JP5644739B2 - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、排ガスを浄化する排ガス浄化触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst that purifies exhaust gas.
自動車等から排出される排ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯxなどの有害成分を浄化するため、排ガス浄化触媒が用いられている。排ガス浄化触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属触媒が使用されている。これらの貴金属触媒は、排ガスとの接触面積を高めるために、ハニカム構造体の表面においてアルミナなどの担体に担持されて用いられる。貴金属触媒は、有害成分を高い活性で浄化することができる反面、コストが高く、また安定供給の観点からも懸念がある。また、貴金属触媒には、酸化により活性が低下するという問題がある。そこで、高温条件下で長期間にわたって排ガスを浄化できる触媒の開発が望まれている。 In order to purify harmful components such as HC, CO, and NOx contained in exhaust gas discharged from automobiles and the like, exhaust gas purification catalysts are used. As the exhaust gas purification catalyst, a noble metal catalyst such as Pt, Pd, Rh is used. These noble metal catalysts are used by being supported on a carrier such as alumina on the surface of the honeycomb structure in order to increase the contact area with the exhaust gas. The noble metal catalyst can purify harmful components with high activity, but has a high cost and has a concern from the viewpoint of stable supply. In addition, the noble metal catalyst has a problem that its activity decreases due to oxidation. Therefore, development of a catalyst capable of purifying exhaust gas over a long period under high temperature conditions is desired.
具体的には、燃料電池等の改質触媒（特許文献１参照）等として利用されているスピネル構造の複合金属酸化物を担体として用い、貴金属等の活性金属を担持した排ガス浄化触媒が開発されている（特許文献２参照）。このように、スピネル構造の複合金属酸化物を担体として用いることにより、貴金属量を抑えて、触媒活性の低下を抑制することができると考えられている。 Specifically, an exhaust gas purification catalyst using an active metal such as a noble metal using a composite metal oxide having a spinel structure, which is used as a reforming catalyst for fuel cells (see Patent Document 1), etc., has been developed. (See Patent Document 2). Thus, it is considered that the use of a composite metal oxide having a spinel structure as a carrier can suppress the amount of noble metal and suppress a decrease in catalyst activity.
しかしながら、従来の排ガス浄化触媒は、貴金属を触媒の活性成分とするため、量を減らすことができたとしても、依然として貴金属を必要としている。そのため、コストの低下を若干抑制できたとしても、高価な貴金属を必要とするため、製造コストは依然として高く、また供給が不安定になるおそれがある。また、活性の低下を抑制できたとしても、活性成分は貴金属であるため、長期間の使用においては酸化による触媒活性の活性は避けられない。 However, since the conventional exhaust gas purification catalyst uses noble metal as an active component of the catalyst, even if the amount can be reduced, noble metal is still required. Therefore, even if the cost reduction can be suppressed to some extent, an expensive noble metal is required, so that the manufacturing cost is still high and the supply may be unstable. Even if the decrease in activity can be suppressed, since the active component is a noble metal, the activity of the catalytic activity due to oxidation is inevitable in the long-term use.
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであって、製造コストが低く、安定供給が可能であり、排ガス中において酸化による活性の低下を防止することができる共に、排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯxを十分に浄化することができる排ガス浄化触媒を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and is low in production cost, can be stably supplied, can prevent a decrease in activity due to oxidation in the exhaust gas, and is contained in the exhaust gas. THC, and NO x are intended to provide an exhaust gas purifying catalyst which can sufficiently purify.
本発明の一態様は、排ガスを浄化する排ガス浄化触媒において、
ＡＢ2Ｏ4で表されるスピネル型の複合金属酸化物からなる触媒粒子を含有し、
上記複合金属酸化物のＡサイト元素がＦｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＣｕから選ばれる少なくとも１つであり、Ｂサイト元素がＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１つであり（但し、Ａサイト元素とＢサイト元素が同じ元素のもの、Ａサイト元素がＦｅでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｒでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｏでありかつＢサイト元素がＡｌであるものを除く）、
上記触媒粒子の表面には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕの少なくとも１つの金属元素を含む酸化物微粒子が存在しており、
上記触媒粒子における上記複合金属酸化物の含有量（モル）に対する、上記酸化物微粒子における上記酸化物中含まれる上記金属元素の含有量（モル）が、１／３以下であることを特徴とする排ガス浄化触媒にある（請求項１）。
One aspect of the present invention is an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas,
Containing catalyst particles composed of a spinel-type composite metal oxide represented by AB 2 O 4 ;
The composite A-site element of the metal oxide is Fe, Cr, at least one selected from Co, and Cu, Ri least Tsudea B site element Mn, Fe, Cr, selected from Co, and Al (However, A site element and B site element are the same element, A site element is Fe and B site element is Al, A site element is Cr and B site element is Al, Excluding those in which the A-site element is Co and the B-site element is Al) ,
On the surface of the catalyst particles, there are oxide fine particles containing at least one metal element of Mn, Fe, Cr, Co, Cu,
The content (mole) of the metal element contained in the oxide in the oxide fine particle is 1/3 or less with respect to the content (mole) of the composite metal oxide in the catalyst particle. It exists in an exhaust gas purification catalyst (Claim 1).
上記排ガス浄化触媒は上記触媒粒子を含有し、該触媒粒子は、上記特定のスピネル型の複合金属酸化物からなる。そのため、上記排ガス浄化触媒は、例えば６００℃以下という比較的低温度で、排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯxを十分に浄化することができる。また、上記触媒粒子は、複合金属酸化物からなるため、酸化されることがない。そのため、酸化による触媒活性の低下を防止することができる。 The exhaust gas purification catalyst contains the catalyst particles, and the catalyst particles are composed of the specific spinel type composite metal oxide. Therefore, the exhaust gas purification catalyst can sufficiently purify CO, THC, and NO x contained in the exhaust gas at a relatively low temperature of, for example, 600 ° C. or less. Moreover, since the said catalyst particle consists of complex metal oxides, it is not oxidized. Therefore, it is possible to prevent a decrease in catalytic activity due to oxidation.
また、上記排ガス浄化触媒においては、貴金属を用いなくとも、上記特定のスピネル型の複合金属酸化物が十分に排ガスを浄化することができる。そのため、低コストで製造できる。
また、上記触媒粒子において、複合金属酸化物は、自然界に比較的豊富に存在する金属元素により構成されている。そのため、上記排ガス浄化触媒は、安定的に供給することが可能である。
Further, in the exhaust gas purifying catalyst, the specific spinel type composite metal oxide can sufficiently purify the exhaust gas without using a noble metal. Therefore, it can be manufactured at low cost.
In the catalyst particles, the composite metal oxide is composed of metal elements that are relatively abundant in nature. Therefore, the exhaust gas purification catalyst can be supplied stably.
次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。
上記排ガス浄化触媒における上記触媒粒子は、ＡＢ2Ｏ4で表されるスピネル型の複合金属酸化物のＡサイト元素はＦｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＣｕから選ばれる少なくとも１つであり、Ｂサイト元素はＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１つである。但し、Ａサイト元素とＢサイト元素が同じ元素のもの、Ａサイト元素がＦｅでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｒでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｏでありかつＢサイト元素がＡｌであるものを除く。
具体的には、上記複合金属酸化物としては、ＦｅＭｎ2Ｏ4、ＦｅＣｒ2Ｏ4、ＦｅＣｏ2Ｏ4、ＣｒＭｎ2Ｏ4、ＣｒＦｅ2Ｏ4、ＣｒＣｏ2Ｏ4、ＣｏＭｎ2Ｏ4、ＣｏＦｅ2Ｏ4、ＣｏＣｒ2Ｏ4、ＣｕＭｎ2Ｏ4、ＣｕＦｅ2Ｏ4、ＣｕＣｒ2Ｏ4、ＣｕＣｏ2Ｏ4、及びＣｕＡｌ2Ｏ4がある。複合酸化物としては、これらのうち１種又は２種以上を用いることができる。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
In the exhaust gas purifying catalyst, the catalyst particle is at least one selected from Fe, Cr, Co, and Cu, and the B site element of the spinel type composite metal oxide represented by AB 2 O 4 Is at least one selected from Mn, Fe, Cr, Co, and Al. However, A-site element and B-site element are the same element, A-site element is Fe and B-site element is Al, A-site element is Cr and B-site element is Al, A Excludes those in which the site element is Co and the B site element is Al.
Specifically, examples of the composite metal oxide include FeMn 2 O 4 , FeCr 2 O 4 , FeCo 2 O 4 , CrMn 2 O 4 , CrFe 2 O 4 , CrCo 2 O 4 , CoMn 2 O 4 , and CoFe 2. O 4, CoCr 2 O 4, CuMn 2
上記複合金属酸化物は、ＣｕＦｅ2Ｏ4、ＦｅＣｒ2Ｏ4、ＣｕＣｒ2Ｏ4であることが好ましい。この場合には、より低温で、排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯxの全てを浄化することができる。また、Ｃｒの排出を防止できるという観点から、上記排ガス浄化触媒における複合金属酸化物はＣｕＦｅ2Ｏ4であることがより好ましい。 The composite metal oxide, CuFe 2 O 4, FeCr 2 O 4, is preferably a CuCr 2 O 4. In this case, all of CO, THC, and NO x contained in the exhaust gas can be purified at a lower temperature. Further, from the viewpoint of preventing the discharge of Cr, the composite metal oxide in the exhaust gas purification catalyst is more preferably CuFe 2 O 4 .
上記排ガス浄化触媒は、自動車等のエンジンから排出される排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯx等の有害成分を除去するために用いられる。
上記排ガス浄化触媒は、基材に担持して用いることができる。該基材としては、例えば多孔質隔壁を多角形格子状に配して軸方向に伸びる多数のセルを形成したハニカム構造体を採用することができる。上記多孔質隔壁等の上記排ガス浄化触媒を担持させることにより、上記セル内に上記排ガスを通過させて効率的に排ガスの浄化を行うことができる。
ハニカム構造体としては、例えばコーディエライト、ＳｉＣ、アルミナ、チタン酸アルミニウム、ゼオライト、又はＳｉＯ2等からなるものを採用することができる。
The exhaust gas purifying catalyst, CO contained in exhaust gas discharged from an engine such as an automobile, THC, and used to remove harmful components of the NO x or the like.
The exhaust gas purification catalyst can be used by being supported on a base material. As the substrate, for example, a honeycomb structure in which a large number of cells extending in the axial direction by forming porous partition walls in a polygonal lattice shape can be employed. By supporting the exhaust gas purification catalyst such as the porous partition wall, the exhaust gas can be efficiently purified by passing the exhaust gas through the cell.
As the honeycomb structure, for example, cordierite, SiC, alumina, aluminum titanate, zeolite, or SiO 2 can be used.
上記排ガス浄化触媒を上記基材に担持させる場合には、一成分の複合金属酸化物からなる触媒粒子を担持させることもできるが、ＡサイトとＢサイトとの組み合わせが異なる複数の複合金属酸化物をそれぞれ異なる基材に担持させることもできる。例えば、上記スピネル型の複合酸化物のうち、ＣＯやＴＨＣの酸化反応が必要な浄化性能に特に優れた複合金属酸化物からなる触媒粒子を一つの基材に担持して排ガス流路の上流側に配置し、ＮＯxの還元反応が必要な浄化性能に特に優れた複合酸化物からなる触媒粒子を別の基材に担持して排ガス流路の下流側に配置することができる。これにより、排ガスの浄化をより効率的に行うことが可能になる。 When the exhaust gas purifying catalyst is supported on the base material, catalyst particles made of a single component composite metal oxide can be supported, but a plurality of composite metal oxides having different combinations of the A site and the B site. Can be supported on different substrates. For example, among the above spinel type complex oxides, catalyst particles made of complex metal oxides that are particularly excellent in purification performance that require oxidation reaction of CO and THC are supported on one substrate, and upstream of the exhaust gas passage. It is possible to dispose the catalyst particles made of a complex oxide, which is particularly excellent in purification performance that requires a reduction reaction of NO x , on another substrate and arrange it downstream of the exhaust gas passage. Thereby, it becomes possible to purify the exhaust gas more efficiently.
上記排ガス浄化触媒においては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、及びＡｕの含有量が０〜０．１μｇ／ｇであることが好ましい（請求項２）。最も好ましくは、上記排ガス浄化触媒は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、及びＡｕを実質的に含有していないことがよい。
この場合には、貴金属を用いなくとも、排ガスを十分に浄化できるという上述の作用効果がより顕著になる。
In the exhaust gas purification catalyst, the content of Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Ag, and Au is preferably 0 to 0.1 μg / g (Claim 2). Most preferably, the exhaust gas purification catalyst is substantially free of Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Ag, and Au.
In this case, the above-described effect that exhaust gas can be sufficiently purified without using noble metal becomes more prominent.
上記排ガス浄化触媒は、上記触媒粒子と、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、及びＳｉＯ2から選ばれる少なくとも１つからなる担体粒子とを含有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記担体粒子の集合によって多孔質構造を得ることができ、上記排ガス浄化触媒の表面積を大きくすることができる。そのため、上記排ガス浄化触媒の排ガスとの反応性をより向上させることができる。上記触媒粒子は、上記担体粒子に担持させることができる。なお、上記担体粒子の粒径は、上記触媒粒子の粒径よりも大きいことが好ましい。
The exhaust gas purification catalyst preferably contains the catalyst particles and carrier particles made of at least one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , and SiO 2 (Claim 3).
In this case, a porous structure can be obtained by the aggregation of the carrier particles, and the surface area of the exhaust gas purification catalyst can be increased. Therefore, the reactivity of the exhaust gas purification catalyst with the exhaust gas can be further improved. The catalyst particles can be supported on the carrier particles. In addition, it is preferable that the particle size of the said carrier particle is larger than the particle size of the said catalyst particle.
上記触媒粒子は平均粒径が２０ｎｍ以下であり、上記担体粒子は平均粒径が５〜５０ｎｍであることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記排ガス浄化触媒の排ガスとの反応性をより一層向上させることができる。同様の観点から、上記担体粒子の平均粒径に対する上記触媒粒子の平均粒径の比は、１／３以下であることが好ましい。
The catalyst particles preferably have an average particle size of 20 nm or less, and the carrier particles preferably have an average particle size of 5 to 50 nm.
In this case, the reactivity of the exhaust gas purification catalyst with the exhaust gas can be further improved. From the same viewpoint, the ratio of the average particle diameter of the catalyst particles to the average particle diameter of the carrier particles is preferably 1/3 or less.
上記触媒粒子は、上述した特定の複合金属酸化物のみから構成してもよいが、さらに次の構成をとることもできる。
すなわち、上記触媒粒子の表面には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕの少なくとも１つの金属元素を含む酸化物微粒子が存在している構成とすることができる。
上記触媒粒子がその表面に上記酸化物微粒子を備えることにより、さらに浄化性能を向上させることが可能となる。
The catalyst particles may be composed only of the specific composite metal oxide described above, but may further have the following configuration.
In other words, the surface of the catalyst particles may have oxide fine particles containing at least one metal element of Mn, Fe, Cr, Co, and Cu .
By providing the catalyst particles with the oxide fine particles on the surface thereof, the purification performance can be further improved.
上記酸化物微粒子の上記触媒粒子表面での存在状態としては、上記触媒粒子の表面に接触して吸着されている状態、あるいは、固着している状態などがある。つまり、上記酸化物微粒子は、上記触媒粒子の表面に担持されていると表現することもできる。また、上記酸化物微粒子は、上記触媒粒子よりも小さく、具体的には外径が３ｎｍ程度あるいはそれ以下のものであることが好ましい。 The presence state of the oxide fine particles on the surface of the catalyst particles includes a state where the oxide particles are adsorbed in contact with the surface of the catalyst particles, or a state where they are fixed. That is, the oxide fine particles can also be expressed as being supported on the surface of the catalyst particles. The oxide fine particles are preferably smaller than the catalyst particles, specifically having an outer diameter of about 3 nm or less.
上記酸化物微粒子は、上記のごとく、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕの少なくとも１つの金属元素を含む酸化物から構成される。Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕは、遷移金属のうちのいわゆる３ｄ軌道を有する３ｄ遷移金属に属するものであり、これらの酸化物が、上記特定の複合金属酸化物よりなる触媒粒子の表面に存在することが浄化性能の向上に寄与していると考えられる。上記酸化物微粒子を構成しうる具体的な酸化物としては、ＭｎＯ、ＭｎＯ2、ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｒＯ、ＣｒＯ2、ＣｏＯ、Ｃｏ3Ｏ4、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ等がある。 As described above, the oxide fine particles are composed of an oxide containing at least one metal element of Mn, Fe, Cr, Co, and Cu. Mn, Fe, Cr, Co, and Cu belong to 3d transition metals having a so-called 3d orbital among transition metals, and these oxides are formed on the surface of the catalyst particles made of the specific composite metal oxide. Presence is considered to contribute to the improvement of purification performance. Specific oxides that can constitute the oxide fine particles include MnO, MnO 2 , FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , CrO, CrO 2 , CoO, Co 3 O 4 , CuO, and Cu 2 O. Etc.
上記酸化物微粒子は、上記複合金属酸化物の上記Ａサイト元素又は上記Ｂサイト元素と同じ金属元素を含んでいることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記触媒粒子の表面への上記酸化物微粒子の配置が比較的容易となる。また、上記排ガス浄化触媒の浄化性能をより向上させることができる。 The oxide fine particles preferably contain the same metal element as the A site element or the B-site element of the composite metal oxide (Claim 5). In this case, the arrangement of the oxide fine particles on the surface of the catalyst particles is relatively easy. Moreover, the purification performance of the exhaust gas purification catalyst can be further improved.
上記触媒粒子における上記複合金属酸化物の含有量（モル）に対する、上記酸化物微粒子における上記酸化物中含まれる上記金属元素の含有量（モル）は、１／３以下にすることができる。即ち、上記触媒粒子における上記複合金属酸化物の含有量（モル）をＰとし、上記酸化物微粒子における上記酸化物中含まれる上記金属元素の含有量（モル）をＱとすると、Ｑ／Ｐを１／３以下にすることができる。これ以上の割合で上記酸化物微粒子を上記触媒粒子上に存在させても、酸化物微粒子の存在による浄化性能の更なる向上は困難である。一方、上記酸化物微粒子の存在による浄化性能の向上効果をより確実に得るためには、上記酸化物微粒子における上記酸化物中含まれる上記金属元素の含有量（モル）は、上記触媒粒子における上記複合金属酸化物の含有量（モル）に対して、１／２０以上、即ちＱ／Ｐが１／２０以上であることが好ましい。 The content (mol) of the metal element contained in the oxide in the oxide fine particles with respect to the content (mol) of the composite metal oxide in the catalyst particles can be 1/3 or less . That is, when the content (mol) of the composite metal oxide in the catalyst particles is P, and the content (mol) of the metal element contained in the oxide in the oxide fine particles is Q, Q / P is It can be reduced to 1/3 or less. Even if the oxide fine particles are present on the catalyst particles in a proportion higher than this, it is difficult to further improve the purification performance due to the presence of the oxide fine particles. On the other hand, in order to more surely obtain the effect of improving the purification performance due to the presence of the oxide fine particles, the content (mole) of the metal element contained in the oxide in the oxide fine particles is the same as that in the catalyst particles. The content (mole) of the composite metal oxide is preferably 1/20 or more, that is, Q / P is 1/20 or more.
（参考例１）
次に、排ガス浄化触媒の参考例について説明する。
本例においては、排ガスを浄化する排ガス浄化触媒を製造する。
図１に示すごとく、本例の排ガス浄化触媒１は、ＡＢ2Ｏ4で表されるスピネル型の複合金属酸化物からなる触媒粒子２を含有する。排ガス浄化触媒１は、触媒粒子２と担体粒子３とを含有する。本例において後述する試料Ｘ１を例にとると、触媒粒子２は、ＡサイトがＣｕ、ＢサイトがＦｅであるＣｕＦｅ2Ｏ4からなる。また、担体粒子３は、Ａｌ2Ｏ3からなる。排ガス浄化触媒１においては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、及びＡｕの含有量が０μｇ／ｇである。
( Reference Example 1)
Next, a reference example of the exhaust gas purification catalyst will be described.
In this example, an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas is manufactured.
As shown in FIG. 1, the exhaust
以下、本例の排ガス浄化触媒（試料Ｘ１）の製造方法について説明する。
金属元素のモル比でＣｕ／Ｆｅ＝０．５となるように水酸化銅４．９ｇと硝酸鉄９水和物４０．４ｇとをビーカ中で水９００ｍｌに溶解させた。次いで、撹拌子で溶液を撹拌しながら、ジエタノールアミンを添加した。２４時間経過後、遠心分離により生成物を分離し、水による洗浄を３回繰り返し、ジエタノールアミンを除去し、固形状合成物（ＣｕＦｅ2Ｏ4の水酸化物）を得た。次に、水中に分散した固形状合成物に、硝酸又は塩酸等の酸を添加してｐＨを３以下にすることにより、固形状合成物を再度水に溶解させた。
Hereinafter, the manufacturing method of the exhaust gas purification catalyst (sample X1) of this example will be described.
In a beaker, 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate were dissolved in 900 ml of water so that the molar ratio of metal elements was Cu / Fe = 0.5. Next, diethanolamine was added while stirring the solution with a stir bar. After 24 hours, the product was separated by centrifugation, and washing with water was repeated three times to remove diethanolamine to obtain a solid compound (CuFe 2 O 4 hydroxide). Next, the solid compound was dissolved again in water by adding an acid such as nitric acid or hydrochloric acid to the solid compound dispersed in water to adjust the pH to 3 or less.
水に溶解した固形状合成物について、その平均粒径を動的光散乱法により測定した。その結果、固形状合成物の平均粒径は５ｎｍであった。
また、固形状合成物を温度６００℃以上で焼成することにより、ＣｕＦｅ2Ｏ4を主成分とする複合金属酸化物からなる触媒粒子が合成されることをＸ線回折により確認した。また、触媒粒子を透過型電子顕微鏡にて観察し、その一次粒子径（平均粒径）が５ｎｍであることを確認した。平均粒径は、透過型電子顕微鏡観察により、１００個以上の触媒粒子の一次粒子径の算術平均により求めた。
The average particle size of the solid compound dissolved in water was measured by a dynamic light scattering method. As a result, the average particle size of the solid composite was 5 nm.
Further, it was confirmed by X-ray diffraction that catalyst particles made of a composite metal oxide containing CuFe 2 O 4 as a main component were synthesized by firing the solid composite at a temperature of 600 ° C. or higher. Further, the catalyst particles were observed with a transmission electron microscope, and it was confirmed that the primary particle diameter (average particle diameter) was 5 nm. The average particle diameter was determined by arithmetic average of the primary particle diameters of 100 or more catalyst particles by observation with a transmission electron microscope.
次に、固形状合成物の水溶液に、平均粒径２０ｎｍのべーマイト水溶液を混合して混合液を得た。混合は、後述の焼成後に生成するＣｕＦｅ2Ｏ4からなる触媒粒子と酸化アルミニウムからなる担体粒子との重量比（触媒粒子：担体粒子）が１：３となるような配合割合で行った。なお、ベーマイト水溶液の平均粒径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。 Next, a boehmite aqueous solution having an average particle diameter of 20 nm was mixed with the aqueous solution of the solid composite to obtain a mixed solution. The mixing was performed at a blending ratio such that the weight ratio (catalyst particles: carrier particles) of catalyst particles made of CuFe 2 O 4 and carrier particles made of aluminum oxide formed after firing, which will be described later, was 1: 3. The average particle size of the boehmite aqueous solution means the particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method.
次いで、混合液を凍結乾燥により乾燥させて水分を除去した。そして、乾燥後の固形物を温度６００℃で大気雰囲気にて焼成して排ガス浄化触媒を得た。
得られた排ガス浄化触媒の透過型電子顕微鏡観察により、図１に示すように、排ガス浄化触媒１においては、ＣｕＦｅ2Ｏ4からなる平均粒径５ｎｍの触媒粒子２とＡｌ2Ｏ3からなる平均粒径２０ｎｍの担体粒子３が形成されていることを確認した。平均粒径は、透過型電子顕微鏡観察により、１００個以上の粒子の一次粒子径の算術平均により求めた。
以上のようにして、ＣｕＦｅ2Ｏ4からなる触媒粒子とＡｌ2Ｏ3からなる担体粒子とからなる排ガス浄化触媒を得た。これを試料Ｘ１とする。
Subsequently, the liquid mixture was dried by freeze-drying to remove moisture. And the solid substance after drying was baked in the atmospheric condition at the temperature of 600 degreeC, and the exhaust gas purification catalyst was obtained.
By observation with a transmission electron microscope of the obtained exhaust gas purification catalyst, as shown in FIG. 1, in the exhaust
As described above, an exhaust gas purification catalyst comprising catalyst particles made of CuFe 2 O 4 and carrier particles made of Al 2 O 3 was obtained. This is designated as Sample X1.
次に、ＡサイトとＢサイトとの組み合わせが試料Ｘ１とは異なる複合金属酸化物からなる触媒粒子を含有する複数の排ガス浄化触媒（試料Ｘ２〜試料Ｘ１２）を作製した。試料Ｘ２〜Ｘ１２は、試料Ｘ１と同様に、ＡＢ2Ｏ4で表されるスピネル型の複合金属酸化物からなる触媒粒子と、アルミナからなる担体粒子とを含有する。 Next, a plurality of exhaust gas purification catalysts (sample X2 to sample X12) containing catalyst particles made of a composite metal oxide in which the combination of the A site and the B site is different from the sample X1 were produced. Similarly to the sample X1, the samples X2 to X12 contain catalyst particles made of a spinel type composite metal oxide represented by AB 2 O 4 and carrier particles made of alumina.
具体的には、試料Ｘ２は、触媒粒子として、ＣｕＭｎ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ２は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｕ／Ｍｎ＝０．５となるように水酸化銅４．９ｇ及び硝酸マンガン６水和物２８．６ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Specifically, the sample X2 contains CuMn 2 O 4 particles as catalyst particles.
When the sample X2 was produced, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, the copper ratio of copper hydroxide was set so that the molar ratio of the metal elements was Cu / Mn = 0.5. A sample was prepared in the same manner as Sample X1 except that 9 g and 28.6 g of manganese nitrate hexahydrate were used.
また、試料Ｘ３は、触媒粒子として、ＦｅＣｒ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ３は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＦｅ／Ｃｒ＝０．５となるように硝酸鉄９水和物２０．２ｇ及び硝酸クロム９水和物３９．８ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X3 contains FeCr 2 O 4 particles as catalyst particles.
When sample X3 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, iron nitrate 9 hydrate was used so that the molar ratio of the metal elements was Fe / Cr = 0.5. The sample X1 was prepared in the same manner as the sample X1 except that 20.2 g of the product and 39.8 g of chromium nitrate nonahydrate were used.
また、試料Ｘ４は、触媒粒子として、ＣｕＣｒ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ４は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｕ／Ｃｒ＝０．５となるように水酸化銅４．９ｇ及び硝酸クロム９水和物３９．８ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X4 contains CuCr 2 O 4 particles as catalyst particles.
When the sample X4 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, the copper ratio of copper hydroxide was adjusted so that the molar ratio of the metal elements was Cu / Cr = 0.5. It was prepared in the same manner as Sample X1 except that 9 g and 39.8 g of chromium nitrate nonahydrate were used.
また、試料Ｘ５は、触媒粒子として、ＣｕＡｌ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ５は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｕ／Ａｌ＝０．５となるように水酸化銅４．９ｇ及び硝酸アルミニウム９水和物３７．３ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X5 contains CuAl 2 O 4 particles as catalyst particles.
When the sample X5 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, the copper ratio of copper hydroxide was changed so that the molar ratio of the metal element was Cu / Al = 0.5. A sample was prepared in the same manner as Sample X1 except that 9 g and 37.3 g of aluminum nitrate nonahydrate were used.
また、試料Ｘ６は、触媒粒子として、ＣｏＦｅ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ６は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｏ／Ｆｅ＝０．５となるように硝酸コバルト６水和物１４．０ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X6 contains CoFe 2 O 4 particles as catalyst particles.
When sample X6 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, cobalt nitrate hexahydrate was used so that the molar ratio of the metal elements was Co / Fe = 0.5. The sample X1 was prepared in the same manner as the sample X1 except that 14.0 g of the product and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate were used.
また、試料Ｘ７は、触媒粒子として、ＣｕＣｏ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ７は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｕ／Ｃｏ＝０．５となるように水酸化銅４．９ｇ及び硝酸コバルト６水和物２９．０ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X7 contains CuCo 2 O 4 particles as catalyst particles.
When the sample X7 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, the copper ratio of copper hydroxide was adjusted so that the molar ratio of the metal elements was Cu / Co = 0.5. A sample was prepared in the same manner as the sample X1 except that 9 g and 29.0 g of cobalt nitrate hexahydrate were used.
また、試料Ｘ８は、触媒粒子として、ＣｒＦｅ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ８は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｒ／Ｆｅ＝０．５となるように硝酸クロム９水和物１９．０ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X8 contains CrFe 2 O 4 particles as catalyst particles.
When sample X8 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, chromium nitrate 9 hydrate was added so that the molar ratio of the metal elements was Cr / Fe = 0.5. The sample X1 was prepared in the same manner as the sample X1 except that 19.0 g of the product and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate were used.
また、試料Ｘ９は、触媒粒子として、ＦｅＣｏ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ９は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＦｅ／Ｃｏ＝０．５となるように硝酸鉄９水和物２０．２ｇ及び硝酸コバルト６水和物２９．０ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X9 contains FeCo 2 O 4 particles as catalyst particles.
When sample X9 was produced, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, iron nitrate 9 hydrate was added so that the molar ratio of the metal elements was Fe / Co = 0.5. Except that 20.2 g of the product and 29.0 g of cobalt nitrate hexahydrate were used, it was prepared in the same manner as the sample X1.
また、試料Ｘ１０は、触媒粒子として、ＦｅＡｌ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ１０は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＦｅ／Ａｌ＝０．５となるように硝酸鉄９水和物２０．２ｇ及び硝酸アルミニウム９水和物３７．３ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X10 contains FeAl 2 O 4 particles as catalyst particles.
Sample X10 was prepared by using iron nitrate 9 hydrate so that the molar ratio of metal elements was Fe / Al = 0.5 instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate 9 hydrate. The sample X1 was prepared in the same manner as the sample X1 except that 20.2 g of the product and 37.3 g of aluminum nitrate nonahydrate were used.
また、試料Ｘ１１は、触媒粒子として、ＣｏＡｌ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ１１は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｏ／Ａｌ＝０．５となるように硝酸コバルト６水和物１４．０ｇ及び硝酸アルミニウム９水和物３７．３ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X11 contains CoAl 2 O 4 particles as catalyst particles.
When sample X11 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, cobalt nitrate hexahydrate was used so that the molar ratio of the metal elements was Co / Al = 0.5. The sample X1 was prepared in the same manner as the sample X1 except that 14.0 g of the product and 37.3 g of aluminum nitrate nonahydrate were used.
また、試料Ｘ１２は、触媒粒子として、ＣｒＡｌ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ１２は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｒ／Ａｌ＝０．５となるように硝酸クロム９水和物１９．０ｇ及び硝酸アルミニウム９水和物３７．３ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X12 contains CrAl 2 O 4 particles as catalyst particles.
When sample X12 was prepared, instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate, chromium nitrate 9 hydrate was added so that the molar ratio of the metal elements was Cr / Al = 0.5. Except for using 19.0 g of the product and 37.3 g of aluminum nitrate nonahydrate, it was prepared in the same manner as the sample X1.
また、本例においては、スピネル構造の複合金属酸化物以外の例として、各種金属酸化物又は各種複合金属酸化物からなる触媒粒子を含有する排ガス浄化触媒（試料Ｘ１３〜試料Ｘ１８）を作製した。試料Ｘ１３〜Ｘ１８は、試料Ｘ１と同様に、触媒粒子と、アルミナからなる担体粒子とからなる。 Further, in this example, as examples other than the composite metal oxide having a spinel structure, exhaust gas purification catalysts (sample X13 to sample X18) containing catalyst particles made of various metal oxides or various composite metal oxides were produced. Samples X13 to X18 are composed of catalyst particles and carrier particles made of alumina, as in sample X1.
具体的には、試料Ｘ１３は、触媒粒子として、Ｃｒ2Ｏ3粒子を含有する。
試料Ｘ１３は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、硝酸クロム９水和物２４．０ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Specifically, the sample X13 contains Cr 2 O 3 particles as catalyst particles.
Sample X13 was prepared in the same manner as Sample X1 above, except that 24.0 g of chromium nitrate nonahydrate was used instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate. It produced similarly.
また、試料Ｘ１４は、触媒粒子としてＭｎ2Ｏ3粒子を含有する。
試料Ｘ１４は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、硝酸マンガン６水和物１７．２ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X14 contains Mn 2 O 3 particles as catalyst particles.
Sample X14 was prepared in the same manner as Sample X1 above, except that 17.2 g of manganese nitrate hexahydrate was used instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate at the time of preparation. It produced similarly.
また、試料Ｘ１５は、触媒粒子としてＦｅ2Ｏ3粒子を含有する。
試料Ｘ１５は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、硝酸鉄９水和物２４．２ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X15 contains Fe 2 O 3 particles as catalyst particles.
Sample X15 was prepared in the same manner as Sample X1 above, except that 24.2 g of iron nitrate nonahydrate was used instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate. It produced similarly.
また、試料Ｘ１６は、触媒粒子としてＣｏ3Ｏ4粒子を含有する。
試料Ｘ１６は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、硝酸コバルト６水和物１７．４ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X16 contains Co 3 O 4 particles as catalyst particles.
Sample X16 was prepared in the same manner as Sample X1 above, except that 17.4 g of cobalt nitrate hexahydrate was used instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate. It produced similarly.
また、試料Ｘ１７は、触媒粒子としてＭｇＡｌ2Ｏ4粒子を含有する。
試料Ｘ１７は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＭｇ／Ａｌ＝０．５となるように硝酸マグネシウム６水和物１２．８ｇ及び硝酸アルミニウム９水和物３７．３ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X17 contains MgAl 2 O 4 particles as catalyst particles.
Sample X17 was prepared by using magnesium nitrate hexahydrate so that the molar ratio of metal elements was Mg / Al = 0.5 instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate. Except for using 12.8 g of the product and 37.3 g of aluminum nitrate nonahydrate, it was prepared in the same manner as the sample X1.
また、試料Ｘ１８は、触媒粒子としてＬａＡｌ2Ｏ4粒子を含有する。
試料Ｘ１８は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＬａ／Ａｌ＝０．５となるように硝酸ランタン６水和物２１．７ｇ及び硝酸アルミニウム９水和物３７．３ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
Sample X18 contains LaAl 2 O 4 particles as catalyst particles.
When sample X18 was prepared, lanthanum nitrate hexahydrate was used so that the molar ratio of the metal elements was La / Al = 0.5 instead of 4.9 g of copper hydroxide and 40.4 g of iron nitrate nonahydrate. Except that 21.7 g of the product and 37.3 g of aluminum nitrate nonahydrate were used, it was prepared in the same manner as the sample X1.
次に、上記のように作製した１８種類の排ガス浄化触媒（試料Ｘ１〜試料Ｘ１８）をそれぞれ基材に担持した。
具体的には、まず、図２及び図３に示すごとく、基材４として、コーディエライトからなり、多孔質隔壁４１を四角形格子状に配して軸方向に伸びる多数のセル４２を形成してなるハニカム構造体を準備した。
Next, 18 kinds of exhaust gas purification catalysts (sample X1 to sample X18) produced as described above were respectively supported on the base material.
Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, first, as the
次いで、各排ガス浄化触媒（試料Ｘ１〜試料Ｘ１８）をそれぞれ水に分散させてスラリーとした。そして、各スラリー中に基材をそれぞれ浸漬し、スラリー中の各排ガス浄化触媒（試料Ｘ１〜試料Ｘ１８）をそれぞれ基材に均一にコートした。
次に、排ガス浄化触媒をコートした各基材を温度６００℃で２時間焼成することにより、排ガス浄化触媒を基材に焼き付けた。このようにして、図４に示すごとく、触媒粒子２と担体粒子３とからなる排ガス浄化触媒１を、基材４の多孔質隔壁４１等に担持させた。多孔質隔壁４１には、多数の細孔４１５が形成されており、排ガス浄化触媒１は、細孔４１５内まで担持されている。
Next, each exhaust gas purification catalyst (sample X1 to sample X18) was dispersed in water to form a slurry. And the base material was each immersed in each slurry, and each exhaust gas purification catalyst (sample X1-sample X18) in a slurry was coated uniformly on the base material, respectively.
Next, the exhaust gas purification catalyst was baked on the base material by firing each base material coated with the exhaust gas purification catalyst at a temperature of 600 ° C. for 2 hours. In this way, as shown in FIG. 4, the exhaust
次に、各排ガス浄化触媒（試料Ｘ１〜試料Ｘ１８）を担持した基材を用いて、排ガスに対する浄化性能の評価を行った。
具体的には、排ガス浄化触媒を担持した各基材に、排気ガスのモデルガスを流速３５０００ｋＬ／秒で流通させた。モデルガスの成分は、ＴＨＣ（炭化水素ガスの総称）：１３００ｐｐｍ、ＣＯ：５５００ｐｐｍ、ＮＯ：２５００ｐｐｍ、ＣＯ2、Ｏ2：０．５ｖｏｌ％、Ｈ2Ｏ、Ｎ2、Ｈ2：残部である。そして、流入ガスの温度を室温から一定の割合で上昇させ、排ガス浄化触媒を担持した基材を通過した排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯの濃度をモニタリングした。そして、流入ガス中に含まれる排ガスに比べて、基材を通過した排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯの濃度がそれぞれ５０％になったときの温度を測定し、これを浄化温度とした。その結果を表１に示す。なお、表１には、各排ガス浄化触媒（試料Ｘ１〜試料Ｘ１８）における触媒粒子の種類、触媒粒子の平均粒径（ｎｍ）、及び担体粒子の平均粒径（ｎｍ）を併記する。
Next, the purification performance with respect to exhaust gas was evaluated using the base material which supported each exhaust gas purification catalyst (sample X1-sample X18).
Specifically, the exhaust gas model gas was circulated at a flow rate of 35000 kL / sec on each substrate carrying the exhaust gas purification catalyst. The components of the model gas are THC (general name of hydrocarbon gas): 1300 ppm, CO: 5500 ppm, NO: 2500 ppm, CO 2 , O 2 : 0.5 vol%, H 2 O, N 2 , H 2 : balance. Then, the temperature of the inflowing gas was raised at a constant rate from room temperature, and the concentrations of CO, THC, and NO contained in the exhaust gas that passed through the base material carrying the exhaust gas purification catalyst were monitored. And compared with the exhaust gas contained in the inflow gas, the temperature when the concentration of CO, THC, and NO contained in the exhaust gas that has passed through the base material is 50% is measured, and this is referred to as the purification temperature. did. The results are shown in Table 1. Table 1 also shows the types of catalyst particles, the average particle diameter (nm) of the catalyst particles, and the average particle diameter (nm) of the carrier particles in each exhaust gas purification catalyst (sample X1 to sample X18).
表１より知られるごとく、ＡＢ2Ｏ4で表されるスピネル型の複合金属酸化物のうち、Ａサイト元素がＦｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＣｕから選ばれる少なくとも１つであり、Ｂサイト元素がＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１つである（但し、Ａサイト元素とＢサイト元素が同じ元素のもの、Ａサイト元素がＦｅでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｒでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｏでありかつＢサイト元素がＡｌであるものを除く）複合金属酸化物からなる触媒粒子を含有する排ガス浄化触媒（試料Ｘ１〜試料Ｘ９）は、比較的低温度で、排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯxの全てを十分に浄化できることがわかる。
これに対し、他の排ガス浄化触媒（試料Ｘ１０〜試料Ｘ１８）は、ＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯxの全てを浄化することはできない。
As is known from Table 1, among the spinel type composite metal oxides represented by AB 2 O 4 , the A site element is at least one selected from Fe, Cr, Co and Cu, and the B site element is At least one selected from Mn, Fe, Cr, Co, and Al (provided that the A site element and the B site element are the same element, the A site element is Fe, and the B site element is Al) Exhaust gas purification containing catalyst particles made of composite metal oxide (except for those in which the A site element is Cr and the B site element is Al, and the A site element is Co and the B site element is Al) catalyst (sample X1~ sample X9) is a relatively low temperature, CO contained in exhaust gas, THC, and all of the NO x it can be seen that sufficiently purified.
In contrast, other exhaust gas purifying catalyst (Sample X10~ Sample X18) is, CO, THC, and it is impossible to remove all NO x.
また、試料Ｘ１〜試料Ｘ９の排ガス浄化用触媒は、複合金属酸化物からなるため、酸化されることがない。そのため、例えば貴金属等からなる排ガス浄化触媒に比べて、酸化による触媒活性の低下を防止することができる。 Moreover, since the exhaust gas purifying catalysts of Sample X1 to Sample X9 are made of the composite metal oxide, they are not oxidized. Therefore, compared with an exhaust gas purification catalyst made of, for example, a noble metal, it is possible to prevent a decrease in catalytic activity due to oxidation.
また、試料Ｘ１〜試料Ｘ９の排ガス浄化触媒においては、貴金属を用いなくとも、上記特定のスピネル型の複合金属酸化物が十分に排ガスを浄化することができる（表１参照）。そのため、低コストで製造できる。また、試料Ｘ１〜試料Ｘ９の排ガス浄化触媒において、複合金属酸化物は、自然界に比較的豊富に存在する金属元素により構成されている。そのため、試料Ｘ１〜試料Ｘ９の排ガス浄化触媒は、安定的に供給することが可能である。 Further, in the exhaust gas purification catalysts of Sample X1 to Sample X9, the specific spinel type composite metal oxide can sufficiently purify the exhaust gas without using noble metal (see Table 1). Therefore, it can be manufactured at low cost. In the exhaust gas purification catalysts of Sample X1 to Sample X9, the composite metal oxide is composed of metal elements that are relatively abundant in nature. Therefore, the exhaust gas purification catalysts of Sample X1 to Sample X9 can be stably supplied.
（実施例１）
さらに、排ガス浄化触媒の実施例について説明する。
図５に示すごとく、本例の排ガス浄化触媒１０２が含む触媒粒子２は、その表面に、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕの少なくとも１つの金属元素を含む酸化物微粒子５が存在した構成を有している。つまり、排ガス浄化触媒１０２は、酸化物微粒子５を備えた触媒粒子２と担体粒子３とを含有してなる。
(Example 1 )
Further, examples of the exhaust gas purification catalyst will be described.
As shown in FIG. 5, the
本例の触媒粒子２は、参考例１と同様に、ＡＢ2Ｏ4で表されるスピネル型の複合金属酸化物からなる。本例において後述する試料Ｘ１９を例にとると、触媒粒子２は、ＡサイトがＦｅ、ＢサイトがＡｌである複合金属酸化物ＦｅＡｌ2Ｏ4の表面に、Ｆｅの酸化物からなる酸化物微粒子５が存在するものである（適宜、Ｆｅ／ＦｅＡｌ2Ｏ4と表現する）。また、担体粒子３は、Ａｌ2Ｏ3からなる。排ガス浄化触媒１０２においても、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｇ、及びＡｕの含有量が０μｇ／ｇである。
The
試料Ｘ１９の触媒粒子２は、参考例１の試料Ｘ１の製造方法を基本として、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＦｅ／Ａｌ＝０．５となるように硝酸鉄９水和物２０．２ｇ及び硝酸アルミニウム９水和物３７．３ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
そして、この触媒粒子２に対してモル比でＦｅ：スピネル＝１：６となるように硝酸鉄９水和物を添加し、超音波攪拌を実施し、その後、１５０℃の温度で２０時間保持する乾燥と、６００℃の温度に４時間保持する焼成を経て、その表面にＦｅの酸化物からなる酸化物微粒子５が存在する状態とした。酸化物微粒子５を構成するＦｅ酸化物は、Ｆｅ2Ｏ3又はＦｅ3Ｏ4からなる（以下、同様）。
The
Then, iron nitrate nonahydrate is added so that the molar ratio of Fe: spinel = 1: 6 with respect to the
また、試料Ｘ２０は、表面に酸化物微粒子５を備えた触媒粒子２として、Ｃｏ／ＣｏＦｅ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ２０の触媒粒子２は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｏ／Ｆｅ＝０．５となるように硝酸鉄９水和物２０．２ｇ及び硝酸コバルト６水和物１２．５ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
そして、この触媒粒子２に対してモル比でＣｏ：スピネル＝１：６となるように硝酸コバルト６水和物を添加し、超音波攪拌実施し、その後、上記と同様の乾燥と焼成を経て、その表面にＣｏの酸化物からなる酸化物微粒子５が存在する状態とした。酸化物微粒子５を構成するＣｏ酸化物は、ＣｏＯ2からなる。
Sample X20 contains Co / CoFe 2 O 4 particles as
The
Then, cobalt nitrate hexahydrate is added to the
また、試料Ｘ２１は、表面に酸化物微粒子５を備えた触媒粒子２として、Ｆｅ／ＣｏＦｅ2Ｏ4の粒子を含有する。
試料Ｘ２１の触媒粒子２は、その作製時に、水酸化銅４．９ｇ及び硝酸鉄９水和物４０．４ｇの代わりに、金属元素のモル比でＣｏ／Ｆｅ＝０．５となるように硝酸鉄９水和物２０．２ｇ及び硝酸コバルト６水和物１２．５ｇを用いた点を除いては、上記試料Ｘ１と同様にして作製した。
そして、この触媒粒子２に対してモル比でＦｅ：スピネル＝１：６となるように硝酸鉄９水和物を添加し、超音波攪拌実施し、その後、上記と同様の乾燥と焼成を経て、その表面にＦｅの酸化物からなる酸化物微粒子５が存在する状態とした。
Sample X21 contains Fe / CoFe 2 O 4 particles as
The
And iron nitrate nonahydrate is added so that it may become Fe: spinel = 1: 6 by molar ratio with respect to this
次に、上記のように作製した３種類の排ガス浄化触媒（試料Ｘ１９〜試料Ｘ２１）をそれぞれ基材に担持した。具体的な方法は、参考例１と同様とした。 Next, the three types of exhaust gas purification catalysts (sample X19 to sample X21) produced as described above were each supported on a base material. The specific method was the same as in Reference Example 1.
次に、各排ガス浄化触媒（試料Ｘ１９〜試料Ｘ２１）を担持した基材を用いて、排ガスに対する浄化性能の評価を行った。
具体的な評価方法も、参考例１と同様である。この結果を表２に示す。なお、表２には、各排ガス浄化触媒（試料Ｘ１９〜試料Ｘ２１）における触媒粒子の種類、触媒粒子の平均粒径（ｎｍ）、及び担体粒子の平均粒径（ｎｍ）を併記する。
Next, the purification performance with respect to exhaust gas was evaluated using the base material which supported each exhaust gas purification catalyst (sample X19-sample X21).
The specific evaluation method is also the same as in Reference Example 1. The results are shown in Table 2. Table 2 also shows the types of catalyst particles, the average particle diameter (nm) of the catalyst particles, and the average particle diameter (nm) of the carrier particles in each exhaust gas purification catalyst (sample X19 to sample X21).
表２より知られるごとく、本例のすべての排ガス浄化触媒（試料Ｘ１９〜試料Ｘ２１）は、比較的低温度で、排ガス中に含まれるＣＯ、ＴＨＣ、及びＮＯxの全てを十分に浄化できることがわかる。特に、ＴＨＣの浄化温度は、参考例１の場合よりも大きく低下しており、触媒粒子２の表面に酸化物微粒子５を存在させることが非常に有効であることがわかる。
As can be understood from Table 2, all the exhaust gas purifying catalyst of this example (Sample X19~ Sample X21) at relatively low temperatures, CO contained in exhaust gas, THC, and that all can sufficiently purified of the NO x Recognize. In particular, the purification temperature of THC is significantly lower than that in Reference Example 1, and it can be seen that it is very effective to have the oxide fine particles 5 present on the surfaces of the
１ 排ガス浄化触媒
２ 触媒粒子
３ 担体粒子
４ 基材
５ 酸化物微粒子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ＡＢ2Ｏ4で表されるスピネル型の複合金属酸化物からなる触媒粒子を含有し、
上記複合金属酸化物のＡサイト元素がＦｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＣｕから選ばれる少なくとも１つであり、Ｂサイト元素がＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びＡｌから選ばれる少なくとも１つであり（但し、Ａサイト元素とＢサイト元素が同じ元素のもの、Ａサイト元素がＦｅでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｒでありかつＢサイト元素がＡｌであるもの、Ａサイト元素がＣｏでありかつＢサイト元素がＡｌであるものを除く）、
上記触媒粒子の表面には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕの少なくとも１つの金属元素を含む酸化物微粒子が存在しており、
上記触媒粒子における上記複合金属酸化物の含有量（モル）に対する、上記酸化物微粒子における上記酸化物中含まれる上記金属元素の含有量（モル）が、１／３以下であることを特徴とする排ガス浄化触媒。 In exhaust gas purification catalysts that purify exhaust gas,
Containing catalyst particles composed of a spinel-type composite metal oxide represented by AB 2 O 4 ;
The composite A-site element of the metal oxide is Fe, Cr, at least one selected from Co, and Cu, Ri least Tsudea B site element Mn, Fe, Cr, selected from Co, and Al (However, A site element and B site element are the same element, A site element is Fe and B site element is Al, A site element is Cr and B site element is Al, Excluding those in which the A-site element is Co and the B-site element is Al) ,
On the surface of the catalyst particles, there are oxide fine particles containing at least one metal element of Mn, Fe, Cr, Co, Cu,
The content (mole) of the metal element contained in the oxide in the oxide fine particle is 1/3 or less with respect to the content (mole) of the composite metal oxide in the catalyst particle. Exhaust gas purification catalyst.
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