JP6471098B2 - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられる排ガス浄化用触媒に関する。詳しくは、ロジウム以外の白金族元素から選択されるベース金属とロジウムとが共存したRh含有金属粒子を含む、排ガス浄化用触媒に関する。
なお、本国際出願は2013年12月11日に出願された日本国特許出願2013−255878号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
自動車エンジン等の内燃機関から排出される排ガスには、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)等の有害成分が含まれる。これらの排ガス成分を効率よく除去するため、排ガス浄化用触媒が利用されている。排ガス浄化用触媒は、触媒として機能する貴金属を担体に担持又は固溶させた形態の触媒コート層を備える。上記貴金属としては、例えば、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等の白金族に属する貴金属(PGM)が使用されている。
このような排ガス浄化用触媒では、使用に伴って徐々に貴金属が劣化して浄化性能が低下する問題がある。この主な原因の一つが貴金属のシンタリングである。つまり、高温(例えば800〜1000℃)の排ガスに長期間曝されることで、貴金属が粒成長する。その結果、該貴金属の比表面積(活性点)が減少する。かかる問題に対処するための技術として、例えば特許文献1〜6には、「担体」のシンタリングを抑制することで貴金属の劣化を防ぐことが記載されている。
日本国特許出願公開平1−242149号公報 日本国特許出願公開昭63−116741号公報 日本国特許出願公開平10−202101号公報 日本国特許出願公開2004−041866号公報 日本国特許出願公開2004−041867号公報 日本国特許出願公開2004−041868号公報 日本国特許出願公開2013−220377号公報 日本国特許出願公開2010−5501号公報 日本国特許出願公開平9−253490号公報
しかしながら、本発明者らの検討によれば、貴金属自体にもシンタリングを抑制するための改善の余地が認められた。
本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、貴金属のシンタリングがより抑制され、排ガス浄化性能の向上した排ガス浄化用触媒を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ね、本発明を完成させた。
すなわち、本発明により、自動車エンジン等の内燃機関の排気管に配置されて該内燃機関から排出される排ガスの浄化を行う排ガス浄化用触媒が提供される。かかる排ガス浄化用触媒は、基材と、該基材上に備えられた触媒コート層と、を備えている。上記触媒コート層は、酸化及び/又は還元触媒として機能する貴金属と、該貴金属を担持する担体と、を含んでいる。上記貴金属は、ロジウム以外の白金族元素から選択されるベース金属にロジウム(Rh)が共存して存在するRh含有金属粒子を含んでいる。かかるRh含有金属粒子は、走査透過型電子顕微鏡観察画像のエネルギー分散型X線分光分析に基づく上記ベース金属の量と上記ロジウムの量との合計を100mol%としたときに、上記ロジウムの占める平均割合が0.1〜5mol%である。
Rh含有金属粒子は、高温条件下(例えば800〜1000℃)に曝される前(例えば、内燃機関に配置され使用される前)にあっては、ベース金属中にロジウム(Rh)が共存した形態である。また、Rh含有金属粒子は、高温条件下に曝された後(例えば、内燃機関に配置され使用された後)にあっては、ベース金属とロジウム(Rh)とが一部合金化した形態となる。このような態様の変化が可能なRh含有金属を用いることで、貴金属のシンタリングを効果的に抑制することができる。その結果、触媒浄化性能(例えば、HC浄化性能及び/又はCO浄化性能)を向上させることができる。
なお、貴金属の改良に関連する先行技術文献として、特許文献7〜9が挙げられる。
本明細書において「共存」とは、2種類の金属(ベース金属とRh)が合金化せずに1つの粒子を構成していることをいう。典型的には1粒子中に2つの金属相(結晶相)、つまりベース金属の結晶相とRhの結晶相とを有することをいう。粒子を構成する結晶相の情報は、例えば、走査透過型電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope)−結晶構造解析によって得ることができる。
なお、例えば2種類以上の貴金属粒子(例えばPd粒子とRh粒子)を単に混合して用いる場合、Pd粒子ではPdの結晶相の占める割合が略100%となり、Rh粒子ではRhの結晶相の占める割合が略100%となる。また、例えば2種類以上の貴金属の合金粒子を用いる場合、かかる合金粒子では合金の結晶相の占める割合が略100%となる。換言すれば、1つの粒子内に2つの金属の結晶相は存在しない。つまり、従来の排ガス浄化用触媒における貴金属の共存率は0%である。このため、1粒子中に、1つの結晶相しか存在しないのか、ベース金属の結晶相とRhの結晶相とが共存するのか、を判別することで、ここに開示される「ベース金属にロジウム(Rh)が共存して存在するRh含有金属粒子」であるか否かを判別し得る。
また、本明細書において「ロジウムの占める平均割合」とは、走査透過型電子顕微鏡(STEM)−エネルギー分散型X線分光分析(EDX:Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)に基づいて得られるRh含有金属粒子中のロジウムの平均共存率をいう。詳しくは、まず、STEMを用いて所定の倍率でRh含有金属の任意の1粒子(Rh含有金属粒子)を観察する。次にSTEMの観察画像をEDXで元素マッピングし、ベース金属の量(mol%)とロジウムの量(mol%)をそれぞれ算出する。そして、以下の式:ロジウムの占める平均割合(mol%)=(ロジウムの量)/(ベース金属の量+ロジウムの量)×100;から、Rh含有金属粒子(1粒子)のロジウム含有割合(すなわち共存率)を算出する。任意の複数個のRh含有金属粒子についてこれを算出し、統計的な処理を行ったうえで算術平均した値を「ロジウムの占める平均割合」という。
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、上記ベース金属がパラジウムである。換言すれば、上記貴金属がPd−Rh含有金属粒子を含んでいる。
内燃機関を実際に使用する場合(例えば自動車を運転する場合)、混合気の空燃比をストイキ(理論空燃比:A/F=14.6)近傍に維持し続けることは困難である。例えば自動車の走行条件等によって、混合気の空燃比が燃料過剰(リッチ:A/F<14.6)になったり酸素過剰(リーン:A/F>14.6)になったりし得る。本発明者らの検討によれば、パラジウムは比較的融点が低いため、高温環境下でリッチ雰囲気に曝されるとシンタリングして浄化性能が低下し易い傾向にある。したがって、例えばパラジウムにかえてPd−Rh含有金属を用いる場合に、本発明が特に効果を奏する。
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、上記ロジウムの占める平均割合が1〜3mol%である。
ロジウムの占める平均割合を上記範囲とすることで、とりわけリッチ雰囲気における浄化性能(特には、HC浄化性能及び/又はCO浄化性能)をより向上することができる。したがって、本発明の効果を高いレベルで奏することができる。
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、上記Rh含有金属粒子の走査透過型電子顕微鏡観察に基づく平均粒子径が1〜5nmである。
Rh含有金属粒子の平均粒子径を比較的小さく揃えることで、担体上に均質に分散させることができる。これによって、比表面積(活性点)を確保することができ、貴金属の触媒活性を十分に発揮させることができる。また、貴金属のシンタリングをより抑制することができ、触媒活性の低下を抑制することができる。
なお、本明細書において「平均粒子径」とは、上記STEM観察から求められる粒子径の算術平均値をいう。詳しくは、まず、任意の複数個の粒子(Rh含有金属粒子)をSTEMで観察する。次に、得られたSTEM画像を基に、複数個の粒子それぞれについて、以下の式:粒子径=(D+D)/2(ここで、Dは、粒子の輪郭上のある点から別のある点に引いた直線が最も長くなる時の直線の長さであり、Dは、粒子の輪郭上のある点から別のある点に引いた直線が最も短くなる時の直線の長さである。);から粒子径を算出する。そして、得られた粒子径を算術平均した値を「平均粒子径」という。
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、上記担体が、アルミナ系酸化物及び/又はセリア−ジルコニア系複合酸化物を含んでいる。
アルミナ系酸化物は、比表面積(ここでは窒素吸着法(BET法)により測定される比表面積をいう。以下同じ。)が比較的大きく、且つ耐熱性にも優れる。このため、貴金属を好適に分散して担持させることができ、高温条件下(例えば800〜1000℃)においても貴金属のシンタリングを高度に抑制することができる。
また、セリア−ジルコニア系複合酸化物は、高い酸素吸蔵放出能(OSC能)を有している。このため、触媒浄化ウインドウの幅(浄化を行うことができる空燃比(A/F)の範囲)を広げることができ、浄化性能をより向上することができる。
なお、上記担体は、アルミナ系酸化物及び/又はセリア−ジルコニア系複合酸化物に加えて、さらに希土類酸化物及び/又はアルカリ土類金属酸化物を含み得る。
希土類酸化物やアルカリ土類金属酸化物は、貴金属(例えばロジウム)との親和性が強いため、該貴金属の移動を高度に抑制することができ、高いレベルでシンタリングを抑制することができる。したがって、安定化剤として好適に用いることができる。これによって、本発明の効果をより高いレベルで奏することができる。
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、上記貴金属が、上記Rh含有金属粒子に加えて単独のRh粒子を含んでいる。かかる場合、上記単独のRhのモル量に対する上記Rh含有金属粒子中の共存Rh粒子のモル量の比は、概ね0.001〜0.4であるとよい。これによって、本発明の効果をより高いレベルで奏することができる。
図1は、一実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す斜視図である。 図2は、例1〜例13に係る排ガス浄化用触媒のリッチ雰囲気における触媒活性を比較したグラフである。 図3は、例14〜例26に係る排ガス浄化用触媒のリッチ雰囲気における触媒活性を比較したグラフである。 図4は、触媒A〜触媒Mの共存率と耐久後の平均粒子径との関係を示すグラフである。 図5は、触媒N〜触媒Zの共存率と耐久後の平均粒子径との関係を示すグラフである。
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。また、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(例えば一般的な排ガス浄化用触媒の製造方法等)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知識とに基づいて実施することができる。
ここに開示される排ガス浄化用触媒は、基材と、該基材上に形成された触媒コート層と、を備える。上記触媒コート層は貴金属と担体とを有する。そして、ここに開示される排ガス浄化用触媒は、上記貴金属にRh含有金属粒子を含むことによって特徴付けられる。したがって、その他の構成は特に限定されない。本発明の排ガス浄化用触媒は、例えば後述する基材や担体等を適宜選択し、用途に応じて所望する形状に成形することによって、種々の内燃機関、特に自動車のディーゼルエンジンやガソリンエンジンの排気系(排気管)に配置することができる。
図1は、ここに開示される発明の一実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す斜視図である。図1では、排ガスが流れる向きを矢印方向で描いている。すなわち、図1の、向かって左側が排ガス流路(排気管)の上流側であり、右側が排ガス流路の下流側である。
図1に示す排ガス浄化用触媒は、いわゆるストレートフロー型の排ガス浄化用触媒である。この実施形態において、排ガス浄化用触媒10は、円筒形状のハニカム基材1を備えている。ハニカム基材1は、その筒軸方向(排ガス流動方向)に複数の規則的に配列された貫通孔(セル)2と、該セル2を仕切る隔壁(リブ壁)4と、を備えている。そして、リブ壁4上には所定の性状(例えば長さや厚み)の触媒コート層(図示せず)が形成されている。
排ガス浄化用触媒10に供給された排ガスは、ハニカム基材1の流路内(セル2内)を流動(通過)する間に、リブ壁4上に設けられた触媒コート層と接触する。これにより、有害成分が浄化される。例えば、排ガスに含まれるHCやCOは、触媒コート層の触媒機能によって酸化され、水(HO)や二酸化炭素(CO)に変換(浄化)される。また、例えばNOは、触媒コート層の触媒機能によって還元され、窒素(N)に変換(浄化)される。
以下、各構成要素について順に説明する。
≪ハニカム基材1≫
ハニカム基材1は、排ガス浄化用触媒の骨格を構成するものである。ハニカム基材1としては、従来この種の用途に用いられる種々の材料及び形状のものを採用することができる。例えば、高耐熱性を有するセラミックス製、具体的には、酸化アルミニウム(アルミナ:Al)、酸化セリウム(セリア:CeO)、酸化チタン(チタニア:TiO)、酸化ジルコニウム(ジルコニア:ZrO)、酸化ケイ素(シリカ:SiO)等の酸化物系セラミックス製;コージェライト(2MgO・2Al・5SiO)等の複合酸化物系セラミックス製;炭化ケイ素(シリコンカーバイド:SiC)等の炭化物系セラミックス製;のものを用いることができる。或いはステンレス鋼等の合金製であってもよい。
ハニカム基材1の形状についても、従来の排ガス浄化用触媒と同様でよい。例えば図1に示す形態では、円筒形状の外形を有する。ハニカム基材1の容量(流路2の体積)は特に限定されないが、通常は0.01L以上(例えば0.02L以上、好ましくは0.1L以上)であり、例えば5L以下(好ましくは3L以下、より好ましくは2L以下)とすることができる。また、ハニカム基材1の筒軸方向の全長は、通常凡そ10〜500mm(例えば50〜300mm)とすることができる。なお、ハニカム基材1の外形については、円筒形状に替えて、例えば楕円筒形状や多角筒形状等を採用してもよい。また、図1に示すようなハニカム形状の他に、フォーム形状、ペレット形状等とすることもできる。
≪触媒コート層≫
触媒コート層は、排ガスを浄化する場として排ガス浄化用触媒の主体をなすものであり、多孔質な担体と、該担体に担持された貴金属とを備えている。
担体の材質は、従来の排ガス浄化用触媒と同様でよい。なかでも、比表面積が比較的大きく、且つ、耐熱性に優れるものを好ましく用いることができる。好適例として、アルミナ(Al)系酸化物、セリア(CeO)系酸化物、チタニア(TiO)系酸化物、ジルコニア(ZrO)系酸化物、シリカ(SiO)系酸化物、及びこれらの固溶体(例えば、セリア−ジルコニア系複合酸化物(CZ系複合酸化物))、或いはこれらの組み合わせ等が挙げられる。例えばアルミナ系酸化物は、貴金属を高分散に担持する観点から有効である。また、例えばCZ系複合酸化物は、酸素の枯渇を防止する観点から有効である。このため、ここに開示される発明では、アルミナ系酸化物およびCZ系複合酸化物のうちの少なくとも1つを好ましく用いることができる。とりわけ、アルミナ系酸化物及び/又はCZ系複合酸化物が、担体全体の50質量%以上(好ましくは70質量%以上、より好ましくは90質量%以上、例えば95質量%以上)を占めるものが好ましく、実質的に(例えば担体の99質量%以上が)アルミナ系酸化物及び/又はCZ系複合酸化物から構成される担体が特に好ましい。
換言すれば、担体は、上述のような酸化物以外の成分を含み得る。具体的には、例えば機械強度の増加、耐久性(熱安定性)の向上、触媒のシンタリング抑制、又は触媒の被毒防止等を目的として、アルカリ土類金属成分(典型的にはアルカリ土類金属酸化物)や希土類成分(典型的には希土類酸化物)等を含み得る。なかでも希土類成分は、触媒機能を阻害することなく高温条件下における比表面積を維持向上できることから好適である。希土類酸化物としては、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の酸化物を用いることができる。なかでも、貴金属(例えばRh或いはPd)との親和性の観点から、酸化ランタン(La)や酸化セリウム(CeO)を好ましく採用し得る。アルカリ土類金属酸化物としては、Ca、Sr、Ba、Raの酸化物を用いることができる。貴金属(例えばRh或いはPd)との親和性を向上する観点からは、特に、酸化カルシウム(CaO)や酸化バリウム(BaO)を好ましく採用し得る。
ここに開示される好適な一態様では、担体がアルミナ系酸化物及び/又はCZ系複合酸化物を第1成分(主成分)として、第2成分(副成分)としてさらに希土類酸化物及び/又はアルカリ土類金属酸化物を含んでいる。第2成分の割合は、担体全体の30質量%以下(好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、例えば1〜5質量%)であることが好ましい。
担体を構成する粒子(担体粒子)の性状は特に限定されないが、一般には平均粒子径が小さいものほど比表面積が広く、排ガスとの接触面積を増加させるために有利である。その一方で、担体粒子の比表面積があまりに広すぎると、形成する担体の構造安定性(機械的強度)や耐熱性が不十分となる虞がある。これらの理由から、担体粒子の比表面積は、通常50〜500m/g、例えば200〜400m/g程度であるとよい。また、担体粒子の平均粒子径は、通常1〜50μm、例えば5〜10μm程度であるとよい。
ここに開示される発明では、貴金属として、少なくとも、ベース金属にロジウム(Rh)が共存した形態のRh含有金属粒子を用いる。これにより、例えば高温条件下においても貴金属のシンタリングを抑制することができる。その結果、所望の触媒活性を安定的に得ることができる。
ベース金属としては、ロジウム以外の白金族元素から選択される金属種を用いることができる。具体的には、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、又はこれらの金属の合金が挙げられる。Rhは還元活性が高いため、ベース金属としては酸化活性が高いもの(例えばPdやPt、特にはPd)を好ましく用いることができる。これにより、例えば2種類の金属種を別々の粒子の形態として併用する場合に比べて、排ガス中に含まれる多様な有害成分をより効率的に浄化することができる。
Rh含有金属粒子において、STEM−EDXに基づくロジウムの平均含有割合(ロジウムの共存率)は、上記ベース金属の量と上記ロジウムの量との合計を100mol%としたときに、0.1mol%以上(典型的には0.2mol%以上、例えば0.4mol%以上、好ましくは1mol%以上、より好ましくは1.5mol%以上、敢えて言えば1.7mol%以上)であって、5mol%以下(典型的には4.5mol%以下、例えば4.2mol%以下、好ましくは4mol%以下、より好ましくは3mol%以下、敢えて言えば2.5mol%以下)である。本発明者らの検討によれば、共存率が0.1mol%を下回る場合、本発明の効果が得られ難い。また、共存率が5mol%を超える場合、ベース金属とロジウムの両特性が失われ、かえって浄化性能が低下する。上記範囲とすることで、貴金属のシンタリングを抑制し、高い浄化性能を実現することができる。
その結果、ここに開示される技術によれば、貴金属の使用量を低減しても、従来品と同等かそれ以上の浄化性能を安定的に実現することができる。このことは省エネや低コストの観点から非常に有意義である。なかでも、Rh含有金属粒子におけるロジウムの平均含有割合(共存率)を1〜3mol%(例えば1.5〜2.5mol%)とすることで、リッチ雰囲気において顕著に高いHC浄化性能及び/又はCO浄化性能を実現することができる。
かかるRh含有金属粒子は、排ガスとの接触面積を高める観点から、十分に小さい粒子径の微粒子として使用されることが好ましい。上記Rh含有金属粒子の平均粒子径は、通常凡そ1〜20nm程度であり、典型的には10nm以下、好ましくは5nm以下、より好ましくは3nm以下、例えば1〜3nmであるとよい。上記範囲とすることで、活性点を増加させることができ、触媒の浄化能力をいかんなく発揮させることができる。
なお、ここに開示される貴金属は、上記Rh含有金属粒子に加えて1種又は2種以上の金属粒子を含み得る。そのような金属の典型例としては、上記白金族元素の単体(すなわち、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Ptの単体)が挙げられる。或いは、例えば、Mn、Co、Ni、Cu、Ag、Au、又はこれらを含む合金等が挙げられる。
一好適例として、Rh粒子が挙げられる。還元すれば、貴金属がRh含有金属粒子に加えて単独のRh粒子を含んでいるとよい。Rh含有金属粒子と単独のRh粒子との添加割合は特に限定されない。一好適例では、単独のRhのモル量に対するRh含有金属粒子中の共存Rh粒子のモル量の比が、0.001〜0.4(典型的には0.005〜0.35、例えば0.1〜0.35)である。かかる態様によれば、Rh含有金属粒子の特性(例えば貴金属のシンタリングの抑制)と単独のRh粒子の特性(例えばNO浄化性能(還元浄化能)の向上)とをバランス良く利用でき、性能向上の効果がより安定的に発揮される。このため、本発明の効果をより高いレベルで奏することができる。
Rh含有金属粒子以外の金属粒子を併用する場合は、従来の排ガス浄化用触媒の配置位置や構成に応じて、貴金属の配置を適宜調整することができる。例えば、触媒コート層の全体に渡ってRh含有金属粒子とそれ以外の金属粒子とが混在するよう配置してもよい。或いは、触媒コート層を厚さ方向(筒軸方向に直交する方向)に上下二層構造として、上層側に一の金属種(例えばRh粒子の単体)を含ませ、下層側に他の金属種(例えばRh含有金属粒子、具体的にはPd−Rh含有金属粒子及び/又はPt−Rh含有金属粒子)を含ませることもできる。更には、例えば排ガスの流れ方向に沿って、上流側に一の金属種を含ませ(偏在させ)、下流側に他の金属種を含ませる(偏在させる)こともできる。
貴金属の含有量(担持量、2種類以上の金属種を用いる場合にはその合計量)は、排ガス量や用途等に応じて異なり得るため特に限定されないが、例えば触媒コート層の全質量の0.1質量%以上(典型的には0.2質量%以上、例えば0.3質量%以上、好ましくは0.4質量%以上)であって、3質量%以下(典型的には2質量%以下、例えば1質量%以下)であるとよい。貴金属の量があまりに少なすぎると所望の排ガス浄化性能が得られにくく、有害成分のエミッションが生じることがあり得る。一方、貴金属の量があまりに多すぎると、貴金属のシンタリングが進行し、所望の触媒活性が安定的に得られない虞がある。さらに、エネルギーやコストの面でも不利である。上記範囲とすることで、本発明の効果を高いレベルで発揮することができる。
≪排ガス浄化用触媒の製造方法≫
上述のような構成の排ガス浄化用触媒は、貴金属として少なくとも上記Rh含有金属粒子を用いること以外、従来と同様の製造方法によって製造することができる。
好適な一態様では、先ず、Rh含有金属粒子を準備する。具体的には、まず、ベース金属源(典型的にはベース金属元素を含む化合物、例えばベース金属元素の硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩等)と、Rh源(典型的にはRhを含む化合物、例えば硝酸ロジウム、炭酸ロジウム、硫酸ロジウム等)とを任意の溶媒(例えば水)中で混合し、その混合物を超音波処理する。超音波処理には、周波数が数MHz程度の高周波超音波を用いることが好ましい。処理時間は、作業の安定性と効率とを両立する観点から、数分〜数時間程度とするとよい。超音波処理の直後に高分子分散剤を素早く添加し、撹拌する。高分子分散剤としては、例えばポリビニルピロリドン(PVP)やカルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。次に、所望の担体粉末(例えば粉体状のアルミナ、セリア等)を溶媒中に添加する。これにより、担体粒子の表面に該Rh含有金属が担持された形態の粉末を作製する。
次に、上記作製した粉末を溶媒中に分散させる。これを真空マイクロ波遠赤外線乾燥機で乾燥させた後、高温で熱処理(焼成)する。乾燥条件は、例えばマイクロ波の出力及び遠赤外線の出力を共に数kW〜数十kWとするとよい。また、焼成条件は、例えば凡そ500〜1000℃で0.5〜24時間程度とするとよい。これにより、Rh含有金属粒子を作製する。
このようにして得られた粉末を任意の溶媒(例えば水)と共に混合し、触媒コート層を形成するためのスラリーを調製する。なお、かかるスラリーは、適宜、任意の添加成分を含み得る。このような添加成分の典型例として、従来公知のバインダ(例えばアルミナゾル、シリカゾル等)や酸素吸放出材(OSC材:Oxygen Storage Capacity)が挙げられる。
次いで、適当な基材を準備し、該基材の一の端部から上記調製したスラリーを供給し他の一の端部から吸引する。これにより、基材(具体的にはリブ壁)の所定の範囲に上記スラリーを付与(塗布)する。スラリーの付与量(コート量)は特に制限されないが、通常70〜300g/L−cat.(例えば100〜200g/L−cat.)程度とするとよい。このようなコート量とすることで、担持される貴金属の粒成長を好適に抑制することができる。また、排ガスがセル内を通過する際の圧力損失を低く抑えることができる。
次いで、スラリーを付与した基材を所定の温度及び時間で乾燥させ、熱処理(焼成)する。基材の表面にウォッシュコートされたスラリーの乾燥及び焼成条件は、例えば基材又は担体の形状及びサイズによって変動し得る。このため、特に限定されないが、通常は50〜120℃(例えば60〜100℃)程度で1〜10時間程度乾燥した後、400〜1000℃(例えば400〜600℃)程度で2〜4時間程度の焼成を行うとよい。かかる態様によれば、比較的短時間で所望の排ガス浄化用触媒を作製することができる。
換言すれば、ここに開示される技術によって、Rh含有金属粒子を備えた排ガス浄化用触媒の製造方法が開示される。かかる製造方法は、以下の工程(1)〜(4):
(1)ベース金属源とRh源と溶媒とを混合し、超音波処理すること;
(2)高分子分散剤を添加すること;
(3)上記混合物を真空マイクロ波遠赤外線乾燥機で乾燥すること;
(4)上記得られた乾燥物を焼成すること;
を包含する。かかる製造方法によれば、ここに開示される排ガス浄化用触媒をより効率的かつ安定的に製造することができる。
なお、上記では、まず担体粉末の表面に貴金属を担持させた形態の粉末を調製し、該粉末を用いて触媒コート層を形成する方法を説明したが、かかる態様に限定されないことは勿論である。例えば、まず担体粉末を含むスラリーを基材の表面にウォッシュコートしてウォッシュコート層を形成し、次いで該ウォッシュコート層の表面に含浸担持法等を用いて貴金属を担持させること等もできる。
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。
ここでは計26種類の触媒を作製し、それぞれの触媒の排ガス浄化性能を比較した。
(触媒A)
先ず、Pdを10.000mmol含む硝酸パラジウム水溶液と、Rhを0.250mmol含む硝酸ロジウム水溶液とを混合し、混合溶液を調製した。上記得られた混合溶液を1000mlのイオン交換水中に分散させ、高周波超音波槽(周波数:3MHz)に浸して1時間超音波処理した。処理後、直ちに100mlのイオン交換水に溶解させたポリビニルピロリドン(PVP)を0.1g添加し、十分に撹拌した。この溶液に、担体としての酸化アルミニウム(A1)を49.37g添加し、十分に撹拌した。そして、酸化アルミニウムの表面に貴金属(Rh含有金属粒子)を吸着担持させた後、吸引濾過で水溶液を除去した。かかる濾液をICP発光分光で分析したところ、Pd、Rh共に担持効率は100%であった。これによって、粉末(1)を得た。
次に、Rhを1.750mmol含む硝酸ロジウム水溶液を、1000mlのイオン交換水中で分散させ、十分に撹拌した。この溶液に、担体としての酸化アルミニウム(A1)を49.37g添加し、十分に撹拌した。そして、酸化アルミニウムの表面に貴金属(Rh)を吸着担持させた後、吸引濾過で水溶液を除去した。かかる濾液をICP発光分光で分析したところ、Rhの担持効率は100%であった。これによって、粉末(2)を得た。
なお、これ以降、粉末(1)に含まれるRh成分(すなわち、Rh含有金属粒子として酸化アルミニウムの表面に担持されるロジウム)を「共存Rh」と言う。また、粉末(2)に含まれるRh成分(すなわち、酸化アルミニウムの表面に単独で担持されるRh)を「単独Rh」と言う。
上記粉末(1)と粉末(2)とを、酸化アルミニウムの含有量が等しくなるような重量比で混合し、1000mlのイオン交換水中に分散させた。この分散液を十分に撹拌した後、真空マイクロ波遠赤外線乾燥機(マイクロ波出力:12kW、遠赤外線出力:3.4kW)を用いて乾燥率90%になるまで乾燥した。その後、大気中において600℃で3時間焼成した。得られた粉末を圧粉成型、粉砕して、粒度を0.5〜1.0mmのペレット状に整粒することにより、触媒Aを10g得た。なお、貴金属の担持率は、Pd担持量を1.064質量%とし、Rh担持量(すなわち、共存Rh+単独Rh)を0.206質量%とした。
(触媒B)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを0.010mmol含ませ、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを1.990mmol含ませたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Bを10g得た。
(触媒C)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを0.050mmol含ませ、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを1.950mmol含ませたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Cを10g得た。
(触媒D)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを0.100mmol含ませ、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを1.900mmol含ませたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Dを10g得た。
(触媒E)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを0.500mmol含ませ、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを1.500mmol含ませたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Eを10g得た。
(触媒F)
上記粉末(1)、(2)において、担体として酸化アルミニウムに替えて酸化バリウム(BaO)を5質量%含む酸化アルミニウム(Ba−A1)を用いたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Fを10g得た。
(触媒G)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを添加せず(0.000mmolとし)、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを2.000mmol含ませたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Gを10g得た。
(触媒H)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを1.000mmol含ませ、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを1.000mmol含ませたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Hを10g得た。
(触媒I)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを1.500mmol含ませ、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを0.500mmol含ませたこと以外は触媒Aと同様にして、触媒Iを10g得た。
(触媒J)
上記粉末(1)において(共存Rhとしての)Rhを2.000mmol含ませ、上記粉末(2)において(単独Rhとしての)Rhを添加しなかった(0.000mmolとした)こと以外は触媒Aと同様にして、触媒Jを10g得た。
(触媒K)
先ず、Pdを10.000mmol含む硝酸パラジウム水溶液と、Rhを0.250mmol含む硝酸ロジウム水溶液とを混合し、混合溶液を調製した。上記得られた混合溶液を1000mlのイオン交換水中に分散させた。この溶液に、担体としての酸化アルミニウム(A1)を49.37g添加し、十分に撹拌した。そして、酸化アルミニウムの表面に貴金属(Pd及びRh)を吸着担持させた後、吸引濾過で水溶液を除去した。かかる濾液をICP発光分光で分析したところ、Pd、Rh共に担持効率は100%であった。これによって、粉末(3)を得た。
次に、担体としての酸化アルミニウム(A1)49.37gを1000mlのイオン交換水中に分散させた後、Rhを1.750mmol含む硝酸ロジウム水溶液を添加した。そして、酸化アルミニウムの表面に貴金属(Rh)を吸着担持させた後、吸引濾過で水溶液を除去した。かかる濾液をICP発光分光で分析したところ、Rhの担持効率は100%であった。これによって、粉末(4)を得た。
上記粉末(3)と粉末(4)とを、酸化アルミニウムの含有量が等しくなるような重量比で混合し、1000mlのイオン交換水中に分散させた。この分散液を十分に撹拌した後、吸引濾過で水溶液を除去した。上記混合粉末を110℃で乾燥させた後、大気中において600℃で3時間焼成した。得られた粉末を圧粉成型、粉砕して、粒度を0.5〜1.0mmのペレット状に整粒することにより、触媒Kを10g得た。なお、貴金属の担持率は、Pd担持量を1.064質量%とし、Rh担持量(すなわち、共存Rh+単独Rh)を0.206質量%とした。
(触媒L)
上記粉末(1)に替えて上記粉末(3)を用いた(すなわち、高周波超音波処理を行わなかった)こと以外は触媒Aと同様にして、触媒Lを10g得た。
(触媒M)
上記粉末(1)と(2)との混合粉末の乾燥手段として、大気中において110℃で乾燥した(すなわち、真空マイクロ波遠赤外線乾燥機を使用しなかった)こと以外は触媒Aと同様にして、触媒Mを10g得た。
(触媒N)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてセリア(CeO)−ジルコニア(ZrO)複合酸化物を用いた(CZO;ここでは、CeOとZrOとを重量比1:3で固溶させたものを使用した。)こと以外は触媒Aと同様にして、触媒Nを10g得た。
(触媒O)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Bと同様にして、触媒Oを10g得た。
(触媒P)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Cと同様にして、触媒Pを10g得た。
(触媒Q)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Dと同様にして、触媒Qを10g得た。
(触媒R)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Eと同様にして、触媒Rを10g得た。
(触媒S)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてランタン(La)を5質量%含むCZO(La−CZO)を用いたこと以外は触媒Fと同様にして、触媒Sを10g得た。
(触媒T)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Gと同様にして、触媒Tを10g得た。
(触媒U)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Hと同様にして、触媒Uを10g得た。
(触媒V)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Iと同様にして、触媒Vを10g得た。
(触媒W)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Jと同様にして、触媒Wを10g得た。
(触媒X)
上記粉末(3)、(4)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Kと同様にして、触媒Xを10g得た。
(触媒Y)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Lと同様にして、触媒Yを10g得た。
(触媒Z)
上記粉末(1)、(2)において、担体として、酸化アルミニウムに替えてCZOを用いたこと以外は触媒Mと同様にして、触媒Zを10g得た。
下表1に、各例の触媒の特徴について纏める。
Figure 0006471098
≪共存率の評価≫
上記触媒A〜Zについて、ペレット状に整粒する前の粉末をそれぞれ走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察した。1,000,000倍の倍率で観察したときに、観察視野内に貴金属粒子が1つだけ観察できる点を探し、その視野についてエネルギー分散型X線分光分析(EDX)の元素マッピングの手法を用いてPdとRhの定量分析を行った。そして、次式:共存率(mol%)=Rh量/(Pd量+Rh量)×100;から、PdとRhの共存率を算出した。同様の操作を計100視野で行い、得られた100個の共存率のうち、最大値についてSmirnov-Grubbs検定を行い、有意水準5%で値の妥当性を確認した。最大値が妥当でない場合、次に大きい値について同様の検定を行い、最大値が妥当な値になるまでこれを繰り返した。その後、妥当と判断された値を基にロジウムの平均含有割合を算出した。この結果を「共存率」として表1に示す。
表1から明らかなように、真空マイクロ波遠赤外線乾燥機を用いなかった触媒K及び触媒では共存率が0.00mol%だった。これに対して、触媒K及び触媒を除いたサンプルでは、共存Rh(mmol)とRh含有金属粒子の共存率(Rhの占める割合)との間に相関関係が認められた。このことから、共存率の調整には、粉末(1)に含ませるRhの量を調整すればよいとわかった。
≪初期の平均粒子径の評価≫
上記共存率の評価においてSmirnov-Grubbs検定の結果から共存率の値が妥当であると判断された触媒粒子について、以下の式:粒子径(nm)=(D+D)/2(ここで、Dは、触媒粒子の輪郭上のある点から、別のある点に引いた直線が最も長くなる時の直線の長さであり、Dは、触媒粒子の輪郭上のある点から、別のある点に引いた直線が最も短くなる時の直線の長さである。);にしたがって粒子径を算出した。得られた粒子径の平均を、各触媒におけるRh含有金属粒子の初期粒子径として表1に示す。
表1から明らかなように、触媒A〜Zの平均粒子径は全て1〜5nm(より詳しくは1〜3nm)の範囲内だった。
≪浄化性能の評価≫
上記得られた触媒(A〜Z)をセラミックボートに入れて管状の加熱炉に配置し、1000℃において、窒素に一酸化炭素(CO)を4%加えたリッチガスと、窒棄に酸素(O)を2%加えたリーンガスとを1L/minの流量で、5分周期で交互に5時間流通させる耐久試験を行った後、排ガス浄化率を評価した。具体的には、先ず上記触媒を常圧固定床流通反応装置に配置し、ストイキ(A/F=14.6)相当のモデルガスを流通させながら400℃で保持し、出口におけるHC(ここではプロピレン)濃度とCO濃度とNO濃度とを測定した。また、リッチ(A/F=14.1)相当のモデルカスと、リーン(A/F=15.1)相当のモデルガスを用いて、同様の評価を行った。結果を表2の例1〜例26に示す。また、リッチ雰囲気での浄化率を図2及び図3に示す。
≪耐久後の平均粒子径の評価≫
また、耐久後の触媒から触媒粒子を取り出して、上記と同様にSTEMで観察し、粒子径を算出した。得られた粒子径の平均を各触媒におけるRh含有金属粒子の耐久後の粒子径として表1に示す。また、共存率と耐久後の粒子径との関係を図4及び図5に示す。
Figure 0006471098
先ず、共存率と触媒性能の関係について検討する。
表2及び図2、図3に示すように、本検討例では共存率を0.1〜5mol%とした例1〜例6及び例14〜例19では、優れた浄化性能を実現できた。なかでも、リッチ雰囲気における浄化性能を大きく向上させることができ、例えばHCの浄化率及びCOの浄化率を70%以上とすることができた。特に、共存率を1〜3mol%(典型的には1.5〜2.5mol%、例えば1.7〜2.5mol%)とすることで、HCの浄化率及びCOの浄化率を75%以上とすることができた。
一方、共存率を0.05mol%未満とした例12、例13は、共存率が0mol%の例7と概ね同等の浄化性能であり、共存率を0.05mol%未満とした例24、例25は、共存率が0mol%の例20と概ね同等の浄化性能であり、Rh含有金属粒子を添加した効果が認められなかった。また、共存率を8mol%以上とした例8〜例10及び例21〜例23では、浄化性能が大きく低下した。この原因としては、共存率が高すぎるとPd、Rhの両特性が失われることが考えられる。これらの結果は、本発明の技術的意義を示している。
また、単体としてアルミナを用いた例1〜例13と、CZOを用いた例14〜例26とを比べると、アルミナを用いた場合に相対的に高い触媒活性を示したが、共存率と触媒性能との傾向については何れの担体でも同様だった。すなわち、ここに開示される発明は、種々の担体に対して適用可能であることがわかった。
次に、共存率と耐久後の触媒の平均粒子径の関係について検討する。
表1、2及び図4、図5に示すように、共存率が高いほど耐久後の触媒の平均粒子径が小さいことがわかった。この理由としては、触媒コート層において貴金属のシンタリングを効果的に抑制することができたためと考えられる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
1 基材
2 貫通孔(セル)
4 隔壁(リブ壁)
10 排ガス浄化用触媒

Claims (8)

  1. 基材と、該基材上に備えられた触媒コート層と、を備え排ガス浄化用触媒であって、
    前記触媒コート層は、酸化及び/又は還元触媒として機能する貴金属と、該貴金属を担持する担体と、を含み、
    前記貴金属は、ロジウム以外の白金族元素から選択されるベース金属にロジウム(Rh)が共存して存在するRh含有金属粒子を含み、
    前記Rh含有金属粒子は、1粒子中に、前記ベース金属の結晶相と前記Rhの結晶相とを有し、
    前記Rh含有金属粒子は、走査透過型電子顕微鏡観察画像のエネルギー分散型X線分光分析に基づく前記ベース金属の量と前記ロジウムの量との合計を100mol%としたときに、前記ロジウムの占める平均割合が0.1〜5mol%である、排ガス浄化用触媒。
  2. 前記ベース金属がパラジウムである、請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
  3. 前記ロジウムの占める平均割合が1〜3mol%である、請求項1又は2に記載の排ガス浄化用触媒。
  4. 前記Rh含有金属粒子の走査透過型電子顕微鏡観察に基づく平均粒子径が1〜5nmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
  5. 前記担体が、アルミナ系酸化物及び/又はセリア−ジルコニア系複合酸化物を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
  6. 前記担体が、さらに希土類酸化物及び/又はアルカリ土類金属酸化物を含む、請求項5に記載の排ガス浄化用触媒。
  7. 前記貴金属が、前記Rh含有金属粒子に加えて単独のRh粒子を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
  8. 前記単独のRhのモル量に対する前記Rh含有金属粒子中の共存Rh粒子のモル量の比は、0.001〜0.4である、請求項7に記載の排ガス浄化用触媒。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3725407A1 (en) * 2016-04-13 2020-10-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas cleaning catalyst, exhaust gas cleaning method, and exhaust gas cleaning system
JP2019529068A (ja) * 2016-07-28 2019-10-17 ビーエーエスエフ コーポレーション 二種金属製白金族金属ナノ粒子を含む触媒
CN107754813B (zh) * 2016-08-18 2019-09-20 万华化学集团股份有限公司 一种用于聚醚胺合成的负载型催化剂及其制备方法
DE112017007871T5 (de) * 2017-09-18 2020-05-14 Ford Global Technologies, Llc Katalysator zur emissionssteuerung in autos
JP6698602B2 (ja) 2017-09-27 2020-05-27 イビデン株式会社 排ガス浄化用ハニカム触媒
JP6684257B2 (ja) 2017-09-27 2020-04-22 イビデン株式会社 排ガス浄化用ハニカム触媒
JP2019058875A (ja) 2017-09-27 2019-04-18 イビデン株式会社 ハニカム触媒
JP2019058876A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 イビデン株式会社 ハニカム触媒
US20200030776A1 (en) 2018-07-27 2020-01-30 Johnson Matthey Public Limited Company Twc catalysts containing high dopant support
EP3915680A4 (en) * 2019-01-22 2022-03-09 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. CATALYST FOR PURIFYING AN EXHAUST GAS
JP6775052B2 (ja) * 2019-03-27 2020-10-28 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
JP7288331B2 (ja) * 2019-03-29 2023-06-07 株式会社キャタラー 排ガス浄化触媒装置
JP7466535B2 (ja) * 2019-05-31 2024-04-12 三井金属鉱業株式会社 排ガス浄化用触媒及び該排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化システム
US11788450B2 (en) * 2020-10-30 2023-10-17 Johnson Matthey Public Limited Company TWC catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments
CN114904520A (zh) * 2021-02-06 2022-08-16 中自环保科技股份有限公司 一种低nh3生成量三效催化剂及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0675675B2 (ja) 1986-11-04 1994-09-28 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化用触媒
AU595655B2 (en) 1986-11-04 1990-04-05 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Catalyst for the purification of exhaust gas
JPH0653229B2 (ja) 1988-03-24 1994-07-20 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化用触媒
JPH09253490A (ja) 1996-03-25 1997-09-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 排ガス浄化用触媒及びその製造方法
US6165429A (en) 1997-01-10 2000-12-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying catalyst and exhaust gas purifying method
JP3589376B2 (ja) 1997-01-10 2004-11-17 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP3330296B2 (ja) 1997-01-27 2002-09-30 株式会社豊田中央研究所 複合酸化物担持触媒担体
JP2000140644A (ja) 1998-11-13 2000-05-23 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化方法
JP2001205087A (ja) * 2000-01-25 2001-07-31 Toyota Motor Corp 排気ガス浄化用触媒
JP4346215B2 (ja) * 2000-06-16 2009-10-21 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化触媒の製造方法
JP2004041868A (ja) 2002-07-09 2004-02-12 Daihatsu Motor Co Ltd 排ガス浄化用触媒
JP2004041867A (ja) 2002-07-09 2004-02-12 Daihatsu Motor Co Ltd 排ガス浄化用触媒
JP3917479B2 (ja) 2002-07-09 2007-05-23 ダイハツ工業株式会社 排ガス浄化用触媒
JP4199691B2 (ja) * 2004-03-25 2008-12-17 田中貴金属工業株式会社 触媒
JP2006055748A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 触媒の製造方法
CN101146615A (zh) * 2005-03-04 2008-03-19 大发工业株式会社 催化剂组合物
JP2006346603A (ja) * 2005-06-16 2006-12-28 Cataler Corp 触媒組成物
JP2007185571A (ja) 2006-01-11 2007-07-26 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 排ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP5131053B2 (ja) 2008-06-24 2013-01-30 トヨタ自動車株式会社 貴金属担持触媒及び触媒装置
JP2013220377A (ja) 2012-04-16 2013-10-28 Cataler Corp 排ガス浄化触媒

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