JPH0775735A - 高温耐熱性触媒担体 - Google Patents
高温耐熱性触媒担体Info
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Abstract
体を提供する。 【構成】 下式 Mex Aly Oz (上式中、Meはアルカリ金属、アルカリ土類金属及び
希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元
素であり、y/x=4〜24であり、zはMe、x及びy
により決まる値である)で表される、層状アルミネート
構造の前駆体であり、かつ結晶化しない温度で熱処理さ
れた非晶質組成物からなる高温耐熱性触媒担体。
Description
詳細には、高温耐熱性に優れた窒素酸化物吸収分解型触
媒担体に関する。
れ、特に自動車の普及に伴い、その排気ガスが問題とな
り、種々の規制が適用された。このため、初期において
はエンジンの改良、リアクター方式、触媒方式等、種々
の方式が適用されたが、現在では、排気ガス処理を最も
効率よく行うことのできる触媒方式が主流となってい
る。
ドに直に装着されているか又は車両の床下に装着されて
いる。現在用いられている触媒コンバーターは「モリノ
ス型」と呼ばれるものであり、これは、排気ガスの流れ
方向に多数の貫通孔(セル)が形成されており、各セル
の内面にウォシュコート層が設けられている。このウォ
シュコート層が、排気ガスを浄化する触媒の実質的部分
である。
(Rh)、パラジウム(Pd)等の貴金属が知られてお
り、これらはアルミナ(Al2O3)のような多孔質で大きな
表面積を有する担体表面に微粒子として分散している。
排気ガスはアルミナの微細孔内に拡散し、触媒表面にお
いて触媒反応が行われる。このような触媒反応は貴金属
粒子の表面において行われるため、この貴金属粒子はで
きるだけ小さい粒子であることが好ましい。
温度領域では貴金属粒子が凝集し、触媒表面積が減少し
てしまう。また、1000℃以上の高温では、担体として現
在用いられているγ-Al2O3はα-Al2O3に構造転移し、表
面積が低下し、微細孔が消失してしまう。従って、この
α化を防止するため、希土類元素を添加したものが開発
されたが、このような触媒においても、その耐久性は80
0 ℃程度までが限界であり、それ以上の温度においては
満足な結果は得られなかった。
るマグネトプラムバイト型層状アルミネート構造の担体
が開発された(特開平2−78438号公報)。この担
体はアルカリ土類金属酸化物とアルミニウム酸化物を含
有してなり、高温下においてアルカリ土類金属と酸化ア
ルミニウムの間の反応がなく、比表面積の低下及び活性
の低下はみられない。しかし、層状アルミネートの構造
をとっているため、活性種の活性そのものが低下してし
まい、比表面積自体が小さくなり、十分な触媒機能が得
られなくなってしまう。
担体の有する前記の如き欠点を解消し、十分な高温耐熱
性を有する触媒担体を提供するものである。
媒担体の有する前記の問題点を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、層状アルミネート構造の前駆体により無定形
の非晶質構造を構成すると、比表面積が大きく、また構
造の自由度のため活性種の低下がないので十分な触媒機
能が得られることを見出し、本発明を完成した。
希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元
素であり、y/x=4〜24であり、zはMe、x及びy
により決まる値である)で表される、層状アルミネート
構造の前駆体でありかつ結晶化しない温度で熱処理され
た非晶質組成物からなるものであることを特徴とする触
媒担体を提供する。
媒担体であって、Meが2種類以上の元素からなり、前
記元素は共に六配位のイオン半径が0.95Å以上であり、
かつ前記元素の間のイオン半径の差が、最大のイオン半
径を有する元素と他の元素との間において0.3 Å以上で
あることを特徴とする触媒担体を提供する。
持させ、燃焼ガスをリーン−ストイキ交互に制御するこ
とにより、排気ガス中のNOx が吸蔵還元される。非晶
質粉末中のNOx 吸蔵元素(Me)は優れたNOx 吸蔵
能力を有し、Al2 O3にNOx 吸蔵元素を担持させた
ものと同等の性能を示す。しかも、本発明の非晶質触媒
担体では、結晶化しない温度においてはNOx 吸蔵元素
が担体のAl2 O 3 と安定な化合物を形成しないため、
NOx 吸蔵能力が低下しない。
は、NOx 吸蔵元素が担体中に高分散状態で混入されて
いるため、硫黄被毒時において硫酸塩の粒成長が起こり
にくく、従って優れた分解再生性を有している。
吸蔵元素のイオン半径が大きい場合、このNOx 吸蔵元
素が担体のAl2 O3 の相変化を抑制するため、高温で
高比表面積の粉末が得られる。さらに、イオン半径の差
が一定以上である2種以上のNOx 吸蔵元素が存在する
ことにより、層状アルミネートの結晶化が抑制され、こ
のイオン半径の違いにより層状構造に歪みが生じ、その
結果として比表面積の高い粉末が得られる。
担体は、いわゆるゾル・ゲル法によって製造される。す
なわち、アルミニウムアルコキシドと金属もしくは金属
酸化物とを上記式の比で用い溶液とし、この溶液を還流
下で攪拌してアルコキシドの加水分解と重縮合を行わせ
る。すると金属酸化物の粒子が生成して溶液はゾルとな
る。さらに反応が進むと全体が固まったゲルとなる。こ
のゲルを加熱することにより、上記式で表される非晶質
組成物が得られる。
(Al/Me)は、モル比で4〜24であり、好ましくは
9〜15、より好ましくは10〜13である。この比が24よ
り大きいとNOx 吸蔵元素が少なすぎて初期浄化能が40
%以下となり、効果が低い。一方、この比が4より小さ
いと、硫黄被毒時において硫酸塩が多く形成し、耐久浄
化能の低下が大きくなる。
進行する。上記比が9〜15の範囲においては問題はない
が、この範囲を越える場合、NOx 吸蔵元素の分散性が
悪くなり、その結果、硫黄被毒時において硫酸塩の粒成
長がおこりやくなる。そこで、加水分解速度を制御する
ことによりNOx 吸蔵元素の分散性を高め、硫黄被毒時
における硫酸塩の粒成長を抑え、耐久浄化能の低下を防
ぐ。
及び反応抑制剤の添加によって行われる。反応抑制剤と
しては、β−ジケトン(例えば2,4-ペンタジエン)、β
−ケト酸エステル(例えばアセト酢酸エチル)、アルカ
ノールアミン(例えばトリエタノールアミン)等を用い
ることができる。このような加水分解の制御により、4
〜24の上記比の範囲でアルミニウムとMeを用いること
が可能になる。
を結晶化しない温度、例えば 800〜1100℃において熱処
理することにより、本発明の層状アルミネート構造の前
駆体である触媒担体が得られる。
土類金属及び希土類元素は特に限定されず各種のものを
用いることができる。本発明において、前記元素は2種
以上の元素からなり、前記元素は共に六配位のイオン半
径が0.95Å以上であり、かつ前記元素の間のイオン半径
の差が、最大のイオン半径を有する元素と他の元素との
間において0.3 Å以上であることが好ましい。このよう
な元素の例及びそのイオン半径を以下の表1に示す。
の大きな元素に対しイオン半径の小さな元素は10〜40%
含まれることが好ましい。より比表面積の大きなものが
得られるからである。
させることにより有効な窒素酸化物吸収分解型、高温耐
熱性触媒が得られる。貴金属を担持させる方法は特に限
定されず、従来用いられている方法、例えば含浸法、等
を用いることができる。こうして形成された触媒は、燃
焼ガスをリーン、ストイキを交互に制御することにより
NOx を吸収分解する。本発明の触媒担体である無定形
粉末中のBaもしくはKはリーン排気ガス中でNOx を
吸収する性能に優れ、Al2 O3 にBaもしくはKをコ
ーティングしたものと同等の性能を示す。しかも1100℃
以下であれば、高温に曝されてもBaもしくはKは安定
な化合物を形成しないので、NOx 吸収能は低下しな
い。
本発明はこれらに制限されるものではない。実施例1 金属バリウム4.3g(0.031モル)を50mlの2-プロパノール
の溶解した溶液を、80℃においてアルミニウムトリイソ
プロポキシド76.7g(0.376 モル)を250ml の2-プロパノ
ールに溶解した溶液と混合した(Al/Ba=12)。こ
の混合溶液を80℃において5時間還流攪拌し、その後こ
の溶液にイオン交換水12.8mlと2-プロパノール55mlの混
合溶液を80℃に保ちながら滴下した。滴下開始後80℃に
保ちながら5時間攪拌し、次いで減圧乾燥し、白色粉末
を得た。この粉末を大気中、800℃において5時間の焼
成を行うことにより、比表面積226m2/g を有する微細粉
末を得た。またX線回折の結果、非晶質構造であること
が確認された。
(Ba(O-i-C3H7)2) を8.0g(0.03 モル) 用いることを除
き、実施例1と同様にして粉末を得た(Al/Ba1
2)。この粉末を大気中、800 ℃において5時間の焼成
を行うことにより、比表面積230m2/g を有する微細粉末
を得た。またX線回折の結果、非晶質構造であることが
確認された。
ンタン1.0g(0.0023 モル) 及び酢酸カリウム0.3g(0.003
5 モル) を50mlの2-プロパノールに溶解した溶液を、80
℃においてアルミニウムトリイソプロポキシド76.7g(0.
376 モル) を250ml の2-プロパノールに溶解した溶液に
混合し、その後の処理は実施例1と同様にして粉末を得
た(Al/(Ba+La+K)=12)。この粉末を大気
中、800℃において5時間の焼成を行うことにより、比
表面積235m2/g を有する微細粉末を得た。またX線回折
の結果、非晶質構造であることが確認された。
カルシウム2.0g(0.012モル) を50mlの2-プロパノールに
溶解した溶液を、80℃においてアルミニウムトリイソプ
ロポキシド76.7g(0.376 モル) を250ml の2-プロパノー
ルに溶解した溶液に混合し、その後の処理は実施例1と
同様にして粉末を得た(Al/(Ba+Ca)=12)。
この粉末を大気中、800 ℃において5時間の焼成を行う
ことにより、比表面積218m2/g を有する微細粉末を得
た。またX線回折の結果、非晶質構造であることが確認
された。
の溶解した溶液を、80℃においてアルミニウムトリイソ
プロポキシド76.7g(0.376 モル)を250ml の2-プロパノ
ールに溶解した溶液と混合した(Al/Ba=12)。こ
の混合溶液を80℃において2時間還流攪拌し、その後2,
4-ペンタジオン12.2g を添加し、さらに3時間還流攪拌
を行った。次いでこの溶液を80℃に保ちながらイオン交
換水42.7mlと2-プロパノール182ml の混合溶液を80℃に
保ちながら滴下した。滴下開始後80℃に保ちながら5時
間攪拌し、次いで減圧乾燥し、白色粉末を得た。この粉
末を大気中、800 ℃において5時間の焼成を行うことに
より、比表面積236m2/g を有する微細粉末を得た。また
X線回折の結果、非晶質構造であることが確認された。
ンタン1.0g(0.0023 モル) 及び酢酸カリウム0.3g(0.003
5 モル) を50mlの2-プロパノールに溶解した溶液を、80
℃においてアルミニウムトリイソプロポキシド76.7g(0.
376 モル) を250ml の2-プロパノールに溶解した溶液に
混合し(実施例3と同様)、その後の処理は実施例5と
同様にして粉末を得た。この粉末を大気中、800 ℃にお
いて5時間の焼成を行うことにより、比表面積241m2/g
を有する微細粉末を得た。またX線回折の結果、非晶質
構造であることが確認された。
の2-プロパノールに溶解した溶液を、80℃においてアル
ミニウムトリイソプロポキシド53.4g(0.262 モル) を25
0ml の2-プロパノールに溶解した溶液と混合した(Al
/Ba=6)。この混合溶液を80℃において2時間還流
攪拌した後、2,4-ペンタジオン9.2gを添加し、さらに3
時間還流攪拌を行った。次いでこの溶液を80℃に保ちな
がらイオン交換水31.4mlと2-プロパノール134ml の混合
溶液を滴下した。滴下開始後80℃に保ちながら5時間攪
拌し、次いで減圧乾燥し、白色粉末を得た。この粉末を
大気中、800 ℃において5時間の焼成を行うことによ
り、比表面積153m2/g を有する微細粉末を得た。またX
線回折の結果、非晶質構造であることが確認された。
の2-プロパノールに溶解した溶液を、80℃においてアル
ミニウムトリイソプロポキシド71.1g(0.349 モル) を25
0ml の2-プロパノールに溶解した溶液と混合した(Al
/Ba=24)。この混合溶液を80℃において2時間還流
攪拌した後、2,4-ペンタジオン10.9g を添加し、さらに
3時間還流攪拌を行った。次いでこの溶液を80℃に保ち
ながらイオン交換水38.7mlと2-プロパノール165ml の混
合溶液を滴下した。滴下開始後80℃に保ちながら5時間
攪拌し、次いで減圧乾燥し、白色粉末を得た。この粉末
を大気中、800 ℃において5時間の焼成を行うことによ
り、比表面積228m2/g を有する微細粉末を得た。またX
線回折の結果、非晶質構造であることが確認された。
の粉末を250ml のジニトロジアミンPt硝酸塩水溶液
(Pt量:0.003mol) 中に含浸し、室温において1時間
攪拌機で攪拌した。このスラリーを遠心分離機により粉
末と上澄液に分離し、上澄液を廃棄した。得られた粉末
を120 ℃において12時間乾燥し、さらに250 ℃において
1時間熱処理を行った。元素分析により、Ptは担体粉
末に対し、1.02重量%担持されていた。
下の方法によりハニカム担体にコーティングした。前記
粉末100gにアルミナゾル3g 、硝酸アルミニウム40%水
溶液50g 及び水108gを加えてスラリーを調製した。この
スラリーにコージェライト製ハニカム担体(外容積1リ
ットル)を浸漬し、過剰のスラリーを吹き払う方法によ
って前記スラリーをハニカム担体にコートし、120 ℃に
おいて3時間乾燥後、500 ℃において1時間電気炉で焼
成し、触媒試料を得た。
いて、新品触媒の浄化性能及びモデルガス(リーン)80
0 ℃×24時間の耐久後の浄化性能を以下の条件において
評価した。
%、H2O :3%、NO:1000ppm 、SO2 :50ppm 、N2:残
部 ストイキ CO:1.05%、C3H8:1000ppm 、CO2 :10.0%、O2:変動 H2O :10%、NO:2000ppm 、SO2 :50ppm 、N2:残部 (2) 空間速度:200000 h-1
し、ハニカム内を300 ℃に保持した状態においてモデル
ガスをこのハニカム内に流す。そしてハニカム通過後の
ガスを分析する。リーン1分−ストイキ1分を2回繰り
返した4分間のガス成分の平均量と4分間に流したモデ
ルガス量から、浄化された量を算出する。こうして、30
0 ℃でのCO、HC、NOx の平均浄化率を測定した。
結果を以下の表2に示す。また、耐久後のBaSO4 生
成量をX線回折ピーク強度により評価した。この結果も
表2に示す。
を担持させた。この粉末を25wt%Baとなるように調製
した酢酸バリウム水溶液内に含浸し、1時間攪拌した
後、遠心分離機により粉末を分離した。この粉末を120
℃において12時間乾燥した後、500/℃において1時間の
熱処理を行った。この粉末を上記と同様にしてハニカム
にコートし、触媒試料を得た後、同様にして評価を行っ
た。
ルに溶解した溶液を、80℃においてアルミニウムトリイ
ソプロポキシド65.0g(0.319 モル) を250ml の2-プロパ
ノールに溶解した溶液と混合した(Al/Ba=2)。
この混合溶液を80℃において2時間還流攪拌した後、2,
4-ペンタンジオン14.3g を添加し、さらに3時間還流攪
拌を行った。この溶液にイオン交換水45.9mlと2-プロパ
ノール195ml の混合溶液を80℃に保ちながら滴下した。
滴下開始後80℃に保ちながら5時間攪拌し、次いで減圧
乾燥し、白色粉末を得た。この粉末を大気中、800 ℃に
おいて5時間の焼成を行うことにより微細粉末を得た。
この粉末の比表面積は34m2/gであった。またX線回折の
結果、BaO・Al2 O3 が生成していることが明らか
となった。
118 モル) 、アルミニウムイソプロポキシドを62.3g(0.
305 モル) 、2,4-ペンタンジオンを9.5g、イオン交換水
を33.9ml、そして2-プロパノールを145ml 用いることを
除き、他は同様にして粉末を得た(Al/Ba=26)。
この粉末を大気中、800 ℃において5時間の焼成を行う
ことにより微細粉末を得た。この粉末の比表面積は215m
2/g であった。またX線回折の結果、非晶質であった。
後の粉末について、上記実施例と同様にしてPtを担持
させ、ハニカムにコートし、触媒試料を得た後、同様に
して評価した。比較例1〜3において得られた結果を表
2に示す。
製造した触媒は初期浄化能が高く、かつ耐久後の浄化能
も高く高温耐熱性に優れている。また、耐久後の硫酸塩
の生成量が低く、優れた分解再生性を有している。
5.3gを用いることを除き、実施例5と同様にして焼成粉
末を得た。
実施例9と同様にして焼成粉末を得た。
実施例9と同様にして焼成粉末を得た。
1g用いることを除き、実施例9と同様にして焼成粉末を
得た。
き、実施例12と同様にして焼成粉末を得た。
き、実施例12と同様にして焼成粉末を得た。
粉末の比表面積を測定し、その結果を以下の表3に示
す。これらの粉末は、X線回折の結果、いずれも結晶性
のピークはみられず、非晶質構造であることが確認され
た。
ルに溶解した溶液を、80℃においてアルミニウムトリイ
ソプロポキシド76.7g(0.376 モル)を250ml の2-プロパ
ノールに溶解した溶液と混合した(Al/Ba=4)。
この混合溶液を80℃において2時間還流攪拌し、その後
2,4-ペンタジオン76.7g を添加し、さらに3時間還流攪
拌を行った。次いでこの溶液を80℃に保ちながらイオン
交換水42.7mlと2-プロパノール202ml の混合溶液を80℃
に保ちながら滴下した。滴下開始後80℃に保ちながら5
時間攪拌し、次いで減圧乾燥し、白色粉末を得た。この
粉末を大気中、800 ℃において5時間の焼成を行うこと
により、比表面積72m2/gを有する微細粉末を得た。また
X線回折の結果、非晶質構造であることが確認された。
比表面積及び同様にして調製した触媒の耐久後の結晶化
時の生成相を調べ、その結果を以下の表4に示す。
倍が好ましい。
媒化し、リーン4分−ストイキ1分の繰り返しにより30
0 ℃でのNOx の平均浄化率を測定した。この結果を図
1に示す。この図から明らかなように、NOx の吸収容
量が多く要求される条件においてはBa量の多い領域に
おいて特に優位性が認められる。
プロポキシバリウム17.0g(0.067 モル) 、エトキシナト
リウム1.13g(0.017 モル) を2-プロパノール中で80℃に
おいて5時間攪拌した(Ba+Na/Al=12)。イオ
ン交換水57.6ml含む200ml の2-プロパノール溶液を1ml
/minで滴下し、加水分解を行った。次いで5時間加熱
し、減圧乾燥した。こうして得られた粉末を1000℃にお
いて5時間焼成を行った。この焼成粉末は260m2/g の比
表面積を有しており、実施例1〜4で得られた粉末より
も高かった。
ビジウム10.3g(0.07モル) 、ジイソプロポキシストロン
チウム6.17g(0.03モル) を2-プロパノール中で80℃にお
いて5時間攪拌した(Rb+Sr/Al=10)。イオン
交換水57.6ml含む200ml の2-プロパノール溶液を1ml/m
inで滴下し、加水分解を行った。次いで5時間加熱し、
減圧乾燥した。こうして得られた粉末を1000℃において
5時間焼成を行った。この焼成粉末は230m2/g の比表面
積を有していた。
粉末を担体として触媒化し、排気ガスの浄化率を測定し
た。すなわち、これらの粉末に硝酸アルミニウム及び水
を加えてスラリーを調製した。このスラリーにコージェ
ライト製ハニカム担体を浸漬し、余分についたスラリー
を吹き払う方法によってスラリーをコートし、120 ℃に
おいて3時間乾燥後、500 ℃で1時間電気炉内で焼成し
た。次いでジニトロアミンPtの硝酸塩溶液に30分含浸
し、粉末100gあたり1gのPtを担持させ、120 ℃にお
いて3時間乾燥後、250 ℃で1時間電気炉内で熱処理し
た。さらに、硝酸Rh水溶液に30分含浸し、粉末100gあ
たり1gのRhを担持させ、120 ℃において3時間乾燥
後、250 ℃で1時間電気炉内で熱処理し、モノリックハ
ニカム触媒を得た。
品触媒の浄化性能を以下の条件において上記のようにし
て測定した。 (1) 評価ガス組成(A/F(空燃比)=18) CO:0.1 %、C3H8:600ppm、H2:0.05%、CO2 :11.5
%、O2: 3.5%、H2O :10%、NO:2500ppm 、N2:残部 (2) 空間速度:200000h -1 この結果を表5に示す。
4.5)の排気ガス中、900 ℃において10時間の耐久処理
を行った後に、A/F=18の浄化率を測定した。この結
果を以下の表6に示す。
24の比とすることにより層状アルミネート構造の前駆体
の非晶質構造となり、比表面積が大きく、また構造の自
由度により活性種の低下がなく、そのため十分な触媒機
能を与える。この層状アルミネート構造の前駆体は他の
アルミナ等の前駆体に比べて結晶化する温度が高いため
十分な高温耐熱性を維持することができる。また、本発
明の触媒担体の製造時において、加水分解速度を制御す
ることにより、NOx 吸蔵元素が高分散状態で含まれる
担体が得られ、硫黄被毒時における硫酸塩の粒成長が起
こりにくく、分解再生性が良好である。さらに、NOx
吸蔵元素として、特定のイオン半径の差を有する2種以
上の元素を用いることにより、より比表面積の高い担体
が得られる。この担体にPt等を担持させることによ
り、高温耐熱性に優れたNOx 吸収分解型触媒が得られ
る。
より製造した触媒のNOx 浄化能との関係を示すグラフ
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 下式 Mex Aly Oz (上式中、Meはアルカリ金属、アルカリ土類金属及び
希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元
素であり、y/x=4〜24であり、zはMe、x及びy
により決まる値である)で表される、層状アルミネート
構造の前駆体であり、かつ結晶化しない温度で熱処理さ
れた非晶質組成物からなる高温耐熱性触媒担体。 - 【請求項2】 Meが2種類以上の元素からなり、前記
元素は共に六配位のイオン半径が0.95Å以上であり、か
つ前記元素の間のイオン半径の差が、最大のイオン半径
を有する元素とこれよりイオン半径の小さな他の元素と
の間において0.3 Å以上であることを特徴とする、請求
項1記載の高温耐熱性触媒担体。
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JP17329393 | 1993-07-13 | ||
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