JP5692595B2 - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents

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Description

本発明は排ガス浄化用触媒に関する。詳しくは硫黄被毒の抑制と、高温条件下(例えば800〜1000℃程度)における触媒活性向上を両立することができる排ガス浄化用触媒とその製造方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst. Specifically, the present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst capable of achieving both suppression of sulfur poisoning and improvement in catalytic activity under high temperature conditions (for example, about 800 to 1000 ° C.) and a method for producing the same.

自動車等の内燃機関から排出される炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などの有害成分を同時にかつ効率的に浄化するための排ガス浄化用触媒として、貴金属である白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)を主に活性種とした三元触媒が広く用いられている。近年、各国で強化されている排ガス規制を満たし、かつ資源リスクの高い上記貴金属の使用を最小限に抑えるために、上記三元触媒を含む排ガス浄化用触媒には一層の性能向上が望まれている。   As a catalyst for exhaust gas purification for simultaneously and efficiently purifying harmful components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) discharged from internal combustion engines such as automobiles, precious metals There are widely used three-way catalysts mainly composed of platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) as active species. In order to meet the exhaust gas regulations that have been strengthened in recent years and to minimize the use of the above-mentioned precious metals with high resource risks, further improvement in the performance of exhaust gas purification catalysts including the above three-way catalyst is desired. Yes.

排ガス浄化用触媒の性能向上を達成するためには、該触媒の使用過程における劣化を防止することが求められる。上記触媒の劣化要因の一つに、硫黄(S)成分による触媒被毒(以下、「硫黄被毒」ともいう。)が挙げられる。これは燃料中に含まれる硫黄成分が、排ガス浄化用触媒の貴金属表面を被覆することにより、触媒の活性点が低減し、その結果、該触媒の浄化性能が低下する現象である。
従来、上記硫黄被毒を抑制するために、排ガス浄化用触媒の構成、材料、及び制御など各方面から改良がなされている。例えば、硫黄被毒から触媒性能を回復させるために、排ガスの空燃比及び温度を制御することにより、触媒に被覆した硫黄成分をSOもしくはHSとして気化させ、脱離させることが提案されている。しかし、そのような硫黄被毒回復制御は、一方で、触媒の浄化性能低下または劣化を促進することがあり得るため、根本的に硫黄被毒され難い排ガス浄化用触媒の開発が求められている。
In order to achieve an improvement in the performance of the exhaust gas purifying catalyst, it is required to prevent deterioration in the process of using the catalyst. As one of the deterioration factors of the catalyst, there is a catalyst poisoning by a sulfur (S) component (hereinafter, also referred to as “sulfur poisoning”). This is a phenomenon in which the sulfur component contained in the fuel coats the surface of the noble metal of the exhaust gas purifying catalyst, thereby reducing the active point of the catalyst and consequently the purification performance of the catalyst.
Conventionally, in order to suppress the sulfur poisoning, improvements have been made from various aspects such as the configuration, material, and control of the exhaust gas purifying catalyst. For example, in order to recover catalyst performance from sulfur poisoning, it has been proposed to vaporize and desorb sulfur components coated on the catalyst as SO 2 or H 2 S by controlling the air-fuel ratio and temperature of exhaust gas. ing. However, such sulfur poisoning recovery control, on the other hand, may promote a reduction or deterioration in the purification performance of the catalyst, and therefore there is a need for the development of an exhaust gas purification catalyst that is fundamentally difficult to be sulfur poisoned. .

硫黄被毒を低減する有効な手法として、チタニア、もしくはチタニア−ジルコニア複合材料を含有した触媒担体を用いることが知られている。例えば、特許文献1には、硫黄を含んだガス中で使用される触媒担体として好適に用いられる粉末として、イットリア含有チタニア−ジルコニア系粉末、及びアルミナ粉末に分散しているチタニア−ジルコニア系粉末に関して記載されている。また特許文献2および3には、チタニアとジルコニアの複合酸化物から成る触媒担体について記載されている。また、その他の硫黄被毒抑制のための従来技術としては、特許文献4に記載された排ガス浄化用触媒の製造方法などがある。   As an effective technique for reducing sulfur poisoning, it is known to use a catalyst carrier containing titania or a titania-zirconia composite material. For example, Patent Document 1 relates to a titania-zirconia-based powder dispersed in an yttria-containing titania-zirconia-based powder and an alumina powder as a powder suitably used as a catalyst carrier used in a gas containing sulfur. Have been described. Patent Documents 2 and 3 describe a catalyst carrier made of a composite oxide of titania and zirconia. Other conventional techniques for suppressing sulfur poisoning include a method for producing an exhaust gas purifying catalyst described in Patent Document 4.

特開2000−327329号公報JP 2000-327329 A 特開平8−192051号公報JP-A-8-192051 特開平9−926号公報JP-A-9-926 特開平8−224479号公報JP-A-8-224479

しかしながら、上記特許文献1〜4に記載されたいずれの触媒担体を用いた排ガス浄化用触媒についても、排ガス温度が比較的低温である温度条件下(例えば800℃未満)における硫黄の蓄積については比較的良好な抑制効果を発揮するものの、ガソリンエンジンの直下に該触媒を配置した場合など、排ガスが非常に高温(例えば800℃以上1000℃以下)となる頻度が高い環境下で使用する場合には、触媒活性が大きく低下するという問題があった。
本発明は、かかる課題を解決すべく創出されたものであり、高温環境下(例えば800℃以上1000℃以下)における触媒の高活性を維持しつつ、硫黄の蓄積を抑制して被毒影響を回避することを目的とする。
However, regarding the exhaust gas purifying catalyst using any catalyst carrier described in Patent Documents 1 to 4, the accumulation of sulfur under a temperature condition (for example, less than 800 ° C.) where the exhaust gas temperature is relatively low is compared. When it is used in an environment where the exhaust gas is extremely hot (for example, 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower), such as when the catalyst is disposed directly under a gasoline engine There was a problem that the catalytic activity was greatly reduced.
The present invention was created to solve this problem, and maintains the high activity of the catalyst in a high temperature environment (for example, 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower), while suppressing sulfur accumulation and reducing poisoning effects. The purpose is to avoid.

本発明者は、様々な角度から検討を加え、上記目的を実現することのできる本発明を創出するに至った。
即ち、ここに開示される排ガス浄化用触媒は、担体と、該担体に担持された排ガス浄化のための触媒として機能する金属と、を備える。上記担体としては、γ−アルミナを主体として構成されたアルミナ系粒子と、ジルコニア−チタニア複合酸化物(以下、「ZT複合酸化物」ともいう。)を主体として構成されたジルコニア−チタニア系粒子(以下、「ZT系粒子」ともいう。)と、を備える。そして、ここに開示される上記排ガス浄化用触媒は、理論空燃比環境下において1000℃で少なくとも5時間加熱した後におけるXRD測定で、α−アルミナに帰属されるピークが実質的に生じないことを特徴とする。
The present inventor has studied from various angles and has come up with the present invention capable of realizing the above object.
That is, the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein includes a carrier and a metal functioning as a catalyst for purifying exhaust gas carried on the carrier. As the carrier, alumina-based particles mainly composed of γ-alumina and zirconia-titania-based particles mainly composed of zirconia-titania composite oxide (hereinafter also referred to as “ZT composite oxide”) ( Hereinafter, it is also referred to as “ZT-based particles”). The exhaust gas-purifying catalyst disclosed herein shows that a peak attributed to α-alumina does not substantially occur in XRD measurement after heating at 1000 ° C. for at least 5 hours under a theoretical air-fuel ratio environment. Features.

かかる排ガス浄化用触媒は、担体としてγ−アルミナを主体とするアルミナ系粒子を備える。かかるγ−アルミナを担体として備える本発明に係る排ガス浄化用触媒は、触媒種である金属(典型的には貴金属)のシンタリング(結晶成長)を抑制し、高分散状態を維持することができる。その結果、かかる排ガス浄化用触媒は高い浄化性能を発揮する。
また、かかる排ガス浄化用触媒はたとえ理論空燃比環境下において1000℃で少なくとも5時間加熱した後であっても、担体としてα−アルミナを実質的に含まない。α−アルミナは、γ−アルミナと比較して耐硫黄被毒性が著しく低いため、該α−アルミナを含有した排ガス浄化用触媒は硫黄成分を蓄積し易く、浄化性能が低下しがちである。またα−アルミナからなる触媒担体は、γ−アルミナからなる触媒担体と比較して比表面積が小さいため、α−アルミナを含有した担体に担持された触媒金属(典型的には貴金属)はシンタリングを起こし易い。本発明に係る排ガス浄化用触媒は、かかるα−アルミナを高温条件下(例えば800℃以上1000℃以下)であっても実質的に含有しないため、高温環境下においても硫黄被毒による触媒活性の低下が防止され、高い浄化性能を発揮することができ、かつ、触媒の長寿命化を達成し得る。
本明細書において排ガス浄化用触媒が実質的に「γ−アルミナ」又は「α−アルミナ」を含有するか否かの判定は、上記排ガス浄化用触媒をX線回折(XRD)測定したときのアルミナ相の同定により行うことができる。
即ち、所定の触媒担体において「α−アルミナを実質的に含まない」とは、供試触媒担体のXRD測定においてα−アルミナを示すピークが認められないことをいう。例えば、γ−アルミナからなる比較供試体(α−アルミナを含まない)のXRD測定による結果(XRDチャート)と供試触媒担体のXRD測定による結果(XRDチャート)との比較においてα−アルミナを示すピークに相対的な相違が認められない場合(即ち、XRD測定でα−アルミナに帰属されるピークが実質的に生じない場合)、当該供試触媒担体はα−アルミナを実質的に含まないと判定される。
Such an exhaust gas purifying catalyst includes alumina-based particles mainly composed of γ-alumina as a carrier. The exhaust gas purifying catalyst according to the present invention comprising such γ-alumina as a carrier can suppress sintering (crystal growth) of a metal (typically a noble metal) as a catalyst species and maintain a highly dispersed state. . As a result, the exhaust gas-purifying catalyst exhibits high purification performance.
Further, such an exhaust gas-purifying catalyst does not substantially contain α-alumina as a carrier even after heating at 1000 ° C. for at least 5 hours in a stoichiometric air-fuel ratio environment. Since α-alumina has significantly lower sulfur poisoning resistance than γ-alumina, the exhaust gas purifying catalyst containing the α-alumina tends to accumulate sulfur components, and the purification performance tends to be lowered. Further, since the catalyst support made of α-alumina has a smaller specific surface area than the catalyst support made of γ-alumina, the catalyst metal (typically a noble metal) supported on the support containing α-alumina is sintered. It is easy to cause. The exhaust gas purifying catalyst according to the present invention does not substantially contain such α-alumina even under high temperature conditions (for example, 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower). The deterioration is prevented, high purification performance can be exhibited, and the life of the catalyst can be extended.
In this specification, whether or not the exhaust gas purifying catalyst substantially contains “γ-alumina” or “α-alumina” is determined by measuring the above exhaust gas purifying catalyst with X-ray diffraction (XRD). This can be done by phase identification.
That is, “substantially free of α-alumina” in a predetermined catalyst carrier means that no peak indicating α-alumina is observed in the XRD measurement of the test catalyst carrier. For example, α-alumina is shown in comparison between the result of XRD measurement (XRD chart) of a comparative specimen (not containing α-alumina) made of γ-alumina and the result of XRD measurement of the test catalyst support (XRD chart). When no relative difference is observed in the peaks (that is, when a peak attributed to α-alumina does not substantially occur in the XRD measurement), the test catalyst support is substantially free of α-alumina. Determined.

さらに、ここに開示される排ガス浄化用触媒は、担体としてZT複合酸化物を主体とするZT系粒子を備える。上記ZT複合酸化物はその表面に塩基点が少ないことから、硫黄酸化物(SOx)などの酸性物質を吸着し難く、かつ脱離しやすい性質を有する。このため、かかるZT系粒子を担体として備える排ガス浄化用触媒は、耐硫黄被毒性が向上する。
また、ここに開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、担体として上記ZT系粒子と、上記γ−アルミナを主体とする上記アルミナ系粒子が高い分散性を有して均一に混ざり合っていることを特徴とする。かかる高分散状態で上記γ−アルミナと上記ZT複合酸化物が共存する環境では、両者の相乗効果により、特異的に触媒金属の硫化(硫化物の生成)が抑制され、該触媒の耐硫黄被毒性が一層向上する。
Furthermore, the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein includes ZT-based particles mainly composed of a ZT composite oxide as a carrier. Since the ZT composite oxide has few basic sites on its surface, it has a property that it is difficult to adsorb and easily desorb acidic substances such as sulfur oxide (SOx). For this reason, the exhaust gas purifying catalyst comprising such ZT-based particles as a carrier has improved sulfur poisoning resistance.
In a preferred embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the ZT-based particles as a carrier and the alumina-based particles mainly composed of γ-alumina have high dispersibility and are uniformly mixed. It is characterized by being. In an environment where the γ-alumina and the ZT composite oxide coexist in such a highly dispersed state, the synergistic effect of both suppresses the sulfidation of the catalyst metal (generation of sulfide) specifically, and the sulfur resistance of the catalyst is reduced. Toxicity is further improved.

なお、本明細書でいう「理論空燃比」又は「ストイキオメトリ」とは、混合気中の酸素と燃料が過不足なく反応する時の空気と燃料の化学量論比(空燃比)を意味し、例えばガソリンにおける理論空燃比(ストイキオメトリ)は空気とガソリンとの質量比(A/F)で示した場合、14.7程度の値となる。   As used herein, “theoretical air / fuel ratio” or “stoichiometry” means the stoichiometric ratio (air / fuel ratio) of air and fuel when oxygen and fuel in the air-fuel mixture react without excess or deficiency. For example, the stoichiometric air fuel ratio (stoichiometry) in gasoline is about 14.7 in terms of the mass ratio (A / F) between air and gasoline.

ここに開示される排ガス浄化用触媒の他の好ましい一態様では、上記アルミナ系粒子がイットリウムを含有していることを特徴とする。
上記アルミナ系粒子がイットリウムを、いわば相転移抑制剤として含有していることにより、800〜1000℃程度の高温環境下で触媒使用した場合であっても、上記アルミナ系粒子のγ相からα相への相転移が抑制され、γ−アルミナのままで維持される。かかるγ−アルミナを含有し、かつ、α−アルミナを実質的に含有していない触媒担体を用いた排ガス浄化用触媒は、高温条件下においても高い浄化性能および高い耐硫黄被毒性を発揮することができる。
In another preferred embodiment of the exhaust gas-purifying catalyst disclosed herein, the alumina-based particles contain yttrium.
The alumina-based particles contain yttrium as a phase transition inhibitor, so that even if the catalyst is used in a high temperature environment of about 800 to 1000 ° C., the alumina particles are changed from the γ phase to the α phase. The phase transition to is suppressed and maintained as γ-alumina. The exhaust gas purifying catalyst using the catalyst carrier containing γ-alumina and substantially free of α-alumina exhibits high purification performance and high sulfur poisoning resistance even under high temperature conditions. Can do.

ここに開示される排ガス浄化用触媒の他の好ましい一態様では、上記ZT系粒子がイットリウムを含有していることを特徴とする。
かかるイットリウム含有ジルコニア−チタニア複合酸化物(以下、「ZTY複合酸化物」ともいう。)はZT複合酸化物と比較して高い耐熱性を有し、特に900℃を超える温度条件下での比表面積の低下が抑制される。かかるZTY複合酸化物を含有した触媒担体を用いた排ガス浄化用触媒は、900〜1000℃程度の高温条件下における浄化性能の低下が一層抑制され得る。
In another preferred embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the ZT-based particles contain yttrium.
Such yttrium-containing zirconia-titania composite oxide (hereinafter also referred to as “ZTY composite oxide”) has higher heat resistance than ZT composite oxide, and in particular, a specific surface area under a temperature condition exceeding 900 ° C. Is suppressed. In the exhaust gas purifying catalyst using the catalyst carrier containing such a ZTY composite oxide, a reduction in purification performance under a high temperature condition of about 900 to 1000 ° C. can be further suppressed.

ここに開示される排ガス浄化用触媒の他の好ましい一態様では、上記担体全体を100質量%としたとき、上記イットリウムを酸化物(イットリア;Y)に換算したときの含有率が1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする。
上記イットリウムの含有率が上記範囲内である場合、イットリウム(もしくはイットリア)の添加による熱安定性向上、及び耐硫黄被毒性向上が十分に達成され、一方でイットリウム添加に由来する触媒機能への阻害が生じ難い。このためイットリウムの含有量を上記範囲内に設定すると、排ガス浄化用触媒は高温条件下における高い浄化性能(高耐熱性)及び高い耐硫黄被毒性を両立して達成することができる。
In another preferable embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, when the entire carrier is 100% by mass, the content when the yttrium is converted into an oxide (yttria; Y 2 O 3 ) is 1 It is characterized by being not less than 10% by mass and not more than 10% by mass.
When the yttrium content is in the above range, the thermal stability and sulfur poisoning resistance can be sufficiently improved by adding yttrium (or yttria), while inhibiting the catalytic function derived from yttrium addition. Is unlikely to occur. Therefore, when the yttrium content is set within the above range, the exhaust gas purifying catalyst can achieve both high purification performance (high heat resistance) and high sulfur poisoning resistance under high temperature conditions.

ここに開示される排ガス浄化用触媒の他の好ましい一態様では、上記排ガス浄化のための触媒として機能する金属としてロジウムを備える。本明細書で開示されるいずれかの担体の上にロジウムを担持させた排ガス浄化用触媒は、たとえ高温環境下(例えば800〜1000℃程度)においてもロジウムの硫化物生成が抑制され、硫黄被毒の影響を抑制することができる。かかる排ガス浄化用触媒は、炭化水素(CO)及び一酸化炭素(CO)に対する酸化活性に加えて、特に高温条件下における窒素酸化物(NOx)に対する還元活性に優れるため、ガソリンエンジンから排出される高温の排ガスを浄化するための三元触媒として好適に使用され得る。   In another preferable aspect of the exhaust gas purification catalyst disclosed herein, rhodium is provided as a metal that functions as the catalyst for exhaust gas purification. The exhaust gas-purifying catalyst in which rhodium is supported on any of the carriers disclosed in the present specification suppresses the formation of sulfide of rhodium even in a high-temperature environment (for example, about 800 to 1000 ° C.), The influence of poison can be suppressed. Such an exhaust gas purifying catalyst is excellent in reducing activity against nitrogen oxides (NOx) under high temperature conditions, in addition to oxidation activity against hydrocarbons (CO) and carbon monoxide (CO), and is therefore discharged from a gasoline engine. It can be suitably used as a three-way catalyst for purifying high-temperature exhaust gas.

本発明によると、排ガス浄化用触媒を製造する方法が提供される。その方法は、アルミニウム塩と、イットリウム塩と、を含有する酸性水溶液Aを調製する工程(1)を含む。また、チタン塩と、ジルコニウム塩と、イットリウム塩と、を含有する酸性水溶液Bを調製する工程(2)を含む。また、pHが少なくても11である高pH溶液を用意する工程(3)を含む。
さらに、上記酸性水溶液Aと上記酸性水溶液Bの両方を、上記高pH溶液に対して滴下して混合させることにより、該混合液のpHを塩基性側から酸性側へと下げる方向で変化させ、その過程で沈殿を生成させる工程(4)を含むことを特徴とする。また、得られた沈殿物を焼成することにより、担体を得る工程(5)を含む。また、得られた担体に排ガス浄化のための触媒として機能する金属(典型的には白金族に属するいずれかの貴金属)を担持させる工程(6)を含む。
According to the present invention, a method for producing an exhaust gas purifying catalyst is provided. The method includes a step (1) of preparing an acidic aqueous solution A containing an aluminum salt and an yttrium salt. Moreover, the process (2) which prepares the acidic aqueous solution B containing a titanium salt, a zirconium salt, and an yttrium salt is included. Moreover, the process (3) which prepares the high pH solution whose pH is 11 at least is included.
Furthermore, both the acidic aqueous solution A and the acidic aqueous solution B are dropped and mixed with the high pH solution, thereby changing the pH of the mixed solution from the basic side to the acidic side, It includes a step (4) of generating a precipitate in the process. Moreover, the process (5) which obtains a support | carrier by baking the obtained deposit is included. Moreover, the process (6) which carries | supports the metal (typically any noble metal which belongs to platinum group) which functions as a catalyst for exhaust gas purification | cleaning on the obtained support | carrier is included.

かかる製造方法は、ここに開示されるいずれかの排ガス浄化用触媒の製造方法として好ましく採用され得る。ここに開示される排ガス浄化用触媒の製造方法は、特に、上記沈殿物の生成工程(4)により特徴付けられる。即ち、典型的な共沈法による複合酸化物の製造方法では、各種水溶性の金属塩を溶解させた混合溶液の中に、高pH溶液を滴下することにより、pHを徐々に大きくする方向(酸性側から塩基性側への方向)で変化させ、その過程で共沈物を得る。この場合、沈殿が生成するpH領域は比較的小さいことが多い(即ち塩基性が低い領域で共沈物が生成する。)。
これに対し本発明に係る製造方法では、高pH溶液に対して、各種水溶性の金属塩を溶解させて調製した上記酸性水溶液A及び酸性水溶液Bを滴下する(典型的には同時に滴下する)ことにより、pHを徐々に小さくする方向(塩基性側から酸性側への方向)で変化させ、比較的大きいpH領域(塩基性が十分に高い領域)において共沈物を生成させることに特徴がある。かかる製造方法によると上記酸性水溶液A及びBを滴下した後の混合溶液中のイットリウムイオンが、アルミナとジルコニアの両方にほぼ同時に固溶する。このため、イットリウム含有アルミナと、イットリウム含有ジルコニア−チタニア複合酸化物(ZTY複合酸化物)の混合粒子を好適に得ることができる。
また、上記沈殿物の生成工程(4)において、上記水溶液Aと上記水溶液Bの両方を上記高pH溶液に対し、好適には実質的に同時に滴下することを特徴とする。かかる態様によると、生成物である上記アルミナ系粒子と上記ZT系粒子の混合物は、一次粒子レベルで均一に混じり合った状態で得られる。かかる混合物を排ガス浄化用触媒用の担体として用いると、イットリウム含有γ−アルミナと、ZTY複合酸化物の相乗効果により、耐硫黄被毒性が一層向上する。さらに、上記アルミナ系粒子が上記ZT系粒子の粒成長を抑制するための拡散障壁となるため、かかる混合物を排ガス浄化用触媒の担体として用いると、排ガス浄化用触媒の熱安定性が一層向上する。
Such a production method can be preferably employed as a production method of any exhaust gas purifying catalyst disclosed herein. The method for producing an exhaust gas purifying catalyst disclosed herein is particularly characterized by the precipitate generation step (4). That is, in a method for producing a composite oxide by a typical coprecipitation method, a pH is gradually increased by dropping a high pH solution into a mixed solution in which various water-soluble metal salts are dissolved ( In the process, a coprecipitate is obtained. In this case, the pH region where precipitation is generated is often relatively small (that is, a coprecipitate is generated in a region having low basicity).
On the other hand, in the production method according to the present invention, the acidic aqueous solution A and the acidic aqueous solution B prepared by dissolving various water-soluble metal salts are dropped into a high pH solution (typically dropped simultaneously). This is characterized in that the pH is gradually decreased (in the direction from the basic side to the acidic side), and a coprecipitate is generated in a relatively large pH region (a region having a sufficiently high basicity). is there. According to this production method, the yttrium ions in the mixed solution after dropping the acidic aqueous solutions A and B are dissolved in both alumina and zirconia almost simultaneously. For this reason, mixed particles of yttrium-containing alumina and yttrium-containing zirconia-titania composite oxide (ZTY composite oxide) can be suitably obtained.
Moreover, in the said precipitate production | generation process (4), both the said aqueous solution A and the said aqueous solution B are dripped at the said high pH solution suitably substantially simultaneously, It is characterized by the above-mentioned. According to such an embodiment, the product mixture of alumina particles and ZT particles can be obtained in a uniformly mixed state at the primary particle level. When such a mixture is used as a support for a catalyst for exhaust gas purification, sulfur poisoning resistance is further improved by a synergistic effect of yttrium-containing γ-alumina and a ZTY composite oxide. Furthermore, since the alumina particles serve as a diffusion barrier for suppressing grain growth of the ZT particles, the use of such a mixture as a carrier for the exhaust gas purification catalyst further improves the thermal stability of the exhaust gas purification catalyst. .

ここに開示される排ガス浄化用触媒の製造方法の他の好ましい一態様では、上記高pH溶液がアンモニア水であることを特徴とする。
かかる製造方法によると、効率的に高耐熱性及び高比表面積を有するイットリウム含有の混合粉末が得られる傾向があるため好適である。
In another preferred embodiment of the method for producing an exhaust gas purification catalyst disclosed herein, the high pH solution is ammonia water.
This production method is suitable because it tends to obtain a mixed powder containing yttrium having high heat resistance and high specific surface area efficiently.

ここに開示される排ガス浄化用触媒の製造方法の他の好ましい一態様では、上記アルミニウム塩、上記イットリウム塩、及び上記ジルコニウム塩が硝酸塩であり、上記チタン塩が塩化物であることを特徴とする。
かかる製造方法によると、イットリウムイオンがアルミナとジルコニアに好適に固溶するため、均一性が高いイットリウム含有の混合粉末が得られる傾向があり、好適である。
In another preferred embodiment of the method for producing an exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the aluminum salt, the yttrium salt, and the zirconium salt are nitrates, and the titanium salt is a chloride. .
According to such a production method, since yttrium ions are suitably dissolved in alumina and zirconia, a mixed powder containing yttrium having high uniformity tends to be obtained, which is preferable.

一実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す図であり、理論空燃比環境下において1000℃で5時間加熱した後の該排ガス浄化用触媒の状態を示す。It is a figure which shows typically the exhaust gas purification catalyst which concerns on one Embodiment, and shows the state of this exhaust gas purification catalyst after heating at 1000 degreeC in a theoretical air fuel ratio environment for 5 hours. 従来技術に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す図であり、理論空燃比環境下において1000℃で5時間加熱した後の該排ガス浄化用触媒の状態を示す。It is a figure which shows typically the exhaust gas purification catalyst which concerns on a prior art, and shows the state of this exhaust gas purification catalyst after heating at 1000 degreeC in a theoretical air fuel ratio environment for 5 hours. 高温耐久処理及び硫黄被毒処理における加熱温度条件を模式的に示す図である(横軸:時間、縦軸:加熱温度)。It is a figure which shows typically the heating temperature conditions in a high temperature endurance process and a sulfur poisoning process (horizontal axis: time, vertical axis: heating temperature). 高温耐久処理後の実施例1及び比較例1について、XRD測定の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of a XRD measurement about Example 1 and the comparative example 1 after a high temperature durability process. 触媒活性評価における加熱温度条件を模式的に示す図である(横軸:時間、縦軸:加熱温度)。It is a figure which shows typically the heating temperature conditions in catalyst activity evaluation (horizontal axis: time, vertical axis: heating temperature). 実施例1及び比較例1について、NOx浄化率を示すグラフである(縦軸:NOx浄化率(%))。It is a graph which shows a NOx purification rate about Example 1 and Comparative Example 1 (vertical axis: NOx purification rate (%)). 参考例1〜3について、軟X線XAFS測定の結果を示すグラフである(縦軸:強度(任意単位)、横軸:光子エネルギー(eV))。It is a graph which shows the result of a soft X ray XAFS measurement about the reference examples 1-3 (a vertical axis | shaft: intensity | strength (arbitrary unit), a horizontal axis: Photon energy (eV)). 実施例1及び比較例1について、軟X線XAFS測定の結果を示すグラフである(縦軸:強度(任意単位)、横軸:光子エネルギー(eV))。It is a graph which shows the result of a soft X-ray XAFS measurement about Example 1 and Comparative Example 1 (vertical axis: intensity (arbitrary unit), horizontal axis: photon energy (eV)).

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここに開示される排ガス浄化用触媒は、担体としてγ−アルミナを主体とするアルミナ系粒子を備える。また、上記排ガス浄化用触媒を理論空燃比の環境下において1000℃で少なくとも5時間加熱した場合であっても、α−アルミナが実質的に生じないことを特徴とする。
一般的にアルミナは、結晶子のサイズや製造方法により多少影響されるが、通常800〜1000℃程度で加熱されることにより、γ相からα相への相転移が起こり、かかる相転移に伴い、アルミナの比表面積は例えば200m/gから10m/g程度に減少する。このような担体の比表面積の低下は、該担体に担持された触媒活性点である金属(典型的には貴金属)のシンタリングを引き起こし、該金属の比表面積を低下させる。このためアルミナのγ相からα相への相転移は、排ガス浄化用触媒の浄化性能低下の要因となる。また、相転移した後のα−アルミナを担体として用いた排ガス浄化用触媒は、硫化物が付着し易い性質を有するため、上記相転移により排ガス浄化用触媒の耐硫黄被毒性が低下する。
The exhaust gas-purifying catalyst disclosed herein includes alumina-based particles mainly composed of γ-alumina as a carrier. Moreover, even when the exhaust gas-purifying catalyst is heated at 1000 ° C. for at least 5 hours in a stoichiometric air-fuel ratio environment, α-alumina is not substantially generated.
In general, alumina is somewhat affected by the size of crystallites and the manufacturing method, but usually, when heated at about 800 to 1000 ° C., a phase transition from the γ phase to the α phase occurs. The specific surface area of alumina decreases from, for example, about 200 m 2 / g to about 10 m 2 / g. Such a decrease in the specific surface area of the support causes sintering of a metal (typically a noble metal) that is a catalytically active site supported on the support, thereby reducing the specific surface area of the metal. For this reason, the phase transition of the alumina from the γ phase to the α phase causes a reduction in purification performance of the exhaust gas purification catalyst. In addition, since the exhaust gas purifying catalyst using α-alumina after the phase transition as a carrier has a property of easily adhering sulfide, the phase transition reduces the sulfur poisoning resistance of the exhaust gas purifying catalyst.

図1は、ここに開示される排ガス浄化用触媒の一態様について模式的に示したものであり、理論空燃比環境下において1000℃で5時間加熱した後の該触媒の状態を示す。即ち、本態様の排ガス浄化用触媒10は1000℃加熱後において、γ−アルミナ粒子12とZTY複合酸化物粒子14の混合物で構成されており、それぞれに金属粒子16が担持されている。   FIG. 1 schematically shows an embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, and shows the state of the catalyst after heating at 1000 ° C. for 5 hours in a stoichiometric air-fuel ratio environment. That is, the exhaust gas purifying catalyst 10 of this embodiment is composed of a mixture of the γ-alumina particles 12 and the ZTY composite oxide particles 14 after heating at 1000 ° C., and the metal particles 16 are supported on each.

一方、図2は、従来技術(例えば特許文献1に記載)に係る排ガス浄化用触媒の一態様について模式的に示したものであり、理論空燃比環境下において1000℃で5時間加熱した後の該触媒の状態を示す。即ち、従来技術に係る排ガス浄化用触媒20は1000℃の加熱により担体のγ−アルミナがα−アルミナへ相転移するため、1000℃加熱後における担体は、α−アルミナ粒子22とZTY複合酸化物粒子24で構成される。それぞれの担体粒子には金属粒子26が担持されているが、特にα−アルミナ粒子22に担持されている金属粒子26は、アルミナの相転移による構造変化に起因してシンタリングを起こしている。   On the other hand, FIG. 2 schematically shows an embodiment of the exhaust gas purifying catalyst according to the prior art (for example, described in Patent Document 1), after heating at 1000 ° C. for 5 hours in a theoretical air-fuel ratio environment. The state of the catalyst is shown. That is, the exhaust gas purifying catalyst 20 according to the prior art causes the phase transition of γ-alumina of the support to α-alumina by heating at 1000 ° C., so the support after heating at 1000 ° C. is the α-alumina particles 22 and the ZTY composite oxide. It is composed of particles 24. The metal particles 26 are supported on the respective carrier particles. In particular, the metal particles 26 supported on the α-alumina particles 22 are sintered due to structural changes due to the phase transition of alumina.

ここで、本明細書における排ガス浄化用触媒に含まれるγ相、α相などのアルミナ主相の同定には、X線回折(XRD)測定が好適に用いられる。測定方法、及び分析方法については特に限定するものではなく、本技術分野で通常用いられている手法を用いることができるが、一例を挙げると、排ガス浄化用触媒にα−アルミナが含有しているか否かを判定する場合については、該触媒についてXRD測定を行い、測定角2θが26〜27°付近に現れるα−アルミナに帰属されるピークが検出されるか否かにより判定することができる。   Here, X-ray diffraction (XRD) measurement is suitably used for identification of alumina main phases such as γ phase and α phase contained in the exhaust gas purifying catalyst in the present specification. The measurement method and the analysis method are not particularly limited, and a method that is usually used in this technical field can be used. For example, is an exhaust gas purifying catalyst containing α-alumina? In the case of determining whether or not, XRD measurement is performed on the catalyst, and it can be determined whether or not a peak attributed to α-alumina appearing at a measurement angle 2θ of around 26 to 27 ° is detected.

高温条件下(800〜1000℃)におけるアルミナのγ相からα相への相転移を抑制する、即ちγ−アルミナの熱安定性を向上させる方法としては、γ−アルミナ粒子12に対してランタン等の希土類元素、バリウム等のアルカリ土類元素、またはシリカなど、種々の添加物をいわば相転移抑制剤として添加することが行われ得る。
上記に列挙したγ−アルミナの相転移抑制方法の中で、バリウムを代表とするアルカリ土類元素をγ−アルミナに添加する方法を採用した場合、アルカリ土類元素含有アルミナは窒素酸化物(NOx)及び硫黄酸化物(SOx)を吸蔵し易い性質を有するため、かかるアルミナを担体に用いた排ガス浄化用触媒は、耐硫黄被毒性が低下しがちである。またシリカをγ−アルミナに添加させて熱安定性を向上させる方法では、通常、低温条件下においてシリカを導入するためにはゾルゲル法を用いる必要があり、原料のアルコキシド類が高価であるためコスト面で不利である。
そこで上記γ−アルミナの熱安定性方法としては、添加物による触媒機能の阻害が起こり難く、さらに高温での十分な相転移抑制効果と硫黄被毒防止効果を有する観点から、イットリウム(もしくはイットリア)の添加が好適である。
As a method for suppressing the phase transition of the alumina from the γ phase to the α phase under high temperature conditions (800 to 1000 ° C.), that is, improving the thermal stability of γ-alumina, lanthanum or the like is used for the γ-alumina particles 12. It is possible to add various additives such as rare earth elements, alkaline earth elements such as barium, or silica as a phase transition inhibitor.
Among the above-described γ-alumina phase transition suppression methods, when the method of adding an alkaline earth element typified by barium to γ-alumina is employed, the alkaline earth element-containing alumina is nitrogen oxide (NOx). ) And sulfur oxides (SOx) are easily occluded, and the exhaust gas purification catalyst using such alumina as a carrier tends to have low sulfur poisoning resistance. Further, in the method of improving the thermal stability by adding silica to γ-alumina, it is usually necessary to use a sol-gel method in order to introduce silica under a low temperature condition, and the cost is high because the raw material alkoxides are expensive. It is disadvantageous in terms.
Therefore, as a thermal stability method of the above-mentioned γ-alumina, yttrium (or yttria) is used from the viewpoint that the catalyst function is hardly inhibited by the additive, and further, it has a sufficient effect of suppressing phase transition at high temperature and preventing sulfur poisoning. Is preferred.

上記イットリウム含有γ−アルミナを製造する場合のイットリウム含有率に関しては、上記イットリウム含有γ−アルミナを100質量%としたとき、上記イットリウムを酸化物(イットリア;Y)に換算したときの含有率が0.5質量%以上10質量%以下(好ましくは1質量%以上5質量%以下、例えば2質量%以上4質量%以下)であることが好ましい。イットリウムの含有率が上記範囲より少なすぎる場合、相転移抑制効果及び硫黄付着の抑制効果が現れにくいため好ましくない。またイットリウムの含有率が上記範囲より多すぎる場合、相対的にγ−アルミナの絶対量が少なくなるため、担体の比表面積の低下及び耐熱性の低下が生じる傾向があり好ましくない。 Regarding the yttrium content in the case of producing the yttrium-containing γ-alumina, the content when the yttrium-containing γ-alumina is 100% by mass and the yttrium is converted into an oxide (yttria; Y 2 O 3 ). The rate is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less (preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, for example, 2% by mass or more and 4% by mass or less). When the content of yttrium is too small than the above range, it is not preferable because the effect of suppressing phase transition and the effect of suppressing sulfur adhesion are difficult to appear. On the other hand, when the content of yttrium is too larger than the above range, the absolute amount of γ-alumina is relatively small, so that the specific surface area of the support and the heat resistance tend to decrease, which is not preferable.

γ−アルミナに対してイットリウムを添加する方法としては、イットリア(Y)及びアルミナ(Al)を出発原料とした高温での固相反応、又はゾルゲル法、共沈法などの液相反応などを用いることができる。上記の製造方法の中で、均一で高比表面積を有するアルミナ系粒子を効率的に得られる観点から、共沈法が好適に用いられる。本発明に係るイットリウム含有アルミナ系粒子(粉末)の共沈法による特に好適な製造方法については後に詳述する。 As a method of adding yttrium to γ-alumina, a solid phase reaction at a high temperature using yttria (Y 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ) as starting materials, or a sol-gel method, a coprecipitation method, etc. A liquid phase reaction or the like can be used. Among the above production methods, a coprecipitation method is preferably used from the viewpoint of efficiently obtaining uniform alumina-based particles having a high specific surface area. A particularly preferred method for producing the yttrium-containing alumina particles (powder) according to the present invention by the coprecipitation method will be described in detail later.

ここに開示される担体を構成するアルミナ系粒子(アルミナ系粉末)としては、その比表面積(BET法により測定される比表面積。以下同じ。)が20〜700m/g(好ましくは50〜500m/g、より好ましくは200〜400m/g)であることが好ましい。上記アルミナ系粒子(粉末)の比表面積が20m/gより小さすぎる場合は、該アルミナ系粒子に担持された貴金属のシンタリングが進行する虞があり、他方、比表面積が700m/gより大きすぎる場合は、該アルミナ系粒子自体の耐熱性が低下する虞があるため好ましくない。 The alumina-based particles (alumina-based powder) constituting the carrier disclosed herein have a specific surface area (specific surface area measured by the BET method; the same shall apply hereinafter) of 20 to 700 m 2 / g (preferably 50 to 500 m). 2 / g, more preferably 200 to 400 m 2 / g). When the specific surface area of the alumina-based particles (powder) is less than 20 m 2 / g, there is a possibility that sintering of the noble metal supported on the alumina-based particles proceeds, whereas the specific surface area is more than 700 m 2 / g. When it is too large, the heat resistance of the alumina particles itself may be lowered, which is not preferable.

ここに開示される排ガス浄化用触媒は、担体としてZT複合酸化物を主体として構成されたZT系粒子を含有する。チタニアの表面には塩基点が少ないため、硫酸イオンや亜硫酸イオンが吸着しにくく、かつ吸着して硫酸塩になったとしてもその硫酸塩が分解しやすい性質を持ち、硫黄被毒されにくい特徴を有する。またチタニアはジルコニアと複合化されることにより耐熱性と酸性度が向上する。
上記ZT複合酸化物において、該ZT複合酸化物を100質量%としたときのジルコニア(ZrO)の含有率は10質量%以上90質量%以下(好ましくは30質量%以上、又は50質量%以上、例えば60質量%以上80質量%以下)であることが好ましい。ジルコニアの含有率が上記範囲より少なすぎる場合には、ZT複合酸化物の高温における比表面積低下が起こり易いため好ましくない。また、ジルコニアの含有率が上記範囲より多すぎる場合には、相対的にチタニアの絶対量が少なくなるため、硫黄被毒の影響を受けやすくなり好ましくない。
The exhaust gas-purifying catalyst disclosed herein contains ZT-based particles mainly composed of a ZT composite oxide as a carrier. Since the surface of titania has few basic sites, sulfate and sulfite ions are difficult to adsorb, and even if they are adsorbed to form sulfate, the sulfate is easily decomposed and is not easily poisoned by sulfur. Have. Further, titania is combined with zirconia to improve heat resistance and acidity.
In the ZT composite oxide, the content of zirconia (ZrO 2 ) when the ZT composite oxide is 100% by mass is 10% by mass or more and 90% by mass or less (preferably 30% by mass or more, or 50% by mass or more). For example, 60 mass% or more and 80 mass% or less). When the content of zirconia is too smaller than the above range, it is not preferable because the specific surface area of the ZT composite oxide tends to decrease at high temperatures. Moreover, when the content rate of zirconia is too much more than the said range, since the absolute amount of titania becomes relatively small, it becomes easy to receive to the influence of sulfur poisoning, and is unpreferable.

上記ZT系粒子(粉末)の製造方法としてはゾルゲル法や共沈法などが挙げられ、特に限定されないが、均一な粉末が得られる観点から共沈法が好ましく用いられる。本発明に係る上記ZT系粒子(粉末)の好適な共沈法による製造方法については後に詳述する。   Examples of the method for producing the ZT-based particles (powder) include a sol-gel method and a coprecipitation method, and are not particularly limited, but the coprecipitation method is preferably used from the viewpoint of obtaining a uniform powder. A method for producing the ZT particles (powder) according to the present invention by a suitable coprecipitation method will be described in detail later.

上記ZT複合酸化物には、耐熱性の向上を目的として、各種の安定化剤を添加させることができる。上記添加剤としては、ランタン等の希土類元素、カルシウムなどのアルカリ土類元素、遷移金属元素などが用いられ得る。上記の中で、触媒機能を阻害せずに高温における比表面積を向上させる観点から、安定化剤としてはイットリウムが好適に用いられる。上記ZT複合酸化物にイットリウムを添加する(即ち、ZTY複合酸化物を製造する)方法としては、高温での固相反応、又はゾルゲル法、共沈法などの液相反応などを用いることができ、この中で共沈法が好適に用いられる。本発明に係るZTY複合酸化物の共沈法による特に好適な製造方法については後に詳述する。
上記ZTY複合酸化物を100質量%としたとき、上記イットリウムを酸化物(イットリア;Y)に換算したときの含有率は0.5質量%以上10質量%以下(好ましくは1質量%以上5質量%以下、例えば1.5質量%以上3.5質量%以下)であることが好ましい。イットリウムのZTY複合酸化物に占める含有率が上記範囲より少なすぎる場合、熱安定化の効果が現れにくいため好ましくない。またイットリウムの含有率が上記範囲より多すぎる場合、逆に熱安定性が低下する虞があり好ましくない。
Various stabilizers can be added to the ZT composite oxide for the purpose of improving heat resistance. As the additive, a rare earth element such as lanthanum, an alkaline earth element such as calcium, a transition metal element, or the like can be used. Among these, yttrium is preferably used as the stabilizer from the viewpoint of improving the specific surface area at high temperatures without impairing the catalyst function. As a method of adding yttrium to the ZT composite oxide (that is, producing a ZTY composite oxide), a solid phase reaction at a high temperature or a liquid phase reaction such as a sol-gel method or a coprecipitation method can be used. Of these, the coprecipitation method is preferably used. A particularly preferable production method by the coprecipitation method of the ZTY composite oxide according to the present invention will be described in detail later.
When the ZTY composite oxide is 100% by mass, the content when the yttrium is converted to an oxide (yttria; Y 2 O 3 ) is 0.5% by mass or more and 10% by mass or less (preferably 1% by mass). It is preferably 5% by mass or less, for example 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less. If the content of yttrium in the ZTY composite oxide is too small from the above range, it is not preferable because the effect of thermal stabilization is unlikely to appear. Moreover, when there is too much content rate of yttrium than the said range, there exists a possibility that thermal stability may fall conversely, and is unpreferable.

ここに開示されるZT系粉末の平均粒径(TEM観察により求められる粒径の平均値、またはXRD測定から求められる結晶子径の平均値。以下同じ。)は1nm以上100nm以下(好ましくは5nm以上25nm以下、より好ましくは5nm以上15nm以下)であることが好ましい。また上記ZT系粉末の比表面積(BET法により測定される比表面積。以下同じ。)は、10〜500m/g(好ましくは20〜300m/g、より好ましくは50〜200m/g)であることが好ましい。上記ZT系粉末の比表面積が10m/gより小さすぎる場合は、該ZT系粉末に担持された貴金属がシンタリングを起こす傾向があり、他方、比表面積が500m/gより大きすぎる場合は、該ZT系粉末自体の耐熱性が低下するため好ましくない。 The average particle size of the ZT-based powder disclosed herein (average value of particle size obtained by TEM observation or average value of crystallite size obtained from XRD measurement; the same applies hereinafter) is 1 nm to 100 nm (preferably 5 nm It is preferably 25 nm or less and more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. The specific surface area of the ZT-based powder (specific surface area as measured by BET method. Hereinafter the same.) Is, 10 to 500 m 2 / g (preferably 20 to 300 m 2 / g, more preferably 50 to 200 m 2 / g) It is preferable that When the specific surface area of the ZT-based powder is less than 10 m 2 / g, the noble metal supported on the ZT-based powder tends to sinter, while on the other hand, the specific surface area is more than 500 m 2 / g. This is not preferable because the heat resistance of the ZT powder itself decreases.

ここに開示される担体を構成する上記アルミナ系粉末、及び上記ZT系粉末の作製方法としては、共沈法が好適に用いられる。従来の典型的な共沈法による粉末の製造方法は、以下の通りである。即ち、各種の水溶性の金属塩を溶解した水溶液を予め混合しておき、該混合液にアルカリ性を示す高pH溶液を添加して徐々にpHを高くすることにより共沈物を生成させ、該共沈物を熱処理することにより複合酸化物を得ることができる。   A coprecipitation method is preferably used as a method for producing the alumina-based powder and the ZT-based powder constituting the carrier disclosed herein. A conventional method for producing powder by a typical coprecipitation method is as follows. That is, an aqueous solution in which various water-soluble metal salts are dissolved is mixed in advance, and a high pH solution showing alkalinity is added to the mixed solution to gradually increase the pH, thereby generating a coprecipitate. A composite oxide can be obtained by heat-treating the coprecipitate.

一方、ここに開示される担体の好ましい一態様である、イットリウム含有γ−アルミナと、ZTY複合酸化物とを含む担体を、上述する従来の典型的な共沈法を用いて好適に製造することは困難である。
即ち、上記担体を構成する金属イオン(アルミニウムイオン、ジルコニウムイオン、チタンイオン、イットリウムイオン)を含有した水溶液に対して、アルカリ性を示す溶液を滴下した場合、比較的pHが低い(pH8〜9程度)領域において、イットリウムイオンが優先的にジルコニウムイオンと共沈物を生成してしまい、アルミニウムイオンとイットリウムイオンに基づく共沈物が生成しない(イットリウムがアルミナに対してほとんど固溶しない。)。その結果、生成した混合物は、ZTY複合酸化物、及びアルミナ単体の混合物となる。
On the other hand, a carrier containing yttrium-containing γ-alumina and a ZTY composite oxide, which is a preferred embodiment of the carrier disclosed herein, is preferably produced using the conventional typical coprecipitation method described above. It is difficult.
That is, when an alkaline solution is added dropwise to an aqueous solution containing metal ions (aluminum ions, zirconium ions, titanium ions, yttrium ions) constituting the carrier, the pH is relatively low (about pH 8-9). In the region, yttrium ions preferentially generate coprecipitates with zirconium ions, and coprecipitates based on aluminum ions and yttrium ions are not generated (yttrium hardly dissolves in alumina). As a result, the resulting mixture is a mixture of ZTY complex oxide and alumina alone.

そこで、ここに開示されるイットリウム含有γ−アルミナと、ZTY複合酸化物とを含む担体を製造するためには、以下の通りの製造方法が好適に用いられる。即ち、まず、所定量のアルミニウム塩と、所定量のイットリウム塩と、を含有する酸性水溶液Aを調製する。また、所定量のチタン塩と、所定量のジルコニウム塩と、所定量のイットリウム塩と、を含有する酸性水溶液Bを調製する。上記水溶液Aと上記水溶液Bの両方を、少なくともpHが11である高pH溶液に対して、好ましくは実質的に同時に滴下して撹拌しながら混合する。その結果、上記混合液のpHが塩基性側から酸性側へと下がる方向で変化し、その過程(典型的にはpH9.5以上10.5以下)で沈殿が生成し、得られた沈殿物を乾燥、焼成することにより、上記担体粉末を得ることができる。
上記製造方法によると、比較的pHが高い(典型的にはpH10程度の)領域において、イットリウムイオンが、アルミニウムイオンとジルコニウムイオンの両方とほぼ同時に共沈物を生成するため、得られる生成物は、イットリウム含有γ−アルミナと、ZTY複合酸化物の均一な混合物となる。
Therefore, in order to manufacture a carrier containing the yttrium-containing γ-alumina disclosed herein and a ZTY composite oxide, the following manufacturing method is preferably used. That is, first, an acidic aqueous solution A containing a predetermined amount of aluminum salt and a predetermined amount of yttrium salt is prepared. In addition, an acidic aqueous solution B containing a predetermined amount of titanium salt, a predetermined amount of zirconium salt, and a predetermined amount of yttrium salt is prepared. Both the aqueous solution A and the aqueous solution B are preferably dripped substantially simultaneously into a high pH solution having a pH of 11, and mixed while stirring. As a result, the pH of the mixed solution changes in the direction of decreasing from the basic side to the acidic side, and a precipitate is generated in the process (typically pH 9.5 or more and 10.5 or less), and the resulting precipitate The above carrier powder can be obtained by drying and baking.
According to the above production method, in the region where the pH is relatively high (typically about pH 10), yttrium ions produce coprecipitates almost simultaneously with both aluminum ions and zirconium ions. , A uniform mixture of yttrium-containing γ-alumina and ZTY composite oxide.

上記高pH溶液としては、例えば、アンモニアや、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウムなどの無機塩基や、トリエチルアミン、ピリジンなどのアミン類などの有機塩基、を用いて溶液としたものが好適に用いられ、上記の中でアンモニア水がより好適に用いられる。
上記アルミニウム塩、上記イットリウム塩、上記チタン塩、及び上記ジルコニウム塩としては、水溶液が酸性になるものが好適に使用される。例えば、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物などが好適に用いられる。均一性が高い混合粉末が生成物として得られる観点から、上記アルミニウム塩、上記イットリウム塩、及び上記ジルコニウム塩は硝酸塩であり、上記チタン塩は塩化物であることがより好ましい。
上記沈殿物の乾燥条件は、典型的には80〜150℃程度(例えば100〜130℃)で3〜24時間程度であり、焼成条件は、約400〜800℃程度(例えば500〜700℃)で約2〜4時間程度である。
Examples of the high-pH solution include ammonia, inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, and ammonium carbonate, and organic bases such as amines such as triethylamine and pyridine. Are preferably used, and ammonia water is more preferably used in the above.
As said aluminum salt, said yttrium salt, said titanium salt, and said zirconium salt, what makes aqueous solution acidic is used suitably. For example, nitrates, sulfates, carbonates, halides and the like are preferably used. From the viewpoint of obtaining a mixed powder with high uniformity as a product, the aluminum salt, the yttrium salt, and the zirconium salt are more preferably nitrates, and the titanium salt is more preferably a chloride.
The drying conditions for the precipitate are typically about 80 to 150 ° C. (for example, 100 to 130 ° C.) for about 3 to 24 hours, and the firing conditions are about 400 to 800 ° C. (for example, 500 to 700 ° C.). About 2 to 4 hours.

ここに開示される排ガス浄化用触媒に用いられる排ガス浄化のための触媒として機能する金属としては、種々の酸化触媒や還元触媒として機能し得る金属種が採用され得るが、典型的には、ロジウム(Rh)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)などの貴金属が挙げられる。また、上記貴金属以外にも、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、及び銀(Ag)等が好適例として挙げられる。これらの金属は合金化したものを用いてもよい。この中で、NOx還元活性が高い観点から上記金属としてロジウムが好ましく用いられる。
かかる金属は、排ガスとの接触面積を高める観点から十分に小さい粒径を有することが好ましい。典型的には上記金属の平均粒径(TEM観察により求められる粒径の平均値)は1〜15nm程度(より好ましくは10nm以下、又は7nm以下、更には5nm以下)であることが好ましい。
As the metal that functions as an exhaust gas purification catalyst used in the exhaust gas purification catalyst disclosed herein, various kinds of metal species that can function as an oxidation catalyst or a reduction catalyst can be employed. Typically, rhodium is used. (Rh), platinum (Pt), noble metals such as palladium (Pd). In addition to the noble metals, ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium (Ir), silver (Ag), and the like are preferable examples. These metals may be alloyed. Among these, rhodium is preferably used as the metal from the viewpoint of high NOx reduction activity.
Such metal preferably has a sufficiently small particle diameter from the viewpoint of increasing the contact area with the exhaust gas. Typically, the average particle size (average value of particle sizes determined by TEM observation) of the metal is preferably about 1 to 15 nm (more preferably 10 nm or less, or 7 nm or less, and further 5 nm or less).

上記排ガス浄化用触媒における担体を100質量%としたときの、上記排ガス浄化のための触媒として機能する金属の担持率は、1.5質量%以下(例えば0.05質量%以上1.5質量%以下、好ましくは0.1質量%以上1.3質量%以下、より好ましくは0.2質量%以上1質量%以下)であることが好ましい。上記金属の担持率が上記範囲より少なすぎると、金属による触媒効果が得られにくい。また上記金属の担持率が上記範囲より多すぎると、金属の粒成長が進行する虞があり、さらにコスト面でも不利である。
上記担体に上記金属を担持させる方法としては、特に制限されず、従来用いられている手法を用いることができる。例えばここに開示されるいずれかの担体にロジウムを担持させる場合であれば、ロジウム塩(例えば硝酸塩)を含有する水溶液に、上記担体粉末を含浸させた後、乾燥させ、焼成することにより調製することができる。
When the support in the exhaust gas purification catalyst is 100 mass%, the loading ratio of the metal functioning as the exhaust gas purification catalyst is 1.5 mass% or less (e.g., 0.05 mass% or more and 1.5 mass). % Or less, preferably 0.1% by mass or more and 1.3% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or more and 1% by mass or less. If the loading ratio of the metal is too smaller than the above range, the catalytic effect of the metal is difficult to obtain. On the other hand, if the loading ratio of the metal is more than the above range, there is a possibility that the growth of the metal grains proceeds, which is also disadvantageous in terms of cost.
The method for supporting the metal on the carrier is not particularly limited, and a conventionally used method can be used. For example, when rhodium is supported on any of the carriers disclosed herein, the carrier powder is impregnated with an aqueous solution containing a rhodium salt (for example, nitrate), dried, and fired. be able to.

ここで開示される排ガス浄化用触媒は、ペレット形状、フォーム形状、ハニカム形状、又はフィルタ形状など、従来この種の触媒に用いられるのと同様の形状のものに成形されて用いることができる。例えばハニカム形状に成形する場合、コージェライト、炭化ケイ素(SiC)等の耐熱性の高いセラミックスまたは合金(ステンレス等)から形成されたハニカム構造を備えるハニカム基材の表面に、上記金属を担持させた上記担体をコートすることにより作製される。またペレット形状に成形する場合は、上記金属が担持された上記担体を、プレス機などを用いた常法によりペレット状に成形することにより作製される。   The exhaust gas-purifying catalyst disclosed herein can be molded into a shape similar to that conventionally used for this type of catalyst, such as a pellet shape, a foam shape, a honeycomb shape, or a filter shape. For example, when forming into a honeycomb shape, the above metal is supported on the surface of a honeycomb substrate having a honeycomb structure formed of a ceramic or alloy (such as stainless steel) having high heat resistance such as cordierite or silicon carbide (SiC). It is produced by coating the carrier. Moreover, when shape | molding in a pellet shape, it manufactures by shape | molding the said support | carrier with which the said metal was carry | supported by the conventional method using a press etc. into a pellet shape.

以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示
すものに限定することを意図したものではない。
Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

<排ガス浄化用触媒の製造>
(実施例1)
所定量の硝酸アルミニウムと硝酸イットリウムをイオン交換水500mlに溶解させて水溶液Aを調製した。一方、所定量のオキシ硝酸ジルコニウムと四塩化チタンと硝酸イットリウムを溶解させて水溶液Bを調製した。また、pH14のアンモニア水を用意した。上記アンモニア水のpHを随時測定しながら、上記水溶液A及び上記水溶液Bを同時に、上記アンモニア水を入れたビーカーに滴下し、沈殿を生成させた。滴下中、ビーカー内の混合液のpHの値は徐々に小さくなっていき、pHが10程度となったところで滴下を止めた。得られた沈殿物は濾過したあと洗浄し、120℃で24時間乾燥させた後、900℃で5時間焼成することにより、担体粉末(即ち、イットリウム含有γ−アルミナ粉末と、ZTY複合酸化物粉末の混合物)が得られた。このとき、上記担体粉末の組成が酸化物換算の質量比でAl:ZrO:TiO:Y=70:21:6:3となるように調整した。
得られた上記担体粉末を所定濃度、及び所定量の硝酸ロジウム溶液に浸した後、蒸発乾固させることにより、該粉末にロジウムを担持させた。このときのロジウム担持量は、上記担体粉末を100質量%としたとき、0.25質量%となるように調整した。得られたロジウム担持粉末を120℃で24時間乾燥させた後、600℃で2時間焼成し、該焼成物を乳鉢で粉砕したあと、プレス機を用いてペレット状に成形した。かかる一連の製造方法により作製された排ガス浄化用触媒を実施例1に係る排ガス浄化用触媒とする。
<Manufacture of exhaust gas purification catalyst>
Example 1
A predetermined amount of aluminum nitrate and yttrium nitrate were dissolved in 500 ml of ion-exchanged water to prepare an aqueous solution A. On the other hand, an aqueous solution B was prepared by dissolving a predetermined amount of zirconium oxynitrate, titanium tetrachloride, and yttrium nitrate. Moreover, pH 14 ammonia water was prepared. While measuring the pH of the aqueous ammonia as needed, the aqueous solution A and the aqueous solution B were simultaneously dropped into a beaker containing the aqueous ammonia to form a precipitate. During the dropping, the pH value of the mixed solution in the beaker gradually decreased and the dropping was stopped when the pH reached about 10. The obtained precipitate is filtered, washed, dried at 120 ° C. for 24 hours, and then calcined at 900 ° C. for 5 hours, whereby carrier powder (ie, yttrium-containing γ-alumina powder and ZTY composite oxide powder) is obtained. A mixture of At this time, the support powder of composition Al 2 O 3 in a weight ratio of oxide conversion: ZrO 2: TiO 2: Y 2 O 3 = 70: 21: 6: was adjusted to 3.
The obtained carrier powder was immersed in a predetermined concentration and a predetermined amount of rhodium nitrate solution, and then evaporated to dryness to support rhodium on the powder. The rhodium carrying amount at this time was adjusted to 0.25% by mass when the carrier powder was 100% by mass. The obtained rhodium-supported powder was dried at 120 ° C. for 24 hours and then calcined at 600 ° C. for 2 hours. The calcined product was pulverized in a mortar and then formed into a pellet using a press. The exhaust gas purifying catalyst produced by such a series of manufacturing methods is used as the exhaust gas purifying catalyst according to the first embodiment.

(比較例1)
一つのビーカー内でイオン交換水1000mlに所定量の硝酸アルミニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、四塩化チタン、及び硝酸イットリウムを順不同で加えて溶解させ、原料水溶液を調製した。上記原料水溶液を撹拌しながら適量の過酸化水素水を加えた。過酸化水素水の添加により、チタンイオンとジルコニウムイオンが錯イオン化され、それぞれのイオンに基づく沈殿が生じるpHを近付けることができるため、沈殿物の均一化が促進される。一方、pH14のアンモニア水を用意した。上記で得られたアルミニウムイオン、ジルコニウムイオン、チタンイオン、及びイットリウムイオンを含有した溶液に対し、上記アンモニア水を、混合溶液のpHが9となるまで滴下し、沈殿を生成させた。このとき、イットリウムイオンはアルミナよりも優先的にジルコニアに固溶し、前駆体を形成する。
得られた沈殿物は濾過したあと洗浄し、120℃で24時間乾燥させた後、900℃で5時間焼成することにより、担体粉末(即ち、アルミナ粉末と、イットリウム含有チタニア−ジルコニア(ZTY)複合酸化物粉末の混合物)が得られた。このとき、上記担体粉末の組成は、上記実施例1と同様に、酸化物換算の質量比でAl:ZrO:TiO:Y=70:21:6:3となるように調整した。
得られた上記担体粉末に対し、上記実施例1と同様の製造プロセスによりロジウムを担持させ、乾燥、焼成、ペレット成形を行った。ロジウム担持量は、上記担体粉末を100質量%としたとき、0.25質量%となるように調整した。かかる一連の製造方法により作製された排ガス浄化用触媒を比較例1に係る排ガス浄化用触媒とする。
(Comparative Example 1)
A predetermined amount of aluminum nitrate, zirconium oxynitrate, titanium tetrachloride, and yttrium nitrate were added in random order to 1000 ml of ion exchange water in one beaker to prepare a raw material aqueous solution. While stirring the aqueous raw material solution, an appropriate amount of hydrogen peroxide was added. By adding hydrogen peroxide water, titanium ions and zirconium ions are complexed and the pH at which precipitation based on the respective ions can be brought close to each other, so that homogenization of the precipitate is promoted. On the other hand, pH 14 ammonia water was prepared. To the solution containing the aluminum ions, zirconium ions, titanium ions, and yttrium ions obtained above, the ammonia water was added dropwise until the pH of the mixed solution reached 9, thereby generating a precipitate. At this time, yttrium ions preferentially dissolve in zirconia over alumina to form a precursor.
The obtained precipitate is filtered, washed, dried at 120 ° C. for 24 hours, and then calcined at 900 ° C. for 5 hours, whereby carrier powder (ie, alumina powder and yttrium-containing titania-zirconia (ZTY) composite) A mixture of oxide powders) was obtained. At this time, the composition of the carrier powder is Al 2 O 3 : ZrO 2 : TiO 2 : Y 2 O 3 = 70: 21: 6: 3 in mass ratio in terms of oxide, as in Example 1. Adjusted as follows.
The obtained carrier powder was supported by rhodium by the same production process as in Example 1 and dried, fired, and pelletized. The amount of rhodium supported was adjusted to 0.25% by mass when the carrier powder was 100% by mass. The exhaust gas purifying catalyst produced by such a series of manufacturing methods is used as the exhaust gas purifying catalyst according to Comparative Example 1.

(参考例1〜3)
比較のために触媒担体としてα−アルミナ(参考例1)、ZTY複合酸化物(参考例2)、γ−アルミナ(参考例3)を用いた排ガス浄化用触媒を製造した。
具体的には、所定量のα−アルミナ(市販品、和光純薬工業株式会社製)に対し、上記実施例1に係る製造プロセスと同様にロジウムを担持させ、乾燥、焼成、成形して排ガス浄化用触媒を製造し、これを参考例1に係る排ガス浄化用触媒とした。
また、参考例2で用いるZTY複合酸化物は以下のように製造した。即ち、オキシ硝酸ジルコニウム、四塩化チタン、及び硝酸イットリウムを出発原料とし、上記の化合物をイオン交換水に溶解させた後、適量の過酸化水素水を加え、そこにpH14のアンモニア水を滴下して沈殿物を得た。該沈殿物を洗浄し、120℃で24時間の乾燥、900℃で5時間の焼成を行うことによりZTY複合酸化物を得た。このとき、上記ZTY複合酸化物の組成は、酸化物換算の質量比でZrO:TiO:Y=70:20:10となるように調整した。得られたZTY複合酸化物に対し、上記実施例1に係る製造プロセスと同様にロジウムを担持させ、乾燥、焼成、成形し、これを参考例2に係る排ガス浄化用触媒とした。
さらに、所定量のγ−アルミナ(市販品、和光純薬工業株式会社製)に上記実施例1に係る製造プロセスと同様にロジウムを担持させ、乾燥、焼成、成形して排ガス浄化用触媒を製造し、これを参考例3に係る排ガス浄化用触媒とした。
上記参考例1〜3に係る排ガス浄化用触媒について、ロジウム担持量は、各担体粉末を100質量%としたときに0.25質量%となるように調整した。
(Reference Examples 1-3)
For comparison, an exhaust gas purification catalyst using α-alumina (Reference Example 1), ZTY composite oxide (Reference Example 2), and γ-alumina (Reference Example 3) as a catalyst carrier was produced.
Specifically, rhodium is supported on a predetermined amount of α-alumina (commercial product, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in the same manner as in the manufacturing process according to Example 1, and the exhaust gas is dried, fired and molded. A purification catalyst was produced and used as an exhaust gas purification catalyst according to Reference Example 1.
The ZTY composite oxide used in Reference Example 2 was produced as follows. That is, using zirconium oxynitrate, titanium tetrachloride, and yttrium nitrate as starting materials, dissolving the above compound in ion-exchanged water, adding an appropriate amount of hydrogen peroxide solution, and dropping pH 14 ammonia water thereto. A precipitate was obtained. The precipitate was washed, dried at 120 ° C. for 24 hours, and calcined at 900 ° C. for 5 hours to obtain a ZTY composite oxide. At this time, the composition of the ZTY composite oxide was adjusted to be ZrO 2 : TiO 2 : Y 2 O 3 = 70: 20: 10 in terms of mass ratio in terms of oxide. The obtained ZTY composite oxide was loaded with rhodium in the same manner as in the production process according to Example 1, dried, fired, and molded, and this was used as the exhaust gas purifying catalyst according to Reference Example 2.
Further, a rhodium is supported on a predetermined amount of γ-alumina (commercial product, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in the same manner as in the manufacturing process according to Example 1, and dried, fired, and molded to produce an exhaust gas purification catalyst. This was used as the exhaust gas purifying catalyst according to Reference Example 3.
For the exhaust gas purifying catalysts according to Reference Examples 1 to 3, the rhodium loading was adjusted to be 0.25% by mass when each carrier powder was 100% by mass.

<高温耐久処理>
得られた実施例1および比較例1に係る排ガス浄化用触媒に対し、高温耐久処理を施した。具体的には上記排ガス浄化用触媒3gを秤量し、電気炉に入れ、1000℃に保持しながら表1に示す組成のリッチガス及びリーンガスを2分間隔で交互に切り替えながら、300分間(5時間)流入させた。
<High temperature durability treatment>
The exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 and Comparative Example 1 thus obtained was subjected to high temperature durability treatment. Specifically, 3 g of the exhaust gas-purifying catalyst was weighed, placed in an electric furnace, and kept at 1000 ° C., while alternately switching rich gas and lean gas having the composition shown in Table 1 at intervals of 2 minutes, 300 minutes (5 hours) Let it flow.

Figure 0005692595
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<硫黄被毒処理>
上記高温耐久処理を施した排ガス浄化用触媒について、硫黄被毒処理を施した。具体的には、上記排ガス浄化用触媒を400℃に保持しながら、表2に示す組成のガス(SO混合のストイキオメトリガス)を90分間流入させた。
上記高温耐久処理及び硫黄被毒処理における加熱温度条件について、図3に模式的に示す。
<Sulfur poisoning treatment>
The exhaust gas-purifying catalyst subjected to the high-temperature durability treatment was subjected to sulfur poisoning treatment. Specifically, while maintaining the exhaust gas purifying catalyst at 400 ° C., a gas having a composition shown in Table 2 (a stoichiometric gas mixed with SO 2 ) was allowed to flow for 90 minutes.
FIG. 3 schematically shows the heating temperature conditions in the high temperature durability treatment and sulfur poisoning treatment.

Figure 0005692595
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<XRD測定>
上記高温耐久処理後の実施例1及び比較例1に係る排ガス浄化用触媒について、その生成相を同定するために粉末X線回折装置(リガク RINT−TTR III)を用いてXRD測定を行った。また、生成相はJCPDSカードを用いて同定した。XRD測定の結果を図4に示す。
図4に示すXRDチャートの中で、実施例1及び比較例1の両サンプルにおいて観測された測定角2θが30°付近のピークはZT複合酸化物に帰属される。また、比較例1に係るサンプルについて観測された2θが26〜27°付近のピークはα−アルミナに帰属され、実施例1に係るサンプルについては該ピークが検出されなかった。即ち、実施例1に係る排ガス浄化用触媒は、上記1000℃で5時間の高温耐久処理後においてもα−アルミナが生成していないことが確認された。これは、実施例1に係る担体を構成するアルミナが、相転移抑制剤であるイットリウムを適当な含有率で含有しているためである。
<XRD measurement>
For the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 and Comparative Example 1 after the high temperature durability treatment, XRD measurement was performed using a powder X-ray diffractometer (Rigaku RINT-TTR III) in order to identify the formation phase. The product phase was identified using a JCPDS card. The result of the XRD measurement is shown in FIG.
In the XRD chart shown in FIG. 4, a peak with a measurement angle 2θ of around 30 ° observed in both the samples of Example 1 and Comparative Example 1 is attributed to the ZT composite oxide. Moreover, 2θ observed for the sample according to Comparative Example 1 was assigned to α-alumina in the vicinity of 26 to 27 °, and the peak was not detected for the sample according to Example 1. That is, it was confirmed that the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 did not produce α-alumina even after the high temperature durability treatment at 1000 ° C. for 5 hours. This is because the alumina constituting the carrier according to Example 1 contains yttrium, which is a phase transition inhibitor, at an appropriate content.

<触媒活性評価>
上記高温耐久処理、及び硫黄被毒処理を施した後の実施例1及び比較例1に係る排ガス浄化用触媒について、NOx浄化に対する触媒活性を評価した。具体的な評価方法としては、排ガス浄化用触媒3gを秤量し、モデルガス装置内に設置した。次に、所定の温度条件下において表3に組成を示すストイキオメトリ領域のガスを、15L/minのガス流量でモデルガス装置内に流入させ、該装置入口及び出口のNOxガス濃度を測定した。このとき、浄化率(%)は、
浄化率(%)=((入りガス濃度−出ガス濃度)/入りガス濃度)×100
の式により算出される。
上記触媒活性評価における加熱温度条件については図5に示す。ここで、ガス温度が500℃になったところでNOxガスの濃度測定を行った。NOx浄化率の結果を図6に示す。
図6に示す結果より明らかなように、比較例1に係る排ガス浄化用触媒のNOx浄化率が75%であるのに対し、実施例1に係る排ガス浄化用触媒は95%を示し、浄化性能の大幅な向上が見られた。即ち、実施例1に係る排ガス浄化用触媒は、上記高温耐久処理及び上記硫黄被毒処理後であっても高いNOx浄化性能を維持することが確認され、このことは即ち、実施例1に係る排ガス浄化用触媒が高耐熱性及び高耐硫黄被毒性を両立することを示している。
<Catalyst activity evaluation>
About the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 and Comparative Example 1 after the high temperature durability treatment and the sulfur poisoning treatment, the catalytic activity for NOx purification was evaluated. As a specific evaluation method, 3 g of exhaust gas purifying catalyst was weighed and installed in a model gas apparatus. Next, a stoichiometric region gas having a composition shown in Table 3 under a predetermined temperature condition was introduced into the model gas apparatus at a gas flow rate of 15 L / min, and NOx gas concentrations at the inlet and outlet of the apparatus were measured. . At this time, the purification rate (%) is
Purification rate (%) = ((entered gas concentration−outgoing gas concentration) / entered gas concentration) × 100
It is calculated by the following formula.
The heating temperature conditions in the catalyst activity evaluation are shown in FIG. Here, when the gas temperature reached 500 ° C., the concentration of NOx gas was measured. The result of the NOx purification rate is shown in FIG.
As is clear from the results shown in FIG. 6, the NOx purification rate of the exhaust gas purification catalyst according to Comparative Example 1 is 75%, whereas the exhaust gas purification catalyst according to Example 1 shows 95%, and the purification performance. There was a significant improvement. That is, it was confirmed that the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 maintains high NOx purification performance even after the high-temperature endurance treatment and the sulfur poisoning treatment. It shows that the exhaust gas purifying catalyst has both high heat resistance and high sulfur poisoning resistance.

Figure 0005692595
Figure 0005692595

<排ガス浄化用触媒に蓄積した硫黄種の同定>
上記硫黄被毒処理後の参考例1〜3に係る排ガス浄化用触媒と、上記高温耐久処理及び上記硫黄被毒処理後の実施例1および比較例1に係る排ガス浄化用触媒について、該触媒に蓄積した硫黄種を同定するために、軟X線XAFS(立命館大学SRセンター ビームライン10)を測定した。参考例1〜3に係る結果を図7に、実施例1及び比較例1に係る結果を図8に示す。
図7及び図8に示すグラフにおいて、横軸で示す光子エネルギー(photon energy)が2479eV付近に現れたピークは、担体に付着(形成)した硫酸塩(SO)に帰属される。また、より低エネルギー側の2468eV付近のピークは、貴金属であるロジウムの硫化物(Rh−S)に帰属される。ここで、上記の硝酸塩(SO)の生成は触媒活性に対してあまり寄与しないが、ロジウムの硫化(硫化物の生成)は触媒活性低下の要因となる。
図7に示す結果より明らかなように、参考例1に係るα−アルミナを担体に用いた排ガス浄化用触媒については、ロジウム硫化物が生成していることが判る。一方、ZTY複合酸化物(参考例2)及びγ−アルミナ(参考例3)を担体に用いた排ガス浄化用触媒については、ロジウム硫化物がほとんど生成していないことが判った。即ち、触媒活性の低下要因である貴金属硫化物の生成は、担体がα−アルミナ、ZTY複合酸化物、γ−アルミナである場合、上記の順(α−アルミナ>ZTY複合酸化物>γ−アルミナ)に少なくなることが確認された。
以上の結果より、γ−アルミナはα−アルミナと比較して、硫化物の生成を抑制する効果が高いことが明らかとなった。
<Identification of sulfur species accumulated in exhaust gas purification catalyst>
Regarding the exhaust gas purifying catalyst according to Reference Examples 1 to 3 after the sulfur poisoning treatment, and the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 and Comparative Example 1 after the high temperature durability treatment and the sulfur poisoning treatment, In order to identify the accumulated sulfur species, soft X-ray XAFS (Ritsumeikan University SR Center Beamline 10) was measured. The results according to Reference Examples 1 to 3 are shown in FIG. 7, and the results according to Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG.
In the graphs shown in FIGS. 7 and 8, the peak where the photon energy indicated by the horizontal axis appears in the vicinity of 2479 eV is attributed to sulfate (SO 4 ) attached (formed) to the carrier. Further, a peak near 2468 eV on the lower energy side is attributed to a rhodium sulfide (Rh-S) which is a noble metal. Here, the production of the nitrate (SO 4 ) does not contribute much to the catalyst activity, but rhodium sulfide (sulfide production) causes a decrease in the catalyst activity.
As is clear from the results shown in FIG. 7, it can be seen that rhodium sulfide is generated in the exhaust gas purifying catalyst using α-alumina according to Reference Example 1 as a carrier. On the other hand, regarding the exhaust gas purifying catalyst using ZTY composite oxide (Reference Example 2) and γ-alumina (Reference Example 3) as a carrier, it was found that rhodium sulfide was hardly generated. That is, the production of the noble metal sulfide, which is a factor for reducing the catalytic activity, is the above order (α-alumina> ZTY composite oxide> γ-alumina when the support is α-alumina, ZTY composite oxide, and γ-alumina. ) Was confirmed to be less.
From the above results, it was revealed that γ-alumina has a higher effect of suppressing the formation of sulfides than α-alumina.

次に、図8に示す結果より明らかなように、比較例1に係る排ガス浄化用触媒についてはロジウム硫化物に帰属されるピークが存在するのに対し、実施例1に係る排ガス浄化用触媒は、ロジウム硫化物に帰属されるピークが全く検出されず、硫化物の生成が十分に抑制されていることが確認された。これは比較例1に係る排ガス浄化用触媒のアルミナが、上記高温耐久処理中にα−アルミナへと相転移し、該α−アルミナが貴金属硫化物の生成を促進したためである。一方、実施例1に係る排ガス浄化用触媒は、アルミナにいわば相転移抑制剤としてイットリウムが添加されているため、上記高温耐久処理によってもアルミナはγ−アルミナのまま維持されており、また、該γ−アルミナと上記ZTY複合酸化物の相乗効果により、特異的に硫化物生成が抑制されたことが判る。
以上の結果より、実施例1に係る排ガス浄化用触媒は高温条件下であっても高い耐硫黄被毒性を有することが確認された。
Next, as is clear from the results shown in FIG. 8, the exhaust gas purifying catalyst according to Comparative Example 1 has a peak attributed to rhodium sulfide, whereas the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 is No peaks attributed to rhodium sulfide were detected, confirming that the formation of sulfide was sufficiently suppressed. This is because the alumina of the exhaust gas purifying catalyst according to Comparative Example 1 phase-transformed into α-alumina during the high temperature durability treatment, and the α-alumina promoted the formation of noble metal sulfide. On the other hand, in the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1, since yttrium is added as a phase transition inhibitor to alumina, the alumina is maintained as γ-alumina even by the high temperature durability treatment, It can be seen that the formation of sulfides was specifically suppressed by the synergistic effect of γ-alumina and the ZTY composite oxide.
From the above results, it was confirmed that the exhaust gas purifying catalyst according to Example 1 has high sulfur poisoning resistance even under high temperature conditions.

10 排ガス浄化用触媒
12 γ−アルミナ粒子
14 ZTY複合酸化物粒子
16 金属粒子
20 排ガス浄化用触媒
22 α−アルミナ粒子
24 ZTY複合酸化物粒子
26 金属粒子
10 Exhaust gas purification catalyst 12 γ-alumina particles 14 ZTY composite oxide particles 16 Metal particles 20 Exhaust gas purification catalyst 22 α-alumina particles 24 ZTY composite oxide particles 26 Metal particles

Claims (6)

担体と、該担体に担持された排ガス浄化のための触媒として機能する金属と、を備える排ガス浄化用触媒であって、
前記担体として、γ−アルミナを主体として構成されたアルミナ系粒子と、ジルコニア−チタニア複合酸化物を主体として構成されたジルコニア−チタニア系粒子と、を備え、
前記アルミナ系粒子および前記ジルコニア−チタニア系粒子は、いずれもイットリウムを含有しており、
理論空燃比環境下において1000℃で少なくとも5時間加熱した後におけるXRD測定で、α−アルミナに帰属されるピークが実質的に生じないことを特徴とする、排ガス浄化用触媒。
An exhaust gas purification catalyst comprising a carrier and a metal functioning as a catalyst for exhaust gas purification carried on the carrier,
As the carrier, comprising alumina-based particles mainly composed of γ-alumina, and zirconia-titania-based particles mainly composed of zirconia-titania composite oxide,
Both the alumina particles and the zirconia-titania particles contain yttrium,
An exhaust gas purifying catalyst characterized in that a peak attributed to α-alumina does not substantially occur in XRD measurement after heating at 1000 ° C. for at least 5 hours in a theoretical air-fuel ratio environment.
前記担体全体を100質量%としたとき、前記イットリウムを酸化物(イットリア)に換算したときの含有率が1質量%以上10質量%以下である、請求項に記載の排ガス浄化用触媒。 Wherein when the entire carrier was 100% by mass, content when converted to the yttrium oxide (yttria) is 10 mass% or more 1 wt%, the catalyst for purification of exhaust gas according to claim 1. 前記金属としてロジウムを備える、請求項1または2に記載の排ガス浄化用触媒。 The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 1 or 2 , comprising rhodium as the metal. 排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
アルミニウム塩と、イットリウム塩と、を含有する酸性水溶液Aを調製する工程と、
チタン塩と、ジルコニウム塩と、イットリウム塩と、を含有する酸性水溶液Bを調製する工程と、
pHが少なくても11である高pH溶液を用意する工程と、
前記酸性水溶液Aと前記酸性水溶液Bの両方を、前記高pH溶液に対して、滴下して混合させることにより、該混合液のpHを塩基性側から酸性側へと下げる方向で変化させ、その過程で沈殿を生成させる工程と、
得られた沈殿物を焼成することにより、担体を得る工程と、
得られた担体に排ガス浄化のための触媒として機能する金属を担持させる工程と、
を含むことを特徴とする、排ガス浄化用触媒の製造方法。
A method for producing an exhaust gas purification catalyst,
Preparing an acidic aqueous solution A containing an aluminum salt and an yttrium salt;
Preparing an acidic aqueous solution B containing a titanium salt, a zirconium salt, and an yttrium salt;
preparing a high pH solution having a pH of at least 11;
Both the acidic aqueous solution A and the acidic aqueous solution B are dropped and mixed with the high pH solution, thereby changing the pH of the mixed solution from the basic side to the acidic side, Producing a precipitate in the process;
Calcination of the resulting precipitate to obtain a carrier;
A step of supporting a metal functioning as a catalyst for exhaust gas purification on the obtained carrier;
The manufacturing method of the catalyst for exhaust gas purification characterized by including these.
前記高pH溶液がアンモニア水である、請求項に記載の製造方法。 The production method according to claim 4 , wherein the high pH solution is aqueous ammonia. 前記アルミニウム塩、前記イットリウム塩、及び前記ジルコニウム塩が硝酸塩であり、前記チタン塩が塩化物である、請求項またはに記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 4 or 5 , wherein the aluminum salt, the yttrium salt, and the zirconium salt are nitrates, and the titanium salt is a chloride.
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