JP6319078B2 - シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子 - Google Patents
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Description
銅及び/又は鉄を担持したシリカアルミノフォスフェート粒子において、前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を、下記式
X={PS/(SiS+AlS+PS)}/{PB/(SiB+AlB+PB)}
(式中、{PS/(SiS+AlS+PS)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面(Surface)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示し、{PB/(SiB+AlB+PB)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体(Bulk)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示すものであって、SiS、AlS及びPSは、JIS K 0167:2011規格に基づいてX線光電子分光法(XPS)により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子(モル)分率であり、SiB、AlB及びPBは、JIS K 0116:2014規格に基づいて誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子分率である)
において、Xが0〜0.24の範囲となるような構成のシリカにより被覆し、得られたシリカ被覆シリカアルミノフォスフェートを排気ガス浄化用触媒に用いること、
又は、
銅及び/又は鉄を担持したシリカアルミノフォスフェート粒子において、前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を、下記式
Y=S2/(S1+S2)
{式中、S1は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数(ここで、フォークト関数は、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数と化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数とを足し合わせた関数である)によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)であり、S2は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)である}
において、Yが0.0〜0.19の範囲となるような構成のシリカにより被覆し、得られたシリカ被覆シリカアルミノフォスフェートを排気ガス浄化用触媒に用いること
によって、エンジンの運転・停止を繰り返し行うことによるNOx浄化率の低下が抑制されることを見出し、本発明を完成した。
(1)銅及び/又は鉄を担持したシリカアルミノフォスフェート粒子と、前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカとを含む、排気ガス浄化用触媒に用いるためのシリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子であって、前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカの構成が、下記式
X={PS/(SiS+AlS+PS)}/{PB/(SiB+AlB+PB)}
(式中、{PS/(SiS+AlS+PS)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面(Surface)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示し、{PB/(SiB+AlB+PB)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体(Bulk)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示すものであって、SiS、AlS及びPSは、JIS K 0167:2011規格に基づいてX線光電子分光法(XPS)により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子(モル)分率であり、SiB、AlB及びPBは、JIS K 0116:2014規格に基づいて誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子分率である)
において、Xが0〜0.24の範囲となる、前記シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子。
(2)銅及び/又は鉄を担持したシリカアルミノフォスフェート粒子と、前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカとを含む、排気ガス浄化用触媒に用いるためのシリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子であって、前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカの構成が、下記式
Y=S2/(S1+S2)
{式中、S1は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数(ここで、フォークト関数は、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数と化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数とを足し合わせた関数である)によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)であり、S2は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)である}
において、Yが0〜0.19の範囲となる、前記シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子。
本発明のシリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
X={PS/(SiS+AlS+PS)}/{PB/(SiB+AlB+PB)}
(式中、{PS/(SiS+AlS+PS)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面(Surface)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示し、{PB/(SiB+AlB+PB)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体(Bulk)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示すものであって、SiS、AlS及びPSは、JIS K 0167:2011規格に基づいてX線光電子分光法(XPS)により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子(モル)分率であり、SiB、AlB及びPBは、JIS K 0116:2014規格に基づいて誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子分率である)
において、Xが0〜0.24、好ましくは0〜0.12の範囲である。
Y=S2/(S1+S2)
{式中、S1は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数(ここで、フォークト関数は、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数と化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数とを足し合わせた関数である)によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)であり、S2は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)である}
において、Yが0.0〜0.19の範囲である。
実施例I−1 シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子(X=0.07)を用いた排気ガス浄化用触媒の製造
(1)銅担持SAPO-34(銅担持量:3.2重量%、Si/Al/Pのモル比:17/50/33、200g)と、平均粒径5nmのシリカゾル(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)と、水を混合・撹拌することによって、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子のスラリーを製造した。水分量は、コーディエライトハニカムへ塗布可能なスラリー粘度になるよう調整した。
(2)(1)で製造したスラリーを、触媒サイズ1リットル当りの銅担持SAPO-34の量が167gとなるようコーディエライトハニカムにコーティングした。
(3)(2)で製造された排気ガス浄化用触媒を120℃で乾燥した。
(4)(3)で乾燥した排気ガス浄化用触媒を、空気中、550℃において2時間焼成した。
シリカゾルの添加量を(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)から(Si含有量がSiO2換算で20重量%、234g)に変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
シリカゾルの添加量を(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)から(Si含有量がSiO2換算で20重量%、156g)に変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
シリカゾルの添加量を(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)から(Si含有量がSiO2換算で20重量%、78g)に変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
シリカゾルの平均粒径を5nmから12.5nmに変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
シリカゾルの添加量を(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)から(Si含有量がSiO2換算で20重量%、30g)に変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
シリカゾル(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)をアルミナゾル(Al含有量がAl2O3換算で10重量%、78g)に変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
シリカゾル(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)をアルミナゾル(Al含有量がAl2O3換算で10重量%、156g)に変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
シリカゾル(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)をアルミナゾル(Al含有量がAl2O3換算で10重量%、234g)に変更した以外は、実施例I−1と同様にした。
実施例I−1〜I−5及び比較例I−1〜I−4で製造した排気ガス浄化用触媒におけるシリカ又はアルミナ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子について、XPS及びICP発光分光分析法によって組成の測定を行った。各分析法の詳細は以下に示すとおりである。
装置名:Ulvac製 PHI-5700
X線源:Al Kα線
X線径:φ800μm
ICP発光分光分析法条件:JIS K 0116:2014規格準拠
装置名:株式会社島津製作所製 ICPE-9000
それぞれの結果を表1に示す。
実施例I−1〜I−5及び比較例I−1〜I−4により得られた排気ガス浄化用触媒の触媒性能(耐久性)について試験した。耐久性は、排気ガス浄化用触媒を下記の耐久条件にさらし、その後NOx浄化率を測定することによって試験した。下記の耐久条件は、エンジンの運転・停止を繰り返して使用することを模擬し、下記のNOx浄化率測定条件は、SCR反応を模擬した。
(1)排気ガス浄化用触媒を水に30分間浸漬する。
(2)排気ガス浄化用触媒を取り出し、エアガンにより残余水を取り除く。
(3)排気ガス浄化用触媒を電気炉で200℃、30分間熱処理する。
(4)(1)〜(3)を10回繰り返す。
NO x 浄化率測定条件
リッチ(燃料過剰雰囲気)及びリーン(空気過剰雰囲気)ガス組成:
評価温度:410℃
SV(空間速度):85700h-1
触媒サイズ:10cc(テストピース)
測定:触媒へ流入するガス及び流出するガスのNOx濃度を堀場製作所製MEXA-7100により測定した。
NOx浄化率:下記式により算出
NOx浄化率(%)={(8〜10サイクルの間に触媒へ流入する総NOx量)−(8〜10サイクルの間に触媒から流出した総NOx量)}/(8〜10サイクルの間に触媒へ流入する総NOx量)×100
排気ガス浄化用触媒の初期の状態(耐久条件にさらしていない状態)及び耐久条件にさらした後の状態について、NOx浄化率を測定した結果を表3に示す。
図5に示すように、実施例I−1〜I−5と比較例I−1を比較すると、比較例I−1(X=0.30)の排気ガス浄化用触媒では、耐久条件にさらした後に十分にNOx浄化率の低下を抑制することができなかった。これより、Xの値は0〜0.24であることが好ましい。
比較例II−1 アルミナゾルを使用して製造したアルミナ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子(Y=0.25)を用いた排気ガス浄化用触媒の製造
(1)特開2012-148272号、実施例5に準拠して作製した銅担持SAPO-34(銅担持量:3.2重量%、Si/Al/Pのモル比:17/50/33、200g)と、平均粒径5nmのアルミナゾル(Al含有量がAl2O3換算で7.0重量%、234g、日産化学工業株式会社製「アルミナゾル(標準タイプ)」)と、水とを混合・撹拌することによって、シリカアルミノフォスフェート粒子のスラリーを製造した。水分量は、コーディエライトハニカムへ塗布可能なスラリー粘度になるよう調整した。
(2)(1)で製造したスラリーを、触媒サイズ1リットル当りの銅担持SAPO-34の量が167gとなるようコーディエライトハニカムにコーティングした。
(3)(2)で製造された排気ガス浄化用触媒を120℃で乾燥した。
(4)(3)で乾燥した排気ガス浄化用触媒を、空気中、550℃において2時間焼成した。
(1)銅担持SAPO-34(銅担持量:3.2重量%、Si/Al/Pのモル比:17/50/33、200g)と、平均粒径5nmのシリカゾル(Si含有量がSiO2換算で20重量%、30g、日産化学工業株式会社製「オルガノシリカゾル(標準タイプ)」)と、水を混合・撹拌することによって、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子のスラリーを製造した。水分量は、コーディエライトハニカムへ塗布可能なスラリー粘度になるよう調整した。
(2)(1)で製造したスラリーを、触媒サイズ1リットル当りの銅担持SAPO-34の量が167gとなるようコーディエライトハニカムにコーティングした。
(3)(2)で製造された排気ガス浄化用触媒を120℃で乾燥した。
(4)(3)で乾燥した排気ガス浄化用触媒を、空気中、550℃において2時間焼成した。
シリカゾルの添加量を(Si含有量がSiO2換算で20重量%、30g)から(Si含有量がSiO2換算で20重量%、78g)に変更した以外は、比較例II−2と同様にした。
シリカゾルの添加量を(Si含有量がSiO2換算で20重量%、30g)から(Si含有量がSiO2換算で20重量%、234g)に変更した以外は、比較例II−2と同様にした。
シリカゾルの添加量を(Si含有量がSiO2換算で20重量%、30g)から(Si含有量がSiO2換算で20重量%、389g)に変更した以外は、比較例II−2と同様にした。
(1)銅担持SAPO-34(銅担持量:3.2重量%、Si/Al/Pのモル比:17/50/33、200g)と、pH=4に調整した酢酸水溶液(400g)とを混合した。pH調整は、シランカップリング剤の加水分解を促進させるために行った。
(2)(1)で製造したスラリーに、シランカップリング剤(1.0g、信越化学工業株式会社製「ジメチルジエトキシシラン(KBE-22(LS-1370))」)を添加し、3時間撹拌した。
(3)(2)のスラリーをろ過して水分を除去した。
(4)(3)でろ過した残渣を乾燥、粉砕後、550℃で2時間焼成した。
(5)(4)で焼成して得られたシリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子と水とを混合・撹拌することによって、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子のスラリーを製造した。水分量は、コーディエライトハニカムへ塗布可能なスラリー粘度になるよう調整した。
(6)(5)で製造したスラリーを、触媒サイズ1リットル当りの銅担持SAPO-34の量が167gとなるようコーディエライトハニカムにコーティングした。
(7)(6)で製造された排気ガス浄化用触媒を120℃で乾燥した。
(8)(7)で乾燥した排気ガス浄化用触媒を、空気中、550℃において2時間焼成した。
シランカップリング剤の添加量を(1.0g)から(4.0g)に変更した以外は、実施例II−4と同様にした。
シランカップリング剤の添加量を(1.0g)から(20g)に変更した以外は、実施例II−4と同様にした。
シランカップリング剤(1.0g、信越化学工業株式会社製「ジメチルジエトキシシラン(KBE-22)」)を、シランカップリング剤(4.0g、信越化学工業株式会社製「メチルトリエトキシシラン(KBE-13(LS-1890))」)に変更した以外は、実施例II−4と同様にした。
比較例II−1及びII−2並びに実施例II−1〜II−7で製造した排気ガス浄化用触媒におけるシリカアルミノフォスフェート粒子又はシリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子について、固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって測定を行った。分析法の詳細は以下に示すとおりである。
装置名:日本電子株式会社製 ECA600
共鳴周波数:1H 600 MHz(31P 161.7 MHz)
温度:室温
外部標準:85%リン酸水溶液
サンプル回転数:18 kHz
繰り返し時間:1 秒
Y=S2/(S1+S2)
によりYを算出した。
それぞれの結果を表4に示す。
被覆したSiO2(シランカップリング剤を用いた場合は、シランカップリング中のSiが全量SiO2になると仮定したときのSiO2の重量)又はAl2O3の重量 ÷ シリカ又はアルミナ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体の重量 ×100
である。
比較例II−1及びII−2並びに実施例II−1〜II−7で製造した排気ガス浄化用触媒の触媒性能(耐久性)について試験した。
耐久性は、実施例I−7と同様にして行った。
図6に示すように、比較例II−1及びII−2と実施例II−1〜II−7とを比較すると、比較例II−1(Y=0.25)及び比較例II−2(Y=0.20)の排気ガス浄化用触媒では、耐久条件にさらした後に十分にNOx浄化率の低下を抑制することができなかった。これより、Yの値は0.0〜0.19であることが好ましい。
Claims (2)
- 銅及び/又は鉄を担持したシリカアルミノフォスフェート粒子と、
前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカとを含む、排気ガス浄化用触媒に用いるためのシリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子であって、
前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカの構成が、下記式
X={PS/(SiS+AlS+PS)}/{PB/(SiB+AlB+PB)}
(式中、
{PS/(SiS+AlS+PS)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面(Surface)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示し、
{PB/(SiB+AlB+PB)}は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体(Bulk)におけるSi、Al及びP中のPのモル比を示すものであって、
SiS、AlS及びPSは、JIS K 0167:2011規格に基づいてX線光電子分光法(XPS)により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子表面におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子(モル)分率であり、
SiB、AlB及びPBは、JIS K 0116:2014規格に基づいて誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定される値より算出される、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子全体におけるSi、Al及びPの合計を100%とした時のSi、Al及びPそれぞれの原子分率である)
において、Xが0〜0.12の範囲となることを特徴とするか、
又は、
前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカの構成が、下記式
Y=S2/(S1+S2)
{式中、
S1は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数(ここで、フォークト関数は、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数と化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数とを足し合わせた関数である)によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)であり、
S2は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法(31P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)である}
において、Yが0.0〜0.14の範囲となることを特徴とする、
前記シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子。 - 銅及び/又は鉄を担持したシリカアルミノフォスフェート粒子と、
前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカとを含む、排気ガス浄化用触媒に用いるためのシリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子であって、
前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカの構成が、下記式
Y=S2/(S1+S2)
{式中、
S1は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法( 31 P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数(ここで、フォークト関数は、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数と化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数とを足し合わせた関数である)によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−24〜−26ppmに極大値を有するピークをローレンツ分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)であり、
S2は、シリカ被覆シリカアルミノフォスフェートの固体燐核−核磁気共鳴法( 31 P−NMR)によって得られたスペクトルのフォークト関数によるフィッティングにおいて、前記スペクトルと前記フォークト関数との差分の二乗和が最小となるようにフィッティングした場合の、化学シフト−14〜−16ppmに極大値を有するピークをガウス分布により近似した関数の0.0ppm〜−50ppmにおける積分値(ピーク面積)である}
において、Yが0.0〜0.14の範囲となり、
前記シリカアルミノフォスフェート粒子の表面を被覆するシリカが、アルコキシシラン及びシリコーンからなる群から選択される有機ケイ素化合物により形成されていることを特徴とする、
前記シリカ被覆シリカアルミノフォスフェート粒子。
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