JPH0825748B2 - ペロブスカイト型微粉体の製造方法 - Google Patents

ペロブスカイト型微粉体の製造方法

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JPH0825748B2
JPH0825748B2 JP62235015A JP23501587A JPH0825748B2 JP H0825748 B2 JPH0825748 B2 JP H0825748B2 JP 62235015 A JP62235015 A JP 62235015A JP 23501587 A JP23501587 A JP 23501587A JP H0825748 B2 JPH0825748 B2 JP H0825748B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はペロブスカイト型微粉体の製造方法に関し、
更に詳しくは非常に大きなBET比表面積を有し、且つ熱
的に安定なニッケルを主成分とするペロブスカイト型微
粉体の製造方法を提供するものである。
(従来の技術及びその問題点) 従来、希土類元素とコバルト、ニッケル、マンガン、
鉄等の遷移金属との酸化物からなるペロブスカイト型化
合物は公知であり、その微粉体は優れた耐熱性と高い触
媒活性を有し、各種触媒及び電子材料等として広く研究
されている。
本発明者は、先に、液相での酸化を特徴とする湿式沈
殿方法により非常に大きなBET比表面積を有するペロブ
スカイト型微粉体及びその製造方法について発表した
(特開昭61−222926号公報参照)。
その製造方法によれば、酸化物同士を混合し焼成する
いわゆる乾式法に比べ、より大きなBET比表面積を有
し、又、金属アルコキシド法、スプレードライ法、フリ
ーズドドライ法等の新しい他の方法に比べて低コスト且
つ大量生産でペロブスカイト型微粉体が得られる。
その中でニッケル系ペロブスカイト型化合物は、生成
温度が他のコバルト、マンガン、鉄系のものが800℃前
後であるのに比べ、それよりも200℃程高く1,000℃前後
である。そのため、より高温での耐熱性に優れたペロブ
スカイト化合物として期待がかけられているが、1,000
℃前後の温度で焼成中、又は焼成後再び900乃至1,000℃
で耐熱性テストをすると、そのペロブスカイト相が歪ん
だペロブスカイト相(distored peroveskite)に徐々に
転移する現象がみられる。
又、同時に一部ペロブスカイト相が分解したり又は未
反応の酸化ニッケル(NiO)相が出現する現象がみられ
る。この様になったものは触媒としての活性は急激に低
下する。すなわち、ニッケル系ペロブスカイト化合物は
熱的安定性が悪いという欠点を有している。
(問題点を解決するための手段) 本発明者は、上記の如き従来技術の欠点を解決し、従
来技術の要望に応えるべく鋭意研究の結果、構成元素の
一部を特定の金属で置換することによって、熱的に安定
すなわち歪んだペロブスカイト相が出現せず又酸化ニッ
ケルへの分解及び未反応物としての酸化ニッケルの極め
て少ないペロブスカイト型微粉体の得られることを確認
し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、一般式ANi1-x(Cox又はFex)O3
(Aは希土類元素又はその一部をアルカリ土類金属で置
換したもの)で表わされるペロブスカイト型微粉体の製
造方法において、構成元素の水溶性塩を水性媒体中でア
ルカリ剤によって中和析出し、得られた析出物を水洗及
び濾過し、金属塩化物水溶液で処理した後、焼成するこ
とを特徴とするペロブスカイト型微粉体の製造方法であ
る。
(作用) 先ず第一に、ニッケル単独のペロブスカイト相の場合
には、どのような合成条件下で生成したものであって
も、高温下は歪んだペロブスカイト相が現われるが、そ
のニッケルの一部をコバルト又は鉄で置換することによ
り完全なペロブスカイト相となり、高温下でも歪んだペ
ロブスカイト相は出現しないことを発見した。
次に、酸化ニッケル相の出現は、未反応酸化ニッケル
による場合とペロブスカイト相の分解による場合との2
通り予想されるが、多くの場合その両方が原因である。
そのため第二に未反応酸化ニッケルのない完全なペロブ
スカイト相を確立のため、次の方法を採用した。
すなわち、構成元素の水溶性塩を水性媒体中でアルカ
リ剤によって中和析出し、得られた析出物を水洗、濾過
後に金属塩化物水溶液で処理することにより、この塩化
物が焼成時の反応助剤的作用を生じ、焼成後に得られた
微粉体はX線的に酸化ニッケルの殆ど存在しないペロブ
スカイト相となった。
(好ましい実施態様) 次に好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳細に説
明する。
本発明に使用する希土類元素とは、ランタン、セリウ
ム、プラセオジウム、ネオジウム、プロメチウム、サマ
リウム、ユーロピラム、カドリウム等の希土類元素であ
り、又、これらの希土類元素の一部に代えてストロンチ
ウム、バリウム等のアルカリ土類金属も使用することが
できる。本発明においては、希土類元素又はアルカリ土
類金属を2乃至4価の水溶性塩として使用する。
これらの水溶性塩としては、塩化物、硝酸塩、硫酸
塩、酢酸塩等水溶性の塩であればいかなるものでもよ
く、又、これらの化合物は、単独でも混合物としても使
用することができる。
本発明で使用するニッケル及びその一部を置換するコ
バルト又は鉄は、2価又は3価の水溶性塩として使用
し、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩等水溶性の塩であ
ればいずれでもよく、又、これらの化合物は単独でも混
合物としても使用できる。
本発明においては、上記の如き希土類元素(及びアル
カリ土類金属)の水溶性塩と、ニッケルを主成分とする
遷移金属の水溶性塩とを金属モル比が約1:1で使用する
のが好ましい。又、ニッケルの一部を置換するコバルト
又は鉄の量は、ニッケル1モル当り0.075乃至0.35モル
の範囲が望ましく、これより少ないと得られるペロブス
カイト化合物中に歪んだペロブスカイト相が現われる。
一方、置換量が多過ぎてはニッケル系ペロブスカイトの
特徴である高いBET比表面積が得られず、高温での焼結
が激しく、急激なBET比表面積の低下が生じて好ましく
ない。
以上の本発明のペロブスカイト微粉末は優れた熱安定
性と5m2/gという高いBET比表面積を有する。
本発明のペロブスカイト微粉体は、好ましくは上記構
成元素の水溶性塩を水性媒体中でアルカリ剤によって中
和して混合析出し、得られた析出物を水洗及び濾過し、
金属塩化物水溶液で処理した後、焼成することによって
製造される。
上記の希土類元素(及びアルカリ土類金属)の塩の水
溶液と、ニッケル及びコバルト又は鉄の水溶性塩の水溶
液とから、これらをアルカリ剤で中和してその酸化物及
び/又は水酸化物を混合析出する方法はいずれの方法で
もよく、例えば、 (1)希土類元素(及びアルカリ土類金属)の塩の水溶
液と、ニッケル及びコバルト又は鉄の水溶性塩とを水中
に溶解した水溶液を調製し、この中にアルカリ剤又はそ
の水溶液を添加して中和する方法、 (2)上記水溶液を別々又は混合してアルカリ剤の水溶
液中に注入する方法、 (3)アルカリ剤の水溶液中に希土類元素(及びアルカ
リ土類金属)の塩の水溶液と、ニッケル及びコバルト又
は鉄の水溶性塩を別々又は同時に添加する方法、 (4)上記(1)乃至(3)の方法において、希土類元
素(及びアルカリ土類金属)の塩の水溶液と、ニッケル
及びコバルト又は鉄の水溶性塩又はそれらの水溶液をア
ルカリ剤の水溶液中に順次添加する方法 等が使用でき、これらに限定されず、要するに希土類元
素(及びアルカリ土類金属)の酸化物及び/又は水酸化
物と、ニッケル及びコバルト又は鉄の酸化物及び/又は
水酸化物とが均一に混合した状態で得られる方法であれ
ばいかなる方法でもよい。
このような混合析出方法において使用するアルカリ剤
としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナ
トリウム、アンモニア水等いずれのアルカリ剤でもよ
い。
アルカリ剤の使用量は、上記希土類元素(及びアルカ
リ土類金属)と、ニッケル及びコバルト又は鉄の水溶性
塩とを充分に中和できる量であればよいが、過剰のアル
カリ剤を使用するのが好ましい。
又、これらの中和によって生じる希土類元素(及びア
ルカリ土類金属)と、ニッケル及びコバルト又は鉄の水
酸化物及び/又は酸化物のスラリー濃度は、約2乃至8
重量%程度が好適である。
本発明においては、このようにして得られたスラリー
中に2価の金属イオンが存在する場合には、その2値の
金属イオンをスラリー中で3価の金属イオンに酸化する
ことが好ましい。
使用する酸化剤としては、過酸化水素、酸素、塩素酸
ナトリウム等いずれの酸化剤でもよいが、好ましいもの
は、酸化によって不純物を生じない酸化剤、例えば、過
酸化水素や酸素ガスが好ましい。
酸化剤の使用量は、2価の金属が3価の金属イオンに
酸化されるに必要な量であればよいが、酸化を完全にす
るためにある程度過剰な割合で使用するのが好ましい。
このような酸化には前記のスラリーをそのまま使用し
てもよいし、又、予め前記スラリーから不要なカチオン
やアニオン、例えば、ナトリウムイオンやカリウムイオ
ン等のカチオン或いは硝酸イオンや塩素イオンの各種酸
イオンを除去した後行ってもよい。そのまま使用して酸
化を行った場合には酸化終了後に上記の如き不要なイオ
ンをスラリーの濾過、水洗等によって除去する必要があ
る。
本発明では好ましくは上記脱イオン後のスラリー又は
ペーストを各種金属塩化物、望ましくは塩化コバルト、
塩化マンガン、塩化鉄、塩化ニッケル又はそれらの混合
物で処理して、濾過後乾燥してペロブスカイト化合物前
駆体を得ることができる。
ここで使用する塩化物は焼成後のペロブスカイト型微
粉体に対し、その0.02乃至0.5重量%が前駆体中に残る
のが望ましく、これより少ないと殆ど効果がなく、又、
多過ぎた場合は焼成時に焼結が進みすぎて、BET比表面
積は小さくなるばかりでなく、再分散不可能なまでに粒
成長が進んでしまうので好ましくない。
本発明では、上記前駆体を通常の雰囲気、好ましくは
非還元性の雰囲気下で約800乃至1,100の温度、好ましく
は950℃程度の温度まで室温から2乃至5時間かけて昇
温させた後、20分間乃至1時間焼成することによって本
発明の目的である5m2/g以上のBET比表面積を有する熱安
定性に優れたペロブスカイト型微粉体を得ることができ
る。
(効果) 以上の如き本発明によれば、従来のニッケル系ペロブ
スカイト化合物の欠点である熱的な不安定さ、すなわち
高温での歪んだペロブスカイト相への転移及び酸化ニッ
ケルへの分解のない熱的に安定で且つBET比表面積の高
いペロブスカイト型微粉体が提供される。
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明
する。尚、文中、%とあるのは特に断りのない限り重量
基準である。
実施例1 酸化ランタン(La2O3)32.6gを60%硝酸水溶液43ccに
完全に溶解し、この水溶液中に硝酸ニッケル(Ni(N
O3・6H2O)46.6g及び硝酸コバルトCo(No3・6H
2O)11.8gを溶解し、水を加えて全量を300ccとする。
一方、水酸化ナトリウム45gを水200ccに溶解した溶液
及び過酸化水素15%水溶液50ccを用意し、予め500ccの
水を入れた撹拌機付の容器中に上記3溶液を同時に注入
する。この間のスラリー液のpHは10付近に、そして温度
は30℃に維持する。
析出反応及び酸化反応終了後、過剰の水酸化ナトリウ
ム水溶液の全量を加える。この状態でのpHは13.0であっ
た。
得られた生成物を濾過及び水洗し、不要なカチオンや
アニオン等の不純物を除去した後、再び1の水に解膠
して予め用意した塩化コバルト(CoCl2・6H2O)1.5gを
このスラリー中に均一になるように溶解する。
再び濾過した後、100℃にて充分に乾燥する。この乾
燥物を室温から950℃まで5時間かけて昇温後、1時間
焼成して本発明のペロブスカイト型化合物(LaNi0.8Co
0.2O3)微粉体を得た。この微粉体のX線回折パターン
は第1図の通りであり、ペロブスカイト型相に完全に一
致していた。又、BET比表面積は9m2/gであった。
実施例2 硝酸コバルト(Co(No3・6H2O)11.8gの代わりに
硝酸第2鉄(Fe(NO3・9H2O)11.2gを使用する以外
は実施例1と同様にして、本発明のペロブスカイト型化
合物(LaNi0.8Fe0.2O3)の微粉体を得た。
この微粉体のX線回折パターンは第1図とほぼ同様で
あった。又、BET比表面積は9.5m2/gであった。
比較例1 硝酸コバルト(Co(NO3・6H2O)11.8gを使用しな
いで、硝酸ニッケル(Ni(NO3・6H2O)58.3gのみを
使用し、再解膠の操作を行わず、又、焼成温度を1,000
℃にする以外は実施例1と同様の操作をし微粉体を得
た。この微粉体のX線回折パターンは第2図の様であ
り、2θ=33゜付近のピークが完全に分離しないやや未
発達なペロブスカイト相を示す。又、酸化ニッケルの存
在を示すピークもみられる。
以上の如くして得られた本発明及び比較例のペロブス
カイト型微粉体の耐熱性及び触媒活性について調べた。
耐熱性は得られた微粉体を950℃にて6時間保持し、
そのX線回折パターンを調べた。X線回折パターンは第
3図及び第4図に示した。
触媒活性は微粉体0.2g及び石英砂(関東化学試薬)3g
をポリ袋中にて十分振とうさせ、径10mmの石英管中央に
充填させ、プロパン3ml/min.、空気300ml/min.の混合ガ
スを通常の固定床流通式反応装置を利用して燃焼させて
評価した(SV=1,900H-1)。その結果を第5図に示し
た。
以上の耐熱性及び触媒活性の試験から明らかのよう
に、本発明によって得られたニッケル系ペロブスカイト
型微粉体は従来の単純ニッケル系ペロブスカイト型微粉
体に比べ、高温中で歪んだペロブスカイト相への転移及
び酸化ニッケルへの分解のない熱的に安定なペロブスカ
イト型微粉体であることが明らかである。又、触媒活性
面でも本発明品は従来品に比べ優れていることが明らか
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1で得られた微粉体のX線回折パターン
を、第2図は比較例1で得られた微粉体のX線回折パタ
ーンを、第3図は実施例1で得られた微粉体の耐熱テス
ト後のX線回折パターンを、第4図は比較例1で得られ
た微粉体の耐熱テスト後のX線回折パターン(いずれも
X線源はCuK2使用)を示し、第5図は実施例及び比較例
で得られた微粉体の触媒活性を示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式ANi1-x(Cox又はFex)O3(Aは希土
    類元素又はその一部をアルカリ土類金属で置換したも
    の)で表わされるペロブスカイト型微粉体の製造方法に
    おいて、構成元素の水溶性塩を水性媒体中でアルカリ剤
    によって中和析出し、得られた析出物を水洗及び濾過
    し、金属塩化物水溶液で処理した後、焼成することを特
    徴とするペロブスカイト型微粉体の製造方法。
  2. 【請求項2】金属塩化物処理量が、焼成後のペロブスカ
    イト型微粉体に対し、無水塩に換算して微粉対の0.02乃
    至0.5重量%である特許請求の範囲第(1)項に記載の
    ペロブスカイト型微粉体の製造方法。
  3. 【請求項3】金属塩化物が、塩化コバルト、塩化亜鉛、
    塩化マンガン又は塩化鉄である特許請求の範囲第(1)
    項に記載のペロブスカイト型微粉体の製造方法。
  4. 【請求項4】構成元素の水溶性塩を水性媒体中でアルカ
    リ剤によって中和析出する際、析出と同時又は析出後に
    液相中で酸化処理する特許請求の範囲第(1)項に記載
    のペロブスカイト型微粉体の製造方法。
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