JP5062060B2 - Catalyst for purifying automobile exhaust gas and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、自動車排ガス浄化用触媒並びにその製造方法に関する。 The present invention relates to an automobile exhaust gas purification catalyst and a method for producing the same.
従来から、自動車の内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等の成分を十分に浄化するために様々な触媒が用いられてきた。このような触媒の一つとして、γ−Al2O3等からなる担体にルテニウム(Ru)を担持させた触媒が知られている。このような触媒の製造方法としては、RuCl3やRu3(CO)12等を含有する溶液を担体に担持した後、これを焼成して担体に貴金属を担持して触媒を得る方法が開示されてきた。 Conventionally, various catalysts have been used to sufficiently purify components such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from automobile internal combustion engines. Has been. As one of such catalysts, a catalyst in which ruthenium (Ru) is supported on a support made of γ-Al 2 O 3 or the like is known. As a method for producing such a catalyst, a method is disclosed in which a solution containing RuCl 3 , Ru 3 (CO) 12 or the like is supported on a carrier and then calcined to carry a noble metal on the carrier to obtain a catalyst. I came.
例えば、1995年発行の「Applied Catalysis A:General,vol.123(非特許文献1)」の145〜159頁においては、KOHを修飾したγ−Al2O3に、ルテニウム前駆体としてのRu3(CO)12又はRuCl3を含有する溶液を接触せしめて乾燥させた後、加熱してRuが担持されたγ−Al2O3からなる触媒を得る方法が開示されている。また、2005年発行の「Applied Catalysis A: General,vol.283(非特許文献2)」の23〜32頁や、2007年発行の「Applied Catalysis A: General,vol.325(非特許文献3)」の57〜67頁においては、Al2O3にRu(NO)(NO3)3又はRuCl3等を含有する水溶液を接触せしめて乾燥させた後、焼成してRuが担持されたAl2O3からなる触媒を得る方法が開示されている。しかしながら、非特許文献1〜3に記載のような従来の触媒の製造方法においては、必ずしも十分な触媒活性を有する触媒を得ることができなかった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、原子状態のルテニウムが十分に高度に分散された状態で担持されており、十分に高度な触媒活性を有する自動車排ガス浄化用触媒並びにその触媒を効率よく確実に製造することが可能な自動車排ガス浄化用触媒の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is used for purifying automobile exhaust gas in which ruthenium in an atomic state is supported in a sufficiently highly dispersed state and has a sufficiently high catalytic activity. It is an object of the present invention to provide a catalyst and a method for producing an automobile exhaust gas purification catalyst capable of efficiently and reliably producing the catalyst.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、担体にルテニウムを担持する際にカルボン酸ルテニウム二核錯体を用いることにより、ルテニウムを原子状態で十分に高度に分散して担持することが可能となり、得られた触媒が十分に高度な触媒活性を有するものとなることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have used a ruthenium carboxylate binuclear complex when supporting ruthenium on a carrier, thereby sufficiently dispersing ruthenium in an atomic state. As a result, it was found that the obtained catalyst had a sufficiently high catalytic activity, and the present invention was completed.
すなわち、本発明の自動車排ガス浄化用触媒は、担体と、カルボン酸ルテニウム二核錯体を用いて前記担体に原子状態で担持されたルテニウムとを備え、且つ、前記ルテニウムの50at%以上がルテニウムの2原子クラスターとして前記担体に担持されていることを特徴とするものである。 That is, the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention comprises a carrier and ruthenium supported in an atomic state on the carrier using a ruthenium carboxylate binuclear complex, and 50 at% or more of the ruthenium is ruthenium 2. It is supported on the carrier as atomic clusters.
また、本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法は、カルボン酸ルテニウム二核錯体を含有するルテニウム含有液を担体に接触せしめ、前記担体に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持し、焼成することにより、前記担体に原子状態でルテニウムを担持して自動車排ガス浄化用触媒を得ることを特徴とする方法である。 Further, in the method for producing an automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention, a ruthenium-containing liquid containing a ruthenium carboxylate binuclear complex is brought into contact with a carrier, and the ruthenium carboxylate binuclear complex is supported on the carrier and calcined. Thus, ruthenium is supported on the carrier in an atomic state to obtain an automobile exhaust gas purification catalyst.
このような本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法においては、前記カルボン酸ルテニウム二核錯体が、下記一般式(1):
Ru2(R−COO)4・Xm n (1)
[式(1)中、Rは炭素数1〜5のアルキル基を示し、Xはカウンターアニオンを示し、mは前記カウンターアニオンのイオン価であって−1〜−4の数値を示し、nは前記mの値に応じて電気的中性原理に従って変化する数値を示す。]
で表される化合物及びその溶媒和物の中から選択される少なくとも1種の錯体であることが好ましい。
In such a method for producing an automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention, the ruthenium carboxylate dinuclear complex has the following general formula (1):
Ru 2 (R-COO) 4 · X m n (1)
[In the formula (1), R represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, X represents a counter anion, m represents an ionic value of the counter anion, and represents a numerical value of −1 to −4, and n represents The numerical value which changes according to the electrical neutral principle according to the value of m is shown. ]
It is preferable that it is at least 1 type of complex selected from the compound represented by these, and its solvate.
更に、上記本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法においては、前記ルテニウム含有液の溶媒がアルコールであることが好ましい。 Furthermore, in the method for producing an automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention, the ruthenium-containing liquid solvent is preferably an alcohol.
なお、本発明の自動車排ガス浄化用触媒及び自動車排ガス浄化用触媒の製造方法によって、上記目的が達成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、従来の触媒の製造方法においては、ルテニウム塩化物等のルテニウムの塩を用いてルテニウムを担体に担持していた。このような従来の触媒の製造方法に用いられてきたルテニウム塩化物等は、担体と静電的な弱い結合を形成するものである。そのため、ルテニウム塩化物等を担体に担持した後に還元処理(焼成)を施すと、担体からルテニウム塩化物等が離れ易く、ルテニウム原子の凝集を十分に抑制できない。そのため、従来の触媒の製造方法においては、還元処理(焼成)により担体上でルテニウムの粒子が粒成長してしまい、ルテニウムを原子状態で十分に分散させて担持することができなかったものと推察される。実際に、例えば、上記非特許文献1においては、Ru3(CO)12から調製した触媒に関して、担体に担持された金属粒子(Ru)は楕円形であること、その金属粒子の平均的な直径が約2nmであること、及び、その金属粒子は約50個のルテニウム原子の凝集体であること等が記載されている。また、上記非特許文献1においては、RuCl3から調製した触媒に関して、担体に担持された金属粒子(Ru)は不均一であること、その粒子サイズに幅があること、金属粒子の凝集体のサイズは10nm以上であること等が記載されている。 The reason why the above object is achieved by the automobile exhaust gas purification catalyst and the method for producing the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. That is, first, in the conventional method for producing a catalyst, ruthenium is supported on a carrier using a ruthenium salt such as ruthenium chloride. Ruthenium chloride or the like that has been used in such a conventional method for producing a catalyst forms a weak electrostatic bond with the carrier. For this reason, when a reduction treatment (calcination) is performed after ruthenium chloride or the like is supported on the carrier, the ruthenium chloride or the like is easily separated from the carrier, and aggregation of ruthenium atoms cannot be sufficiently suppressed. Therefore, in the conventional catalyst manufacturing method, it is assumed that ruthenium particles grow on the support due to the reduction treatment (calcination), and the ruthenium cannot be sufficiently dispersed and supported in an atomic state. Is done. Actually, for example, in Non-Patent Document 1 described above, regarding a catalyst prepared from Ru 3 (CO) 12 , the metal particles (Ru) supported on the support are elliptical, and the average diameter of the metal particles. Is about 2 nm, and that the metal particles are aggregates of about 50 ruthenium atoms. Further, in the above-described Non-Patent Document 1, with respect to catalyst prepared from RuCl 3, it carrier supported metal particles (Ru) are heterogeneous, that there is a range of the particle size, the aggregates of metal particles It is described that the size is 10 nm or more.
これに対して、本発明においては、カルボン酸ルテニウム二核錯体を用いて前記担体にルテニウムを担持している。このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体は、不飽和配位サイトを持っているため担体上の水酸基との間に配位結合を形成することが可能なものである。このような配位結合が形成されると、その強い結合力によって、安定性に優れた状態で錯体が担体に担持される。そして、このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体を担体に担持した後に焼成すると、ルテニウムの凝集を十分に抑制しながら配位子を除去することが可能となる。そのため、このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体を用いることによって、ルテニウムを原子状態で且つ十分に分散された状態で担体に担持することが可能となる。また、本発明においては、カルボン酸ルテニウム二核錯体の構造に応じて、ルテニウムは2原子クラスターとして担持される。このようにルテニウムが2原子クラスターとして担体に担持されているため、得られる触媒の活性点の数は十分なものとなる。また、2原子クラスターとして担持することで、単原子として担持させた場合と比較して質量が2倍となるため担体上でのルテニウム原子の熱安定性が向上し、触媒を繰り返し使用した場合においてもルテニウム原子の不要な凝集が十分に抑制される。このように、本発明の自動車排ガス浄化用触媒においては、ルテニウムが原子状態で且つ十分に分散された状態で安定して担体に担持されているため、十分な量の活性点を有し、優れた触媒活性を十分に発揮できるものと本発明者らは推察する。 In contrast, in the present invention, ruthenium is supported on the carrier using a ruthenium carboxylate binuclear complex. Since such a ruthenium carboxylate binuclear complex has an unsaturated coordination site, it can form a coordination bond with a hydroxyl group on the carrier. When such a coordination bond is formed, the complex is supported on the carrier in a state of excellent stability due to the strong binding force. When such a ruthenium carboxylate dinuclear complex is supported on a carrier and then baked, the ligand can be removed while sufficiently suppressing ruthenium aggregation. Therefore, by using such a ruthenium carboxylate binuclear complex, ruthenium can be supported on the carrier in an atomic state and in a sufficiently dispersed state. In the present invention, ruthenium is supported as a diatomic cluster depending on the structure of the ruthenium carboxylate binuclear complex. Since ruthenium is supported on the carrier as a two-atom cluster as described above, the number of active sites of the obtained catalyst is sufficient. In addition, by supporting as a two-atom cluster, the mass is doubled compared to the case of supporting as a single atom, so that the thermal stability of ruthenium atoms on the support is improved, and the catalyst is used repeatedly. Further, unnecessary aggregation of ruthenium atoms is sufficiently suppressed. Thus, in the catalyst for purification of automobile exhaust gas according to the present invention, ruthenium is stably supported on the carrier in an atomic state and in a sufficiently dispersed state, and therefore has a sufficient amount of active points and is excellent. The present inventors infer that the catalyst activity can be sufficiently exhibited.
本発明によれば、原子状態のルテニウムが十分に高度に分散された状態で担持されており、十分に高度な触媒活性を有する自動車排ガス浄化用触媒並びにその触媒を効率よく確実に製造することが可能な自動車排ガス浄化用触媒の製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, ruthenium in an atomic state is supported in a sufficiently highly dispersed state, and an automobile exhaust gas purification catalyst having a sufficiently high catalytic activity and the catalyst can be produced efficiently and reliably. It is possible to provide a method for producing a possible automobile exhaust gas purification catalyst.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.
先ず、本発明の自動車排ガス浄化用触媒について説明する。すなわち、本発明の自動車排ガス浄化用触媒は、担体と、カルボン酸ルテニウム二核錯体を用いて前記担体に原子状態で担持されたルテニウムとを備え、且つ、前記ルテニウムの50at%以上がルテニウムの2原子クラスターとして前記担体に担持されていることを特徴とするものである。 First, the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention will be described. That is, the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention comprises a carrier and ruthenium supported in an atomic state on the carrier using a ruthenium carboxylate binuclear complex, and 50 at% or more of the ruthenium is ruthenium 2. It is supported on the carrier as atomic clusters.
このような担体としては排ガス浄化用触媒に用いることが可能な担体であればよく特に制限されず、例えば、金属酸化物からなる担体を適宜用いることができる。このような金属酸化物としては、例えば、活性アルミナ、アルミナ−セリア−ジルコニア、セリア−ジルコニア、ジルコニア、ランタン安定化活性アルミナ等が挙げられる。また、このような金属酸化物としては、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)及びバナジウム(V)の酸化物、これらの固溶体、並びにこれらの複合酸化物からなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。また、このような金属酸化物の中でも、より高い触媒活性が得られるという観点から、CeO2、ZrO2、Y2O3、TiO2、Al2O3、これらの固溶体、及びこれらの複合酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含有するものがより好ましい。 Such a carrier is not particularly limited as long as it is a carrier that can be used for an exhaust gas purification catalyst. For example, a carrier made of a metal oxide can be used as appropriate. Examples of such metal oxides include activated alumina, alumina-ceria-zirconia, ceria-zirconia, zirconia, and lanthanum-stabilized activated alumina. Examples of such metal oxides include lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), and gadolinium (Gd). Terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), yttrium (Y), zirconium (Zr), aluminum (Al) And at least one selected from the group consisting of oxides of magnesium (Mg) and vanadium (V), solid solutions thereof, and composite oxides thereof. Among such metal oxides, CeO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , solid solutions thereof, and composite oxides thereof are obtained from the viewpoint that higher catalytic activity can be obtained. What contains at least 1 type selected from the group which consists of a thing is more preferable.
また、このような担体の形状は特に制限されないが、十分な比表面積が得られるという観点から粉末状であることが好ましい。また、このような担体の比表面積は特に制限されないが、より高い触媒活性を得るという観点からは、30m2/g以上であることがより好ましい。 In addition, the shape of such a carrier is not particularly limited, but is preferably a powder from the viewpoint of obtaining a sufficient specific surface area. Further, the specific surface area of such a carrier is not particularly limited, but is more preferably 30 m 2 / g or more from the viewpoint of obtaining higher catalytic activity.
また、前記担体に担持されたルテニウムは、前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を用いて担体に原子状態で担持されたものである。本発明の自動車排ガス浄化用触媒においては、ルテニウムが前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を用いて原子状態で担体に担持されているため、ルテニウム原子の分散性が十分に高度なものとなり、触媒の活性点の数が十分なものとなることから、十分に高度な触媒活性が得られる。このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体は、後述する本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法に用いられるカルボン酸ルテニウム二核錯体と同様のものである。さらに、このようなルテニウムの担持状態(原子状態)は、後述する本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法を採用することにより達成できる。 The ruthenium supported on the carrier is one supported on the carrier in an atomic state using the ruthenium carboxylate dinuclear complex. In the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention, ruthenium is supported on the support in an atomic state using the ruthenium carboxylate binuclear complex, so that the dispersibility of the ruthenium atoms becomes sufficiently high, and the activity of the catalyst Since the number of points is sufficient, a sufficiently high catalytic activity can be obtained. Such a ruthenium carboxylate binuclear complex is the same as the ruthenium carboxylate binuclear complex used in the method for producing the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention described later. Furthermore, such a supported state (atomic state) of ruthenium can be achieved by employing the method for producing a catalyst for purifying automobile exhaust gas according to the present invention described later.
また、本発明においては、前記ルテニウムの50at%以上(より好ましくは70at%)がルテニウムの2原子クラスターとして前記担体に担持されている。ここにいう「2原子クラスター」とは、前駆体であるカルボン酸ルテニウム二核錯体中のRu−Ru結合の結合長とほぼ等しい距離(好ましくは2〜3Åの距離)でルテニウムの2原子が集積している集合体をいう。また、このような2原子クラスターは走査透過電子顕微鏡(STEM)によって観測することにより確認できる。このような2原子クラスターの状態で担持されたルテニウム原子の割合が前記範囲にあると、ルテニウムが十分に分散して担持された状態となるため、触媒の活性点の数が十分なものとなり、高度な触媒活性が得られる。一方、2原子クラスターとして存在するルテニウムの割合が前記下限未満では、十分に高い触媒活性が得られなくなる。このような2原子クラスターとして存在するルテニウム原子の割合(at%)を求める方法としては、自動車排ガス浄化用触媒の担体上の縦12nm、横12nmの任意の領域を、収束レンズに球面収差補正装置を備えた走査透過電子顕微鏡(STEM)により測定し、得られたSTEM像に基づいてその領域中に存在する全ルテニウムの原子数と、2原子クラスターとして存在するルテニウムの原子数とをそれぞれ求め、全ルテニウムの原子数に対する2原子クラスターとして存在する原子数の比を算出することにより求める方法を採用する。なお、前記走査透過電子顕微鏡(STEM)としては、例えば日本電子製の商品名「JEM−2100F」を用いることができる。 In the present invention, 50 at% or more (more preferably 70 at%) of the ruthenium is supported on the support as a ruthenium diatomic cluster. The “two-atom cluster” as used herein refers to the accumulation of two ruthenium atoms at a distance (preferably a distance of 2 to 3 mm) approximately equal to the bond length of the Ru—Ru bond in the precursor ruthenium carboxylate dinuclear complex. It is an aggregate that is doing. Such diatomic clusters can be confirmed by observing with a scanning transmission electron microscope (STEM). When the ratio of ruthenium atoms supported in such a two-atom cluster state is in the above range, ruthenium is sufficiently dispersed and supported, so that the number of active sites of the catalyst is sufficient, High catalytic activity is obtained. On the other hand, if the ratio of ruthenium existing as a diatomic cluster is less than the lower limit, sufficiently high catalytic activity cannot be obtained. As a method for obtaining the ratio (at%) of the ruthenium atoms present as such a two-atom cluster, a spherical aberration correction device using an arbitrary region of 12 nm in the vertical direction and 12 nm in the horizontal direction on the carrier of the automobile exhaust gas purification catalyst as a converging lens. The total number of atoms of ruthenium existing in the region and the number of atoms of ruthenium existing as a two-atom cluster are determined based on the obtained STEM image, respectively, by a scanning transmission electron microscope (STEM) provided with A method of calculating the ratio of the number of atoms existing as a two-atom cluster to the total number of ruthenium atoms is adopted. As the scanning transmission electron microscope (STEM), for example, a trade name “JEM-2100F” manufactured by JEOL Ltd. can be used.
さらに、このようなルテニウムの担持量としては特に制限されないが、担体とルテニウムとの総量に対して0.005〜5.000質量%であることが好ましく、0.008〜0.300質量%であることがより好ましい。このような担持量が前記下限未満では、十分な触媒活性を得ることが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、性能が飽和する傾向にある。 Further, the amount of ruthenium supported is not particularly limited, but is preferably 0.005 to 5.000% by mass with respect to the total amount of the carrier and ruthenium, and 0.008 to 0.300% by mass. More preferably. If the amount is less than the lower limit, it tends to be difficult to obtain sufficient catalytic activity, and if it exceeds the upper limit, the performance tends to be saturated.
また、本発明の自動車排ガス浄化用触媒は、前記担体と、前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を用いて担体に原子状態で担持されたルテニウムとを備えていればよく、その形態は特に制限されず、例えば、前記触媒を基材に担持したハニカム形状のモノリス触媒や、ペレット形状のペレット触媒の形態等としてもよい。ここで用いられる基材も特に制限されず、パティキュレートフィルタ基材(DPF基材)、モノリス状基材、ペレット状基材、プレート状基材等が好適に採用することができる。また、このような基材の材質も特に制限されないが、コーディエライト、炭化ケイ素、ムライト等のセラミックスからなる基材や、クロム及びアルミニウムを含むステンレススチール等の金属からなる基材を好適に採用することができる。また、このような基材に前記触媒を担持する方法も特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。なお、このような自動車排ガス浄化用触媒においては、本発明の効果を損なわない範囲で排ガス浄化用触媒に用いることが可能な他の成分(例えばNOx吸蔵材等)を適宜担持してもよい。また、本発明の自動車排ガス浄化用触媒は、後述する本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法を採用することにより製造することができる。 Further, the automobile exhaust gas purifying catalyst of the present invention may be provided with the carrier and ruthenium supported in an atomic state on the carrier using the ruthenium carboxylate binuclear complex, and the form is not particularly limited. For example, it may be in the form of a honeycomb-shaped monolith catalyst in which the catalyst is supported on a base material, a pellet-shaped pellet catalyst, or the like. The base material used here is not particularly limited, and a particulate filter base material (DPF base material), a monolithic base material, a pellet base material, a plate base material, and the like can be suitably employed. Also, the material of such a base material is not particularly limited, but a base material made of a ceramic such as cordierite, silicon carbide, mullite, or a base material made of a metal such as stainless steel including chrome and aluminum is preferably used. can do. Further, the method for supporting the catalyst on such a substrate is not particularly limited, and a known method can be appropriately employed. In addition, in such an automobile exhaust gas purification catalyst, other components (for example, NOx occlusion material) that can be used for the exhaust gas purification catalyst may be appropriately supported as long as the effects of the present invention are not impaired. Moreover, the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention can be manufactured by employing the method for manufacturing the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention described later.
次に、上記本発明の自動車排ガス浄化用触媒を好適に製造することが可能な本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法について説明する。すなわち、本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法は、カルボン酸ルテニウム二核錯体を含有するルテニウム含有液を担体に接触せしめ、前記担体に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持し、焼成することにより、前記担体に原子状態でルテニウムを担持して自動車排ガス浄化用触媒を得ることを特徴とする方法である。 Next, a method for producing the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention capable of suitably producing the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention will be described. That is, in the method for producing an automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention, a ruthenium-containing liquid containing a ruthenium carboxylate binuclear complex is brought into contact with a carrier, the ruthenium carboxylate binuclear complex is supported on the carrier, and calcined. Thus, ruthenium is supported on the carrier in an atomic state to obtain an automobile exhaust gas purification catalyst.
このようなルテニウム含有液は、カルボン酸ルテニウム二核錯体を含有するものである。このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体は、核としての2つのルテニウム原子にカルボキシル基を含む架橋型配位子が配位した二核の錯体である。このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体を用いることで、錯体と担体との間で配位結合を形成させることが可能となり、熱安定性が十分に高い状態で前記錯体を担体に担持させることが可能となるとともに、前記錯体を担持した担体を焼成することによりルテニウムを2原子クラスターとして担体に担持することが可能となる。 Such a ruthenium-containing liquid contains a ruthenium carboxylate dinuclear complex. Such a ruthenium carboxylate binuclear complex is a binuclear complex in which a bridged ligand containing a carboxyl group is coordinated to two ruthenium atoms as a nucleus. By using such a ruthenium carboxylate binuclear complex, it becomes possible to form a coordinate bond between the complex and the carrier, and the carrier can be supported on the carrier with sufficiently high thermal stability. In addition, it is possible to carry ruthenium as a two-atom cluster on the carrier by firing the carrier carrying the complex.
また、このようなカルボキシル基を含む架橋型配位子としては、一般式(i):
R1−COO (i)
[式中、R1はアルキル基を示す。]
で表される架橋型配位子が挙げられる。このような式(i)中のアルキル基としては炭素数が1〜5のものが好ましく、1〜3のものがより好ましい。このようなアルキル基の炭素数が前記上限を超えると、溶解度が不十分となり、担持効率が低下する傾向にある。
Moreover, as a bridge | crosslinking type ligand containing such a carboxyl group, general formula (i):
R 1 -COO (i)
[Wherein R 1 represents an alkyl group. ]
The bridge | crosslinking type ligand represented by these is mentioned. Such an alkyl group in formula (i) preferably has 1 to 5 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms. When the carbon number of such an alkyl group exceeds the upper limit, the solubility becomes insufficient and the supporting efficiency tends to decrease.
また、このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体としては、下記一般式(1):
Ru2(R−COO)4・Xm n (1)
[式(1)中、Rは炭素数1〜5(より好ましくは1〜3)のアルキル基を示し、Xはカウンターアニオンを示し、mは前記カウンターアニオンのイオン価であって−1〜−4の数値を示し、nは前記mの値に応じて電気的中性原理に従って変化する数値を示す。]
で表される化合物及びその溶媒和物の中から選択される少なくとも1種の錯体が好ましい。
Moreover, as such a ruthenium carboxylate binuclear complex, the following general formula (1):
Ru 2 (R-COO) 4 · X m n (1)
[In the formula (1), R represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms (more preferably 1 to 3), X represents a counter anion, m represents an ionic value of the counter anion, and 4 represents a numerical value, and n represents a numerical value that varies according to the electrical neutral principle according to the value of m. ]
And at least one complex selected from the compounds represented by formula (I) and solvates thereof are preferred.
このような式(i)及び(1)中においてR1又はRで表されるアルキル基は、直鎖状のものであっても分岐鎖状のものであってもよく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。また、前記アルキル基は置換基を有していてもよい。このような置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アシル基、アルデヒド基、カルボニル基、アミノ基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、チオール基、スルホ基、ニトロ基及びそれらの誘導体が挙げられる。また、このような置換基を有するアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、トリブロモメチル基、ジシアノメチル基、ジフルオロメチル基、ジブロモメチル基等が挙げられる。 In such formulas (i) and (1), the alkyl group represented by R 1 or R may be linear or branched, and may be a methyl group or an ethyl group. Propyl group, isopropyl group, butyl group, tert-butyl group, pentyl group and the like. The alkyl group may have a substituent. Such substituents include halogen atoms, hydroxyl groups, acyl groups, aldehyde groups, carbonyl groups, amino groups, imino groups, cyano groups, azo groups, azi groups, thiol groups, sulfo groups, nitro groups, and derivatives thereof. Is mentioned. Examples of the alkyl group having such a substituent include a trifluoromethyl group, a tribromomethyl group, a dicyanomethyl group, a difluoromethyl group, and a dibromomethyl group.
また、このような式(1)中においてXで表されるカウンターアニオンとしては特に制限されないが、−1の電荷を持つ(1価の負電荷を有する)ものが好ましく、例えば、BF4 −、PO4 −、SbCl6 −、FeCl4 −、AlCl4 −、PF6 −、F−、Cl−、Br−、I−等が挙げられる。また、前記式(1)中のmは前記カウンターアニオンのイオン価であって−1〜−4の数値を示す。また、前記式(1)中のnは前記mの値に応じて電気的中性原理に従って変化する数値を示であって前記カルボン酸ルテニウム二核錯体中のカウンターアニオンの数を示し、例えば、カウンターアニオンのイオン価が−1の場合において、ルテニウムの酸化数が便宜上+3の場合には2を示し、ルテニウムの酸化数が便宜上+2.5の場合には1を示し、ルテニウムの酸化数が+2の場合には0を示す。すなわち、ルテニウムの酸化数が+2の場合には前記カウンターアニオンは存在しない。 Further, the counter anion represented by X in the formula (1) is not particularly limited, but those having a charge of -1 (having a monovalent negative charge) are preferable, for example, BF 4 − , PO 4 − , SbCl 6 − , FeCl 4 − , AlCl 4 − , PF 6 − , F − , Cl − , Br − , I − and the like can be mentioned. Moreover, m in the said Formula (1) is an ionic value of the said counter anion, and shows the numerical value of -1 to -4. Further, n in the formula (1) indicates a numerical value that changes according to the electric neutral principle according to the value of m, and indicates the number of counter anions in the ruthenium carboxylate dinuclear complex. In the case where the ionic value of the counter anion is -1, when the ruthenium oxidation number is +3 for convenience, 2 is indicated, and when the ruthenium oxidation number is +2.5 for convenience, 1 is indicated, and the ruthenium oxidation number is +2 In this case, 0 is indicated. That is, when the ruthenium oxidation number is +2, the counter anion does not exist.
また、前記一般式(1)で表される化合物の溶媒和物は、前記一般式(1)で表されるカルボン酸ルテニウム二核錯体の製造時、保存時、使用時等に用いられた溶媒により溶媒和されたものである。このような溶媒和物中の溶媒和分子としては特に制限されず、製造時、保存時、使用時等に用いた溶媒の種類に応じたH2O、(CH3)2O、CH3OH等の各種分子が挙げられる。また、このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体の溶媒和物としては、下記一般式(2):
[Ru2(R−COO)4(solv)l]・Xm n
[式中、R、X、m、nは上記式(1)中のR、X、m、nと同義であり、solvは溶媒分子を示し、lは0〜2のうちのいずれかの整数を示す。]
で表されるものが好ましい。
The solvate of the compound represented by the general formula (1) is a solvent used at the time of production, storage, use, etc. of the ruthenium carboxylate dinuclear complex represented by the general formula (1). Is solvated. The solvated molecule in such a solvate is not particularly limited, and H 2 O, (CH 3 ) 2 O, CH 3 OH depending on the type of solvent used during production, storage, use, etc. And various molecules. Moreover, as a solvate of such a ruthenium carboxylate binuclear complex, the following general formula (2):
[Ru 2 (R-COO) 4 (solv) l] · X m n
[Wherein, R, X, m, and n have the same meanings as R, X, m, and n in formula (1), solv represents a solvent molecule, and l is an integer from 0 to 2. Indicates. ]
The thing represented by these is preferable.
また、このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体及びその溶媒和物の合成方法は特に制限されず、公知の方法を適宜採用できる。さらに、このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体としては市販のものを用いてもよい。 Moreover, the synthesis | combining method in particular of such a ruthenium carboxylate binuclear complex and its solvate is not restrict | limited, A well-known method is employable suitably. Further, as such a ruthenium carboxylate dinuclear complex, a commercially available product may be used.
また、また、前記ルテニウム含有液の溶媒としては特に制限されず、カルボン酸ルテニウム二核錯体を溶解させることが可能な水や有機溶媒等を適宜用いることができる。このようなルテニウム含有液の溶媒としては、溶媒中の錯体の安定度の観点から、有機溶媒を用いることが好ましく、アルコール及びアセトンからなる群から選択される少なくとも1種の有機溶媒を用いることがより好ましく、中でも、溶解度の観点から、アルコールを用いることが特に好ましい。また、このようなアルコールとしては、炭素数が1〜3のアルコールがより好ましい。このようなアルコールの炭素数が前記上限を超えると溶解度の低下や、粘度が高くなることで分散性が低下し、均一な担持ができなくなる傾向にある。また、このようなアルコールの中でも、より高い触媒活性を有する触媒が得られるという観点から、メタノールを用いることが特に好ましい。 Moreover, the solvent for the ruthenium-containing liquid is not particularly limited, and water, an organic solvent, or the like that can dissolve the ruthenium carboxylate dinuclear complex can be appropriately used. As the solvent of such a ruthenium-containing liquid, an organic solvent is preferably used from the viewpoint of the stability of the complex in the solvent, and at least one organic solvent selected from the group consisting of alcohol and acetone is used. More preferably, among these, alcohol is particularly preferable from the viewpoint of solubility. Moreover, as such alcohol, C1-C3 alcohol is more preferable. When the carbon number of such alcohol exceeds the upper limit, the solubility is lowered and the viscosity is increased, so that dispersibility is lowered and uniform support tends to be impossible. Among these alcohols, methanol is particularly preferable from the viewpoint that a catalyst having higher catalytic activity can be obtained.
さらに、このようなルテニウム含有液中のルテニウム(金属)の含有比率としては特に制限されないが、金属換算で0.0001〜1質量%となるようにすることが好ましい。このようなルテニウムの含有比率が前記下限未満では、担体にカルボン酸ルテニウム二核錯体を効率よく担持することが困難となり、また性能が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、選択吸着されにくく、カルボン酸ルテニウム二核錯体を均一に担持することが困難となる傾向にある。なお、このようなルテニウム含有液の調製方法は特に制限されず、例えば、前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を前記溶媒中に溶解することが可能な公知の方法を適宜採用することができる。 Furthermore, the content ratio of ruthenium (metal) in such a ruthenium-containing liquid is not particularly limited, but is preferably 0.0001 to 1% by mass in terms of metal. When the content ratio of ruthenium is less than the lower limit, it is difficult to efficiently support the ruthenium carboxylate dinuclear complex on the support, and the performance tends to be insufficient.On the other hand, when the upper limit is exceeded, It is difficult to selectively adsorb, and it tends to be difficult to uniformly support the ruthenium carboxylate dinuclear complex. In addition, the preparation method in particular of such a ruthenium containing liquid is not restrict | limited, For example, the well-known method which can melt | dissolve the said ruthenium carboxylate binuclear complex in the said solvent is employable suitably.
また、本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法に用いる担体は、上記本発明の自動車排ガス浄化用触媒において説明した担体と同様のものである。 The carrier used in the method for producing the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention is the same as the carrier described in the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention.
さらに、前記ルテニウム含有液を前記担体に接触せしめ、前記担体に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持する方法としては特に制限されず、前記担体に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持させることが可能な公知の方法を適宜採用することができ、例えば、前記ルテニウム含有液中に前記担体を浸漬することにより前記担体に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持する方法を採用してもよい。また、前記ルテニウム含有液中に前記担体を浸漬することにより前記担体の表面に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持する場合には、1〜10atmの圧力、0℃以上で且つ前記ルテニウム含有液の溶媒の沸点以下(より好ましくは室温程度)の温度の条件下で0.5〜24時間程度撹拌することが好ましい。前記担体の表面に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持する際の圧力や温度の条件が前記下限未満では担持効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると余剰な撹拌を続けることにより製造コストが増加する傾向にある。 Further, the method for bringing the ruthenium-containing liquid into contact with the carrier and supporting the ruthenium carboxylate dinuclear complex on the carrier is not particularly limited, and the carrier can carry the ruthenium carboxylate binuclear complex. Such a known method can be appropriately employed. For example, a method of supporting the ruthenium carboxylate binuclear complex on the carrier by immersing the carrier in the ruthenium-containing liquid may be employed. Further, when the ruthenium carboxylate binuclear complex is supported on the surface of the carrier by immersing the carrier in the ruthenium-containing liquid, the pressure of 1 to 10 atm, 0 ° C. or higher, and the ruthenium-containing liquid It is preferable to stir for about 0.5 to 24 hours under the condition of the temperature below the boiling point of the solvent (more preferably about room temperature). If the pressure and temperature conditions for supporting the ruthenium carboxylate dinuclear complex on the surface of the support are less than the lower limit, the supporting efficiency tends to decrease, while if the upper limit is exceeded, excessive stirring is continued. Manufacturing costs tend to increase.
また、前記担体に前記カルボン酸ルテニウム二核錯体を担持した後に焼成する方法としては、200〜600℃(更に好ましくは300〜500℃)の温度条件で1〜5時間程度焼成する方法を採用することが好ましい。このような焼成温度及び時間が前記下限未満では、配位子を効率よく且つ十分に除去することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、担体にルテニウムを担持させる際にルテニウム原子が凝集し易くなる傾向にある。 Moreover, as a method of baking after carrying | supporting the said ruthenium carboxylate binuclear complex on the said support | carrier, the method of baking for about 1 to 5 hours by the temperature conditions of 200-600 degreeC (more preferably 300-500 degreeC) is employ | adopted. It is preferable. When the firing temperature and time are less than the lower limit, it tends to be difficult to efficiently and sufficiently remove the ligand. On the other hand, when the upper limit is exceeded, ruthenium is supported when ruthenium is supported on the support. The atoms tend to aggregate.
なお、このような本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法によれば、ルテニウムを原子状態で且つ十分に高度に分散された状態で担体に担持することが可能である。このようにルテニウムを原子状態で且つ十分に高度に分散された状態で担持することが可能となる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、先ず、前記ルテニウム含有液を前記担体に接触せしめると、カルボン酸ルテニウム二核錯体の配位サイトが担体上の水酸基と配位結合を形成する。そのため、カルボン酸ルテニウム二核錯体は十分に強い結合力で担体に担持される。また、このようにしてカルボン酸ルテニウム二核錯体が担体に担持されると、各錯体中の核は配位子の存在によりそれぞれ離間した状態で担体上に配置され、担体表面上に各錯体の核が島状に分散されて配置された状態が形成される。次いで、このようなカルボン酸ルテニウム二核錯体を担持した担体を焼成すると、担体と錯体との結合の熱安定性が高いため、錯体の核にある原子(ルテニウム原子)の凝集が十分に防止されつつ配位子が除去されていくため、ルテニウム原子は島状に分散された状態を十分に維持しながら担体に担持される。このようにして担体にルテニウムが担持されるため、ルテニウムが原子状態で且つ用いた錯体の核に含有されているルテニウム原子の数に応じて2原子クラスターの状態で担体に担持される。従って、本発明の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法によれば、ルテニウム原子を十分に分散された状態で担持させることが可能となるものと推察される。 In addition, according to the manufacturing method of the automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention, it is possible to support ruthenium on the carrier in an atomic state and in a sufficiently highly dispersed state. The reason why it is possible to carry ruthenium in an atomic state and in a sufficiently highly dispersed state is not necessarily clear, but the present inventors infer as follows. That is, first, when the ruthenium-containing liquid is brought into contact with the carrier, the coordination site of the ruthenium carboxylate binuclear complex forms a coordinate bond with the hydroxyl group on the carrier. Therefore, the ruthenium carboxylate binuclear complex is supported on the carrier with a sufficiently strong binding force. Further, when the ruthenium carboxylate binuclear complex is supported on the carrier in this way, the nuclei in each complex are arranged on the carrier in a state of being separated from each other due to the presence of the ligand, and each complex on the carrier surface. A state in which nuclei are dispersed and arranged in an island shape is formed. Next, when a carrier carrying such a ruthenium carboxylate binuclear complex is calcined, the thermal stability of the bond between the carrier and the complex is high, so that aggregation of atoms (ruthenium atoms) in the nucleus of the complex is sufficiently prevented. However, since the ligand is removed, the ruthenium atoms are supported on the support while maintaining the state of being dispersed in an island shape. Since ruthenium is supported on the support in this way, ruthenium is supported on the support in the atomic state and in the form of a two-atom cluster depending on the number of ruthenium atoms contained in the nucleus of the complex used. Therefore, according to the method for producing a catalyst for purification of automobile exhaust gas of the present invention, it is presumed that ruthenium atoms can be supported in a sufficiently dispersed state.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
(実施例1)
先ず、酢酸ルテニウム二核錯体([Ru2(CH3CO2)4(H2O)2]・BF4:83.9mg)をメタノール(1000mL)に溶解させてルテニウム含有液を調製した。次に、前記ルテニウム含有液中にγ−アルミナ(住友化学社製の商品名「AKP−G0−01」:10.0g)を加えて混合物を得た。次いで、前記混合物を30℃の温度条件下において12時間撹拌した後、蒸発乾固せしめ、得られた固形物を大気中、300℃の温度条件で3時間焼成し、自動車排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた触媒中のルテニウムの担持量は0.3質量%であった。
Example 1
First, a ruthenium acetate dinuclear complex ([Ru 2 (CH 3 CO 2 ) 4 (H 2 O) 2 ] · BF 4 : 83.9 mg) was dissolved in methanol (1000 mL) to prepare a ruthenium-containing liquid. Next, γ-alumina (trade name “AKP-G0-01” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd .: 10.0 g) was added to the ruthenium-containing liquid to obtain a mixture. Next, the mixture was stirred for 12 hours under a temperature condition of 30 ° C., and then evaporated to dryness. The obtained solid was calcined in the atmosphere at a temperature condition of 300 ° C. for 3 hours to obtain an automobile exhaust gas purification catalyst. It was. The supported amount of ruthenium in the obtained catalyst was 0.3% by mass.
(実施例2)
先ず、酢酸ルテニウム二核錯体([Ru2(CH3CO2)4(H2O)2]・BF4:83.9mg)をアセトン(1000mL)に溶解させてルテニウム含有液を調製した。次に、前記ルテニウム含有液中にγ−アルミナ(住友化学社製の商品名「AKP−G0−01」:10.0g)を加えて混合物を得た。次いで、前記混合物を30℃の温度条件下において12時間撹拌した後、蒸発乾固せしめ、得られた固形物を大気中、300℃の温度条件で3時間焼成し、自動車排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた触媒中のルテニウムの担持量は0.3質量%であった。
(Example 2)
First, a ruthenium acetate dinuclear complex ([Ru 2 (CH 3 CO 2 ) 4 (H 2 O) 2 ] · BF 4 : 83.9 mg) was dissolved in acetone (1000 mL) to prepare a ruthenium-containing liquid. Next, γ-alumina (trade name “AKP-G0-01” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd .: 10.0 g) was added to the ruthenium-containing liquid to obtain a mixture. Next, the mixture was stirred for 12 hours under a temperature condition of 30 ° C., and then evaporated to dryness. The obtained solid was calcined in the atmosphere at a temperature condition of 300 ° C. for 3 hours to obtain an automobile exhaust gas purification catalyst. It was. The supported amount of ruthenium in the obtained catalyst was 0.3% by mass.
(実施例3)
先ず、酢酸ルテニウム二核錯体([Ru2(CH3CO2)4(H2O)2]・BF4:83.9mg)をイオン交換水(1000mL)に溶解させてルテニウム含有液を調製した。次に、前記ルテニウム含有液中にγ−アルミナ(住友化学社製の商品名「AKP−G0−01」:10.0g)を加えて混合物を得た。次いで、前記混合物を30℃の温度条件下において12時間撹拌した後、蒸発乾固せしめ、得られた固形物を大気中、300℃の温度条件で3時間焼成し、自動車排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた触媒中のルテニウムの担持量は0.3質量%であった。
(Example 3)
First, a ruthenium acetate dinuclear complex ([Ru 2 (CH 3 CO 2 ) 4 (H 2 O) 2 ] · BF 4 : 83.9 mg) was dissolved in ion-exchanged water (1000 mL) to prepare a ruthenium-containing liquid. . Next, γ-alumina (trade name “AKP-G0-01” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd .: 10.0 g) was added to the ruthenium-containing liquid to obtain a mixture. Next, the mixture was stirred for 12 hours under a temperature condition of 30 ° C., and then evaporated to dryness. The obtained solid was calcined in the atmosphere at a temperature condition of 300 ° C. for 3 hours to obtain an automobile exhaust gas purification catalyst. It was. The supported amount of ruthenium in the obtained catalyst was 0.3% by mass.
(比較例1)
先ず、ルテニウムアンミン水酸塩溶液(田中貴金属社製,Lot# 9911−4273:Ru濃度0.647wt%,Ru重量5.00g/800ml,4.64mg)をイオン交換水(1000mL)に溶解させてルテニウム溶解液を調製した。次に、前記ルテニウム溶解液中にγ−アルミナ(住友化学社製の商品名「AKP−G0−01」:10.0g)を加えて混合物を得た。次いで、前記混合物を30℃の温度条件下において12時間撹拌した後、蒸発乾固せしめ、得られた固形物を大気中、300℃の温度条件で3時間焼成し、比較のための自動車排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた触媒中のルテニウムの担持量は0.3質量%であった。
(Comparative Example 1)
First, a ruthenium ammine hydrochloride solution (manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., Lot # 9911-4273: Ru concentration 0.647 wt%, Ru weight 5.00 g / 800 ml, 4.64 mg) was dissolved in ion-exchanged water (1000 mL). A ruthenium solution was prepared. Next, γ-alumina (trade name “AKP-G0-01” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd .: 10.0 g) was added to the ruthenium solution to obtain a mixture. Next, the mixture was stirred for 12 hours under a temperature condition of 30 ° C. and then evaporated to dryness. The obtained solid was calcined in the atmosphere at a temperature condition of 300 ° C. for 3 hours, and the exhaust gas purification for comparison was performed. A catalyst was obtained. The supported amount of ruthenium in the obtained catalyst was 0.3% by mass.
(比較例2)
Ru(III) nitrosyl nitrate,solution in dilute nitric acid RuHN4O10 (Aldrich,373567−25ML:2.00g)をイオン交換水(1000mL)に溶解させてルテニウム溶解液を調製した。次に、前記ルテニウム溶解液中にγ−アルミナ(住友化学社製の商品名「AKP−G0−01」:10.0g)を加えて混合物を得た。次いで、前記混合物を30℃の温度条件下において12時間撹拌した後、蒸発乾固せしめ、得られた固形物を大気中、300℃の温度条件で3時間焼成し、比較のための自動車排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた触媒中のルテニウムの担持量は0.3質量%であった。
(Comparative Example 2)
Ru (III) nitrosyl nitrate, solution in dilute nitric acid RuHN 4 O 10 (Aldrich, 373567-25ML: 2.00 g) was dissolved in ion exchange water (1000 mL) to prepare a ruthenium solution. Next, γ-alumina (trade name “AKP-G0-01” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd .: 10.0 g) was added to the ruthenium solution to obtain a mixture. Next, the mixture was stirred for 12 hours under a temperature condition of 30 ° C. and then evaporated to dryness. The obtained solid was calcined in the atmosphere at a temperature condition of 300 ° C. for 3 hours, and the exhaust gas purification for comparison was performed. A catalyst was obtained. The supported amount of ruthenium in the obtained catalyst was 0.3% by mass.
(比較例3)
塩化ルテニウムRuCl3(東京化成工業株式会社製の商品名「R0074」:61.6mg)をアセトン(1000mL)に溶解させてルテニウム溶解液を調製した。次に、前記ルテニウム溶解液中にγ−アルミナ(住友化学社製の商品名「AKP−G0−01」:10.0g)を加えて混合物を得た。次いで、前記混合物を30℃の温度条件下において12時間撹拌した後、蒸発乾固せしめ、得られた固形物を大気中、300℃の温度条件で3時間焼成し、比較のための自動車排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた触媒中のルテニウムの担持量は0.3質量%であった。
(Comparative Example 3)
Ruthenium chloride RuCl 3 (trade name “R0074” manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd .: 61.6 mg) was dissolved in acetone (1000 mL) to prepare a ruthenium solution. Next, γ-alumina (trade name “AKP-G0-01” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd .: 10.0 g) was added to the ruthenium solution to obtain a mixture. Next, the mixture was stirred for 12 hours under a temperature condition of 30 ° C. and then evaporated to dryness. The obtained solid was calcined in the atmosphere at a temperature condition of 300 ° C. for 3 hours, and the exhaust gas purification for comparison was performed. A catalyst was obtained. The supported amount of ruthenium in the obtained catalyst was 0.3% by mass.
[実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた自動車排ガス浄化用触媒等の特性評価]
<実施例1〜3で調整されたルテニウム含有液のESIMS測定>
実施例1〜3で調整されたルテニウム含有液に対して、測定装置としてQ−TOF(Micromass製)を用いて、それぞれESIMS測定を行った。このようなESIMS測定により得られた各ルテニウム含有液のマススペクトルのグラフを、それぞれ図1(実施例1)、図2(実施例2)、図3(実施例3)に示す。なお、このようなESIMS測定の測定条件を以下に示す。
〈測定条件〉
イオン化法:エレクトロスプレーイオン化法
イオン化モード:正イオンモード
キャピラリー電圧:3200V
コーン電圧:40V
脱溶媒温度:120℃
図1〜3に示す結果からも明らかなように、実施例1〜3で調整されたルテニウム含有液中においては、ルテニウムの二核錯体が溶解していることが確認された。
[Characteristic evaluation of automobile exhaust gas purification catalysts and the like obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3]
<ESIMS measurement of ruthenium-containing liquid prepared in Examples 1 to 3>
With respect to the ruthenium-containing liquids prepared in Examples 1 to 3, ESIMS measurement was performed using Q-TOF (manufactured by Micromass) as a measuring device. Graphs of mass spectra of the respective ruthenium-containing liquids obtained by such ESIMS measurement are shown in FIG. 1 (Example 1), FIG. 2 (Example 2), and FIG. 3 (Example 3), respectively. The measurement conditions for such ESIMS measurement are shown below.
<Measurement condition>
Ionization method: Electrospray ionization method Ionization mode: Positive ion mode Capillary voltage: 3200V
Cone voltage: 40V
Desolvation temperature: 120 ° C
As is apparent from the results shown in FIGS. 1 to 3, it was confirmed that the ruthenium binuclear complex was dissolved in the ruthenium-containing liquid prepared in Examples 1 to 3.
<自動車排ガス浄化用触媒の走査透過型電子顕微鏡による測定>
実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた自動車排ガス浄化用触媒の粉末の縦12nm、横12nmの領域を、それぞれ走査透過型電子顕微鏡(STEM:日本電子製の商品名「JEM−2100F」)により観測した。このような測定の結果、実施例1〜3で得られた自動車排ガス浄化用触媒においては、2原子クラスターとして担持されているルテニウム原子の割合がγ−アルミナに担持された全ルテニウム原子に対して50at%以上であることが確認された。これに対して、比較例1〜3で得られた自動車排ガス浄化用触媒においては、2原子クラスターとして担持されているルテニウム原子の割合がγ−アルミナに担持された全ルテニウム原子に対して50at%未満であることが確認された。
<Measurement of automobile exhaust gas purification catalyst by scanning transmission electron microscope>
The regions of 12 nm in length and 12 nm in width of the powders of automobile exhaust gas purification catalysts obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were scanned and transmitted with an electron microscope (STEM: trade name “JEM- 2100F "). As a result of such measurement, in the automobile exhaust gas purification catalysts obtained in Examples 1 to 3, the ratio of ruthenium atoms supported as diatomic clusters is based on the total ruthenium atoms supported on γ-alumina. It was confirmed that it was 50 at% or more. On the other hand, in the automobile exhaust gas purification catalysts obtained in Comparative Examples 1 to 3, the ratio of ruthenium atoms supported as diatomic clusters was 50 at% with respect to all ruthenium atoms supported on γ-alumina. It was confirmed that it was less than.
<自動車排ガス浄化用触媒の触媒活性の評価>
実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた自動車排ガス浄化用触媒の粉末0.5gをそれぞれ用い、各粉末をそれぞれ冷間静水圧法(CIP:1000kg/cm2)により1分間成形した後、直径0.5〜1mmのペレット状に粉砕することにより、触媒活性試験用の試料をそれぞれ調製した。次に、得られた試料を固定床流通式評価装置にそれぞれ設置し、下記表1に示す排気モデルガスを、300℃の温度条件下、3.5L/分の流量で15分間供給した(前処理)。その後、各試料の温度が100℃になるまで冷却した後、前記排気モデルガスを3.5L/分の流量で供給しながら15℃/分の昇温速度で100℃から300℃まで加熱していき、供給された排気モデルガス中のC3H6の浄化率が50%に到達する温度(50%浄化温度:以下、「T50」と表す。)を測定した。結果を図4に示す。
<Evaluation of catalytic activity of automobile exhaust gas purification catalyst>
Using 0.5 g of automobile exhaust gas purification catalyst powder obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, each powder was molded by a cold isostatic pressure method (CIP: 1000 kg / cm 2 ) for 1 minute. Then, each sample for a catalytic activity test was prepared by pulverizing into pellets having a diameter of 0.5 to 1 mm. Next, each of the obtained samples was installed in a fixed-bed flow evaluation device, and the exhaust model gas shown in Table 1 below was supplied at a flow rate of 3.5 L / min for 15 minutes under a temperature condition of 300 ° C. processing). Then, after cooling until the temperature of each sample reaches 100 ° C., the exhaust model gas is heated from 100 ° C. to 300 ° C. at a temperature rising rate of 15 ° C./min while supplying the exhaust model gas at a flow rate of 3.5 L / min. The temperature at which the purification rate of C 3 H 6 in the supplied exhaust model gas reaches 50% (50% purification temperature: hereinafter referred to as “T50”) was measured. The results are shown in FIG.
図4に示す結果からも明らかなように、本発明の自動車排ガス浄化用触媒(実施例1〜3)は、比較のための自動車排ガス浄化用触媒(比較例1〜3)よりもT50が低い温度となっており、優れた触媒活性を有することが確認された。また、ルテニウム含有液の溶媒としてアルコールを用いた場合(実施例1)においてはT50が特に低い温度となっていることが確認され、前記溶媒としてアルコールを用いることによって、より高度な触媒活性を有する触媒が得られることが分かった。 As is clear from the results shown in FIG. 4, the automobile exhaust gas purification catalyst (Examples 1 to 3) of the present invention has a lower T50 than the automobile exhaust gas purification catalyst (Comparative Examples 1 to 3) for comparison. It was confirmed that the temperature was excellent and the catalyst activity was excellent. In addition, when alcohol was used as the solvent for the ruthenium-containing liquid (Example 1), it was confirmed that T50 was at a particularly low temperature. By using alcohol as the solvent, the catalyst has higher catalytic activity. It was found that a catalyst was obtained.
以上説明したように、本発明によれば、原子状態のルテニウムが十分に高度に分散された状態で担持されており、十分に高度な触媒活性を有する自動車排ガス浄化用触媒並びにその触媒を効率よく確実に製造することが可能な自動車排ガス浄化用触媒の製造方法を提供することが可能となる。このような本発明の自動車排ガス浄化用触媒は、自動車から排出される排ガスを浄化するために用いる三元触媒等として利用することが可能である。 As described above, according to the present invention, ruthenium in an atomic state is supported in a sufficiently dispersed state, and the catalyst for purifying automobile exhaust gas having a sufficiently high catalytic activity and the catalyst are efficiently produced. It is possible to provide a method for producing a catalyst for purifying automobile exhaust gas that can be reliably produced. Such an automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention can be used as a three-way catalyst or the like used to purify exhaust gas discharged from an automobile.
Claims (4)
Ru2(R−COO)4・Xm n (1)
[式(1)中、Rは炭素数1〜5のアルキル基を示し、Xはカウンターアニオンを示し、mは前記カウンターアニオンのイオン価であって−1〜−4の数値を示し、nは前記mの値に応じて電気的中性原理に従って変化する数値を示す。]
で表される化合物及びその溶媒和物の中から選択される少なくとも1種の錯体であることを特徴とする請求項2に記載の自動車排ガス浄化用触媒の製造方法。 The ruthenium carboxylate dinuclear complex has the following general formula (1):
Ru 2 (R-COO) 4 · X m n (1)
[In the formula (1), R represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, X represents a counter anion, m represents an ionic value of the counter anion, and represents a numerical value of −1 to −4, and n represents The numerical value which changes according to the electrical neutral principle according to the value of m is shown. ]
The method for producing a catalyst for purifying automobile exhaust gas according to claim 2, wherein the compound is a compound selected from the group consisting of:
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