JP6806588B2 - Auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、自動車排気ガス浄化用助触媒およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas and a method for producing the same.
自動車排ガスに含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素炭化物(NOx)を浄化するために、いわゆる三元触媒が用いられている。酸化セリウムは、酸化雰囲気下では酸素を取り込み、還元雰囲気では酸素を放出する酸素吸蔵放出能(OSC)を有するため、自動車排ガス浄化触媒の助触媒として利用されている。そして、特許文献1および特許文献2に記載されているように、現在では、高温下での耐久性を高めるため、セリアとジルコニアとを固溶させたセリアジルコニア複合酸化物が、一般に用いられている。 So-called three-way catalysts are used to purify hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen carbides (NO x ) contained in automobile exhaust gas. Cerium oxide has an oxygen occlusion / release ability (OSC) that takes in oxygen in an oxidizing atmosphere and releases oxygen in a reducing atmosphere, and is therefore used as an auxiliary catalyst for an automobile exhaust gas purification catalyst. And, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, at present, in order to improve durability at high temperature, ceria zirconia composite oxide in which ceria and zirconia are solid-solved is generally used. There is.
セリアとジルコニアとが均一に固溶したセリアジルコニア均一固溶体は、低温下においてはその機能が大幅に低下することが知られている。自動車のエンジンが冷間状態で始動させられると、触媒が十分に浄化機能を発揮する動作温度に到達するまでの間に排気されるガスは触媒と十分に反応せず、大気に放出される。 It is known that the function of a uniform solid solution of ceria zirconia in which ceria and zirconia are uniformly dissolved is significantly reduced at a low temperature. When the engine of an automobile is started in a cold state, the gas exhausted until the catalyst reaches an operating temperature at which a sufficient purification function is exhibited does not sufficiently react with the catalyst and is released into the atmosphere.
そこで、未反応放出物の排出防止のために、酸素放出特性のピークを示す温度Tczを低くすることを目的として、特許文献1では、錫を上記助触媒に添加することが行われている。しかし、このように添加物を増加させると、助触媒の成分系が複雑となり、セリアとジルコニアとの固溶率が悪化して酸素吸蔵放出能が低下するという不都合が発生する可能性があった。 Therefore, in order to prevent the discharge of unreacted release material, tin is added to the co-catalyst in Patent Document 1 for the purpose of lowering the temperature Tcz showing the peak of the oxygen release characteristic. However, if the number of additives is increased in this way, the component system of the co-catalyst becomes complicated, and the solid solution ratio of ceria and zirconia may deteriorate, resulting in a decrease in oxygen occlusion and release capacity. ..
これに対して、特許文献2に記載の助触媒では、セリウム添加量が少ないせいか、酸素吸蔵放出能がかなり低いという欠点があった。 On the other hand, the co-catalyst described in Patent Document 2 has a drawback that the oxygen occlusion and release ability is considerably low, probably because the amount of cerium added is small.
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、比較的低温において高い酸素吸蔵放出能(OSC)を有し、且つ酸素放出特性すなわち還元ガスの熱伝導度の経時変化曲線(TPR曲線)においてピークを示す温度Tczが低くなり、且つセリウム利用率が高い自動車排ガス浄化用助触媒およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in the context of the above circumstances, and an object of the present invention is to have a high oxygen occlusion / release capacity (OSC) at a relatively low temperature, and to have oxygen release characteristics, that is, thermal conductivity of a reducing gas. It is an object of the present invention to provide an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas, which has a low temperature Tcz which shows a peak in a time course change curve (TPR curve) and a high cerium utilization rate, and a method for producing the same.
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、ジルコニアを主成分とするコアと、前記コアの表面に固着され、セリアジルコニアを主成分とするシェル(外殻)とから構成された自動車排ガス浄化用助触媒において、前記シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=25:75〜60:40の範囲内とし、前記シェルに含まれる前記セリアのうちの前記シェルに含まれる前記ジルコニアと固溶していない割合を、10〜20重量%の範囲内とすると、酸素放出特性においてピークを示す温度Tczが低くなり、セリウム利用率が高い助触媒が得られることを見いだした。本発明は斯かる知見に基づいてなされたものである。 As a result of various studies against the background of the above circumstances, the present inventors have made a core containing zirconia as a main component and a shell (outer shell) fixed to the surface of the core and containing ceria zirconia as a main component. In the configured auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is in the range of ceria: zirconia = 25:75 to 60:40 in terms of oxide weight ratio, and is included in the shell. When the ratio of the ceria that is not solid-dissolved with the zirconia contained in the shell is within the range of 10 to 20% by weight, the temperature Tcz that shows a peak in the oxygen release characteristics becomes low, and the cerium utilization rate becomes high. We have found that a high co-catalyst can be obtained. The present invention has been made based on such findings.
すなわち、第1発明の要旨とするところは、(a)ジルコニアを主成分とするコアと、前記コアの表面に固着され、セリアジルコニアを主成分とするシェルとから構成された自動車排ガス浄化用助触媒であって、(b)前記シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=25:75〜60:40であり、(c)前記シェルに含まれるセリアのうち、前記シェルに含まれる前記ジルコニアと固溶していない割合は、10〜20重量%であり、(d)前記コアは正方晶の結晶構造を有することにある。 That is, the gist of the first invention is (a) an auxiliary for purifying automobile exhaust gas, which is composed of a core containing zirconia as a main component and a shell fixed to the surface of the core and containing ceria zirconia as a main component. The composition ratio of ceria zirconia, which is a catalyst and is the main component of the shell, is ceria: zirconia = 25: 75 to 60:40 in terms of oxide weight ratio, and (c) ceria contained in the shell. The proportion of the shell contained in the shell that is not solid-dissolved with the zirconia is 10 to 20% by weight, and (d) the core has a tetragonal crystal structure.
第2発明の要旨とするところは、前記コアは、5〜50nmの平均一次粒子径を有することにある。 The gist of the second invention is that the core has an average primary particle diameter of 5 to 50 nm.
第3発明の要旨とするところは、前記セリアジルコニアの粉末X線回折パターンにおいて、X線強度が最大となる点を通る縦軸を中心線とし、左右のそれぞれの傾きが零となる2点をそれぞれ通る縦軸を左端線、右端線とし、前記傾きが零となる2点を通る直線を基線とし、前記基線上において、前記中心線と前記左端線との間の長さおよび前記中心線と前記右端線との間の長さの比を左右幅比とするとき、前記セリアジルコニアの左右幅比は、55:45〜70:30であることにある。 The gist of the third invention is that in the powder X-ray diffraction pattern of ceria zirconia, the vertical axis passing through the point where the X-ray intensity is maximum is the center line, and the two points where the left and right slopes are zero are defined. The vertical axis passing through each is the left end line and the right end line, the straight line passing through the two points where the slope is zero is the baseline, and the length between the center line and the left edge line and the center line on the baseline are When the ratio of the length to the right end line is taken as the left-right width ratio, the left-right width ratio of the ceria zirconia is 55:45 to 70:30.
第4発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明の自動車排ガス浄化用助触媒の製造方法であって、(a)水溶性ジルコニウム塩およびイットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジムのうち少なくとも1種の水溶性塩を蒸留水に溶解する溶解工程と、(b)前記溶解工程により得られた液に沈殿剤を加えて第1沈殿物を生成させる第1沈殿物生成工程と、(c)前記第1沈殿物生成工程により得られた第1沈殿物に水熱処理を加える第1水熱処理工程と、(d)前記第1水熱処理工程により水熱処理された第1水熱反応物の乾燥物を仮焼し、結晶化したコア粉末を得る第1仮焼工程と、(e)前記コア粉末と、蒸留水と、水溶性ジルコニウム塩と、水溶性セリウム塩とを混合する混合工程と、(f)前記混合工程により得られた混合液に沈殿剤を加えて第2沈殿物を生成させる第2沈殿物生成工程と、(g)前記第2沈殿物生成工程により生成された第2沈殿物に水熱処理を加える第2水熱処理工程と、(h)前記第2水熱処理工程により水熱処理された第2水熱反応物の乾燥物を仮焼し、ジルコニアを主成分とするコアの表面にセリアジルコニアを主成分とするシェルが固着された自動車排ガス浄化用助触媒の粒子を得る第2仮焼工程とを、含むことにある。 The gist of the fourth invention is the method for producing an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas according to the first invention or the second invention, wherein (a) a water-soluble zirconium salt and at least one of yttrium, lantern, placeodim, and neodym. A dissolution step of dissolving the water-soluble salt of the seed in distilled water, (b) a first precipitate formation step of adding a precipitant to the liquid obtained by the dissolution step to form a first precipitate, and (c) A first hydrothermal reaction step of applying hydrothermal treatment to the first precipitate obtained by the first precipitate formation step, and (d) a dried product of the first hydrothermal reaction product hydrothermally treated by the first hydrothermal treatment step. A first calcining step of obtaining a crystallized core powder, and (e) a mixing step of mixing the core powder, distilled water, a water-soluble zirconium salt, and a water-soluble cerium salt. f) A second precipitate forming step of adding a precipitant to the mixed solution obtained in the mixing step to form a second precipitate, and (g) a second precipitate formed by the second precipitate forming step. The dried product of the second hydrothermal reaction product which was hydrothermally treated by the second hydrothermal treatment step of adding hydrothermal treatment to the above and (h) the second hydrothermal reaction step was calcined to the surface of the core containing zirconia as a main component. The present invention includes a second calcining step of obtaining particles of an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas to which a shell containing ceria zirconia as a main component is fixed.
第5発明の要旨とするところは、前記混合工程は、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジムのうちの少なくとも1種の水溶性塩をさらに混合するものであることにある。 The gist of the fifth invention is that the mixing step further mixes at least one water-soluble salt of yttrium, lantern, praseodymium, and neodymium.
第1発明によれば、前記シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=25:75〜60:40の範囲内とされ、前記シェルに含まれる前記セリアのうちの前記シェルに含まれる前記ジルコニアと固溶していない割合は、10〜20重量%の範囲内とされ、前記コアは正方晶の結晶構造を有しているので、酸素放出特性においてピークを示す温度Tczが低くなり、且つセリウム利用率が高い助触媒が得られる。また、セリアジルコニアを主成分とするシェルを坦持するコアが正方晶の結晶構造であるため、高い耐久性が得られ、酸素が移動しやすいことから、高い酸素吸蔵放出能が得られ、且つセリウム利用率が高くなる。 According to the first invention, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is in the range of ceria: zirconia = 25:75 to 60:40 in terms of oxide weight ratio, and the ceria contained in the shell. The proportion of the shell contained in the shell that is not solid-dissolved with the zirconia is in the range of 10 to 20% by weight, and the core has a tetragonal crystal structure, so that the oxygen release characteristic peaks. A co-catalyst having a low temperature Tcz and a high cerium utilization rate can be obtained. In addition, since the core carrying the shell containing cerium zirconia as the main component has a tetragonal crystal structure, high durability can be obtained, and oxygen can easily move, so that high oxygen occlusion and release capacity can be obtained. The cerium utilization rate is high.
第2発明によれば、前記コアは、5〜50nmの平均一次粒子径を有している。このため、20〜200m2/gという大きな比表面積が得られて高い触媒性能が得られる。 According to the second invention, the core has an average primary particle size of 5 to 50 nm. Therefore, a large specific surface area of 20 to 200 m 2 / g can be obtained, and high catalytic performance can be obtained.
第3発明によれば、前記セリアジルコニアの左右幅比は、55:45〜70:30であるので、セリアジルコニアの固溶割合が高く、セリウム利用率が高い助触媒が得られる。 According to the third invention, since the lateral width ratio of the ceria zirconia is 55:45 to 70:30, a co-catalyst having a high solid solution ratio of ceria zirconia and a high cerium utilization rate can be obtained.
第4発明の自動車排ガス浄化用助触媒の製造方法によれば、(a)水溶性ジルコニウム塩およびイットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジムのうち少なくとも1種の水溶性塩を蒸留水に溶解する溶解工程と、(b)前記溶解工程により得られた液に沈殿剤を加えて第1沈殿物を生成させる第1沈殿物生成工程と、(c)前記第1沈殿物生成工程により得られた第1沈殿物に水熱処理を加える第1水熱処理工程と、(d)前記第1水熱処理工程により水熱処理された第1水熱反応物の乾燥物を仮焼し、結晶化したコア粉末を得る第1仮焼工程と、(e)前記コア粉末と、蒸留水と、水溶性ジルコニウム塩と、水溶性セリウム塩とを混合する混合工程と、(f)前記混合工程P8により得られた混合液に沈殿剤を加えて第2沈殿物を生成させる第2沈殿物生成工程と、(g)前記第2沈殿物生成工程により生成された第2沈殿物に水熱処理を加える第2水熱処理工程と、(h)前記第2水熱処理工程により水熱処理された第2水熱反応物の乾燥物を仮焼し、ジルコニアを主成分とするコアの表面にセリアジルコニアを主成分とするシェルが固着された自動車排ガス浄化用助触媒の粒子を得る第2仮焼工程とを、含むことから、第1発明の自動車排ガス浄化用助触媒および第2発明の自動車排ガス浄化用助触媒が好適に得られる。 According to the method for producing an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas according to the fourth invention, (a) a dissolution step of dissolving at least one water-soluble zirconium salt and at least one of yttrium, lanthanum, placeodium, and neodym in distilled water. , (B) A first precipitate forming step of adding a precipitant to the liquid obtained by the dissolution step to form a first precipitate, and (c) a first precipitate obtained by the first precipitate forming step. A first hydrothermal treatment step of adding hydrothermal treatment to a product and (d) a first method of calcining a dried product of the first hydrothermal reaction product hydrothermally treated by the first hydrothermal treatment step to obtain a crystallized core powder. A calcining step, (e) a mixing step of mixing the core powder, distilled water, a water-soluble zirconium salt, and a water-soluble cerium salt, and (f) precipitation in the mixed solution obtained by the mixing step P8. A second precipitate forming step of adding an agent to form a second precipitate, and (g) a second hydrothermal treatment step of adding hydrothermal treatment to the second precipitate produced by the second precipitate forming step, ( h) An automobile in which a dried product of the second hydrothermal reaction product hydrothermally heat-treated in the second hydrothermal treatment step is calcined, and a shell containing ceria zirconia as a main component is fixed to the surface of a core containing zirconia as a main component. Since the second calcining step of obtaining the particles of the auxiliary catalyst for exhaust gas purification is included, the auxiliary catalyst for automobile exhaust gas purification of the first invention and the auxiliary catalyst for automobile exhaust gas purification of the second invention are preferably obtained.
第5発明によれば、前記混合工程は、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジムのうちの少なくとも1種の水溶性塩をさらに混合するものであることから、第1発明の自動車排ガス浄化用助触媒および第2発明の自動車排ガス浄化用助触媒が好適に得られる。 According to the fifth invention, since the mixing step further mixes at least one water-soluble salt of yttrium, lanthanum, praseodymium, and neodymium, the auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas of the first invention and The auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas of the second invention is preferably obtained.
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明が好適に適用された助触媒10の一粒子を模式的に示している。助触媒10は、コア12と、その表面に固着されたシェル14とにより構成され、コア12の周囲にシェル14が外殻状に担持された所謂コアシェル構造を有している。助触媒10は、たとえば内燃機関からの排ガス中に含まれる有害成分である一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)および窒素酸化物(NOx)を浄化させる三元触媒コンバータである自動車排ガス浄化用触媒装置の多孔質セラミックで構成されたハニカム形状の図示しない本体部材の複数の挿通穴の内周面に設けられた触媒相に、白金等の主触媒の粉末と共に担持される。
FIG. 1 schematically shows one particle of the co-catalyst 10 to which the present invention has been preferably applied. The co-catalyst 10 is composed of a
シェル14の主成分であるセリアジルコニアは、排ガス中の酸素濃度が運転条件などにより変動することによって白金の効率が悪くなるのを抑制するために、前記触媒相の周囲の酸素が過剰な時は酸素を吸蔵し、前記触媒相の周囲の酸素が不足した時は酸素を放出する酸素吸蔵放出能(OSC)を有する酸素吸蔵放出材として機能する。OSC量とは、酸素を貯蔵供給する能力の量すなわち酸素放出量(L/mol)である。
Celia zirconia, which is the main component of the
助触媒10のコア12は、正方晶の結晶構造を有するジルコニア(ZrO2)を主成分として構成されている。また、そのコア12の表面に固着されたシェル14は、セリア(CeO2)が焼成によってジルコニアと反応したセリアジルコニアを主成分として構成されている。シェル14の主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=25:75〜60:40であり、そのシェル14に含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、10から20重量%の範囲である。
The
これにより、助触媒10は、1000℃耐久後においても40(m2/g)以上の比表面積を備えるものとなり、還元ピーク温度Tczが低く、セリウム利用率が高くなっている。 As a result, the co-catalyst 10 has a specific surface area of 40 (m 2 / g) or more even after endurance at 1000 ° C., has a low reduction peak temperature Tcz, and has a high cerium utilization rate.
助触媒10は、そのコア12のジルコニア粒子の平均一次粒子径D50(nm)を比較的小さなナノオーダの所定範囲内たとえば5〜50nmに調整することにより、そのセリアジルコニアのCe1mol当たりのOSC量(L/mol)が、従来のコアシェル構造のセリアジルコニア材やセリアとジルコニアとが均一に固溶された均一固溶体のセリアジルコニア材のCe1mol当たりのOSC量(L/mol)よりも高くなって、Ce利用率(セリウムの利用率)が好適に高くされている。 The co-catalyst 10 adjusts the average primary particle diameter D50 (nm) of the zirconia particles in the core 12 to a predetermined range of a relatively small nanoorder, for example, 5 to 50 nm, thereby adjusting the amount of OSC (L) per 1 mol of Ce of the ceria zirconia. / Mol) is higher than the OSC amount (L / mol) per 1 mol of Ce of the conventional core-shell structure ceria zirconia material or ceria zirconia material of a uniform solid solution in which ceria and zirconia are uniformly dissolved, and Ce is used. The rate (utilization rate of cerium) is preferably high.
以下において、本発明者等が成分およびその割合を変更した複数種類の試料について行った実験例を説明する。先ず、その実験例において用いられた、助触媒の性能を評価するための測定方法を説明する。
(コアの平均一次粒子径の測定)
コアの平均一次粒子径の測定は、TEM(日本電子株式会社製の電界放出型透過電子顕微鏡:型式JEM−2100F)による観察時に撮像された50個のコア粒子の直径の測定値の平均値である。
(助触媒の還元特性(TCD変化曲線)の測定)
マイクロトラック・ベル株式会社製の触媒分析装置(BELCAT−A)において、昇温還元法(TPR:Temperature−programmed reduction)を用いてアルゴンで希釈した5%水素ガス(5%H2/Ar)を還元ガスとして用いて室温から800℃までの上昇過程での、助触媒からの酸素放出量を示す還元ガスの熱伝導度の経時変化(TCD)特性を測定して、酸素放出特性を評価した。図4は、上記の還元ガスの熱伝導度の経時変化曲線(TCD変化曲線)の一例を示す図である。
(固溶していないCeの量の測定)
上記の還元ガスの熱伝導度の経時変化曲線(TCD曲線)のうち、500℃から600℃の範囲でピークを示す曲線と800℃付近でピークを示す曲線とを分離し、それら2曲線の面積をそれぞれ算出して、面積比を算出し、固溶していないCeの量を算出した。
(比表面積の測定)
測定対象の助触媒試料たとえば800℃で焼成された粉末を、さらに1000℃−12時間の耐久焼成を行い、その耐久焼成後の粉体の比表面積を、マウンテック社製の比表面積測定装置(Macsorb HM model−120)を用いて測定した。
(結晶性の評価)
測定対象となる助触媒試料の粉末X線回折(XRD)を行い、その回折パターンで発生するピークに基づいて結晶性を評価した。図5は上記回折パターンの一例を示している。
(Ce利用率)
先ず、マイクロトラック・ベル株式会社製の触媒分析装置(BELCAT−A)において、試料(助触媒)を石英ガラス管内に設置し、5%水素/アルゴン雰囲気下で昇温速度10℃/minで800℃まで昇温還元し、熱伝導度検出器(TCD)によってガス組成変化をモニタリングすることで試料からの酸素放出挙動を示すTPR曲線を検出し、その検出されたTPR曲線と任意に引かれた基準線(ベースラインBL)とによって囲まれた800℃までの面積すなわち試料から放出された酸素放出量を求めて算出した。つまり、助触媒におけるCe1mol当たりのOSC量(L/mol)とは、助触媒10の試料中のCe1mol当たりの酸素放出量すなわち800℃まで昇温還元した時に助触媒の試料から抜けた酸素量である。次いで、また、下記の(1)式から、Ce1mol当たりのOSC量に基づいて試料(助触媒)のCe利用率(%)が算出される。なお、(1)式の6.2(L/mol)は、全てのCeが有効に使用された時のCe1mol当たりのOSC量(L/mol)であり、下記の(2)式により算出される。また、(2)式における試料1g当たりのOSC量(標準状態)は、上述のOSC性能の評価による昇温還元後、5%水素/アルゴン雰囲気下からアルゴン雰囲気下に切り換え600℃でTPR曲線のTCD Signalの値が一定になるまで雰囲気置換処理を行い、その後100%酸素パルスを飽和するまで試料に導入することで実験的に得られたものである。また、(2)式において、上記試料はCeaZr(1−a)O2であり、aは試料CeaZr(1−a)O2に含有されたCeの量の割合である。
Ce利用率(%)=各試料のCe1mol当たりのOSC量(L/mol)÷6.2(L/mol)×100% ・・・(1)
Ce1mol当たりのOSC量(L/mol)=(140.116×a+91.22×(1−a)+32)×試料1g当たりのOSC量(L/g)÷a ・・・(2)
(XRDの左右幅比)
たとえば、比較例品3の回折パターンである図6に示すような粉末X線回折(XRD)パターンにおいて、X線強度が最大となる点(ピーク)を通る縦線を中心線L1とし、左右のそれぞれの傾きがたとえば移動平均で零となる2点をそれぞれ通る縦軸を左端線L2および右端線L3とし、傾きが零となる2点を通る直線である基線L4(底線)上において、中心線L1と左端線L2との間の長さおよび中心線L1と右端線L3との間の長さの比を、左右幅比とした。
Hereinafter, an example of an experiment conducted by the present inventors on a plurality of types of samples in which the components and their ratios are changed will be described. First, the measurement method for evaluating the performance of the co-catalyst used in the experimental example will be described.
(Measurement of average primary particle size of core)
The average primary particle size of the core is measured by the average value of the diameters of 50 core particles imaged during observation with TEM (field emission transmission electron microscope manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd .: model JEM-2100F). is there.
(Measurement of reduction characteristics (TCD change curve) of co-catalyst)
In a catalyst analyzer (BELCAT-A) manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd., 5% hydrogen gas (5% H 2 / Ar) diluted with argon using a temperature reduction method (TPR) is used. The oxygen release characteristic was evaluated by measuring the temporal change (TCD) characteristic of the thermal conductivity of the reduction gas, which indicates the amount of oxygen released from the co-catalyst, in the process of rising from room temperature to 800 ° C. as the reducing gas. FIG. 4 is a diagram showing an example of a time-dependent change curve (TCD change curve) of the thermal conductivity of the reduced gas.
(Measurement of the amount of undissolved Ce)
Of the above-mentioned curves over time of thermal conductivity of the reduced gas (TCD curve), a curve showing a peak in the range of 500 ° C. to 600 ° C. and a curve showing a peak in the vicinity of 800 ° C. are separated, and the areas of these two curves are separated. Was calculated, the area ratio was calculated, and the amount of undissolved Ce was calculated.
(Measurement of specific surface area)
A co-catalyst sample to be measured For example, a powder fired at 800 ° C. is further subjected to endurance firing at 1000 ° C. for 12 hours, and the specific surface area of the powder after the endurance firing is measured by a specific surface area measuring device (Macsorb) manufactured by Mountech. It was measured using HM model-120).
(Evaluation of crystallinity)
Powder X-ray diffraction (XRD) of the co-catalyst sample to be measured was performed, and the crystallinity was evaluated based on the peak generated in the diffraction pattern. FIG. 5 shows an example of the diffraction pattern.
(Ce utilization rate)
First, in a catalyst analyzer (BELCAT-A) manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd., a sample (auxiliary catalyst) is placed in a quartz glass tube, and 800 at a heating rate of 10 ° C./min under a 5% hydrogen / argon atmosphere. The temperature was raised and reduced to ℃, and the TPR curve showing the oxygen release behavior from the sample was detected by monitoring the gas composition change with a thermal conductivity detector (TCD), and the TPR curve was arbitrarily drawn from the detected TPR curve. The area up to 800 ° C. surrounded by the reference line (baseline BL), that is, the amount of oxygen released from the sample was calculated. That is, the OSC amount (L / mol) per 1 mol of Ce in the co-catalyst is the amount of oxygen released per 1 mol of Ce in the sample of the co-catalyst 10, that is, the amount of oxygen released from the sample of the co-catalyst when the temperature is reduced to 800 ° C. is there. Next, the Ce utilization rate (%) of the sample (co-catalyst) is calculated from the following equation (1) based on the amount of OSC per 1 mol of Ce. Note that 6.2 (L / mol) in Eq. (1) is the amount of OSC (L / mol) per 1 mol of Ce when all Ce are effectively used, and is calculated by Eq. (2) below. To. Further, the amount of OSC per 1 g of the sample (standard state) in the formula (2) is the TPR curve at 600 ° C. after switching from a 5% hydrogen / argon atmosphere to an argon atmosphere after the temperature rise and reduction according to the evaluation of the OSC performance described above. It was obtained experimentally by performing an atmosphere replacement treatment until the value of TCD Signal became constant, and then introducing the sample into a sample until 100% oxygen pulse was saturated. Further, in the formula (2), the sample is Ce a Zr (1-a) O 2 , and a is the ratio of the amount of Ce contained in the sample Ce a Zr (1-a) O 2 .
Ce utilization rate (%) = OSC amount per 1 mol of Ce of each sample (L / mol) ÷ 6.2 (L / mol) × 100% ... (1)
OSC amount per 1 mol of Ce (L / mol) = (140.116 × a + 91.22 × (1-a) +32) × OSC amount per 1 g of sample (L / g) ÷ a ... (2)
(XRD lateral width ratio)
For example, in the powder X-ray diffraction (XRD) pattern as shown in FIG. 6, which is the diffraction pattern of Comparative Example Product 3, the vertical line passing through the point (peak) where the X-ray intensity is maximum is set as the center line L1 on the left and right. For example, the vertical axis passing through the two points where the slopes are zero on the moving average is the left end line L2 and the right end line L3, and the center line is on the baseline L4 (bottom line) which is a straight line passing through the two points where the slopes are zero. The ratio of the length between L1 and the left end line L2 and the length between the center line L1 and the right end line L3 was defined as the left-right width ratio.
(実施例品1)
以下において、助触媒10の実施例品1(ランタンドープジルコニアコアの表面にセリアジルコニアシェルが固着された複合酸化物(酸化物重量比でLa:Zr:Ce=10:70:20))の製造方法を図2、図3を用いて説明する。図2は、コア粉末すなわちコア12の合成方法を示し、図3は、図2において合成されたコア粉末すなわちコア12の表面に、シェル14を合成する方法を示している。なお、試薬はいずれも和光純薬製を用いているがこれに限定されない。
(Example product 1)
In the following, production of Example 1 of the co-catalyst 10 (composite oxide in which a ceria zirconia shell is fixed on the surface of a lanthanum-doped zirconia core (La: Zr: Ce = 10: 70: 20 in terms of oxide weight ratio)). The method will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows a method of synthesizing the core powder, that is, the
図2では、先ず、溶解工程P1および第1攪拌工程P2において、蒸留水234mlにオキシ塩化ジルコニウム八水和物83.79gを溶解するとともにその溶解液に30%過酸化水素水を157.94g加えた後、硝酸ランタン六水和物を17.1g添加して攪拌する。なお、これらオキシ塩化ジルコニウム八水和物、過酸化水素、および硝酸ランタン六水和物は、アンモニア水を入れる前までのどの工程に入れてもよい。次に、第1沈殿物生成工程P3において、攪拌中の液に25〜28%アンモニア水を添加して第1沈殿物を生成させ、スラリー状態とする。この沈殿生成時の溶液のpHは10〜14程度である。第1水熱処理工程P4において、上記の攪拌を中止した上でスラリーをテフロン(登録商標)製容器に移し、オートクレーブを用いて180℃−5時間の水熱処理を行う。続く第1ろ過・洗浄工程P5において、水熱処理後のスラリーをろ過および洗浄して沈殿物を回収し、第1乾燥工程P6において80℃で24時間乾燥する。そして、第1仮焼工程P7において、スラリーの乾燥後の粉末を乳鉢で粉砕し(ほぐし)て団粒のない均一な粉体とした後、750℃−3時間の第1仮焼を行って反応させ、仮焼粉すなわちコア粉末を得る。なお、上記第1攪拌工程P2において、過酸化水素水は必ずしも加えられなくてもよい。また、上記第1水熱処理工程P4および第1仮焼工程P7は必ずしも設けられていなくてもよい。 In FIG. 2, first, in the dissolution step P1 and the first stirring step P2, 83.79 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 234 ml of distilled water, and 157.94 g of 30% hydrogen peroxide solution was added to the solution. After that, 17.1 g of lanthanum nitrate hexahydrate is added and stirred. The zirconium oxychloride octahydrate, hydrogen peroxide, and lanthanum nitrate hexahydrate may be added to any step before the addition of aqueous ammonia. Next, in the first precipitate forming step P3, 25 to 28% aqueous ammonia is added to the liquid being stirred to form the first precipitate, and the mixture is put into a slurry state. The pH of the solution at the time of forming this precipitate is about 10 to 14. In the first hydrothermal treatment step P4, after stopping the above stirring, the slurry is transferred to a Teflon (registered trademark) container, and hydrothermal treatment is performed at 180 ° C. for 5 hours using an autoclave. In the subsequent first filtration / washing step P5, the slurry after the hydrothermal treatment is filtered and washed to collect the precipitate, and in the first drying step P6, it is dried at 80 ° C. for 24 hours. Then, in the first calcining step P7, the dried powder of the slurry is crushed (unraveled) in a mortar to obtain a uniform powder without aggregates, and then the first calcining at 750 ° C. for 3 hours is performed. The reaction is carried out to obtain a calcined powder, that is, a core powder. The hydrogen peroxide solution does not necessarily have to be added in the first stirring step P2. Further, the first hydrothermal treatment step P4 and the first calcining step P7 do not necessarily have to be provided.
図3では、混合工程P8において、上記仮焼粉30g、蒸留水90g、オキシ塩化ジルコニウム八水和物26.16g、硝酸二アンモニウムセリウム31.85gを、ジルコニアボール300gを収容する1Lのボールミル容器に入れ、ボールミルにより粉砕を18時間行う。次いで、第2攪拌工程P9において、上記ボールミル後のスラリーに30%過酸化水素水を13.8g加え、このスラリーを28%アンモニア水300gに加えて18時間攪拌する。次に、第2沈殿物生成工程P10において、上記攪拌液に28%アンモニア水を添加して第2沈殿物を生成させ、スラリー状態とする。続く第2水熱処理工程P11において、上記のスラリーをテフロン製容器に移し、オートクレーブを用いて180℃−5時間の水熱処理を行う。第2ろ過・洗浄工程P12において、水熱処理後のスラリーをろ過および洗浄して沈殿物を回収し、第2乾燥工程P13において80℃で24時間乾燥する。そして、第2仮焼工程P14において、スラリーの乾燥後の粉末を乳鉢で粉砕し(ほぐし)て団粒のない均一な粉体とした後、800℃−3時間の第2仮焼を行って反応させ、コア12の周囲にシェル14が外殻状に担持された所謂コアシェル構造を有する実施例品1の粉末を得る。この粉末は、たとえば平均一次粒子径が7nmの粒子である。このように製造された実施例品1は、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=50:50であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、15重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は45m2/gであり、Ce利用率は97%であった。また、XRDの左右幅比は57:43であった。なお、第2攪拌工程P9において、過酸化水素水は必ずしも加えられなくてもよい。また、上記第2水熱処理工程P11は必ずしも設けられていなくてもよい。
In FIG. 3, in the mixing step P8, 30 g of the calcined powder, 90 g of distilled water, 26.16 g of zirconium oxychloride octahydrate, and 31.85 g of diammonium nitrate are placed in a 1 L ball mill container containing 300 g of zirconia balls. Put in and grind with a ball mill for 18 hours. Next, in the second stirring step P9, 13.8 g of 30% hydrogen peroxide solution is added to the slurry after the ball mill, and this slurry is added to 300 g of 28% ammonia water and stirred for 18 hours. Next, in the second precipitate forming step P10, 28% aqueous ammonia is added to the stirring liquid to form a second precipitate, and the mixture is put into a slurry state. In the subsequent second hydrothermal treatment step P11, the above slurry is transferred to a Teflon container and hydrothermally treated at 180 ° C. for 5 hours using an autoclave. In the second filtration / washing step P12, the slurry after the hydrothermal treatment is filtered and washed to collect the precipitate, and in the second drying step P13, it is dried at 80 ° C. for 24 hours. Then, in the second calcining step P14, the dried powder of the slurry is crushed (unraveled) in a mortar to obtain a uniform powder without aggregates, and then the second calcining at 800 ° C. for 3 hours is performed. The reaction is carried out to obtain a powder of Example Product 1 having a so-called core-shell structure in which the
(実施例品2)
助触媒10の実施例品2(ランタンドープジルコニアコアの表面にセリアジルコニアシェルが固着された複合酸化物(酸化物重量比でLa:Zr:Ce=10:80:10))の製造方法を説明する。実施例品2は、図2および図3に記載されているものと略同様の工程を経て製造されるが、ジルコニアとセリアとの割合を実施例品1に対して変化させるために、図3において、混合工程P8において加えられるオキシ塩化ジルコニウム八水和物が39.24g、硝酸二アンモニウムセリウムが15.94gである点、第2攪拌工程P9においてスラリーに添加される30%過酸化水素水が20.78gである点で、実施例品1に対して相違する。このように製造された実施例品2は、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=25:75であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、11重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は41m2/gであり、Ce利用率は99%であった。また、XRDの左右幅比は68:32であった。
(Example product 2)
A method for producing Example 2 of the co-catalyst 10 (composite oxide (La: Zr: Ce = 10: 80: 10 in oxide weight ratio) in which a ceria zirconia shell is fixed on the surface of a lanthanum-doped zirconia core) will be described. To do. Example product 2 is produced through substantially the same steps as those shown in FIGS. 2 and 3, but in order to change the ratio of zirconia to ceria with respect to Example product 1, FIG. In the above, the amount of zirconium oxychloride octahydrate added in the mixing step P8 is 39.24 g, the amount of diammonium cerium nitrate is 15.94 g, and the 30% hydrogen peroxide solution added to the slurry in the second stirring step P9. It differs from Example Product 1 in that it weighs 20.78 g. In Example Product 2 produced in this way, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is ceria: zirconia = 25: 75 in terms of oxide weight ratio, and among the ceria contained in the shell, zirconia and The ratio of non-solid solution was 11% by weight, the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. was 41 m 2 / g, and the Ce utilization rate was 99%. The left-right width ratio of XRD was 68:32.
(実施例品3)
助触媒10の実施例品3(ランタンドープジルコニアコアの表面にセリアジルコニアシェルが固着された複合酸化物(酸化物重量比でLa:Zr:Ce=10:67:23))の製造方法を説明する。実施例品3は、図2および図3に記載されているものと略同様の工程を経て製造されるが、図2の第1仮焼が650℃である点、ジルコニアとセリアとの割合を実施例品1に対して変化させるために、図3において、混合工程P8において加えられるオキシ塩化ジルコニウム八水和物が22.23g、硝酸二アンモニウムセリウムが36.62gである点、第2攪拌工程P9においてスラリーに添加される30%過酸化水素水が11.73gである点で、実施例品1に対して相違する。このように製造された実施例品3は、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=58:42であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、18重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は41m2/gであり、Ce利用率は96%であった。また、XRDの左右幅比は59:41であった。
(Example product 3)
A method for producing Example 3 of the co-catalyst 10 (composite oxide in which a ceria zirconia shell is fixed on the surface of a lanthanum-doped zirconia core (La: Zr: Ce = 10: 67: 23 in terms of oxide weight ratio)) will be described. To do. Example product 3 is produced through substantially the same steps as those shown in FIGS. 2 and 3, but the point that the first calcining in FIG. 2 is 650 ° C. and the ratio of zirconia to ceria In FIG. 3, the amount of zirconium oxychloride octahydrate added in the mixing step P8 is 22.23 g and the amount of diammonium cerium nitrate is 36.62 g in order to change with respect to the product 1 of the second embodiment. It differs from Example Product 1 in that the amount of 30% hydrogen peroxide solution added to the slurry in P9 is 11.73 g. In Example Product 3 produced in this way, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is ceria: zirconia = 58:42 in terms of oxide weight ratio, and among the ceria contained in the shell, zirconia and The ratio of non-solid solution was 18% by weight, the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. was 41 m 2 / g, and the Ce utilization rate was 96%. The left-right width ratio of the XRD was 59:41.
(実施例品4)
助触媒10の実施例品4(ランタンドープジルコニアコアの表面にセリアジルコニアシェルが固着された複合酸化物(酸化物重量比でLa:Zr:Ce=14:70:16))の製造方法を説明する。実施例品4は、図2および図3に記載されているものと略同様の工程を経て製造されるが、図2の第1仮焼が800℃である点、ジルコニアとセリアとの割合を実施例品1に対して変化させるために、図3において、混合工程P8において加えられる硝酸二アンモニウムセリウムが25.48gである点、硝酸ランタン六水和物を5.32gを更に加える点、第2攪拌工程P9においてスラリーに添加される30%過酸化水素水が13.8gである点で、実施例品1に対して相違する。このように製造された実施例品4は、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=44:56であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、14重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は41m2/gであり、Ce利用率は97%であった。また、XRDの左右幅比は63:37であった。
(Example product 4)
A method for producing Example 4 of the co-catalyst 10 (composite oxide (La: Zr: Ce = 14: 70: 16 in oxide weight ratio) in which a ceria zirconia shell is fixed on the surface of a lanthanum-doped zirconia core) will be described. To do. Example product 4 is produced through substantially the same steps as those shown in FIGS. 2 and 3, but the point that the first calcining in FIG. 2 is 800 ° C. and the ratio of zirconia to ceria In FIG. 3, the point that the amount of diammonium cerium nitrate added in the mixing step P8 is 25.48 g, the point that 5.32 g of lanthanum nitrate hexahydrate is further added, and the point that the mixture is changed with respect to the product 1 of Example. 2 It differs from Example Product 1 in that the amount of 30% hydrogen peroxide solution added to the slurry in the stirring step P9 is 13.8 g. In Example Product 4 produced in this way, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is ceria: zirconia = 44:56 in terms of oxide weight ratio, and among the ceria contained in the shell, zirconia and The ratio of non-solid solution was 14% by weight, the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. was 41 m 2 / g, and the Ce utilization rate was 97%. The left-right width ratio of XRD was 63:37.
(実施例品5)
助触媒10の実施例品5(ランタンドープジルコニアコアの表面にネオジムドープセリアジルコニアシェルが固着された複合酸化物(酸化物重量比でNd:La:Zr:Ce=5:5:70:20))の製造方法を説明する。実施例品5は、図2および図3に記載されているものと略同様の工程を経て製造されるが、ジルコニアとセリアとの割合を実施例品1に対して変化させるために、図2の第1攪拌工程P2において硝酸ランタン六水和物を8.56gを加える点、図3において、混合工程P8において加えられるオキシ塩化ジルコニウム八水和物が28.53g、硝酸二アンモニウムセリウムが34.75である点、硝酸ネオジム六水和物を5.65gを更に加える点、第2攪拌工程P9においてスラリーに添加される30%過酸化水素水が15.06gである点で、実施例品1に対して相違する。このように製造された実施例品5は、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=50:50であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、16重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は43m2/gであり、Ce利用率は97%であった。また、XRDの左右幅比は58:42であった。
(Example product 5)
Example product 5 of the co-catalyst 10 (composite oxide in which a neodymium-doped ceria zirconia shell is fixed on the surface of a lanthanum-doped zirconia core (Nd: La: Zr: Ce = 5: 5: 70: 20 in oxide weight ratio) ) Will be described. Example product 5 is produced through substantially the same steps as those shown in FIGS. 2 and 3, but in order to change the ratio of zirconia to ceria with respect to Example product 1, FIG. In the first stirring step P2 of the above, 8.56 g of lanthanum nitrate hexahydrate was added. In FIG. 3, 28.53 g of zirconium oxychloride octahydrate added in the mixing step P8 and 34. Example product 1 in that it is 75, that 5.65 g of neodymium nitrate hexahydrate is further added, and that the amount of 30% hydrogen peroxide solution added to the slurry in the second stirring step P9 is 15.06 g. Different for. In Example Product 5 produced in this way, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is ceria: zirconia = 50:50 in terms of oxide weight ratio, and among the ceria contained in the shell, zirconia and The ratio of non-solid solution was 16% by weight, the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. was 43 m 2 / g, and the Ce utilization rate was 97%. The left-right width ratio of XRD was 58:42.
(実施例品6)
助触媒10の実施例品6(ランタンドープジルコニアコアの表面にイットリウムドープセリアジルコニアシェルが固着された複合酸化物(酸化物重量比でY:La:Zr:Ce=7:3:60:30))の製造方法を説明する。実施例品6は、図2および図3に記載されているものと略同様の工程を経て製造されるが、ジルコニアとセリアとの割合を実施例品1に対して変化させるために、図2の第1攪拌工程P2において硝酸ランタン六水和物を8.56gを加える点、図2の第1仮焼が常温(焼成なし)である点、蒸留水が180gである点、図3において、混合工程P8において加えられるオキシ塩化ジルコニウム八水和物が71.32gである点、硝酸二アンモニウムセリウムが86.87である点、塩化イットリウム六水和物を12.02gを更に加える点、第2攪拌工程P9においてスラリーに添加される30%過酸化水素水が37.64gである点で、実施例品1に対して相違する。このように製造された実施例品5は、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=60:40であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、19重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は41m2/gであり、Ce利用率は95%であった。また、XRDの左右幅比は56:44であった。
(Example product 6)
Example product 6 of the co-catalyst 10 (composite oxide in which an yttrium-doped ceria zirconia shell is fixed on the surface of a lanthanum-doped zirconia core (Y: La: Zr: Ce = 7: 3: 60: 30 in terms of oxide weight ratio) ) Will be described. Example product 6 is produced through substantially the same steps as those shown in FIGS. 2 and 3, but in order to change the ratio of zirconia to ceria with respect to Example product 1, FIG. In the first stirring step P2 of the above, 8.56 g of lanthanum nitrate hexahydrate was added, the first calcining in FIG. 2 was at room temperature (without firing), the distilled water was 180 g, and in FIG. The point that the amount of zirconium oxychloride octahydrate added in the mixing step P8 is 71.32 g, the point that the amount of diammonium cerium nitrate is 86.87, the point that 12.02 g of yttrium hexahydrate added is further added, the second point. It differs from Example Product 1 in that the amount of 30% hydrogen peroxide solution added to the slurry in the stirring step P9 is 37.64 g. In Example Product 5 produced in this way, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is ceria: zirconia = 60:40 in terms of oxide weight ratio, and among the ceria contained in the shell, zirconia and The ratio of non-solid solution was 19% by weight, the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. was 41 m 2 / g, and the Ce utilization rate was 95%. The left-right width ratio of XRD was 56:44.
(実施例品7)
助触媒10の実施例品7(イットリウムドープジルコニアコアの表面にセリアジルコニアシェルが固着された複合酸化物(酸化物重量比でY:Zr:Ce=2:68:30))の製造方法を説明する。まず、コア粉末を作成するために、塩酸に酸化イットリウムを溶解して0.1mol/lの酸化イットリウム溶液を作成する。次いで蒸留水234mlにオキシ塩化ジルコニウム八水和物83.79gを溶解する。その溶液に30%過酸化水素水を157.94gを加えた後、0.1mol/lの酸化イットリウム溶液を149ml加え攪拌し、28%アンモニア水を加え、沈殿物を生成する。この沈殿物を含むスラリーをテフロン製容器に移し、オートクレーブを用いて180℃−5時間の水熱処理を行った後、ろ過により沈殿物を回収且つ洗浄し、80度で24時間乾燥させ、乳鉢で粉砕した後に、750℃−3時間の第1仮焼を行う。
次に、上記のようにして得たコア粉末を用いてシェルの作成を行う。まず、上記のコア粉末20g、蒸留水90g、オキシ塩化ジルコニウム八水和物39.23g、硝酸二アンモニウムセリウム47.78g、ジルコニアボール300gを、1L容器に入れボールミルを18時間おこなう。ボールミル後のスラリーに30%過酸化水素水20.4gを加え、このスラリーを28%アンモニア水に加えて沈殿物を生成する。この沈殿物を含むスラリーを1L容器に300gのジルコニアボールとともに収容し18時間ボールミルを行う。ボールミルの後、スラリーをテフロン製容器に移し、オートクレーブを用いて180℃−5時間の水熱処理を行う。ろ過により上記沈殿物を回収し且つ洗浄し、80度−24時間乾燥させ、乳鉢で粉砕した後に、800℃−3時間の第2仮焼を行う。その後、1000℃−12時間の耐久試験を行う。
このように製造された実施例品7は、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=50:50であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、15重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は41m2/gであり、Ce利用率は98%であった。また、XRDの左右幅比は57:43であった。
(Example product 7)
The method for producing Example 7 of the co-catalyst 10 (composite oxide in which a ceria zirconia shell is fixed on the surface of an yttrium-doped zirconia core (Y: Zr: Ce = 2: 68:30 in terms of oxide weight ratio)) will be described. To do. First, in order to prepare a core powder, yttrium oxide is dissolved in hydrochloric acid to prepare a 0.1 mol / l yttrium oxide solution. Then, 83.79 g of zirconium oxychloride octahydrate is dissolved in 234 ml of distilled water. After adding 157.94 g of 30% hydrogen peroxide solution to the solution, 149 ml of 0.1 mol / l yttrium oxide solution is added and stirred, and 28% aqueous ammonia is added to form a precipitate. The slurry containing this precipitate is transferred to a Teflon container, subjected to hydrothermal treatment at 180 ° C. for 5 hours using an autoclave, and then the precipitate is collected and washed by filtration, dried at 80 ° C. for 24 hours, and placed in a mortar. After pulverization, the first calcining is performed at 750 ° C. for 3 hours.
Next, a shell is prepared using the core powder obtained as described above. First, 20 g of the above core powder, 90 g of distilled water, 39.23 g of zirconium oxychloride octahydrate, 47.78 g of diammonium cerium nitrate, and 300 g of zirconia balls are placed in a 1 L container and ball milled for 18 hours. 20.4 g of 30% hydrogen peroxide solution is added to the slurry after the ball mill, and this slurry is added to 28% aqueous ammonia to form a precipitate. The slurry containing this precipitate is placed in a 1 L container together with 300 g of zirconia balls and ball milled for 18 hours. After the ball mill, the slurry is transferred to a Teflon container and hydrothermally treated at 180 ° C. for 5 hours using an autoclave. The precipitate is collected and washed by filtration, dried at 80 ° C. for 24 hours, crushed in a mortar, and then subjected to a second calcining at 800 ° C. for 3 hours. Then, a durability test at 1000 ° C. for 12 hours is performed.
In
(比較例品1)
助触媒の比較例品1は、以下のように製造される。すなわち、ジルコニアゾルとセリアゾルを、酸化物重量比がZr:Ce=65:35となるように混合し、硝酸水溶液を添加してpH3まで下げた後、28%アンモニア水を添加してpH11まで上げて沈殿物を生成し、次いで、そのスラリー中から沈殿物を回収して乾燥した後、800℃−3時間の焼成を行って比較例品1を得た。このように製造された比較例品1は、ジルコニアゾルが使用されたものであって、ジルコニアコアの表面にセリアが固着された複合酸化物であり、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=100:0であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、28重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は20m2/gであり、Ce利用率は72%であった。
(Comparative example product 1)
Comparative Example Product 1 of the co-catalyst is manufactured as follows. That is, zirconia sol and ceria sol are mixed so that the oxide weight ratio is Zr: Ce = 65: 35, an aqueous nitric acid solution is added to lower the pH to 3, and then 28% aqueous ammonia is added to raise the pH to 11. Then, the precipitate was recovered from the slurry and dried, and then calcined at 800 ° C. for 3 hours to obtain Comparative Example Product 1. Comparative Example Product 1 produced in this way is a composite oxide in which zirconia sol is used and ceria is fixed on the surface of the zirconia core, and the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell. Is ceria: zirconia = 100: 0 in terms of oxide weight ratio, and the ratio of ceria contained in the shell that is not solid-dissolved with zirconia is 28% by weight, and the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. is It was 20 m 2 / g, and the Ce utilization rate was 72%.
(比較例品2)
助触媒の比較例品2は、以下のように製造される。先ず、図2と同様の方法によりコア粉末を得る。次いで、上記のコア粉末上記仮焼粉30g、蒸留水90g、硝酸二アンモニウムセリウム15.94gを、ジルコニアボール300gを収容する1Lのボールミル容器に入れ、ボールミルにより粉砕を12時間行う。次いで、第2攪拌工程P9において、上記ボールミル後のスラリーを28%アンモニア水300gに加え、第2沈殿物生成工程P10において、上記攪拌の後のスラリーをボールミルにより粉砕を12時間行う。続く第2ろ過・洗浄工程P12において、スラリーをろ過および洗浄して沈殿物を回収し、第2乾燥工程P13において80℃で24時間乾燥する。そして、第2仮焼工程P14において、スラリーの乾燥後の粉末を乳鉢で粉砕して団粒のない均一な粉体とした後、800℃−3時間の仮焼を行って反応させ、コアの周囲にシェルが担持された比較例品2の粉末を得る。この比較例品2の製造に際しては、図3に対して、混合工程P8においてオキシ塩化ジルコニウム八水和物26.16gが用いられず、第2攪拌工程P9においてスラリーを30%過酸化水素水を13.8gに加えることがなく、しかも第2水熱処理工程P11が用いられていない。このようにして得られた比較例品2は、ジルコニア粉が使用されたものであって、ジルコニアコアの表面にセリアが固着された複合酸化物であり、シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=100:0であり、シェルに含まれるセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合は、48重量%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は34m2/gであり、Ce利用率は66%であった。また、XRDの左右幅比は53:47であった。
(Comparative example product 2)
Comparative Example Product 2 of the co-catalyst is manufactured as follows. First, the core powder is obtained by the same method as in FIG. Next, 30 g of the above calcined powder, 90 g of distilled water, and 15.94 g of diammonium cerium nitrate are placed in a 1 L ball mill container containing 300 g of zirconia balls, and pulverized by a ball mill for 12 hours. Next, in the second stirring step P9, the slurry after the ball mill is added to 300 g of 28% ammonia water, and in the second precipitate formation step P10, the slurry after the stirring is pulverized by the ball mill for 12 hours. In the subsequent second filtration / washing step P12, the slurry is filtered and washed to collect the precipitate, and in the second drying step P13, it is dried at 80 ° C. for 24 hours. Then, in the second calcining step P14, the dried powder of the slurry is crushed in a mortar to obtain a uniform powder without aggregates, and then calcined at 800 ° C. for 3 hours to react the core. A powder of Comparative Example Product 2 having a shell supported around it is obtained. In the production of this Comparative Example Product 2, 26.16 g of zirconium oxychloride octahydrate was not used in the mixing step P8, and 30% hydrogen peroxide solution was added to the slurry in the second stirring step P9 with respect to FIG. It is not added to 13.8 g, and the second hydrothermal treatment step P11 is not used. Comparative Example Product 2 thus obtained is a composite oxide in which zirconia powder is used, in which ceria is fixed to the surface of the zirconia core, and the composition of ceria zirconia, which is the main component of the shell. The ratio is ceria: zirconia = 100: 0 in terms of oxide weight ratio, and the ratio of ceria contained in the shell that is not solid-dissolved with zirconia is 48% by weight, and the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. Was 34 m 2 / g, and the Ce utilization rate was 66%. The left-right width ratio of XRD was 53:47.
(比較例品3)
助触媒の比較例品3は、以下のように製造される。先ず、オキシ塩化ジルコニウム八水和物83.79を蒸留水234mlに溶解し、それに30%過酸化水素水を157.94g加えた後、硝酸ランタン六水和物を17.11g加える。さらに、硝酸二アンモニウムセリウムを81.68gを加えて攪拌する。その後、アンモニア水を600ml加えて沈殿物を生成する。攪拌をやめ、スラリーをテフロン製容器へ移し、オートクレーブを用いて180℃−5時間の水熱処理を行う。水熱処理後のスラリーをろ過および洗浄し、回収した沈殿物を80℃−24時間乾燥させる。乾燥後の粉末を乳鉢で粉砕し(ほぐし)、800℃−3時間の仮焼を行う。このようにして得られた比較例品3は、コアシェル構造ではなく、均一固溶体粒子であり、1000℃耐久焼成後の比表面積は40m2/gであり、Ce利用率は80%であった。
(Comparative example product 3)
Comparative Example Product 3 of the co-catalyst is manufactured as follows. First, 83.79 of zirconium oxychloride octahydrate is dissolved in 234 ml of distilled water, 157.94 g of 30% hydrogen peroxide solution is added thereto, and then 17.11 g of lanthanum nitrate hexahydrate is added. Further, 81.68 g of diammonium cerium nitrate is added and stirred. Then, 600 ml of aqueous ammonia is added to form a precipitate. Stop stirring, transfer the slurry to a Teflon container, and perform hydrothermal treatment at 180 ° C. for 5 hours using an autoclave. The slurry after hydrothermal treatment is filtered and washed, and the recovered precipitate is dried at 80 ° C. for 24 hours. The dried powder is crushed (unraveled) in a mortar and baked at 800 ° C. for 3 hours. The Comparative Example product 3 thus obtained was not a core-shell structure but uniform solid solution particles, had a specific surface area of 40 m 2 / g after endurance firing at 1000 ° C., and had a Ce utilization rate of 80%.
上記実施例品1〜実施例品7は、助触媒10に示すように、ジルコニアを主成分とするコア12の表面にセリアジルコニアのシェル14が固着されたコアシェル構造を持ち、コア12は正方晶の結晶構造を有し、シェル14はセリア:ジルコニアが酸化物重量比で25:75〜60:40の範囲の組成比を有し、シェル14のセリアのうちジルコニアと固溶していないセリアの割合が10〜20重量%の範囲内であって、TPR曲線においてピークを示す温度Tczが低く、且つ高いセリウム利用率を有する。
As shown in the co-catalyst 10, the Examples 1 to 7 have a core-shell structure in which a
昇温還元法により得られた還元ガスの熱伝導度の経時変化曲線(TPR曲線)を示す図4において、(a)は実施例品1〜実施例品7のうちの代表例として実施例品1のTPR曲線を示し、(b)は比較例品1〜比較例品3のうちの代表例として比較例品2のTPR曲線を示す。実施例品1および比較例品2は500度〜600度の範囲でTPR曲線のピークをそれぞれ示すが、実施例品1は比較例品2に対して還元ガスの熱伝導度が高く、高い酸素吸蔵放出能(OSC)を有する。 In FIG. 4 showing a time-dependent change curve (TPR curve) of the thermal conductivity of the reduced gas obtained by the temperature-increasing reduction method, (a) is an example product as a representative example of the example products 1 to 7. The TPR curve of Comparative Example Product 1 is shown, and FIG. 1B shows the TPR curve of Comparative Example Product 2 as a representative example of Comparative Example Products 1 to 3. Example product 1 and Comparative Example product 2 each show a peak of the TPR curve in the range of 500 ° C to 600 ° C. However, Example product 1 has a higher thermal conductivity of the reducing gas than Comparative Example product 2 and has high oxygen. It has the ability to store and release (OSC).
本発明者等は、理学電機社製のX線解析装置RINT−TTRIIIを用い、50kV、50mA、2θ=2°という条件下でCu−Kα線を用いて、測定対象となる上記助触媒試料(実施例品および比較例品)の粉末X線回折(XRD)を行った。図5、図6、図7、図8、図9はそのX線回折の回折パターンを示している。 The present inventors used the X-ray analyzer RINT-TTRIII manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd., and used Cu-Kα rays under the conditions of 50 kV, 50 mA, and 2θ = 2 ° to measure the above-mentioned co-catalyst sample ( Powder X-ray diffraction (XRD) of the example product and the comparative example product was performed. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9 show the diffraction pattern of the X-ray diffraction.
図5の(a)は実施例品1〜実施例品3のうちの代表例として実施例品1の回折パターンを示し、図5(a)において、実施例品1の回折パターンにおける29°、34°、49°、59°、62°のピークは黒丸印で示す正方晶ジルコニア由来のピークに帰属することができる。図5(b)は、2θ=30°付近における、上記実施例品1の回折パターン(1点鎖線)とその実施例品1に使用したコアの回折パターン(実線)とを重ねて示す図である。図5(b)には、互いに隣接するセリア由来のピークとジルコニア由来のピークが相互に結びつき、たとえば2θ=30°のセリア由来のピークがジルコニア由来のピークに結びついてほぼ見られなくなっていて1つのピークを形成しており、セリアとジルコニアとが相互に固溶していることが示されている。実施例品1は、ジルコニアに比較して、ピークの回折角が小さい側の裾野が広がっている特徴がある。このような特徴は、回折パターンの他のピークにおいても同様である。 FIG. 5A shows the diffraction pattern of Example product 1 as a representative example of Example product 1 to Example product 3, and in FIG. 5A, 29 ° in the diffraction pattern of Example product 1 The peaks at 34 °, 49 °, 59 °, and 62 ° can be attributed to the peaks derived from tetragonal zirconia indicated by black circles. FIG. 5B is a diagram showing the diffraction pattern (dashed line) of Example Product 1 and the diffraction pattern (solid line) of the core used in Example Product 1 in the vicinity of 2θ = 30 ° in an overlapping manner. is there. In FIG. 5 (b), peaks derived from ceria and peaks derived from zirconia, which are adjacent to each other, are linked to each other. For example, a peak derived from ceria at 2θ = 30 ° is linked to a peak derived from zirconia and is almost invisible. It forms two peaks, indicating that ceria and zirconia are in solid solution with each other. Example product 1 is characterized in that the base on the side where the peak diffraction angle is small is wider than that of zirconia. Such characteristics are the same for other peaks of the diffraction pattern.
図7は、比較例品2の回折パターンを示している。図7中の黒菱印のピークは、酸化セリウム(セリア)の回折パターンに帰属される。黒菱印のピークと黒丸印で示される正方晶ジルコニア由来のピークとは相互に結びついておらず、セリアとジルコニアとの固溶が進んでいない状態が示されている。 FIG. 7 shows the diffraction pattern of Comparative Example Product 2. The peak of the black rhombus in FIG. 7 is attributed to the diffraction pattern of cerium oxide (ceria). The peaks marked with black rhombus and the peaks derived from tetragonal zirconia indicated by black circles are not linked to each other, indicating that the solid solution between ceria and zirconia has not progressed.
図8は、比較例品3の回折パターンを示している。図8中の黒逆三角印は、セリアジルコニア固溶体のピークを示している。これにより、比較例品3は、セリアジルコニアの均一固溶体から構成されていることが示される。 FIG. 8 shows the diffraction pattern of Comparative Example Product 3. The black inverted triangle mark in FIG. 8 indicates the peak of the ceria zirconia solid solution. This indicates that Comparative Example Product 3 is composed of a uniform solid solution of ceria zirconia.
図9は、図5(a)に示される実施例品1の回折パターン(1点鎖線)、図7に示される比較例品2の回折パターン(破線)、および、図8に示される比較例品3の回折パターン(実線)を共通の横軸(回折角軸)上に相互に重ねたものであって、回折角2θ=30°付近を取り出して示す図である。図9において、実線で示される実施例品1の回折パターンは、図5(b)にも示されるように正方晶ジルコニアの回折パターンと似ているが、ピークの裾野が低回折角側へ広がっている。1点鎖線で示される比較例品2の回折パターンでは、正方晶ジルコニア由来のピークと酸化セリウム(セリア)由来のピークとが離れて表れていて、固溶していないセリアの存在が多いと推定される。2点鎖線で示される比較例品3の回折パターンでは、正方晶ジルコニア由来のピークと酸化セリウム(セリア)由来のピークとの間にピークが表れていて、ほとんどのセリアが固溶していることが推定される。 9 shows the diffraction pattern of Example product 1 (dashed line) shown in FIG. 5A, the diffraction pattern of Comparative Example product 2 shown in FIG. 7 (broken line), and the comparative example shown in FIG. It is a figure which superimposes the diffraction pattern (solid line) of the product 3 on a common horizontal axis (diffraction angle axis), and takes out the diffraction angle around 2θ = 30 °. In FIG. 9, the diffraction pattern of Example Product 1 shown by the solid line is similar to the diffraction pattern of tetragonal zirconia as shown in FIG. 5 (b), but the base of the peak spreads toward the low diffraction angle side. ing. In the diffraction pattern of Comparative Example Product 2 shown by the alternate long and short dash line, the peak derived from tetragonal zirconia and the peak derived from cerium oxide (ceria) appear apart, and it is estimated that there are many undissolved ceria. Will be done. In the diffraction pattern of Comparative Example Product 3 shown by the alternate long and short dash line, a peak appears between the peak derived from tetragonal zirconia and the peak derived from cerium oxide (ceria), and most of the ceria is dissolved. Is estimated.
図10は、上記の実施例品1〜実施例品7、比較例品1〜比較例品3のそれぞれの、コア平均一次粒子径(nm)、シェルにおけるCeO2とZrO2との重量比、全組成(酸化物重量比)、酸素放出特性のピークを示す温度Tcz(℃)、シェルのセリアのうち、ジルコニアと固溶していない割合(重量%)、1000℃耐久焼成後の比表面積(m2/g)、および、セリウム利用率(%)を示す図表である。図10において、実施例品1〜実施例品7は、コア平均一次粒子径が5〜50nmである。また、実施例品1〜実施例品7は、比較例品1〜比較例品3に対して、固溶していない割合が10〜20%であり、1000℃耐久焼成後の比表面積が41(m2/g)以上であって相対的に大きく、Ce利用率が95%以上であって相対的に大きい。 FIG. 10 shows the core average primary particle diameter (nm) of each of the above-mentioned Example products 1 to 7 and Comparative Example products 1 to 3 and the weight ratio of CeO 2 and ZrO 2 in the shell. Overall composition (oxide weight ratio), temperature Tcz (° C) showing peak oxygen release characteristics, ratio of shell cerium that is not solid-dissolved with zirconia (% by weight), specific surface area after endurance firing at 1000 ° C (%) It is a chart which shows m 2 / g) and cerium utilization rate (%). In FIG. 10, the core average primary particle diameter of Examples 1 to 7 is 5 to 50 nm. Further, in Examples 1 to 7, the ratio of non-solid solution to Comparative Examples 1 to 3 is 10 to 20%, and the specific surface area after endurance firing at 1000 ° C. is 41. It is (m 2 / g) or more and relatively large, and the Ce utilization rate is 95% or more and relatively large.
コア平均一次粒子(ジルコニア)の径dとコアの比表面積Rsとの関係は、次の(3)式によって示される。(3)式において、一次粒子の表面積をS、質量をM、ジルコニアの密度をρとしている。
Rs=S/M=6/ρ×d ・・・ (3)
ジルコニアの密度ρを6(g/cm3)としたとき、(3)式からジルコニアの粒子径がd=1μmの場合は、比表面積Rsは1m2/gであるから、ジルコニアの粒子径がd=5nmの場合は、比表面積Rsは200m2/gであると推定される。すなわち、コア平均一次粒子径が5〜50nmであるとき、コアの比表面積は20〜200m2/gであると推定される。
The relationship between the diameter d of the core average primary particles (zirconia) and the specific surface area Rs of the core is shown by the following equation (3). In equation (3), the surface area of the primary particles is S, the mass is M, and the density of zirconia is ρ.
Rs = S / M = 6 / ρ × d ・ ・ ・ (3)
When the density ρ of zirconia is 6 (g / cm 3 ), when the particle size of zirconia is d = 1 μm from Eq. (3), the specific surface area Rs is 1 m 2 / g, so the particle size of zirconia is When d = 5 nm, the specific surface area Rs is estimated to be 200 m 2 / g. That is, when the average primary particle size of the core is 5 to 50 nm, the specific surface area of the core is estimated to be 20 to 200 m 2 / g.
また、図10において、実施例品1〜実施例品7のXRDでは、30°付近のピークが割れておらず単一のピークを示すが、左右非対称の形をしており、左右幅比は55:45〜70:30となっている。比較例品1および2のXRDでは、30°付近のピークが割れている。比較例品3は割れていないが、左右幅比が51:49である。XRDでは、30°付近にはジルコニア由来のピークが存在し、28.5°付近にはセリア由来のピークが存在し、セリアとジルコニアとが固溶すると、それら28.5°付近と30°付近との間にピークが検出される。比較例品2では、ジルコニア由来のピークとセリア由来のピークがそれぞれ存在していることから、セリアとジルコニアとの固溶はあまり進んでいないと推察される。一方、比較例品3では、セリアとジルコニアとがほぼすべて固溶しているため、左右幅比が51:49となっている。実施例品1では、固溶していないセリアが少量存在しているため、ピークが低角側に広がるので、固溶していないセリアの存在量に応じてピークの左右幅比が変わる。セリアのジルコニアと固溶していない割合が高い場合には、セリア粒子同士が結合して大きな粒子となり、比表面積が小さくなってCe利用率が低下する。 Further, in FIG. 10, in the XRD of Example products 1 to 7, the peak near 30 ° is not broken and shows a single peak, but it has a left-right asymmetric shape and the left-right width ratio is It is from 55:45 to 70:30. In the XRDs of Comparative Examples Products 1 and 2, the peak near 30 ° is broken. Comparative Example product 3 is not cracked, but has a left-right width ratio of 51:49. In XRD, there is a peak derived from zirconia near 30 °, a peak derived from ceria near 28.5 °, and when ceria and zirconia are solid-solved, they are around 28.5 ° and around 30 °. A peak is detected between and. In Comparative Example Product 2, since the peak derived from zirconia and the peak derived from ceria are present, it is presumed that the solid solution between ceria and zirconia is not so advanced. On the other hand, in Comparative Example Product 3, since ceria and zirconia are almost all dissolved in solid solution, the lateral width ratio is 51:49. In Example product 1, since a small amount of undissolved ceria is present, the peak spreads to the low angle side, so that the lateral width ratio of the peak changes according to the abundance of undissolved ceria. When the proportion of ceria that is not solid-solved with zirconia is high, the ceria particles are bonded to each other to form large particles, the specific surface area is reduced, and the Ce utilization rate is lowered.
上述のように、本実施例の助触媒10によれば、シェル14の主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=25:75〜60:40の範囲内とされ、シェル14に含まれるセリアのうちのジルコニアと固溶していない割合は、10から20重量%の範囲内とされているので、酸素放出特性すなわち還元ガスの熱伝導度の経時変化曲線(TPR曲線)においてピークを示す温度Tczが低くなり、且つCe利用率が高い助触媒が得られる。
As described above, according to the co-catalyst 10 of this example, the composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the
また、本実施例の助触媒10によれば、コア12は、酸素の移動が容易な正方晶の結晶構造を有している。セリアジルコニアを主成分とするシェル14を担持するコア12が正方晶の結晶構造であるために、高い耐久性が得られる。また、コア12は酸素の移動し易い正方晶の結晶構造であることから、高い酸素吸蔵放出能が得られ、且つCe利用率が高くなる。
Further, according to the co-catalyst 10 of this example, the
また、本実施例の自動車排ガス浄化用助触媒の製造方法は、(a)オキシ塩化ジルコニウム八水和物(水溶性ジルコニウム塩)および硝酸ランタン六水和物(水溶性ランタン塩)を蒸留水に溶解する溶解工程P1と、(b)溶解工程P1により得られた液にアンモニア水や水酸化カリウム等(沈殿剤)を加えて第1沈殿物を生成させる第1沈殿物生成工程P3と、(c)第1沈殿物生成工程P3により得られた第1沈殿物に水熱処理を加える第1水熱処理工程P4と、(d)第1水熱処理工程P4により水熱処理された第1水熱反応物の乾燥物を仮焼し、コア粉末を得る第1仮焼工程P7と、(e)前記コア粉末と、蒸留水、オキシ塩化ジルコニウム八水和物(水溶性ジルコニウム塩)および硝酸二アンモニウムセリウム(水溶性セリウム塩)と混合する混合工程P8と、(f)混合工程P8により得られた混合液にアンモニア水や水酸化カリウム等(沈殿剤)を加えて第2沈殿物を生成させる第2沈殿物生成工程P10と、(g)第2沈殿物生成工程P10により生成された第2沈殿物に水熱処理を加える第2水熱処理工程P11と、(h)第2水熱処理工程P11により水熱処理された第2水熱反応物の乾燥物を仮焼し、ジルコニアを主成分とするコアの表面にセリアジルコニアを主成分とするシェルが固着された粒子を得る第2仮焼工程P14とを、含む。このことから、自動車排ガス浄化用の助触媒10が好適に得られる。
Further, in the method for producing the auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas in this example, (a) zirconium oxychloride octahydrate (water-soluble zirconium salt) and lanthanum nitrate hexahydrate (water-soluble lanthanum salt) are used as distilled water. Dissolving step P1 to dissolve, and (b) first precipitate forming step P3 to form a first precipitate by adding aqueous ammonia, potassium hydroxide, etc. (precipitant) to the liquid obtained in the dissolving step P1. c) A first hydrothermal reaction P4 in which a hydrothermal treatment is applied to the first precipitate obtained in the first precipitate formation step P3, and (d) a first hydrothermal reaction product hydrothermally treated in the first hydrothermal treatment step P4. The first calcining step P7 to obtain a core powder by calcining the dried product of the above, and (e) the core powder, distilled water, zirconium oxychloride octahydrate (water-soluble zirconium salt), and diammonium cerium nitrate (cerium nitrate). A second precipitate that produces a second precipitate by adding aqueous ammonia, potassium hydroxide, etc. (precipitant) to the mixed solution obtained in the mixing step P8 to mix with the water-soluble cerium salt) and (f) mixing step P8. The product formation step P10, the second hydrothermal treatment step P11 for adding hydrothermal treatment to the second precipitate produced by (g) the second precipitate formation step P10, and (h) the second hydrothermal treatment step P11 for hydrothermal treatment. Including the second calcining step P14, in which the dried product of the second hydrothermal reaction product is calcined to obtain particles in which a shell containing ceria zirconia is fixed to the surface of a core containing zirconia as a main component. .. From this, the
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。 Although the examples of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the present invention also applies to other aspects.
本実施例の助触媒10は、触媒活性物質である白金14と共にハニカム状の触媒装置本体に担持されるが、白金14に代えて例えば、パラジウム、ロジウム等の触媒が使用されても良い。
The co-catalyst 10 of this embodiment is supported on a honeycomb-shaped catalyst device main body together with
また、本実施例の助触媒10において、前述の実施例品1の溶解工程P1では、水溶性ジルコニウム塩として「オキシ塩化ジルコニウム八水和物」が用いられ、水溶性ランタン塩として「硝酸ランタン六水和物」が用いられていたが、それらは例示であり、実施例7の様に、他のものが用いられてもよい。要するに、溶解工程P1では、水溶性ジルコニウム塩と共に、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジムのうちの少なくとも1種の水溶性塩が溶解され得る。また、第1沈殿物生成工程P3および第2沈殿物生成工程P10では、沈殿剤としてアンモニア水や水酸化カリウム等が用いられていたが、それらは例示であり、他のものが用いられてもよい。また、混合工程P8では、水溶性ジルコニウム塩としてオキシ塩化ジルコニウム八水和物が用いられ、水溶性セリウム塩として硝酸二アンモニウムセリウムが用いられていたが、それらは例示であり、他のものが用いられてもよい。 Further, in the co-catalyst 10 of this example, in the dissolution step P1 of the above-mentioned Example product 1, "zirconium oxychloride octahydrate" is used as the water-soluble zirconium salt, and "lantern six nitrate" is used as the water-soluble lanthanum salt. "Hydrates" have been used, but they are examples, and others may be used, as in Example 7. In short, in the dissolution step P1, at least one of yttrium, lanthanum, praseodymium, and neodymium can be dissolved together with the water-soluble zirconium salt. Further, in the first precipitate forming step P3 and the second precipitate forming step P10, aqueous ammonia, potassium hydroxide and the like were used as the precipitating agent, but these are examples, and other ones may be used. Good. Further, in the mixing step P8, zirconium oxychloride octahydrate was used as the water-soluble zirconium salt, and diammonium cerium nitrate was used as the water-soluble cerium salt, but these are examples, and others are used. May be done.
また、前述の図2の第1仮焼工程P7では、750℃−3時間の焼成条件が用いられ、図3の第2仮焼工程P14では、800℃−3時間の焼成条件が用いられたが、それらは例示であり、それらの温度よりも低い温度、例えば300℃、400℃という温度が、1時間或いは2時間という焼成時間が用いられてもよい。 Further, in the first calcining step P7 of FIG. 2 described above, the firing conditions of 750 ° C. for 3 hours were used, and in the second calcining step P14 of FIG. 3, the firing conditions of 800 ° C. for 3 hours were used. However, they are exemplary, and temperatures lower than those temperatures, such as 300 ° C. and 400 ° C., may be used for firing times of 1 hour or 2 hours.
また、前述の図3の混合工程P8において、ボールミルの混合時間は18時間であったが、これよりも短い時間、例えば1時間或いは2時間であってもよい。 Further, in the mixing step P8 of FIG. 3 described above, the mixing time of the ball mill was 18 hours, but it may be shorter than this, for example, 1 hour or 2 hours.
また、前述の図2の第1水熱処理工程P4、および、図3の第2水熱処理工程P11において、処理条件はそれぞれ180℃−5時間であったが、これよりも低い温度、短い時間であってもよい。 Further, in the first hydrothermal treatment step P4 of FIG. 2 and the second hydrothermal treatment step P11 of FIG. 3, the treatment conditions were 180 ° C. to 5 hours, respectively, but the temperature was lower than this and the time was shorter. There may be.
また、前述の図2のコア製造工程、図3のシェル製造工程において、希土類元素等が添加されることにより、コア或いはシェルに希土類元素等の他の元素が含まれていてもよい。 Further, in the core manufacturing step of FIG. 2 and the shell manufacturing step of FIG. 3 described above, other elements such as rare earth elements may be contained in the core or shell by adding a rare earth element or the like.
また、前述の実施例品1では、混合工程P8において、水溶性ジルコニウム塩である「オキシ塩化ジルコニウム八水和物」と、水溶性セリウム塩である「硝酸二アンモニウムセリウム」とが用いられたが、実施例品4から6の様に「硝酸ランタン六水和物」、「硝酸ネオジム六水和物」、「塩化イットリウム六水和物」がさらに用いられたり、「プラセオジム」の水溶性塩が用いられても同様な結果が得られる。要するに、混合工程P8では、水溶性ジルコニウム塩および水溶性セリウム塩と共に、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジムのうちの少なくとも1種の水溶性塩がさらに混合され得る。 Further, in the above-mentioned Example Product 1, in the mixing step P8, "zirconium oxychloride octahydrate" which is a water-soluble zirconium salt and "diamium cerium nitrate" which is a water-soluble cerium salt were used. , "Lanthanum nitrate hexahydrate", "Neodymium nitrate hexahydrate", "Ithrium chloride hexahydrate" are further used as in Examples 4 to 6, and water-soluble salts of "praseodymium" are used. Similar results can be obtained when used. In short, in the mixing step P8, at least one of yttrium, lanthanum, praseodymium, and neodymium can be further mixed with the water-soluble zirconium salt and the water-soluble cerium salt.
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。 It should be noted that the above is only one embodiment, and the present invention can be carried out in a mode in which various changes and improvements are made based on the knowledge of those skilled in the art.
10:助触媒
12:コア
14:シェル
L1:中心線
L2:左端線
L3:右端線
L4:基線
P1:溶解工程
P3:第1沈殿物生成工程
P4:第1水熱処理工程
P7:第1仮焼工程
P8:混合工程
P10:第2沈殿物生成工程
P11:第2水熱処理工程
P14:第2仮焼工程
10: Auxiliary catalyst 12: Core 14: Shell L1: Center line L2: Left end line L3: Right end line L4: Base line P1: Melting step P3: First precipitate formation step P4: First hydrothermal treatment step P7: First calcining Step P8: Mixing step P10: Second sediment formation step P11: Second hydrothermal treatment step P14: Second calcining step
Claims (5)
前記シェルの主成分であるセリアジルコニアの組成比は、酸化物重量比でセリア:ジルコニア=25:75〜60:40であり、
前記シェルに含まれる前記セリアのうち、前記シェルに含まれる前記ジルコニアと固溶していない割合は、10〜20重量%であり、
前記コアは正方晶の結晶構造を有する
ことを特徴とする自動車排ガス浄化用助触媒。 An auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas, which is composed of a core containing zirconia as a main component and a shell fixed to the surface of the core and containing ceria zirconia as a main component.
The composition ratio of ceria zirconia, which is the main component of the shell, is ceria: zirconia = 25:75 to 60:40 in terms of oxide weight ratio.
The proportion of the ceria contained in the shell that is not solid-solved with the zirconia contained in the shell is 10 to 20% by weight.
The core is an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas, which is characterized by having a tetragonal crystal structure.
ことを特徴とする請求項1の自動車排ガス浄化用助触媒。 The auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas according to claim 1, wherein the core has an average primary particle diameter of 5 to 50 nm.
ことを特徴とする請求項1又は2の自動車排ガス浄化用助触媒。 In the powder X-ray diffraction pattern of ceria zirconia, the vertical axis passing through the point where the X-ray intensity is maximum is the center line, and the vertical axis passing through the two points where the left and right slopes are zero is the left end line and the right end line, respectively. With the straight line passing through the two points where the slope becomes zero as the baseline, the length between the center line and the left end line and the length between the center line and the right end line on the baseline. The auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas according to claim 1 or 2, wherein the lateral width ratio of the ceria zirconia is 55:45 to 70:30, where the ratio is the lateral width ratio.
水溶性ジルコニウム塩およびイットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジムのうち少なくとも1種の水溶性塩を蒸留水に溶解する溶解工程と、
前記溶解工程により得られた液に沈殿剤を加えて第1沈殿物を生成させる第1沈殿物生成工程と、
前記第1沈殿物生成工程により得られた前記第1沈殿物に水熱処理を加える第1水熱処理工程と、
前記第1水熱処理工程により水熱処理された第1水熱反応物の乾燥物を仮焼し、結晶化したコア粉末を得る第1仮焼工程と、
前記コア粉末と、蒸留水と、水溶性ジルコニウム塩と、水溶性セリウム塩とを混合する混合工程と、
前記混合工程により得られた混合液に沈殿剤を加えて第2沈殿物を生成させる第2沈殿物生成工程と、
前記第2沈殿物生成工程により生成された前記第2沈殿物に水熱処理を加える第2水熱処理工程と、
前記第2水熱処理工程により水熱処理された第2水熱反応物の乾燥物を仮焼し、ジルコニアを主成分とするコアの表面にセリアジルコニアを主成分とするシェルが固着された自動車排ガス浄化用助触媒の粒子を得る第2仮焼工程とを、含む、
ことを特徴とする自動車排ガス浄化用助触媒の製造方法。 The method for producing an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas according to any one of claims 1 to 3.
A dissolution step of dissolving the water-soluble zirconium salt and at least one of yttrium, lanthanum, praseodymium, and neodymium in distilled water.
A first precipitate forming step of adding a precipitating agent to the liquid obtained by the dissolution step to form a first precipitate, and
A first hydrothermal treatment step of adding a hydrothermal treatment to the first precipitate obtained by the first precipitate formation step,
The first calcining step of calcining the dried product of the first hydrothermal reaction product hydrothermally heat-treated by the first hydrothermal treatment step to obtain a crystallized core powder.
A mixing step of mixing the core powder, distilled water, a water-soluble zirconium salt, and a water-soluble cerium salt.
A second precipitate forming step of adding a precipitating agent to the mixed solution obtained by the mixing step to form a second precipitate, and a second precipitate forming step.
A second hydrothermal treatment step of adding a hydrothermal treatment to the second precipitate produced by the second precipitate forming step, and a second hydrothermal treatment step.
The dried product of the second hydrothermal reaction product hydrothermally heat-treated in the second hydrothermal treatment step is calcined, and a shell containing ceria zirconia as a main component is fixed on the surface of a core containing zirconia as a main component to purify automobile exhaust gas. Including a second calcining step of obtaining particles of the auxiliary catalyst,
A method for manufacturing an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas, which is characterized in that.
ことを特徴とする請求項4の自動車排ガス浄化用助触媒の製造方法。
The method for producing an auxiliary catalyst for purifying automobile exhaust gas according to claim 4, wherein the mixing step further mixes at least one water-soluble salt of yttrium, lanthanum, praseodymium, and neodymium.
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