JP4503603B2 - 酸化セリウムと酸化ジルコニウムを主体とする向上した還元能と比表面積を有する組成物及び触媒 - Google Patents
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Description
(a)セリウム化合物及びジルコニウム化合物及び場合によりさらにセリウム以外のランタン系列元素を含む混合物を形成し、
(b)前記混合物に塩基性化合物を接触させて沈殿を形成し、
(c)前記沈殿を水性媒質中で加熱し、
(d)得られた水性媒質に、先ず、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、ポリエチレングリコール、カルボン酸及びそれらの塩、及びカルボキシメチル化された脂肪族アルコールのエトキシ化物型の界面活性剤より選択した添加剤を添加し、次いで必要ならさらに前記沈殿を分離するか、又は(d’)先ず、前記沈殿を分離してから前記添加剤を前記沈殿に添加し、
(e)添加剤を添加した前記沈殿を粉砕し、次いで
(f)粉砕された前記沈殿を、第1段階として不活性気体中又は真空中で少なくとも850℃の温度に加熱し、第2段階として酸化性雰囲気中で少なくとも400℃に加熱することよりなる、組成物の製造方法を提供する。
(a)セリウム化合物及びジルコニウム化合物含む混合物及び場合によりさらにセリウム以外のランタン系列元素を含む混合物を形成し、
(b)前記混合物を加熱して沈殿を形成し、
(c)この沈殿を有する媒質に、先ず、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、ポリエチレングリコール、カルボン酸及びそれらの塩、及びカルボキシメチル化された脂肪族アルコールのエトキシ化型の界面活性剤より選択した添加剤を添加し、次いで必要ならさらに前記沈殿を分離するか、又は(c’)先ず、前記沈殿を分離してから前記添加剤を前記沈殿に添加し、
(d)添加剤を添加した沈殿を粉砕し、次いで
(e)粉砕された沈殿を第1段階として不活性気体中又は真空中で少なくとも850℃の温度に加熱し、第2段階として酸化性雰囲気中で少なくとも400℃に加熱することよりなる、組成物の製造方法を提供する。
「ランタニド」はイットリウムと周期律表の原子番号57から71の元素を意味する。
本書で数値範囲が記載されている場合には特に断らない限りその範囲の限界値が含まれる。
含有量は特に断らない限り酸化物基準で与えられている。酸化セリウムは第二酸化セリウム(4価)の形態にある。
先に述べたように、第1の実施形態による方法は、液体媒質内でセリウム化合物、ジルコニウム化合物及び場合により上記の少なくとも一種の追加の元素の混合物を調製する段階を含む。
混合物は好ましくは水である液体媒質中で形成される。
加熱は塩基性化合物との反応後に得られた反応媒質に対して直接に、又は反応媒質から沈殿物を分離した後の懸濁物に対して実施でき、必要ならさらに洗浄し、次いで沈殿物を水に戻す。媒質の加熱温度は少なくとも100℃、より好ましくは少なくとも130℃である。
加熱操作は液体媒質を閉じた容器(オートクレーブ型の閉じた反応容器)に導入して行うことができる。上に挙げた温度条件と水性媒質中においては、例示として、閉じた反応容器内の圧力は1バール(105Pa)を超え165バール(1.65×107Pa)まで、好ましくは5バール(5×105Pa)を超え165バール(1.65×107Pa)までである。加熱はまた100℃近傍の温度で開放した反応容器内で実施することができる。
第1の実施形態によると、前行程からの反応媒質に、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、ポリエチレングリコール、カルボン酸とそれらの塩、カルボキシメチル化された脂肪族アルコールのエトキシ化物型の界面活性剤から選択された添加物を添加する。この添加物に関しては、WO98/45212公報の記載を参照することができ、同書記載の界面活性剤を使用することができる。
R1−O−(CR2R3−CR4R5O)n−CH2−COOH
ここに、R1は炭素数が22以下(好ましくは12以上)の飽和又は不飽和炭素鎖、R2、R3、R4、R5は同一であって良く、全てが水素であるか、またはR2はCH3基をR3,R4,R5は水素を表し、nは1以上50以下、好ましくは5〜15の範囲にある整数である。界面活性剤は上記の式の物質の混合物であってよく、その場合にR1は飽和又は不飽和であり、或いは−CH2−CH2−O−基と−CH(CH3)−CH2−O−基の両者を有しうる。
界面活性剤の添加後に、場合により液体媒質から公知の方法で沈殿を分離しても良い。
第一の方法は、湿式粉砕により高エネルギー粉砕を行う方法である。かかる粉砕は沈殿物が元の液体媒質から分離された場合には、工程(d’)又は工程(d)の終了時に得られた湿った沈殿物に対して行われる。湿式粉砕は例えばビーズミルにより実施できる。
粉砕が終わったら、粉砕物を場合により加熱炉に通すなどにより乾燥する。
第一段階では、焼成は不活性ガス又は真空中で行われる。不活性ガスはヘリウム、アルゴン、又は窒素が使用できる。真空は一般に酸素分圧10-1mバール未満の低圧力である。焼成温度は少なくとも850℃である。これ以下の焼成温度では高い還元能を有する生成物が得られないおそれがある。
この変形方法では、第一工程(a)はすでに説明した第一の形態における工程(a)と同一である。
この変形方法の第二工程(b)は第一工程からの混合物を加熱する工程である。この加熱または熱処理(熱加水分解とも言う)を行う温度は80℃と反応媒質の臨界温度との間、好ましくは80℃〜350℃、より好ましくは90〜200℃である。
処理時間は臨界的でなく、広い範囲、例えば1〜48時間、好ましくは2〜24時間の範囲で変化しうる。
これらの材料の性質及びこれらを組成物に合体する技術は当業者に周知である。例えば材料は白金、ロジウム、パラジウム、又はイリジウムを使用することができ、特に含浸法により組成物に導入することができる。
上記の用途のうち、内燃機関の排気ガスの処理(自動車の後期燃焼触媒として)は特に有利な用途である。
三元触媒試験
この試験は粉末形態の三元触媒の、汚染物質CO、NO及び炭化水素の除去に対する性能を、動的状態(振動数1Hz)で評価することを可能にする。
複数の測定が気体混合物の組成を変えながら等温状態で実施される。評価温度は460℃であり、触媒の重量は20mg(不活性希釈剤として150mgのSiCを混合)である。触媒性能は、混合物の組成の関数としてのCO及びNOに対する両転化曲線が交差する点として定義されるCOP(クロスオーバ点)により与えられる。試験は硝酸ロジウム溶液で含浸され、次いで500℃で2時間活性化された本発明の組成物に対して実施される。
還元能の大きさはMI−100 Altamira装置(商品名)を使用して上に説明した原理を実行して計算する。
具体的には、アルゴン中に10体積%混合した水素を流量30mL/分で流して還元ガスとして使用する。信号は70mAにおける熱伝導率を検出器で検出した。実験手順は次の通りである。
予め風袋を控除した容器で200mgの試料を秤取し、底に石英綿を入れた石英容器に入れる。試料を最後に石英綿で覆い、それを測定装置の管状炉内に位置づける。温度プログラムは次の通りである。
−酸化:ヘリウムに5%の酸素を混合した雰囲気中、温度上昇率10℃/分で500℃まで温度を上げる。
−30分間維持し、次いで30℃まで下げる。
−Ar中、30℃で20分間処理する。
−還元:Arに水素を10%混合した雰囲気中、温度を20℃/分の昇温速度で900℃で加熱する。
−較正する。
−Ar中、900℃から30℃まで処理する。
この実施例は重量比が58:42である酸化セリウムと酸化ジルコニウムの組成物の調製に関する。
525mLの硝酸ジルコニウム(80g/L)及び230mLの硝酸セリウム(Ce4+=236.5g/L、Ce3+=15.5g/L、遊離酸性度0.7N)を撹拌ビーカに入れ、次いで蒸留水を1Lの硝酸塩溶液となるまで補充する。
253mLのアンモニア水溶液(12モル/L)を丸底の撹拌反応器に入れ、蒸留水を加えて1Lにする。
硝酸塩溶液を1時間かけてこの反応器に撹拌しながら導入する。
得られた溶液を、撹拌器つきステンレス製オートクレーブに入れ、撹拌しながら2時間かけて150℃に加熱する。
得られた懸濁液をブフナー漏斗上で濾過する。23.4重量%の酸化物を含む沈殿を回収する。
このうち100gの沈殿を抽出する。
250gのラウリン酸を135mLのアンモニア(12モル/L)及び500mLの蒸留水に導入し、次いでスパチュラで均一に撹拌する。
28gのこのゲルを100gの沈殿に添加し、次いで全体を均一なペーストが得られるまで混練する。
得られた生成物を次の条件で二段階焼成する。
第一焼成は、静置条件下に、300cm3/分の流量で窒素を流しながら、4時間かけて900℃まで昇温することにより行う。生成物を次で室温に戻す。第二焼成は、静置条件下、300cm3/分の流量で10%の酸素を含む窒素を流しながら2時間かけて500℃まで昇温することにより行う。
得られる生成物は比表面積59m2/g、還元能88%、還元能の最高温度505℃である。
三元触媒試験は0.1重量%のロジウムを含浸した生成物に対し、COP(クロスオーバ点)で100%の転化率が得られることを示している。
この実施例は重量比が58:42である酸化セリウムと酸化ジルコニウムを主体とする組成物の調製に関する。
実施例1に従って均一ペーストを調製する。
得られた生成物を次の条件で二段階焼成する。
第一焼成は、静置条件下に、300cm3/分の流量で窒素を流しながら、6時間かけて1100℃まで昇温することにより行う。生成物を次で室温に戻す。第二焼成は、静置条件下、300cm3/分の流量で10%の酸素を含む窒素を流しながら2時間かけて500℃まで昇温することにより行う。
得られる生成物は比表面積20m2/g、還元能99%、還元能の最高温度540℃である。
この実施例は重量比が60:30:3:7である酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン及び酸化プラセオジムの組成物の調製に関する。
375mLの硝酸ジルコニウム(80g/L)、121mLの酸化状態III価の硝酸セリウム(496g/L)、6.6mLの硝酸ランタン(454g/L)、及び14mLの硝酸プラセオジム(500g/L)を撹拌ビーカに入れ、次いで蒸留水を1Lの硝酸塩溶液となるまで補充する。
丸底の撹拌反応器に200mLのアンモニア水溶液(12モル/L)と302mLの過酸化水素(110容)を入れ、蒸留水を加えて1Lにする。
次いで実施例1と実質的に同じ操作を行う。オートクレーブで得られた懸濁液をビブフナー漏斗上で濾過する。30.5重量%の酸化物を含む沈殿を回収する。
このうち100gの沈殿を抽出し、実施例1で製造したゲルと同様な36.5gのラウリン酸アンモニウムのゲルを添加する。
得られた生成物を次の条件で二段階焼成する。
第一焼成は、静置条件下に、300cm3/分の流量で窒素を流しながら、4時間かけて900℃まで昇温することにより行う。生成物を次で室温に戻す。第二焼成は、静置条件下、10%の酸素を含む窒素を300cm3/分の流量で流しながら2時間かけて500℃まで昇温することにより行う。
得られる生成物は比表面積40m2/g、還元能99%、還元能の最高温度570℃である。
この実施例は重量比が58:42である酸化セリウム及び酸化ジルコニウムの組成物であってその調製時に100ppmのパラジウムを含有させた組成物の調製に関する。
均一ペーストを得る段階までは実施例1と同一の方法を使用する。
このペーストに100ppmのパラジウムを次のように含浸させた。すなわち、全酸化物(TO)の百分率を予め灼熱損から算出する。4.5重量%のPtを含有するPd(NH3)4(NO3)2母液の対応する量をTOより計算する。100ppmのPtを含有する100gのTOに対して、0.222gの母液の取り出しが必要である。この取り出しはマイクロピペットを使用して体積基準で行う。母液の密度の決定は秤量により行う。得られた密度は1.0779である。そうすると取り出すべき母液の体積は43μLである。ついで、この体積の母液を25mLのフラスコに入れ、脱イオン水で希釈する。得られた溶液を予め脱イオン水に懸濁してある上記ペーストに接触させる。上澄みを砂浴上でゆっくりと蒸発させる。
得られる生成物について次の条件で二種の焼成を行う。
第一焼成は、静置条件下に、300cm3/分の流量で窒素を流しながら、4時間かけて900℃まで昇温することにより行う。生成物を次で室温に戻す。第二焼成は、静置条件下、10%の酸素を含む窒素を300cm3/分の流量で流しながら2時間かけて500℃まで昇温することにより行う。
得られた生成物は比表面積62m2/g、還元能88%、還元能の最高温度230℃である。
均一なペーストの調製までは実施例1の方法に従う。
この生成物を静置条件下、空気中で900℃の温度まで4時間かけて加熱する。
得られた生成物は比表面積49m2/g、還元能63%、還元能の最高温度560℃である。
三件触媒試験は、0.1重量%のロジウムを含浸した生成物に対するCOPにおいて90%の転化を示す。
均一なペーストの調製までは実施例1の方法に従った。
この生成物を静置条件下、空気中で1100℃の温度まで6時間かけて加熱した。
得られた生成物は比表面積6m2/g、還元能62%、還元能の最高温度610℃である。
均一なペーストの調製までは実施例1の方法に従った。
この生成物を静置条件下、10%の酸素を含有する窒素の流量300cm3/分を流しながら1100℃の温度まで4時間かけて加熱した。
得られた生成物は比表面積7m2/g、還元能85%、還元能の最高温度575℃である。
Claims (9)
- Ce/Zr原子比が少なくとも1の酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを主体とし、第1段階で850〜1100℃の温度で焼成し、第2段階で400〜900℃の温度で焼成した状態で、少なくとも70%の還元能と、少なくとも15m2/gの比表面積を有する組成物。
- 還元能が少なくとも75%である請求項1の組成物。
- 比表面積が少なくとも20m2/gである請求項1または2に記載の組成物。
- Ce/Zr原子比が1.4以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
- さらにセリウム以外のランタン系列元素から選択した他の元素を含有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
- さらに白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、銀及び金から選択した少なくとも一種の貴金属を含有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物を含有する排ガス浄化用触媒。
- 比表面積が15m2/g〜60m2/gである請求項1に記載の組成物。
- セリウム以外のランタン系列元素から選択した他の元素の酸化物を1〜20重量%含有する請求項5に記載の組成物。
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