JP5548548B2 - 金属粒子担持触媒の製造方法、金属粒子担持触媒及び反応方法。 - Google Patents
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Description
[1]イオン交換体を含む担体物質を溶媒に分散させた第1の懸濁液に、次の(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンを、担体物質100質量部に対して金属元素換算で0.1〜100質量部の割合で添加し、該金属イオンを担体物質に担持し、懸濁液Aを調製する工程。
(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン
[2]前記工程[1]に続いて、前記担体物質に担持されなかった金属イオンを取り除くために、前記懸濁液Aを固液分離処理し、得られた固体相を再度溶媒に分散させて第2の懸濁液を得る工程。
[3]前記工程[2]に続いて、前記第2の懸濁液を15〜40℃に温度調整しながら下記(IIa)〜(IId)から選ばれる平均粒子径1〜20nmの金属粒子を、前記担体物質100質量部に対して0.01〜50質量部添加し、混合して、金属粒子担持触媒分散液を調製する工程。
(IIa)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIb)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIc)白金粒子または金粒子
(IId)(IIa)〜(IIc)から選ばれる少なくとも2種以上の金属が複合してなる金属粒子
[4]前記工程[3]で得られた金属粒子担持触媒分散液を温度100〜200℃で乾燥処理する工程。
この製造方法によれば、乾燥処理工程以外には100℃以上での高温処理工程を必要とせず、その操作も容易である。
金属イオンの質量/(金属イオンの質量+金属コロイドの質量)…(1)
金属イオンの担持量及び金属粒子の添加量の好適な値を規定する。
第4の発明は、前記工程[4]の乾燥処理を不活性雰囲気下で行うことを特徴とする。乾燥処理を行う際の好適な雰囲気を規定したものである。
(I)前記イオン交換体に下記(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンを担持したことと、
(II)前記金属粒子がRu、Rh、Pd、Ag、Pt及びAuからなる群より選ばれる金属を含み、平均粒子径1〜20nmの金属粒子を担体物質に担持したことと、
(III)前記担体物質に担持された全ての前記担持金属粒子のうち、半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の平均割合が50%以上であることと、を備えたことを特徴とする金属粒子担持触媒。
(I)(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン
本発明に係る金属粒子担持触媒は、担体物質への金属イオンの吸着量及び担持金属の担持状態を規定することで、高分散な金属粒子担持触媒が得られる。また金属イオンの種類を特定することで、その相乗効果で触媒活性が向上する点において、従来の金属粒子担持触媒と相違するものである。
また、本発明に係る金属粒子担持触媒は、この要件を満たすので、従来の金属粒子担持触媒に比べて優れた触媒性能を示すことができるものと言える。
具体的には、本発明に係る金属粒子担持触媒の担持金属がこれらの金属から選ばれるものである場合、従来の金属粒子担持触媒の場合と同等の水準の担持量で、より優れた触媒性能を示すことが可能となる。
1)不飽和炭化水素の水素化反応、
2)硝酸類の水素化分解反応
以下、本発明に係る金属粒子担持触媒、金属粒子担持触媒の製造方法および反応方法について具体的に説明する。
本発明に係る金属粒子担持触媒は、イオン交換体を含む担体物質に金属粒子を担持してなる金属粒子担持触媒であって、
(I)前記イオン交換体に下記(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンを担持したことと、
(II)下記(IIa)〜(IId)から選ばれる平均粒子径1〜20nmの金属粒子を担体物質に担持したことと、
(III)前記担体物質に担持された全ての前記担持金属粒子のうち、半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の平均割合が50%以上であることと、を備える。
(I)(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン
(II)(IIa)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIb)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIc)白金粒子または金粒子
(IId)(IIa)〜(IIc)から選ばれる少なくとも2種以上の金属が複合してなる金属粒子
本発明に係る金属粒子担持触媒は、金属イオンを利用して金属粒子の担持が行われる必要がある。ここで、金属イオンを利用した金属粒子の担持とは、担持工程では、金属イオンが存在する条件下で金属粒子を担持させることを意味する。また、最終的に得られた触媒の状態では担体物質のイオン交換サイトに担持された金属イオンと金属粒子とが担持されていることを意味する。なお、この金属粒子担持触媒には、担持工程における金属イオンを由来とする水酸化物、酸化物、単体金属、金属錯体などが担持されていてもよい。
(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン。具体的には、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびCuからなる群より選ばれる金属イオンが好適である。
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン。具体的には、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、PdおよびAgからなる群より選ばれる金属イオンが好適である。
(Ic)白金イオンまたは金イオン
本発明に係る金属粒子担持触媒は、担体物質の表面に金属粒子が担持したものである。ここで、金属粒子が担体物質に担持するとは、金属単体のほか、複合金属、若しくは、単体金属と金属酸化物の混合物からなる部分酸化物の状態などを意味する。
(IIa)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子。具体的には、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびCuからなる群より選ばれる金属粒子が好適である。
(IIb)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子。具体的には、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、PdおよびAgからなる群より選ばれる金属粒子が好適である。
(IIc)白金粒子または金粒子
本発明に係る金属粒子担持触媒において、前記金属粒子は均一に分散していることが求められる。具体的には各担持金属粒子を中心として半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の平均割合(M)が、全ての担持金属粒子数の50%以上であることが必要である。この指標は、複数の金属粒子が凝集せずに均一に分散していることを意味するものである。
走査型電子顕微鏡(例えば後述の実施例、比較例では株式会社日立製作所製、S−5500を用いた)により、各金属粒子を識別可能な倍率、例えば30万倍で試料(金属粒子担持触媒)を写真撮影する。こうして得られる写真投影図において、例えば10000nm2の範囲(100nm四方)における担持金属粒子の個数(t)及び各金属粒子を中心として半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の個数(s)を測定する。そして下記式(1)により、担持金属粒子のうち、半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の割合(m)[%]を求め、この測定及び算定を金属粒子担持触媒の例えば50箇所について行い、その平均値を担持金属粒子のうち、半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の平均割合(M)[%]とした。
(m)=(s)/(t)×100…(1)
本発明に係る金属粒子担持触媒の担体物質としては、公知の担体物質を使用することが可能である。具体的には、無機系担体物質または有機系担体物質から選ばれるものが使用できる。このような担体物質については、更にSi、Al、C、Ti、ZrおよびCeからなる群より選ばれる少なくとも1種以上を含有するものが好適に使用される。このような担体物質の例としては、シリカ、ゼオライト、アルミナ、カーボンブラック、活性炭、チタニア、ジルコニアまたはセリアを挙げることができる。なお、本出願においては、これらの担体物質は、次のa)〜e)に該当する担体物質も含まれる。これらの担体物質の例のうちカーボンブラック、活性炭は有機系担体物質に相当し、残る担体物質は無機系担体物質に相当する。
b)これらの担体物質に通常含有される元素または化合物を他の元素または化合物で置換してなる担体物質。
c)これらの担体物質内に、他の元素または化合物を挿入してなる担体物質。
d)これらの担体物質に化学的な処理を加え、変性してなる担体物質。
e)これらの担体物質に水熱処理を加えてなる担体物質。
前記担体物質の比表面積、細孔容積または細孔分布は、格別に制限されるものではなく、金属粒子担持触媒の用途に応じて適宜選択して構わない。また、以上に列挙した各物質はイオン交換サイト持つイオン交換体としても作用する。
本発明に係る金属粒子担持触媒の担体としては、イオン交換体を含む担体物質が適用される。ここで、イオン交換体を含む担体物質は、イオン交換能を有し、その構造中にイオン交換サイトを有するものである。なお、該イオン交換体を有する担体物質は、イオン交換体を含有する担体物質であってもよく、イオン交換体からなる担体物質であっても構わない。
なお、前記担体物質には、次のa)〜e)の何れかに該当する担体物質も含まれる。
b)前記担体物質に通常含有される元素または化合物を他の元素または化合物で置換してなる担体物質。
c)前記担体物質内に、他の元素または化合物を挿入してなる担体物質。
d)前記担体物質に化学的な処理を加え、変性してなる担体物質。
e)前記担体物質に水熱処理を加えてなる担体物質。
前記担体物質の比表面積、細孔容積または細孔分布は、格別に制限されるものではなく、金属粒子担持触媒の用途に応じて適宜選択して構わない。
前記担体物質の大きさは、格別に制限されるものではないが、前記担体物質が球状粒子の場合は、例えば、平均粒子径2nm〜1mmの範囲を挙げることができる。なお、前記担体物質が不定形粒子の場合は、その大きさを一律に求めることは困難である。
本発明に係る金属粒子担持触媒は、各種反応における触媒として使用できる。特に下記1)〜4)の反応に好適に使用できる。
1)不飽和炭化水素、芳香族、エステル、アルデヒド、ケトン類、などの水素化反応、
2)アルコール類、メチレン、ディーゼル自動車排ガス、ガソリン自動車排ガスの酸化反応、
3)ガソリン、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、芳香族などの脱水素反応、
4)ガソリン、ベンゾイル基誘導体、エポキシ誘導体など、硝酸類、硫酸類の水素化分解反応、
また反応システムは、目的に応じてバッチ方式、カラム方式(連続式)でもよく、気相反応、液相反応、気相-液相反応でもよい。
本発明に係る金属粒子担持触媒の製造方法は、次の[1]〜[4]の工程を含むことを特徴とする金属粒子担持触媒の製造方法である。
[1]イオン交換体を含む担体物質を溶媒に分散させた第1の懸濁液に、次の(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンを、担体物質100質量部に対して金属元素換算で0.1〜100質量部の割合で添加し、該金属イオンを担体物質に担持し、懸濁液Aを調製する工程。
(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン
[2]前記工程[1]に続いて、前記担体物質に担持されなかった金属イオンを取り除くために、前記懸濁液Aを固液分離処理し、得られた固体相を再度溶媒に分散させて第2の懸濁液を得る工程。
[3]前記工程[2]に続いて、前記第2の懸濁液を15〜40℃に温度調整しながら下記(IIa)〜(IId)から選ばれる平均粒子径1〜20nmの金属粒子を、前記担体物質100質量部に対して0.01〜50質量部添加し、混合して、金属粒子担持触媒分散液を調製する工程。
(IIa)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIb)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIc)白金粒子または金粒子
(IId)(IIa)〜(IIc)から選ばれる少なくとも2種以上の金属が複合してなる金属粒子
[4]前記工程[3]で得られた金属粒子担持触媒分散液を温度100〜200℃で乾燥処理する工程。
即ち、下記(I)の(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンが担持されたイオン交換体を含む担体物質に、下記(II)の(IIa)〜(IId)から選ばれる平均粒子径1〜20nmの金属粒子を担持させる工程を含むことを特徴とする金属粒子担持触媒の製造方法である。
(I)(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン
(II)(IIa)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIb)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIc)白金粒子または金粒子
(IId)(IIa)〜(IIc)から選ばれる少なくとも2種以上の金属が複合してなる金属粒子
この工程では、イオン交換体を含む担体物質を溶媒に分散させた第1の懸濁液に、次の(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンを、担体物質100質量部に対して金属元素換算で0.1〜100質量部の割合で添加し、該金属イオンを担体物質に担持し、懸濁液Aを調製する。
(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン
前記第4周期遷移金属元素は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびCuからなる群より選ばれる元素であることが好ましく、前記第5周期遷移金属元素は、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、PdおよびAgからなる群より選ばれる元素であることが好ましい。
銅イオン:塩化銅、硫酸銅、硝酸銅
白金イオン:塩化白金酸、塩化白金(IV)酸カリウム、塩化白金(IV)酸ナトリウム、テトラニトロ白金(II)カリウム、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸ナトリウム水和物、ジニトロジアンミン白金硝酸、ジニトロジアンミン白金アンモニアおよびテトラアンミンジクロロ白金水和物
金イオン:塩化金酸、亜硫酸金ナトリウム、シアン化金カリウムおよびシアン化金ナトリウム
銀イオン:硝酸銀、硫酸銀、
鉄イオン:硫酸第二鉄、酢酸第一鉄
ニッケルイオン:硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル
コバルトイオン:硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト
セリウムイオン:硝酸セリウム、塩化セリウム、硫酸セリウム
金属イオンを生成する金属化合物は、通常溶媒に溶解させて、前記第1の懸濁液に添加される。
水;
メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、メチルイソカルビノールなどのアルコール類;
アセトン、2−ブタノン、エチルアミルケトン、ジアセトンアルコール、イソホロン、シクロヘキサノンなどのケトン類;
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;
ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、3,4−ジヒドロ−2H−ピランなどのエーテル類;
2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;
2−メトキシエチルアセテート、2−エトキシエチルアセテート、2−ブトキシエチルアセテートなどのグリコールエーテルアセテート類;
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、エチレンカーボネートなどのエステル類;
ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;
ヘキサン、ヘプタン、iso−オクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;
塩化メチレン、1,2−ジクロルエタン、ジクロロプロパン、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;
ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;
N−メチル−2−ピロリドン、N−オクチル−2−ピロリドンなどのピロリドン類;
エチレングリコール、プロピレングリコール、へキシレングリコールなどのグリコール類を挙げることができる。
金属粒子が複合金属粒子である金属粒子担持触媒を製造する場合には、前記1)の方法においては、2種以上の金属化合物を溶媒に溶解して得られた溶液を前記第1の懸濁液に添加すればよく、前記2)の方法においては、2種以上の金属化合物を前記第1の懸濁液に添加すればよい。
特に、固体状の金属化合物を添加した場合には、金属化合物が充分に溶解して金属イオンが生成するまで攪拌などの操作を充分に行う必要がある。
工程[2]では、工程1で得られた担体物質の懸濁液A(担体物質に金属イオンがイオン交換、吸着してなる)について、担体物質に担持されなかった金属イオンを取り除くため、固体分離処理(固体と液体を分離する処理)を行い、得られた固体相を再度溶媒に分散させ、分散媒に再懸濁させて第2の懸濁液を得る。
前記工程[2]で得られた第2の懸濁液を15〜40℃に温度調整しながら、下記(IIa)〜(IId)から選ばれる平均粒子径1〜20nmの金属粒子を、を担体物質100質量部に対して0.01〜50質量部添加し、混合して、金属粒子担持触媒分散液を調製する。
(IIa)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIb)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIc)白金粒子または金粒子
(IId)(IIa)〜(IIc)から選ばれる少なくとも2種以上の金属が複合してなる金属粒子
金属イオンの質量/(金属イオンの質量+金属粒子の質量)…(2)
上記混合操作後、第2の懸濁液を通常水で希釈し、金属含有コロイド粒子担持触媒を遠心分離し、望ましくは洗浄を3回以上繰り返して金属粒子担持触媒を分離精製することが好ましい。
前記工程[3]の第2ので得られた金属粒子担持触媒分散液(固液分離されている場合には、分離後の金属粒子担持触媒)を100〜200℃にて乾燥処理し、乾燥させた金属粒子担持触媒を得ることができる。乾燥時間については、温度100〜200℃で1〜20時間乾燥することが望ましい。乾燥温度範囲については、より好適には、100〜150℃の範囲が推奨される。
前記乾燥工程は、大気中または不活性雰囲気下で行うことが好ましい。乾燥雰囲気として、より好適には不活性雰囲気を挙げることができる。不活性雰囲気としては、窒素、水素、アルゴン等の雰囲気を挙げることができる。
また、担体物質のイオン交換サイトに金属イオンを担持させたものは、金属イオンと金属粒子が相乗効果を示し、この点でも活性向上や寿命延長の観点で優れた触媒性能を示すことができる。
[測定方法]
本願で採用した測定方法について以下に記す。
[1]金属粒子の分散状態の測定
走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)により、試料(金属粒子担持触媒)を倍率30万倍で写真撮影した。得られた写真投影図において、10000nm2の範囲(100nm四方)における担持金属粒子の個数(t)及び各金属粒子を中心として半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の個数(s)を測定した。そして下記式(1)により、担持金属粒子のうち、半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の割合(m)[%]を求めた。この測定及び算定を金属粒子担持触媒の50箇所について行い、その平均値を、当該金属粒子担持触媒における、半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の平均割合(M)[%]とした。
(m)=(s)/(t)×100…(1)
金属イオンを担持させ、固液分離して得られた第2の懸濁液、金属イオン及び金属粒子(複合金属粒子の場合を含む)を担持させた触媒の組成分析は、下記の通り実施した。それぞれの試料を600℃にて焼成し、焼成後の試料をアルカリ溶融剤にて溶融した。その後、溶融液を28質量%の塩酸水溶液にて溶解し、溶解液を純水で希釈した後、ICP誘導結合プラズマ発光分光分析装置SPS1200A(セイコー電子株式会社製)にて試料に含まれる元素の量を測定し、第2の懸濁液及び金属イオン及び金属粒子(複合金属粒子の場合を含む)を担持させた触媒の組成を算出した。
後述の実施例、比較例では、Pd、Pt、Ru、Rh、Ag、Pt-Rh複合金属、Pd-Au複合金属、Pd-Pt複合金属、Pt-Ru複合金属、Pt-Cu複合金属の各金属粒子を担持した金属粒子担持触媒を調製した。これらのうち、Pdを担持した触媒(Pdの複合金属を担持した場合を含む)に関して、(1)アセチレンの水素化反応及び(2)硝酸イオンの分解反応を評価した。
アセチレンの水素化反応は、反応管φ21mm(二重管ガラス反応管)に金属粒子換算で0.002g分の金属粒子担持触媒を充填する。反応管外周部に温水を循環させ、触媒層を一定温度(40℃)に保持する。反応ガス(C2H2;12ml/min)、還元ガス(H2;10ml/min)及びキャリアーガス(N2;400ml/min)を導入後、80分経過後のガスを採取しガスクロマトグラフィーにより、供給反応ガス量に対するエチレン及びエタンの生成率(((C2H4+C2H6)/C2H2)×100[mol%])を求めた。
硝酸イオン濃度で4.5mol/Lの硝酸ナトリウム溶液200gを1Lのセパラブルフラスコに入れる。その後触媒を金属粒子換算で0.02gとなる量の金属粒子担持触媒を入れ、アルゴンパージ下、マグネチックスターラーで攪拌し80℃に温調した。その後1.2mol量のヒドラジンを3時間かけて添加し、添加後の硝酸イオン濃度を分光光度法で測定し算出した。その際の硝酸イオンの転化率((初期硝酸イオン濃度-反応終了後硝酸イオン濃度)/(初期硝酸イオン濃度)×100[mol%])を触媒活性として評価した。
以下の実施例は、いずれも前記特許請求の範囲の要件を満たすものである。
活性炭懸濁液(第1の懸濁液)の調製
活性炭(味の素ファインテクノ株式会社製、商品名:CL−K、粒度:0.5mm〜1.7mm、ヨウ素吸着量1,550mg/g)を純水に分散させ、活性炭濃度が10質量%の水分散液(A)を調製した。
カーボンブラック(CB)懸濁液(第1の懸濁液)の調製
カーボンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル株式会社製、商品名:ケッチェンブラックEC、表面積800m2/g、吸油量360g/100g)を純水に分散させ、1時間煮沸処理を行い、濃度が10質量%の水分散液(B)を調製した。
活性アルミナ懸濁液(第1の懸濁液)の調製
活性アルミナ(和光純薬(製)型番:596−15865、比表面積250m2/g、粒子径50μm、γ-アルミナ)を純水に分散させ、濃度が10質量%の水分散液(C))を調製した。
ATO懸濁液(第1の懸濁液)の調製
ATO粉末(日揮触媒化成(製)型番:TL−30、比表面積45m2/g、)を純水に分散させ、濃度が10質量%の水分散液(D))を調製した。
Pd粒子分散液の合成
クエン酸水溶液(濃度30質量%)219gに還元剤として硫酸第一鉄122gを溶解させた溶液を調製した。そして、この溶液341gを、硝酸パラジウム水溶液(濃度20質量%)39gに室温で添加し、充分に混合することによりPd粒子の分散液を調製した。限外濾過器(ADVANTEC社製、ウルトラフィルターQ0500)を用いて洗浄脱塩し、濃縮しPd換算濃度3%のPdコロイド溶液(1)を得た。得られたPdコロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は3nmであった。
Pt粒子分散液の合成
塩化白金酸6水和物25g(白金金属換算で9g)を純水16,000gに溶解して得た金属塩水溶液に、錯化安定剤として濃度5.0重量%のクエン酸3ナトリウム水溶液1,660gと還元剤として濃度0.1重量%の水素化ホウ素ナトリウム水溶液140gとを加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌混合して、水に白金微粒子が分散してなる白金コロイド溶液を得た。ついで、白金コロイド溶液を限外濾過器(ADVANTEC社製、ウルトラフィルターQ0500)を用いて洗浄脱塩し、濃縮し、白金金属換算で濃度3.0重量%の白金コロイド溶液(2)とした。得られたPtコロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は1nmであった。
Ru粒子分散液の合成
塩化ルテニウム(III)3水和物23.3g(ルテニウム金属換算で9g)を純水16,000gに溶解して得た金属塩水溶液に、錯化安定剤として濃度5.0重量%のクエン酸3ナトリウム水溶液1,660gと還元剤として濃度0.1重量%の水素化ホウ素ナトリウム水溶液140gとを加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌混合して、水にルテニウム微粒子が分散してなるルテニウムコロイド溶液を得た。ついで、ルテニウムコロイド溶液を限外濾過器(ADVANTEC社製、ウルトラフィルターQ0500)を用いて洗浄脱塩し、濃縮し、ルテニウム金属換算で濃度3.0重量%のルテニウムコロイド溶液(3)とした。得られたRuコロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は2nmであった。
Rh粒子分散液の合成
塩化ロジウム(III)3水和物23.3g(ロジウム金属換算で9g)を純水100gに溶解して得た金属塩水溶液に、錯化安定剤として濃度5.0重量%のポリビニルピロリドン(関東化学製K−30、分子量40000)水溶液50gと、溶剤としてモノエチレングリコール900gを加え、窒素雰囲気下、100℃で6時間攪拌混合して、ロジウム微粒子が分散してなるロジウムコロイド溶液を得た。次いでロジウムコロイド溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、ロジウム金属換算で濃度3.0重量%のロジウムコロイド溶液(4)を得た。得られたロジウムコロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は3nmであった。
Ag粒子分散液の合成
クエン酸水溶液(濃度30質量%)219gに還元剤として硫酸第一鉄122gを溶解させた溶液を調製した。そして、この溶液341gを、硝酸銀水溶液(濃度10質量%)80gに室温で添加し、充分に混合することによりPd粒子の分散液を調製した。限外濾過器(ADVANTEC社製、ウルトラフィルターQ0500)を用いて洗浄脱塩し、濃縮しAg換算濃度3%のAgコロイド溶液(5)を得た。得られたAgコロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は10nmであった。
Pt−Rh粒子分散液の合成
塩化ロジウム(III)3水和物23.3g(ロジウム金属換算で9g)と塩化白金酸6水和物25g(白金金属換算で9g)を純水100gに溶解して得た金属塩水溶液に、錯化安定剤として濃度5.0重量%のポリビニルピロリドン(関東化学製K−30、分子量40000)水溶液100gと溶剤としてモノエチレングリコール1800gを加え、窒素雰囲気下、100℃で6時間攪拌混合して、白金-ロジウム複合微粒子が分散してなる白金-ロジウムコロイド溶液を得た。次いで白金-ロジウムコロイド溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、白金-ロジウム金属換算で濃度3.0重量%のロジウムコロイド溶液(6)を得た。得られた白金-ロジウムコロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は2nmであった。
Pd−Au粒子分散液の合成
硝酸パラジウム(II)水和物22.5g(パラジウム金属換算で9g)と塩化金(III)酸4水和物18.8g(金金属換算で9g)をそれぞれ純水100gに溶解して得た金属塩水溶液に、錯化安定剤として濃度5.0重量%のポリビニルピロリドン(関東化学製K−30、分子量40000)水溶液をそれぞれ50gずつ混合した。溶剤としてモノエチレングリコール1800g中に加え、窒素雰囲気下、100℃で6時間攪拌混合して、パラジウム-金複合微粒子が分散してなるパラジウム-金コロイド溶液を得た。次いでパラジウム-金コロイド溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、パラジウム-金金属換算で濃度3.0重量%のパラジウム-金コロイド溶液(7)を得た。得られたパラジウム-金コロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は2nmであった。
Pd−Pt粒子分散液の合成
硝酸パラジウム(II)水和物23.3g(パラジウム金属換算で9g)と塩化白金(IV)酸6水和物25g(白金金属換算で9g)をそれぞれ純水100gに溶解して得た金属塩水溶液に、錯化安定剤として濃度5.0重量%のポリビニルピロリドン(関東化学製K−30、分子量40000)水溶液100gを添加した。溶剤としてモノエチレングリコール1800g中に金属塩水溶液を加え、窒素雰囲気下、100℃で6時間攪拌混合して、パラジウム-白金複合微粒子が分散してなるパラジウム-白金コロイド溶液を得た。次いでパラジウム-白金コロイド溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、パラジウム-白金金属換算で濃度3.0重量%のパラジウム-白金コロイド溶液(8)を得た。得られたパラジウム-白金コロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は2nmであった。
Pt−Ru粒子分散液の合成
塩化白金(IV)酸6水和物25g(白金金属換算で9g)と塩化ルテニウム(III)3水和物23.3g(ルテニウム金属換算で9g)をそれぞれ純水100gに溶解して得た金属塩水溶液に、錯化安定剤として濃度5.0重量%のポリビニルピロリドン(関東化学製K−30、分子量40000)水溶液50gを添加した。溶剤としてモノエチレングリコール1800g中に金属塩溶液を加え、窒素雰囲気下、100℃で6時間攪拌混合して、白金-ルテニウム混合微粒子が分散してなる、白金-ルテニウムコロイド溶液を得た。次いで、白金-ルテニウムコロイド溶液をロータリーエバポレーターで濃縮し、白金-ルテニウム金属換算で濃度3.0重量%の白金-ルテニウムコロイド溶液(9)を得た。得られた白金-ルテニウムコロイドの粒子径を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は2nmであった。
Pd-Cu粒子分散液の合成
クエン酸水溶液(濃度30質量%)219gに還元剤として硫酸第一鉄122gを溶解させた溶液を調製した。そして、この溶液341gを、硝酸パラジウム水溶液(濃度20質量%)39gに室温で添加し、次いで硝酸銅水溶液(濃度20%)を10g充分に混合することによりPd粒子の分散液を調製した。限外濾過器(ADVANTEC社製、ウルトラフィルターQ0500)を用いて洗浄脱塩し、濃縮しPd−Cu換算濃度3%(Pd/(Pd+Cu)×100=80%)のPd−Cuコロイド溶液(10)を得た。得られたPd-Cuコロイド溶液の粒子径は、走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)で測定したところ平均粒子径は3nmであった。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに金属イオン源としてCuイオン濃度が5質量%の硝酸銅(II)水溶液を60g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。このときのpHは2.5であった。次いで、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性炭濃度10%の第2の懸濁液を得た。このときのpHは5.8であった。次いで3%のPdコロイド溶液(1)16.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.5であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。このPd粒子担持触媒の電子顕微鏡写真を図1に示した。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに金属イオン源としてNiイオン濃度が5質量%の硝酸ニッケル(II)水溶液を100g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性炭濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のPtコロイド溶液(2)103.33gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pt粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは7.2であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pt粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
合成例Bで調製したカーボンブラックの第1の懸濁液(B)1000gに金属イオン源としてFeイオン濃度が5質量%の硫酸鉄(II)水溶液を80g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いてカーボンブラック濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のRuコロイド溶液(3)1430gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Ru粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは7.5であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Ru粒子担持カーボンブラック触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Cで調製した活性アルミナの第1の懸濁液(C)1000gに金属イオン源としてPdイオン濃度が5質量%の硝酸パラジウム(II)水溶液を140g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性アルミナ濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のRhコロイド溶液(4)66.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Rh粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは7.5であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Rh粒子担持活性アルミナ触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Cで調製した活性アルミナの第1の懸濁液(C)1000gに金属イオン源としてAuイオン濃度が5質量%の塩化金酸(III)水溶液を100g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性アルミナ濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のAgコロイド溶液(5)176.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Ag粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.5であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Ag粒子担持活性アルミナ触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Cで調製した活性アルミナの第1の懸濁液(C)1000gに金属イオン源としてAgイオン濃度が5質量%の硝酸銀(I)水溶液を40g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性アルミナ濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のPt−Rhコロイド溶液(6)103.33gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pt−Rh粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.8であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pt−Rh粒子担持活性アルミナ触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Cで調製した活性アルミナの第1の懸濁液(C)1000gに金属イオン源としてPtイオン濃度が5質量%の塩化白金酸(IV)水溶液を60g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性アルミナ濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のPd−Auコロイド溶液(7)176.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd−Au粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.8であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd−Au粒子担持活性アルミナ触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Cで調製した活性アルミナの第1の懸濁液(C)1000gに金属イオン源としてAuイオン濃度が5質量%の塩化金酸(III)水溶液を120g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性アルミナ濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のPd−Ptコロイド溶液(8)370gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd−Pt粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.3であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd−Pt粒子担持活性アルミナ触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Bで調製したカーボンブラックの第1の懸濁液(B)1000gに金属イオン源としてCoイオン濃度が5質量%の塩化コバルト(II)水溶液を200g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。室温にて、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いてカーボンブラック濃度10%の第2の懸濁液を得た。3%のPt−Ruコロイド溶液(9)33.33gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pt−Ru粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.2であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pt−Ru粒子担持カーボンブラック触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに金属イオン源としてCuイオン濃度が5質量%の硝酸銅(II)水溶液を4g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。硝酸銅(II)水溶液の添加量が少ない点が、同水溶液を60g添加した[実施例1]と異なる。このときのpHは4.3であった。次いで、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性炭濃度10%の第2の懸濁液を得た。このときのpHは6.2であった。次いで3%のPdコロイド溶液(1)16.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.3であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに金属イオン源としてCuイオン濃度が5質量%の硝酸銅(II)水溶液を1600g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。硝酸銅(II)水溶液の添加量が多い点が、同水溶液を60g添加した[実施例1]と異なる。このときのpHは1.8であった。次いで、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性炭濃度10%の第2の懸濁液を得た。このときのpHは5.2であった。次いで3%のPdコロイド溶液(1)16.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは5.5であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに金属イオン源としてNiイオン濃度が5質量%の硝酸ニッケル(II)水溶液を100g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。このときのpHは2.5であった。次いで、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性炭濃度10%の第2の懸濁液を得た。このときのpHは5.8であった。次いで3%のPd-Cuコロイド溶液(9)16.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd-Cu粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは6.8であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd-Cu粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Dで調製したATO懸濁液(第1の懸濁液)1000g(ATO濃度10質量%)に金属イオン源としてCuイオン濃度が5質量%の硝酸銅(II)水溶液を60g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。このときのpHは2.5であった。次いで、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を加えてATO濃度10%の第2の懸濁液を得た。このときのpHは5.8であった。次いで3%のPdコロイド溶液(1)16.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd粒子添加後金属粒子担持触媒分散液のpHは6.5であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに金属イオン源としてCuイオン濃度が5質量%の硝酸銅(II)水溶液を60g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁(懸濁液A)を調製した。このときのpHは2.5であった。次いで、3%のPdコロイド溶液(1)16.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd粒子添加後の混合懸濁液のpHは2.9であった。
この混合懸濁液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd粒子担持活性炭触媒を得た。本例は第1の懸濁液の固液分離を行わずにPd粒子を添加し、そのまま乾燥処理を行っている点が、各実施例とは異なる。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。このPd粒子担持触媒の電子顕微鏡写真を図2に示した。
特開2009-172574の実施例6に準じた方法で行った。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液50gに金属イオン源としてPdイオン濃度が1.5質量%の硝酸パラジウム水溶液を3.33g添加して、20℃で30分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。これにPd粒子分散液(固形分3質量%、平均粒子径3nm)を5.0g添加した。混合懸濁液のpHは2.0であった。
この混合懸濁液を大気雰囲気中、温度110℃で10時間かけて乾燥させ、Pd担持活性炭を得た。得られたPd多面体の辺の長さは20nmで、担体物質上に単位面積(m2)あたり、105個存在した。本例は第1の懸濁液の固液分離を行わずにPd粒子を添加し、そのまま乾燥処理を行っている点、及び大気雰囲気中で乾燥処理を行っている点が各実施例と異なる。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
特許第3777696の実施例1に準じた方法でPdを用いて行った。
アルゴンガス雰囲気中で高周波溶解を用いてPdSr金属間化合物(Pd:とSrのモル比1:1)を溶解鋳造した。Pd-Sr金属化合物を粉砕後、Pd-Sr金属化合物:25gとSr(OH)2・8H2O:28gの混合物を、大気中で650℃×120時間の熱処理を行った。熱処理により得られたPd粒子径50nmのPd/SrO粉末にγ−Al2O3粉末を混合し、Pd量0.5wt%のPd/SrO/Al2O3触媒を得た。
本例は金属イオンの担持を行わずにSrO/γ−アルミナ混合粉末にPd粒子を担持している点が各実施例とは異なる。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
特開2009-178644に準じ、担体を活性アルミナに変えた以外は当該先行技術と同様な方法で調製した。担体物質調製例Cで用いた活性アルミナ1mgを、疎水性のイオン液体としてN,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TMPA−TFSI)(関東化学社製、化学式C8H16F6N2O4S2、FW382.34)50μlに加えた。そこに超純水440μlを加えた。0.1%硝酸パラジウム水溶液を重量比でAl2O3:Pd=100:0.5となるようにした。2相系混合溶液を撹拌しながら3分間紫外光を照射し、Pd粒子を光電析させた。それをろ過し、エタノールで洗浄することによってイオン液体を取り除いた。最後に、空気中ブラックライト照射下で、24時間、自然乾燥してPd粒子担持触媒を得た。
本例は金属イオンに代えて疎水性の有機物イオンの存在下でPd粒子を担持している点が各実施例とは異なる。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに3%のPd-Cuコロイド溶液(9)16.66gを添加し、10分間、混合攪拌した。Pd-Cu粒子添加後の混合懸濁液のpHは6.8であった。この混合懸濁液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd-Cu粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件およびPd-Cu粒子の評価を表に示した。
本例は担体に金属イオンを担持させず、且つ、第1の懸濁液の固液分離を行わずにPd粒子を添加し、そのまま乾燥処理を行っている点が、各実施例とは異なる。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
担体物質調製例Aで調製した活性炭の第1の懸濁液(A)1000gに金属イオン源としてCuイオン濃度が20質量%の硝酸銅(II)水溶液を400g添加して、20℃で40分間攪拌し、混合懸濁液(懸濁液A)を調製した。硝酸銅(II)水溶液の濃度が高く、添加量が多い点が、5質量%の同水溶液を60g添加した[実施例1]と異なる。このときのpHは1.6であった。次いで、この混合懸濁液を1μmのPTFEフィルターで減圧濾過(固液分離)した後、再度純水を用いて活性炭濃度10%の第2の懸濁液を得た。このときのpHは4.8であった。次いで3%のPdコロイド溶液(1)16.66gを添加し、20℃で10分間、混合攪拌した。Pd粒子添加後の金属粒子担持触媒分散液のpHは5.5であった。
この金属粒子担持触媒分散液を窒素雰囲気中にて、温度105℃で24時間乾燥させることにより、Pd粒子担持活性炭触媒を得た。製造条件および当該触媒の評価を(表1、表2)に示した。
Claims (10)
- 次の[1]〜[4]の工程を含むことを特徴とする金属粒子担持触媒の製造方法。
[1]イオン交換体を含む担体物質を溶媒に分散させた第1の懸濁液に、次の(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンを、担体物質100質量部に対して金属元素換算で0.1〜100質量部の割合で添加し、該金属イオンを担体物質に担持し、懸濁液Aを調製する工程。
(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン
[2]前記工程[1]に続いて、前記担体物質に担持されなかった金属イオンを取り除くために、前記懸濁液Aを固液分離処理し、得られた固体相を再度溶媒に分散させて第2の懸濁液を得る工程。
[3]前記工程[2]に続いて、前記第2の懸濁液を15〜40℃に温度調整しながら下記(IIa)〜(IId)から選ばれる平均粒子径1〜20nmの金属粒子を、前記担体物質100質量部に対して0.01〜50質量部添加し、混合して、金属粒子担持触媒分散液を調製する工程。
(IIa)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIb)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属粒子
(IIc)白金粒子または金粒子
(IId)(IIa)〜(IIc)から選ばれる少なくとも2種以上の金属が複合してなる金属粒子
[4]前記工程[3]で得られた金属粒子担持触媒分散液を温度100〜200℃で乾燥処理する工程。 - 前記工程[2]にて固液分離処理を行った後の前記担体物質に対する金属イオンの担持量が、担体物質100質量部に対して0.001〜2質量部であることを特徴とする請求項1に記載の金属粒子担持触媒の製造方法。
- 前記工程[1]にて、前記担体物質に担持された金属イオンの質量と、前記工程[3]にて第2の懸濁液に添加される金属粒子の質量との関係を、下記式(1)で表したときの式の値が0.0001〜1の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の金属粒子担持触媒の製造方法。
金属イオンの質量/(金属イオンの質量+金属粒子の質量)…(1) - 前記工程[4]の乾燥処理を不活性雰囲気下で行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の金属粒子担持触媒の製造方法。
- イオン交換体を含む担体物質に金属粒子を担持してなり、不飽和炭化水素の水素化反応用、又は、硝酸類の水素化分解反応用に用いられる金属粒子担持触媒であって、
(I)前記イオン交換体に下記(Ia)〜(Ic)から選ばれる1種以上の金属イオンを担持したことと、
(II)前記金属粒子がRu、Rh、Pd、Ag、Pt及びAuからなる群より選ばれる金属を含み、平均粒子径1〜20nmの金属粒子を担体物質に担持したことと、
(III)前記担体物質に担持された全ての前記担持金属粒子のうち、半径1nm以内に他の担持金属粒子が存在しない担持金属粒子の平均割合が50%以上であることと、を備えたことを特徴とする金属粒子担持触媒。
(I)(Ia)第4周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ib)第5周期遷移金属元素から選ばれる金属イオン
(Ic)白金イオンまたは金イオン - 前記第4周期遷移金属元素が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびCuからなる群より選ばれる元素であり、前記第5周期遷移金属元素が、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、PdおよびAgからなる群より選ばれる元素であることを特徴とする請求項5記載の金属粒子担持触媒。
- 前記金属粒子担持触媒に含まれる金属粒子の割合が0.01〜50質量%であることを特徴とする請求項5または6に記載の金属粒子担持触媒。
- 前記担体物質が、無機系担体物質または有機系担体物質から選ばれるものであり、当該無機系担体物質または有機系担体物質は、Si、Al、C、Ti、ZrおよびCeからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の元素を含有するものであることを特徴とする請求項5ないし7のいずれかひとつに記載の金属粒子担持触媒。
- 前記担体物質が、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、酸化錫ドープ酸化インジウム(ITO)、五酸化アンチモン、ケイタングステン酸、リンドープ酸化錫(PTO)又はアルミドープ酸化亜鉛(AZO)からなる1種以上の化合物を含有するものであることを特徴とする請求項5ないし8のいずれかひとつに記載の金属粒子担持触媒。
- 請求項5ないし9のいずれか一つに記載の金属粒子担持触媒を次の1)または2)の反応に適用する工程を含むことを特徴とする反応方法。
1)不飽和炭化水素の水素化反応、
2)硝酸類の水素化分解反応
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