複合金属酸化物の製造方法
【課題】本発明は、酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合金属酸化物を容易に且つ低コストで得ることができる複合金属酸化物の製造方法を提供する。
【解決手段】（ａ）酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の塩とを含有する水溶液を提供すること、（ｂ）この水溶液のｐＨを、塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして（ｃ）得られた複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成することを含む、酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合金属酸化物の製造方法とする。
【解決手段】（ａ）酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の塩とを含有する水溶液を提供すること、（ｂ）この水溶液のｐＨを、塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして（ｃ）得られた複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成することを含む、酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合金属酸化物の製造方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合金属酸化物、特に複合金属酸化物触媒担体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複合金属酸化物は、その特異な性質のため、触媒、触媒担体、吸着材、電極、磁性材料、電子部品等の多くの用途で開発及び使用が進められている。
【０００３】
特に排ガス浄化触媒の用途では、複合金属酸化物を触媒担体として用いることが注目されている。
【０００４】
従来、排ガス浄化触媒の用途では、高触媒表面積を得るために、触媒担体としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を使用することが一般的であった。しかしながら近年では、担体の化学的性質を利用して排ガスの浄化を促進するために、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）などの様々な金属酸化物を含有している複合金属酸化物を、多孔質金属酸化物担体として使用することも提案されている。
【０００５】
これらの複合金属酸化物担体としては、セリアとジルコニアとの複合金属酸化物が一般に知られている。このセリア−ジルコニア複合酸化物は、セリアが有するＯＳＣ能（酸素吸蔵能）、すなわち排ガス中の酸素濃度が高いときに酸素を吸蔵し、且つ排ガス中の酸素濃度が低いときに酸素を放出する特性を提供しつつ、単独のセリアよりも有意に改良された耐熱性を有することができる。
【０００６】
このようなセリア−ジルコニア複合酸化物の製造のためには一般に、セリウム塩及びジルコニウム塩を含有している塩水溶液を提供し、この塩水溶液を塩基性にすることによって、セリア−ジルコニア複合酸化物の前駆体、特にセリア−ジルコニア複合水酸化物を沈殿させ、この前駆体を乾燥及び焼成する共沈法が行われている。
【０００７】
また、特許文献１では、貴金属担持アルミナ以外の排ガス浄化触媒として、メタロシリケートからなる触媒を用いることを提案している。ここでは、このメタロシリケートは、ゼオライト中のアルミニウムの少なくとも一部が他の元素によって置換された構造を有する化合物であるとしている。ゼオライト中においてアルミニウムを置換する元素としては、アルミニウムとイオン半径や化学的性質が似ている元素が好ましいとされており、具体的には鉄、ガリウム、亜鉛、ランタン等が挙げられている。
【０００８】
この特許文献１では、シリカ源とアルカリ金属源との水熱処理によってアルカリ金属型メタロシリケートを製造し、そしてこのアルカリ金属型メタロシリケートのアルカリ金属を、所望の金属によってイオン交換することによって、このメタロシリケートを製造している。
【０００９】
特許文献２では、チタニア−ジルコニア複合酸化物と、ランタン、ネオジム及びプラセオジムからなる群より選択される元素とを含むＮＯｘ吸蔵還元型触媒用担体を開示している。
【００１０】
この特許文献２では、四塩化チタン塩酸に塩化ジルコニウムを混合し、ここにアンモニアを滴下させて共沈を行わせる一般的な共沈法によって、チタニア−ジルコニア複合酸化物を製造している。また、このチタニア−ジルコニア複合酸化物を、硝酸ランタン溶液等の塩溶液に浸漬し、そして乾燥及び焼成することによって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒用担体を得ている。
【００１１】
特許文献３では、シリカ、ゼオライト、シリカ−アルミナ及びチタニア−アルミナ等の触媒担持層に、白金族元素が担持されてなる排ガス浄化触媒において、この触媒担持層に更に、バナジウムとランタン等との複合酸化物が担持されている排ガス浄化触媒を開示している。
【００１２】
尚、特許文献４では、ジルコニア中に存在するランタノイド元素が、アンカー効果、すなわちジルコニア表面でのロジウムの移動を抑制する効果によって、ロジウムのシンタリングを抑制することを開示している。
【００１３】
【特許文献１】特開平５−４９８６４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４７６３号公報
【特許文献３】特開平８−２６６８６５号公報
【特許文献４】特開２００２−２８２６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
複合金属酸化物の製造方法としては、粉末状の複数種の金属酸化物を混合し、これを非常に高い温度で焼成する方法、金属酸化物の粒子を金属塩の溶液に浸漬し、乾燥し、そして高温で焼成する方法、及びいわゆる共沈法が一般に知られている。
【００１５】
これらの製造方法のうちで共沈法は、均一な組成を有する複合金属酸化物を得ることが可能である点、比較的低温の焼成で複合金属酸化物を得ることができる点等で好ましい。
【００１６】
しかしながら共沈法では、アルカリ土類金属及び希土類の酸化物のような塩基性金属酸化物と、シリカ及びチタンのような酸性金属酸化物との均一な複合金属酸化物を得ることが難しい。これは、塩基性金属のイオン、例えばランタンイオンは、比較的大きい塩基性のｐＨにおいてのみ沈殿物を形成するのに対して、酸性金属のイオン、例えばケイ素イオンは、強酸性及び強アルカリ性を除く広いｐＨ範囲において沈殿物を形成することによる。
【００１７】
すなわち、硝酸ランタンのような塩基性金属の塩と、ケイ酸ナトリウムのような酸性金属の塩とを用いて共沈法を行う場合、これらの塩が沈殿物を形成するｐＨが有意に互いに異なるので、異なるタイミングで沈殿が形成される。この場合、それぞれの金属を含有している沈殿が別個の凝集体を形成するので、これらの金属を含有している均一な沈殿物を得ることが困難である。
【００１８】
尚、複合金属酸化物の製造に関し、マイクロエマルション法を用いることも考慮される。マイクロエマルション法では、疎水性溶媒中に水を適当な界面活性剤とともに分散させて、疎水性溶媒中に微小な水滴が分散している分散液を得る。その後、この分散液に対して、水溶性の金属塩を加え、疎水性溶媒中に分散している微小な水滴内で金属水酸化物を析出させる。
【００１９】
このマイクロエマルション法によれば、微小な水滴内に含まれる金属元素の量に対応する微小な二次粒子径を有する複合金属酸化物を得ることができる。
【００２０】
しかしながらこのマイクロエマルション法では、微細な水滴を形成するために多量の有機溶媒を使用しなければならず、この有機溶媒の回収及び処理のためにコストに関して不利である。
【００２１】
従って本発明では、異なる性質の複数種の金属を含有している複合金属酸化物を容易に且つ低コストで得ることができる複合金属酸化物の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
複合金属酸化物を製造する本発明の方法は、金属酸化物としての電気陰性度が２．８０超である酸性金属酸化物と、希土類及びアルカリ土類金属からなる群より選択される塩基性金属の酸化物である塩基性金属酸化物との複合金属酸化物を製造する方法である。この本発明の方法は、下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含む：
（ａ）酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の塩とを含有している水溶液を提供すること、
（ｂ）水溶液のｐＨを、塩基性金属の一部、例えば塩基性金属の０．１〜５ｍｏｌ％、特に０．１〜１．５ｍｏｌ％、より特に０．１〜１ｍｏｌ％が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして
（ｃ）複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成すること。
【００２３】
本発明の方法によれば、工程（ｂ）において、塩基性金属の水酸化物とこの金属のイオンとの間の平衡による塩基性金属の水酸化物の溶解及び再析出によって、この水酸化物を、酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面上に優先的に再析出させること又は再配置することができる。従ってこの本発明の方法によれば、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物前駆体を得ること、またこのような複合金属酸化物前駆体を乾燥及び焼成して、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物を得ることができる。
【００２４】
本発明の方法の１つの態様は、工程（ａ）の後であって工程（ｂ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む。
【００２５】
本発明の方法のこの態様によれば、工程（ｂ）の前に塩基性金属の大部分を水酸化物として析出させ、それによって工程（ｂ）において、酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の水酸化物とが共に沈殿物を形成しているようにして、これらの成分の距離を近づけることができる。これによれば、酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面上への塩基性金属の水酸化物の再配置を促進することができる。
【００２６】
また、本発明の方法の１つの態様では、工程（ｂ）の所定時間が、１時間〜５日間、例えば１０時間〜３日間である。
【００２７】
また、本発明の１つの態様では、工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む。
【００２８】
本発明のこの態様によれば、塩基性金属の水酸化物を確実に析出させること、及び得られる前駆体の構造を強固にして、乾燥及び焼成等の間にもこの構造が保持されるようにすることができる。
【００２９】
本発明の方法の１つの態様では、酸性金属が、シリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブ、特にシリカ及びチタニアからなる群より選択される。
【００３０】
本発明の方法の１つの態様では、塩基性金属が、希土類、特にイットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムからなる群より選択される。
【００３１】
本発明の方法の１つの態様では、工程（ａ）で提供される水溶液において、酸性金属：塩基性金属（モル比）＝１：９〜９：１、例えば２：８〜８：２である。
【００３２】
本発明の方法の１つの態様では、製造される複合金属酸化物が、複合金属酸化物触媒担体、特に複合金属酸化物触媒担体粒子である。
【００３３】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を製造する場合、得られる複合金属酸化物触媒担体は、触媒担体全体として比較的中性の性質を有することができる。また、随意にこれに加えて、本発明の方法によって得られる複合金属酸化物触媒担体では、複合酸化物化による高い耐熱性を提供すること、塩基性金属酸化物部分において局所的に強い塩基性を提供すること、及び／又は酸性金属酸化物部分において局所的に強い酸性を提供することができる。
【００３４】
本発明の複合金属酸化物は、複合金属酸化物を製造する本発明の方法によって製造される。
【００３５】
本発明の排ガス浄化触媒は、複合金属酸化物触媒担体を製造する本発明の方法によって製造される複合金属酸化物触媒担体に、貴金属が担持されてなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合金属酸化物を製造する本発明の方法は、下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含む：
（ａ）酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の塩とを含有している水溶液を提供すること、
（ｂ）水溶液のｐＨを、塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして
（ｃ）複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成すること。
【００３７】
この本発明の方法の工程（ｂ）では、塩基性金属（Ａ）について下記の式（Ｉ）で示すような平衡、すなわち塩基性金属のイオン（Ａａ＋）と、この金属の水酸化物（Ａ（ＯＨ）ａ）である沈殿物との間の平衡が存在している：
Ａａ＋ ＋ ａＯＨ− ←→ Ａ（ＯＨ）ａ↓ 式（Ｉ）
（Ａは塩基性金属であり、且つａは塩基性金属Ａの価数）。
【００３８】
この系が平衡状態にある場合、見かけ上は、塩基性金属（Ａ）の移動はない。しかしながら、実際には、塩基性金属（Ａ）は、金属イオン（Ａａ＋）としての溶解と、水酸化物（Ａ（ＯＨ）ａ）としての析出とを繰り返しながら、この平衡状態を保っている。ここでは、この式（Ｉ）の平衡が、塩基性金属がイオンとして溶解する側（式（Ｉ）の左側）又は塩基性金属が水酸化物として析出する側（式（Ｉ）の右側）のいずれか一方に極端に偏っていない場合に、この塩基性金属の溶解及び析出の頻度が比較的大きくなる。
【００３９】
ここで得られる塩基性金属の水酸化物、特に希土類の水酸化物は一般に、正のゼータ電位を有することができる。すなわち、塩基性金属の水酸化物は一般に、水酸化イットリウムに関して図２で示すようなゼータ電位曲線を有する。また、一般に金属酸化物のコロイド粒子は、比較的酸性の溶液中において正のゼータ電位を有し、ｐＨが大きくなるにつれてこのゼータ電位が低下して、比較的塩基性の溶液中においては負のゼータ電位を有する。すなわち、金属酸化物のコロイド粒子は一般に、チタニアのコロイド粒子に関して図３で示すようなゼータ電位曲線を有する。
【００４０】
従って、この工程（ｂ）では、正のゼータ電位を有する塩基性金属の水酸化物が、負のゼータ電位を有する酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面に優先的に再析出する。すなわち例えば、塩基性金属としてランタン（Ｌａ）を用い且つ酸性金属としてケイ素（Ｓｉ）を用いる態様に関して図１に示されているように、正のゼータ電位を有する塩基性金属の水酸化物２（Ｌａ（ＯＨ）３）の一部が水溶液に溶解してイオン２’（Ｌａ３＋）となり、負のゼータ電位を有する酸性金属酸化物のコロイド粒子１（ＳｉＯ２）の表面において優先的に、水酸化物２”（Ｌａ（ＯＨ）３）として再析出する。
【００４１】
本発明の方法では、このような機構によって、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物前駆体が得られると考えられる。
【００４２】
（酸性金属酸化物）
本発明に関して、「酸性金属酸化物」は、金属酸化物としての電気陰性度が２．８０超である金属酸化物を意味している。ここで、この「金属酸化物としての電気陰性度」は、金属酸化物を構成する金属元素及び酸素のポーリングによる電気陰性度を、金属酸化物に含有されるこれらの元素の比に応じて加重平均した値である。尚、本発明に関して、「酸性金属」は、酸性金属酸化物を構成している金属を意味している。
【００４３】
すなわち例えば、シリカ（ＳｉＯ２）の金属酸化物としての電気陰性度は、下記のようにして計算される：
｛１．９０（シリカの電気陰性度）×１＋３．４４（酸素の電気陰性度）×２｝／３
≒２．９３
【００４４】
上記のようにして計算される金属酸化物としての電気陰性度の例を、下記の表１に挙げる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
この金属酸化物としての電気陰性度が大きいことは、その金属酸化物が比較的酸性の性質を有することを意味し、またこの金属酸化物としての電気陰性度が小さいことは、その金属酸化物が比較的塩基性の性質を有することを意味する。
【００４７】
尚、本発明に関して、金属酸化物の電気陰性度の計算のために使用される酸素の電気陰性度は３．４４であり、また金属の電気陰性度は下記のようなものである。
【００４８】
典型金属元素
（第１〜第３周期）Ｌｉ（０．９８）、Ｂｅ（１．５７）、Ｎａ（０．９３）、Ｍｇ（１．３１）、Ａｌ（１．６１）、Ｓｉ（１．９０）。
【００４９】
（第４周期）Ｋ（０．８２）、Ｃａ（１．００）、Ｚｎ（１．６５）、Ｇａ（１．８１）、Ｇｅ（２．０１）。
【００５０】
（第５周期）Ｒｂ（０．８２）、Ｓｒ（０．９５）、Ｃｄ（１．６９）、Ｉｎ（１．７８）、Ｓｎ（１．９６）、Ｓｂ（２．０５）。
【００５１】
（第６周期）Ｃｓ（０．７９）、Ｂａ（０．８９）、Ｈｇ（２．００）、Ｔｌ（１．６２）、Ｐｂ（２．３３）、Ｂｉ（２．０２）、Ｐｏ（２．０）。
【００５２】
（第７周期）Ｆｒ（０．７）、Ｒａ（０．９）。
【００５３】
遷移金属元素
（第４周期）Ｓｃ（１．３６）、Ｔｉ（１．５４）、Ｖ（１．６３）、Ｃｒ（１．６６）、Ｍｎ（１．５５）、Ｆｅ（１．８３）、Ｃｏ（１．８８）、Ｎｉ（１．９１）、Ｃｕ（１．９０）。
【００５４】
（第５周期）Ｙ（１．２２）、Ｚｒ（１．３３）、Ｎｂ（１．６）、Ｍｏ（２．１６）、Ｔｃ（１．９）、Ｒｕ（２．２）、Ｒｈ（２．２８）、Ｐｄ（２．２０）、Ａｇ（１．９３）。
【００５５】
（第６周期）Ｈｆ（１．３）、Ｔａ（１．５）、Ｗ（２．３６）、Ｒｅ（１．９）、Ｏｓ（２．２）、Ｉｒ（２．２０）、Ｐｔ（２．２８）、Ａｕ（２．５４）。
【００５６】
（ランタノイド元素）Ｌａ（１．１）、Ｃｅ（１．１２）、Ｐｒ（１．１３）、Ｎｄ（１．１４）、Ｐｍ（１．１３）、Ｓｍ（１．１７）、Ｅｕ（１．２）、Ｇｄ（１．２）、Ｔｂ（１．１）、Ｄｙ（１．２２）、Ｈｏ（１．２３）、Ｅｒ（１．２４）、Ｔｍ（１．２５）、Ｙｂ（１．１）、Ｌｕ（１．２７）。
【００５７】
（アクチノイド元素）Ａｃ（１．１）、Ｔｈ（１．３）、Ｐａ（１．５）、Ｕ（１．３８）、Ｎｐ（１．３６）、Ｐｕ（１．２８）、Ａｍ（１．１３）、Ｃｍ（１．２８）、Ｂｋ（１．３）、Ｃｆ（１．３）、Ｅｓ（１．３）、Ｆｍ（１．３）、Ｍｄ（１．３）、Ｎｏ（１．３）、Ｌｒ（−）。
【００５８】
本発明の方法で使用する酸性金属酸化物のコロイド粒子は一般に、比較的酸性のｐＨにおいて正のゼータ電位を有し、比較的塩基性のｐＨにおいて負のゼータ電位を有する。但し、コロイド粒子の等電点は、コロイド粒子の表面改質、特に有機化合物によるコロイド粒子の表面改質によって、調節することができる。
【００５９】
具体的なコロイド粒子としては、金属のアルコキシド、アセチルアセトナート、酢酸塩、及び硝酸塩などを加水分解及び縮合して得られた物質を挙げることができる。また、シリカコロイド溶液、チタニアコロイド溶液のようなコロイド溶液（ゾル）は、公知の材料であり、市販されているものを入手することもできる。
【００６０】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、触媒担体において使用されている酸性金属酸化物、例えばシリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブからなる群より選択される金属酸化物、特にシリカ及び/又はチタニアを用いることができる。
【００６１】
（塩基性金属酸化物）
本発明に関して、「塩基性金属」は、希土類及びアルカリ土類金属からなる群より選択される金属を意味している。また、本発明に関して、「塩基性金属酸化物」は、塩基性金属の酸化物を意味している。
【００６２】
塩基性金属の塩としては、本発明で使用する水溶液に溶解させることができる任意の塩を挙げることができる。従って本発明において使用する塩基性金属の塩としては、硝酸塩のような無機酸塩、酢酸塩のような有機酸塩を挙げることができる。
【００６３】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、好ましくは塩基性金属は、貴金属元素から電子を受容する電子受容性である金属元素、例えば希土類元素である。このような電子受容性である金属元素としては、希土類元素のうちの原子番号が若く、且つ４ｆ、４ｄ又は５ｄ軌道に、空きがある又は空きが多いイオンを形成する元素、例えばイットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムが特に好ましい。このような金属元素の酸化物を有する複合金属酸化物の触媒担体に、触媒金属としての貴金属を担持する場合、貴金属元素、特に白金の有する電子が、複合金属酸化物担体に配位することによって、触媒の使用の間の貴金属のシンタリングを抑制することができる。
【００６４】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、最も好ましくは、塩基性金属は、貴金属元素から電子を受容する電子受容性であり且つ触媒の使用の間における酸化還元反応によって原子価の変化がない金属元素、例えばランタン又はネオジムである。このような金属元素の酸化物を有する複合金属酸化物触媒担体に、触媒金属としての貴金属を担持する場合、触媒の使用の間の貴金属のシンタリングをより良好に抑制することができる。これは、触媒の使用の間における酸化還元反応によって原子価が変化する元素の酸化物、例えばＯＳＣ能に関して好ましく使用されているセリアでは、還元雰囲気において原子価が変化し、それによって貴金属との相互作用が低下することによる。
【００６５】
（酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との組み合わせ）
本発明の方法によれば、酸性金属と塩基性金属との性質の相違にも関わらず、任意の組合せ及び任意の割合で、酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合酸化物を得ることができる。従ってこれらの比としては、例えば酸性金属：塩基性金属（モル比）＝１：９〜９：１とすることができる。
【００６６】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、好ましくは酸性金属が、シリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブ、特にシリカ及びチタニアからなる群より選択され、且つ塩基性金属が、希土類、特にイットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジム、より特にランタン及びネオジムからなる群より選択される。
【００６７】
本発明の複合金属酸化物触媒担体では、塩基性金属酸化物と酸性金属酸化物とを組み合わせて使用することによって、触媒担体全体としては比較的中性の性質を有することができる。
【００６８】
これに関し、排ガス浄化触媒のための触媒担体では、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を基準として、アルミナよりも電気陰性度が大きい金属酸化物は酸性であり、またアルミナよりも電気陰性度が小さい金属酸化物は塩基性であると考えることができる。
【００６９】
一般に、排ガス浄化触媒のための触媒担体の塩基性が強い場合、炭化水素（ＨＣ）が担体に吸着しにくく、従ってＨＣの酸化性能が低くなる傾向がある。またこの場合、酸素が過剰であるリーン雰囲気においては酸素が触媒担体に吸着し、それによってこの触媒担体に担持されている白金等の貴金属も酸素被毒し、結果として触媒活性が低下することがある。一方で、排ガス浄化触媒のための触媒担体の酸性が強い場合、その上に担持されている貴金属から電子を引きつけ、それによって貴金属上でのＮＯｘの還元反応を妨げることがある。
【００７０】
従って排ガス浄化触媒のための触媒担体としては、アルミナと同様な比較的中性の電気陰性度を有することが好ましいことがある。これに関し、複合金属酸化物の電気陰性度を、酸性金属酸化物としてのシリカ（ＳｉＯ２）と塩基性金属酸化物としての酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）との比率に対して、下記の表２に示す。尚、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の電気陰性度は２．７１である。
【００７１】
【表２】
【００７２】
（ｐＨの調整）
工程（ｂ）におけるｐＨ、すなわち塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨは、使用する水溶液の組成、温度、濃度等に依存し、実験に基づいて決定することができる。塩基性金属が希土類である場合、塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、且つ塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有するｐＨとしては、例えば７〜９のｐＨを挙げることができる。
【００７３】
ここで、この工程（ｂ）におけるｐＨに関し、図４は、塩基性金属であるランタンの一部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有するｐＨ範囲（Ｌａ）、及び酸性金属酸化物であるシリカのコロイド粒子が溶解しないｐＨ範囲（Ｓｉ）を概念的に示している。
【００７４】
ここでは、工程（ｂ）におけるｐＨは例えば、図４においてｐＨ範囲ｘとして表わすことができる。例えばこのｐＨでは、塩基性金属のうちの０．１〜５ｍｏｌ％が、イオンとして水溶液に溶解している。この割合は、平衡状態において沈殿物をろ過し、この沈殿物に含有される塩基性金属の量又はろ液に含有されている塩基性金属の量を測定することによって知ることができる。
【００７５】
この工程（ｂ）におけるｐＨが過度に大きく、それによって塩基性金属が実質的に全て水酸化物として析出している場合、塩基性金属の水酸化物を酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面に再配置するのに極めて長時間を要し、再配置を達成することが困難である。また工程（ｂ）におけるｐＨが過度に大きい場合、酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解して、負のゼータ電位を有さないことがある。
【００７６】
工程（ｂ）におけるｐＨが過度に小さく、それによって塩基性金属が水酸化物として析出しない場合、塩基性金属の水酸化物が酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面に十分に再配置されない。
【００７７】
工程（ｂ）において溶液を所定のｐＨに維持する時間は、水溶液の温度、濃度及び性質、特に水溶液のｐＨ、並びに再配置させることを意図する塩基性金属の濃度、溶解度等に依存する。工程（ｂ）において溶液を所定のｐＨに維持する時間は例えば、１時間〜５日間とすることができる。
【００７８】
工程（ａ）の後であって工程（ｂ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることによって、工程（ｂ）の前に塩基性金属の大部分を水酸化物として析出させる場合、このｐＨは、塩基性金属の性質、水溶液の温度等に応じて任意に決定できる。例えばこのｐＨとしては、工程（ｂ）において維持するｐＨをよりも、１以上又は２以上大きいｐＨを選択することができる。
【００７９】
また、工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることによって、工程（ｂ）の水溶液から塩基性金属の水酸化物を確実に析出させる場合、このｐＨは、塩基性金属の性質、水溶液の温度等に応じて任意に決定できる。例えばこのｐＨとしては、工程（ｂ）において維持するｐＨをよりも、１以上又は２以上大きいｐＨを選択することができる。
【００８０】
（複合金属酸化物前駆体の乾燥及び焼成）
本発明の方法では、得られる複合金属酸化物前駆体を乾燥及び焼成することによって、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物を得ることができる。
【００８１】
複合金属酸化物前駆体からの分散媒の除去及び乾燥は、任意の方法及び任意の温度で行うことができる。これは例えば、複合金属酸化物前駆体を１２０℃のオーブンに入れて達成できる。このようにして複合金属酸化物前駆体から分散媒を除去及び乾燥して得られた原料を焼成して、複合金属酸化物を得ることができる。この焼成は、金属酸化物合成において一般的に用いられる温度、例えば５００〜８００℃の温度で行うことができる。
【００８２】
（排ガス浄化触媒の製造）
本発明の排ガス浄化触媒は、複合金属酸化物触媒担体を製造する本発明の方法によって製造される複合金属酸化物触媒担体に、白金等の貴金属を担持させることによって得ることができる。貴金属の担持は任意の方法によって達成でき、例えば白金を担持する場合、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液を複合金属酸化物に含浸させ、これを乾燥及び焼成して、０．５〜２重量％の白金を担持した本発明の排ガス浄化触媒を製造することができる。
【００８３】
またバリウム等のＮＯｘ吸蔵材を更に担持してＮＯｘ吸蔵還元触媒を得る場合、バリウム等のＮＯｘ吸蔵材の担持は、これらの金属の塩を含有している溶液、例えば酢酸バリウム溶液を触媒担体に含浸させ、これを乾燥及び焼成して達成できる。
【実施例】
【００８４】
実施例１
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００８５】
シリカゾル（日産化学製、スノーテックスＮＸＳ、平均粒子径約５ｎｍ）を蒸留水で希釈して、希釈コロイダルシリカゾルを得た。また、市販の硝酸ランタン水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸ランタン水溶液を得た。希釈コロイダルシリカゾルと希釈硝酸ランタン水溶液とを混合して、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している酸性の混合溶液１０Ｌを得た。この混合溶液では、ランタン（Ｌａ）：ケイ素（Ｓｉ）（モル比）＝６２．５：３７．５であった。また、狙い収量は３５０ｇであった。
【００８６】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを８．５にし、２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡においてランタンの約１％が溶液中に溶解している）。その後、アンモニア水を更に加えてｐＨを１０にして、沈殿物を得た。このようにして得られた沈殿物をろ過し、ｐＨ１０の小量の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００８７】
実施例２
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００８８】
実施例１と同様にして、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌを得た。
【００８９】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を発生させた。沈殿物を有するこの混合溶液に対して、硝酸を加えてｐＨを８．５にし、２日間にわたって保持した。その後、アンモニア水を再び加えてｐＨを１０にした。このようにして得られた沈殿物を、実施例１と同様にして、ろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９０】
実施例３
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化ランタン−チタニア複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００９１】
チタニアゾル（石原産業製、ＳＴＳ−１００）を蒸留水で希釈して、希釈チタニアゾルを得た。また、市販の硝酸ランタン水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸ランタン水溶液を得た。希釈チタニアゾルと希釈硝酸ランタン水溶液とを混合して、コロイダルチタニア及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌ（ｐＨは約３）を得た。この混合溶液では、ランタン（Ｌａ）：チタン（Ｔｉ）（元素のモル比）＝１：１であった。また、狙い収量は４０ｇであった。
【００９２】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を発生させた。沈殿物を有するこの混合溶液に対して、硝酸を加えてｐＨを８．５にし、２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡においてランタンの約１％が溶液中に溶解している）。その後、アンモニア水を再び加えてｐＨを１０にした。このようにして得られた沈殿物をろ過し、希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−チタニア複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９３】
実施例４
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化イットリウム−チタニア複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００９４】
チタニアゾル（石原産業製、ＳＴＳ−１００）を蒸留水で希釈して、希釈チタニアゾルを得た。また、市販の硝酸イットリウム水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸イットリウム水溶液を得た。希釈チタニアゾルと希釈硝酸イットリウム水溶液とを混合して、コロイダルチタニア及び硝酸イットリウムを含有している混合溶液１０Ｌ（ｐＨは約３）を得た。この混合溶液では、イットリウム（Ｙ）：チタン（Ｔｉ）（モル比）＝１：１であった。また、狙い収量は４０ｇであった。
【００９５】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを８．３にして、沈殿物を発生させた。その後、沈殿物を有するこの混合溶液に対して、硝酸を加えてｐＨを７．１にし、２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡においてイットリウムの約１％が溶液中に溶解している）。その後、アンモニア水を再び加えてｐＨを８．３にした。このようにして得られた沈殿物をろ過し、希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、組成ＹＴｉＯ３．５のパイロクロア構造酸化イットリウム−チタニア複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９６】
比較例１
コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液を塩基性のｐＨで保持しなかったことを除いて実施例１と同様にして、すなわち下記のようにして、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００９７】
実施例１と同様にして、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌを得た。
【００９８】
この混合溶液を１日間にわたって保持して、均一化させた。その後、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を得た。このようにして得られた沈殿物を、実施例１と同様にして、ろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９９】
比較例２
コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液を、ランタンが実質的に全て水酸化物として析出する塩基性のｐＨで保持したことを除いて、実施例１と同様にして、すなわち下記のようにして、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【０１００】
実施例１と同様にして、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌを得た。
【０１０１】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を得、この溶液を２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡において実質的に全てのランタンが水酸化物として析出しており、溶液中には実質的にランタンが溶解していない）。その後、このようにして得られた沈殿物を、実施例１と同様にして、ろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【０１０２】
比較例３
ランタン源としての硝酸ランタン及びシリカ源としてのケイ酸ナトリウム水溶液（水ガラス）を用いて、下記のようにして共沈法によって、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【０１０３】
ケイ酸ナトリウム水溶液を蒸留水で希釈して、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液を得た。また、市販の硝酸ランタン水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸ランタン水溶液を得た。希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に希釈硝酸ランタン水溶液を混合すると、直ぐに沈殿が発生した。１０分間にわたって撹拌を行った後で、沈殿物をろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄してナトリウムイオンをできるだけ除去し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【０１０４】
このようにして得られた比較例３の複合金属酸化物は、実施例１及び２並びに比較例１で得られた複合酸化物とは明らかに凝集状態が異なっており、見かけの体積が１／７程度に小さくなっていた。また、比較例３の複合金属酸化物の比表面積は５．７ｍ２／ｇであり、この表面積は、触媒担体用の複合金属酸化物としては不十分であると考えられる。
【０１０５】
比較例４
マイクロエマルション法を用い、下記のようにして酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【０１０６】
ランタン源として、硝酸ランタン（０．３０１６ｍｏｌ、濃度１．６７５Ｍ）とアンモニア水（０．３７４８ｍｏｌ、濃度２．０８２Ｍ）との水溶液１８０ｍｌを、２−ブタノール２２．６ｍｌと共に、アルキル系界面活性剤ＢＣ−５．５（商品名）４５６．９ｇをシクロヘキサン６４８５ｍｌに溶解した溶媒中に混合して、マイクロエマルション液を調製した。
【０１０７】
ケイ素源としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）０．１８０９ｍｏｌをシクロヘキサン１０００ｍｌに溶解したアルコキシド溶液を調製した。
【０１０８】
上記のマイクロエマルション液にアルコキシド溶液を混合し、濃度１４．８Ｍのアンモニア水７９．８５ｍｌと蒸留水７．６９ｍｌとを加えた。この状態での有機溶媒と界面活性剤との比率（Ｏ／Ｓ比）は６３．６であり、油相と水相との比率（Ｏ／Ｗ）は６であり、ミセルの予想直径（ｄｗ）は４０ｎｍであり、ｐＨは８．１であった。また、混合時間は５分間であった。その結果、加水分解が生じ、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物の前駆体の一次粒子が生じ、またこの一次粒子が凝集して二次粒子が生じた。
【０１０９】
その後、エタノール３００ｍｌと濃度１４．８Ｍのアンモニア水１９２．８２ｍｌ及び蒸留水１８．５７ｍｌを加えて、マイクロエマルション液を二相領域に持って行き、撹拌しつつ、二次粒子同士を更に凝集させる熟成を行った。このときのｐＨは１０．０であり、水相と界面活性剤との比率（Ｗ／Ｓ比）は３４．２であり、継続時間は６０分であった。
【０１１０】
このようにして得られた凝集物を取り出し、付着している界面活性剤をアルコールで洗浄し、乾燥し、焼成を行って、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【０１１１】
評価
実施例及び比較例の複合金属酸化物触媒担体をそれぞれ、スラリーを用いて１２０ｇ／基材−Ｌの量でモノリスハニカム基材にコートし、乾燥及び焼成した。その後、実施例及び比較例の複合金属酸化物触媒担体を有するモノリスハニカム基材に、白金１．２ｇ／基材−Ｌを担持して、実施例及び比較例の排ガス浄化触媒を得た。このようにして得た実施例及び比較例の排ガス浄化触媒を、空気中において８００℃で２時間にわたって加熱して、耐久を行った。
【０１１２】
耐久を行った実施例及び比較例の排ガス浄化触媒について、担体の比表面積及び担持されている白金の粒子径を評価した。また、これらの排ガス浄化触媒に下記の表３に示す組成の評価ガスを供給し、この評価ガスの温度を徐々に上げていき、ＮＯｘの浄化率が５０％に達する温度（ＮＯｘ５０％浄化温度）を調べた。このＮＯｘ５０％浄化温度が比較的低いことは、触媒が比較的優れた低温活性を有することを意味している。
【０１１３】
【表３】
【０１１４】
担体の比表面積、担持されている白金の粒子径、及びＮＯｘ５０％浄化温度についての評価結果を下記の表４に示す。
【０１１５】
【表４】
【０１１６】
上記の表４から理解されるように、本発明の実施例の触媒担体は、比較的容易な製法で得られたにもかかわらず、マイクロエマルション法（比較例４）で得られた触媒担体に相当する性能を有することが理解される。これに対して、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液を塩基性のｐＨで保持しなかった場合（比較例１）、この混合溶液をランタンが実質的に全て水酸化物として析出する塩基性のｐＨで保持した場合（比較例２）では、本発明の実施例でのような効果が得られなかった。
【０１１７】
また、同じ組成を有する実施例１及び２の触媒担体を比較すると、塩基性のｐＨを保持する前に溶液を比較的大きい塩基性にした実施例２において、より良好な結果が得られていることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の方法の機構を表す概念図である。
【図２】水酸化ランタンのゼータ電位曲線を表す図である。
【図３】チタニア粒子のゼータ電位曲線を表す図である。
【図４】本発明の方法の工程（ｂ）において維持されるｐＨ範囲を説明するための図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合金属酸化物、特に複合金属酸化物触媒担体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複合金属酸化物は、その特異な性質のため、触媒、触媒担体、吸着材、電極、磁性材料、電子部品等の多くの用途で開発及び使用が進められている。
【０００３】
特に排ガス浄化触媒の用途では、複合金属酸化物を触媒担体として用いることが注目されている。
【０００４】
従来、排ガス浄化触媒の用途では、高触媒表面積を得るために、触媒担体としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を使用することが一般的であった。しかしながら近年では、担体の化学的性質を利用して排ガスの浄化を促進するために、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）などの様々な金属酸化物を含有している複合金属酸化物を、多孔質金属酸化物担体として使用することも提案されている。
【０００５】
これらの複合金属酸化物担体としては、セリアとジルコニアとの複合金属酸化物が一般に知られている。このセリア−ジルコニア複合酸化物は、セリアが有するＯＳＣ能（酸素吸蔵能）、すなわち排ガス中の酸素濃度が高いときに酸素を吸蔵し、且つ排ガス中の酸素濃度が低いときに酸素を放出する特性を提供しつつ、単独のセリアよりも有意に改良された耐熱性を有することができる。
【０００６】
このようなセリア−ジルコニア複合酸化物の製造のためには一般に、セリウム塩及びジルコニウム塩を含有している塩水溶液を提供し、この塩水溶液を塩基性にすることによって、セリア−ジルコニア複合酸化物の前駆体、特にセリア−ジルコニア複合水酸化物を沈殿させ、この前駆体を乾燥及び焼成する共沈法が行われている。
【０００７】
また、特許文献１では、貴金属担持アルミナ以外の排ガス浄化触媒として、メタロシリケートからなる触媒を用いることを提案している。ここでは、このメタロシリケートは、ゼオライト中のアルミニウムの少なくとも一部が他の元素によって置換された構造を有する化合物であるとしている。ゼオライト中においてアルミニウムを置換する元素としては、アルミニウムとイオン半径や化学的性質が似ている元素が好ましいとされており、具体的には鉄、ガリウム、亜鉛、ランタン等が挙げられている。
【０００８】
この特許文献１では、シリカ源とアルカリ金属源との水熱処理によってアルカリ金属型メタロシリケートを製造し、そしてこのアルカリ金属型メタロシリケートのアルカリ金属を、所望の金属によってイオン交換することによって、このメタロシリケートを製造している。
【０００９】
特許文献２では、チタニア−ジルコニア複合酸化物と、ランタン、ネオジム及びプラセオジムからなる群より選択される元素とを含むＮＯｘ吸蔵還元型触媒用担体を開示している。
【００１０】
この特許文献２では、四塩化チタン塩酸に塩化ジルコニウムを混合し、ここにアンモニアを滴下させて共沈を行わせる一般的な共沈法によって、チタニア−ジルコニア複合酸化物を製造している。また、このチタニア−ジルコニア複合酸化物を、硝酸ランタン溶液等の塩溶液に浸漬し、そして乾燥及び焼成することによって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒用担体を得ている。
【００１１】
特許文献３では、シリカ、ゼオライト、シリカ−アルミナ及びチタニア−アルミナ等の触媒担持層に、白金族元素が担持されてなる排ガス浄化触媒において、この触媒担持層に更に、バナジウムとランタン等との複合酸化物が担持されている排ガス浄化触媒を開示している。
【００１２】
尚、特許文献４では、ジルコニア中に存在するランタノイド元素が、アンカー効果、すなわちジルコニア表面でのロジウムの移動を抑制する効果によって、ロジウムのシンタリングを抑制することを開示している。
【００１３】
【特許文献１】特開平５−４９８６４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４７６３号公報
【特許文献３】特開平８−２６６８６５号公報
【特許文献４】特開２００２−２８２６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
複合金属酸化物の製造方法としては、粉末状の複数種の金属酸化物を混合し、これを非常に高い温度で焼成する方法、金属酸化物の粒子を金属塩の溶液に浸漬し、乾燥し、そして高温で焼成する方法、及びいわゆる共沈法が一般に知られている。
【００１５】
これらの製造方法のうちで共沈法は、均一な組成を有する複合金属酸化物を得ることが可能である点、比較的低温の焼成で複合金属酸化物を得ることができる点等で好ましい。
【００１６】
しかしながら共沈法では、アルカリ土類金属及び希土類の酸化物のような塩基性金属酸化物と、シリカ及びチタンのような酸性金属酸化物との均一な複合金属酸化物を得ることが難しい。これは、塩基性金属のイオン、例えばランタンイオンは、比較的大きい塩基性のｐＨにおいてのみ沈殿物を形成するのに対して、酸性金属のイオン、例えばケイ素イオンは、強酸性及び強アルカリ性を除く広いｐＨ範囲において沈殿物を形成することによる。
【００１７】
すなわち、硝酸ランタンのような塩基性金属の塩と、ケイ酸ナトリウムのような酸性金属の塩とを用いて共沈法を行う場合、これらの塩が沈殿物を形成するｐＨが有意に互いに異なるので、異なるタイミングで沈殿が形成される。この場合、それぞれの金属を含有している沈殿が別個の凝集体を形成するので、これらの金属を含有している均一な沈殿物を得ることが困難である。
【００１８】
尚、複合金属酸化物の製造に関し、マイクロエマルション法を用いることも考慮される。マイクロエマルション法では、疎水性溶媒中に水を適当な界面活性剤とともに分散させて、疎水性溶媒中に微小な水滴が分散している分散液を得る。その後、この分散液に対して、水溶性の金属塩を加え、疎水性溶媒中に分散している微小な水滴内で金属水酸化物を析出させる。
【００１９】
このマイクロエマルション法によれば、微小な水滴内に含まれる金属元素の量に対応する微小な二次粒子径を有する複合金属酸化物を得ることができる。
【００２０】
しかしながらこのマイクロエマルション法では、微細な水滴を形成するために多量の有機溶媒を使用しなければならず、この有機溶媒の回収及び処理のためにコストに関して不利である。
【００２１】
従って本発明では、異なる性質の複数種の金属を含有している複合金属酸化物を容易に且つ低コストで得ることができる複合金属酸化物の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
複合金属酸化物を製造する本発明の方法は、金属酸化物としての電気陰性度が２．８０超である酸性金属酸化物と、希土類及びアルカリ土類金属からなる群より選択される塩基性金属の酸化物である塩基性金属酸化物との複合金属酸化物を製造する方法である。この本発明の方法は、下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含む：
（ａ）酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の塩とを含有している水溶液を提供すること、
（ｂ）水溶液のｐＨを、塩基性金属の一部、例えば塩基性金属の０．１〜５ｍｏｌ％、特に０．１〜１．５ｍｏｌ％、より特に０．１〜１ｍｏｌ％が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして
（ｃ）複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成すること。
【００２３】
本発明の方法によれば、工程（ｂ）において、塩基性金属の水酸化物とこの金属のイオンとの間の平衡による塩基性金属の水酸化物の溶解及び再析出によって、この水酸化物を、酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面上に優先的に再析出させること又は再配置することができる。従ってこの本発明の方法によれば、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物前駆体を得ること、またこのような複合金属酸化物前駆体を乾燥及び焼成して、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物を得ることができる。
【００２４】
本発明の方法の１つの態様は、工程（ａ）の後であって工程（ｂ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む。
【００２５】
本発明の方法のこの態様によれば、工程（ｂ）の前に塩基性金属の大部分を水酸化物として析出させ、それによって工程（ｂ）において、酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の水酸化物とが共に沈殿物を形成しているようにして、これらの成分の距離を近づけることができる。これによれば、酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面上への塩基性金属の水酸化物の再配置を促進することができる。
【００２６】
また、本発明の方法の１つの態様では、工程（ｂ）の所定時間が、１時間〜５日間、例えば１０時間〜３日間である。
【００２７】
また、本発明の１つの態様では、工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む。
【００２８】
本発明のこの態様によれば、塩基性金属の水酸化物を確実に析出させること、及び得られる前駆体の構造を強固にして、乾燥及び焼成等の間にもこの構造が保持されるようにすることができる。
【００２９】
本発明の方法の１つの態様では、酸性金属が、シリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブ、特にシリカ及びチタニアからなる群より選択される。
【００３０】
本発明の方法の１つの態様では、塩基性金属が、希土類、特にイットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムからなる群より選択される。
【００３１】
本発明の方法の１つの態様では、工程（ａ）で提供される水溶液において、酸性金属：塩基性金属（モル比）＝１：９〜９：１、例えば２：８〜８：２である。
【００３２】
本発明の方法の１つの態様では、製造される複合金属酸化物が、複合金属酸化物触媒担体、特に複合金属酸化物触媒担体粒子である。
【００３３】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を製造する場合、得られる複合金属酸化物触媒担体は、触媒担体全体として比較的中性の性質を有することができる。また、随意にこれに加えて、本発明の方法によって得られる複合金属酸化物触媒担体では、複合酸化物化による高い耐熱性を提供すること、塩基性金属酸化物部分において局所的に強い塩基性を提供すること、及び／又は酸性金属酸化物部分において局所的に強い酸性を提供することができる。
【００３４】
本発明の複合金属酸化物は、複合金属酸化物を製造する本発明の方法によって製造される。
【００３５】
本発明の排ガス浄化触媒は、複合金属酸化物触媒担体を製造する本発明の方法によって製造される複合金属酸化物触媒担体に、貴金属が担持されてなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合金属酸化物を製造する本発明の方法は、下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含む：
（ａ）酸性金属酸化物のコロイド粒子と塩基性金属の塩とを含有している水溶液を提供すること、
（ｂ）水溶液のｐＨを、塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして
（ｃ）複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成すること。
【００３７】
この本発明の方法の工程（ｂ）では、塩基性金属（Ａ）について下記の式（Ｉ）で示すような平衡、すなわち塩基性金属のイオン（Ａａ＋）と、この金属の水酸化物（Ａ（ＯＨ）ａ）である沈殿物との間の平衡が存在している：
Ａａ＋ ＋ ａＯＨ− ←→ Ａ（ＯＨ）ａ↓ 式（Ｉ）
（Ａは塩基性金属であり、且つａは塩基性金属Ａの価数）。
【００３８】
この系が平衡状態にある場合、見かけ上は、塩基性金属（Ａ）の移動はない。しかしながら、実際には、塩基性金属（Ａ）は、金属イオン（Ａａ＋）としての溶解と、水酸化物（Ａ（ＯＨ）ａ）としての析出とを繰り返しながら、この平衡状態を保っている。ここでは、この式（Ｉ）の平衡が、塩基性金属がイオンとして溶解する側（式（Ｉ）の左側）又は塩基性金属が水酸化物として析出する側（式（Ｉ）の右側）のいずれか一方に極端に偏っていない場合に、この塩基性金属の溶解及び析出の頻度が比較的大きくなる。
【００３９】
ここで得られる塩基性金属の水酸化物、特に希土類の水酸化物は一般に、正のゼータ電位を有することができる。すなわち、塩基性金属の水酸化物は一般に、水酸化イットリウムに関して図２で示すようなゼータ電位曲線を有する。また、一般に金属酸化物のコロイド粒子は、比較的酸性の溶液中において正のゼータ電位を有し、ｐＨが大きくなるにつれてこのゼータ電位が低下して、比較的塩基性の溶液中においては負のゼータ電位を有する。すなわち、金属酸化物のコロイド粒子は一般に、チタニアのコロイド粒子に関して図３で示すようなゼータ電位曲線を有する。
【００４０】
従って、この工程（ｂ）では、正のゼータ電位を有する塩基性金属の水酸化物が、負のゼータ電位を有する酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面に優先的に再析出する。すなわち例えば、塩基性金属としてランタン（Ｌａ）を用い且つ酸性金属としてケイ素（Ｓｉ）を用いる態様に関して図１に示されているように、正のゼータ電位を有する塩基性金属の水酸化物２（Ｌａ（ＯＨ）３）の一部が水溶液に溶解してイオン２’（Ｌａ３＋）となり、負のゼータ電位を有する酸性金属酸化物のコロイド粒子１（ＳｉＯ２）の表面において優先的に、水酸化物２”（Ｌａ（ＯＨ）３）として再析出する。
【００４１】
本発明の方法では、このような機構によって、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物前駆体が得られると考えられる。
【００４２】
（酸性金属酸化物）
本発明に関して、「酸性金属酸化物」は、金属酸化物としての電気陰性度が２．８０超である金属酸化物を意味している。ここで、この「金属酸化物としての電気陰性度」は、金属酸化物を構成する金属元素及び酸素のポーリングによる電気陰性度を、金属酸化物に含有されるこれらの元素の比に応じて加重平均した値である。尚、本発明に関して、「酸性金属」は、酸性金属酸化物を構成している金属を意味している。
【００４３】
すなわち例えば、シリカ（ＳｉＯ２）の金属酸化物としての電気陰性度は、下記のようにして計算される：
｛１．９０（シリカの電気陰性度）×１＋３．４４（酸素の電気陰性度）×２｝／３
≒２．９３
【００４４】
上記のようにして計算される金属酸化物としての電気陰性度の例を、下記の表１に挙げる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
この金属酸化物としての電気陰性度が大きいことは、その金属酸化物が比較的酸性の性質を有することを意味し、またこの金属酸化物としての電気陰性度が小さいことは、その金属酸化物が比較的塩基性の性質を有することを意味する。
【００４７】
尚、本発明に関して、金属酸化物の電気陰性度の計算のために使用される酸素の電気陰性度は３．４４であり、また金属の電気陰性度は下記のようなものである。
【００４８】
典型金属元素
（第１〜第３周期）Ｌｉ（０．９８）、Ｂｅ（１．５７）、Ｎａ（０．９３）、Ｍｇ（１．３１）、Ａｌ（１．６１）、Ｓｉ（１．９０）。
【００４９】
（第４周期）Ｋ（０．８２）、Ｃａ（１．００）、Ｚｎ（１．６５）、Ｇａ（１．８１）、Ｇｅ（２．０１）。
【００５０】
（第５周期）Ｒｂ（０．８２）、Ｓｒ（０．９５）、Ｃｄ（１．６９）、Ｉｎ（１．７８）、Ｓｎ（１．９６）、Ｓｂ（２．０５）。
【００５１】
（第６周期）Ｃｓ（０．７９）、Ｂａ（０．８９）、Ｈｇ（２．００）、Ｔｌ（１．６２）、Ｐｂ（２．３３）、Ｂｉ（２．０２）、Ｐｏ（２．０）。
【００５２】
（第７周期）Ｆｒ（０．７）、Ｒａ（０．９）。
【００５３】
遷移金属元素
（第４周期）Ｓｃ（１．３６）、Ｔｉ（１．５４）、Ｖ（１．６３）、Ｃｒ（１．６６）、Ｍｎ（１．５５）、Ｆｅ（１．８３）、Ｃｏ（１．８８）、Ｎｉ（１．９１）、Ｃｕ（１．９０）。
【００５４】
（第５周期）Ｙ（１．２２）、Ｚｒ（１．３３）、Ｎｂ（１．６）、Ｍｏ（２．１６）、Ｔｃ（１．９）、Ｒｕ（２．２）、Ｒｈ（２．２８）、Ｐｄ（２．２０）、Ａｇ（１．９３）。
【００５５】
（第６周期）Ｈｆ（１．３）、Ｔａ（１．５）、Ｗ（２．３６）、Ｒｅ（１．９）、Ｏｓ（２．２）、Ｉｒ（２．２０）、Ｐｔ（２．２８）、Ａｕ（２．５４）。
【００５６】
（ランタノイド元素）Ｌａ（１．１）、Ｃｅ（１．１２）、Ｐｒ（１．１３）、Ｎｄ（１．１４）、Ｐｍ（１．１３）、Ｓｍ（１．１７）、Ｅｕ（１．２）、Ｇｄ（１．２）、Ｔｂ（１．１）、Ｄｙ（１．２２）、Ｈｏ（１．２３）、Ｅｒ（１．２４）、Ｔｍ（１．２５）、Ｙｂ（１．１）、Ｌｕ（１．２７）。
【００５７】
（アクチノイド元素）Ａｃ（１．１）、Ｔｈ（１．３）、Ｐａ（１．５）、Ｕ（１．３８）、Ｎｐ（１．３６）、Ｐｕ（１．２８）、Ａｍ（１．１３）、Ｃｍ（１．２８）、Ｂｋ（１．３）、Ｃｆ（１．３）、Ｅｓ（１．３）、Ｆｍ（１．３）、Ｍｄ（１．３）、Ｎｏ（１．３）、Ｌｒ（−）。
【００５８】
本発明の方法で使用する酸性金属酸化物のコロイド粒子は一般に、比較的酸性のｐＨにおいて正のゼータ電位を有し、比較的塩基性のｐＨにおいて負のゼータ電位を有する。但し、コロイド粒子の等電点は、コロイド粒子の表面改質、特に有機化合物によるコロイド粒子の表面改質によって、調節することができる。
【００５９】
具体的なコロイド粒子としては、金属のアルコキシド、アセチルアセトナート、酢酸塩、及び硝酸塩などを加水分解及び縮合して得られた物質を挙げることができる。また、シリカコロイド溶液、チタニアコロイド溶液のようなコロイド溶液（ゾル）は、公知の材料であり、市販されているものを入手することもできる。
【００６０】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、触媒担体において使用されている酸性金属酸化物、例えばシリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブからなる群より選択される金属酸化物、特にシリカ及び/又はチタニアを用いることができる。
【００６１】
（塩基性金属酸化物）
本発明に関して、「塩基性金属」は、希土類及びアルカリ土類金属からなる群より選択される金属を意味している。また、本発明に関して、「塩基性金属酸化物」は、塩基性金属の酸化物を意味している。
【００６２】
塩基性金属の塩としては、本発明で使用する水溶液に溶解させることができる任意の塩を挙げることができる。従って本発明において使用する塩基性金属の塩としては、硝酸塩のような無機酸塩、酢酸塩のような有機酸塩を挙げることができる。
【００６３】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、好ましくは塩基性金属は、貴金属元素から電子を受容する電子受容性である金属元素、例えば希土類元素である。このような電子受容性である金属元素としては、希土類元素のうちの原子番号が若く、且つ４ｆ、４ｄ又は５ｄ軌道に、空きがある又は空きが多いイオンを形成する元素、例えばイットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジムが特に好ましい。このような金属元素の酸化物を有する複合金属酸化物の触媒担体に、触媒金属としての貴金属を担持する場合、貴金属元素、特に白金の有する電子が、複合金属酸化物担体に配位することによって、触媒の使用の間の貴金属のシンタリングを抑制することができる。
【００６４】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、最も好ましくは、塩基性金属は、貴金属元素から電子を受容する電子受容性であり且つ触媒の使用の間における酸化還元反応によって原子価の変化がない金属元素、例えばランタン又はネオジムである。このような金属元素の酸化物を有する複合金属酸化物触媒担体に、触媒金属としての貴金属を担持する場合、触媒の使用の間の貴金属のシンタリングをより良好に抑制することができる。これは、触媒の使用の間における酸化還元反応によって原子価が変化する元素の酸化物、例えばＯＳＣ能に関して好ましく使用されているセリアでは、還元雰囲気において原子価が変化し、それによって貴金属との相互作用が低下することによる。
【００６５】
（酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との組み合わせ）
本発明の方法によれば、酸性金属と塩基性金属との性質の相違にも関わらず、任意の組合せ及び任意の割合で、酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合酸化物を得ることができる。従ってこれらの比としては、例えば酸性金属：塩基性金属（モル比）＝１：９〜９：１とすることができる。
【００６６】
本発明の方法によって複合金属酸化物触媒担体を得る場合、好ましくは酸性金属が、シリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブ、特にシリカ及びチタニアからなる群より選択され、且つ塩基性金属が、希土類、特にイットリウム、ランタン、プラセオジム及びネオジム、より特にランタン及びネオジムからなる群より選択される。
【００６７】
本発明の複合金属酸化物触媒担体では、塩基性金属酸化物と酸性金属酸化物とを組み合わせて使用することによって、触媒担体全体としては比較的中性の性質を有することができる。
【００６８】
これに関し、排ガス浄化触媒のための触媒担体では、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を基準として、アルミナよりも電気陰性度が大きい金属酸化物は酸性であり、またアルミナよりも電気陰性度が小さい金属酸化物は塩基性であると考えることができる。
【００６９】
一般に、排ガス浄化触媒のための触媒担体の塩基性が強い場合、炭化水素（ＨＣ）が担体に吸着しにくく、従ってＨＣの酸化性能が低くなる傾向がある。またこの場合、酸素が過剰であるリーン雰囲気においては酸素が触媒担体に吸着し、それによってこの触媒担体に担持されている白金等の貴金属も酸素被毒し、結果として触媒活性が低下することがある。一方で、排ガス浄化触媒のための触媒担体の酸性が強い場合、その上に担持されている貴金属から電子を引きつけ、それによって貴金属上でのＮＯｘの還元反応を妨げることがある。
【００７０】
従って排ガス浄化触媒のための触媒担体としては、アルミナと同様な比較的中性の電気陰性度を有することが好ましいことがある。これに関し、複合金属酸化物の電気陰性度を、酸性金属酸化物としてのシリカ（ＳｉＯ２）と塩基性金属酸化物としての酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）との比率に対して、下記の表２に示す。尚、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の電気陰性度は２．７１である。
【００７１】
【表２】
【００７２】
（ｐＨの調整）
工程（ｂ）におけるｐＨ、すなわち塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨは、使用する水溶液の組成、温度、濃度等に依存し、実験に基づいて決定することができる。塩基性金属が希土類である場合、塩基性金属の一部が水溶液に溶解し、且つ塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有するｐＨとしては、例えば７〜９のｐＨを挙げることができる。
【００７３】
ここで、この工程（ｂ）におけるｐＨに関し、図４は、塩基性金属であるランタンの一部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有するｐＨ範囲（Ｌａ）、及び酸性金属酸化物であるシリカのコロイド粒子が溶解しないｐＨ範囲（Ｓｉ）を概念的に示している。
【００７４】
ここでは、工程（ｂ）におけるｐＨは例えば、図４においてｐＨ範囲ｘとして表わすことができる。例えばこのｐＨでは、塩基性金属のうちの０．１〜５ｍｏｌ％が、イオンとして水溶液に溶解している。この割合は、平衡状態において沈殿物をろ過し、この沈殿物に含有される塩基性金属の量又はろ液に含有されている塩基性金属の量を測定することによって知ることができる。
【００７５】
この工程（ｂ）におけるｐＨが過度に大きく、それによって塩基性金属が実質的に全て水酸化物として析出している場合、塩基性金属の水酸化物を酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面に再配置するのに極めて長時間を要し、再配置を達成することが困難である。また工程（ｂ）におけるｐＨが過度に大きい場合、酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解して、負のゼータ電位を有さないことがある。
【００７６】
工程（ｂ）におけるｐＨが過度に小さく、それによって塩基性金属が水酸化物として析出しない場合、塩基性金属の水酸化物が酸性金属酸化物のコロイド粒子の表面に十分に再配置されない。
【００７７】
工程（ｂ）において溶液を所定のｐＨに維持する時間は、水溶液の温度、濃度及び性質、特に水溶液のｐＨ、並びに再配置させることを意図する塩基性金属の濃度、溶解度等に依存する。工程（ｂ）において溶液を所定のｐＨに維持する時間は例えば、１時間〜５日間とすることができる。
【００７８】
工程（ａ）の後であって工程（ｂ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることによって、工程（ｂ）の前に塩基性金属の大部分を水酸化物として析出させる場合、このｐＨは、塩基性金属の性質、水溶液の温度等に応じて任意に決定できる。例えばこのｐＨとしては、工程（ｂ）において維持するｐＨをよりも、１以上又は２以上大きいｐＨを選択することができる。
【００７９】
また、工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることによって、工程（ｂ）の水溶液から塩基性金属の水酸化物を確実に析出させる場合、このｐＨは、塩基性金属の性質、水溶液の温度等に応じて任意に決定できる。例えばこのｐＨとしては、工程（ｂ）において維持するｐＨをよりも、１以上又は２以上大きいｐＨを選択することができる。
【００８０】
（複合金属酸化物前駆体の乾燥及び焼成）
本発明の方法では、得られる複合金属酸化物前駆体を乾燥及び焼成することによって、酸性金属酸化物のコロイド粒子に基づく一次粒子を有する複合金属酸化物を得ることができる。
【００８１】
複合金属酸化物前駆体からの分散媒の除去及び乾燥は、任意の方法及び任意の温度で行うことができる。これは例えば、複合金属酸化物前駆体を１２０℃のオーブンに入れて達成できる。このようにして複合金属酸化物前駆体から分散媒を除去及び乾燥して得られた原料を焼成して、複合金属酸化物を得ることができる。この焼成は、金属酸化物合成において一般的に用いられる温度、例えば５００〜８００℃の温度で行うことができる。
【００８２】
（排ガス浄化触媒の製造）
本発明の排ガス浄化触媒は、複合金属酸化物触媒担体を製造する本発明の方法によって製造される複合金属酸化物触媒担体に、白金等の貴金属を担持させることによって得ることができる。貴金属の担持は任意の方法によって達成でき、例えば白金を担持する場合、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液を複合金属酸化物に含浸させ、これを乾燥及び焼成して、０．５〜２重量％の白金を担持した本発明の排ガス浄化触媒を製造することができる。
【００８３】
またバリウム等のＮＯｘ吸蔵材を更に担持してＮＯｘ吸蔵還元触媒を得る場合、バリウム等のＮＯｘ吸蔵材の担持は、これらの金属の塩を含有している溶液、例えば酢酸バリウム溶液を触媒担体に含浸させ、これを乾燥及び焼成して達成できる。
【実施例】
【００８４】
実施例１
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００８５】
シリカゾル（日産化学製、スノーテックスＮＸＳ、平均粒子径約５ｎｍ）を蒸留水で希釈して、希釈コロイダルシリカゾルを得た。また、市販の硝酸ランタン水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸ランタン水溶液を得た。希釈コロイダルシリカゾルと希釈硝酸ランタン水溶液とを混合して、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している酸性の混合溶液１０Ｌを得た。この混合溶液では、ランタン（Ｌａ）：ケイ素（Ｓｉ）（モル比）＝６２．５：３７．５であった。また、狙い収量は３５０ｇであった。
【００８６】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを８．５にし、２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡においてランタンの約１％が溶液中に溶解している）。その後、アンモニア水を更に加えてｐＨを１０にして、沈殿物を得た。このようにして得られた沈殿物をろ過し、ｐＨ１０の小量の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００８７】
実施例２
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００８８】
実施例１と同様にして、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌを得た。
【００８９】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を発生させた。沈殿物を有するこの混合溶液に対して、硝酸を加えてｐＨを８．５にし、２日間にわたって保持した。その後、アンモニア水を再び加えてｐＨを１０にした。このようにして得られた沈殿物を、実施例１と同様にして、ろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９０】
実施例３
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化ランタン−チタニア複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００９１】
チタニアゾル（石原産業製、ＳＴＳ−１００）を蒸留水で希釈して、希釈チタニアゾルを得た。また、市販の硝酸ランタン水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸ランタン水溶液を得た。希釈チタニアゾルと希釈硝酸ランタン水溶液とを混合して、コロイダルチタニア及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌ（ｐＨは約３）を得た。この混合溶液では、ランタン（Ｌａ）：チタン（Ｔｉ）（元素のモル比）＝１：１であった。また、狙い収量は４０ｇであった。
【００９２】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を発生させた。沈殿物を有するこの混合溶液に対して、硝酸を加えてｐＨを８．５にし、２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡においてランタンの約１％が溶液中に溶解している）。その後、アンモニア水を再び加えてｐＨを１０にした。このようにして得られた沈殿物をろ過し、希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−チタニア複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９３】
実施例４
本発明の方法に従って、下記のようにして酸化イットリウム−チタニア複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００９４】
チタニアゾル（石原産業製、ＳＴＳ−１００）を蒸留水で希釈して、希釈チタニアゾルを得た。また、市販の硝酸イットリウム水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸イットリウム水溶液を得た。希釈チタニアゾルと希釈硝酸イットリウム水溶液とを混合して、コロイダルチタニア及び硝酸イットリウムを含有している混合溶液１０Ｌ（ｐＨは約３）を得た。この混合溶液では、イットリウム（Ｙ）：チタン（Ｔｉ）（モル比）＝１：１であった。また、狙い収量は４０ｇであった。
【００９５】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを８．３にして、沈殿物を発生させた。その後、沈殿物を有するこの混合溶液に対して、硝酸を加えてｐＨを７．１にし、２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡においてイットリウムの約１％が溶液中に溶解している）。その後、アンモニア水を再び加えてｐＨを８．３にした。このようにして得られた沈殿物をろ過し、希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、組成ＹＴｉＯ３．５のパイロクロア構造酸化イットリウム−チタニア複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９６】
比較例１
コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液を塩基性のｐＨで保持しなかったことを除いて実施例１と同様にして、すなわち下記のようにして、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【００９７】
実施例１と同様にして、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌを得た。
【００９８】
この混合溶液を１日間にわたって保持して、均一化させた。その後、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を得た。このようにして得られた沈殿物を、実施例１と同様にして、ろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【００９９】
比較例２
コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液を、ランタンが実質的に全て水酸化物として析出する塩基性のｐＨで保持したことを除いて、実施例１と同様にして、すなわち下記のようにして、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【０１００】
実施例１と同様にして、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液１０Ｌを得た。
【０１０１】
この混合溶液に対して、アンモニア水を加えてｐＨを１０にして、沈殿物を得、この溶液を２日間にわたって保持した（このｐＨでは、平衡において実質的に全てのランタンが水酸化物として析出しており、溶液中には実質的にランタンが溶解していない）。その後、このようにして得られた沈殿物を、実施例１と同様にして、ろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【０１０２】
比較例３
ランタン源としての硝酸ランタン及びシリカ源としてのケイ酸ナトリウム水溶液（水ガラス）を用いて、下記のようにして共沈法によって、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【０１０３】
ケイ酸ナトリウム水溶液を蒸留水で希釈して、希釈ケイ酸ナトリウム水溶液を得た。また、市販の硝酸ランタン水溶液を蒸留水で希釈して、希釈硝酸ランタン水溶液を得た。希釈ケイ酸ナトリウム水溶液に希釈硝酸ランタン水溶液を混合すると、直ぐに沈殿が発生した。１０分間にわたって撹拌を行った後で、沈殿物をろ過し、ｐＨ１０の希釈アンモニア水で洗浄してナトリウムイオンをできるだけ除去し、再びろ過し、一昼夜にわたって乾燥させ、８００℃で５時間にわたって焼成して、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【０１０４】
このようにして得られた比較例３の複合金属酸化物は、実施例１及び２並びに比較例１で得られた複合酸化物とは明らかに凝集状態が異なっており、見かけの体積が１／７程度に小さくなっていた。また、比較例３の複合金属酸化物の比表面積は５．７ｍ２／ｇであり、この表面積は、触媒担体用の複合金属酸化物としては不十分であると考えられる。
【０１０５】
比較例４
マイクロエマルション法を用い、下記のようにして酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を製造した。
【０１０６】
ランタン源として、硝酸ランタン（０．３０１６ｍｏｌ、濃度１．６７５Ｍ）とアンモニア水（０．３７４８ｍｏｌ、濃度２．０８２Ｍ）との水溶液１８０ｍｌを、２−ブタノール２２．６ｍｌと共に、アルキル系界面活性剤ＢＣ−５．５（商品名）４５６．９ｇをシクロヘキサン６４８５ｍｌに溶解した溶媒中に混合して、マイクロエマルション液を調製した。
【０１０７】
ケイ素源としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）０．１８０９ｍｏｌをシクロヘキサン１０００ｍｌに溶解したアルコキシド溶液を調製した。
【０１０８】
上記のマイクロエマルション液にアルコキシド溶液を混合し、濃度１４．８Ｍのアンモニア水７９．８５ｍｌと蒸留水７．６９ｍｌとを加えた。この状態での有機溶媒と界面活性剤との比率（Ｏ／Ｓ比）は６３．６であり、油相と水相との比率（Ｏ／Ｗ）は６であり、ミセルの予想直径（ｄｗ）は４０ｎｍであり、ｐＨは８．１であった。また、混合時間は５分間であった。その結果、加水分解が生じ、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物の前駆体の一次粒子が生じ、またこの一次粒子が凝集して二次粒子が生じた。
【０１０９】
その後、エタノール３００ｍｌと濃度１４．８Ｍのアンモニア水１９２．８２ｍｌ及び蒸留水１８．５７ｍｌを加えて、マイクロエマルション液を二相領域に持って行き、撹拌しつつ、二次粒子同士を更に凝集させる熟成を行った。このときのｐＨは１０．０であり、水相と界面活性剤との比率（Ｗ／Ｓ比）は３４．２であり、継続時間は６０分であった。
【０１１０】
このようにして得られた凝集物を取り出し、付着している界面活性剤をアルコールで洗浄し、乾燥し、焼成を行って、酸化ランタン−シリカ複合金属酸化物触媒担体を得た。
【０１１１】
評価
実施例及び比較例の複合金属酸化物触媒担体をそれぞれ、スラリーを用いて１２０ｇ／基材−Ｌの量でモノリスハニカム基材にコートし、乾燥及び焼成した。その後、実施例及び比較例の複合金属酸化物触媒担体を有するモノリスハニカム基材に、白金１．２ｇ／基材−Ｌを担持して、実施例及び比較例の排ガス浄化触媒を得た。このようにして得た実施例及び比較例の排ガス浄化触媒を、空気中において８００℃で２時間にわたって加熱して、耐久を行った。
【０１１２】
耐久を行った実施例及び比較例の排ガス浄化触媒について、担体の比表面積及び担持されている白金の粒子径を評価した。また、これらの排ガス浄化触媒に下記の表３に示す組成の評価ガスを供給し、この評価ガスの温度を徐々に上げていき、ＮＯｘの浄化率が５０％に達する温度（ＮＯｘ５０％浄化温度）を調べた。このＮＯｘ５０％浄化温度が比較的低いことは、触媒が比較的優れた低温活性を有することを意味している。
【０１１３】
【表３】
【０１１４】
担体の比表面積、担持されている白金の粒子径、及びＮＯｘ５０％浄化温度についての評価結果を下記の表４に示す。
【０１１５】
【表４】
【０１１６】
上記の表４から理解されるように、本発明の実施例の触媒担体は、比較的容易な製法で得られたにもかかわらず、マイクロエマルション法（比較例４）で得られた触媒担体に相当する性能を有することが理解される。これに対して、コロイダルシリカ及び硝酸ランタンを含有している混合溶液を塩基性のｐＨで保持しなかった場合（比較例１）、この混合溶液をランタンが実質的に全て水酸化物として析出する塩基性のｐＨで保持した場合（比較例２）では、本発明の実施例でのような効果が得られなかった。
【０１１７】
また、同じ組成を有する実施例１及び２の触媒担体を比較すると、塩基性のｐＨを保持する前に溶液を比較的大きい塩基性にした実施例２において、より良好な結果が得られていることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の方法の機構を表す概念図である。
【図２】水酸化ランタンのゼータ電位曲線を表す図である。
【図３】チタニア粒子のゼータ電位曲線を表す図である。
【図４】本発明の方法の工程（ｂ）において維持されるｐＨ範囲を説明するための図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物としての電気陰性度が２．８０超である酸性金属酸化物と、希土類及びアルカリ土類金属からなる群より選択される塩基性金属の酸化物である塩基性金属酸化物との複合金属酸化物の製造方法であって、
（ａ）前記酸性金属酸化物のコロイド粒子と前記塩基性金属の塩とを含有している水溶液を提供すること、
（ｂ）前記水溶液のｐＨを、前記塩基性金属の一部が前記水溶液に溶解し、前記塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ前記酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、前記複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして
（ｃ）前記複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成すること、
を含む、酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合金属酸化物の製造方法。
【請求項２】
工程（ａ）の後であって工程（ｂ）の前に、前記水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｂ）のｐＨにおいて、前記塩基性金属の０．１〜５ｍｏｌ％が前記水溶液に溶解している、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｂ）の前記所定時間が１時間〜５日間である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、前記水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記酸性金属酸化物が、シリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブからなる群より選択される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記塩基性金属が希土類である、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
工程（ａ）で提供される前記水溶液において、前記酸性金属酸化物を構成している酸性金属：前記塩基性金属（モル比）＝１：９〜９：１である、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記複合金属酸化物が、複合金属酸化物触媒担体である、請求項１〜８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法によって製造される、複合金属酸化物。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法によって製造される複合金属酸化物触媒担体に貴金属が担持されてなる、排ガス浄化触媒。
【請求項１】
金属酸化物としての電気陰性度が２．８０超である酸性金属酸化物と、希土類及びアルカリ土類金属からなる群より選択される塩基性金属の酸化物である塩基性金属酸化物との複合金属酸化物の製造方法であって、
（ａ）前記酸性金属酸化物のコロイド粒子と前記塩基性金属の塩とを含有している水溶液を提供すること、
（ｂ）前記水溶液のｐＨを、前記塩基性金属の一部が前記水溶液に溶解し、前記塩基性金属の残部が水酸化物として析出して正のゼータ電位を有し、且つ前記酸性金属酸化物のコロイド粒子が溶解せずに負の表面電位を有するｐＨにし、このｐＨを所定時間にわたって維持して、前記複合金属酸化物の前駆体を得ること、そして
（ｃ）前記複合金属酸化物の前駆体を乾燥及び焼成すること、
を含む、酸性金属酸化物と塩基性金属酸化物との複合金属酸化物の製造方法。
【請求項２】
工程（ａ）の後であって工程（ｂ）の前に、前記水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｂ）のｐＨにおいて、前記塩基性金属の０．１〜５ｍｏｌ％が前記水溶液に溶解している、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｂ）の前記所定時間が１時間〜５日間である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、前記水溶液のｐＨを、工程（ｂ）で維持するｐＨよりも大きくすることを更に含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記酸性金属酸化物が、シリカ、チタニア、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化ニオブからなる群より選択される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記塩基性金属が希土類である、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
工程（ａ）で提供される前記水溶液において、前記酸性金属酸化物を構成している酸性金属：前記塩基性金属（モル比）＝１：９〜９：１である、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記複合金属酸化物が、複合金属酸化物触媒担体である、請求項１〜８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法によって製造される、複合金属酸化物。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法によって製造される複合金属酸化物触媒担体に貴金属が担持されてなる、排ガス浄化触媒。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４５２９（Ｐ２００８−２４５２９Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９５６６８（Ｐ２００６−１９５６６８）
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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