JP5954031B2 - Particulate matter combustion catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質を燃焼させる粒子状物質燃焼触媒に関する。 The present invention relates to a particulate matter combustion catalyst for burning particulate matter contained in engine exhaust gas.
ディーゼルエンジン車では、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM: Particulatematter)を燃焼させるための触媒がディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF: Diesel Particulate Filter)に設けられる場合がある。また、ガソリンエンジン車においても、特に筒内直接噴射式のガソリンエンジンでは、成層リーン燃焼時に点火プラグ近傍の燃料が過濃となってスモークが発生しやすく、このスモークに伴う粒子状物質の適切な除去が望まれる。 In a diesel engine vehicle, a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter) may be provided with a catalyst for burning particulate matter (PM) contained in exhaust gas. Also, in gasoline engine vehicles, especially in direct injection type gasoline engines, fuel near the spark plug tends to be excessively concentrated during stratified lean combustion, and smoke is likely to be generated. Removal is desired.
これに対して、特許文献1には、上記粒子状物質を燃焼させる触媒材として、Zrと、Ceを除く少なくとも一種の希土類金属と、貴金属との複酸化物を用いることが記載されている。すなわち、Zr系酸化物は、酸素濃度の濃い部分から酸素濃度の薄い部分へ酸素イオンを移動させて粒子表面から酸素を放出させる酸素イオン伝導性を有することが知られている。上記特許文献1は、Zr系酸化物を、Zrと、Ceを除く少なくとも一種の希土類金属と、貴金属との複酸化物とすることによって、その酸素イオン伝導性を高め、そのことによって、粒子状物質の燃焼性を向上させることを開示する。
On the other hand,
また、特許文献2には、DPFに担持する粒子状物質燃焼触媒材として、Zrを主成分金属元素とするとともにCe及びYを除く希土類金属が含まれたZr系複酸化物と、Ceを主成分金属元素とするとともにCeを除く希土類金属又はアルカリ土類金属が含まれたCe系複酸化物とを採用すること、それら複酸化物に貴金属を担持することが記載されている。
上記特許文献1及び特許文献2に記載されたZr系複酸化物も粒子状物質を燃焼させる触媒材として優れた性能を示すが、本発明は、さらに、粒子状物質の燃焼性を向上させた触媒を提供することを課題とする。
The Zr-based double oxides described in
本発明は、上記課題を解決すべく、Zr系複酸化物に、希土類金属としてのY又はLaに加えて、さらにアルカリ土類金属としてSrをドープする構成を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention employs a configuration in which Zr-based double oxide is doped with Sr as an alkaline earth metal in addition to Y or La as a rare earth metal.
すなわち、ここに提示する粒子状物質燃焼触媒の一つの態様は、担体基材に触媒層が設けられ、その触媒層にエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質を燃焼させるためのZrとYとSrと貴金属と酸素とからなる触媒材が設けられており、該触媒材において、上記ZrとYとSrとが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであることを特徴とする。 That is, in one embodiment of the particulate matter combustion catalyst presented here, a catalyst layer is provided on the support substrate, and Zr and Y for burning the particulate matter contained in the exhaust gas of the engine to the catalyst layer. , Sr, a noble metal, and oxygen are provided, and in the catalyst material, Zr, Y, and Sr form a double oxide, and the main component metal element of the double oxide is Zr. It is characterized by that.
上記複酸化物は、主成分金属元素である4価のZrに、3価の希土類金属Yに加えて、2価のアルカリ土類金属Srがドープされているから、酸素空孔(原子空孔)が多くなり、酸素イオン伝導性が高くなる。そのため、当該複酸化物粒子表面からの酸素の放出が盛んになり、粒子状物質の燃焼速度が高くなる。すなわち、貴金属による粒子状物質の速やかな燃焼除去に有利になる。また、アルカリ土類金属Srは当該複酸化物に塩基性サイトを形成することから、排気ガス中に含まれるNOを引きつける力が強くなる。その結果、貴金属によるNOのNO2への酸化が促進され、該NO2による粒子状物質の燃焼が図れることになる。 In the double oxide, tetravalent Zr which is a main component metal element is doped with divalent alkaline earth metal Sr in addition to trivalent rare earth metal Y, so that oxygen vacancies (atomic vacancies) ) Increases and oxygen ion conductivity increases. For this reason, oxygen is actively released from the surface of the double oxide particles, and the burning rate of the particulate matter is increased. That is, it is advantageous for rapid combustion removal of the particulate matter by the noble metal. In addition, since the alkaline earth metal Sr forms a basic site in the double oxide, it has a strong ability to attract NO contained in the exhaust gas. As a result, oxidation of NO to NO 2 by the noble metal is promoted, and particulate matter can be burned by the NO 2 .
ここに、仮にSrをZr系複酸化物の表面に担持すると、該Srが立体障害となるため(貴金属がSrで覆われるため)、触媒の活性点が減少する。これに対して、本発明ではSrをZr系複酸化物にドープするから、上記立体障害の問題はない。 If Sr is supported on the surface of the Zr-based double oxide, the Sr becomes a steric hindrance (because the noble metal is covered with Sr), so that the active site of the catalyst is reduced. On the other hand, in the present invention, since Sr is doped into the Zr-based double oxide, there is no problem of the steric hindrance.
また、上記複酸化物における酸素イオンの移動による粒子状物質の燃焼には必然的に電子の移動を伴う。上記触媒材の場合、上記貴金属が電子の移動に寄与することで酸素ないしは酸素イオンの移動を促進する。その結果、上記複酸化物からの酸素の放出が盛んになり、粒子状物質の燃焼に有利になる。また、上記複酸化物における排気ガス中の酸素を取り込んで内部の酸素を活性酸素として放出する酸素交換反応が貴金属によって促進され、粒子状物質の燃焼除去に有利になる。 In addition, combustion of particulate matter due to movement of oxygen ions in the double oxide inevitably involves movement of electrons. In the case of the catalyst material, the noble metal contributes to the movement of electrons, thereby promoting the movement of oxygen or oxygen ions. As a result, the release of oxygen from the double oxide becomes active, which is advantageous for the combustion of particulate matter. In addition, the oxygen exchange reaction that takes in oxygen in the exhaust gas of the double oxide and releases the internal oxygen as active oxygen is promoted by the noble metal, which is advantageous for the combustion removal of particulate matter.
上記エンジンはディーゼルエンジンであってもガソリンエンジンであってもよく、従って、上記担体基材は、DPFに限らず、ハニカム担体であってもよい。また、上記貴金属としては、Pt、Pd、Rh等から一種又は二種以上を採用することが好ましい。 The engine may be a diesel engine or a gasoline engine. Therefore, the carrier substrate is not limited to a DPF, and may be a honeycomb carrier. Moreover, as said noble metal, it is preferable to employ | adopt 1 type, or 2 or more types from Pt, Pd, Rh, etc.
上記触媒材は、ZrとYとSrとPrと貴金属と酸素とからなり、そのZrとYとSrとPrが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrである構成とすることができる。当該複酸化物へのPrのドープにより、粒子状物質の燃焼速度が増大する。 The catalyst material is composed of Zr, Y, Sr, Pr, a noble metal, and oxygen, the Zr, Y, Sr, and Pr form a double oxide, and the main component metal element of the double oxide is Zr. It can be. The dope of Pr to the double oxide increases the burning rate of the particulate matter.
上記触媒材の好ましい形態では、上記貴金属が上記複酸化物の表面に後担持されている。このような触媒材は、上記複酸化物に上記貴金属の溶液を接触させて焼成することによって得ることができる。例えば、ZrイオンとYイオンとSrイオンとを含む酸性溶液に塩基性溶液を添加し、得られた共沈物を焼成し、これと上記貴金属の溶液を混合し、蒸発乾固を行なうことによって触媒材を得ることができる。 In a preferred form of the catalyst material, the noble metal is post-supported on the surface of the double oxide. Such a catalyst material can be obtained by bringing the noble metal solution into contact with the double oxide and calcining. For example, by adding a basic solution to an acidic solution containing Zr ions, Y ions, and Sr ions, firing the obtained coprecipitate, mixing this with the above-mentioned noble metal solution, and evaporating to dryness. A catalyst material can be obtained.
かかる形態においては、上述の如くSrのドープによって酸素イオン伝導性が高まった複酸化物表面において、高分散した貴金属が気相酸素の解離吸着と当該複酸化物へのスピルオーバーを促進する。その結果、複酸化物の酸素交換反応性が高くなり、それが粒子状物質の燃焼速度の向上に繋がると考えられる。また、複酸化物表面に高分散した貴金属によるNOのNO2への酸化が促進され、該NO2による粒子状物質の燃焼がさらに促進されると考えられる。また、上記複酸化物は貴金属が後担持されている部分の電子伝導性が高まり、それによって該複酸化物の酸素イオン伝導性が高くなることも、粒子状物質の燃焼速度の向上に繋がると考えられる。 In such a form, the highly dispersed noble metal promotes dissociative adsorption of gas-phase oxygen and spillover to the double oxide on the surface of the double oxide whose oxygen ion conductivity is increased by doping with Sr as described above. As a result, the oxygen exchange reactivity of the double oxide becomes high, which is considered to lead to an improvement in the burning rate of the particulate matter. Further, it is considered that the oxidation of NO to NO 2 by the noble metal highly dispersed on the surface of the double oxide is promoted, and the combustion of the particulate matter by the NO 2 is further promoted. In addition, the above-mentioned double oxide increases the electronic conductivity of the portion where the noble metal is post-supported, thereby increasing the oxygen ion conductivity of the double oxide, which also leads to an improvement in the burning rate of the particulate matter. Conceivable.
また、ここに提示する粒子状物質燃焼触媒の別の態様は、担体基材に触媒層が設けられ、その触媒層にエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質を燃焼させるためのZrとLaとSrと貴金属と酸素とからなる触媒材が設けられており、該触媒材において、上記ZrとLaとSrとが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであることを特徴とする。 Further, another aspect of the particulate matter combustion catalyst presented here is that a catalyst layer is provided on the carrier base, and Zr and La for burning the particulate matter contained in the exhaust gas of the engine to the catalyst layer. , Sr, noble metal, and oxygen are provided, and in the catalyst material, Zr, La, and Sr form a double oxide, and the main component metal element of the double oxide is Zr. It is characterized by that.
すなわち、本例は、希土類金属がLaであるケースである。このケースにおいても、先のYのケースと同じく、上記複酸化物は、2価のSrのドープによって、酸素空孔(原子空孔)が多くなり、酸素イオン伝導性が高くなり、その結果、粒子状物質の燃焼速度が高くなる。また、Srが当該複酸化物に塩基性サイトを形成することから、排気ガス中に含まれるNOを引きつける力が強くなる。その結果、貴金属によるNOのNO2への酸化が促進され、該NO2による粒子状物質の燃焼が図れる。 That is, this example is a case where the rare earth metal is La. Also in this case, as in the case of Y above, the above-described double oxide has oxygen vacancies (atomic vacancies) increased due to doping with divalent Sr, resulting in high oxygen ion conductivity. The burning rate of particulate matter is increased. In addition, Sr forms a basic site in the complex oxide, so that the force to attract NO contained in the exhaust gas is increased. As a result, the oxidation of NO to NO 2 by the noble metal is promoted, and the particulate matter can be burned by the NO 2 .
希土類金属がLaであるケースにおいても、Yのケースと同じく、Srが立体障害となって活性点が減少する問題はない。また、貴金属が複酸化物における電子の移動に寄与することで酸素ないしは酸素イオンの移動を促進し、さらに、酸素交換反応を促進するため、粒子状物質の燃焼除去に有利になる。 Even in the case where the rare earth metal is La, similarly to the case of Y, there is no problem that Sr becomes a steric hindrance and the active site decreases. Further, since the noble metal contributes to the movement of electrons in the double oxide, the movement of oxygen or oxygen ions is promoted, and further, the oxygen exchange reaction is promoted, which is advantageous for the combustion removal of the particulate matter.
上記エンジンはディーゼルエンジンであってもガソリンエンジンであってもよく、従って、上記担体基材は、DPFに限らず、ハニカム担体であってもよい。また、上記貴金属としては、Pt、Pd、Rh等から一種又は二種以上を採用することが好ましい。 The engine may be a diesel engine or a gasoline engine. Therefore, the carrier substrate is not limited to a DPF, and may be a honeycomb carrier. Moreover, as said noble metal, it is preferable to employ | adopt 1 type, or 2 or more types from Pt, Pd, Rh, etc.
上記触媒材は、ZrとLaとSrとPrと貴金属と酸素とからなり、そのZrとLaとSrとPrが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrである構成とすることができる。当該複酸化物へのPrのドープにより、粒子状物質の燃焼速度が増大する。 The catalyst material is composed of Zr, La, Sr, Pr, a noble metal, and oxygen, the Zr, La, Sr, and Pr form a double oxide, and the main component metal element of the double oxide is Zr. It can be. The dope of Pr to the double oxide increases the burning rate of the particulate matter.
上記触媒材の好ましい形態では、上記貴金属が上記複酸化物に後担持されている。かかる触媒材は、上記複酸化物に上記貴金属の溶液を接触させて焼成することによって得ることができる。例えば、ZrイオンとLaイオンとSrイオンとを含む酸性溶液に塩基性溶液を添加し、得られた共沈物を焼成し、これと上記貴金属の溶液を混合し、蒸発乾固を行なうことによって得ることができる。 In a preferred form of the catalyst material, the noble metal is post-supported on the double oxide. Such a catalyst material can be obtained by bringing the noble metal solution into contact with the double oxide and calcining. For example, by adding a basic solution to an acidic solution containing Zr ions, La ions, and Sr ions, firing the obtained coprecipitate, mixing this with the above precious metal solution, and evaporating to dryness. Can be obtained.
かかる形態においては、先のYのケースと同じく、複酸化物表面に高分散した貴金属が気相酸素の解離吸着と当該複酸化物へのスピルオーバーを促進する結果、複酸化物の酸素交換反応性が高くなり、それが粒子状物質の燃焼速度の向上に繋がると考えられる。また、複酸化物表面に高分散した貴金属によるNOのNO2への酸化が促進され、該NO2による粒子状物質の燃焼がさらに促進されると考えられる。また、上記複酸化物は貴金属が後担持されている部分の電子伝導性が高まり、それによって該複酸化物の酸素イオン伝導性が高くなることも、粒子状物質の燃焼速度の向上に繋がると考えられる。 In such a form, as in the case of Y above, the noble metal highly dispersed on the surface of the double oxide promotes dissociative adsorption of gas phase oxygen and spillover to the double oxide, resulting in oxygen exchange reactivity of the double oxide. It is thought that this leads to an improvement in the burning rate of the particulate matter. Further, it is considered that the oxidation of NO to NO 2 by the noble metal highly dispersed on the surface of the double oxide is promoted, and the combustion of the particulate matter by the NO 2 is further promoted. In addition, the above-mentioned double oxide increases the electronic conductivity of the portion where the noble metal is post-supported, thereby increasing the oxygen ion conductivity of the double oxide, which also leads to an improvement in the burning rate of the particulate matter. Conceivable.
本発明によれば、粒子状物質燃焼触媒を構成する触媒材が、ZrとY(又はLa)とSrと貴金属と酸素とからなり、そのZrとY(又はLa)とSrとが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであるから、或いは、ZrとY(又はLa)とSrとPrと貴金属と酸素とからなり、そのZrとY(又はLa)とSrとPrが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであるから、粒子状物質の速やかな燃焼除去に有利になる。 According to the present invention, the catalyst material constituting the particulate matter combustion catalyst is composed of Zr, Y (or La), Sr, noble metal and oxygen, and Zr, Y (or La) and Sr are mixed oxides. forming a, because the main component metal elements of the mixed oxide is a Zr, or consists Zr and Y (or La) and Sr and Pr and noble metal and oxygen, Sr and its Zr and Y (or La) And Pr form a double oxide, and the main component metal element of the double oxide is Zr, which is advantageous for rapid combustion removal of particulate matter.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its application, or its use.
本実施形態に係る粒子状物質燃焼触媒は、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタに触媒材を設けたものである。もちろん、本発明は、筒内直接噴射式のガソリンエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質の燃焼除去に利用すべく、ハニカム担体に触媒材を設けた構成とすることができる。 The particulate matter combustion catalyst according to the present embodiment is obtained by providing a catalyst material on a particulate filter that collects particulate matter in exhaust gas of a diesel engine. Of course, the present invention can be configured such that the honeycomb carrier is provided with a catalyst material so as to be used for the combustion removal of the particulate matter contained in the exhaust gas of the direct injection type gasoline engine.
<パティキュレートフィルタの構造>
図1はディーゼルエンジンの排気ガス通路11に配置されたパティキュレートフィルタ(以下、単に「フィルタ」という。)1を示す。フィルタ1よりも排気ガス流の上流側の排気ガス通路11には、活性アルミナ等のサポート材にPt、Pd等に代表される触媒金属を担持した酸化触媒(図示省略)を配置することができる。このような酸化触媒をフィルタ1の上流側に配置するときは、該酸化触媒によって排気ガス中のHC、COを酸化させ、その酸化燃焼熱でフィルタ1に流入する排気ガス温度を高めてフィルタ1を加熱することによって、パティキュレートを燃焼除去することができる。また、NOが酸化触媒でNO2に酸化され、該NO2がフィルタ1に粒子状物質を燃焼させる酸化剤として供給されることになる。
<Particulate filter structure>
FIG. 1 shows a particulate filter (hereinafter simply referred to as “filter”) 1 disposed in an
図2及び図3に模式的に示すように、フィルタ1は、ハニカム構造をなしており、互いに平行に延びる多数の排気ガス通路2,3を備えている。すなわち、フィルタ1は、下流端が栓4により閉塞された排気ガス流入路2と、上流端が栓4により閉塞された排気ガス流出路3とが交互に設けられ、排気ガス流入路2と排気ガス流出路3とは薄肉の隔壁5を介して隔てられている。なお、図2においてハッチングを付した部分は排気ガス流出路3の上流端の栓4を示している。
As schematically shown in FIGS. 2 and 3, the
フィルタ1は、上記隔壁5を含むフィルタ本体がコージェライト、SiC、Si3N4、サイアロンのような無機多孔質材料から形成されており、排気ガス流入路2内に流入した排気ガスは図3において矢印で示したように周囲の隔壁5を通って隣接する排気ガス流出路3内に流出する。すなわち、図4に示すように、隔壁5は排気ガス流入路2と排気ガス流出路3とを連通する微小な細孔(排気ガス通路)6を有し、この細孔6を排気ガスが通る。粒子状物質は主に排気ガス流入路2と細孔6の壁部に捕捉され堆積する。
In the
担体基材としての上記フィルタ本体の排気ガス通路(排気ガス流入路2、排気ガス流出路3及び細孔6)を形成する壁面には触媒層7が形成されている。なお、排気ガス流出路3側の壁面に触媒層を形成することは必ずしも要しない。
A
上記触媒層7は、フィルタ1に堆積した粒子状物質を燃焼除去するための触媒材を含有する。触媒材は、Zrと、希土類金属としてのY又はLaと、Srとの複酸化物と、貴金属とを含有してなり、その複酸化物の主成分金属元素はZrである。
The
上記触媒材の好ましい形態では、図5に模式的に示すように、上記複酸化物の一次粒子11(白丸)が凝集してなる二次粒子12に上記貴金属の一次粒子13(黒丸)が後担持されている。
In a preferable form of the catalyst material, as schematically shown in FIG. 5, primary particles 13 (black circles) of the noble metal are added to
<希土類金属としてYを採用した触媒材>
−実施例1−1−
硝酸ジルコニルと硝酸イットリウムと硝酸ストロンチウムの所定量をイオン交換水に溶かし、これら水溶液を混合した。得られた混合溶液(酸性溶液)に塩基性溶液としての28質量%アンモニア水の8倍希釈液を混合して中和させることにより、共沈物(ZrとYとSrとの複酸化物の前駆体)を得た。この共沈物を遠心分離器にかけて上澄み液を除去する(脱水)、そこにさらにイオン交換水を加えて撹拌する(水洗)、という脱水・水洗の操作を必要回数繰り返すことで、余剰な塩基性溶液を除去した。最終的に脱水を行った後の共沈物を大気中において150℃の温度で一昼夜乾燥させ、粉砕した後、大気中において500℃の温度に2時間保持する焼成を行なった。これにより、ZrとYとSrの複酸化物の粉末を得た(共沈法による複酸化物の生成)。このZrYSr複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより触媒材を得た。この触媒材は、ZrYSr複酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子にPtの一次粒子が後担持されたものである。
<Catalyst material adopting Y as rare earth metal>
-Example 1-1
Predetermined amounts of zirconyl nitrate, yttrium nitrate and strontium nitrate were dissolved in ion-exchanged water, and these aqueous solutions were mixed. By mixing the obtained mixed solution (acidic solution) with an 8-fold diluted solution of 28% by mass ammonia water as a basic solution and neutralizing it, a coprecipitate (Zr, Y and Sr double oxide) Precursor) was obtained. The coprecipitate is centrifuged to remove the supernatant (dehydration), and ion-exchanged water is further added and stirred (water washing). The solution was removed. The co-precipitate after the final dehydration was dried in the air at a temperature of 150 ° C. for a whole day and night, pulverized, and then fired in the air at a temperature of 500 ° C. for 2 hours. As a result, powder of Zr, Y, and Sr double oxide was obtained (generation of double oxide by coprecipitation method). A catalyst material was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution to the ZrYSr double oxide powder, mixing and evaporating to dryness. In this catalyst material, primary particles of Pt are post-supported on secondary particles obtained by agglomerating primary particles of a ZrYSr double oxide.
上記ZrYSr複酸化物の組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3=1.9:86.6:11.5(モル比)である。すなわち、この複酸化物は、主成分金属元素がZrであり、ZrとYとの複酸化物にSrがドープされているということができる。この複酸化物とPtとの比率は概略、複酸化物:Pt=40:1(質量比)である。 The composition of the ZrYSr double oxide is SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 = 1.9: 86.6: 11.5 (molar ratio) in terms of oxide. That is, in this double oxide, the main component metal element is Zr, and it can be said that the double oxide of Zr and Y is doped with Sr. The ratio between the double oxide and Pt is approximately double oxide: Pt = 40: 1 (mass ratio).
得られた触媒材粉末に、バインダーとイオン交換水とを混合し、スラリーを調製した。このスラリーにフィルタ本体を入口端部から浸漬させるとともに、出口端部においてアスピレータによる吸引を行なった。この吸引により除去できないスラリーは、上記混合スラリーに浸漬させた入口端面よりエアーブローを行なって除去した。これにより、フィルタ本体に触媒層を形成した。そして、これを大気中150℃で乾燥した後、同じく大気中で加熱焼成(500℃の温度に2時間保持)することにより、実施例1−1に係る触媒性能評価用サンプルを得た。 The obtained catalyst material powder was mixed with a binder and ion-exchanged water to prepare a slurry. The filter body was immersed in the slurry from the inlet end, and suction was performed by an aspirator at the outlet end. Slurry that could not be removed by this suction was removed by air blowing from the inlet end face immersed in the mixed slurry. Thereby, the catalyst layer was formed in the filter main body. And after drying this at 150 degreeC in air | atmosphere, the sample for catalyst performance evaluation which concerns on Example 1-1 was obtained by carrying out heat baking (at the temperature of 500 degreeC for 2 hours) similarly in air | atmosphere.
フィルタ本体としては、直径が17mm、長さが50mm、セル密度が1平方インチ(約6.45cm2)当たり178個、セルを隔てる壁厚が16ミル(約0.4mm)である炭化ケイ素(SiC)製のものを使用した。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/Lであり、Pt担持量は0.5g/Lとなる。 The filter body is silicon carbide having a diameter of 17 mm, a length of 50 mm, a cell density of 178 per square inch (about 6.45 cm 2 ), and a wall thickness separating the cells of 16 mils (about 0.4 mm). A product made of SiC) was used. The amount of catalyst material supported per 1 L of filter body is 20 g / L, and the amount of Pt supported is 0.5 g / L.
−実施例1−2−
複酸化物の組成を、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3=4.8:83.8:11.4(モル比)となるようにする他は実施例1−1と同様にして、実施例1−2に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。
-Example 1-2
Example 1 except that the composition of the double oxide is converted to oxide to be SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 = 4.8: 83.8: 11.4 (molar ratio) In the same manner as in Example 1, a catalyst material according to Example 1-2 and a sample for evaluating catalyst performance were obtained.
−実施例1−3−
複酸化物の組成を、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3=9.5:79.6:10.9(モル比)となるようにする他は実施例1−1と同様にして、実施例1−3に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。
-Example 1-3
Example 1 except that the composition of the double oxide is converted to oxide to be SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 = 9.5: 79.6: 10.9 (molar ratio) In the same manner as in Example 1, a catalyst material according to Example 1-3 and a sample for evaluating catalyst performance were obtained.
−実施例1−4−
硝酸ジルコニルと硝酸イットリウム硝酸ストロンチウムと硝酸プラセオジムとをイオン交換水に溶かした混合溶液から上述の共沈法によってZrとYとSrとPrとの複酸化物粉末を得た。その組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3:Pr6O11=1.9:78.5:13.7:5.9(モル比)である。すなわち、このZrYPrSr複酸化物は、主成分金属元素がZrであり、ZrとYとPrとの複酸化物にSrがドープされているということができる。
-Example 1-4
A mixed oxide powder of Zr, Y, Sr, and Pr was obtained from a mixed solution obtained by dissolving zirconyl nitrate, yttrium strontium nitrate, and praseodymium nitrate in ion-exchanged water by the above-described coprecipitation method. The composition is SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 1.9: 78.5: 13.7: 5.9 (molar ratio) in terms of oxide. That is, it can be said that the main component metal element of this ZrYPrSr double oxide is Zr, and the double oxide of Zr, Y, and Pr is doped with Sr.
上記ZrYPrSr複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液を加えて混合し、蒸発乾固することにより、実施例1−4に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrYPrSr複酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子にPtの一次粒子が後担持されたものである。複酸化物とPtとの比率は概略、複酸化物:Pt=40:1(質量比)である。 A catalyst material according to Example 1-4 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution to the ZrYPrSr double oxide powder, mixing, and evaporating to dryness. In this catalyst material, primary particles of Pt are post-supported on secondary particles obtained by agglomerating primary particles of a ZrYPrSr double oxide. The ratio between the double oxide and Pt is roughly double oxide: Pt = 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材を実施例1−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持して触媒層を形成し、実施例1−4に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material was supported on the same filter body in the same manner as in Example 1-1 to form a catalyst layer, and a catalyst performance evaluation sample according to Example 1-4 was obtained. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−実施例1−5−
複酸化物の組成を、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3:Pr6O11=4.8:76.2:13.3:5.7(モル比)となるようにする他は実施例1−4と同様にして、実施例1−5に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。
-Example 1-5
The composition of the double oxide is converted to oxide and becomes SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 4.8: 76.2: 13.3: 5.7 (molar ratio). A catalyst material and a sample for evaluating catalyst performance according to Example 1-5 were obtained in the same manner as Example 1-4 except for the above.
−実施例1−6−
複酸化物の組成を、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3:Pr6O11=9.5:72.4:12.7:5.4(モル比)となるようにする他は実施例1−4と同様にして、実施例1−6に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。
-Example 1-6
When the composition of the double oxide is converted to oxide, it becomes SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 9.5: 72.4: 12.7: 5.4 (molar ratio). A catalyst material and a sample for evaluating catalyst performance according to Example 1-6 were obtained in the same manner as Example 1-4 except that the above was performed.
−比較例1−1−
硝酸ジルコニルと硝酸イットリウムとをイオン交換水に溶かした混合溶液から上述の共沈法によってZrとYとの複酸化物粉末を得た。このZrY複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例1−1に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrY複酸化物にPtが後担持されたものである(アルカリ土類金属不含)。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、ZrO2:Y2O3=88:12(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 1-1
A double oxide powder of Zr and Y was obtained from a mixed solution in which zirconyl nitrate and yttrium nitrate were dissolved in ion-exchanged water by the above-described coprecipitation method. A catalyst material according to Comparative Example 1-1 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution to the ZrY complex oxide powder, mixing, and evaporating to dryness. This catalyst material is one in which Pt is post-supported on a ZrY double oxide (not containing an alkaline earth metal). The composition of this catalyst material excluding Pt is ZrO 2 : Y 2 O 3 = 88: 12 (molar ratio) in terms of oxide, and the ratio of the total amount of components excluding Pt and Pt is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例1−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例1−1に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 1-1 to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 1-1. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−比較例1−2−
比較例1−1と同様にしてZrY複酸化物粉末を得た。このZrY複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液及び酢酸ストロンチウム溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例1−2に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrY複酸化物にPtとSrとが後担持されたものである。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3=1.9:86.6:11.5(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 1-2
ZrY double oxide powder was obtained in the same manner as Comparative Example 1-1. A catalyst material according to Comparative Example 1-2 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution and a strontium acetate solution to the ZrY complex oxide powder, mixing and evaporating to dryness. This catalyst material is obtained by post-supporting Pt and Sr on a ZrY double oxide. The composition of this catalyst material excluding Pt is SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 = 1.9: 86.6: 11.5 (molar ratio) in terms of oxide, and the total amount of components excluding Pt The ratio of Pt and Pt is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例1−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例1−2に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 1-1 to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 1-2. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−比較例1−3−
硝酸ジルコニルと硝酸イットリウムと硝酸プラセオジムとをイオン交換水に溶かした混合溶液から上述の共沈法によってZrとYとPrとの複酸化物粉末を得た。このZrYPr複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例1−3に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrYPr複酸化物にPtが後担持されたものである。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、ZrO2:Y2O3:Pr6O11=80:14:6(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 1-3
A double oxide powder of Zr, Y, and Pr was obtained from a mixed solution in which zirconyl nitrate, yttrium nitrate, and praseodymium nitrate were dissolved in ion-exchanged water by the above-described coprecipitation method. A catalyst material according to Comparative Example 1-3 was obtained by adding and mixing a dinitrodiamine platinum nitric acid solution to the ZrYPr double oxide powder and evaporating to dryness. This catalyst material is obtained by post-supporting Pt on a ZrYPr double oxide. The composition of this catalyst material excluding Pt is ZrO 2 : Y 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 80: 14: 6 (molar ratio) in terms of oxide, and the total amount of components excluding Pt and Pt The ratio is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例1−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例1−3に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 1-1 to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 1-3. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−比較例1−4−
比較例1−3と同様にしてZrYPr複酸化物粉末を得た。このZrYPr複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液及び酢酸ストロンチウム溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例1−4に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrYPr複酸化物にPtとSrとが後担持されたものである。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:Y2O3:Pr6O11=1.9:78.5:13.7:5.9(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 1-4
ZrYPr double oxide powder was obtained in the same manner as Comparative Example 1-3. A catalyst material according to Comparative Example 1-4 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution and a strontium acetate solution to the ZrYPr double oxide powder, mixing and evaporating to dryness. This catalyst material is obtained by post-supporting Pt and Sr on a ZrYPr double oxide. The composition of this catalyst material excluding Pt is SrO: ZrO 2 : Y 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 1.9: 78.5: 13.7: 5.9 (molar ratio) in terms of oxide. The ratio of the total amount of components excluding Pt and Pt is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例1−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例1−4に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 1-1 to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 1-4. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
[触媒材のパティキュレート燃焼性能]
上記実施例1−1乃至1−6及び比較例1−1乃至1−4の各触媒材のパティキュレート燃焼性能を評価すべく、上記触媒性能評価用サンプルを用いてカーボン燃焼速度を測定した。各サンプルについては大気中で800℃の温度に24時間保持するエージングを行なった。
[Particulate combustion performance of catalyst materials]
In order to evaluate the particulate combustion performance of each of the catalyst materials of Examples 1-1 to 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1-4, the carbon combustion rate was measured using the catalyst performance evaluation sample. Each sample was aged at a temperature of 800 ° C. for 24 hours in the air.
まず、5g/L相当のカーボンブラックにイオン交換水を加え、スターラを用いて攪拌することによりカーボンブラックを充分に分散させた。得られたスラリーに上記エージング処理したサンプルの入口端部を浸漬させるとともに、出口端部からアスピレータによる吸引を行なった。この吸引により除去できない水分は、当該サンプルのスラリーに浸漬させた側の端面からのエアーブローで除去した。そして、150℃の温度で2時間保持することによりサンプルを乾燥させた。 First, ion exchange water was added to carbon black corresponding to 5 g / L, and the carbon black was sufficiently dispersed by stirring using a stirrer. The inlet end portion of the sample subjected to the aging treatment was immersed in the obtained slurry, and suction by an aspirator was performed from the outlet end portion. Moisture that could not be removed by this suction was removed by air blowing from the end face on the side immersed in the sample slurry. And the sample was dried by hold | maintaining at the temperature of 150 degreeC for 2 hours.
得られた各サンプルを固定床式のモデルガス流通装置に取り付け、N2ガスをサンプルに流しながらサンプル入口のガス温度を常温から580℃まで上昇させた。温度が580℃で安定した後、その温度を維持した状態で、ガス組成を「7.5%O2+300ppmNO+N2(バランスガス)」に切り換え、当該モデルガスの空間速度を40000/hとしてサンプルに流した。そして、カーボンの燃焼により生成されるCO及びCO2のモデルガス中の濃度を測定することにより、サンプルにおけるカーボン燃焼量の経時変化を測定した。そして、カーボンが50%燃焼するまでに要した時間からカーボン燃焼速度を求めた。 Each of the obtained samples was attached to a fixed bed type model gas flow device, and the gas temperature at the sample inlet was raised from normal temperature to 580 ° C. while N 2 gas was allowed to flow through the sample. After the temperature stabilizes at 580 ° C., the gas composition is switched to “7.5% O 2 +300 ppm NO + N 2 (balance gas)” while maintaining the temperature, and the space velocity of the model gas is set to 40000 / h for the sample. Washed away. Then, by measuring the concentration of a model gas of CO and CO 2 generated by the combustion of carbon was measured the time course of carbon combustion amount in the sample. And the carbon burning rate was calculated | required from the time required for carbon to burn 50%.
[結果]
カーボン燃焼速度の測定結果を表1、図6及び図7に示す。
[result]
The measurement results of the carbon burning rate are shown in Table 1, FIG. 6 and FIG.
Zr系複酸化物にSrをドープした実施例はいずれも、Sr後担持或いはアルカリ土類金属(2A族)なしの比較例よりもカーボン燃焼速度が大きくなっている。比較例1−1と比較例1−2との比較から、SrをZr系複酸化物に後担持するとカーボン燃焼速度が大きくなることがわかる。しかし、実施例1−1は比較例1−2よりもさらにカーボン燃焼速度が大きくなっている。このことから、SrをZr系複酸化物にドープすることがカーボン燃焼速度の増大に有効であることがわかる。SrのドープによりZr系複酸化物の格子酸素放出量が増大することが一因と考えられる。また、実施例1−4は実施例1−1よりもカーボン燃焼速度が大きい。このことから、PrをZr系複酸化物にドープするとカーボン燃焼速度の増大にさらに有利になることがわかる。 In each of the examples in which the Zr-based double oxide is doped with Sr, the carbon burning rate is higher than that of the comparative example without Sr support or without the alkaline earth metal (group 2A). From a comparison between Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2, it can be seen that when Sr is post-supported on a Zr-based double oxide, the carbon combustion rate increases. However, the carbon burning speed of Example 1-1 is higher than that of Comparative Example 1-2. From this, it can be seen that doping Sr into a Zr-based double oxide is effective in increasing the carbon combustion rate. One possible reason is that the amount of lattice oxygen released from the Zr-based double oxide is increased by doping Sr. In addition, Example 1-4 has a higher carbon combustion rate than Example 1-1. From this, it can be seen that doping Pr with a Zr-based double oxide is further advantageous in increasing the carbon combustion rate.
比較例1−1及び実施例1−1乃至1−3(Prなし)をみると、図7に示すように、Srドープ量の増大に伴ってカーボン燃焼速度が増大している。但し、Srドープ量が過剰になると、カーボン燃焼速度が低下する傾向がみられる。また、比較例1−3及び実施例1−4乃至1−6(Prあり)においても、Srドープ量とカーボン燃焼速度との関係は、上記「Prなし」と同様の傾向を示している。このSrドープ量とカーボン燃焼速度との関係から、上記複酸化物におけるSrドープ量はモル%で1%以上10%以下にすること、さらには1.9%以上6.0%以下にすることが好ましいということができる。 Looking at Comparative Example 1-1 and Examples 1-1 to 1-3 (without Pr), as shown in FIG. 7, the carbon combustion rate increases with an increase in the Sr doping amount. However, when the amount of Sr doping becomes excessive, the carbon combustion rate tends to decrease. Also in Comparative Example 1-3 and Examples 1-4 to 1-6 (with Pr), the relationship between the Sr doping amount and the carbon combustion rate shows the same tendency as the above “without Pr”. From the relationship between the Sr doping amount and the carbon burning rate, the Sr doping amount in the above-mentioned double oxide should be 1% or more and 10% or less in terms of mol%, and moreover 1.9% or more and 6.0% or less Can be said to be preferable.
<希土類金属としてLaを採用した触媒材>
−実施例2−1−
硝酸イットリウムに代えて硝酸ランタンを採用し、他は実施例1−1と同様にして、実施例2−1に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。この触媒材を構成するZrLaSr複酸化物の組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:La2O3=1.9:86.6:11.5(モル比)である。すなわち、この複酸化物は、主成分金属元素がZrであり、ZrとLaとの複酸化物にSrがドープされているということができる。この複酸化物とPtとの比率は概略、複酸化物:Pt=40:1(質量比)である。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。
<Catalyst material adopting La as rare earth metal>
-Example 2-1
In place of yttrium nitrate, lanthanum nitrate was employed, and the other materials were obtained in the same manner as in Example 1-1 to obtain a catalyst material and a sample for evaluating catalyst performance according to Example 2-1. The composition of the ZrLaSr double oxide constituting this catalyst material is SrO: ZrO 2 : La 2 O 3 = 1.9: 86.6: 11.5 (molar ratio) in terms of oxide. That is, in this double oxide, the main component metal element is Zr, and it can be said that the double oxide of Zr and La is doped with Sr. The ratio between the double oxide and Pt is approximately double oxide: Pt = 40: 1 (mass ratio). The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−実施例2−2−
複酸化物の組成を、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:La2O3=4.8:83.8:11.4(モル比)となるようにする他は実施例2−1と同様にして、実施例2−2に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。
-Example 2-2
Example 2 except that the composition of the double oxide is converted to oxide to be SrO: ZrO 2 : La 2 O 3 = 4.8: 83.8: 11.4 (molar ratio) In the same manner as in Example 1, a catalyst material according to Example 2-2 and a sample for evaluating catalyst performance were obtained.
−実施例2−3−
硝酸ジルコニルと硝酸ランタンと硝酸ストロンチウムと硝酸プラセオジムとをイオン交換水に溶かした混合溶液から上述の共沈法によってZrとLaとSrとPrとの複酸化物粉末を得た。その組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:La2O3:Pr6O11=1.9:78.5:13.7:5.9(モル比)である。すなわち、このZrLaPrSr複酸化物は、主成分金属元素がZrであり、ZrとLaとPrとの複酸化物にSrがドープされているということができる。
-Example 2-3
A double oxide powder of Zr, La, Sr, and Pr was obtained from a mixed solution in which zirconyl nitrate, lanthanum nitrate, strontium nitrate, and praseodymium nitrate were dissolved in ion-exchanged water by the above-described coprecipitation method. The composition is SrO: ZrO 2 : La 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 1.9: 78.5: 13.7: 5.9 (molar ratio) in terms of oxide. That is, it can be said that this ZrLaPrSr double oxide has Zr as the main component metal element, and Sr is doped in the double oxide of Zr, La and Pr.
上記ZrLaPrSr複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液を加えて混合し、蒸発乾固することにより、実施例2−3に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrLaPrSr複酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子にPtの一次粒子が後担持されたものである。複酸化物とPtとの比率は概略、複酸化物:Pt=40:1(質量比)である。 A catalyst material according to Example 2-3 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution to the ZrLaPrSr double oxide powder, mixing, and evaporating to dryness. In this catalyst material, primary particles of Pt are post-supported on secondary particles obtained by agglomerating primary particles of a ZrLaPrSr double oxide. The ratio between the double oxide and Pt is roughly double oxide: Pt = 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材を実施例2−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持して触媒層を形成し、実施例2−3に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material was supported on the same filter body in the same manner as in Example 2-1, to form a catalyst layer, and a catalyst performance evaluation sample according to Example 2-3 was obtained. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−実施例2−4−
複酸化物の組成を、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:La2O3:Pr6O11=4.8:76.2:13.3:5.7(モル比)となるようにする他は実施例2−3と同様にして、実施例2−4に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。
-Example 2-4-
The composition of the double oxide is converted to oxide and becomes SrO: ZrO 2 : La 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 4.8: 76.2: 13.3: 5.7 (molar ratio). A catalyst material and a sample for evaluating catalyst performance according to Example 2-4 were obtained in the same manner as in Example 2-3 except for the above.
−実施例2−5−
複酸化物の組成を、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:La2O3:Pr6O11=9.5:72.4:12.7:5.4(モル比)となるようにする他は実施例2−3と同様にして、実施例2−5に係る触媒材及び触媒性能評価用サンプルを得た。
-Example 2-5
When the composition of the double oxide is converted to oxide, it becomes SrO: ZrO 2 : La 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 9.5: 72.4: 12.7: 5.4 (molar ratio). A catalyst material and a sample for evaluating catalyst performance according to Example 2-5 were obtained in the same manner as in Example 2-3, except for the above.
−比較例2−1−
硝酸ジルコニルと硝酸ランタンとをイオン交換水に溶かした混合溶液から上述の共沈法によってZrとLaとの複酸化物粉末を得た。このZrLa複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例2−1に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrLa複酸化物にPtが後担持されたものである(アルカリ土類金属不含)。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、ZrO2:La2O3=88:12(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 2-1
A double oxide powder of Zr and La was obtained from a mixed solution in which zirconyl nitrate and lanthanum nitrate were dissolved in ion-exchanged water by the above-described coprecipitation method. A catalyst material according to Comparative Example 2-1 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution to the ZrLa complex oxide powder, mixing and evaporating to dryness. This catalyst material is obtained by post-supporting Pt on a ZrLa double oxide (not containing an alkaline earth metal). The composition of this catalyst material excluding Pt is ZrO 2 : La 2 O 3 = 88: 12 (molar ratio) in terms of oxide, and the ratio of the total amount of components excluding Pt and Pt is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例2−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例2−1に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 2-1, to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 2-1. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−比較例2−2−
比較例2−1と同様にしてZrLa複酸化物粉末を得た。このZrLa複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液及び酢酸ストロンチウム溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例2−2に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrLa複酸化物にPtとSrとが後担持されたものである。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:La2O3=1.9:86.6:11.5(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 2-2
ZrLa double oxide powder was obtained in the same manner as in Comparative Example 2-1. A catalyst material according to Comparative Example 2-2 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution and a strontium acetate solution to the ZrLa complex oxide powder, mixing and evaporating to dryness. This catalyst material is obtained by post-supporting Pt and Sr on a ZrLa double oxide. The composition of this catalyst material excluding Pt is SrO: ZrO 2 : La 2 O 3 = 1.9: 86.6: 11.5 (molar ratio) in terms of oxide, and the total amount of components excluding Pt The ratio of Pt and Pt is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例2−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例2−2に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 2-1, to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 2-2. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−比較例2−3−
硝酸ジルコニルと硝酸ランタンと硝酸プラセオジムとをイオン交換水に溶かした混合溶液から上述の共沈法によってZrとLaとPrとの複酸化物粉末を得た。このZrLaPr複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例2−3に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrLaPr複酸化物にPtが後担持されたものである。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、ZrO2:La2O3:Pr6O11=80:14:6(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 2-3
A double oxide powder of Zr, La, and Pr was obtained by a coprecipitation method from a mixed solution in which zirconyl nitrate, lanthanum nitrate, and praseodymium nitrate were dissolved in ion-exchanged water. A catalyst material according to Comparative Example 2-3 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution to the ZrLaPr double oxide powder, mixing, and evaporating to dryness. This catalyst material is obtained by post-supporting Pt on a ZrLaPr double oxide. The composition of this catalyst material excluding Pt is ZrO 2 : La 2 O 3 : Pr 6 O 11 = 80: 14: 6 (molar ratio) in terms of oxide, and the total amount of components excluding Pt and Pt The ratio is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例2−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例2−3に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 2-1, to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 2-3. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
−比較例2−4−
比較例2−3と同様にしてZrLaPr複酸化物粉末を得た。このZrLaPr複酸化物粉末にジニトロジアミン白金硝酸溶液及び酢酸ストロンチウム溶液を添加して混合し、蒸発乾固することにより、比較例2−4に係る触媒材を得た。この触媒材は、ZrLaPr複酸化物にPtとSrとが後担持されたものである。この触媒材のPtを除く組成は、酸化物に換算して、SrO:ZrO2:La2O3=1.9:78.5:13.7:5.9(モル比)であり、Ptを除く成分全量とPtとの比率は概略、40:1(質量比)である。
-Comparative Example 2-4-
ZrLaPr double oxide powder was obtained in the same manner as Comparative Example 2-3. A catalyst material according to Comparative Example 2-4 was obtained by adding a dinitrodiamine platinum nitric acid solution and a strontium acetate solution to the ZrLaPr double oxide powder, mixing and evaporating to dryness. This catalyst material is obtained by post-supporting Pt and Sr on a ZrLaPr double oxide. The composition of the catalyst material excluding Pt is SrO: ZrO 2 : La 2 O 3 = 1.9: 78.5: 13.7: 5.9 (molar ratio) in terms of oxide, The ratio of the total amount of components except Pt to Pt is approximately 40: 1 (mass ratio).
上記触媒材粉末を実施例2−1と同様の方法で同様のフィルタ本体に担持させて比較例2−4に係る触媒性能評価用サンプルを得た。フィルタ本体1L当たりの触媒材担持量は20g/L(Pt担持量は0.5g/L)である。 The catalyst material powder was supported on the same filter body in the same manner as in Example 2-1, to obtain a catalyst performance evaluation sample according to Comparative Example 2-4. The catalyst material loading per 1 L of filter body is 20 g / L (Pt loading is 0.5 g / L).
[触媒材のパティキュレート燃焼性能]
上記実施例2−1乃至2−5及び比較例2−1乃至2−4の各触媒材のパティキュレート燃焼性能を評価すべく、上記触媒性能評価用サンプルを用いて先に説明した方法によりカーボン燃焼速度を測定した。各サンプルについては大気中で800℃の温度に24時間保持するエージングを行なった。カーボン燃焼速度の測定結果を表2、図8及び図9に示す。
[Particulate combustion performance of catalyst materials]
In order to evaluate the particulate combustion performance of the catalyst materials of Examples 2-1 to 2-5 and Comparative Examples 2-1 to 2-4, carbon was obtained by the method described above using the catalyst performance evaluation sample. The burning rate was measured. Each sample was aged at a temperature of 800 ° C. for 24 hours in the air. The measurement results of the carbon burning rate are shown in Table 2, FIG. 8 and FIG.
Zr系複酸化物にSrをドープした実施例はいずれも、Sr後担持或いはアルカリ土類金属(2A族)なしの比較例よりもカーボン燃焼速度が大きくなっている。比較例2−1と比較例2−2との比較から、SrをZr系複酸化物に後担持するとカーボン燃焼速度が大きくなることがわかる。しかし、実施例2−1は比較例2−2よりもさらにカーボン燃焼速度が大きくなっている。このことから、SrをZr系複酸化物にドープすることがカーボン燃焼速度の増大に有効であることがわかる。SrのドープによりZr系複酸化物の格子酸素放出量が増大することが一因と考えられる。また、実施例2−3は実施例2−1よりもカーボン燃焼速度が大きい。このことから、PrをZr系複酸化物にドープするとカーボン燃焼速度の増大にさらに有利になることがわかる。 In each of the examples in which the Zr-based double oxide is doped with Sr, the carbon burning rate is higher than that of the comparative example without Sr support or without the alkaline earth metal (group 2A). From comparison between Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2, it can be seen that when Sr is post-supported on a Zr-based double oxide, the carbon combustion rate increases. However, Example 2-1 has a higher carbon combustion rate than Comparative Example 2-2. From this, it can be seen that doping Sr into a Zr-based double oxide is effective in increasing the carbon combustion rate. One possible reason is that the amount of lattice oxygen released from the Zr-based double oxide is increased by doping Sr. In addition, Example 2-3 has a higher carbon combustion rate than Example 2-1. From this, it can be seen that doping Pr with a Zr-based double oxide is further advantageous in increasing the carbon combustion rate.
比較例2−1及び実施例2−1,2−2(Prなし)をみると、図9に示すように、Srドープ量の増大に伴ってカーボン燃焼速度が増大している。また、比較例2−3及び実施例2−3乃至2−5(Prあり)においても、Srドープ量の増大に伴ってカーボン燃焼速度が増大しているが、Srドープ量が過剰になると、カーボン燃焼速度が低下する傾向がみられる。このSrドープ量とカーボン燃焼速度との関係から、上記複酸化物におけるSrドープ量はモル%で1%以上10%以下にすること、さらには1.9%以上6.0%以下にすることが好ましいということができる。 Looking at Comparative Example 2-1 and Examples 2-1 and 2-2 (without Pr), as shown in FIG. 9, the carbon combustion rate increases as the Sr doping amount increases. Also, in Comparative Example 2-3 and Examples 2-3 to 2-5 (with Pr), the carbon combustion rate increases with an increase in the Sr doping amount, but when the Sr doping amount becomes excessive, There is a tendency for the carbon burning rate to decrease. From the relationship between the Sr doping amount and the carbon burning rate, the Sr doping amount in the above-mentioned double oxide should be 1% or more and 10% or less in terms of mol%, and moreover 1.9% or more and 6.0% or less Can be said to be preferable.
上記実施形態では、貴金属としてのPtを複酸化物に後担持したが、貴金属を複酸化物にドープするようにしてもよい。例えば、上述の共沈法において、共沈物(複酸化物の前駆体)を遠心分離法で濾過し水洗した後、乾燥・焼成を行なう前に、当該共沈物にジニトロジアミン白金硝酸溶液を加え混合する。この混合物を大気中において150℃の温度で一昼夜乾燥させ、粉砕した後、大気中において500℃の温度に2時間保持する焼成を行なう。これにより、目的とする触媒材が得られる。この場合、共沈物(複酸化物の前駆体)とジニトロジアミン白金硝酸溶液とを混合して乾燥・焼成しているから、得られる触媒材は、複酸化物の一次粒子とPtの一次粒子とが混ざり合って凝集したものになる。このような触媒材にあっても、上記実施形態と同様に優れたカーボン燃焼性能が得られる。 In the above embodiment, Pt as a noble metal is post-supported on the double oxide, but the noble metal may be doped into the double oxide. For example, in the above-described coprecipitation method, the coprecipitate (precursor of double oxide) is filtered by a centrifugal separation method, washed with water, and then dried and calcined before the dinitrodiamine platinum nitrate solution is added to the coprecipitate. Add and mix. This mixture is dried in the air at a temperature of 150 ° C. for a whole day and night, pulverized, and then baked in the air at a temperature of 500 ° C. for 2 hours. Thereby, the target catalyst material is obtained. In this case, since the coprecipitate (precursor of the double oxide) and the dinitrodiamine platinum nitric acid solution are mixed and dried and calcined, the obtained catalyst material is the primary particles of the double oxide and the primary particles of Pt. Are mixed and agglomerated. Even in such a catalyst material, excellent carbon combustion performance can be obtained as in the above embodiment.
1 フィルタ
2 排気ガス流入路(排気ガス通路)
3 排気ガス流出路(排気ガス通路)
5 隔壁(担体基材)
6 細孔(排気ガス通路)
7 触媒層
11 複酸化物の一次粒子
12 複酸化物の二次粒子
13 貴金属の一次粒子
1
3 Exhaust gas outflow passage (exhaust gas passage)
5 Bulkhead (carrier substrate)
6 Fine pore (exhaust gas passage)
7
Claims (4)
上記触媒材においては、上記ZrとYとSrとが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであることを特徴とする粒子状物質燃焼触媒。 Particles in which a carrier layer is provided with a catalyst layer, and the catalyst layer is provided with a catalyst material composed of Zr, Y, Sr, noble metal and oxygen for burning particulate matter contained in engine exhaust gas A material combustion catalyst,
In the catalyst material, a particulate matter combustion catalyst, wherein the Zr, Y, and Sr form a double oxide, and a main component metal element of the double oxide is Zr.
上記触媒材においては、上記ZrとYとSrとPrが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであることを特徴とする粒子状物質燃焼触媒。 In the catalyst material, a particulate matter combustion catalyst, wherein the Zr, Y, Sr, and Pr form a double oxide, and a main component metal element of the double oxide is Zr.
上記触媒材においては、上記ZrとLaとSrとが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであることを特徴とする粒子状物質燃焼触媒。 Particles in which a carrier layer is provided with a catalyst layer, and the catalyst layer is provided with a catalyst material composed of Zr, La, Sr, noble metal and oxygen for burning particulate matter contained in engine exhaust gas A material combustion catalyst,
In the catalyst material, a particulate matter combustion catalyst characterized in that Zr, La and Sr form a double oxide, and a main component metal element of the double oxide is Zr.
上記触媒材においては、上記ZrとLaとSrとPrが複酸化物を形成し、その複酸化物の主成分金属元素がZrであることを特徴とする粒子状物質燃焼触媒。 In the catalyst material, a particulate matter combustion catalyst, wherein the Zr, La, Sr and Pr form a double oxide, and a main component metal element of the double oxide is Zr.
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