JP6322218B2 - 酸素吸蔵材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
硝酸セリウム六水和物347.4g(0.8mol)、オキシ硝酸ジルコニウム二水和物221g(0.8mol)及び18%過酸化水素水199.5gをイオン交換水900mlに溶解した。この溶液と25%アンモニア水溶液326.4gとを用いて、逆共沈法により水酸化物沈殿を得た。この沈殿物をビーカーに分取し、150℃で7時間加熱して水分を除去した後、大気中、400℃で5時間仮焼してセリア−ジルコニア固溶体(Ce/Zr=1/1(原子比)。以下、「CZ固溶体」という。)を得た。このCZ固溶体を3000kgf/cm2(294.2MPa)で加圧成形して5cm×5cm×0.5cmの成型体を得た。この成型体を、活性炭を充填したルツボに入れ、大気中、1675℃で5時間還元焼成した。得られた還元焼成物を室温まで冷却した後、ルツボから取り出し、さらに、大気中、500℃で5時間焼成した後、粉砕機(アズワン(株)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粒径が75μm以下となるように粉砕し、パイロクロア構造を有するCZ粉末(パイロクロア型CZ粉末)を得た。
調製例1と同様にしてCZ固溶体(Ce/Zr=1/1(原子比))を得た。このCZ固溶体を、大気中、500℃で5時間焼成した後、粉砕機(アズワン(株)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粒径が75μm以下となるように粉砕し、パイロクロア構造を有しないCZ粉末を得た。
硝酸ランタン346.4g(0.8mol)及びオキシ硝酸ジルコニウム二水和物221g(0.8mol)をイオン交換水900mlに溶解した。この溶液と25%アンモニア水溶液326.4gとを用いて、逆共沈法により水酸化物沈殿を得た。この沈殿物をビーカーに分取し、150℃で7時間加熱して水分を除去した後、大気中、400℃で5時間仮焼してランタナ−ジルコニア固溶体(La/Zr=1/1(原子比)。以下、「LZ固溶体」という。)を得た。このLZ固溶体を、粉砕機(アズワン(株)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粒径が75μm以下となるように粉砕し、パイロクロア構造を有しないLZ粉末を得た。
調製例3と同様にしてLZ固溶体(La/Zr=1/1(原子比))を得た。このLZ固溶体を、活性炭を充填したルツボに入れ、大気中、1400℃で25時間還元焼成した後、粉砕機(アズワン(株)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粒径が75μm以下となるように粉砕し、パイロクロア構造を有するLZ粉末(パイロクロア型LZ粉末)を得た。
硝酸セリウム六水和物347.4g(0.8mol)、オキシ硝酸ジルコニウム二水和物442g(1.6mol)、硝酸ランタン346.4g(0.8mol)及び18%過酸化水素水199.5gをイオン交換水1800mlに溶解した。この溶液と25%アンモニア水溶液652.8gとを用いて、逆共沈法により水酸化物沈殿を得た。この沈殿物をビーカーに分取し、150℃で7時間加熱して水分を除去した後、大気中、400℃で5時間仮焼してセリア−ジルコニア−ランタナ固溶体(Ce/Zr/La=1/2/1(原子比)。以下、「CZL固溶体」という。)を得た。このCZL固溶体を3000kgf/cm2(294.2MPa)で加圧成形して5cm×5cm×0.5cmの成型体を得た。この成型体を、活性炭を充填したルツボに入れ、大気中、1675℃で5時間還元焼成した。得られた還元焼成物を室温まで冷却した後、ルツボから取り出し、さらに、大気中、500℃で5時間焼成した後、粉砕機(アズワン(株)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粒径が75μm以下となるように粉砕し、パイロクロア構造を有するCZL粉末(パイロクロア型CZL粉末)を得た。
調製例1で得られたパイロクロア型CZ粉末と調製例3で得られたパイロクロア構造を有しないLZ粉末とをCZ/LZ=1/1の質量比で、メッシュ径75μmのふるいを用いた混合操作を3回繰り返して均一に混合し、得られた原料混合物を3000kgf/cm2(294.2MPa)で加圧成形して5cm×5cm×0.5cmの成型体を得た。この加圧成型体を、活性炭を充填したルツボに入れ、大気中、1600℃で5時間還元焼成した。得られた還元焼成物を室温まで冷却した後、ルツボから取り出し、大気中、500℃で5時間焼成した後、粉砕機(アズワン(株)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粒径が75μm以下となるように粉砕し、複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=2/1に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=4/1に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=8/1に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=1/2に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=1/4に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=1/8に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=9/1に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との質量比をCZ/LZ=1/9に変更した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
実施例1と同様にして調製した加圧成型体を、活性炭を充填したルツボに入れ、大気中、1675℃で5時間還元焼成した。得られた還元焼成物を室温まで冷却した後、ルツボから取り出し、大気中、500℃で5時間追加焼成した後、粉砕機(アズワン(株)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粒径が75μm以下となるように粉砕し、複合酸化物粉末を得た。
調製例1で得られたパイロクロア型CZ粉末の代わりに調製例2で得られたパイロクロア構造を有しないCZ粉末を用い、調製例3で得られたパイロクロア構造を有しないLZ粉末の代わりに調製例4で得られたパイロクロア型LZ粉末を用いた以外は実施例1と同様にして複合酸化物粉末を得た。
調製例1で得られたパイロクロア型CZ粉末と調製例4で得られたパイロクロア型LZ粉末とを1:1の質量比で、メッシュ径75μmのふるいを用いた混合操作を3回繰り返して均一に混合し、パイロクロア型CZ粉末とパイロクロア型LZ粉末との混合粉末を得た。
パイロクロア型LZ粉末の代わりに調製例5で得られたパイロクロア型CZL粉末を用いた以外は比較例5と同様にしてパイロクロア型CZ粉末とパイロクロア型CZL粉末との混合粉末を得た。
パイロクロア型CZ粉末の代わりに調製例5で得られたパイロクロア型CZL粉末を用いた以外は比較例5と同様にしてパイロクロア型CZL粉末とパイロクロア型LZ粉末との混合粉末を得た。
実施例1〜7及び比較例1〜4で得られた複合酸化物粉末、並びに比較例5〜7で得られた混合粉末を、大気中、1100℃で5時間加熱した。
耐久試験後の前記複合酸化物粉末及び前記混合粉末のX線回折パターンを、X線回折装置((株)リガク製「RINT−Ultima」)を用い、CuKαをX線源として測定した。例として、実施例1〜2及び比較例3〜4で得られた複合酸化物粉末(耐久試験後)のX線回折パターンを図1A〜図1Bに示す。
耐久試験後の前記複合酸化物粉末について、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてエネルギー分散型X線(EDX)分光分析を行なった。例として、実施例1で得られた複合酸化物粉末(耐久試験後)のSEM写真を図2Aに示す。また、図2A中の領域A及びBを拡大したものを図2B及び図2Cに示す。さらに、図2B及び図2C中の粒子1〜5についてエネルギー分散型X線(EDX)分光分析を行なった。図3A〜図3Eには、それぞれ粒子1〜5のEDXスペクトルを示す。
先ず、比較例3で得られたパイロクロア型CZL粉末(耐久試験後)の格子定数を図1Bに示したCZLパイロクロア構造に由来するX線回折ピークに基づいて求め、これを、パイロクロア型CZL中のセリウムとランタンとの合計量に対するセリウムの含有量の原子比〔Ce/(Ce+La)〕に対してプロットした。その結果を図4Aに示す。なお、原子比〔Ce/(Ce+La)〕はパイロクロア型CZ粉末とパイロクロア構造を有しないLZ粉末との仕込比から算出した。
パラジウム担持アルミナ粉末(Pd担持量:25質量%)と耐久試験後の前記複合酸化物粉末又は前記混合粉末とを1:1の質量比で混合した後、得られた混合物を1000kgf/cm2(98.07MPa)で加圧成形した。この加圧成型体を、乳鉢を用いて粉砕し、粒径0.5〜1mmのペレット触媒を得た。
Claims (4)
- セリア−ジルコニア複合酸化物、ランタナ−ジルコニア複合酸化物及びセリア−ジルコニア−ランタナ複合酸化物の3種類のパイロクロア型複合酸化物が共存する酸素吸蔵材料であり、
前記パイロクロア型セリア−ジルコニア複合酸化物と前記パイロクロア型セリア−ジルコニア−ランタナ複合酸化物とからなる第1の二次粒子、及び
前記パイロクロア型ランタナ−ジルコニア複合酸化物と前記パイロクロア型セリア−ジルコニア−ランタナ複合酸化物とからなる第2の二次粒子
を含有することを特徴とする酸素吸蔵材料。 - 酸素吸蔵材料全体において、前記パイロクロア型セリア−ジルコニア−ランタナ複合酸化物中のセリウムとランタンとの合計量に対するセリウムの含有量が原子比〔Ce/(Ce+La)〕で0.50〜0.90であることを特徴とする請求項1に記載の酸素吸蔵材料。
- パイロクロア型セリア−ジルコニア複合酸化物とランタナ−ジルコニア複合酸化物とを1:8〜8:1の質量比で含有する原料混合物に1200〜1600℃の温度で還元処理を施して、セリア−ジルコニア複合酸化物、ランタナ−ジルコニア複合酸化物及びセリア−ジルコニア−ランタナ複合酸化物の3種類のパイロクロア型酸化物が共存し、前記パイロクロア型セリア−ジルコニア複合酸化物と前記パイロクロア型セリア−ジルコニア−ランタナ複合酸化物とからなる第1の二次粒子及び前記パイロクロア型ランタナ−ジルコニア複合酸化物と前記パイロクロア型セリア−ジルコニア−ランタナ複合酸化物とからなる第2の二次粒子を含有する酸素吸蔵材料を得ることを特徴とする酸素吸蔵材料の製造方法。
- 前記原料混合物におけるランタナ−ジルコニア複合酸化物がパイロクロア構造を有しないものであることを特徴とする請求項3に記載の酸素吸蔵材料の製造方法。
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