JPH10216517A - 排ガス浄化触媒およびその製造方法 - Google Patents
排ガス浄化触媒およびその製造方法Info
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- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
シンタリングを防止して耐久性に富んだ排ガス浄化触媒
を提供することを目的とする。 【解決手段】 触媒元素もしくはその化合物からなる触
媒活性粒子3を担体1に担持させた排気ガス浄化触媒で
あって、前記担体1に担持されかつ担体1の表面に露出
している触媒活性粒子3が、その全表面積の20〜90
%を前記担体1に覆われていることを特徴としている。
Description
るための触媒に関し、特に車両の内燃機関から排出され
る排ガスを浄化するための触媒に関するものである。
白金やパラジウムあるいはロジウムなどの触媒元素を、
アルミナなどの担体に担持させた構成のものが知られて
いる。このような排ガス浄化触媒では、触媒粒子が所定
の粒径を維持し、かつある程度均一に分散していること
により、高い浄化能力を示すが、その使用環境は数百度
の高温雰囲気であるうえに、最近では空燃比を大きくし
たリーンバーン運転が行われるエンジンも開発され、高
い酸素濃度の環境とされることもあり、その結果、触媒
粒子のシンタリングが次第に進行し、触媒の劣化が激し
くなる不都合がある。
々検討されており、例えば特開平3−186347号公
報には、白金やパラジウムなどの触媒活性成分粒子のう
えにマグネシウムを分散させて付着させた構成の触媒が
記載されている。これは、マグネシウムをパラジウムな
どの触媒活性粒子に固溶させることによりその凝集を防
止するものと考えられている。
白金およびこれを担持したアルミナの全体をセリア(C
eO2 )で被覆した排ガス浄化触媒が記載されている。
そしてこの公報に記載された触媒では、セリアの酸素吸
蔵作用により、白金の酸化およびそれに伴う白金の気相
移動を防止し、その結果、白金のシンタリングを防止す
る、とされている。
は、触媒活性を有する超微粒子の分散液中に、水の存在
下で金属アルコキシドを徐々に溶かして金属アルコキシ
ドの加水分解を生じさせ、これによりコロイド状の金属
酸化物を生成させる触媒の製造方法が記載されている。
そしてその例として、4nm(ナノメータ)の白金粒子
あるいはロジウム粒子を担持した20〜40nm程度の
シリカゲル粒子を得る例が示されている。
て使用される貴金属粒子のシンタリングは、比較的低温
度から起こる粒子移動によるシンタリングと、比較的高
温度で起こる原子移動によるシンタリングとがあるが、
上述した特開平3−186347号公報に記載された発
明は、マグネシウムの固溶により触媒活性粒子の凝集を
防止するものであって、粒子の移動自体を阻止もしくは
抑制する機能がないので、必ずしも充分にはシンタリン
グを防止できず、触媒活性が時間と共に低下する傾向が
大きい。
に記載された触媒では、セリアの酸素吸蔵作用によって
酸素のピーク濃度を低下させ、これによってPtO2 の
気相移動を防止するものであるが、それより低温度で生
じる粒子移動を阻止することは難しく、結局は、白金な
どの触媒粒子のシンタリングによって活性が次第に低下
する問題があった。
報に記載された触媒の製造方法では、触媒活性のある超
微粒子を生成した後に、担体を生成することになるが、
その超微粒子の分散液中に担体原料の金属アルコキシド
を溶かすために、粒径の揃った金属酸化物粒子を得るこ
とが難しく、またその金属酸化物粒子の表面に、触媒活
性のある超微粒子を吸着させた構造になるから、触媒粒
子の移動、特に粒子移動を阻止もしくは抑制する機能を
付与することが困難である。したがってこの方法によっ
て得られる触媒においても、触媒粒子のシンタリングを
飛躍的に抑制することは困難であり、未だ改善するべき
余地があった。
れたものであり、触媒元素粒子の粒径や担持の形態を制
御して耐久性に優れ、また担持効率を向上させることの
できる排ガス浄化触媒およびその触媒を製造する方法を
提供することを目的とするものである。
記の目的を達成するために、請求項1の発明は、触媒元
素もしくはその化合物からなる触媒活性粒子を担体に担
持させた排気ガス浄化触媒において、前記担体に担持さ
れかつ担体の表面に露出している触媒活性粒子が、その
全表面積の20〜90%を前記担体に覆われていること
を特徴とする排ガス浄化触媒である。
として透過電子顕微鏡(TEM)暗視野像で粒径を測定
する一方、一酸化炭素ガスの化学吸着により、触媒活性
粒子の表面に一酸化炭素分子を吸着させて、その吸着量
から表面に出ている触媒活性粒子の表面積(原子数)を
求め、これから触媒活性粒子の粒径を求め、そしてこれ
らの粒径の比として表すことができる。すなわち 露出率=(TEM観察による粒径)/(CO吸着による
粒径) したがってこの請求項1の触媒では、触媒活性粒子が担
体に大きく埋没した状態になり、その触媒活性粒子の移
動が担体によって阻止されるので、シンタリングおよび
それに起因する触媒活性の低下が防止される。すなわち
耐久性が向上する。
触媒活性粒子が、触媒活性を有する第1の金属粒子の表
面に、触媒活性を有する第2の金属粒子を設けた構成と
されているものである。
の発明と同様な作用を生じることに加え、第1の金属粒
子の上に設けられた第2の金属粒子が高い触媒活性を示
し、その結果、第2の金属粒子の量が少なくても、全体
として活性の優れた触媒とすることができる。すなわち
触媒元素の使用量を削減することができる。
る前記第1の金属粒子を白金とし、かつ前記第2の金属
粒子をロジウムとしたものである。
ウムと担体との反応を阻止して、ロジウムを粒子状態に
維持できるので、その担持効率を向上させることがで
き、換言すれば、ロジウムの使用量を削減し、触媒活性
を低下させることなく低廉化することができる。
に、その担体と触媒活性粒子との反応を抑制する反応抑
制剤を付着させた構造であることを特徴とするものであ
る。
項1の発明と同様な作用に加え、触媒活性粒子と担体と
の反応を防止して、触媒活性粒子を活性の高い状態に維
持でき、その結果、触媒全体としての耐久性を向上させ
ることができる。
はその化合物からなる触媒活性粒子を担体に担持させる
排ガス浄化触媒の製造方法において、触媒活性粒子を前
記担体上に担持させる第1工程と、この触媒活性粒子を
担持した前記担体の表面に、その担体と同一材料もしく
は他種材料を単層もしくは複層の薄い層状に付着させる
第2工程とを有することを特徴とする方法である。
工程で新たに付着させられた材料によって触媒活性粒子
を、その露出度(被覆度)が所定の値になるように埋め
込むことができ、その結果、触媒活性粒子の移動を抑制
もしくは防止してシンタリングによる耐久性の低下を防
止することができる。
その化合物からなる触媒活性粒子を担体に担持させる排
ガス浄化触媒の製造方法であって、所定の粒径に前記触
媒活性粒子を析出・凝集させた後、その触媒活性粒子の
回りに前記担体を生成させることを特徴とする方法であ
る。
活性粒子を、その露出度(被覆度)が所定の値になるよ
うに担体中に埋め込むことができ、その結果、触媒活性
粒子の移動を抑制もしくは防止してシンタリングによる
耐久性の低下を防止することができる。
はその化合物からなる触媒活性粒子を担体に担持させる
排ガス浄化触媒の製造方法であって、所定の粒径に調製
した前記触媒活性粒子を含有するマイクロエマルジョン
を、前記担体元素を含有する界面活性剤中に撹拌混合し
て前記触媒活性粒子を含有するミセルを形成し、該ミセ
ルにおいて前記触媒活性粒子を取り囲むように担体を生
成させることを特徴とする方法である。
触媒活性粒子を含有するマイクロエマルジョンの界面で
担体元素の加水分解が進行するので、触媒活性粒子を埋
め込むように担体が生成し、しかも担体が触媒活性粒子
に対してきわめて大きく成長する。その結果、この発明
の方法で得られる触媒は、触媒活性粒子を担体中に所定
の露出度(被覆度)となるように埋め込んだ構造にな
り、粒子移動を阻止してシンタリングの生じにくい触媒
とすることができる。
はその化合物からなる活性粒子を担体に担持させる排ガ
ス浄化触媒の製造方法であって、白金とロジウムとパラ
ジウムとのうちの少なくとも二種の元素もしくはそれら
の各元素の化合物からなる触媒活性粒子を所定の粒径に
析出・凝集させた後、その触媒活性粒子の回りに前記担
体を生成させることを特徴とする方法である。
れか一種の触媒活性粒子の上に他の触媒活性粒子を付着
させた構造とすることができ、それに伴って該他の触媒
活性粒子と担体との反応を抑制してその触媒活性を高い
状態に維持できる触媒が得られる。
明する。この発明の排ガス浄化触媒は、触媒活性粒子を
担体に担持させたものであり、この点では従来のものと
同様であるが、その担持の形態が特徴的であり、この発
明では、触媒活性粒子の全表面積の20〜90%が担体
によって覆われている。換言すれば、触媒活性粒子は、
その露出率が10〜80%となるように、担体に埋没し
た状態に担持されている。これを概念的に図示すれば、
図1の(A)のとおりであり、担体1に凹部2が形成さ
れ、ここに触媒活性粒子3がその一部を露出させた状態
に埋没している形態である。ここで、触媒活性粒子3の
粒径は、1〜3nm程度である。
の形態を図1の(B)に概念的に示してある。これは、
含浸法によって担体1aに触媒活性粒子3aを担持させ
た場合、あるいは担体1aに触媒活性粒子3aを吸着さ
せた場合の例であり、触媒活性粒子3aの大きさに対し
て相対的に平坦面と見なすことのできる担体1aの表面
に触媒活性粒子3aが付着している形態である。
粒子を担体によっていわゆる機械的に捕捉し、その移動
を阻止した構造となっている。これに対して従来の触媒
では、触媒活性粒子の多くが、実質的な平面上に配置さ
れているだけであってその移動の自由度が高くなってい
る。
20〜90%(被覆率20〜90%)を担体で覆ったの
は、以下の理由による。触媒活性粒子を担体に埋没させ
た担持形態は、一例として後述するいわゆるマイクロエ
マルジョン法によって作ることができ、その場合の触媒
活性粒子(一例として白金粒子)の平均粒径と被覆率と
の関係を示すと、図2のとおりである。なお、図2にお
いて、■印は新品の状態を示し、また▲印は空気中で7
00℃、48時間加熱した後の状態を示している。この
図2から知られるように、被覆率が20%より低いと、
加熱後の粒径の増大が顕著であり、シンタリング防止効
果が充分に得られなくなる。
浄化温度を測定した結果を図3に示す。この図3から知
られるように、被覆率が90%を超えると浄化温度が高
くなり、触媒活性が当初から低下してしまい、実用に適
さなくなる。したがってこの発明では、被覆率を20〜
90%とした。なおここで、被覆率は、前述した露出率
に基づき、(100−露出率)%として求められる。
る金属元素は、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラ
ジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(R
u)、オスミウム(Os)、金(Au)、銀(Ag)な
どを一種以上含有する金属あるいは金属酸化物粒子であ
る。またこの発明で使用される担体は、各種のアルミ
ナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、セリア、マグネシ
ア、酸化錫、酸化アンチモンなどを一種以上含有する金
属酸化物である。
のある金属粒子は、複数種類の粒子を複合させたもので
あってもよく、その場合、第1の金属粒子の表面に第2
の金属粒子を配置した構成とする。その最も典型的な例
は、図4に概念的に示すように、白金粒子3の上にロジ
ウム粒子4を配置し、担体1としてアルミナを用いた例
である。このような他種類金属担持貴金属を触媒活性粒
子とすることにより、貴金属粒子によって担持されてい
る他種類金属粒子と担体との親和性が高い場合、該他種
類金属粒子が担体と反応して触媒活性を失うことを防止
でき、金属粒子の担持効率を向上させることができる。
換言すれば、少量の触媒活性粒子によって排ガス浄化能
力の高い触媒を得ることができる。
する場合であっても、上記の例示した各金属および金属
酸化物を適宜選択して使用できる。その組合せを例示す
れば、上記の白金粒子の上にロジウム粒子を担持させた
構成、パラジウム粒子の上にロジウム粒子を担持させた
構成、白金粒子の上にパラジウム粒子を担持させた構成
とすることができる。これらのうち、ロジウムを使用す
る場合、これを他の金属粒子の上に配置するのは、担体
として一般的なアルミナなどの金属酸化物とロジウムと
の親和性が高いので、ロジウムがアルミナの表面に広が
った構造になって触媒活性を失うことを防止するためで
ある。さらに金属粒子とこれに担持される他種類金属粒
子との量的な割合(重量割合)は、一例として、前者が
“6”に対して後者が“1”の割合である。
担体を構成しているアルミナなどの金属酸化物との親和
性が高いものがあり、このような触媒物質と担体物質と
の組合せを採用した場合、触媒物質が担体の表面に広く
広がってしまい、触媒活性が低下することがある。これ
を防ぐためにこの発明の排ガス浄化触媒は、前述した担
体により触媒活性粒子を被覆する構造に加え、担体との
反応を抑制する物質を、担体の表面で触媒活性粒子の周
囲に選択的に形成した構造とすることができる。
子は、一例として2〜10nmの粒径に調製し、その周
囲に反応抑制物質を濃度高く担持させる。その触媒貴金
属粒子としては前述した各種の金属もしくは金属酸化物
を使用できる。また反応抑制物質としては、バリウム、
ジルコニウム、ランタン、ネオジウム、プラセオシウ
ム、シリコン等の化合物を採用することができる。これ
らのうち、触媒金属としてパラジウムを採用した場合に
は、反応抑制物質としてバリウム化合物を用い、またロ
ジウムを触媒金属とした場合には、ジルコニウム化合物
を反応抑制物質とすることが好ましい。
造を概念的に示すと図5のとおりであって、例えば担体
1の表面のうちパラジウム粒子5の周囲に炭酸バリウム
層6が形成された構造である。なお、触媒活性粒子と反
応抑制物質との量的な割合(重量割合)は、前者の
“1”に対して後者を“50”程度にする。
造方法について説明する。上述したように、この発明の
排ガス浄化触媒は担体による触媒活性粒子の被覆率が2
0〜90%であり、これを製造する場合、触媒活性粒子
を担持した粉末の表面に、さらに薄い層を形成する方法
を採ることができる。すなわち第1工程として、担体に
触媒活性粒子を担持させた粉末を作る。その触媒活性粒
子として使用できる貴金属あるいは金属酸化物、および
担体として使用できる金属酸化物は、それぞれ上述した
とおりである。
化合物からなる触媒活性粒子を含有する溶液に、担体粉
末を撹拌・混合することにより、触媒活性粒子を担体に
付着させ、その後、還元などの適当な処理を施すことに
より、触媒活性粒子を担体上に担持させることができ
る。その場合、触媒活性粒子の粒径を2〜10nm程度
に調製することが好ましく、そのための処理として、例
えば白金粉末の場合には、ジニトロアンミンPt溶液を
使用し、これにγ−アルミナ粉末を混合した後、還元処
理すればよい。その還元処理は、水素還元などの適宜の
方法でよい。なお、還元して触媒活性粒子を生成するこ
とのできる溶液として、白金については、テトラアンミ
ンPt溶液などを使用することができる。またロジウム
については、塩化ロジウム溶液、硝酸ロジウム溶液など
を使用することができる。さらにパラジウムについて
は、塩化パラジウム溶液、硝酸パラジウム溶液などを使
用することができる。
液に、触媒活性粒子を担持させた上記の粉末を撹拌・混
合して新たに担体元素を付着させる。その場合の新たな
担体の担持量は、溶液の濃度によって調整することがで
きる。具体的には、アルミナを担体とする場合、アルミ
ニウムイソプロポキシドをシクロヘキサンに溶解した溶
液を用いることができる。そのほかにアルミニウムブト
キシドなどを使用することができる。さらに第2工程で
新たに形成する薄い層は、単層もしくは複層であって、
例えば原子が複数個積み重なった程度の数nmオーダー
の厚さのものであり、基材である粉末の単位表面積(1
m2 /g)あたり、5〜20×10-3モル程度にする。
その結果、触媒活性粒子の被覆率が20〜90%にな
る。
明する。この発明におけるマイクロエマルジョン法は、
触媒元素あるいはその化合物の沈殿を含有するマイクロ
エマルジョンを、担体元素を含有している溶液に撹拌・
混合し、その触媒元素を含んでいるミセルの界面で担体
元素の化合物の加水分解を生じさせる。すなわち担体元
素あるいはその化合物が、相対的に多量に存在している
環境あるいはその濃度の高い環境の中に、上記のマイク
ロエマルジョンを混合し、触媒元素あるいはその化合物
の沈殿の回りで担体を生成させる方法である。したがっ
て得られる触媒金属担持担体の粉末の粒径は、触媒活性
粒子の粒径に対して格段に大きく、触媒活性粒子がほぼ
均一に分散しているものとなる。なお、その分散の度合
は、一例として、20%である。
属化合物を含む水溶液が超微粒子状の液滴として存在す
るマイクロエマルジョンを使用し、その金属化合物を沈
殿もしくは還元して不溶化し、その不溶化した触媒元素
を含有する溶液を超微粒子状の液滴(マイクロエマルジ
ョン)として分散させた分散液を使用する。その触媒金
属源となる金属塩は、前述した特開平7−246343
号公報に例示されているものを使用することができ、塩
化Pt酸溶液、塩化Rh酸溶液、ジニトロアンミンPt
溶液、硝酸Rh溶液、硝酸Pd溶液、塩化Pd溶液、テ
トラアンミンPt溶液などを使用することができる。
金属元素を含む沈殿を生じさせる場合には、塩化アンモ
ニウムのマイクロエマルジョンを使用し、Pt塩化アン
モニウムやRh塩化アンモニウムの沈殿を生じさせるこ
とができる。また還元処理して触媒金属の粒子を生成さ
せる場合には、ヒドラジン・1水和物によってジニトロ
アンミンPtや硝酸Pt、硝酸Rh、硝酸Pdなどを還
元してそれらの粒子を生成させることができる。その場
合、ヒドラジン・1水和物はマイクロエマルジョンとし
て使用する。これ以外の還元処理のための方法として
は、水素化ホウ素ナトリウムによって還元する方法、H
2 ガスのバブリングによって還元する方法などを挙げる
ことができる。
合、図6に白金の例を示すように、時間の経過と共に沈
殿が凝集して粗大化し、それに伴って得られる触媒活性
粒子の粒径も大きくなるから、目的とする粒径の触媒活
性粒子を得るためには、沈殿を生じさせる時間を制御す
ればよい。また還元することにより触媒活性粒子を生成
する場合、還元剤との撹拌混合時間によって粒子の粒径
が増大するので、結局、還元処理時間によって粒径を制
御することができる。
る有機溶媒は、前述した特開平7−246343号公報
に記載されたものを使用することができ、例えば、シク
ロヘキサン、ベンゼンなどの炭化水素、ヘキサノールな
どの直鎖アルコール、アセトンなどのケトン類の一種を
単独で、あるいは複数種類を適宜混合して使用すること
ができる。また界面活性剤についても上記の特開平7−
246343号公報に記載されたものを使用することが
でき、リエチレングリコール-p-ノニルフェニルエーテ
ル(NP−5と略記する)、ペンタエチレングリコール
デシルエーテル、ジ-2-エチレンヘキシルスルホコハク
酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロマイ
ドなどを単独で、あるいは混合して使用することができ
る。
媒金属の沈殿もしくは粒子を含有するマイクロエマルジ
ョンを、金属アルコキシド分散液に対して徐々に撹拌混
合することである。これは、上記の特開平7−2463
43号公報に記載された発明では、マイクロエマルジョ
ンの分散液に対して、金属アルコキシド分散液を徐々に
撹拌混合するのとは反対である。したがってこの発明の
方法では、金属アルコキシドの濃厚な環境に、触媒活性
粒子を含有するマイクロエマルジョンを浸漬することに
なる。
物(あるいは錯体)の沈殿もしくは触媒活性粒子のある
ミセルの界面で、金属アルコキシドを加水分解して担体
を生成させる。この発明で使用される金属アルコキシド
を例示すれば、アルミニウムイソプロポキシド、チタニ
ウムイソプロポキシド、ジルコニウム t-ブトキシド、
テトラエトキシシランなどである。
セル中の触媒金属の沈殿あるいは粒子を取り囲むように
担体が生成し、その結果、触媒金属が担体に埋没した形
態で担持される。その触媒活性粒子の被覆率が20〜9
0%となるように加水分解を行う。この被覆率は、加水
分解の条件によって制御することができ、界面活性剤の
種類、水の量、pHなどを適宜に調整することにより、
被覆率を所期の値に制御する。
媒金属元素は一種類に限定されないのであって、複数種
類の触媒金属元素もしくはその化合物を沈殿もしくは粒
子として存在させておいてもよい。これは、例えば複数
種類の水溶性金属溶液を超微粒子状に分散液中に分散さ
せておき、これを沈殿させ、もしくは還元して粒子とし
て析出させればよい。その場合、各水溶性金属溶液の濃
度を調整することにより、一方の金属粒子に他方の金属
粒子を担持させた構造とすることができ、これを前述し
た方法で担体に埋没させた状態に担持させれば、担体と
の親和性が強い触媒金属と担体との反応を抑制すること
ができる。その結果、触媒金属の担持効率が向上し、そ
の使用量が少なくても全体としての活性に優れた触媒を
得ることができる。
およびその製造方法の実施例を示す。
ンミンPt溶液中に、γーアルミナ粉末を攪拌しながら
1時間浸漬し、濾過、乾燥後、仮焼きしてPt/γーア
ルミナ触媒を得る。
し、その後水素気流中で400℃で還元し、Pt粒子を
生成させる。このときのPt粒子の直径はおおよそ2n
m程度になる。
ソプロポキシドをシクロヘキサンに溶解した液に、一定
時間浸漬し、粉末を濾過する。このときの重量増加分が
新たに担持されたアルミニウム分となる。アルミニウム
トリイソプロポキシド/シクロヘキサン溶液のAlモル
濃度を調節して、アルミニウム担持量を調整する。この
ときのAl担持量はおおよそ0.1〜0.4(mol /A
l2O31mol )で200m2 /gのアルミナ上に1層〜
数層の担持量になる。その後、焼成を行い触媒とする。
なお、Ptの担持量は、2g/l(担体1リットル)で
ある。
化Pt酸5wt%溶液を、0.5M(Mは、モル/リッ
ター)、NP−5/シクロヘキサン溶液中に入れ、W/
O型マイクロエマルジョン(マイクロエマルジョン1)
を作る。次ぎに、Ptモル量の3倍モルの塩化アンモニ
ウムを含む溶液を調整し、同じく別の0.5M、NP−
5/シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加し、W/O
型マイクロエマルジョン(マイクロエマルジョン2)を
作る。このときのW/O値はそれぞれ2から20程度に
調整する。なお、W/O値は、界面活性剤1モルに対す
る液滴のモル数である。
を混合して、室温で所定時間、攪拌混合する。このとき
マイクロエマルジョン中で、次第に、Pt塩化アンモニ
ウムの沈殿を生成し、この沈殿は時間と共に凝集して粗
大になる。(この攪拌はおおよそ10分間行う。) この沈殿を含有するマイクロエマルジョンを、アルミニ
ウムイソプロポキシド溶解シクロヘキサンに攪拌しなが
ら投入し、アルミニウムの加水分解を行う。シクロヘキ
サンには水はほとんど溶解しないが、マイクロエマルジ
ョンの非常に広い界面で加水分解反応が起こり、アルミ
ナを生じる。このとき沈殿のあるミセルでは沈殿粒子の
周りに加水分解で生成したアルミナが粒子をある程度
(2割〜9割)取り囲むように合成される。この加水分
解をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、エタノ
ールで洗浄を数度行う。次ぎに乾燥を12時間行う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。なお、Pt粒子の平均粒径は、1.5nm、
その担持量は2g/l(担体1リットル)であった。
と、従来例1として含浸法によってPtをアルミナに担
持させた触媒とについて、熱劣化特性および熱劣化後の
触媒性能を調べた。なお、白金の担持量は、各実施例お
よび従来例のいずれも、2g/l(担体1リットル)と
した。熱劣化特性は、空気中で700℃に加熱し、時間
ごとの粒径の変化をもって確認した。なお、粒径の測定
は、TEM暗視野像によって行った。測定結果を表1に
示す。
び実施例2の触媒では、触媒活性粒子である白金の粒径
が2時間程度経過した時点で40〜60%増大したもの
の、それ以上には増大せずに安定し、シンタリングが進
行していないことが認められた。これは、白金粒子が担
体に埋没していてその移動が阻止されていることによる
ものと考えられる。これに対して従来例1では、時間の
経過と共に白金粒子の粒径が増大し、48時間経過した
時点では、当初の粒径の62.5倍になり、シンタリン
グが進行していることが認められた。
た。すなわち空気中で700℃に48時間維持し、その
後、炭化水素および一酸化炭素ガスならびに窒素酸化物
の濃度がそれぞれ5000ppmC、5000ppm、
4000ppmの排ガスを透過させてそれぞれの50%
浄化温度を測定した。測定結果を表2に示す。
は、従来に比較して低い温度で充分に浄化性能を示し
た。このことから、この発明の排ガス浄化触媒は、高温
度に晒されても劣化が少なく、シンタリングが進行して
いないものと考えられる。
持させた例を示す。
度5wt%)を、PtとRhとの担持量比で調整する。
その溶液を、0.5M、NP−5/シクロヘキサン溶液
に攪拌しながら添加し、W/O型マイクロエマルジョン
(マイクロエマルジョン1)を作る。つぎにPtとRh
とを加えたモル量の3倍モルの塩化アンモニウムを含む
溶液を調整し、同じく別の0.5M、NP−5/シクロ
ヘキサン溶液に攪拌して添加し、W/O型マイクロエマ
ルジョン(マイクロエマルジョン2)を作る。このとき
のW/O値は、2から20程度に調節する。
合して、室温で所定時間、攪拌混合する。このときマイ
クロエマルジョン中で、次第に、PtとRhとの塩が塩
化アンモニウムと沈殿を生成し、この沈殿は時間と共に
凝集して粗大になる。(この攪拌はおおよそ10分間行
う。) この沈殿を含有するマイクロエマルジョンをアルミニウ
ムイソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液に攪拌しな
がら投入し、アルミニウムの加水分解を行う。シクロヘ
キサンには水は殆ど溶解しないが、マイクロエマルジョ
ンの非常に広い界面で加水分解が起こり、アルミナを生
じる。このとき沈殿のあるミセルでは、沈殿粒子の周り
に加水分解で生成したアルミナが粒子を、ある程度(2
割から9割)取り囲むように合成される。この加水分解
をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、エタノー
ルで洗浄を数回行う。つぎに乾燥を12時間行う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。Pt・Rh粒子の平均粒径は、1.5nmで
あり、その担持量は2g/l(担体1リットル)であっ
た。
Pt5wt%溶液および硝酸Rh5wt%溶液を所定
量、0.5M、NP−5/シクロヘキサン溶液に攪拌し
ながら添加し、W/O型マイクロエマルジョンを作る
(マイクロエマルジョン1)。つぎに、PtとRhとの
モル量の3倍モルのヒドラジン・1水和物を含む溶液を
調整し、同じく別の0.5M、NP−5/シクロヘキサ
ン溶液に攪拌しながら添加し、W/O型マイクロエマル
ジョンを作る(マイクロエマルジョン2)。このときの
W/O値は、それぞれ2から20程度に調節する。
合して、50℃で所定時間、攪拌混合する。このときマ
イクロエマルジョン中で、次第に、Pt・Rh粒子が生
成し、この粒子は時間と共に凝集して粗大になる。(こ
の攪拌はおおよそ3〜10分間行う。) この沈殿を含有するマイクロエマルジョンを、アルミニ
ウムイソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液に攪拌し
ながら投入し、アルミニウムの加水分解を行う。シクロ
ヘキサンには水は殆ど溶解しないが、マイクロエマルジ
ョンの非常に広い界面で加水分解が起こり、アルミナを
生じる。このときPt・Rh粒子のあるミセルでは粒子
の周りに加水分解で生成したアルミナが、粒子をある程
度(2割から9割)取り囲むように合成される。この加
水分解をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、エ
タノールで洗浄を数回行う。つぎに乾燥を12時間行
う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。Pt・Rh粒子の平均粒径は、1.5nmで
あり、その担持量は2g/l(担体1リットル)であっ
た。
触媒について理論空燃比フィードバックにおける暖気性
能(50%浄化温度)を測定した。また併せて従来例2
および従来例3として、含浸法により作成した触媒、な
らびにPtのみを実施例3と同様の方法で担持した触媒
(比較例1)およびPtのみを実施例3と同様な方法で
沈殿させた(Rhを沈殿させない)触媒(比較例2)に
ついて同様の試験をした。なお、各成分の担持量は、P
t1.2g/l(担体1リットル)、Rh0.1g/l
(担体1リットル)、γ−アルミナ120g/l(担体
1リットル)である。排ガスの炭化水素および一酸化炭
素ガスならびに窒素酸化物の濃度は、それぞれ5000
ppmC、5000ppm、4000ppmであり、空
間速度は25000/hrとした。結果を表3に示す。
る排ガス浄化触媒によれば、ロジウムの担持量が同一で
あれば、炭化水素については15〜17%程度、一酸化
炭素ガスについては13〜15%程度、窒素酸化物につ
いては20〜22%程度の浄化性能の向上効果が認めら
れる。またロジウムの担持量をこの発明のものより4倍
に増量した従来触媒と比較しても、5〜8%程度の浄化
性能の向上効果が認められる。
ように、ロジウムを併用することにより触媒性能が向上
するが、ロジウムを沈殿させていない(ロジウムを白金
粒子に担持させていない)比較例2では、この発明によ
る触媒よりも性能が劣っている。これは、ロジウムが担
体であるアルミナと反応してしまい、活性が失われてい
ることによるものと考えられる。
ある。ジニトロアミンPt5wt%溶液および硝酸Pd
5wt%溶液を所定量、0.5M、NP−5/シクロヘ
キサン溶液に攪拌しながら添加し、W/O型マイクロエ
マルジョンを作る(マイクロエマルジョン1)。つぎ
に、PtとPdとを加えたモル量の3倍モルのヒドラジ
ン・1水和物を含む溶液を調整し、同じく別の0.5
M、NP−5/シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加
し、W/O型マイクロエマルジョンを作る(マイクロエ
マルジョン2)。このときのW/O値は、それぞれ2か
ら20程度に調節する。
合して、50℃で所定時間、攪拌混合する。このときマ
イクロエマルジョン中で、次第に、Pt・Pd粒子が生
成し、この粒子は時間と共に凝集して粗大になる。(こ
の攪拌はおおよそ3〜10分間行う。) この沈殿を含有するマイクロエマルジョンを、アルミニ
ウムイソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液に攪拌し
ながら投入し、アルミニウムの加水分解をおおよそ10
分間行う。シクロヘキサンには水は殆ど溶解しないが、
マイクロエマルジョンの非常に広い界面で加水分解が起
こり、アルミナを生じる。このときPt・Pd粒子のあ
るミセルでは、粒子の周りに加水分解で生成したアルミ
ナが、粒子をある程度(2割から9割)取り囲むように
合成される。その後、遠心分離、エタノールで洗浄を数
回行う。つぎに乾燥を12時間行う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。Pt・Pd粒子の粒径は、3nmであり、そ
の担持量は3g/l(担体1リットル)であった。
子が非常に微細であり、かつ担体であるアルミナに被覆
された状態で担持され、シンタリングが生じにくく、従
来の含浸法で得た触媒と比較して高い耐久性を示した。
またPd粒子がPt粒子に安定して担持された構造とな
ることにより、シンタリングの防止効果と併せて排ガス
浄化性能を向上させることができた。
ある。硝酸Pd5wt%溶液および硝酸Rh5wt%溶
液を所定量、0.5M、NP−5/シクロヘキサン溶液
に攪拌しながら添加し、W/O型マイクロエマルジョン
を作る(マイクロエマルジョン1)。つぎに、PdとR
hとを加えたモル量の3倍モルのヒドラジン・1水和物
を含む溶液を調整し、同じく別の0.5M、NP−5/
シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加し、W/O型マ
イクロエマルジョンを作る(マイクロエマルジョン
2)。このときのW/O値は、それぞれ2から20程度
に調節する。
合して、50℃で所定時間、攪拌混合する。このときマ
イクロエマルジョン中で、次第に、Pd・Rh粒子が生
成し、この粒子は時間と共に凝集して粗大になる。(こ
の攪拌はおおよそ3〜10分間行う。) この沈殿を含有するマイクロエマルジョンを、アルミニ
ウムイソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液に攪拌し
ながら投入し、アルミニウムの加水分解を行う。シクロ
ヘキサンには水は殆ど溶解しないが、マイクロエマルジ
ョンの非常に広い界面で加水分解が起こり、アルミナを
生じる。このときPd・Rh粒子のあるミセルでは、粒
子の周りに加水分解で生成したアルミナが、粒子をある
程度(2割から9割)取り囲むように合成される。この
加水分解をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、
エタノールで洗浄を数回行う。つぎに乾燥を12時間行
う。 残存する界面活性剤を350℃で空気流通下で燃
焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触媒を得
た。Pd・Rh粒子の粒径は、3nmであり、その担持
量は3g/l(担体1リットル)であった。
子の表面にRh粒子が担持された構造となり、その結
果、パラジウムと担体を構成しているアルミナとの反応
を防止してRh粒子の活性を維持することができ、ガソ
リンエンジンを理論空燃比付近で運転した場合の窒素酸
化物(NOx )の還元性能に優れることが認められた。
これに対して従来の含浸法で得た触媒では、ロジウムと
担体との反応が激しく生じ、Pd粒子の表面にRh粒子
が付着している構造は認められなかった。
止した触媒およびその製法の例を示す。
−5/シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加し、W/
O型マイクロエマルジョンを作る(マイクロエマルジョ
ン1)。つぎに、Pdモル量の3倍モルのヒドラジン・
1水和物を含む溶液を調整し、同じく別の0.5M、N
P−5/シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加し、W
/O型マイクロエマルジョンを作る(マイクロエマルジ
ョン2)。このときのW/O値は、それぞれ2から20
程度に調節する。
合して、40℃で所定時間、攪拌混合する。このときマ
イクロエマルジョン中で、次第に、Pdが還元されてP
d粒子が生成し、時間と共に凝集して粒子径が大きくな
っていく。(この攪拌はおおよそ3〜10分間行う。こ
のとき粒子の大きさはおおよそ3nmである。) このPd粒子を含有するマイクロエマルジョンを、アル
ミニウムイソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液に攪
拌しながら投入し、アルミニウムの加水分解を行う。シ
クロヘキサンには水は殆ど溶解しないが、マイクロエマ
ルジョンの非常に広い界面で加水分解が起こり、アルミ
ナを生じる。このとき粒子のあるミセルでは、粒子の周
りに加水分解で生成したアルミナが、粒子をある程度
(2割から9割)取り囲むように合成される。この加水
分解をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、エタ
ノールで洗浄を数回行う。つぎに乾燥を12時間行う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。Pdの担持量は2g/l(担体1リットル)
である。
について試験した。また比較のために、従来の含浸法に
よりPdを2g/l(担体1リットル)担持した触媒
(従来例4)、および5g/l(担体1リットル)担持
した触媒(従来例5)のそれぞれについて同様に試験し
た。なお、試験条件は、γ−アルミナの担持量が120
g/l(担体1リットル)、空間速度が25000/h
r、O2 が6%、炭化水素(C3 H6 )の濃度が200
0pmCである。結果を表4に示す。
粒径が小さく、かつ担体に埋没した状態に担持されてい
るために、従来の触媒に対して20%以上の性能の向上
が認められ、Pdの担持量を2.5倍とした従来例5と
ほぼ同様な性能を得ることができた。したがってこの発
明によれば、触媒金属の使用量を削減することができ
る。
−5/シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加し、W/
O型マイクロエマルジョンを作る(マイクロエマルジョ
ン1)。つぎに、Pdモル量の3倍モルのヒドラジン・
1水和物および5倍モルの酢酸バリウムを含む溶液を調
整し、同じく別の0.5M、NP−5/シクロヘキサン
溶液に攪拌しながら添加し、W/O型マイクロエマルジ
ョンを作る(マイクロエマルジョン2)。このときのW
/O値は、それぞれ2から20程度に調節する。
合して、炭酸ガスをバブリングしながら、40℃で所定
時間、攪拌混合する。このときマイクロエマルジョン中
で、次第に、Pdが還元されてPd粒子が生成し、同時
にバリウムが炭酸バリウムとして沈殿する。Pd粒子お
よび炭酸バリウム粒子は、時間と共に凝集して粒子径が
大きくなっていく。(この攪拌はおおよそ3〜10分間
行う。このときPd粒子の大きさはおおよそ3nmであ
る。バリウムの粒子径は未測定。) このPd粒子を含有するマイクロエマルジョンを、アル
ミニウムイソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液に攪
拌しながら投入し、アルミニウムの加水分解を行う。シ
クロヘキサンには水は殆ど溶解しないが、マイクロエマ
ルジョンの非常に広い界面で加水分解が起こり、アルミ
ナを生じる。このとき粒子のあるミセルでは、粒子の周
りに加水分解で生成したアルミナが、粒子をある程度
(2割から9割)取り囲むように合成される。この加水
分解をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、エタ
ノールで洗浄を数回行う。つぎに乾燥を12時間行う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。Pdの担持量は2g/l(担体1リット
ル)、γ−アルミナの担持量は120g/l(担体1リ
ットル)である。
について高温リーン耐久を行った後に、炭化水素の浄化
性能の試験を行った。なお、高温リーン耐久は、空燃比
(A/F)を22として700℃、50時間とした。浄
化性能の試験条件は、上記の実施例7で述べた条件と同
じである。また比較のために上記実施例7で用いた従来
例4と、従来の含浸法によってPdを2g/l(担体1
リットル)、Baを30wt%担持させた触媒(従来例
6)とについて同様の試験を行った。結果を表5に示
す。
実施例8の触媒では、従来の触媒に対して30%以上高
い耐久性能を得ることができる。これは、Baが選択的
にPd粒子の回りに担持され、アルミナ担体とPd粒子
との反応が大幅に抑制されたためと考えられる。
殿を生じさせる方法は、炭酸ガスのバブリング以外に、
炭酸水素アンモニウムを使用する方法などがある。
−5/シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加し、W/
O型マイクロエマルジョンを作る(マイクロエマルジョ
ン1)。つぎに、Rhモル量の3倍モルのヒドラジン・
1水和物を含む溶液を調整し、同じく別の0.5M、N
P−5/シクロヘキサン溶液に攪拌しながら添加し、W
/O型マイクロエマルジョンを作る(マイクロエマルジ
ョン2)。このときのW/O値は、それぞれ2から20
程度に調節する。
合して、室温で所定時間、攪拌混合する。このときマイ
クロエマルジョン中で、次第に、Rhヒドラジン錯体粒
子が生成し、沈殿する。Rh沈殿粒子は時間と共に凝集
して粒子径が大きくなっていく。(この攪拌は2〜20
分間行う。このときRh粒子の大きさはおおよそ3nm
である。) このRh沈殿粒子を含有するマイクロエマルジョンを、
アルミニウムイソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液
に攪拌しながら投入し、アルミニウムの加水分解を行
う。シクロヘキサンには水は殆ど溶解しないが、マイク
ロエマルジョンの非常に広い界面で加水分解が起こり、
アルミナを生じる。このとき粒子のあるミセルでは、粒
子の周りに加水分解で生成したアルミナが、粒子をある
程度(2割から9割)取り囲むように合成される。この
加水分解をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、
エタノールで洗浄を数回行う。つぎに乾燥を12時間行
う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。Rhの担持量は1g/l(担体1リット
ル)、γ−アルミナの担持量は120g/l(担体1リ
ットル)である。
t%溶液を、0.5M、NP−5/シクロヘキサン溶液
に攪拌しながら添加し、W/O型マイクロエマルジョン
を作る(マイクロエマルジョン1)。つぎに、Rhモル
量の3倍モルのヒドラジン・1水和物を含む溶液を調整
し、同じく別の0.5M、NP−5/シクロヘキサン溶
液に攪拌しながら添加し、W/O型マイクロエマルジョ
ンを作る(マイクロエマルジョン2)。このときのW/
O値は、それぞれ2から20程度に調節する。
合して、室温で所定時間、攪拌混合する。このときマイ
クロエマルジョン中で、次第に、Rhヒドラジン錯体粒
子が生成し、沈殿する。Rh沈殿粒子は時間と共に凝集
して粒子径が大きくなっていく。(この攪拌は2〜20
分間行う。このときRh粒子の大きさはおおよそ3nm
である。) このRh沈殿粒子を含有するマイクロエマルジョンを、
初めに、ジルコニウムイソプロポキシド溶解シクロヘキ
サン溶液に撹拌しながら投入する。即座に、溶液はゾル
状になる。2分後、今度は、このゾルを、アルミニウム
イソプロポキシド溶解シクロヘキサン溶液に攪拌しなが
ら投入し、残存した水でアルミニウムの加水分解を行
う。シクロヘキサンには水は殆ど溶解しないが、マイク
ロエマルジョンの非常に広い界面で加水分解が起こり、
アルミナを生じる。このとき粒子のあるミセルでは、粒
子の周りに加水分解で生成したアルミナが、粒子をある
程度(2割から9割)取り囲むように合成される。この
加水分解をおおよそ10分間行い、その後、遠心分離、
エタノールで洗浄を数回行う。つぎに乾燥を12時間行
う。
下で燃焼させた後、700℃で空気焼成を2時間行い触
媒を得た。Rhの担持量は1g/l(担体1リット
ル)、ZrO2 の担持量は1g/l(担体1リット
ル)、γ−アルミナの担持量は120g/l(担体1リ
ットル)である。
念的に示すと、図7のとおりであり、Rh粒子7の回り
にZrO2 層8が形成され、さらにその外周にアルミナ
層1で形成され、その結果、ZrO2 層8で被覆したR
h粒子7が、担体1であるアルミナに埋没した形態で担
持された構造となっている。
とは、構造上、ZrO2 層8の有無が異なっており、そ
の影響を調べるために、耐久後の暖機特性について実験
した。実験条件は、Rhの担持量が2wt%、空間速度
が25000/hr、一酸化窒素ガス濃度が2500p
pm、一酸化炭素ガス濃度が2500ppmである。結
果を表6に示してある。
けた触媒では、浄化性能が約15%向上しており、これ
は、ZrO2 層8を形成することにより、Rh粒子の触
媒活性の低下が防止されたためである。
の担持形態を、また(B)は従来の触媒における触媒活
性粒子の担持形態を、それぞれ概念的に示す図である。
被覆率と加熱後のPt粒子の平均粒子径との関係を測定
した結果を示す線図である。
被覆率と窒素酸化物の50%浄化温度との関係を示す線
図である。
た構造を概念的に示す図である。
形成した例を概念的に示す図である。
子の粒径との関係を示す線図である。
した例を概念的に示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 触媒元素もしくはその化合物からなる触
媒活性粒子を担体に担持させた排気ガス浄化触媒におい
て、 前記担体に担持されかつ担体の表面に露出している触媒
活性粒子が、その全表面積の20〜90%を前記担体に
覆われていることを特徴とする排ガス浄化触媒。 - 【請求項2】 前記触媒活性粒子が、触媒活性を有する
第1の金属粒子の表面に、触媒活性を有する第2の金属
粒子を設けた構成であることを特徴とする請求項1に記
載の排ガス浄化触媒。 - 【請求項3】 前記第1の金属粒子が白金であり、かつ
前記第2の金属粒子がロジウムであることを特徴とする
請求項2に記載の排ガス浄化触媒。 - 【請求項4】 前記担体の表面に、前記触媒活性粒子と
担体との反応を抑制する反応抑制剤が付着させられてい
ることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化触媒。 - 【請求項5】 触媒元素もしくはその化合物からなる触
媒活性粒子を担体に担持させる排ガス浄化触媒の製造方
法において、 触媒活性粒子を前記担体上に担持させる第1工程と、こ
の触媒活性粒子を担持した前記担体の表面に、その担体
と同一材料もしくは他種材料を単層もしくは複層の薄い
層状に付着させる第2工程とを有することを特徴とする
排ガス浄化触媒の製造方法。 - 【請求項6】 触媒元素もしくはその化合物からなる触
媒活性粒子を担体に担持させる排ガス浄化触媒の製造方
法において、 所定の粒径に前記触媒活性粒子を析出・凝集させた後、
その触媒活性粒子の回りに前記担体を生成させることを
特徴とする排ガス浄化触媒の製造方法。 - 【請求項7】 触媒元素もしくはその化合物からなる触
媒活性粒子を担体に担持させる排ガス浄化触媒の製造方
法において、 所定の粒径に調製した前記触媒活性粒子を含有するマイ
クロエマルジョンを、前記担体元素を含有する界面活性
剤中に撹拌混合して前記触媒活性粒子を含有するミセル
を形成し、該ミセルにおいて前記触媒活性粒子を取り囲
むように担体を生成させることを特徴とする排ガス浄化
触媒の製造方法。 - 【請求項8】 触媒元素もしくはその化合物からなる触
媒活性粒子を担体に担持させる排ガス浄化触媒の製造方
法において、 白金とロジウムとパラジウムとのうちの少なくとも二種
の元素もしくはそれらの各元素の化合物からなる触媒活
性粒子を所定の粒径に析出・凝集させた後、その触媒活
性粒子の回りに前記担体を生成させることを特徴とする
排ガス浄化触媒の製造方法。
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DE19804587A DE19804587A1 (de) | 1997-02-05 | 1998-02-05 | Katalysator zur Abgasreinigung und Verfahren zu dessen Herstellung |
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