説明

混合触媒、それを表面に備える触媒担持構造体およびそれらの製造方法

【課題】従来と比べて触媒能が高く、特に使用してもその触媒能を高位に維持する触媒の提供。
【解決手段】Ba、AlおよびZrならびにこれらの酸化物を主成分とする担体aの表面に活性金属αを有する触媒Aと、酸化セリウムを主成分とする担体bの表面に活性金属βを有する触媒Bとを主成分として含み、触媒Aと触媒Bとの合計質量に対する触媒Aの質量の比(A/(A+B)×100)が10質量%超80質量%未満である、混合触媒。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、混合触媒、それを表面に備える触媒担持構造体およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等から排出される排ガス中の一酸化炭素(CO)、未燃炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等を浄化するために用いることができる触媒として、比較的大きな比表面積を有する担体粒子の表面に白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などの活性金属を担持させたものが、従来、開発されている。このような触媒では、排ガス中の浄化対象と活性金属との接触効率を高めて触媒能を向上させるために、活性金属をできるだけ均一に分散させて担持させる。しかしながら、使用することによって活性金属の凝集が起こり、触媒能は低下する。
【0003】
これに対して特許文献1には、触媒金属を担持したCe含有複合酸化物粉末と活性アルミナ粉末とを混合状態で含有する触媒層が担体上に設けられている排気ガス浄化用触媒であって、上記触媒金属を担持したCe含有複合酸化物は、上記触媒金属が分散担持された平均粒径が特定範囲内の多数の一次粒子が凝集してなる二次粒子によって構成され、該二次粒子の累積分布に特徴があり、上記活性アルミナ粉末の平均粒径は特定範囲であり、上記活性アルミナ粉末に対する上記特定Ce含有複合酸化物粉末の質量比が特定範囲であることを特徴とする排気ガス浄化用触媒が記載されている。そして、特許文献1には、このような排気ガス浄化用触媒は、特定Ce含有複合酸化物粉末の少なくとも一部の粒子が活性アルミナ粉末の粒子に接触して担持された状態になり、特定Ce含有複合酸化物粉末の凝集が抑制される一方で、比較的高い酸素吸蔵放出能が得られ、しかも、一次粒子に分散担持されている触媒金属が、排気ガスとの接触により、当該Ce含有複合酸化物の酸素吸蔵放出能の助長及び排気ガスの浄化に有効に働くことにより、優れた排気ガス浄化性能が得られると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2001−36834号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1等に記載の従来の触媒は、触媒能をより高める余地があった。特に、使用することによって触媒能が低下するので、これを改善する必要があった。
【0006】
本発明はこのような課題を解決することを目的とする。すなわち、触媒能が高く、特に、使用してもその触媒能を高位に維持する触媒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の(1)〜(10)である。
(1)Ba、AlおよびZrならびにこれらの酸化物を主成分とする担体aの表面に活性金属αを有する触媒Aと、酸化セリウムを主成分とする担体bの表面に活性金属βを有する触媒Bとを主成分として含み、
触媒Aと触媒Bとの合計質量に対する触媒Aの質量の比(A/(A+B)×100)が10質量%超80質量%未満である、混合触媒。
(2)前記担体aが、さらにYを含む、上記(1)に記載の混合触媒。
(3)前記担体aが、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を含む、上記(1)または(2)に記載の混合触媒。
(4)前記活性金属αおよび/または前記活性金属βが、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ir、AuおよびAgからなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とする、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の混合触媒。
(5)100質量部の前記担体aに対する前記活性金属αの存在比および/または100質量部の前記担体bに対する前記活性金属βの存在比が、0.01〜2.0質量部である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の混合触媒。
(6)排ガス浄化用の三元触媒である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の混合触媒。
(7)上記(1)〜(6)のいずれかに記載の混合触媒を表面に有する、触媒担持構造体。
(8)Ba、AlおよびZrを含む原料を焼成し担体aを得た後、この表面に活性金属αを付けて触媒Aを得る工程と、
Ceを含む原料から担体bを得た後、この表面に活性金属βを付けて触媒Bを得る工程と、
得られた触媒Aおよび触媒Bを混合して、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の混合触媒を得る工程と
を備える、混合触媒の製造方法。
(9)前記担体bを900℃以上の雰囲気に曝す工程を含まない、上記(8)に記載の混合触媒の製造方法。
(10)上記(1)〜(6)のいずれかに記載の混合触媒または上記(8)もしくは(9)に記載の混合触媒の製造方法によって得られる混合触媒を、構造体の表面に付けて上記(7)に記載の触媒担持構造体を得る工程を備える、触媒担持構造体の製造方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、従来と比べて触媒能が高く、特に、使用しても、その触媒能を高位に維持する触媒を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】混合触媒の組成とT50との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明について説明する。
本発明は、Ba、AlおよびZrならびにこれらの酸化物を主成分とする担体aの表面に活性金属αを有する触媒Aと、酸化セリウムを主成分とする担体bの表面に活性金属βを有する触媒Bとを主成分として含み、触媒Aと触媒Bとの合計質量に対する触媒Aの質量の比(A/(A+B)×100)が10質量%超80質量%未満である、混合触媒である。
このような混合触媒を、以下では「本発明の混合触媒」ともいう。
【0011】
本発明の混合触媒は、特定の性状を備える触媒Aと触媒Bとを特定の比率で含むものであるが、触媒Aまたは触媒Bを単独で用いた場合と比較して、予測できないほど触媒能が優れることを本発明者は見出した。具体的には、触媒Aと触媒Bとの合計質量に対する触媒Aの質量の比(A/(A+B)×100)が10質量%超80質量%未満であると、優れた触媒能を発揮することを見出した。この比は20〜50質量%であると、より優れた触媒能を発揮するので好ましい。
このように触媒Aまたは触媒Bを単独で用いた場合と比較して、触媒Aと触媒Bとを特定の比率で含む本発明の混合触媒の触媒能が非常に優れる理由は、現段階では不明であるが、触媒Aと触媒Bとの何らかの相互作用によるものと推定される。なお、本発明の混合触媒をEPMAを用いて観察すると、触媒Aと触媒Bとは独立して存在していて粒子間の付着や吸着はないと思われ、また、触媒Aと触媒Bとの間に化学的な反応もないと思われる。
【0012】
本発明の混合触媒は、後に詳細に説明する触媒Aと触媒Bとを主成分として含む。
ここで「主成分」とは、含有率が70質量%以上であることを意味する。すなわち、触媒Aと触媒Bとの合計含有率は70質量%以上である。この合計含有率は80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、100質量%である、すなわち、本発明の混合触媒が実質的に触媒Aと触媒Bとからなることがさらに好ましい。ここで「実質的に」とは、原料や製造過程から不可避的に含まれる不純物は含まれ得ることを意味する。なお、以下に示す本発明の説明において「実質的に」は、このような意味で用いる。
また、以下の活性金属a、担体bおよび活性金属βの説明における「主成分」も、ここでの説明と同様の意味で用いる。
【0013】
<担体a>
初めに、本発明の混合触媒における触媒Aの一部を構成する担体aについて説明する。
担体aは、Ba、AlおよびZrならびにこれらの酸化物を主成分とし、さらにYを含むことが好ましい。
ここで「主成分」とは、含有率が70質量%以上であることを意味する。すなわち、担体aにおけるBa、AlおよびZrならびにこれらの酸化物の合計含有率は70質量%以上である。この合計含有率は80質量%以上であることが好ましい。
また、担体aにおけるBa、Al、ZrおよびYならびにこれらの酸化物の合計含有率は、90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、100質量%である、すなわち、担体aが実質的にBa、Al、ZrおよびYならびにこれらの酸化物からなることがさらに好ましい。
【0014】
担体aは、Ba、AlおよびZrならびにこれらの酸化物を主成分とするものであれば特に限定されない。ここで「これらの酸化物」とは、Ba、Al、Zrの各々の元素の酸化物、すなわちBaO、Al23、ZrO2等であってもよいし、BaAl24、BaZrO3などの複合酸化物であってもよいし、これらの両方を含むものであってもよい。
【0015】
担体aは、Ba、AlおよびZrを含む酸化物を主成分とするものであることが好ましく、Ba、Al、ZrおよびYを含む酸化物を主成分とするものであることがより好ましく、BaO、Al23およびYSZを主成分とするものであることがさらに好ましい。
ここでYSZはイットリア安定化ジルコニアを意味し、酸化ジルコニウム(ZrO2)へ、イットリウム(Y)をドープして得られるものである。YSZにおけるZrの含有率は1〜10原子%であることが好ましく、2〜9原子%であることがより好ましい。
担体aがBaO、Al23およびYSZを主成分とする場合、BaO、Al23およびYSZの合計質量に対するBaOの質量比は、5〜50質量%であることが好ましく、10〜40質量%であることがより好ましく、13〜30質量%であることがさらに好ましい。また、BaO、Al23およびYSZの合計質量に対するAl23の質量比は、10〜80質量%であることが好ましく、15〜70質量%であることがより好ましく、25〜55質量%であることがさらに好ましい。また、BaO、Al23およびYSZの合計質量に対するYSZの質量比は、5〜60質量%であることが好ましく、10〜55質量%であることがより好ましく、15〜45質量%であることがさらに好ましい。
【0016】
担体aが、Ba、AlおよびZrならびにこれらの酸化物以外に含んでもよい成分として、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類、遷移金属(例えばLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo)が挙げられる。
【0017】
担体aの平均粒子径(メジアン径)および比表面積は特に限定されないものの、後述する触媒Aの平均粒子径および比表面積と同程度であってよい。
【0018】
担体aの製造方法は特に限定されない。例えば、Ba、AlおよびZrからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、粉末状、液状またはそれらを分散もしくは溶解して溶液とした酸化物、水酸化物、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、炭酸塩または錯塩の1種類以上を原料として、従来公知の方法(固相混合法、液相混合法、共沈法、含浸法など)によって、Ba、AlおよびZrを含む混合物を得た後、必要に応じて乾燥させ、その後、焼成することで担体aを得ることができる。
また、例えば、硝酸塩などの可溶性または液状の原料を用い、これを含む溶液をスプレーノズル等で高温領域に噴霧することで直接担体aを得ることもできる。これは、例えばホソカワミクロン社製のナノクリエータを用いて行うことができる。
【0019】
また、担体aは、Ba、AlおよびZrからなる群から選ばれる少なくとも1つを含む1種類以上の前記原料を湿式粉砕してスラリー状の前記原料とした後、必要に応じて乾燥させ、その後、焼成することで担体aを得ることが好ましい。湿式粉砕とは、前記原料を水や有機溶媒に浸した状態で分散、粉砕、解砕または混合する方法である。例えば前記原料と水とをボールミルに入れて粉砕等する方法である。
【0020】
また、前記スラリー状の原料を噴霧乾燥した後、焼成して担体aを得ることが好ましい。噴霧乾燥とは、前記スラリー状の原料を噴霧し、霧状とした後または霧状としながら乾燥する方法である。具体的には、前記スラリー状の原料と気体とを流し込むことでノズル先端から乾燥雰囲気内へスラリー状の原料の液滴を吐出させて、粉状の乾燥物を得る方法である。また、乾燥搭の上部から下部へ向かいダウンフローの乾燥ガスを用いて乾燥することが好ましい。また、噴霧乾燥はスプレードライヤーを用いて行うことが好ましい。スプレードライヤーの乾燥用熱風の入口温度は150〜300℃であることが好ましく、180〜220℃であることがより好ましい。また、出口温度は90〜130℃であることが好ましく、100〜120℃であることがより好ましい。また、アトマイザー回転数は10,000〜35,000rpmであることが好ましく、28,000〜32,000であることがより好ましい。
【0021】
また、前記原料またはこれが乾燥した前記乾燥物の焼成は、例えば従来公知の方法で行うことができる。例えば従来公知の焼成炉(トンネル炉、マッフル炉、ロータリーキルン等)を用いて1100〜1600℃程度の温度で、1〜50h程度、焼成して、担体aを得ることができる。
【0022】
<活性金属α>
次に、本発明の混合触媒における触媒Aの一部を構成する活性金属αについて説明する。
触媒Aにおいて活性金属αは担体aの表面に担持している。
【0023】
活性金属αは触媒能を備える金属であれば特に限定されないが、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ir、AuおよびAgからなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とするものであることが好ましい。
【0024】
活性金属αの一次粒子の平均粒子径は特に限定されないが、3〜600nmであることが好ましく、10〜550nmであることがより好ましい。このような範囲であると容易に製造することができ、また、粒子径が大きすぎる場合と比較して触媒能が高いからである。
活性金属αの平均粒子径は、EPMAを用いて拡大写真を得た後、不作為に選んだ数十個の活性金属αの直径を測定し、これを単純平均することで得るものとする。
【0025】
<触媒A>
次に、本発明の混合触媒における触媒Aについて説明する。
触媒Aは、上記のような担体aの表面に活性金属αを有するものである。
【0026】
触媒Aにおいて、100質量部の担体aに対する活性金属αの存在比は0.01〜2.0質量部であることが好ましく、0.1〜1.0質量部であることがより好ましく、0.2〜0.8質量部であることがさらに好ましい。担体aに対して活性金属αの量が少なすぎると触媒能が発揮されない傾向があり、逆に多すぎるとコストが高まる割には触媒能が高くならない傾向があるからである。
【0027】
触媒Aの平均粒子径(メジアン径)は、0.5〜150μmであることが好ましく、2〜70μmであることがより好ましく、5〜30μmであることがさらに好ましい。なお、触媒Aの平均粒子径は、触媒Aをヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液へ添加し、超音波分散および攪拌によって分散させて、透過率が60〜80%となるように調節した後、従来公知のレーザ散乱法(例えばHORIBA LA−950V2)を用いて粒度分布を測定し算出した値を意味するものとする。
【0028】
触媒Aの比表面積は、0.05〜5.0m2/gであることが好ましく、0.1〜3.0m2/gであることがより好ましい。
なお、本発明において比表面積は、すべて窒素吸着法(BET法)によって測定した値を意味するものとする。窒素吸着法(BET法)について具体的に説明する。まず、測定対象を乾燥させたもの(0.2g)を試料として測定セルに入れ、窒素ガス気流中、250℃で40分間脱ガス処理を行い、その上で試料を窒素30体積%とヘリウム70体積%の混合ガス気流中で液体窒素温度に保ち、窒素を試料に平衡吸着させる。次に、上記混合ガスを流しながら試料の温度を徐々に室温まで上昇させ、その間に脱離した窒素の量を検出し、試料の比表面積を測定する。窒素吸着法(BET法)は、例えば従来公知の表面積測定装置を用いて行うことができる。
【0029】
触媒Aは、担体aの表面に活性金属αを有するものであるが、その他に、さらにTi、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、La、Ce、Pr等を担体aの表面に有してもよい。
【0030】
触媒Aは、実質的に担体aおよび活性金属αからなることが好ましい。
【0031】
触媒Aは、Ba、AlおよびZrを含む原料を焼成し担体aを得た後、この表面に活性金属αを付けて得ることができる。
例えば、上記のような方法で得た担体aの表面に従来公知の担持法を用いて活性金属αを付けて触媒Aを得ることができる。担持法としては、固相混合法、液相混合法、共沈法、含浸法、逆ミセル法が挙げられる。具体的には、例えば活性金属αを構成する元素の塩を含む溶液(例えばジニトロジアンミン白金溶液)に、粉末状の担体aを浸漬し、しばらく放置することで担体a内へ溶液を含浸させ、その後、乾燥し、焼成することで触媒Aを得ることができる。焼成は、例えば従来公知の焼成炉を用いて行うことができる。
【0032】
<担体b>
次に、本発明の混合触媒における触媒Bの一部を構成する担体bについて説明する。
担体bは、酸化セリウムを主成分とする。酸化セリウムは通常、酸化数が4のCeO2であるが、酸化数が3のCe23であってもよく、いずれを含んでもよい。
【0033】
担体bが酸化セリウム以外に含んでもよい成分として、希土類、遷移金属(例えばLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo)が挙げられる。
【0034】
担体bの平均粒子径(メジアン径)および比表面積は特に限定されないものの、後述する触媒Bの平均粒子径および比表面積と同程度であってよい。
【0035】
担体bの製造方法は特に限定されない。例えば、Ceを含む、粉末状、液状またはそれらを分散もしくは溶解して溶液とした酸化物、水酸化物、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、炭酸塩または錯塩の1種類以上を原料として、従来公知の方法(固相混合法、液相混合法、共沈法、含浸法など)によって処理した後、必要に応じて乾燥させ、その後、焼成することで担体bを得ることができる。焼成は、例えば従来公知の焼成炉を用いて行うことができる。
【0036】
ここで担体bは、900℃以上の雰囲気に曝さないで製造することが好ましい。担体bを高温雰囲気に曝すと、本発明の混合触媒の触媒能が高くならない傾向があることを本発明者は見出した。
したがって、担体bを得る際は、Ceを含む原料を好ましくは900℃未満の温度、より好ましくは300〜500℃の温度、さらに好ましくは400℃程度の温度で焼成することで担体bを得る。
【0037】
<活性金属β>
次に、本発明の混合触媒における触媒Bの一部を構成する活性金属βについて説明する。
触媒Bにおいて活性金属βは担体bの表面に担持している。
【0038】
活性金属βは触媒能を備える金属であれば特に限定されないが、上記の触媒金属αと同様に、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ir、AuおよびAgからなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とするものであることが好ましい。
【0039】
活性金属βの一次粒子の平均粒子径は特に限定されないが、活性金属αと同様の理由で3〜600nmであることが好ましく、10〜550nmであることがより好ましい。活性金属βの粒子径の測定方法は、活性金属αの場合と同様である。
【0040】
<触媒B>
次に、本発明の混合触媒における触媒Bについて説明する。
触媒Bは、上記のような担体bの表面に活性金属βを有するものである。
【0041】
触媒Bにおいて、100質量部の担体bに対する活性金属βの存在比は0.01〜2.0質量部であることが好ましく、0.1〜1.0質量部であることがより好ましく、0.2〜0.8質量部であることがさらに好ましい。担体bに対して活性金属βの量が少なすぎると触媒能が発揮されない傾向があり、逆に多すぎるとコストが高まる割には触媒能が高くならない傾向があるからである。
【0042】
触媒Bの比表面積は、0.05〜200m2/gであることが好ましく、120〜170m2/gであることがより好ましい。
ここで比表面積の測定方法は、上記の触媒Aの場合と同様とする。
【0043】
触媒Bの平均粒子径(メジアン径)は、0.5〜100μmであることが好ましく、0.5〜50μmであることがより好ましく、0.5〜10μmであることがさらに好ましい。
ここで平均粒子径の測定方法は、上記の触媒Aの場合と同様とする。
【0044】
触媒Bは、担体bの表面に活性金属βを有するものであるが、その他に、さらにTi、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、La、Ce、Pr等を担体bの表面に有してもよい。
【0045】
触媒Bは、実質的に担体bおよび活性金属βからなることが好ましい。
【0046】
触媒Bは、Ceを含む原料から担体bを得た後、この表面に活性金属βを付けて得ることができる。
例えば、上記のような方法で得た担体bの表面に従来公知の担持法を用いて活性金属βを付けて触媒Bを得ることができる。担持法としては触媒Aを得る場合と同様の方法が挙げられる。
【0047】
<本発明の混合触媒の製造方法>
本発明の混合触媒は、上記のような方法で得た触媒Aと触媒Bを混合して得ることができる。すなわち、Ba、AlおよびZrを含む原料を焼成し担体aを得た後、この表面に活性金属αを付けて触媒Aを得る工程と、Ceを含む原料から担体bを得た後、この表面に活性金属βを付けて触媒Bを得る工程と、得られた触媒Aおよび触媒Bを混合して、本発明の混合触媒を得る工程とを備える、混合触媒の製造方法によって製造することができる。
【0048】
また、本発明の混合触媒は、前記担体bを900℃以上の雰囲気に曝す工程を含まない方法によって製造することが好ましい。担体bを高温雰囲気に曝すと、本発明の混合触媒の触媒能が高くならない傾向があるからである。
【0049】
本発明の混合触媒は、排ガス浄化用の三元触媒として好ましく用いることができる。
本発明の混合触媒をペレット触媒にして使用してもよいが、次に説明する触媒担持構造体にして使用することが好ましい。
【0050】
<触媒担持構造体>
次に、本発明の混合触媒を表面に有する触媒担持構造体について説明する。
この触媒担持構造体は、本発明の混合触媒を構造体の表面に付けてなるものである。ここで構造体としては、セラミックや金属からなるハニカム型の構造体が挙げられる。
このような構造体の表面に本発明の混合触媒を付けて、好ましく利用することができる。
【0051】
構造体の表面に本発明の混合触媒を付ける方法は特に限定されないが、ウォッシュコート法を好ましく適用することができる。ウォッシュコート法は、本発明の混合触媒を分散媒へ分散させ、必要に応じて粘度を調整して得たスラリー中へ前記構造体を浸漬し、引き上げた後、乾燥し、必要に応じて焼成する方法である。
【0052】
このようなハニカム型等の触媒担持構造体を、自動車の床下触媒またはマニ触媒として用いると、例えばガソリン自動車の排ガス中の一酸化炭素(CO)、未燃炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等を効率よく浄化することができる。
【実施例】
【0053】
本発明の実施例および比較例について説明する。本発明は以下に説明する範囲に限定されない。
【0054】
酸化アルミニウム粉末(和光純薬工業株式会社製、和光特級)200gおよびイットリア安定化ジルコニア(YSZ)粉末(株式会社高純度化学研究所)85gを、硝酸バリウム水溶液(0.6%)へ添加し、攪拌した。
次に、これを循環方式湿式粉砕機(LABSTAR、アシザワ・ファインテック社製)を用いて湿式粉砕し、スラリーを得た。ここで湿式粉砕の条件は、回転数:2480rpm、循環量:1L/min、粉砕時間:20分とした。また、粉砕にはビーズ径1mmのジルコニアビーズ455ccを用いた。
次に、循環方式湿式粉砕機から得られたスラリーを回収し、スプレードライヤーの1つである噴霧造粒乾燥装置(大川原化工機株式会社製、商品名:LB−8型)を用いて乾燥し、乾燥粉体を得た。ここで、乾燥装置の入口温度を200℃、出口温度を110℃、アトマイザー回転数を30,000rpmとした。
次に、噴霧造粒乾燥装置で得られた乾燥粉体をマッフル炉で、大気雰囲気下、1500℃で10時間かけて焼成し、担体a1を得た。
担体a1の組成を蛍光X線分析装置を用いて測定したところ、BaO:20.2質量%、Al23:43.4質量%、Y:4.79質量%、ZrO:30.7質量%であった。
【0055】
次に、得られた担体a1(100g)をジニトロジアンミン白金溶液(15.6%濃度、2.6g)へ添加して攪拌し、その後、室内で3h放置することで含浸した。
その後、溶液中から固形分を取り出し、その固形分を150℃、常圧下で一晩乾燥した後、400℃、常圧下で3h焼成し、触媒A1を得た。
そして、触媒A1におけるPtの含有量をICP発光分光分析装置を用いて測定したところ、担体a1の100質量部に対して0.4質量部であった。なお、触媒A1における担体a1の組成は、ジニトロジアンミン白金溶液へ添加する前と同一であった。
【0056】
また、触媒A1の粒度分布を測定した。具体的には、触媒A1をヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液へ添加し、超音波分散および攪拌によって分散させて、透過率が60〜80%となるように調節した後、レーザ散乱法(HORIBA LA−950V2)を用いて粒度分布を測定した。その結果、平均粒子径(メジアン径)は13.5μmであった。
【0057】
次に、酸化セリウムの粉末(株式会社高純度化学研究所、CeO2:約80質量%)を担体b1とし、この100gをジニトロジアンミン白金溶液(15.6%濃度、2.6g)へ添加して攪拌し、その後、室内で3h放置することで含浸した。
その後、溶液中から固形分を取り出し、その固形分を150℃、常圧下で一晩乾燥した後、400℃、常圧下で3h焼成し、触媒B1を得た。
そして、触媒B1におけるPtの含有量をICP発光分光分析装置を用いて測定したところ、担体b1の100質量部に対して0.4質量部であった。なお、触媒B1における担体b1の組成は、ジニトロジアンミン白金溶液へ添加する前と同一であった。
また、触媒B1の粒度分布を触媒A1の場合と同様の方法で測定したところ、平均粒子径(メジアン径)は5.51μmであった。
【0058】
次に、触媒A1と触媒B1とを混合して混合触媒を得た。触媒A1と触媒B1との混合比は6通りとし、6個の混合触媒を得た。具体的には、触媒A1と触媒B1との混合比(質量比)は、100/0、80/20、50/50、20/80、10/90、0/100とし、各々を混合触媒[1]〜[6]とした。
【0059】
次に、各々の混合触媒を水に添加し、さらにバインダーとしてベーマイトを添加した。ベーマイトの添加量は混合触媒100質量部に対して10質量部とした。そして、混合触媒およびバインダーを含む水をバッチ式ボールミルを用いて処理してスラリーを得た。ここで混合条件は、回転数:100rpm、粉砕時間:5分とした。また、混合にはビーズ径5mmのジルコニアビーズ210ccを用いた。このような処理を施して固形分濃度が30質量%のスラリーを6個得た。次に、各々のスラリーへコージェライト製のセラミックハニカム構造体(体積5.3cm3、400cells/inch2)を浸漬し、3分放置した後、引き上げ、150℃で1h乾燥した後、400℃で3h焼成する方法(ウォッシュコート法)によって、表面に混合触媒を備える触媒担持構造体を得た。混合触媒[1]を表面に備える触媒担持構造体を構造体[1]とし、同様に、混合触媒[2]〜[6]の各々を表面に備える触媒担持構造体を構造体[2]〜[6]とした。
構造体[1]〜[6]は、同じものを2個ずつ作製した。
【0060】
次に、2個の構造体[1]のうちの1個について、900℃に調整したマッフル炉中(常圧下)に30h保持し、耐久処理を施した。構造体[1]に耐久処理を施したものを、構造体[10]とした。そして、同様に、構造体[2]〜[6]についても耐久処理を施して、構造体[20]〜[60]を得た。
【0061】
このようにして構造体[1]〜[6]および構造体[10]〜[60]の12個の構造体を得た。
【0062】
次に、12個の構造体の各々について、常圧流通式の試験装置を用いてプロピレン転化率50%の温度(T50)の測定を行った。具体的には、試験装置のホルダーに構造体を1つセットし、ここへモデルガスを空間速度50,000h-1で通過させた。ホルダーにはヒータが設けられており、このヒータによって構造体の温度を150℃から650℃へ徐々に上昇させた。そして、モデルガス中のプロピレン浄化率が50%となったときの温度を測定し、これを各構造体におけるT50とした。
ここで、モデルガスの組成は、C33:1600ppm、NO:1000ppm、CO:0.6%、H2:0.2%、O2:0.6%、H2O:10.0%、N2:残部(すべて体積比率)であり、理論空気比は14.7とした。
また、プロピレン浄化率は次の式により求めるものとし、この式によって算出されるプロピレン浄化率が50%となる温度をT50とした。なお、この式におけるすべての濃度は体積濃度を意味する。
【0063】
プロピレン浄化率=(構造体入口のC33濃度−構造体出口のC33濃度)/構造体入口のC33濃度×100
【0064】
測定して求めた各構造体におけるT50を第1表に示す。また、構造体[10]〜[60]における、触媒Aと触媒Bとの合計質量に対する触媒Aの質量の比(A/(A+B)×100)とT50との関係を図1に示す。
【0065】
【表1】

【0066】
第1表および図1より、特に耐久処理を行った構造体[10]〜[60]について、触媒Aと触媒Bとの合計質量に対する触媒Aの質量の比(A/(A+B)×100)が80質量%以上の場合および10質量%以下の場合にT50が高くなるのに対して、10質量%超80質量%未満の場合にはT50が低くなることがわかった。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ba、AlおよびZrならびにこれらの酸化物を主成分とする担体aの表面に活性金属αを有する触媒Aと、酸化セリウムを主成分とする担体bの表面に活性金属βを有する触媒Bとを主成分として含み、
触媒Aと触媒Bとの合計質量に対する触媒Aの質量の比(A/(A+B)×100)が10質量%超80質量%未満である、混合触媒。
【請求項2】
前記担体aが、さらにYを含む、請求項1に記載の混合触媒。
【請求項3】
前記担体aが、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を含む、請求項1または2に記載の混合触媒。
【請求項4】
前記活性金属αおよび/または前記活性金属βが、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ir、AuおよびAgからなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とする、請求項1〜3のいずれかに記載の混合触媒。
【請求項5】
100質量部の前記担体aに対する前記活性金属αの存在比および/または100質量部の前記担体bに対する前記活性金属βの存在比が、0.01〜2.0質量部である、請求項1〜4のいずれかに記載の混合触媒。
【請求項6】
排ガス浄化用の三元触媒である、請求項1〜5のいずれかに記載の混合触媒。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれかに記載の混合触媒を表面に有する、触媒担持構造体。
【請求項8】
Ba、AlおよびZrを含む原料を焼成し担体aを得た後、この表面に活性金属αを付けて触媒Aを得る工程と、
Ceを含む原料から担体bを得た後、この表面に活性金属βを付けて触媒Bを得る工程と、
得られた触媒Aおよび触媒Bを混合して、請求項1〜6のいずれかに記載の混合触媒を得る工程と
を備える、混合触媒の製造方法。
【請求項9】
前記担体bを900℃以上の雰囲気に曝す工程を含まない、請求項8に記載の混合触媒の製造方法。
【請求項10】
請求項1〜6のいずれかに記載の混合触媒または請求項8もしくは9に記載の混合触媒の製造方法によって得られる混合触媒を、構造体の表面に付けて請求項7に記載の触媒担持構造体を得る工程を備える、触媒担持構造体の製造方法。


【図1】
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【公開番号】特開2013−39520(P2013−39520A)
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−177403(P2011−177403)
【出願日】平成23年8月15日(2011.8.15)
【出願人】(000190024)日揮触媒化成株式会社 (458)
【Fターム(参考)】