結果、OSC=1.8mmol−O2/mol−Ce
2、OSCC=7.1mmol−O2/mol−CeO2
であった。
【0022】実施例4 実施例で得た活性アルミナを200g、硝酸セリウム6
水和物を1893g用いた以外は実施例1と同様にし
て、酸化セリウムを酸化物基準で75重量%含むアルミ
ナ担体4を得た。X線回折の結果から計算したアルミナ
中の酸化セリウムの結晶子径は195Åで、担体の比表
面積30m2/gであった。又、前記のアルミナ中の酸
化セリウムの酸素吸蔵能の評価法に従って試験を行った
結果、OSC=1.9mmol−O2/mol−Ce
2、OSCC=4.7mmol−O2/mol−CeO2
であった。
【0023】比較例1 硝酸セリウム6水和物だけをボールミルで6時間かけて
粉砕し、300℃の空気中で1時間かけてセリウム塩を
分解し、900℃で2時間焼成した酸化セリウムの結晶
子径は計算の結果700Åで、OSC=0.15mmo
l−O2/mol−CeO2、OSCC=0.36mmo
l−O2/mol−CeO2あった。
【0024】比較例2 比表面積146m2/g、全細孔容積2.61ml/g、
平均細孔径600Å、平均細孔径に対して−50〜+1
00Åの範囲の細孔の細孔容積が全細孔容積の10%を
占める市販の活性アルミナ170gを用いた以外は、実
施例1と同様にして、酸化セリウムを酸化物基準で20
重量%含むアルミナ担体を得た。X線回折の結果から計
算したアルミナ中の酸化セリウムの結晶子径は360Å
で、OSC=1.3mmol−O2/mol−CeO2
OSCC=2.7mmol−O2/mol−CeO2であ
った。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、アルミナと酸化セリウ
ムとからなり、アルミナ中の酸化セリウムの結晶子径が
小さく、従来よりも、特に低温での酸素吸蔵能の大きい
触媒を得ることのできる担体を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/86 B01D 53/94

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ中に酸化セリウムを含有し、酸
    化セリウムが200Å以下の結晶子径を有し、比表面積
    が30m /g以上である触媒担体の製造方法であっ
    て、平均細孔径150〜300Å、平均細孔径に対して
    −50〜+100Åの範囲の細孔の細孔容積が全細孔容
    積の75%以上を占める活性アルミナと、セリウム塩と
    を、混合物中酸化物基準でセリウム酸化物の含有量が2
    0〜75重量%となるように混合し、次いで空気中でセ
    リウム塩を加熱分解した後、焼成することを特徴とす
    る、酸化セリウムとアルミナとからなる排ガス浄化触媒
    担体の製造方法
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US5814577A (en) * 1995-10-09 1998-09-29 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Catalyst and fabrication method of same for purifying exhaust gases of automobile

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