JP5652271B2 - Exhaust gas purification catalyst carrier, exhaust gas purification catalyst using the same, and method for producing exhaust gas purification catalyst carrier - Google Patents

Exhaust gas purification catalyst carrier, exhaust gas purification catalyst using the same, and method for producing exhaust gas purification catalyst carrier Download PDF

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Description

排ガス浄化用触媒担体、それを用いた排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst carrier, an exhaust gas purification catalyst using the same, and a method for producing an exhaust gas purification catalyst carrier.

従来、排ガス浄化用触媒としては、白金、ロジウム及びパラジウム等の貴金属をアルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、セリア等からなる金属酸化物担体に担持した三元触媒が広く知られている。また、触媒活性の向上を目的として、複数種の金属酸化物担体を混合又は積層してそれぞれの金属酸化物担体の特性を利用することも行われている。例えば、セリアは、排ガス中の酸素濃度が高い時には酸素を吸蔵し、排ガス中の酸素濃度が低い時には酸素を放出する酸素吸蔵能(OSC能)を有するが、耐熱性が比較的低い。従ってセリアとジルコニア又はアルミナとを固溶体化又は混合して用いて、触媒の耐熱性を改良することが行われている。   Conventionally, as a catalyst for exhaust gas purification, a three-way catalyst in which a noble metal such as platinum, rhodium and palladium is supported on a metal oxide carrier made of alumina, titania, silica, zirconia, ceria or the like is widely known. In addition, for the purpose of improving the catalytic activity, a plurality of types of metal oxide supports are mixed or laminated and the characteristics of each metal oxide support are used. For example, ceria has an oxygen storage capacity (OSC capacity) that stores oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is high and releases oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is low, but has a relatively low heat resistance. Therefore, the heat resistance of a catalyst is improved by using ceria and zirconia or alumina as a solid solution or mixed.

また、特開2006−43654号公報(特許文献1)には、セリア又はジルコニアからなる第一の金属酸化物担体と、アルミナ、セリア又はジルコニアからなる第二の金属酸化物担体とを含み、第一及び第二の金属酸化物担体が共に100nm未満の一次粒子径を有しており、該一次粒子が互いに混合されている排ガス浄化用触媒担体が開示されている。さらに、特開2006−298759号公報(特許文献2)には、排ガス浄化用触媒担体として、アルミナ、セリア及びジルコニアからなり、共沈法によって得られる複合酸化物が開示されている。   JP-A-2006-43654 (Patent Document 1) includes a first metal oxide support made of ceria or zirconia and a second metal oxide support made of alumina, ceria or zirconia, An exhaust gas purifying catalyst carrier is disclosed in which both the first and second metal oxide carriers have a primary particle size of less than 100 nm and the primary particles are mixed with each other. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-298759 (Patent Document 2) discloses a composite oxide obtained by a coprecipitation method, which is made of alumina, ceria and zirconia as an exhaust gas purification catalyst carrier.

また、特開2009−242226号公報(特許文献3)には、触媒担体として用いられるアルミナ粒子の製造方法として、アルミナ粒子とセリウム等の金属成分とが含まれる液体を粒子が分散した状態で前記液体の存在下で加圧しながら加熱することにより、粒径が10〜100nmのアルミナ粒子を得る方法が開示されている。さらに、特開2008−12527号公報(特許文献4)には、アルミナ等の金属化合物粒子と分散剤とが含まれる液体を粒子が分散した状態となるpHに調整し、前記液体の存在下で加圧しながら加熱することにより、粒径が20nm程度の金属酸化物粒子を得る方法が開示されている。   JP 2009-242226 A (Patent Document 3) discloses a method for producing alumina particles used as a catalyst carrier in a state where the particles are dispersed in a liquid containing alumina particles and a metal component such as cerium. A method for obtaining alumina particles having a particle size of 10 to 100 nm by heating while applying pressure in the presence of a liquid is disclosed. Furthermore, in JP 2008-12527 A (Patent Document 4), a liquid containing metal compound particles such as alumina and a dispersant is adjusted to a pH at which the particles are dispersed, and in the presence of the liquid. A method for obtaining metal oxide particles having a particle size of about 20 nm by heating while applying pressure is disclosed.

一方、従来、触媒担体に担持させる金属としては、上述のような貴金属が広く知られているが、近年では、貴金属に比べてより安価な銅からなる銅系触媒も排ガス浄化用触媒として有効であることが開示されている。例えば、特開平10−28842号公報(特許文献5)には銅等の遷移金属及びアルミニウムからなり触媒活性を有するスピネル及びスピネルに更にセリア等の貴金属を付加的に添加した担体材料が開示されている。また、特開2010−51864号公報(特許文献6)には、アルミナを基材として、銅層と、銅層の下側に、亜鉛酸化物とCuAl、CuAlO及びAlからなる群の中から選ばれた少なくとも1種類とを含有する複合層を少なくとも有する形態で構成された層と、前記複合層の下側の基材表面に亜鉛及びAlを有する混合層とを有する還元析出型銅触媒が開示されている。しかしながら、このような銅系触媒は、前記貴金属を用いた触媒に比較して、触媒活性、特にNOx還元活性において未だ充分ではないという問題を有していた。 On the other hand, as the metal supported on the catalyst carrier, the above-mentioned noble metals are widely known. However, in recent years, copper-based catalysts made of copper, which are cheaper than noble metals, are also effective as exhaust gas purification catalysts. It is disclosed that there is. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-28842 (Patent Document 5) discloses a spinel made of a transition metal such as copper and aluminum and having a catalytic activity, and a support material in which a noble metal such as ceria is additionally added to spinel. Yes. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-51864 (Patent Document 6) discloses an alumina as a base material, a copper layer, and zinc oxide, CuAl 2 O 4 , CuAlO 2, and Al 2 O 3 below the copper layer. A layer composed in a form having at least a composite layer containing at least one selected from the group consisting of: a mixed layer having zinc and Al 2 O 3 on the surface of the lower substrate of the composite layer A reduction precipitation type copper catalyst is disclosed. However, such a copper-based catalyst has a problem that the catalytic activity, particularly the NOx reduction activity, is not sufficient as compared with the catalyst using the noble metal.

特開2006−43654号公報JP 2006-43654 A 特開2006−298759号公報JP 2006-298759 A 特開2009−242226号公報JP 2009-242226 A 特開2008−12527号公報JP 2008-12527 A 特開平10−28842号公報JP-A-10-28842 特開2010−51864号公報JP 2010-51864 A

上記のような従来の触媒担体においては、例えば、セリアとジルコニアとを固溶体化又は混合して用いた場合には、セリアとジルコニアとを固溶体化した一次粒子の大きさ(結晶子径)が小さいほど触媒活性が高くなることは知られている。しかしながら、上記特許文献1〜4に記載されているような従来の複合金属酸化物担体においては、一次粒子の結晶子径や該粒子の分散がナノサイズレベルで制御されていないために、このような複合金属酸化物を担体として用いて得られる触媒における触媒活性は必ずしも十分ではなく、耐熱性の向上にも限界があるということを本発明者らは見出した。さらに、このような従来の触媒担体においては、特に触媒成分として銅等の遷移金属化合物を用いた場合において十分な触媒活性を得ることが困難であった。   In the conventional catalyst carrier as described above, for example, when ceria and zirconia are used as a solid solution or mixed, the size (crystallite diameter) of primary particles obtained by solidifying ceria and zirconia is small. It is known that the catalytic activity becomes higher. However, in the conventional composite metal oxide supports as described in Patent Documents 1 to 4 above, the crystallite size of the primary particles and the dispersion of the particles are not controlled at the nanosize level. The present inventors have found that the catalyst activity of a catalyst obtained using such a complex metal oxide as a support is not always sufficient, and there is a limit to improvement in heat resistance. Further, in such a conventional catalyst carrier, it is difficult to obtain sufficient catalytic activity particularly when a transition metal compound such as copper is used as a catalyst component.

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、担持される触媒成分として遷移金属化合物を用いた場合であっても、高水準の触媒活性を有する触媒を得ることを可能とする排ガス浄化用触媒担体、並びに、そ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-mentioned problems of the prior art, and it is possible to obtain a catalyst having a high level of catalytic activity even when a transition metal compound is used as a supported catalyst component. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying catalyst carrier and a method for producing the same.

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、アルミニウムイオンとセリウムイオンとを含有する第一の原料溶液と、高分子分散剤を含有する第二の原料溶液とを、特定の剪断速度となっている領域に独立に直接導入し、均質混合して得られたコロイド溶液を所定のpH条件に調整した後、得られたコロイド溶液を水熱処理し、水熱処理後のコロイド溶液を脱脂して熱処理することにより、アルミナを含有する超微粒子とセリアを含有する超微粒子とが極めて高い分散性で均一に混合されており、その結晶子径及び比表面積がナノサイズレベルで制御された排ガス浄化用触媒担体が得られるようになることを見出した。そして、その排ガス浄化用触媒担体を用いれば触媒成分として銅のような遷移金属化合物を用いた場合であっても高水準の触媒活性を有する触媒が得られるようになることを見出し、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 obtained a first raw material solution containing aluminum ions and cerium ions, and a second raw material solution containing a polymer dispersant, The colloidal solution, which is directly and independently introduced into the region where the specific shear rate is obtained, is adjusted to a predetermined pH condition, and then the resulting colloidal solution is hydrothermally treated. By degreasing the solution and heat-treating, the ultrafine particles containing alumina and the ultrafine particles containing ceria are uniformly mixed with extremely high dispersibility, and the crystallite diameter and specific surface area are controlled at the nanosize level. It has been found that an exhaust gas purifying catalyst carrier can be obtained. And when the catalyst carrier for exhaust gas purification is used, it has been found that a catalyst having a high level of catalytic activity can be obtained even when a transition metal compound such as copper is used as a catalyst component. It came to be completed.

すなわち、本発明の排ガス浄化用触媒担体は、
アルミナを含有する第一の超微粒子とセリアを含有する第二の超微粒子との混合物からなる排ガス浄化用触媒担体であって、
前記担体に0.1質量%以上含有されるすべての金属元素について、球面収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型X線分光分析により20nm角の微小分析範囲における前記金属元素の含有率(質量%)を300箇所の測定点で測定して得られた各金属元素の含有率の標準偏差が10以下となる条件を満たすように、前記第一の超微粒子と前記第二の超微粒子とが均一に分散しており、
BET法により求めた比表面積が110m/g以上であり、
前記第二の超微粒子が、X線回折法により求めた平均結晶子径が5〜11nmのものであることを特徴とするものである。
That is, the catalyst carrier for exhaust gas purification of the present invention is
A catalyst carrier for exhaust gas purification comprising a mixture of first ultrafine particles containing alumina and second ultrafine particles containing ceria,
All metal elements contained in the carrier in an amount of 0.1% by mass or more are analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy using a scanning transmission electron microscope with a spherical aberration correction function. The first ultrafine particles and the second fine particles are so satisfied that the standard deviation of the content of each metal element obtained by measuring the content (mass%) at 300 measurement points is 10 or less. Ultra fine particles are uniformly dispersed,
The specific surface area determined by the BET method is 110 m 2 / g or more,
The second ultrafine particles have an average crystallite diameter of 5 to 11 nm determined by an X-ray diffraction method.

前記本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、窒素吸着法により求めた中心細孔直径が8〜20nmであり、細孔容積が0.2〜0.6cm/gであることが好ましい。さらに、前記第二の超微粒子が、ジルコニア及び/又はイットリアを更に含有することがより好ましく、アルミナの含有量が30〜80質量%であることが特に好ましい。 In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the center pore diameter determined by the nitrogen adsorption method is preferably 8 to 20 nm, and the pore volume is preferably 0.2 to 0.6 cm 3 / g. Furthermore, it is more preferable that the second ultrafine particles further contain zirconia and / or yttria, and it is particularly preferable that the content of alumina is 30 to 80% by mass.

また、本発明の排ガス浄化用触媒は、本発明の排ガス浄化用触媒担体と、前記担体の表面に担持されている金属及び遷移金属化合物からなる群から選択されるいずれか一種とを備えることを特徴とするものである。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention and any one selected from the group consisting of metals and transition metal compounds supported on the surface of the carrier. It is a feature.

さらに、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法は、
アルミニウムイオンとセリウムイオンとを含有する第一の原料溶液と、高分子分散剤を含有する第二の原料溶液とを、1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合し、コロイド溶液を得る工程と、
コロイド溶液のpHを、該コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件に調整する工程と、
前記コロイド溶液を70〜90℃の温度条件で水熱処理する工程と、
前記水熱処理後のコロイド溶液を脱脂し、酸化雰囲気において700〜1050℃の温度条件で熱処理することにより排ガス浄化用触媒担体を得る工程と
を含むことを特徴とするものである。
Furthermore, the method for producing the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention comprises:
A first raw material solution containing aluminum ions and cerium ions and a second raw material solution containing a polymer dispersant are directly and independently introduced into a region having a shear rate of 1000 to 200000 sec −1. Mixing the mixture homogeneously to obtain a colloidal solution;
Adjusting the pH of the colloidal solution to a pH condition capable of maintaining the state in which the colloidal solution is dispersed in the liquid;
Hydrothermally treating the colloidal solution at a temperature of 70 to 90 ° C .;
And degreasing the colloidal solution after the hydrothermal treatment and heat-treating it in an oxidizing atmosphere at a temperature of 700 to 1050 ° C. to obtain an exhaust gas-purifying catalyst carrier.

前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記第一の原料溶液が、ジルコニウムイオン及び/又はイットリウムイオンを更に含有することが好ましい。   In the method for producing the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, it is preferable that the first raw material solution further contains zirconium ions and / or yttrium ions.

また、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記水熱処理後のコロイド溶液のpHを、該コロイド溶液が液中で分散した状態を維持できないpH条件に調整する工程を、前記水熱処理工程の後にさらに備えることが好ましい。   Further, in the method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the step of adjusting the pH of the colloidal solution after the hydrothermal treatment to a pH condition in which the colloidal solution cannot maintain a dispersed state in the liquid, It is preferable to further provide after the hydrothermal treatment step.

さらに、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記高分子分散剤が少なくとも一種の重量平均分子量が3000〜15000のポリアルキレンイミンであり、前記コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件が1.0〜6.0であり、前記コロイド溶液が液中で分散した状態を維持できないpH条件が9.0〜11.0であることが好ましい。   Further, in the method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the polymer dispersant is at least one polyalkyleneimine having a weight average molecular weight of 3000 to 15000, and the colloidal solution is dispersed in the liquid. It is preferable that the pH condition capable of maintaining the pH is 1.0 to 6.0, and the pH condition where the colloidal solution cannot be dispersed in the liquid is 9.0 to 11.0.

さらに、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記高分子分散剤が少なくとも一種の重量平均分子量が1000〜5000のポリアクリル酸であり、前記コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件が5.0〜10.0であることが好ましい。   Furthermore, in the method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the polymer dispersant is at least one polyacrylic acid having a weight average molecular weight of 1000 to 5000, and the colloidal solution is dispersed in the liquid. It is preferable that the pH condition that can maintain the temperature is 5.0 to 10.0.

なお、本発明の製造方法によって、アルミナを含有する超微粒子とセリアを含有する超微粒子とが極めて高い分散性で均一に混合されている本発明の排ガス浄化用触媒担体が得られるように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、金属化合物結晶子等のナノ粒子は水等の水性溶液中では凝集しやすく、通常、高分子分散剤を添加してナノ粒子に吸着させて凝集を抑制している。本発明に用いられる高分子分散剤(ポリアルキレンイミン及びポリアクリル酸等)もナノ粒子に吸着して凝集を抑制するものと推察されるが、高分子分散剤を添加して通常の攪拌を行なっただけでは粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。これは、通常、高分子分散剤が一次粒子よりも大きく、架橋構造を形成し易いため、高分子分散剤の架橋反応に伴って高分子分散剤が吸着したナノ粒子が凝集するため、また、高分子分散剤が複数の金属化合物結晶子に同時に吸着するためであると推察される。   The reason why the production method of the present invention can provide the exhaust gas-purifying catalyst carrier of the present invention in which ultrafine particles containing alumina and ultrafine particles containing ceria are uniformly mixed with extremely high dispersibility is obtained. Although not necessarily certain, the present inventors infer as follows. That is, nanoparticles such as metal compound crystallites easily aggregate in an aqueous solution such as water, and usually a polymer dispersant is added and adsorbed on the nanoparticles to suppress aggregation. The polymer dispersant (polyalkyleneimine, polyacrylic acid, etc.) used in the present invention is also presumed to adsorb to the nanoparticles and suppress aggregation, but the polymer dispersant is added and normal stirring is performed. Only the particles tend to form aggregates having a large particle size. This is because the polymer dispersant is usually larger than the primary particles and easily forms a crosslinked structure, so that the nanoparticles adsorbed by the polymer dispersant are agglomerated with the crosslinking reaction of the polymer dispersant, This is presumably because the polymer dispersant is adsorbed simultaneously on a plurality of metal compound crystallites.

一方、本発明の製造方法においては、前記高分子分散剤の添加に加えて反応場に所定の剪断力を付与しているため、金属化合物結晶子の凝集構造が破壊されるのと同時に高分子分散剤がナノ粒子に吸着し、ナノ粒子は、そのままの状態、又は粒子径が比較的小さい凝集体の状態でコロイド溶液中に存在するものと推察される。また、高分子分散剤はコロイド溶液中で安定に存在するため、粒子径が大きな凝集体が形成されにくく、さらに、本発明の製造方法においては、このようなコロイド溶液が液中における分散状態を維持し得るpH条件にあるため、ナノ粒子は、そのままの状態、又は粒子径が比較的小さい凝集体の状態でコロイド溶液中で安定に分散しているものと推察される。   On the other hand, in the production method of the present invention, since a predetermined shearing force is applied to the reaction field in addition to the addition of the polymer dispersant, the aggregate structure of the metal compound crystallites is destroyed at the same time. It is inferred that the dispersant is adsorbed on the nanoparticles, and the nanoparticles are present in the colloidal solution as it is or in the form of an aggregate having a relatively small particle diameter. In addition, since the polymer dispersant is stably present in the colloidal solution, aggregates having a large particle size are not easily formed. Further, in the production method of the present invention, such a colloidal solution exhibits a dispersed state in the liquid. It is presumed that the nanoparticles are stably dispersed in the colloidal solution as it is or in the form of aggregates having a relatively small particle size because of the pH conditions that can be maintained.

また、通常、水熱処理により担体の比表面積が増大する傾向にあるが、他方、多孔体の規則性は低下する傾向にある。しかしながら、本発明の製造方法においては、前述のナノ粒子が均一に分散したコロイド溶液を特定の低い温度条件で水熱処理することにより、各粒子の結晶化が促進されると共に空孔のないより均一で完全な結晶が形成されるため、比表面積が大きく耐熱性があり、且つ、均一な細孔直径を有する多孔体を得ることができると本発明者らは推察する。そして、このような水熱処理後のコロイド溶液を脱脂し、特定の温度条件で熱処理することによって、アルミナを含有する超微粒子とセリアを含有する超微粒子とが極めて高い分散性で均一に混合されている本発明の排ガス浄化用触媒担体が得られるようになると本発明者らは推察する。   Further, usually, the specific surface area of the support tends to increase due to hydrothermal treatment, but the regularity of the porous body tends to decrease. However, in the production method of the present invention, the above-mentioned colloidal solution in which the nanoparticles are uniformly dispersed is hydrothermally treated under a specific low temperature condition, so that crystallization of each particle is promoted and more uniform without voids. The present inventors speculate that since a complete crystal is formed, a porous body having a large specific surface area and heat resistance and a uniform pore diameter can be obtained. Then, the colloidal solution after such hydrothermal treatment is degreased and heat-treated at a specific temperature condition, whereby the ultrafine particles containing alumina and the ultrafine particles containing ceria are uniformly mixed with extremely high dispersibility. The present inventors infer that the exhaust gas-purifying catalyst carrier of the present invention can be obtained.

また、このような本発明の排ガス浄化用触媒担体を触媒担体として用いることによって、触媒活性とその高温耐久性を高水準で実現する理想的な触媒が得られるようになる理由も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、本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、アルミナを含有する超微粒子とセリアを含有する超微粒子とが極めて高い分散性でナノレベルで均一に混合されているため、アルミナを含有する超微粒子が拡散障壁として機能し、高温雰囲気下でも粒子成長が抑制されるため、高温まで高比表面積が維持されるようになる。また、一次粒子の結晶子径が小さいと銅化合物を触媒とした場合に、銅化合物と一次粒子との親和性が強くなって酸化銅の還元性が劣化したり、結晶子径が大きいと一次粒子(セリア含有粒子)における酸化銅粒子の還元性能が劣化してしまうが、本発明は一次粒子の結晶子径が特定の範囲にあるため、このような触媒活性の低下を抑制できる。さらに、各超微粒子の凝集が小さく粒子間の間隙が疎な状態で配置されることにより、大きな細孔容積が達成されるようになると同時に、高温でも細孔直径が維持されるためガス拡散性の低下が抑制される。そのため、このような本発明の排ガス浄化用触媒担体を触媒担体として用いることによって、拡散律速領域で理想的な触媒活性が実現されると共にその高温耐久性が高水準になると本発明者らは推察する。   Further, it is not always clear why an ideal catalyst that achieves high catalytic activity and durability at high temperatures can be obtained by using the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention as a catalyst carrier. However, the present inventors infer as follows. That is, in the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the ultrafine particles containing alumina and the ultrafine particles containing ceria are uniformly mixed at a nano level with extremely high dispersibility. Functions as a diffusion barrier, and particle growth is suppressed even in a high temperature atmosphere, so that a high specific surface area is maintained up to a high temperature. Also, when the primary particle has a small crystallite size, when the copper compound is used as a catalyst, the affinity between the copper compound and the primary particle becomes strong and the reducibility of the copper oxide deteriorates. Although the reduction performance of the copper oxide particles in the particles (ceria-containing particles) is deteriorated, the present invention can suppress such a decrease in catalytic activity because the crystallite size of the primary particles is in a specific range. Furthermore, by arranging the ultrafine particles with small agglomeration and a small gap between the particles, a large pore volume can be achieved, and at the same time, the pore diameter is maintained even at high temperatures, so that gas diffusibility is achieved. Is suppressed. For this reason, the present inventors presume that by using such an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention as a catalyst carrier, ideal catalyst activity is realized in the diffusion-controlled region and its high-temperature durability becomes high. To do.

本発明によれば、担持される触媒成分として遷移金属化合物を用いた場合であっても、高水準の触媒活性を有する触媒を得ることを可能とする排ガス浄化用触媒担体、並びに、その製造方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, an exhaust gas purifying catalyst carrier capable of obtaining a catalyst having a high level of catalytic activity even when a transition metal compound is used as a supported catalyst component, and a method for producing the same Can be provided.

本発明に用いられるコロイド溶液の製造装置の好適な一実施形態を示す模式縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows suitable one Embodiment of the manufacturing apparatus of the colloidal solution used for this invention. 図1に示すホモジナイザー10の先端部(攪拌部)を示す拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a tip portion (stirring portion) of the homogenizer 10 shown in FIG. 1. 図1に示す内側ステータ13の側面図である。It is a side view of the inner side stator 13 shown in FIG. 図1に示す内側ステータ13の横断面図である。It is a cross-sectional view of the inner stator 13 shown in FIG. 実施例1〜5及び比較例1〜6において得られた排ガス浄化用触媒担体を用いて得られた触媒において、担体における第二の超微粒子の平均結晶子径とNO50%浄化温度との関係を示すグラフである。In the catalysts obtained using the exhaust gas purifying catalyst carriers obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, the relationship between the average crystallite diameter of the second ultrafine particles in the carrier and the NO50% purification temperature is shown. It is a graph to show.

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、本発明の排ガス浄化用触媒担体について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒担体は、アルミナを含有する第一の超微粒子とセリアを含有する第二の超微粒子との混合物からなる複合金属酸化物多孔体である。なお、ここでいう「超微粒子」とは、金属酸化物又は複合金属酸化物の結晶子の一次粒子又は互いに結合せずに独立した二次粒子をいう。   First, the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention will be described. The catalyst support for exhaust gas purification of the present invention is a composite metal oxide porous body comprising a mixture of first ultrafine particles containing alumina and second ultrafine particles containing ceria. The “ultrafine particles” referred to here are primary particles of metal oxide or composite metal oxide crystallites or independent secondary particles without being bonded to each other.

第一の超微粒子はアルミナ(Al)を含有していればよいが、耐熱性を有する触媒担体が得られるという観点から、セリウム以外の希土類元素(La、Pr、Y、Sc等)の酸化物及びアルカリ土類金属(Sr、Ca、Ba等)の酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の金属酸化物を更に含有していてもよい。第一の超微粒子がアルミナと他の金属酸化物とを含有する複合金属酸化物又は金属酸化物混合物の場合、第一の超微粒子におけるアルミナの含有率は95モル%以上であることが好ましい。 The first ultrafine particles only need to contain alumina (Al 2 O 3 ), but rare earth elements other than cerium (La, Pr, Y, Sc, etc.) from the viewpoint of obtaining a heat-resistant catalyst carrier. And at least one metal oxide selected from the group consisting of oxides of alkaline earth metals (Sr, Ca, Ba, etc.). When the first ultrafine particles are a composite metal oxide or a metal oxide mixture containing alumina and another metal oxide, the alumina content in the first ultrafine particles is preferably 95 mol% or more.

第二の超微粒子はセリア(CeO)を含有していればよいが、ジルコニア(ZrO)、セリウム以外の希土類元素(La、Pr、Y、Sc等)の酸化物及びアルカリ土類金属(Sr、Ca、Ba等)の酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の金属酸化物を更に含有していてもよい。中でも、酸素ストレージ能と耐熱性を有するという観点から、ジルコニア(ZrO)、イットリア(Y)、ランタナ(La)からなる群から選択される少なくとも一種を更に含有することが好ましく、ジルコニア(ZrO)及び/又はイットリア(Y)を更に含有することがより好ましい。このような第二の超微粒子としては、CeO−ZrO−Y−La4元系複合金属酸化物;CeO−ZrO−Y3元系複合金属酸化物;CeO−ZrO、CeO−Y及びCeO−La等の2元系複合金属酸化物からなることが特に好ましい。第二の超微粒子がセリアと他の金属酸化物とを含有する複合金属酸化物又は金属酸化物混合物の場合、第二の超微粒子におけるセリアの含有率は10モル%以上であることが好ましい。 The second ultrafine particles only need to contain ceria (CeO 2 ), but zirconia (ZrO 2 ), oxides of rare earth elements other than cerium (La, Pr, Y, Sc, etc.) and alkaline earth metals ( Sr, Ca, Ba, etc.) may further contain at least one metal oxide selected from the group consisting of oxides. Among these, from the viewpoint of having oxygen storage ability and heat resistance, it may further contain at least one selected from the group consisting of zirconia (ZrO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), and lantana (La 2 O 3 ). Preferably, zirconia (ZrO 2 ) and / or yttria (Y 2 O 3 ) is further contained. Such second ultrafine particles, CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 -La 2 O 3 4 -component composite metal oxide; CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 3 -component complex metal oxide It is particularly preferable that it is made of a binary complex metal oxide such as CeO 2 —ZrO 2 , CeO 2 —Y 2 O 3 and CeO 2 —La 2 O 3 . When the second ultrafine particles are a composite metal oxide or metal oxide mixture containing ceria and another metal oxide, the ceria content in the second ultrafine particles is preferably 10 mol% or more.

本発明の排ガス浄化用触媒担体中における第一の超微粒子の含有量は特に制限されないが、得られる排ガス浄化用触媒担体中のアルミナの含有量が30〜80質量%となる含有量であることが好ましく、37〜71質量%となる含有量であることがさらに好ましい。アルミナの含有量が前記下限未満では、アルミナの拡散障壁としての機能が小さくなる傾向にあり、他方、アルミナの含有量が前記上限を超えると、セリア及び/又はセリアと他の金属酸化物とを含有する複合金属酸化物や金属酸化物混合物の量が低下するため、セリアのOSC能が十分に発揮されない傾向にあり、さらには、触媒成分となる貴金属や遷移金属化合物の還元性能が低下する傾向にある。   The content of the first ultrafine particles in the exhaust gas purification catalyst carrier of the present invention is not particularly limited, but the content of alumina in the obtained exhaust gas purification catalyst carrier is 30 to 80% by mass. It is more preferable that the content is 37 to 71% by mass. If the content of alumina is less than the lower limit, the function of alumina as a diffusion barrier tends to be reduced. On the other hand, if the content of alumina exceeds the upper limit, ceria and / or ceria and other metal oxides are added. Since the amount of the composite metal oxide or metal oxide mixture contained decreases, the OSC ability of ceria tends not to be sufficiently exhibited, and further, the reduction performance of the noble metal or transition metal compound serving as the catalyst component tends to decrease. It is in.

本発明の排ガス浄化用触媒担体中における第二の超微粒子の含有量は特に制限されないが、得られる排ガス浄化用触媒担体中のセリアの含有量が20〜70質量%となる含有量であることが好ましく、20〜60質量%となる含有量であることがさらに好ましい。セリアの含有量が前記下限未満では、セリアのOSC能が十分に発揮されない傾向にありさらには、触媒成分として酸化銅を用いたときの還元性能が低下する傾向にあり、他方、セリアの含有量が前記上限を超えると、触媒担体の耐熱性が低下し、セリアのOSC能が低下する傾向にある。   The content of the second ultrafine particles in the exhaust gas purification catalyst carrier of the present invention is not particularly limited, but the content of ceria in the obtained exhaust gas purification catalyst carrier is 20 to 70% by mass. It is more preferable that the content is 20 to 60% by mass. If the content of ceria is less than the lower limit, the OSC ability of ceria tends to be insufficiently exhibited, and the reduction performance tends to decrease when copper oxide is used as a catalyst component. When the value exceeds the upper limit, the heat resistance of the catalyst carrier decreases, and the OSC ability of ceria tends to decrease.

また、前記第二の超微粒子がCeO−ZrO−Yからなる場合には、得られる排ガス浄化用触媒担体中のセリアの含有量は20〜70質量%であり、ジルコニアの含有量は6〜40質量%であり、イットリアの含有量は1〜5質量%であることが好ましい。さらに、前記第二の超微粒子がCeO−ZrOからなる場合には、得られる排ガス浄化用触媒担体中のセリアの含有量は20〜75質量%であり、ジルコニアの含有量は6〜40質量%であることが好ましい。また、本発明の排ガス浄化用触媒担体において第二の超微粒子がCeO−Yからなる場合には、得られる排ガス浄化用触媒担体におけるセリアの含有量は20〜75質量%であり、イットリアの含有量は1〜5質量%であることが好ましい。 When the second ultrafine particles are made of CeO 2 —ZrO 2 —Y 2 O 3 , the content of ceria in the obtained exhaust gas purification catalyst carrier is 20 to 70% by mass, and the content of zirconia The amount is 6 to 40% by mass, and the yttria content is preferably 1 to 5% by mass. Further, when the second ultrafine particles are made of CeO 2 —ZrO 2 , the content of ceria in the obtained exhaust gas purification catalyst carrier is 20 to 75% by mass, and the content of zirconia is 6 to 40%. It is preferable that it is mass%. In the exhaust gas purification catalyst carrier of the present invention, when the second ultrafine particles are made of CeO 2 —Y 2 O 3 , the content of ceria in the obtained exhaust gas purification catalyst carrier is 20 to 75% by mass. The yttria content is preferably 1 to 5% by mass.

本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、第一の超微粒子と第二の超微粒子とが均一に分散しており、前記多孔体に0.1質量%以上含有されるすべての金属元素について、球面収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いたエネルギー分散型X線分光分析(EDS)により20nm角の微小分析範囲における前記金属元素の含有率(質量%)を300箇所の測定点で測定して得られた各金属元素の含有率の標準偏差が10以下となる条件を満たすものである。このように第一の超微粒子と第二の超微粒子とが極めて高い分散性で均一に混合されているため、本発明の排ガス浄化用触媒担体は耐熱性に優れており、かかる担体を触媒担体として用いることにより触媒活性とその高温耐久性を高水準で実現した触媒が得られるようになる。   In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the first ultrafine particles and the second ultrafine particles are uniformly dispersed, and for all the metal elements contained in the porous body in an amount of 0.1% by mass or more, Measurement points of the content (mass%) of the metal element in a 20 nm square microanalysis range by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) using a scanning transmission electron microscope (STEM) with a spherical aberration correction function The standard deviation of the content rate of each metal element obtained by measuring in the above condition is 10 or less. Thus, since the first ultrafine particles and the second ultrafine particles are uniformly mixed with extremely high dispersibility, the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention is excellent in heat resistance, and the carrier is used as the catalyst carrier. As a result, it is possible to obtain a catalyst that achieves a high level of catalytic activity and durability at high temperatures.

なお、このような標準偏差は、STEM(JEOL製、JEM−2100F Csコレクター)付属のEDS装置(200KV TEM、ADF−STEM像)を用いて、20nm角のエリアでAl、Ce、Zr、Yの各含有率(金属換算した場合の含有率(質量%))を300箇所の測定点で測定し、担体全体における各金属の含有率を基準として算出される全測定点における測定値の標準偏差である。担体全体における各金属の含有率は、担体における金属の全質量に対するAl、Ce、Zr、Yの各含有率(質量%)であり、ICP発光分析装置(リガク社製、CIROS 120EOP)を用いて、担体における金属の全質量及びAl、Ce、Zr、Yの各質量を測定することにより求められる。   In addition, such a standard deviation can be obtained by using an EDS apparatus (200 KV TEM, ADF-STEM image) attached to STEM (manufactured by JEOL, JEM-2100F Cs collector) of Al, Ce, Zr, and Y in a 20 nm square area. Each content rate (content rate in terms of metal (% by mass)) is measured at 300 measurement points, and the standard deviation of the measurement values at all measurement points calculated on the basis of the content rate of each metal in the entire carrier is there. The content of each metal in the entire support is the content (% by mass) of Al, Ce, Zr, and Y with respect to the total mass of the metal in the support, using an ICP emission analyzer (CIROS 120EOP, manufactured by Rigaku Corporation). The total mass of the metal in the support and the respective masses of Al, Ce, Zr, and Y are determined.

また、本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、BET法により求めた比表面積が110m/g以上である。比表面積が前記下限未満では、触媒を凝集させることなく担持せしめることが困難となるため、触媒性能が低下する。このような比表面積は大きいことが好ましいが、触媒担体中のアルミナの含有量を30〜80%とした場合には、前記比表面積が110〜200m/gであることが特に好ましく、110〜160m/gであることがより好ましい。 In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the specific surface area determined by the BET method is 110 m 2 / g or more. When the specific surface area is less than the lower limit, it becomes difficult to support the catalyst without agglomerating, so that the catalyst performance decreases. Such a specific surface area is preferably large, but when the content of alumina in the catalyst support is 30 to 80%, the specific surface area is particularly preferably 110 to 200 m 2 / g. More preferably, it is 160 m 2 / g.

また、本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、窒素吸着法により求めた中心細孔直径が8〜30nmであることが好ましく8〜20nmであることがより好ましい。中心細孔直径が前記下限未満になると排ガス浄化用触媒として使用したときのガス拡散性能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると排ガスの吸着性能が低下する傾向にある。   In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the central pore diameter determined by the nitrogen adsorption method is preferably 8 to 30 nm, and more preferably 8 to 20 nm. When the center pore diameter is less than the lower limit, the gas diffusion performance when used as an exhaust gas purifying catalyst tends to be lowered. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the exhaust gas adsorption performance tends to be lowered.

さらに、本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、窒素吸着法により求めた細孔容積が0.2〜0.6cm/gであることが好ましく、0.3〜0.55cm/gであることがより好ましい。細孔容積が前記下限未満になると排ガス浄化用触媒として使用したときのガス拡散性能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると排ガスの吸着性能が低下する傾向にある。 Furthermore, in the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, it is preferable that the pore volume determined by nitrogen adsorption method is 0.2~0.6cm 3 / g, in 0.3~0.55cm 3 / g More preferably. When the pore volume is less than the lower limit, the gas diffusion performance when used as an exhaust gas purification catalyst tends to be lowered, and when the upper limit is exceeded, the exhaust gas adsorption performance tends to be lowered.

なお、本発明において、比表面積、中心細孔直径及び細孔容積は下記のような窒素吸着法により求められる。すなわち、先ず、排ガス浄化用触媒担体を液体窒素温度(−196℃)に冷却して窒素ガスを所定の圧力で導入し、定容量式ガス吸着法又は重量法によりその平衡圧における窒素吸着量を求める。次に、導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧における窒素吸着量を求める。得られた窒素吸着量を平衡圧に対してプロットすることにより窒素吸着等温線が得られる。次いで、得られた窒素吸着等温線からBET等温吸着式により排ガス浄化用触媒担体の比表面積を求めることができ、例えば、全自動比表面積測定装置(カンタクローム株式会社製、「Autosorb−1」)を用い、液体窒素温度(−196℃)におけるN吸着を利用したBET一点法により算出することができる。 In the present invention, the specific surface area, central pore diameter and pore volume are determined by the following nitrogen adsorption method. That is, first, the exhaust gas purification catalyst carrier is cooled to liquid nitrogen temperature (−196 ° C.), nitrogen gas is introduced at a predetermined pressure, and the nitrogen adsorption amount at the equilibrium pressure is determined by a constant volume gas adsorption method or a gravimetric method. Ask. Next, the pressure of the introduced nitrogen gas is gradually increased, and the nitrogen adsorption amount at each equilibrium pressure is obtained. The nitrogen adsorption isotherm can be obtained by plotting the obtained nitrogen adsorption amount against the equilibrium pressure. The specific surface area of the exhaust gas purification catalyst carrier can then be determined from the obtained nitrogen adsorption isotherm by the BET isotherm adsorption formula. For example, a fully automatic specific surface area measurement device (manufactured by Cantachrome, "Autosorb-1") Can be calculated by the BET one-point method using N 2 adsorption at a liquid nitrogen temperature (−196 ° C.).

また、同じく窒素吸着等温線から相対圧が最高値となるときの窒素吸着量を求めることにより排ガス浄化用触媒担体の細孔容積を求めることができる。さらに、得られた窒素吸着等温線からCranston−Inklay法、Pollimore−Heal法又はBJH法等の計算法により細孔径分布曲線を求め、この細孔径分布曲線の最大ピークにおける細孔直径を排ガス浄化用触媒担体の中心細孔直径とする。   Similarly, the pore volume of the exhaust gas-purifying catalyst carrier can be obtained by obtaining the nitrogen adsorption amount when the relative pressure reaches the maximum value from the nitrogen adsorption isotherm. Furthermore, a pore size distribution curve is obtained from the obtained nitrogen adsorption isotherm by a calculation method such as Cranston-Inklay method, Polimore-Heal method or BJH method, and the pore diameter at the maximum peak of this pore size distribution curve is used for exhaust gas purification. The center pore diameter of the catalyst support.

本発明の排ガス浄化用触媒担体において、前記第二の超微粒子のX線回折法により求めた平均結晶子径は5〜11nmである。平均結晶子径が前記下限未満になると十分な触媒活性が得られず、他方、前記上限を超えても十分な触媒活性が得られない。なお、このような第二の超微粒子の平均結晶子径は、X線回析(XRD)による測定を行って得られる第二の超微粒子の(111)面に由来するピークの半値幅に基づいて、シェラーの式:
D=0.9λ/βcosθ
(式中、Dは結晶子径を示し、λは使用X線波長を示し、βはXRDの測定試料の半値幅を示し、θは回折角を示す)
を計算することにより求めることができる。このような結晶子径を確認する際におけるX線回折測定の方法としては、測定装置として、リガク社製の「RINT−2200」を用いて、スキャンステップ0.01°、発散及び散乱スリット1deg、受光スリット0.15mm、CuKα線、40kV、20mA、スキャン速度1°/minの条件で測定する方法を採用する。
In the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the average crystallite diameter of the second ultrafine particles determined by the X-ray diffraction method is 5 to 11 nm. When the average crystallite diameter is less than the lower limit, sufficient catalytic activity cannot be obtained, and when the upper limit is exceeded, sufficient catalytic activity cannot be obtained. The average crystallite size of the second ultrafine particles is based on the half width of the peak derived from the (111) plane of the second ultrafine particles obtained by measurement by X-ray diffraction (XRD). Scherrer's formula:
D = 0.9λ / βcos θ
(In the formula, D represents the crystallite diameter, λ represents the used X-ray wavelength, β represents the half width of the XRD measurement sample, and θ represents the diffraction angle)
Can be obtained by calculating. As a method of X-ray diffraction measurement in confirming such a crystallite diameter, as a measuring device, using “RINT-2200” manufactured by Rigaku Corporation, a scan step of 0.01 °, a divergence and scattering slit 1 deg, A method of measuring under the conditions of a light receiving slit of 0.15 mm, CuKα ray, 40 kV, 20 mA, and a scanning speed of 1 ° / min is adopted.

本発明の排ガス浄化用触媒担体としては、アルミナを含有する第一の超微粒子とセリアを含有する第二の超微粒子との他に、添加成分として優れた触媒活性を示すCuAl及びCuO等を含有していてもよい。このような添加成分の量は特に制限されず、目的とする触媒の用途等に応じて適宜調整されるが、排ガス浄化用触媒担体(添加成分を除く)100質量部に対して0.1〜10質量部程度であることが好ましい。 As the catalyst support for exhaust gas purification of the present invention, in addition to the first ultrafine particles containing alumina and the second ultrafine particles containing ceria, CuAl 2 O 4 and CuO exhibiting excellent catalytic activity as additive components Etc. may be contained. The amount of such an additive component is not particularly limited and is appropriately adjusted depending on the intended use of the catalyst, etc., but is 0.1 to 100 parts by mass of the exhaust gas purification catalyst carrier (excluding the additive component). The amount is preferably about 10 parts by mass.

次に、本発明の排ガス浄化用触媒について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒は、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体と、前記担体の表面に担持されている金属及び遷移金属化合物からなる群から選択されるいずれか一種とを備えるものである。本発明の排ガス浄化用触媒においては、担体となる本発明の排ガス浄化用触媒担体の超微粒子が極めて高い分散性で均一に混合されており、一次粒子の結晶子径がナノメートルサイズで制御されているため、担持される金属が貴金属以外の遷移金属や遷移金属化合物であっても優れた触媒活性を実現することができる。   Next, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention will be described. The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention and any one selected from the group consisting of metals and transition metal compounds supported on the surface of the carrier. . In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the ultrafine particles of the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention as the carrier are uniformly mixed with extremely high dispersibility, and the crystallite diameter of the primary particles is controlled to a nanometer size. Therefore, even if the supported metal is a transition metal or transition metal compound other than a noble metal, excellent catalytic activity can be realized.

このような金属としては、貴金属、遷移金属、それらの合金が挙げられる。前記貴金属としては、白金、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、金等が挙げられるが、得られる触媒が排ガス浄化用の触媒等として有用なものとなるという観点から白金、ロジウム、パラジウムが好ましい。前記遷移金属としては、Cu、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、W、Mo、Nb、Sn、Ta、Ag等が挙げられる。これらの金属は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。中でも、高いNOx還元性能が発揮されるという観点からはCuが好ましく、COやCH化合物の高い酸化性能を有するという観点からはCu、Fe、Mn、Agが好ましい。前記合金としては、Cu/Mn、Cu/Fe、Fe/Mn、Ag/Cu、Ag/Ni、Cu/Ni、Fe/Ni等が挙げられる。   Examples of such metals include noble metals, transition metals, and alloys thereof. Examples of the noble metal include platinum, rhodium, palladium, osmium, iridium, and gold. Platinum, rhodium, and palladium are preferable from the viewpoint that the obtained catalyst is useful as an exhaust gas purifying catalyst. Examples of the transition metal include Cu, Fe, Ni, Co, Mn, Zn, W, Mo, Nb, Sn, Ta, and Ag. These metals may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. Among these, Cu is preferable from the viewpoint of exhibiting high NOx reduction performance, and Cu, Fe, Mn, and Ag are preferable from the viewpoint of having high oxidation performance of CO and CH compounds. Examples of the alloy include Cu / Mn, Cu / Fe, Fe / Mn, Ag / Cu, Ag / Ni, Cu / Ni, and Fe / Ni.

前記遷移金属化合物としては、前記遷移金属の酸化物;水酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩等の塩;炭化物;窒化物;硫化物;及びこれらの中間生成物、並びに、前記遷移金属の複合酸化物等が挙げられる。具体的には、CuO、CuO、Cu(OH)、CuCO、CuFe、CuAl等が挙げられる。このような遷移金属化合物としては、得られる触媒が排ガス浄化用の触媒等として有用なものとなるという観点から、CuO、CuAl、CuO、Cu(OH)を用いることが好ましい。 Examples of the transition metal compounds include oxides of the transition metals; salts of hydroxides, chlorides, nitrates, sulfates, organic acid salts, etc .; carbides; nitrides; sulfides; and intermediate products thereof, and Examples thereof include complex oxides of the transition metals. Specifically, CuO, Cu 2 O, Cu (OH) 2, CuCO 3, CuFe 2 O 4, CuAl 2 O 4 and the like. As such a transition metal compound, CuO, CuAl 2 O 4 , Cu 2 O, or Cu (OH) 2 is preferably used from the viewpoint that the obtained catalyst is useful as a catalyst for exhaust gas purification. .

また、このような金属及び金属化合物の担持量は特に制限されず、得られる触媒の用途等に応じて適宜調整されるが、排ガス浄化用触媒担体100質量部に対して0.1〜10質量部程度であることが好ましい。   Further, the amount of such a metal and metal compound supported is not particularly limited and is appropriately adjusted according to the use of the obtained catalyst, etc., but is 0.1 to 10 mass with respect to 100 mass parts of the exhaust gas purification catalyst carrier. It is preferable that it is about a part.

本発明の触媒においては、その形態は特に制限されず、例えば、前記触媒を粒子の形態のまま用いてもよく、或いは、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、前記触媒をペレット形状に成形したペレット触媒の形態等として用いてもよい。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、プレート状基材等を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、チタン酸アルミ、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。さらに、本発明の触媒においては、その効果を損なわない範囲で各種触媒に用いることが可能な他の成分(例えば、NOx吸蔵材等)が適宜担持されていてもよい。   In the catalyst of the present invention, the form is not particularly limited. For example, the catalyst may be used in the form of particles, or a honeycomb-shaped monolith catalyst having the catalyst supported on a base material or the catalyst may be used. You may use as a form etc. of the pellet catalyst shape | molded to the pellet shape. 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 used. The material of such a substrate is not particularly limited, but a substrate made of a ceramic such as cordierite, silicon carbide, aluminum titanate, mullite, or a substrate made of a metal such as stainless steel containing chromium and aluminum. Can be suitably employed. Furthermore, in the catalyst of this invention, the other component (for example, NOx storage material etc.) which can be used for various catalysts in the range which does not impair the effect may be carry | supported suitably.

次に、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法は、
アルミニウムイオンとセリウムイオンとを含有する第一の原料溶液と、高分子分散剤を含有する第二の原料溶液とを、1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合し、コロイド溶液を得る工程と、
コロイド溶液のpHを、該コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件に調整する工程と、
前記コロイド溶液を70〜90℃の温度条件で水熱処理する工程と、
前記水熱処理後のコロイド溶液を脱脂し、酸化雰囲気において700〜1050℃の温度条件で熱処理することにより排ガス浄化用触媒担体を得る工程と
を含むことを特徴とする方法であり、この製造方法によると前記本発明の排ガス浄化用触媒担体を得ることができる。
Next, a method for producing the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention will be described. The method for producing the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention comprises:
A first raw material solution containing aluminum ions and cerium ions and a second raw material solution containing a polymer dispersant are directly and independently introduced into a region having a shear rate of 1000 to 200000 sec −1. Mixing the mixture homogeneously to obtain a colloidal solution;
Adjusting the pH of the colloidal solution to a pH condition capable of maintaining the state in which the colloidal solution is dispersed in the liquid;
Hydrothermally treating the colloidal solution at a temperature of 70 to 90 ° C .;
The method comprising the steps of: degreasing the colloidal solution after the hydrothermal treatment and obtaining a catalyst support for exhaust gas purification by heat treatment in an oxidizing atmosphere at a temperature of 700 to 1050 ° C. Thus, the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention can be obtained.

(コロイド溶液調製工程)
前記アルミニウムイオンとセリウムイオンとを含有する第一の原料溶液は、アルミニウム化合物と、セリウム化合物と、目的とする前記第一及び第二の超微粒子の組成に応じて他の金属化合物とを、溶媒に溶解させることにより得られる。
(Colloid solution preparation process)
The first raw material solution containing the aluminum ion and the cerium ion includes an aluminum compound, a cerium compound, and another metal compound depending on the composition of the target first and second ultrafine particles. It is obtained by dissolving in

このようなアルミニウム化合物、セリウム化合物、他の金属化合物としては、それらの金属の塩(酢酸塩、硝酸塩、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩、無機錯塩等)が好適に用いられ、中でも、副生成物としてHCl等の腐食性溶液を生成しない、また排ガス浄化用触媒担体として使用した場合に性能劣化成分となる硫黄を含まない、という観点から酢酸塩又は硝酸塩が特に好ましい。   As such aluminum compounds, cerium compounds, and other metal compounds, salts of those metals (acetates, nitrates, chlorides, sulfates, sulfites, inorganic complex salts, etc.) are preferably used. From the viewpoint of not producing a corrosive solution such as HCl as a product, and not containing sulfur as a performance deterioration component when used as a catalyst carrier for exhaust gas purification, acetate or nitrate is particularly preferable.

前記高分子分散剤を含有する第二の原料溶液は、高分子分散剤と、必要に応じてアンモニウム塩(酢酸アンモニウム、硝酸アンモニウム等)、アニモニア水、酸(酢酸、硝酸等)、過酸化水素水等とを、溶媒に溶解させることにより得られる。前記高分子分散剤としては、ポリアルキレンイミン、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールが好ましく、液中で高い分散性能を発揮できるという観点から、ポリアルキレンイミン及びポリアクリル酸が特に好ましい。   The second raw material solution containing the polymer dispersant includes a polymer dispersant and, if necessary, an ammonium salt (ammonium acetate, ammonium nitrate, etc.), an animonia water, an acid (acetic acid, nitric acid, etc.), a hydrogen peroxide solution. Etc. are dissolved in a solvent. As the polymer dispersant, polyalkyleneimine, polyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, and polyethylene glycol are preferable, and polyalkyleneimine and polyacrylic acid are particularly preferable from the viewpoint that high dispersion performance can be exhibited in the liquid.

本発明に用いられる溶媒としては、水、水溶性有機溶媒(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、アセトニトリル等)、水と前記水溶性有機溶媒との混合溶媒等が挙げられる。   Examples of the solvent used in the present invention include water, water-soluble organic solvents (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, acetonitrile, etc.), a mixed solvent of water and the water-soluble organic solvent, and the like.

コロイド溶液を得る工程においては、1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に、第一の原料溶液及び第二の原料溶液が独立に直接導入され、均質に混合される。このように均質混合することにより、水等の金属化合物結晶子が凝集し易い溶媒においても、金属化合物結晶子をそのままの状態、又は径がより小さく均一な凝集体の状態で液中で分散させることが可能となる。 In the step of obtaining the colloidal solution, the first raw material solution and the second raw material solution are directly and independently introduced into a region having a shear rate of 1000 to 200,000 sec −1 and mixed homogeneously. By homogeneous mixing in this way, even in a solvent in which metal compound crystallites such as water easily aggregate, the metal compound crystallites are dispersed in the liquid in the same state or in a uniform aggregate state with a smaller diameter. It becomes possible.

このような混合方法に用いられる装置としては、例えば、図1に示すものが挙げられる。以下、図面を参照しながら、本発明に好適な装置ついて詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   As an apparatus used for such a mixing method, for example, the apparatus shown in FIG. Hereinafter, an apparatus suitable for the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

図1に示す製造装置は、攪拌装置としてホモジナイザー10を備えており、ホモジナイザー10の先端部(攪拌部)が反応容器20内に配置されている。ホモジナイザー10の先端部は、図2に示すように、凹型のローター11と、ローター11の外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凹型の外側ステータ12と、ローター11の内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凸型の内側ステータ13とを備えている。さらに、ローター11は、回転シャフト14を介してモーター15に接続されており、回転することが可能な構造となっている。   The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes a homogenizer 10 as a stirring device, and a front end portion (stirring portion) of the homogenizer 10 is disposed in the reaction vessel 20. As shown in FIG. 2, the front end of the homogenizer 10 includes a concave outer stator 12 disposed so that a predetermined gap region is formed between the concave rotor 11 and the outer periphery of the rotor 11, and the rotor. 11 and a convex inner stator 13 arranged so that a predetermined gap region is formed between the inner periphery of the inner stator 11 and the inner periphery. Further, the rotor 11 is connected to a motor 15 via a rotating shaft 14 and has a structure capable of rotating.

そして、図1に示す製造装置においては、複数のノズル、すなわち、原料溶液Aを導入するためのノズル16Aと原料溶液Bを導入するためのノズル16Bとが、それぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられている。また、ノズル16Aには流路17Aを介して原料溶液Aの供給装置(図示せず)が、ノズル16Bには流路17Bを介して原料溶液Bの供給装置(図示せず)がそれぞれ接続されており、ローター11と内側ステータ13との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能な構造となっている。   In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, a plurality of nozzles, that is, a nozzle 16 </ b> A for introducing the raw material solution A and a nozzle 16 </ b> B for introducing the raw material solution B are opposed to the rotor 11 in the inner stator 13. It is provided on each surface. Further, a supply device (not shown) for the raw material solution A is connected to the nozzle 16A via a flow path 17A, and a supply device (not shown) for the raw material solution B is connected to the nozzle 16B via a flow path 17B. The raw material solution A and the raw material solution B can be directly and independently introduced into the region between the rotor 11 and the inner stator 13.

さらに、図1に示す製造装置においては、図3及び図4に示すように、ノズル16A及びノズル16Bが、内側ステータ13におけるローター11に対向する面において、ローター11の回転軸Xに対して直交する所定の面Yの外周方向に交互に設けられている。   Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, as shown in FIGS. 3 and 4, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11 on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13. The predetermined surfaces Y are alternately provided in the outer peripheral direction.

なお、図3及び図4においては、ノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ12個ずつ設けられているが(24孔タイプ)、ノズル16A及びノズル16Bの数は特に限定されるものではない。従って、ノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ1個ずつ設けられていればよいが(2孔タイプ)、原料溶液A及び原料溶液Bが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間をより短縮できるという観点から、ノズル16A及びノズル16Bの数はそれぞれ10個以上であることが好ましく、20個以上であることがより好ましい。一方、ノズル16A及びノズル16Bのそれぞれの数の上限は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、交互に配置されたノズル16A及びノズル16Bの開口部の直径が0.1mm程度以上の寸法を取り得るようにすることが好ましい。このようにノズルの開口部の直径は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、0.1〜1mm程度であることが好ましい。   3 and 4, 12 nozzles 16A and 12 nozzles 16B are provided (24-hole type), but the number of nozzles 16A and nozzles 16B is not particularly limited. Accordingly, it is only necessary to provide one nozzle 16A and one nozzle 16B (two-hole type), but the time from when the raw material solution A and the raw material solution B are introduced into the region until homogeneous mixing is further reduced. From the viewpoint of being able to do so, the number of nozzles 16A and 16B is preferably 10 or more, and more preferably 20 or more. On the other hand, the upper limit of the number of each of the nozzles 16A and 16B is not particularly limited and varies depending on the size of the device, but from the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging, the alternately arranged nozzles 16A. It is preferable that the diameter of the opening of the nozzle 16B can take a dimension of about 0.1 mm or more. As described above, the diameter of the opening of the nozzle is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus, but is preferably about 0.1 to 1 mm from the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging. .

また、図3及び図4においては、ノズル16A及びノズル16Bが、ローター11の回転軸Xに対して直交する一つの面Yの外周方向に一列に交互に設けられているが、複数の面の外周方向に複数の列において交互に設けられていてもよい。   3 and 4, the nozzles 16 </ b> A and the nozzles 16 </ b> B are alternately provided in a row in the outer peripheral direction of one surface Y orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11. It may be provided alternately in a plurality of rows in the outer circumferential direction.

以上説明した図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとから原料溶液A及び原料溶液Bがそれぞれ導入される領域、すなわち図1及び図2においてはローター11の内周と内側ステータ13の外周との間の領域において、剪断速度が1000〜200000sec−1となるように設定され、2000〜100000sec−1となるように設定されることがより好ましい。この領域の剪断速度が前記下限未満になると、金属化合物結晶子の凝集と複数の結晶子に高分子分散剤が吸着した構造が破壊されず、より大きな凝集体が残存するようになる。他方、この領域の剪断速度が前記上限を超えると、高分子分散剤が破壊されるため、安定したコロイド溶液が得られない。 In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 described above, regions where the raw material solution A and the raw material solution B are respectively introduced from the nozzle 16A and the nozzle 16B, that is, the inner periphery of the rotor 11 and the inner stator 13 in FIGS. in the region between the outer periphery of, is set to a shear rate becomes 1000~200000Sec -1, and more preferably is set so that 2000~100000sec -1. When the shear rate in this region is less than the lower limit, the aggregation of the metal compound crystallites and the structure in which the polymer dispersant is adsorbed on the plurality of crystallites are not destroyed, and larger aggregates remain. On the other hand, when the shear rate in this region exceeds the above upper limit, the polymer dispersant is destroyed, and a stable colloidal solution cannot be obtained.

このような剪断速度を達成するための条件としては、ローターの回転速度及びローターとステータとの間のギャップの大きさが影響するため、前記領域の剪断速度が前記条件を満たすようにそれらを設定する必要がある。具体的なローター11の回転速度は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、例えば、内側ステータ13の外径12.0mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップ0.2mm、及びローター11と内側ステータ13との間のギャップ0.5mm、外側ステータ12の内径18.8mmの場合には、ローター11の回転速度を好ましくは2000〜20000rpm、より好ましくは3000〜15000rpmに設定することによって前記剪断速度を達成することが可能となる。また、内側ステータ13とローター11との間のギャップを0.2mmにすれば、ローター11の最大回転速度を好ましくは8387rpm、より好ましくは6291rpmまで下げることができる。   Conditions for achieving such a shear rate are affected by the rotational speed of the rotor and the size of the gap between the rotor and the stator. There is a need to. The specific rotation speed of the rotor 11 is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus. For example, the outer diameter of the inner stator 13 is 12.0 mm, and the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is 0. In the case of 2 mm, a gap of 0.5 mm between the rotor 11 and the inner stator 13, and an inner diameter of the outer stator 12 of 18.8 mm, the rotational speed of the rotor 11 is preferably 2000 to 20000 rpm, more preferably 3000 to 15000 rpm. By setting it, it becomes possible to achieve the shear rate. Further, if the gap between the inner stator 13 and the rotor 11 is 0.2 mm, the maximum rotational speed of the rotor 11 can be lowered to preferably 8387 rpm, more preferably 6291 rpm.

また、ローター11と内側ステータ13との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、0.2〜1.0mmであることが好ましく、0.5〜1.0mmであることがより好ましい。さらに、ローター11と外側ステータ12との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、0.2〜1.0mmであることが好ましく、0.5〜1.0mmであることがより好ましい。このギャップの大きさの変化に対応してローター11の回転速度を調整することにより前記範囲の剪断速度を達成することが可能となる。これらのギャップが前記下限未満になるとギャップの詰まりが発生し易くなる傾向にあり、前記上限を超えると効果的な剪断力を付与できない傾向にある。   Further, the size of the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 is not particularly limited, and varies depending on the size of the device, but is preferably 0.2 to 1.0 mm, 0.5 to 1 More preferably, it is 0.0 mm. Further, the size of the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is not particularly limited, and varies depending on the size of the device, but is preferably 0.2 to 1.0 mm, 0.5 to 1 More preferably, it is 0.0 mm. By adjusting the rotational speed of the rotor 11 in response to the change in the size of the gap, it becomes possible to achieve the shear speed in the above range. When these gaps are less than the lower limit, clogging of the gaps tends to occur, and when the upper limit is exceeded, effective shearing force cannot be applied.

また、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとからそれぞれ供給された原料溶液A及び原料溶液Bが、前記領域に導入されてから1msec以内(特に好ましくは0.5msec以内)に均質混合されるようにノズル16A及びノズル16Bが配置されていることが好ましい。なお、ここでいう原料溶液が前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間とは、ノズル16A(又はノズル16B)から導入された原料溶液A(又は原料溶液B)が隣接するノズル16B(又はノズル16A)の位置に到達し、ノズル16B(又はノズル16A)から導入された原料溶液B(又は原料溶液A)と混合されるまでの時間をいう。   Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the raw material solution A and the raw material solution B respectively supplied from the nozzle 16A and the nozzle 16B are within 1 msec (particularly preferably within 0.5 msec) after being introduced into the region. It is preferable that the nozzle 16A and the nozzle 16B are arranged so as to be homogeneously mixed. Here, the time from when the raw material solution is introduced into the region until it is homogeneously mixed is the nozzle 16B adjacent to the raw material solution A (or raw material solution B) introduced from the nozzle 16A (or nozzle 16B). (Or nozzle 16A) The time until it reaches the position of the nozzle and is mixed with the raw material solution B (or raw material solution A) introduced from the nozzle 16B (or nozzle 16A).

以上、本発明に好適に用いられる装置について説明したが、本発明においては前記原料溶液Aとして第一の原料溶液を用い、前記原料溶液Bとして第二の原料溶液を用いても、その逆であってもよい。また、本発明は、図1に示す製造装置を用いる方法に限定されるものではない。例えば、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられているが、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ外側ステータ12におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられていてもよい。そのように構成すれば、ローター11と外側ステータ12との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能となる。なお、その領域における剪断速度は前記条件を満たすように設定する必要がある。   As described above, the apparatus suitably used in the present invention has been described. In the present invention, the first raw material solution is used as the raw material solution A and the second raw material solution is used as the raw material solution B. There may be. Further, the present invention is not limited to the method using the manufacturing apparatus shown in FIG. For example, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively provided on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13, but the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively rotors in the outer stator 12. 11 may be provided respectively on the surface facing 11. If comprised in that way, it will become possible to introduce the raw material solution A and the raw material solution B directly into the area | region between the rotor 11 and the outer side stator 12, respectively independently. Note that the shear rate in that region needs to be set so as to satisfy the above condition.

第一の原料溶液及び第二の原料溶液における各原料溶液の送液速度は特に制限されないが、1.0〜30ml/minが好ましい。原料溶液の送液速度が前記下限未満になると金属化合物の結晶子やその凝集体の製造効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると金属化合物結晶子の凝集体の粒子径が大きくなる傾向にある。   The feeding speed of each raw material solution in the first raw material solution and the second raw material solution is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 30 ml / min. When the feed rate of the raw material solution is less than the lower limit, the production efficiency of the metal compound crystallites and aggregates thereof tends to decrease. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the particle diameter of the metal compound crystallite aggregates is large. Tend to be.

また、前記金属イオンを含む第一の原料溶液の陽イオン濃度としては0.005〜0.5mol/Lが好ましく、0.01〜0.3mol/Lがより好ましい。陽イオン濃度が前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態、又は径が小さく均一な凝集体の状態で液中で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、陽イオン濃度が前記下限未満になると金属化合物の結晶子の収率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中の金属化合物の結晶子及び/又はその凝集体(以下、場合により金属化合物微粒子という)間の距離が高分子分散剤の会合サイズよりも短くなるため、高分子分散剤の吸着による立体障害斥力が効果的に作用せず、結晶子や凝集体同士がさらに凝集する傾向にある。   The cation concentration of the first raw material solution containing the metal ions is preferably 0.005 to 0.5 mol / L, more preferably 0.01 to 0.3 mol / L. When the cation concentration is in the above range, the metal compound crystallites are dispersed in the liquid as they are or in the form of uniform aggregates having a small diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the cation concentration is less than the lower limit, the yield of the crystallites of the metal compound tends to decrease. In some cases, the distance between the metal compound fine particles) is shorter than the association size of the polymer dispersant, so that the steric hindrance repulsion due to the adsorption of the polymer dispersant does not act effectively, and crystallites and aggregates are Further, it tends to aggregate.

前記金属イオンを含む第一の原料溶液において、アルミニウムイオンとセリウムイオンとの比率は溶液1L当たりのモル比で92:8〜58:42であることが好ましい。アルミニウムイオンの含有量が前記下限未満になると得られる触媒担体粉末において、アルミナの拡散障壁としての機能が十分に発揮されない傾向にあり、他方、前記上限を超えるとセリアの量が低下するため、十分なOSC性能が発揮されない傾向にある。   In the first raw material solution containing the metal ions, the ratio of aluminum ions to cerium ions is preferably 92: 8 to 58:42 as a molar ratio per liter of the solution. In the catalyst support powder obtained when the content of aluminum ions is less than the lower limit, the function as a diffusion barrier of alumina tends not to be sufficiently exhibited, and on the other hand, the amount of ceria is reduced when the upper limit is exceeded, There is a tendency that the OSC performance is not exhibited.

また、アルミニウムイオンとセリウムイオン以外の他の金属イオンを含有する場合の他の金属イオンの含有量は特に制限されず、目的とする前記第一及び第二の超微粒子の組成に応じて調整することができるが、第一の原料溶液中の陽イオンの全量に対して35mol%以下であることが好ましい。前記他の金属イオンとしてジルコニウムイオンを含有する場合には、前記陽イオンの全量に対するジルコニウムイオンの含有量は2〜35mol%であることが好ましい。また、前記他の金属イオンとしてイットリウムイオンを含有する場合には、前記陽イオンの全量に対するイットリウムイオンの含有量は0.05〜4mol%であることが好ましい。さらに、ジルコニウムイオン及びイットリウムイオンを含有する場合には、前記陽イオンの全量に対するジルコニウムイオンの含有量は2〜35mol%であり、イットリウムイオンの含有量は0.05〜4mol%であることが好ましい。   Further, the content of other metal ions in the case of containing other metal ions other than aluminum ions and cerium ions is not particularly limited, and is adjusted according to the intended composition of the first and second ultrafine particles. However, it is preferably 35 mol% or less based on the total amount of cations in the first raw material solution. When zirconium ions are contained as the other metal ions, the content of zirconium ions with respect to the total amount of the cations is preferably 2 to 35 mol%. Moreover, when it contains an yttrium ion as said other metal ion, it is preferable that content of the yttrium ion with respect to the whole quantity of the said cation is 0.05-4 mol%. Further, when zirconium ions and yttrium ions are contained, the content of zirconium ions is preferably 2 to 35 mol% and the content of yttrium ions is 0.05 to 4 mol% with respect to the total amount of the cation. .

さらに、本発明に係るコロイド溶液を得る工程においては、高分子分散剤としてポリアルキレンイミン又はポリアクリル酸を用いることが好ましいが、用いる高分子分散剤に応じてそれぞれ以下の条件を満たすことがより好ましい。   Furthermore, in the step of obtaining the colloidal solution according to the present invention, it is preferable to use polyalkyleneimine or polyacrylic acid as the polymer dispersant, but it is more preferable to satisfy the following conditions depending on the polymer dispersant used. preferable.

<高分子分散剤としてポリアルキレンイミンを用いる場合>
ポリアルキレンイミンの重量平均分子量は3000〜15000であることが好ましく、8000〜12000であることがより好ましい。ポリアルキレンイミンの重量平均分子量が前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態、又は径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、ポリアルキレンイミンの重量平均分子量が前記下限未満になるとポリアルキレンイミンが金属化合物微粒子に吸着しても立体障害による斥力が十分に発現せず、金属化合物微粒子が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとポリアルキレンイミンが架橋構造を形成し、大きな凝集体が形成する傾向にある。なお、前記重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(装置名:分子量分布測定システム(島津製作所社製)、溶媒:THF、カラム:GPC−80M、温度:40℃、速度:1ml/min)により測定され、標準物質(商品名:shodex STANDARD、昭和電工社製)で換算した値である。
<When polyalkyleneimine is used as the polymer dispersant>
The weight average molecular weight of the polyalkyleneimine is preferably 3000 to 15000, and more preferably 8000 to 12000. When the weight average molecular weight of the polyalkyleneimine is in the above range, the metal compound crystallites are dispersed as they are or in the form of uniform aggregates having a small diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the weight average molecular weight of the polyalkyleneimine is less than the lower limit, even if the polyalkyleneimine is adsorbed to the metal compound fine particles, the repulsive force due to steric hindrance is not sufficiently expressed, and the metal compound fine particles tend to aggregate, If the upper limit is exceeded, the polyalkyleneimine tends to form a crosslinked structure and a large aggregate. The weight average molecular weight is gel permeation chromatography (GPC) (device name: molecular weight distribution measurement system (manufactured by Shimadzu Corporation), solvent: THF, column: GPC-80M, temperature: 40 ° C., speed: 1 ml / min) It is a value converted by a standard substance (trade name: shodex STANDARD, manufactured by Showa Denko KK).

また、得られたコロイド溶液におけるポリアルキレンイミンの含有量としては、前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して5〜35mg/mが好ましく、5〜15mg/mがより好ましい。ポリアルキレンイミンの含有量が前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態、又は径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、前記ポリアルキレンイミンの含有量が前記下限未満になると金属化合物微粒子の表面をポリアルキレンイミンが十分に被覆することができず、金属化合物微粒子が凝集してより大きな凝集体が形成される傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中に遊離のポリアルキレンイミンが多く存在するため、ポリアルキレンイミンの架橋反応が著しく進行し、粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。 The content of the polyalkylene imine in the resultant colloidal solution is preferably 5-35 mg / m 2 relative to unit surface area of the crystallites of the metal compound, and more preferably 5 to 15 mg / m 2. When the content of the polyalkyleneimine is in the above range, the metal compound crystallites are dispersed as they are or in the form of uniform aggregates having a small diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, if the content of the polyalkyleneimine is less than the lower limit, the surface of the metal compound fine particles cannot be sufficiently covered with the polyalkyleneimine, and the metal compound fine particles tend to aggregate to form larger aggregates. On the other hand, if the upper limit is exceeded, a large amount of free polyalkyleneimine is present in the colloidal solution, so that the crosslinking reaction of polyalkyleneimine proceeds remarkably and aggregates having a large particle size tend to be formed.

また、得られたコロイド溶液のpHは1.0〜6.0に調整することが好ましい。コロイド溶液のpHが前記範囲にあるとポリアルキレンイミンは解離してNH 基が形成され、金属化合物結晶子の負に帯電したサイト又はニュートラルなサイトに吸着して分散効果を付与する。その結果、金属化合物結晶子はそのままの状態、又は径が小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、pHが前記下限未満になると金属化合物結晶子の表面が大きく正に帯電するため、解離してNH 基が形成したポリアルキレンイミンは金属化合物結晶子に吸着しにくく、金属化合物微粒子間に十分な斥力が発現せず、金属化合物微粒子が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、ポリアルキレンイミンの解離度が小さく、金属化合物微粒子へのポリアルキレンイミンの吸着量が減少し、金属化合物微粒子間に十分な斥力が発現せず、金属化合物微粒子が凝集する傾向にある。 Moreover, it is preferable to adjust pH of the obtained colloid solution to 1.0-6.0. When the pH of the colloidal solution is within the above range, the polyalkyleneimine dissociates to form NH 3 + groups, which are adsorbed on the negatively charged sites or neutral sites of the metal compound crystallites to impart a dispersion effect. As a result, the metal compound crystallites are dispersed as they are or in the form of uniform aggregates having a small diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the pH is less than the lower limit, the surface of the metal compound crystallite is large and positively charged. Therefore, the polyalkyleneimine formed by dissociation and forming NH 3 + groups is difficult to be adsorbed on the metal compound crystallite, and between the metal compound fine particles. However, when the above upper limit is exceeded, the degree of dissociation of the polyalkyleneimine is small, and the amount of polyalkyleneimine adsorbed on the metal compound fine particles decreases. In addition, sufficient repulsive force is not expressed between the metal compound fine particles, and the metal compound fine particles tend to aggregate.

さらに、第一の原料溶液及び第二の原料溶液がそれぞれ導入される領域において、剪断速度が7500sec−1以下(より好ましくは6500sec−1以下)となるように設定されることが好ましい。この領域の剪断速度が前記上限を超えると、ポリアルキレンイミンが破壊されて、前記金属化合物微粒子に十分な斥力を付与することができず、より大きな凝集体が形成する傾向にある。 Furthermore, it is preferable that the shear rate is set to 7500 sec −1 or less (more preferably 6500 sec −1 or less) in the regions where the first raw material solution and the second raw material solution are respectively introduced. When the shear rate in this region exceeds the upper limit, the polyalkyleneimine is destroyed, and sufficient repulsive force cannot be applied to the metal compound fine particles, and a larger aggregate tends to be formed.

<高分子分散剤としてポリアクリル酸を用いる場合>
ポリアクリル酸の重量平均分子量としては1000〜5000が好ましく、1000〜3000がより好ましい。ポリアクリル酸の重量平均分子量が前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態又は粒子径が小さく均一な凝集体となり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、ポリアクリル酸の重量平均分子量が前記下限未満になると高分子分散剤が結晶子に吸着しても立体障害や静電反発による斥力が十分に発現せず、結晶子同士が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると高分子分散剤が結晶子に比べて極端に大きくなり、分子内に吸着サイトが均質に多数存在するため、多数の結晶子に吸着し易くなり、より大きな凝集体が残存する傾向にある。なお、前記重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(装置名:分子量分布測定システム(島津製作所社製)、溶媒:THF、カラム:GPC−80M、温度:40℃、速度:1ml/min)により測定され、標準物質(商品名:shodex STANDARD、昭和電工社製)で換算した値である。
<When using polyacrylic acid as a polymer dispersant>
As a weight average molecular weight of polyacrylic acid, 1000-5000 are preferable and 1000-3000 are more preferable. When the weight average molecular weight of the polyacrylic acid is within the above range, the metal compound crystallites are in the same state or a uniform aggregate with a small particle diameter, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the weight average molecular weight of the polyacrylic acid is less than the lower limit, even if the polymer dispersant is adsorbed to the crystallite, repulsive force due to steric hindrance or electrostatic repulsion is not sufficiently exhibited, and the crystallites tend to aggregate. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the polymer dispersant becomes extremely large compared to the crystallite, and a large number of adsorption sites exist in the molecule, so that the polymer dispersant is easily adsorbed on a large number of crystallites, resulting in a larger coagulation. Aggregation tends to remain. The weight average molecular weight is gel permeation chromatography (GPC) (device name: molecular weight distribution measurement system (manufactured by Shimadzu Corporation), solvent: THF, column: GPC-80M, temperature: 40 ° C., speed: 1 ml / min) It is a value converted by a standard substance (trade name: shodex STANDARD, manufactured by Showa Denko KK).

また、得られたコロイド溶液におけるポリアクリル酸の含有量としては、前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して5〜21mg/mが好ましく、5〜15mg/mがより好ましい。ポリアクリル酸の含有量が前記範囲にあると金属化合物結晶子の凝集体は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、ポリアクリル酸の含有量が前記下限未満になると金属化合物結晶子の表面を高分子分散剤が十分に被覆することができず、結晶子同士が凝集してより大きな凝集体が形成される傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中に遊離の高分子分散剤が多く存在するため、多数の結晶子に吸着し、より大きな凝集体が残存する傾向にある。 The content of polyacrylic acid in the resultant colloidal solution is preferably 5~21mg / m 2 relative to unit surface area of the crystallites of the metal compound, and more preferably 5 to 15 mg / m 2. When the content of polyacrylic acid is within the above range, the aggregate of metal compound crystallites has a small particle size and is uniform, and a colloidal solution having excellent storage stability can be obtained. On the other hand, when the content of polyacrylic acid is less than the lower limit, the surface of the metal compound crystallite cannot be sufficiently covered with the polymer dispersant, and the crystallites aggregate to form larger aggregates. On the other hand, when the upper limit is exceeded, a large amount of free polymer dispersant is present in the colloidal solution, so that it tends to be adsorbed on a large number of crystallites and a larger aggregate remains.

また、得られたコロイド溶液のpHは5.0〜10.0に調整することが好ましく、6.0〜9.0に調整することがより好ましい。特に、ポリアクリル酸として全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が90%以上100%以下のものを用いる場合には、コロイド溶液のpHを5.0以上10.0以下に調整することがさらに好ましい。また、親水基を有する繰り返し単位の割合が50%以上90%未満(より好ましくは75%以上90%未満)のものを用いる場合には、コロイド溶液のpHを7.0以上10.0以下に調整することがさらに好ましい。コロイド溶液のpHを前記範囲に調整することにより粒子径が小さく均一な金属化合物結晶子の凝集体を得ることができ、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、pHが前記下限未満になるとポリアクリル酸のカルボキシル基が解離しないため、ポリアクリル酸の金属化合物結晶子への吸着量が少なくなり、結晶子同士がさらに凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、金属化合物の種類にもよるが、金属化合物結晶子の表面が負にチャージしやすく、カルボキシル基が解離したポリアクリル酸の吸着量が少なくなり、結晶子同士がさらに凝集する傾向にある。   Moreover, it is preferable to adjust pH of the obtained colloid solution to 5.0-10.0, and it is more preferable to adjust to 6.0-9.0. In particular, when using polyacrylic acid having a proportion of all repeating units having a hydrophilic group of 90% or more and 100% or less, the pH of the colloidal solution should be adjusted to 5.0 or more and 10.0 or less. Is more preferable. In addition, when the ratio of the repeating unit having a hydrophilic group is 50% or more and less than 90% (more preferably 75% or more and less than 90%), the pH of the colloidal solution is 7.0 or more and 10.0 or less. It is more preferable to adjust. By adjusting the pH of the colloidal solution to the above range, a uniform aggregate of metal compound crystallites having a small particle diameter can be obtained, and a colloidal solution excellent in storage stability can be obtained. On the other hand, since the carboxyl group of polyacrylic acid does not dissociate when the pH is lower than the lower limit, the amount of adsorption of polyacrylic acid on the metal compound crystallites is reduced, and the crystallites tend to further aggregate, Exceeding the upper limit depends on the type of metal compound, but the surface of the metal compound crystallites tends to be negatively charged, the amount of adsorption of polyacrylic acid from which carboxyl groups are dissociated decreases, and the crystallites tend to aggregate further It is in.

さらに、第一の原料溶液及び第二の原料溶液がそれぞれ導入される領域において、剪断速度が3000sec−1以上(より好ましくは6000sec−1以上)となるように設定されることが好ましい。この領域の剪断速度が前記下限未満になると、金属化合物結晶子の凝集と複数の結晶子に高分子分散剤が吸着した構造が破壊されず、より大きな凝集体が残存する傾向にある。 Further, in the region where the first raw material solution and the second feedstock solution is introduced, respectively, shear rate 3000 sec -1 or more (more preferably 6000Sec -1 or more) to be set to be preferred. When the shear rate in this region is less than the lower limit, the aggregation of the metal compound crystallites and the structure in which the polymer dispersant is adsorbed on the plurality of crystallites are not destroyed and larger aggregates tend to remain.

本発明の触媒担体の製造方法においては、前記コロイド溶液を得る際において、コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件に調整する。前記pH条件は、用いる高分子分散剤等によって適宜設定されるが、高分子分散剤としてポリアルキレンイミンを用いる場合は、前述の理由により、pH条件が1.0〜6.0であることが好ましい。一方、高分子分散剤としてポリアクリル酸を用いる場合は、前述の理由により、pH条件が5.0〜10.0であることが好ましく、6.0〜9.0であることがより好ましい。なお、ここでいうコロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得る状態とは、コロイド溶液中のナノ粒子やその凝集体の凝集が実質的に進行しない状態をいう。   In the method for producing a catalyst carrier of the present invention, when the colloid solution is obtained, the pH condition is adjusted so that the colloid solution can maintain a dispersed state in the liquid. The pH condition is appropriately set depending on the polymer dispersant to be used. When polyalkyleneimine is used as the polymer dispersant, the pH condition may be 1.0 to 6.0 for the reasons described above. preferable. On the other hand, when polyacrylic acid is used as the polymer dispersant, the pH condition is preferably 5.0 to 10.0, and more preferably 6.0 to 9.0, for the reasons described above. Here, the state in which the colloidal solution can maintain the state dispersed in the liquid means a state in which the aggregation of the nanoparticles and the aggregates in the colloidal solution does not substantially proceed.

(水熱処理工程)
次いで、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記コロイド溶液を水熱処理する。本発明に係る水熱処理工程における水熱処理温度は、70〜90℃の範囲であることが必要である。温度が前記下限未満では、アルミニウム化合物の結晶化が不十分となり、また、セリアと他の金属酸化物との固溶体(セリア/ジルコニア固溶体、セリア/イットリア固溶体、セリア/ジルコニア/イットリア固溶体等)を形成せしめる場合に、原子の再配列が起こりにくくなる。他方、温度が前記上限を超えると、触媒担体の比表面積が小さくなり、さらに、セリアのみが単独で分離析出されてしまうため触媒の耐熱性が低下しやすくなる。また、このような水熱処理温度としては、アルミニウム化合物を析出させ、比表面積を大きくし、且つ、セリアと他の金属酸化物との固溶体を形成せしめる場合には原子の再配列を促し、空孔が形成されることを抑制できるという観点から、80〜90℃であることが特に好ましい。
(Hydrothermal process)
Next, in the method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, the colloidal solution is hydrothermally treated. The hydrothermal treatment temperature in the hydrothermal treatment step according to the present invention needs to be in the range of 70 to 90 ° C. If the temperature is lower than the lower limit, the crystallization of the aluminum compound becomes insufficient, and solid solutions of ceria and other metal oxides (ceria / zirconia solid solution, ceria / yttria solid solution, ceria / zirconia / yttria solid solution, etc.) are formed. In this case, the rearrangement of atoms is less likely to occur. On the other hand, when the temperature exceeds the above upper limit, the specific surface area of the catalyst carrier is reduced, and furthermore, only the ceria is separated and deposited alone, so that the heat resistance of the catalyst is likely to be lowered. In addition, the hydrothermal treatment temperature is such that when an aluminum compound is precipitated, the specific surface area is increased, and a solid solution of ceria and other metal oxides is formed, the rearrangement of atoms is promoted. Is preferably 80 to 90 ° C. from the viewpoint that the formation of can be suppressed.

さらに、このような水熱処理工程における水熱処理時間は、水熱処理温度に応じて適宜調整することができるが、360〜1800分の範囲であることが好ましく、1200〜1440分の範囲であることがより好ましい。水熱処理時間が前記下限未満では、複合金属酸化物多孔体前駆体の溶解や再析出の促進効果が不十分となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、水熱処理による効果が飽和状態となり、生産性が低下することになる傾向にある。   Furthermore, the hydrothermal treatment time in such a hydrothermal treatment step can be appropriately adjusted according to the hydrothermal treatment temperature, but is preferably in the range of 360 to 1800 minutes, and preferably in the range of 1200 to 1440 minutes. More preferred. If the hydrothermal treatment time is less than the lower limit, the effect of promoting the dissolution and reprecipitation of the composite metal oxide porous precursor tends to be insufficient. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the hydrothermal treatment effect becomes saturated. , Productivity tends to decline.

(凝集工程)
次いで、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記水熱処理を施したコロイド溶液のpHを、そのコロイド溶液が液中で分散した状態を維持できないpH条件に調整することが好ましい。
(Aggregation process)
Next, in the method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, it is preferable to adjust the pH of the colloidal solution subjected to the hydrothermal treatment to a pH condition that cannot maintain the state in which the colloidal solution is dispersed in the liquid.

この工程におけるコロイド溶液が液中で分散した状態を維持できないpH条件は、用いる高分子分散剤等によって適宜設定されるが、高分子分散剤としてポリアルキレンイミンを用いる場合は、pH条件が9.0〜12.0であることが好ましく、9.5〜10.5であることがより好ましい。一方、高分子分散剤としてポリアクリル酸を用いる場合は、pHを酸性側にするとアルミニウム化合物粒子が一部溶解することを抑制するという観点から、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法に凝集工程を含まなくてもよい。なお、ここでいうコロイド溶液が液中で分散した状態を維持できない状態とは、コロイド溶液中のナノ粒子やその凝集体の凝集が瞬時に進行する状態をいう。   The pH condition in which the colloidal solution in this step cannot be dispersed in the liquid is appropriately set depending on the polymer dispersant used, but when polyalkyleneimine is used as the polymer dispersant, the pH condition is 9. It is preferably 0 to 12.0, and more preferably 9.5 to 10.5. On the other hand, when polyacrylic acid is used as the polymer dispersant, it is agglomerated in the method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention from the viewpoint of suppressing partial dissolution of aluminum compound particles when the pH is set to the acidic side. The process may not be included. Here, the state where the colloidal solution cannot be maintained dispersed in the liquid means a state where the aggregation of the nanoparticles and the aggregates in the colloidal solution proceeds instantaneously.

この工程においてpHを調整する方法は特に制限されず、例えばアンモニア水等のアルカリ又は硝酸等の酸を添加することによりpHが所定範囲内になるように調整すればよい。   The method for adjusting the pH in this step is not particularly limited. For example, the pH may be adjusted within a predetermined range by adding an alkali such as ammonia water or an acid such as nitric acid.

この工程では、コロイド溶液中において高分子分散剤がナノ粒子やその凝集体から脱離し、ナノ粒子やその凝集体の凝集が瞬時に進行して二種類以上の複合金属酸化物の均一分散状態を維持した凝集物が得られる。その際の温度や時間は特に制限されず、例えば、10〜40℃の温度で5〜60秒間程度撹拌して均一分散状態を固定化することが好ましい。   In this process, the polymer dispersant is desorbed from the nanoparticles and the aggregates in the colloidal solution, and the aggregation of the nanoparticles and the aggregates proceeds instantaneously to form a uniform dispersion state of two or more types of composite metal oxides. Maintained agglomerates are obtained. The temperature and time at that time are not particularly limited, and for example, it is preferable to fix the uniformly dispersed state by stirring at a temperature of 10 to 40 ° C. for about 5 to 60 seconds.

(熱処理工程)
次いで、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記凝集工程で得られた凝集物を脱脂し、熱処理して前記本発明の排ガス浄化用触媒担体を得る。
(Heat treatment process)
Next, in the method for producing an exhaust gas purification catalyst carrier of the present invention, the aggregate obtained in the aggregation step is degreased and heat treated to obtain the exhaust gas purification catalyst carrier of the present invention.

この工程における脱脂条件としては、特に制限されないが、酸化雰囲気(例えば、空気)中において、80〜100℃で1〜10時間の条件で乾燥し、その後、300〜400℃で1〜5時間の条件で脱脂することが好ましい。   Although it does not restrict | limit especially as degreasing conditions in this process, In an oxidizing atmosphere (for example, air), it dries on the conditions for 1 to 10 hours at 80-100 degreeC, Then, it is 1-5 hours at 300-400 degreeC. It is preferable to degrease under conditions.

前記熱処理条件としては、酸化雰囲気(例えば、空気)中において、700〜1050℃の温度であることが必要である。温度が前記下限未満では、焼結が完結しないため、触媒使用時に焼結が進行して触媒性能が著しく低下する。他方、温度が前記上限を超えると、比表面積が小さくなり、第二の超微粒子の平均結晶子径が大きくなり、中心細孔直径が大きくなり、細孔容量が小さくなり、その結果、触媒性能が低下する。また、このような熱処理温度としては、より優れた触媒性能が得られる傾向にあるという観点から、800〜1050℃であることが特に好ましい。   As the heat treatment condition, it is necessary that the temperature is 700 to 1050 ° C. in an oxidizing atmosphere (for example, air). If the temperature is less than the lower limit, the sintering is not completed, so that the sintering progresses when the catalyst is used, and the catalyst performance is significantly lowered. On the other hand, when the temperature exceeds the upper limit, the specific surface area decreases, the average crystallite diameter of the second ultrafine particles increases, the central pore diameter increases, and the pore volume decreases, resulting in catalyst performance. Decreases. Moreover, as such heat processing temperature, it is especially preferable that it is 800-1050 degreeC from a viewpoint that the more outstanding catalyst performance exists in the tendency.

さらに、このような熱処理時間としては、特に制限されないが、前記温度を1〜10時間程度保持することが好ましい。この時間が前記下限未満では、凝集物を構成する金属化合物が十分に金属酸化物にならない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、高温・酸化雰囲気によりシンタリング等の性能低下を伴い易くなる傾向にある。   Furthermore, the heat treatment time is not particularly limited, but it is preferable to maintain the temperature for about 1 to 10 hours. If this time is less than the lower limit, the metal compounds constituting the aggregates tend not to be sufficiently metal oxides. On the other hand, if the upper limit is exceeded, it tends to be accompanied by performance degradation such as sintering due to high temperature and oxidizing atmosphere. There is a tendency.

本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法において、アルミナを含有する第一の超微粒子とセリアを含有する第二の超微粒子との混合物からなる排ガス浄化用触媒担体にさらにCuAl及びCuO等の添加成分をさらに含有せしめる場合は、前記添加成分を更に含有させる工程を含んでいてもよい。このような添加成分を含有させる方法は特に制限されないが、例えば、前記コロイド溶液と同様にCuを含有するコロイド溶液を調製し、前記コロイド溶液と共にCuを含有するコロイド溶液を均質混合する方法が好適に用いられる。 In the method for producing an exhaust gas purification catalyst carrier according to the present invention, the exhaust gas purification catalyst carrier comprising a mixture of the first ultrafine particles containing alumina and the second ultrafine particles containing ceria is further added to CuAl 2 O 4 and CuO. In the case of further adding an additive component such as the above, a step of further adding the additive component may be included. The method of adding such an additive component is not particularly limited, but for example, a method of preparing a colloidal solution containing Cu similarly to the colloidal solution and homogeneously mixing the colloidal solution containing Cu together with the colloidal solution is preferable. Used for.

次に、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法について説明する。本発明の触媒の製造方法は、前記本発明の製造方法により得られた排ガス浄化用触媒担体の表面に金属及び遷移金属化合物からなる群から選択されるいずれか一種を担持させる工程を含む方法である。このような金属及び遷移金属化合物を担持させる具体的な方法は特に制限されないが、例えば、金属及び遷移金属化合物の塩(硝酸塩、塩化物、酢酸塩等)又は金属及び遷移金属化合物の錯体を水、アルコール等の溶媒に溶解した溶液に前記排ガス浄化用触媒担体を浸漬し、溶媒を除去した後に焼成及び粉砕するといった方法が好適に用いられる。なお、前記金属及び遷移金属化合物を担持させる工程において溶媒を除去する際における乾燥条件としては30〜150℃で10分以内程度が好ましく、また、焼成条件としては、酸化雰囲気(例えば、空気)中において250〜600℃で30〜60分程度が好ましい。また、所望の担持量になるまでこのような金属及び遷移金属化合物の担持工程を繰り返してもよい。   Next, the manufacturing method of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention will be described. The method for producing a catalyst of the present invention is a method comprising a step of supporting any one selected from the group consisting of metals and transition metal compounds on the surface of an exhaust gas purifying catalyst carrier obtained by the production method of the present invention. is there. A specific method for supporting such a metal and a transition metal compound is not particularly limited. For example, a salt of a metal and a transition metal compound (nitrate, chloride, acetate, etc.) or a complex of a metal and a transition metal compound is added to water. A method of immersing the exhaust gas-purifying catalyst carrier in a solution dissolved in a solvent such as alcohol, removing the solvent, and firing and pulverizing is preferably used. The drying conditions for removing the solvent in the step of supporting the metal and transition metal compound are preferably within 30 minutes at 30 to 150 ° C. The firing conditions are in an oxidizing atmosphere (for example, air). In this case, the temperature is preferably from 250 to 600 ° C. for about 30 to 60 minutes. Moreover, you may repeat such a metal and transition metal compound carrying | support process until it becomes a desired carrying amount.

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)
<コロイド溶液調製工程>
先ず、硝酸アンモニウムセリウム7.2g、オキシ硝酸ジルコニル3.2g、硝酸イットリウム1.0g、硝酸アルミニウム27.0gをイオン交換水500gに溶解して複合金属酸化物の原料となる陽イオンを含む第一の原料溶液を調製した。これらの添加量は陽イオン濃度0.1mol/L、Al:Ce:Zr:Y=73:17:7:3(モル比)に相当する。次いで、硝酸アンモニウム31.3g、下記式(1)に示す重量平均分子量10000のポリエチレンイミン62.5g、硝酸115gをイオン交換水385gに溶解して第二の原料溶液を調製した。このポリエチレンイミンの添加量は、金属化合物の結晶子の表面積あたり6.7mg/mに相当する。
Example 1
<Colloid solution preparation process>
First, 7.2 g of ammonium cerium nitrate, 3.2 g of zirconyl oxynitrate, 1.0 g of yttrium nitrate, and 27.0 g of aluminum nitrate are dissolved in 500 g of ion-exchanged water to contain a cation that is a raw material for the composite metal oxide. A raw material solution was prepared. These addition amounts correspond to a cation concentration of 0.1 mol / L and Al: Ce: Zr: Y = 73: 17: 7: 3 (molar ratio). Next, 31.3 g of ammonium nitrate, 62.5 g of polyethyleneimine having a weight average molecular weight of 10,000 represented by the following formula (1), and 115 g of nitric acid were dissolved in 385 g of ion-exchanged water to prepare a second raw material solution. The amount of polyethyleneimine added corresponds to 6.7 mg / m 2 per surface area of the crystallite of the metal compound.

Figure 0005652271
Figure 0005652271

次に、図1に示す製造装置(スーパーアジテーションリアクター)を用いてAlとCeO−ZrO−Y3元系金属化合物とを含有するコロイド溶液を作製した。なお、ステータ13としてはノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ24個ずつ設けられている48孔タイプのものを使用した。そして、図1に示すように、ホモジナイザー10の先端を100mlビーカー20の中に浸るようにセットし、ホモジナイザー10におけるローター11を3400rpmの回転速度で回転させながら、上記第一の原料溶液と第二の原料溶液とをそれぞれ2.5ml/minの供給速度でチューブポンプ(図示せず)を用いてノズル16A及びノズル16Bからローター11と内側ステータ13との間の領域に送液して混合し、AlとCeO−ZrO−Y3元系金属化合物とを含有するコロイド溶液(pH1.0)を調製した。 Next, to prepare a colloidal solution containing Al 2 O 3 and CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 3 -component metal compound using the manufacturing apparatus (super agitation reactor) shown in FIG. The stator 13 used was a 48-hole type in which 24 nozzles 16A and 24 nozzles 16B were provided. Then, as shown in FIG. 1, the tip of the homogenizer 10 is set so as to be immersed in a 100 ml beaker 20, and the rotor 11 in the homogenizer 10 is rotated at a rotational speed of 3400 rpm while the first raw material solution and the second The raw material solution is fed to the region between the rotor 11 and the inner stator 13 from the nozzle 16A and the nozzle 16B using a tube pump (not shown) at a supply rate of 2.5 ml / min, and mixed. al 2 was O 3 and CeO 2 -ZrO 2 -Y 2 O 3 3 colloid containing a ternary metal compound solution (pH 1.0) was prepared.

なお、ローター11の外径は18.4mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップは0.2mmであり、それらの間の領域における剪断速度は16000sec−1であった。また、内側ステータ13の外径は12.0mm、ローター11と内側ステータ13との間のギャップは0.5mmであり、それらの間の領域における剪断速度は4600sec−1であった。また、第一の原料溶液と第二の原料溶液とが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は0.37msecであった。ここで、均質混合されるまでの時間とは、ノズル16A又はノズル16Bから吐出された原料溶液A又は原料溶液Bがローター11の回転によって隣接するノズル16B又はノズル16Aに到達するまでの時間と定義されるものである。 The outer diameter of the rotor 11 was 18.4 mm, the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 was 0.2 mm, and the shear rate in the region between them was 16000 sec −1 . The outer diameter of the inner stator 13 was 12.0 mm, the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 was 0.5 mm, and the shear rate in the region between them was 4600 sec −1 . Moreover, the time from the introduction of the first raw material solution and the second raw material solution into the region until the homogeneous mixing was 0.37 msec. Here, the time until homogeneous mixing is defined as the time until the raw material solution A or the raw material solution B discharged from the nozzle 16A or the nozzle 16B reaches the adjacent nozzle 16B or the nozzle 16A by the rotation of the rotor 11. It is what is done.

<水熱処理工程>
得られたコロイド溶液を密閉容器に入れ、80℃まで加熱して維持し、密閉容器内の圧力を0.1〜1.0MPaの範囲内に維持しつつ、24時間の水熱処理を施した。その後、水熱処理後の溶液を室温まで冷却した。
<Hydrothermal treatment process>
The obtained colloidal solution was put into a sealed container, heated to 80 ° C. and maintained, and subjected to a hydrothermal treatment for 24 hours while maintaining the pressure in the sealed container within a range of 0.1 to 1.0 MPa. Thereafter, the hydrothermally treated solution was cooled to room temperature.

<凝集工程>
水熱処理後のコロイド溶液に対して撹拌しながらアンモニア水を10秒間で添加する方法でpH9.5に調整して凝集物を得た。
<Aggregation process>
The aqueous colloid solution after hydrothermal treatment was adjusted to pH 9.5 by adding ammonia water for 10 seconds while stirring to obtain an aggregate.

<熱処理工程>
得られた凝集物を大気中100℃で10時間保持して乾燥し、その後大気中250℃で5時間保持して脱脂し、さらにその後大気中900℃で5時間保持する条件で熱処理し、複合金属酸化物多孔体である触媒担体を得た。得られた触媒担体において、各金属酸化物の含有量は、表5に示すように、Alは47.4質量%、CeOは37.3質量%、ZrOは11.5質量%、Yは3.9質量%であった。
<Heat treatment process>
The obtained agglomerates are dried by holding at 100 ° C. for 10 hours in the atmosphere, then degreased by holding at 250 ° C. for 5 hours in the atmosphere, and then heat-treated under the condition of holding at 900 ° C. for 5 hours in the atmosphere. A catalyst carrier which is a metal oxide porous body was obtained. In the resulting catalyst support, the content of each metal oxide as shown in Table 5, Al 2 O 3 is 47.4 wt%, CeO 2 37.3 wt%, ZrO 2 is 11.5 wt %, Y 2 O 3 was 3.9% by mass.

(実施例2)
熱処理温度を950℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Example 2)
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 950 ° C.

(実施例3)
硝酸アンモニウム31.3g、重量平均分子量2000の親水基100%であるポリアクリル酸アンモニウム70g、25質量%のアンモニア水10gをイオン交換水420gに溶解した溶液を第二の原料溶液として用いたこと以外は実施例1と同様にしてコロイド溶液(pH6.5)を調製した。このコロイド溶液を用いて、凝集工程を行わずに水熱処理後のコロイド溶液をそのまま脱脂し、熱処理温度を1000℃とし、ローター11と内側ステータ13との間の領域における剪断速度を32500sec−1としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。なお、このポリアクリル酸の添加量は、金属化合物結晶子の表面積あたり6.7mg/mに相当する。
Example 3
Except that 31.3 g of ammonium nitrate, 70 g of ammonium polyacrylate having a weight average molecular weight of 2000 hydrophilic group of 100%, and a solution of 10 g of 25% by mass of ammonia water in 420 g of ion-exchanged water were used as the second raw material solution. A colloidal solution (pH 6.5) was prepared in the same manner as in Example 1. Using this colloidal solution, the colloidal solution after hydrothermal treatment was degreased as it was without performing the agglomeration step, the thermal treatment temperature was 1000 ° C., and the shear rate in the region between the rotor 11 and the inner stator 13 was 32500 sec −1 . A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that. In addition, the addition amount of this polyacrylic acid is equivalent to 6.7 mg / m < 2 > per surface area of a metal compound crystallite.

(実施例4)
熱処理温度を1000℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
Example 4
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 1000 ° C.

(実施例5)
熱処理温度を1050℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Example 5)
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 1050 ° C.

(比較例1)
熱処理温度を600℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Comparative Example 1)
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 600 ° C.

(比較例2)
熱処理温度を1100℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Comparative Example 2)
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 1100 ° C.

(比較例3)
第一の原料溶液と第二の原料溶液とを急速に導入し、回転数300rpmで12時間プロペラ攪拌することにより混合したこと以外は実施例1と同様にしてコロイド溶液を調製した。このコロイド溶液を用いて、熱処理温度を1100℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Comparative Example 3)
A colloidal solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the first raw material solution and the second raw material solution were rapidly introduced and mixed by propeller stirring for 12 hours at 300 rpm. Using this colloidal solution, a catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 1100 ° C.

(比較例4)
25質量%のアンモニア水40gをイオン交換水460gに溶解した溶液を第二の原料溶液として用いたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Comparative Example 4)
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that a solution obtained by dissolving 40 g of 25% by mass of ammonia water in 460 g of ion-exchanged water was used as the second raw material solution.

(比較例5)
水熱処理温度を100℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Comparative Example 5)
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal treatment temperature was 100 ° C.

(比較例6)
水熱処理温度を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。
(Comparative Example 6)
A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal treatment temperature was not used.

(実施例6)
硝酸アンモニウムセリウム12.3g、オキシ硝酸ジルコニル2.6g、硝酸イットリウム1.3g、硝酸アルミニウム24.1gをイオン交換水500gに溶解した溶液を第一の原料溶液として用い、第二の原料溶液に添加する硝酸アンモニウムを31.3gに代えて32.6gとしたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。なお、第一の原料溶液における添加量は陽イオン濃度0.1mol/L、Al:Ce:Zr:Y=64:23:10:3(モル比)に相当する。得られた触媒担体において、アルミナの含有量は37.5質量%であった。得られた触媒担体において、各金属酸化物の含有量を表5に示す。
(Example 6)
A solution prepared by dissolving 12.3 g of ammonium cerium nitrate, 2.6 g of zirconyl oxynitrate, 1.3 g of yttrium nitrate, and 24.1 g of aluminum nitrate in 500 g of ion-exchanged water is used as the first raw material solution and added to the second raw material solution. A catalyst support was obtained in the same manner as in Example 1 except that 32.6 g of ammonium nitrate was used instead of 31.3 g. The addition amount in the first raw material solution corresponds to a cation concentration of 0.1 mol / L and Al: Ce: Zr: Y = 64: 23: 10: 3 (molar ratio). In the obtained catalyst carrier, the content of alumina was 37.5% by mass. Table 5 shows the content of each metal oxide in the obtained catalyst carrier.

(実施例7)
硝酸アンモニウムセリウム5.3g、オキシ硝酸ジルコニル1.1g、硝酸イットリウム0.6g、硝酸アルミニウム31.7gをイオン交換水500gに溶解した溶液を第一の原料溶液として用い、第二の原料溶液に添加する硝酸アンモニウムを31.3gに代えて31.8gとしたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。なお、第一の原料溶液における添加量は陽イオン濃度0.1mol/L、Al:Ce:Zr:Y=84:9:4:1(モル比)に相当する。得られた触媒担体において、アルミナの含有量は64.3質量%であった。得られた触媒担体において、各金属酸化物の含有量を表5に示す。
(Example 7)
A solution prepared by dissolving 5.3 g of cerium ammonium nitrate, 1.1 g of zirconyl oxynitrate, 0.6 g of yttrium nitrate, and 31.7 g of aluminum nitrate in 500 g of ion-exchanged water is used as the first raw material solution and added to the second raw material solution. A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that 31.8 g of ammonium nitrate was used instead of 31.3 g. The addition amount in the first raw material solution corresponds to a cation concentration of 0.1 mol / L and Al: Ce: Zr: Y = 84: 9: 4: 1 (molar ratio). In the obtained catalyst carrier, the content of alumina was 64.3% by mass. Table 5 shows the content of each metal oxide in the obtained catalyst carrier.

(実施例8)
硝酸アンモニウムセリウム4.2g、オキシ硝酸ジルコニル0.9g、硝酸イットリウム0.4g、硝酸アルミニウム33.0gをイオン交換水500gに溶解した溶液を第一の原料溶液として用い、第二の原料溶液に添加する硝酸アンモニウムを31.3gに代えて31.7gとしたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。なお、第一の原料溶液における添加量は陽イオン濃度0.1mol/L、Al:Ce:Zr:Y=88:8:3:1(モル比)に相当する。得られた触媒担体において、アルミナの含有量は70.6質量%であった。得られた触媒担体において、各金属酸化物の含有量を表5に示す。
(Example 8)
A solution prepared by dissolving 4.2 g of ammonium cerium nitrate, 0.9 g of zirconyl oxynitrate, 0.4 g of yttrium nitrate, and 33.0 g of aluminum nitrate in 500 g of ion-exchanged water is used as the first raw material solution and added to the second raw material solution. A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that 31.7 g of ammonium nitrate was used instead of 31.3 g. The addition amount in the first raw material solution corresponds to a cation concentration of 0.1 mol / L and Al: Ce: Zr: Y = 88: 8: 3: 1 (molar ratio). In the obtained catalyst carrier, the content of alumina was 70.6% by mass. Table 5 shows the content of each metal oxide in the obtained catalyst carrier.

(実施例9)
硝酸アンモニウムセリウム13.3g、硝酸イットリウム1.0g、硝酸アルミニウム27.4gをイオン交換水500gに溶解した溶液を第一の原料溶液として用い、第二の原料溶液に添加する硝酸アンモニウムを31.3gに代えて33.7gとしたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。なお、陽イオンを含む塩の水溶液における添加量は陽イオン濃度0.1mol/L、Al:Ce:Zr:Y=73:24:0:3(モル比)に相当する。得られた触媒担体において、アルミナの含有量は45.3質量%であった。得られた触媒担体において、各金属酸化物の含有量を表5に示す。
Example 9
A solution prepared by dissolving 13.3 g of ammonium cerium nitrate, 1.0 g of yttrium nitrate, and 27.4 g of aluminum nitrate in 500 g of ion-exchanged water was used as the first raw material solution, and the ammonium nitrate added to the second raw material solution was replaced with 31.3 g. A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount was 33.7 g. The addition amount of the salt containing a cation in the aqueous solution corresponds to a cation concentration of 0.1 mol / L and Al: Ce: Zr: Y = 73: 24: 0: 3 (molar ratio). In the obtained catalyst carrier, the alumina content was 45.3 mass%. Table 5 shows the content of each metal oxide in the obtained catalyst carrier.

(実施例10)
硝酸アンモニウムセリウム6.0g、オキシ硝酸ジルコニル3.6g、硝酸イットリウム1.0g、硝酸アルミニウム27.4gをイオン交換水500gに溶解した溶液を第一の原料溶液として用い、第二の原料溶液に添加する硝酸アンモニウムを31.3gに代えて31.0gとしたこと以外は実施例1と同様にして触媒担体を得た。なお、陽イオンを含む塩の水溶液における添加量は陽イオン濃度0.1mol/L、Al:Ce:Zr:Y=73:6:4:1(モル比)に相当する。得られた触媒担体において、アルミナの含有量は47.5質量%であった。得られた触媒担体において、各金属酸化物の含有量を表5に示す。
(Example 10)
A solution prepared by dissolving 6.0 g of ammonium cerium nitrate, 3.6 g of zirconyl oxynitrate, 1.0 g of yttrium nitrate, and 27.4 g of aluminum nitrate in 500 g of ion-exchanged water is used as the first raw material solution and added to the second raw material solution. A catalyst carrier was obtained in the same manner as in Example 1 except that 31.0 g of ammonium nitrate was used instead of 31.3 g. In addition, the addition amount in the aqueous solution of the salt containing a cation corresponds to a cation concentration of 0.1 mol / L and Al: Ce: Zr: Y = 73: 6: 4: 1 (molar ratio). In the obtained catalyst carrier, the content of alumina was 47.5% by mass. Table 5 shows the content of each metal oxide in the obtained catalyst carrier.

(比較例7)
触媒担体として市販のアルミナ粉末(商品名:AKP−50、住友化学社製)を用いた。
(Comparative Example 7)
Commercially available alumina powder (trade name: AKP-50, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used as the catalyst carrier.

(比較例8)
触媒担体として市販のセリア粉末(商品名:酸化セリウム、第一稀元素化学工業社製)を用いた。
(Comparative Example 8)
Commercially available ceria powder (trade name: cerium oxide, manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industries, Ltd.) was used as the catalyst carrier.

<特性評価>
実施例1〜10及び比較例1〜8で得られた触媒担体の各特性を以下の方法により測定し、評価した。
(平均結晶子径)
触媒担体のX線回折(XRD)パターンを、粉末X線回折装置(リガク社製、商品名「RINT−2200」を用いて、スキャンステップ0.01°、発散及び散乱スリット1deg、受光スリット0.15mm、CuKα線、40kV、20mA、スキャン速度1°/minの条件で測定し、得られた第二の超微粒子の(111)面に由来するピークの半値幅に基づいて、シェラーの式:
D=0.9λ/βcosθ
(式中、Dは結晶子径を示し、λは使用X線波長を示し、βはXRDの測定試料の半値幅を示し、θは回折角を示す)
を用いて計算し、第二の微粒子の平均結晶子径を算出した。表1には実施例1〜5及び比較例1〜6で得られた触媒担体における第二の超微粒子の平均結晶子径を示し、表3には実施例1及び6〜10で得られた触媒担体における第二の超微粒子の平均結晶子径を示す。なお、比較例5で得られた触媒担体においては、X線回折による測定によって蛍石構造のジルコニア固溶セリア結晶が破壊されたことを確認した。従って、比較例5で得られた触媒担体においては第二の微粒子の結晶子径の測定はできなかった。
<Characteristic evaluation>
Each characteristic of the catalyst carrier obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 was measured and evaluated by the following methods.
(Average crystallite diameter)
The X-ray diffraction (XRD) pattern of the catalyst carrier was measured using a powder X-ray diffractometer (trade name “RINT-2200”, manufactured by Rigaku Corporation) with a scan step of 0.01 °, a divergence and scattering slit of 1 deg, a light receiving slit of 0. Based on the full width at half maximum of the peak derived from the (111) plane of the obtained second ultrafine particle, measured under the conditions of 15 mm, CuKα ray, 40 kV, 20 mA, scan speed of 1 ° / min, Scherrer's formula:
D = 0.9λ / βcos θ
(In the formula, D represents the crystallite diameter, λ represents the used X-ray wavelength, β represents the half width of the XRD measurement sample, and θ represents the diffraction angle)
The average crystallite diameter of the second fine particles was calculated. Table 1 shows the average crystallite diameters of the second ultrafine particles in the catalyst carriers obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, and Table 3 shows those obtained in Examples 1 and 6 to 10. The average crystallite diameter of the second ultrafine particles in the catalyst carrier is shown. In the catalyst support obtained in Comparative Example 5, it was confirmed by measurement by X-ray diffraction that the zirconia solid solution ceria crystals having a fluorite structure were destroyed. Therefore, in the catalyst carrier obtained in Comparative Example 5, the crystallite diameter of the second fine particles could not be measured.

(比表面積、中心細孔直径、細孔容積)
自動比表面積/細孔分布測定装置(カンタクローム(株)製、商品名「Autosorb−1」)を用い、液体窒素温度(−196℃)条件で定容量式ガス吸着法により触媒担体の窒素吸着等温線を求めた。なお、触媒担体には測定前に120℃で2時間の真空脱気処理を施した。得られた窒素吸着等温線からBJH法により触媒担体の細孔径分布曲線を求め、触媒担体の中心細孔直径を算出した。また、前記窒素吸着等温線から触媒担体の細孔容量を算出し、BET法により触媒担体の比表面積を算出した。表1には、実施例1〜5及び比較例1〜6で得られた触媒担体の比表面積、中心細孔直径及び細孔容積を示し、表3には実施例1及び6〜10で得られた触媒担体の比表面積、中心細孔直径及び細孔容積を示す。
(Specific surface area, center pore diameter, pore volume)
Nitrogen adsorption of the catalyst support by a constant volume gas adsorption method under conditions of liquid nitrogen temperature (-196 ° C.) using an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (trade name “Autosorb-1” manufactured by Cantachrome Co., Ltd.) An isotherm was determined. The catalyst carrier was vacuum degassed at 120 ° C. for 2 hours before measurement. From the obtained nitrogen adsorption isotherm, the pore size distribution curve of the catalyst support was determined by the BJH method, and the center pore diameter of the catalyst support was calculated. Further, the pore volume of the catalyst support was calculated from the nitrogen adsorption isotherm, and the specific surface area of the catalyst support was calculated by the BET method. Table 1 shows specific surface areas, central pore diameters and pore volumes of the catalyst supports obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, and Table 3 shows examples obtained in Examples 1 and 6 to 10. The specific surface area, central pore diameter and pore volume of the catalyst support obtained are shown.

(標準偏差)
先ず、得られた触媒担体について、STEM(JEOL製、JEM−2100F Csコレクター)付属のEDS装置(200KV TEM、ADF−STEM像)を用いて、20nm角のエリアでAl,Ce,Zr,Yの含有率(金属換算した場合の含有率(質量%))を300箇所の測定点で測定した。次いで、得られた触媒担体について、ICP発光分析装置(リガク社製、CIROS 120EOP)を用いて、触媒担体における金属の全質量及びAl、Ce、Zr、Yの各質量を測定し、触媒担体における金属の全質量に対するAl、Ce、Zr、Yの各含有率(質量%)を算出した。こうして得られた触媒担体全体における各金属の含有率を基準として、全測定点における各金属の含有率の測定値の標準偏差を算出した。実施例1〜5及び比較例1〜6得られた触媒担体における結果を表2に示し、実施例1及び6〜10で得られた触媒担体における結果を表4に示す。
(standard deviation)
First, with respect to the obtained catalyst support, using an EDS apparatus (200 KV TEM, ADF-STEM image) attached to STEM (manufactured by JEOL, JEM-2100F Cs collector), Al, Ce, Zr, and Y in an area of 20 nm square. The content rate (content rate in terms of metal (mass%)) was measured at 300 measurement points. Next, with respect to the obtained catalyst support, an ICP emission analyzer (manufactured by Rigaku Corporation, CIROS 120EOP) was used to measure the total metal mass and each mass of Al, Ce, Zr, Y in the catalyst support. Each content (mass%) of Al, Ce, Zr, and Y with respect to the total mass of the metal was calculated. Based on the content of each metal in the entire catalyst support thus obtained, the standard deviation of the measured value of the content of each metal at all measurement points was calculated. The results for the catalyst carriers obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in Table 2, and the results for the catalyst carriers obtained in Examples 1 and 6 to 10 are shown in Table 4.

<触媒活性評価>
実施例1〜10及び比較例1〜8で得られた触媒担体の触媒活性を以下の方法により測定し、評価した。
<Catalyst activity evaluation>
The catalyst activities of the catalyst carriers obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 were measured and evaluated by the following methods.

先ず、硝酸銅(Cu(NO・3HO)0.951gをイオン交換水584gに溶解した硝酸銅水溶液を用い、得られた触媒担体5gに対して0.25gとなるようにCuを担持し、大気中、600℃で5時間焼成して銅系触媒を得た。この触媒は、触媒担体に酸化銅粒子が担持され、還元雰囲気に晒されると酸化銅の一部が還元されて銅粒子となり、触媒活性を示すものである。 First, using a copper nitrate aqueous solution in which 0.951 g of copper nitrate (Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O) was dissolved in 584 g of ion-exchanged water, Cu was 0.25 g with respect to 5 g of the obtained catalyst carrier. And calcined at 600 ° C. for 5 hours in the air to obtain a copper-based catalyst. In this catalyst, copper oxide particles are supported on a catalyst carrier, and when exposed to a reducing atmosphere, a part of the copper oxide is reduced to copper particles and exhibits catalytic activity.

次いで、得られた触媒1.0gを常圧固定床流通型反応装置(ベスト測器製)に設置し、CO(0.7容量%)、H(0.23容量%)、NO(0.12容量%)、C(0.16容量%)、CO(10容量%)、O(0.64容量%)、HO(3容量%)及びN(残部)からなるモデルガスを3500mL/minの流量で供給し、触媒入りガス温度が100℃となるように調整し、触媒入りガスのCO濃度、C濃度、NO濃度を測定した。その後、触媒入りガス温度を50℃/minの昇温速度で500℃まで昇温し、10分間保持する前処理を行った。次いで、触媒入りガスを100℃まで冷却した後、再度触媒入りガス温度を15℃/minの昇温速度で600℃まで昇温しつつ、触媒出ガスのCO濃度、C濃度、NO濃度を測定し、触媒入りガス及び触媒出ガスにおけるそれぞれの測定値の差からNO浄化率を算出した。そして、供給されたモデルガス中のNO浄化率がそれぞれ50%に到達する温度(T50−NO)を測定した。実施例1及び6〜10、比較例7〜8において得られた結果を表5に示す。また、実施例1〜5及び比較例1〜6において得られたT50−NO(℃)を縦軸とし、各実施例及び比較例で得られた担体における第二の超微粒子の平均結晶子径(nm)を横軸として、図5に示す。但し、比較例5において第二の超微粒子の結晶子径は測定できなかったため、平均結晶子径を仮に10nmとして示す。 Next, 1.0 g of the obtained catalyst was placed in an atmospheric pressure fixed bed flow type reactor (manufactured by Vest Sokki), and CO (0.7 vol%), H 2 (0.23 vol%), NO (0 .12 volume%), C 3 H 6 (0.16 volume%), CO 2 (10 volume%), O 2 (0.64 volume%), H 2 O (3 volume%) and N 2 (balance) Was supplied at a flow rate of 3500 mL / min, the catalyst-containing gas temperature was adjusted to 100 ° C., and the CO concentration, C 3 H 6 concentration, and NO concentration of the catalyst-containing gas were measured. Thereafter, a pretreatment was performed in which the temperature of the gas containing the catalyst was increased to 500 ° C. at a temperature increase rate of 50 ° C./min and held for 10 minutes. Next, after cooling the catalyst-containing gas to 100 ° C., the temperature of the catalyst-containing gas is increased again to 600 ° C. at a rate of temperature increase of 15 ° C./min, while the CO concentration, C 3 H 6 concentration, NO The concentration was measured, and the NO purification rate was calculated from the difference between the measured values of the catalyst-containing gas and the catalyst output gas. And the temperature (T50-NO) at which the NO purification rate in the supplied model gas reaches 50% was measured. Table 5 shows the results obtained in Examples 1 and 6 to 10 and Comparative Examples 7 to 8. Moreover, T50-NO (degreeC) obtained in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-6 was made into the vertical axis | shaft, and the average crystallite diameter of the 2nd ultrafine particle in the support | carrier obtained in each Example and the comparative example was used. FIG. 5 shows (nm) as the horizontal axis. However, in Comparative Example 5, since the crystallite size of the second ultrafine particles could not be measured, the average crystallite size is assumed to be 10 nm.

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表1〜4に示した結果から明らかなように、本発明の製造方法によれば、高度に均一配置した2相以上の金属酸化物ナノ粒子(アルミナ粒子、セリア粒子)が物理的に混ざり合ってなる本発明の排ガス浄化用触媒担体を得ることができることが確認された。本発明の排ガス浄化用触媒担体を触媒担体として用いると、拡散障壁としてAlナノ粒子が微細かつ均一に機能性粒子(セリアを含有するナノ粒子)の間に配置されているため、極めて耐熱性に優れた担体となる。さらに、本発明によれば、比表面積、細孔径及び細孔容積を制御できるため、担持される金属や金属化合物種に応じた担体の調製が可能であり、優れた活性を示す触媒の調製が可能となる。 As is apparent from the results shown in Tables 1 to 4, according to the production method of the present invention, metal oxide nanoparticles (alumina particles, ceria particles) having two or more phases arranged in a highly uniform manner are physically mixed. It was confirmed that the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention can be obtained. When the exhaust gas-purifying catalyst carrier of the present invention is used as a catalyst carrier, Al 2 O 3 nanoparticles are finely and uniformly arranged between functional particles (ceria-containing nanoparticles) as a diffusion barrier. It becomes a carrier having excellent heat resistance. Furthermore, according to the present invention, since the specific surface area, pore diameter and pore volume can be controlled, it is possible to prepare a carrier according to the supported metal or metal compound species, and to prepare a catalyst exhibiting excellent activity. It becomes possible.

また、実施例1と比較例5〜6との比較からも明らかなように、本発明に係る水熱処理を施すことにより、比表面積が増大するため、耐熱性が向上することが確認された。他方、水熱処理の温度が高温になると蛍石構造のジルコニア固溶セリア粒子の結晶構造が破壊されてしまうことから、十分な比表面積を有する均一な結晶が形成できないことが確認された。   Further, as is clear from the comparison between Example 1 and Comparative Examples 5 to 6, it was confirmed that the heat resistance is improved because the specific surface area is increased by performing the hydrothermal treatment according to the present invention. On the other hand, since the crystal structure of the fluorite-structured zirconia solid solution ceria particles is destroyed when the temperature of the hydrothermal treatment is increased, it was confirmed that uniform crystals having a sufficient specific surface area cannot be formed.

さらに、図5に示した結果から明らかなように、第二の超微粒子平均結晶子径が5〜11nmである本発明の排ガス浄化用触媒担体は、触媒活性に優れており、その範囲を外れると、触媒活性が急速に劣化することが確認された。   Furthermore, as is apparent from the results shown in FIG. 5, the exhaust gas-purifying catalyst carrier of the present invention having the second ultrafine particle average crystallite diameter of 5 to 11 nm is excellent in catalytic activity and is out of the range. It was confirmed that the catalytic activity deteriorated rapidly.

また、本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、アルミナの含有量が30〜80質量%の範囲であると特に触媒活性に優れることが確認された。これは、高温での熱処理においても、アルミナ粒子が拡散障壁として作用し、セリア粒子及び/又はジルコニア固溶セリア粒子の結晶子径を制御するためと推察される。   Moreover, in the exhaust gas purifying catalyst carrier of the present invention, it was confirmed that the catalyst activity was particularly excellent when the alumina content was in the range of 30 to 80% by mass. This is presumably because alumina particles act as a diffusion barrier even in heat treatment at a high temperature, and control the crystallite size of ceria particles and / or zirconia solid solution ceria particles.

以上説明したように、本発明によれば、担持される触媒成分として遷移金属化合物を用いた場合であっても、高水準の触媒活性を有する触媒を得ることを可能とする排ガス浄化用触媒担体、並びに、その製造方法を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, even when a transition metal compound is used as a supported catalyst component, it is possible to obtain a catalyst carrier for exhaust gas purification that can obtain a catalyst having a high level of catalytic activity. In addition, it is possible to provide a manufacturing method thereof.

10…ホモジナイザー、11…ローター、12…外側ステータ、13…内側ステータ、14…回転シャフト、15…モーター、16A,16B…ノズル、17A,17B…流路(供給管)、20…反応容器、A,B…反応溶液、X…回転軸、Y…回転軸Xに対して直交する面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Homogenizer, 11 ... Rotor, 12 ... Outer stator, 13 ... Inner stator, 14 ... Rotating shaft, 15 ... Motor, 16A, 16B ... Nozzle, 17A, 17B ... Flow path (supply pipe), 20 ... Reaction vessel, A , B ... reaction solution, X ... rotation axis, Y ... surface perpendicular to the rotation axis X.

Claims (10)

アルミナを含有する第一の超微粒子とセリアを含有する第二の超微粒子との混合物からなる排ガス浄化用触媒担体であって、
前記担体に0.1質量%以上含有されるすべての金属元素について、球面収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型X線分光分析により20nm角の微小分析範囲における前記金属元素の含有率(質量%)を300箇所の測定点で測定して得られた各金属元素の含有率の標準偏差が10以下となる条件を満たすように、前記第一の超微粒子と前記第二の超微粒子とが均一に分散しており、
BET法により求めた比表面積が110m/g以上であり、
前記第二の超微粒子が、X線回折法により求めた平均結晶子径が5〜11nmのものであることを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
A catalyst carrier for exhaust gas purification comprising a mixture of first ultrafine particles containing alumina and second ultrafine particles containing ceria,
All metal elements contained in the carrier in an amount of 0.1% by mass or more are analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy using a scanning transmission electron microscope with a spherical aberration correction function. The first ultrafine particles and the second fine particles are so satisfied that the standard deviation of the content of each metal element obtained by measuring the content (mass%) at 300 measurement points is 10 or less. Ultra fine particles are uniformly dispersed,
The specific surface area determined by the BET method is 110 m 2 / g or more,
An exhaust gas purifying catalyst carrier, wherein the second ultrafine particles have an average crystallite diameter of 5 to 11 nm determined by an X-ray diffraction method.
窒素吸着法により求めた中心細孔直径が8〜20nmであり、細孔容積が0.2〜0.6cm/gであることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒担体。 2. The exhaust gas purifying catalyst carrier according to claim 1, wherein a central pore diameter determined by a nitrogen adsorption method is 8 to 20 nm and a pore volume is 0.2 to 0.6 cm 3 / g. 前記第二の超微粒子が、ジルコニア及び/又はイットリアを更に含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化用触媒担体。   The exhaust gas purifying catalyst carrier according to claim 1 or 2, wherein the second ultrafine particles further contain zirconia and / or yttria. アルミナの含有量が30〜80質量%であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体。   The exhaust gas purifying catalyst carrier according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of alumina is 30 to 80% by mass. 請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体と、前記担体の表面に担持されている金属及び遷移金属化合物からなる群から選択されるいずれか一種とを備えることを特徴とする排ガス浄化用触媒。   An exhaust gas purifying catalyst carrier according to any one of claims 1 to 4, and any one selected from the group consisting of a metal and a transition metal compound supported on the surface of the carrier. An exhaust gas purifying catalyst characterized by. アルミニウムイオンとセリウムイオンとを含有する第一の原料溶液と、高分子分散剤を含有する第二の原料溶液とを、1000〜200000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合し、コロイド溶液を得る工程と、
コロイド溶液のpHを、該コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件に調整する工程と、
前記コロイド溶液を70〜90℃の温度条件で水熱処理する工程と、
前記水熱処理後のコロイド溶液を脱脂し、酸化雰囲気において700〜1050℃の温度条件で熱処理することにより排ガス浄化用触媒担体を得る工程と
を含むことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体の製造方法。
A first raw material solution containing aluminum ions and cerium ions and a second raw material solution containing a polymer dispersant are directly and independently introduced into a region having a shear rate of 1000 to 200000 sec −1. Mixing the mixture homogeneously to obtain a colloidal solution;
Adjusting the pH of the colloidal solution to a pH condition capable of maintaining the state in which the colloidal solution is dispersed in the liquid;
Hydrothermally treating the colloidal solution at a temperature of 70 to 90 ° C .;
A method for producing a catalyst carrier for exhaust gas purification, comprising: degreasing the colloidal solution after the hydrothermal treatment and obtaining a catalyst carrier for exhaust gas purification by heat treatment in an oxidizing atmosphere at a temperature of 700 to 1050 ° C. .
前記第一の原料溶液が、ジルコニウムイオン及び/又はイットリウムイオンを更に含有することを特徴とする請求項6に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。   The method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier according to claim 6, wherein the first raw material solution further contains zirconium ions and / or yttrium ions. 前記水熱処理後のコロイド溶液のpHを該コロイド溶液が液中で分散した状態を維持できないpH条件に調整する工程を、前記水熱処理工程の後にさらに備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。   8. The method according to claim 6, further comprising a step of adjusting the pH of the colloidal solution after the hydrothermal treatment to a pH condition where the colloidal solution cannot maintain a dispersed state in the liquid after the hydrothermal treatment step. The manufacturing method of the catalyst carrier for purification | cleaning of exhaust gas as described. 前記高分子分散剤が少なくとも一種の重量平均分子量が3000〜15000のポリアルキレンイミンであり、前記コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件が1.0〜6.0であり、前記コロイド溶液が液中で分散した状態を維持できないpH条件が9.0〜11.0であることを特徴とする請求項8に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。   The polymer dispersant is at least one polyalkyleneimine having a weight average molecular weight of 3000 to 15000, and pH conditions capable of maintaining the state in which the colloidal solution is dispersed in the liquid are 1.0 to 6.0, The method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier according to claim 8, wherein the pH condition under which the colloidal solution cannot be dispersed in the liquid is 9.0 to 11.0. 前記高分子分散剤が少なくとも一種の重量平均分子量が1000〜5000のポリアクリル酸であり、前記コロイド溶液が液中で分散した状態を維持し得るpH条件が5.0〜10.0であることを特徴とする請求項6又は7に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。   The polymer dispersant is at least one polyacrylic acid having a weight average molecular weight of 1000 to 5000, and pH conditions capable of maintaining the state in which the colloidal solution is dispersed in the liquid are 5.0 to 10.0. A method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrier according to claim 6 or 7.
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