JP2012196653A - Catalyst carrier, catalyst for purifying exhaust gas using the same, and method of purifying exhaust gas using the catalyst - Google Patents
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Abstract
【課題】低温条件下においてもCOを浄化可能な触媒担体を提供すること。
【解決手段】金属酸化物からなる触媒担体であって、前記金属酸化物が一般式(1):AxMyTi(8−y)O16(1)[Aは酸化物中において1価又は2価の陽イオンとなる金属元素、MはTi以外の金属元素であって酸化物中において3価の陽イオンとなり得る金属元素、xは、酸化物中においてAが1価の陽イオンの時は不等式:0<x≦2の範囲内の数値を示し、Aが2価の陽イオンの時は不等式:0<x≦1の範囲内の数値を示し、Aが酸化物中において1価の陽イオンとなる金属元素と2価の陽イオンとなる金属元素とが共存する時は、1価の陽イオンとなる金属元素Aのxの値x1と、2価の陽イオンとなる金属元素Aのxの値x2とが不等式:0<(x1+2×x2)≦2に示す条件を満たし、yは、不等式:0<y≦2の範囲内の数値を示す。]で表され且つ一次元細孔構造を有する。
【選択図】なしA catalyst carrier capable of purifying CO even under low temperature conditions.
The invention relates to a catalyst carrier comprising a metal oxide, the metal oxide is the general formula (1): A x M y Ti (8-y) O 16 (1) [A monovalent in the oxide Or a metal element that becomes a divalent cation, M is a metal element other than Ti and can be a trivalent cation in the oxide, and x is a monovalent cation in the oxide. Time is inequality: 0 <x ≦ 2 in numerical range, A is divalent cation, inequality: 0 <x ≦ 1 in numerical range, A is monovalent in oxide When a metal element that becomes a cation of a metal and a metal element that becomes a divalent cation coexist, the value x 1 of the metal element A that becomes a monovalent cation and the metal that becomes a divalent cation x value x 2 and the inequality of the elements a: 0 <a (x 1 + 2 × x 2 ) ≦ 2 to indicate conditions satisfied, y is inequality: A numerical value within a range of 0 <y ≦ 2 is indicated. And has a one-dimensional pore structure.
[Selection figure] None
Description
本発明は、触媒担体、それを用いた排ガス浄化用触媒、並びに、その排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化方法に関する。 The present invention relates to a catalyst carrier, an exhaust gas purification catalyst using the catalyst carrier, and an exhaust gas purification method using the exhaust gas purification catalyst.
従来から、内燃機関等から排出されるガス中に含まれる一酸化炭素(CO)等の有害成分を浄化するために様々な排ガス浄化用触媒が用いられてきた。このような排ガス浄化用触媒としては、ホランダイト型等の特定の結晶構造を有する金属酸化物を利用したものが知られている。 Conventionally, various exhaust gas purification catalysts have been used to purify harmful components such as carbon monoxide (CO) contained in gas discharged from an internal combustion engine or the like. As such an exhaust gas purification catalyst, a catalyst utilizing a metal oxide having a specific crystal structure such as a hollandite type is known.
例えば、特開2001−198440号公報(特許文献1)においては、式:MO6で表される八面体を含むクリプトメラン、ホランダイト、ロマネチャイト又はトドロカイトの構造を有する物質と、アルカリ元素、アルカリ土類元素、希土類、遷移金属、第IIIA族及び第IVA族からなる群から選ばれる少なくとも1つの元素と、貴金属とを備え、且つ、前記八面体が、第IIIB族、第IVB族、第VB族、第VIB族、第VIIB族、第VIII族、第IB族、第IIB族および第IIIA族の元素から選ばれる少なくとも1つの元素Mを含む触媒が開示されている。しかしながら、特許文献1においては、触媒をNOx浄化に用いることは記載されているものの、COを酸化するために用いることは何ら記載されておらず、その触媒をCOの酸化のために用いた場合には低温条件下におけるCO酸化性能が必ずしも十分なものではなかった。
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-198440 (Patent Document 1), a substance having a cryptomelane, hollandite, romanite or todorokite structure containing an octahedron represented by the formula: MO 6 and an alkali element, alkaline earth Comprising at least one element selected from the group consisting of group elements, rare earths, transition metals, Group IIIA and Group IVA, and a noble metal, and the octahedron is Group IIIB, Group IVB, Group VB , A catalyst comprising at least one element M selected from Group VIB, Group VIIB, Group VIII, Group IB, Group IIB and Group IIIA. However, in
また、2005年に発行されたChem. Mater.のvol.17(非特許文献1)の4335頁〜4343頁に記載されたLiyu Liらが著者の「Synthesis and Characterization of Silver Hollandite Application in Emission Control」においては、式:Ag1.8Mn8O16で表される金属酸化物からなる触媒が記載されている。しかしながら、非特許文献1に記載のような触媒においても低温条件下におけるCO酸化性能は必ずしも十分なものではなかった。
In addition, Chem. Mater. Vol. 17 (Non-patent Document 1), pages 4335 to 4343 of Liyu Li et al. In the author's “Synthesis and Characterization of Silver Holland Application in Emission Control” with formula: Ag 1.8 Mn 8 O 16 A catalyst comprising a metal oxide is described. However, even in the catalyst as described in
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、触媒成分と組み合わせて用いることにより得られる排ガス浄化用触媒に、低温条件下においてもCOを十分に酸化して浄化することができる十分に高度なCO酸化性能を発揮させることが可能な触媒担体、それを用いた十分に高度なCO酸化性能を有する排ガス浄化用触媒、並びに、その排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. The exhaust gas purifying catalyst obtained by using in combination with the catalyst component is sufficiently oxidized and purified even under low temperature conditions. Catalyst carrier capable of exhibiting sufficiently high CO oxidation performance, exhaust gas purification catalyst having sufficiently high CO oxidation performance using the same, and exhaust gas purification method using the exhaust gas purification catalyst The purpose is to provide.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、下記一般式(1)で表され且つ一次元細孔構造を有するクリプトメラングループに属する金属酸化物を触媒担体として用いることにより、その触媒担体を備える排ガス浄化用触媒が、低温条件下においてCOを十分に酸化して浄化することが可能なものとなることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have used, as a catalyst support, a metal oxide belonging to the cryptomelan group represented by the following general formula (1) and having a one-dimensional pore structure. As a result, the inventors have found that the exhaust gas purifying catalyst provided with the catalyst carrier can sufficiently oxidize and purify CO under low temperature conditions, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の触媒担体は、金属酸化物からなる触媒担体であって、
前記金属酸化物が、下記一般式(1):
AxMyTi(8−y)O16 (1)
[式(1)中、Aは酸化物中において1価又は2価の陽イオンとなる金属元素を示し、
MはTi以外の金属元素であって酸化物中において3価の陽イオンとなり得る金属元素を示し、
xは、酸化物中において前記Aが1価の陽イオンとなる場合には不等式:0<x≦2の範囲内の数値を示し、他方、前記Aが2価の陽イオンとなる場合には不等式:0<x≦1の範囲内の数値を示し、
前記Aとして酸化物中において1価の陽イオンとなる金属元素と2価の陽イオンとなる金属元素とが共存する場合においては、1価の陽イオンとなる金属元素Aに関するxの値x1と、2価の陽イオンとなる金属元素Aに関するxの値x2とが不等式:0<(x1+2×x2)≦2に示す条件を満たし、
yは、不等式:0<y≦2の範囲内の数値を示す。]
で表され且つ一次元細孔構造を有するクリプトメラングループに属する金属酸化物であることを特徴とするものである。
That is, the catalyst carrier of the present invention is a catalyst carrier made of a metal oxide,
The metal oxide has the following general formula (1):
A x M y Ti (8- y) O 16 (1)
[In the formula (1), A represents a metal element that becomes a monovalent or divalent cation in the oxide,
M represents a metal element other than Ti and can be a trivalent cation in the oxide;
x represents a numerical value in the range of 0 <x ≦ 2 when A is a monovalent cation in the oxide, while x is a divalent cation. Inequality: indicates a numerical value in the range of 0 <x ≦ 1,
In the case where a metal element that becomes a monovalent cation and a metal element that becomes a divalent cation coexist in the oxide as A, the value x of the metal element A that becomes a monovalent cation x 1 And the value x 2 of the metal element A that is a divalent cation satisfies the condition shown by the inequality: 0 <(x 1 + 2 × x 2 ) ≦ 2,
y represents a numerical value within the range of inequality: 0 <y ≦ 2. ]
And a metal oxide belonging to the cryptomelan group having a one-dimensional pore structure.
上記本発明の触媒担体においては、前記金属酸化物がホランダイト型の金属酸化物であることが好ましい。 In the catalyst carrier of the present invention, the metal oxide is preferably a hollandite-type metal oxide.
また、上記本発明の触媒担体においては、前記金属元素Aが、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。 In the catalyst carrier of the present invention, the metal element A is preferably at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr and Ba. .
また、上記本発明の触媒担体においては、前記金属元素MがSc、Y、V、Nb、Cr、Mo、W、Re、Fe、Ga、Al、In及びLaからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。 In the catalyst carrier of the present invention, the metal element M is at least one selected from the group consisting of Sc, Y, V, Nb, Cr, Mo, W, Re, Fe, Ga, Al, In, and La. It is preferable that
さらに、上記本発明の触媒担体においては、前記金属元素AがBa及びNaからなる群から選択される少なくとも一種であり、且つ、前記金属元素MがAl及びFeからなる群から選択される少なくとも一種であることがより好ましい。 Furthermore, in the catalyst carrier of the present invention, the metal element A is at least one selected from the group consisting of Ba and Na, and the metal element M is selected from the group consisting of Al and Fe. It is more preferable that
また、本発明の排ガス浄化用触媒は、上記本発明の触媒担体と、
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ag、Pt、Au、Pd、Rh、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む金属の粒子及び/又は該元素を含む金属酸化物の粒子からなる触媒成分の粒子と、
を備えることを特徴とするものである。
The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises the catalyst carrier of the present invention,
Metal particles containing at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ag, Pt, Au, Pd, Rh, Ir and Ru and / or Or catalyst component particles comprising metal oxide particles containing the element;
It is characterized by providing.
上記本発明の排ガス浄化用触媒においては、前記触媒成分の粒子が前記触媒担体に担持されていることが好ましい。 In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the catalyst component particles are preferably supported on the catalyst carrier.
さらに、上記本発明の排ガス浄化用触媒においては、前記触媒成分の粒子中に含まれる前記元素がV、Cu、Pt、Au、Pd、Rh、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の元素であることが好ましい。 Furthermore, in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the element contained in the catalyst component particles is at least one selected from the group consisting of V, Cu, Pt, Au, Pd, Rh, Ir, and Ru. It is preferable that it is an element of these.
本発明の排ガス浄化方法は、上記本発明の排ガス浄化用触媒に一酸化炭素を含む排ガスを接触せしめて、前記一酸化炭素を酸化して浄化することを特徴とする方法である。 The exhaust gas purification method of the present invention is a method characterized in that the exhaust gas containing carbon monoxide is brought into contact with the exhaust gas purification catalyst of the present invention to oxidize and purify the carbon monoxide.
本発明によれば、触媒成分と組み合わせて用いることにより得られる排ガス浄化用触媒に、低温条件下においてもCOを十分に酸化して浄化することができる十分に高度なCO酸化性能を発揮させることが可能な触媒担体、それを用いた十分に高度なCO酸化性能を有する排ガス浄化用触媒、並びに、その排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, an exhaust gas purifying catalyst obtained by using in combination with a catalyst component exhibits sufficiently high CO oxidation performance that can sufficiently oxidize and purify CO even under low temperature conditions. It is possible to provide an exhaust gas purification catalyst having a sufficiently high CO oxidation performance using the catalyst carrier, and an exhaust gas purification method using the exhaust gas purification catalyst.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.
先ず、本発明の触媒担体について説明する。すなわち、本発明の触媒担体は、金属酸化物からなる触媒担体であって、
前記金属酸化物が、下記一般式(1):
AxMyTi(8−y)O16 (1)
[式(1)中、Aは酸化物中において1価又は2価の陽イオンとなる金属元素を示し、
MはTi以外の金属元素であって酸化物中において3価の陽イオンとなり得る金属元素を示し、
xは、酸化物中において前記Aが1価の陽イオンとなる場合には不等式:0<x≦2の範囲内の数値を示し、他方、前記Aが2価の陽イオンとなる場合には不等式:0<x≦1の範囲内の数値を示し、
前記Aとして酸化物中において1価の陽イオンとなる金属元素と2価の陽イオンとなる金属元素とが共存する場合においては、1価の陽イオンとなる金属元素Aに関するxの値x1と、2価の陽イオンとなる金属元素Aに関するxの値x2とが不等式:0<(x1+2×x2)≦2に示す条件を満たし、
yは、不等式:0<y≦2の範囲内の数値を示す。]
で表され且つ一次元細孔構造を有するクリプトメラングループに属する金属酸化物であることを特徴とするものである。
First, the catalyst carrier of the present invention will be described. That is, the catalyst carrier of the present invention is a catalyst carrier made of a metal oxide,
The metal oxide has the following general formula (1):
A x M y Ti (8- y) O 16 (1)
[In the formula (1), A represents a metal element that becomes a monovalent or divalent cation in the oxide,
M represents a metal element other than Ti and can be a trivalent cation in the oxide;
x represents a numerical value in the range of 0 <x ≦ 2 when A is a monovalent cation in the oxide, while x is a divalent cation. Inequality: indicates a numerical value in the range of 0 <x ≦ 1,
In the case where a metal element that becomes a monovalent cation and a metal element that becomes a divalent cation coexist in the oxide as A, the value x of the metal element A that becomes a monovalent cation x 1 And the value x 2 of the metal element A that is a divalent cation satisfies the condition shown by the inequality: 0 <(x 1 + 2 × x 2 ) ≦ 2,
y represents a numerical value within the range of inequality: 0 <y ≦ 2. ]
And a metal oxide belonging to the cryptomelan group having a one-dimensional pore structure.
このような一般式(1)中のAは、金属酸化物中において1価又は2価の陽イオンとなる金属元素である。このような金属元素Aは、金属酸化物中において1価又は2価の陽イオンとなる金属元素であればよく、特に制限されないが、より高度なCO酸化性能を発揮できるという観点から、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Baであることが好ましく、Li、Na、K、Ca、Baであることがより好ましく、Ba、Naであることが特に好ましい。なお、このような金属元素Aとしては1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 A in the general formula (1) is a metal element that becomes a monovalent or divalent cation in the metal oxide. Such metal element A is not particularly limited as long as it is a metal element that becomes a monovalent or divalent cation in the metal oxide, but Li, Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, and Ba are preferable, Li, Na, K, Ca, and Ba are more preferable, and Ba and Na are particularly preferable. In addition, as such a metal element A, 1 type can be used individually or in combination of 2 or more types.
また、上記一般式(1)中のMは、Ti以外の金属元素であって、酸化物中において3価の陽イオンとなり得る金属元素である。このような金属元素Mは、Ti以外の金属元素であって酸化物中において3価の陽イオンとなり得る金属元素であればよく、特に制限されないが、資源流通量や安全性の観点や、十分に高度なCO酸化性能を得るという観点から、Sc、Y、V、Nb、Cr、Mo、W、Re、Fe、Ga、Al、In、Laが好ましく、V、Nb、Cr、Fe、Ga、Al、Inがより好ましく、Al、Feが特に好ましい。なお、このような金属元素Mとしては1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 Further, M in the general formula (1) is a metal element other than Ti, and is a metal element that can be a trivalent cation in the oxide. Such a metal element M may be any metal element other than Ti and can be a trivalent cation in the oxide, and is not particularly limited. Sc, Y, V, Nb, Cr, Mo, W, Re, Fe, Ga, Al, In, La are preferable, and V, Nb, Cr, Fe, Ga, Al and In are more preferable, and Al and Fe are particularly preferable. In addition, as such a metal element M, 1 type can be used individually or in combination of 2 or more types.
さらに、上記一般式(1)で表される金属酸化物中の前記金属元素Aと前記金属元素Mとしては、より高度なCO酸化性能を発揮させることが可能であるという観点から、前記金属元素AがBa及びNaからなる群から選択される少なくとも一種であり、且つ、前記金属元素MがAl及びFeからなる群から選択される少なくとも一種であることであることが好ましい。 Furthermore, as the metal element A and the metal element M in the metal oxide represented by the general formula (1), the metal element can be used from the viewpoint that higher CO oxidation performance can be exhibited. Preferably, A is at least one selected from the group consisting of Ba and Na, and the metal element M is at least one selected from the group consisting of Al and Fe.
また、上記一般式(1)中のxは、金属酸化物中の金属元素Aの存在比(濃度)を示す値である。このようなxの値は、前記金属元素Aの陽イオンの価数に応じて異なるものであり、前記金属元素Aが1価の陽イオンとなる場合には、不等式:0<x≦2の範囲内の数値であり、他方、前記金属元素Aが2価の陽イオンとなる場合には不等式:0<x≦1の範囲内の数値である。このようなxの値が前記上限以上となった場合においては、クリプトメラングループに属する金属酸化物(好ましくはホランダイト型構造の金属酸化物)の細孔全体に充填し得る以上の量の金属元素Aが担持されることとなり、単相のクリプトメラングループに属する金属酸化物(特に単相のホランダイト型構造の金属酸化物)が得られなくなる。また、このようなxの値としては、前記不等式を満たす範囲であればよく(単相のクリプトメラングループに属する金属酸化物を製造できる範囲の値であればよく)、その好適な範囲は、使用する金属元素Aや金属元素Mの種類等によっても異なるものであり、一概には言えないが、排ガス浄化用触媒に用いた場合に、より高度なCO酸化性能が得られる傾向にあることから、前記金属元素Aが1価の陽イオンとなる場合には、不等式:0.5≦x≦2の範囲内の数値であることがより好ましく、また、同様の観点から、xの値は、前記金属元素Aが2価の陽イオンとなる場合には、不等式:0.25≦x≦1の範囲内の数値であることがより好ましい。 Further, x in the general formula (1) is a value indicating the abundance ratio (concentration) of the metal element A in the metal oxide. Such a value of x differs depending on the valence of the cation of the metal element A. When the metal element A is a monovalent cation, the inequality: 0 <x ≦ 2 On the other hand, when the metal element A is a divalent cation, the numerical value is in the range of inequality: 0 <x ≦ 1. When the value of x is equal to or greater than the above upper limit, the amount of the metal element that can be filled in the entire pores of the metal oxide belonging to the cryptomelan group (preferably a metal oxide having a hollandite structure) Since A is supported, a metal oxide belonging to the single-phase cryptomelan group (particularly a single-phase hollandite structure metal oxide) cannot be obtained. Further, such a value of x may be in a range satisfying the inequality (a value in a range in which a metal oxide belonging to a single-phase cryptomelan group can be produced), and a preferable range thereof is: It differs depending on the type of metal element A and metal element M to be used, and cannot be generally stated. However, when used as an exhaust gas purification catalyst, a higher CO oxidation performance tends to be obtained. When the metal element A is a monovalent cation, the inequality is preferably a numerical value in the range of 0.5 ≦ x ≦ 2, and from the same viewpoint, the value of x is When the metal element A is a divalent cation, the numerical value is more preferably in the range of inequality: 0.25 ≦ x ≦ 1.
また、前記金属元素Aとして1価の陽イオンとなる金属元素と2価の陽イオンとなる金属元素とが共存する場合においては、金属元素Aの価数ごとに一般式(1):AxMyTi(8−y)O16で表される式を考慮した場合において、その金属酸化物中に存在する1価の陽イオンとなる金属元素Aのxの値をx1とし、金属酸化物中に存在する2価の陽イオンとなる各金属元素Aのxの値をx2とした場合に、不等式:0<(x1+2×x2)≦2に示す条件を満たす必要がある。このような式で表される(x1+2×x2)の値が前記上限を超えると、クリプトメラングループに属する金属酸化物(好ましくはホランダイト型構造の金属酸化物)の細孔全体に充填し得る以上の量の金属元素Aが担持されることとなり、クリプトメラングループに属する金属酸化物(特に単相のホランダイト型構造の金属酸化物)が得られなくなる。なお、上記x1の値は、1価の陽イオンとなる金属元素Aが複数種共存する場合には全ての1価の陽イオンとなる金属元素Aのxの値の合計値とする。同様に、x2の値は、2価の陽イオンとなる金属元素Aが複数種共存する場合には、全ての2価の陽イオンとなる金属元素Aのxの値の合計値とする。 In the case where a metal element that becomes a monovalent cation and a metal element that becomes a divalent cation coexist as the metal element A, the general formula (1): A x for each valence of the metal element A in the case of considering a formula represented by M y Ti (8-y) O 16, and the value of x of the metal element a to be the monovalent cation present in the metal oxide and x 1, metal oxide the value of x of the respective metal elements a to be the divalent cations present in the object in the case of the x 2, inequality: 0 <must satisfy the condition shown in (x 1 + 2 × x 2 ) ≦ 2 . When the value of (x 1 + 2 × x 2 ) represented by such a formula exceeds the upper limit, the entire pores of the metal oxide belonging to the cryptomelan group (preferably a metal oxide having a hollandite structure) are filled. A larger amount of the metal element A is supported, and a metal oxide belonging to the cryptomelan group (particularly, a metal oxide having a single-phase hollandite structure) cannot be obtained. The value of the x 1 is the sum of the monovalent value of x for all monovalent becomes cationic metal element A in the case of the metal element A comprising a cation coexist plural kinds. Similarly, the value of x 2, the metal element A to be the divalent cations when the coexisting multiple species, the sum of the values of x for all divalent become cationic metal element A.
さらに、前記金属元素Aとして1価の陽イオンとなる金属元素と2価の陽イオンとなる金属元素とが共存する場合において、上記x1及びx2の値の好適な範囲は、使用する金属元素Aや金属元素Mの種類等によっても異なるものであり、一概には言えないが、排ガス浄化用触媒に用いた場合に、より高度なCO酸化性能が得られる傾向にあることから、不等式:0.5≦(x1+2×x2)≦2に示す条件を満たすことがより好ましい。 Further, in the case where a metal element that becomes a monovalent cation and a metal element that becomes a divalent cation coexist as the metal element A, the preferred range of the values of x 1 and x 2 is the metal used. Although it differs depending on the type of element A and metal element M, etc., it cannot be generally stated, but when used as an exhaust gas purification catalyst, a higher degree of CO oxidation performance tends to be obtained. It is more preferable that the condition shown by 0.5 ≦ (x 1 + 2 × x 2 ) ≦ 2 is satisfied.
また、上記一般式(1)中のyは、金属酸化物中の金属元素Mの存在比(濃度)を示す値である。このようなyの値は不等式:0<y≦2の範囲内の数値である。このようなyの値が前記上限を超えると、単相のクリプトメラングループに属する金属酸化物(特に単相のホランダイト型構造の金属酸化物)が得られなくなる。また、このようなyの値の好適な範囲は、使用する金属元素Aや金属元素Mの種類等によっても異なるものであり、一概には言えないが、不等式:0.5≦y≦2の範囲内の数値であることが好ましい。なお、このような一般式(1)中におけるxの値やyの値等の数値は、誘導結合プラズマ(ICP)分析により測定される濃度に基づいて求められる値を採用する。 Moreover, y in the general formula (1) is a value indicating the abundance ratio (concentration) of the metal element M in the metal oxide. Such a value of y is a numerical value in the range of inequality: 0 <y ≦ 2. When the value of y exceeds the upper limit, a metal oxide belonging to a single-phase cryptomelan group (particularly a single-phase hollandite structure metal oxide) cannot be obtained. Further, such a preferable range of the value of y varies depending on the types of the metal element A and the metal element M to be used, and cannot be generally described, but the inequality: 0.5 ≦ y ≦ 2 A numerical value within the range is preferable. In addition, the value calculated | required based on the density | concentration measured by an inductively coupled plasma (ICP) analysis is employ | adopted for numerical values, such as the value of x in such General formula (1), and the value of y.
また、本発明にかかる一般式(1)で表される金属酸化物は、上記一般式(1)中のyの値からも明らかなように、チタン(Ti)を必須成分として含有する。本発明においては、このように金属酸化物中にチタンが必須成分として含まれるため、金属元素MとTiといった異なる種類の金属元素により金属酸化物の結晶が形成されており、結晶の基本単位を構成する金属元素の酸化数を異なるものとすることができることから、その金属酸化物中において局所的に酸点を効率よく発現させることが可能であり、これにより、触媒成分と組み合わせて用いた場合に触媒成分の電子状態を制御することができる上に、一次元細孔構造に起因する粒子の物理構造から触媒成分の粒子の分散性を高度に維持することができるため、十分に高度なCO酸化性能が得られるものと推察される。 Moreover, the metal oxide represented by General formula (1) concerning this invention contains titanium (Ti) as an essential component so that it may become clear also from the value of y in the said General formula (1). In the present invention, since titanium is contained in the metal oxide as an essential component in this way, metal oxide crystals are formed by different kinds of metal elements such as metal elements M and Ti. Since the oxidation number of the constituent metal elements can be made different, it is possible to efficiently express the acid sites locally in the metal oxide, and thus when used in combination with the catalyst component In addition, the electronic state of the catalyst component can be controlled, and the dispersibility of the catalyst component particles can be maintained at a high level from the physical structure of the particles due to the one-dimensional pore structure. It is presumed that oxidation performance can be obtained.
さらに、このような一般式(1)で表される金属酸化物は、一次元細孔構造を有するクリプトメラングループに属する金属酸化物である。すなわち、このような一般式(1)で表される金属酸化物は、クリプトメラングループに属する結晶構造(例えば、ホランダイト型、プリデライト型又はフレウデンバーガイト型の結晶構造)を有する単相の金属酸化物であり、その結晶構造に由来する一次元細孔構造を有するものである。ここで、「単相の結晶構造を有する」とは、X線回折(XRD)測定において、クリプトメラングループに属する結晶相以外の他の結晶相が確認されないことを意味し、例えば、前記金属酸化物がホランダイト型金属酸化物である場合には、X線回折(XRD)測定において、ホランダイト型の結晶相以外の他の結晶相が確認されないことを意味する。また、「クリプトメラングループに属する金属酸化物」とは、ホランダイト型、プリデライト型又はフレウデンバーガイト型に代表される、上記一般式(1)で表される正方晶系、単斜晶系又は擬正方晶系の金属酸化物であり、式:BO6(式中、Bは前記金属元素M又はTiを示す。)で表される八面体を基本単位とし、I2/m、I4、I4/m、C2/mのいずれかの空間群に属する結晶相を有する金属酸化物をいう。また、このようなクリプトメラングループに属する金属酸化物(例えば、ホランダイト型、プリデライト型又はフレウデンバーガイト型の金属酸化物)においては、その結晶構造に由来してc軸と平行なトンネル状の細孔が形成される。すなわち、このようなクリプトメラングループに属する金属酸化物はc軸と平行な一次元細孔構造を有するものとなる。なお、このような結晶構造は、X線回折パターンからその存在を確認することができる。また、本発明においては、金属酸化物の「一次元細孔構造」の有無は、X線回折パターンからクリプトメラングループに属する結晶構造が確認されるか否かにより判別し、クリプトメラングループに属する結晶構造が確認された場合には、その金属酸化物は一次元細孔構造を有するものとして認識することができる。 Furthermore, such a metal oxide represented by the general formula (1) is a metal oxide belonging to the cryptomelan group having a one-dimensional pore structure. That is, such a metal oxide represented by the general formula (1) is a single-phase metal having a crystal structure belonging to the cryptomelan group (for example, a hollandite-type, predelite-type, or Freudenbergite-type crystal structure). It is an oxide and has a one-dimensional pore structure derived from its crystal structure. Here, “having a single-phase crystal structure” means that no other crystal phase other than the crystal phase belonging to the cryptomelan group is confirmed in the X-ray diffraction (XRD) measurement. When the product is a hollandite-type metal oxide, it means that no other crystal phase other than the hollandite-type crystal phase is confirmed in the X-ray diffraction (XRD) measurement. In addition, the “metal oxide belonging to the cryptomelan group” means a tetragonal system, a monoclinic system or a monoclinic system represented by the above general formula (1) represented by a hollandite type, a predelite type or a Freuden bargeite type. A pseudo-tetragonal metal oxide, whose basic unit is an octahedron represented by the formula: BO 6 (wherein B represents the metal element M or Ti), and is represented by I2 / m, I4, I4 / It refers to a metal oxide having a crystal phase belonging to any one of the space groups m and C2 / m. In addition, in such a metal oxide belonging to the cryptomelan group (for example, a hollandite-type, predelite-type, or Freudenbergite-type metal oxide), a tunnel-like shape parallel to the c-axis is derived from the crystal structure. A pore is formed. That is, such a metal oxide belonging to the cryptomelan group has a one-dimensional pore structure parallel to the c-axis. Such a crystal structure can be confirmed from its X-ray diffraction pattern. In the present invention, the presence or absence of the “one-dimensional pore structure” of the metal oxide is determined based on whether or not the crystal structure belonging to the cryptomelan group is confirmed from the X-ray diffraction pattern, and belongs to the cryptomelan group. When the crystal structure is confirmed, the metal oxide can be recognized as having a one-dimensional pore structure.
このような一般式(1)で表される金属酸化物としては、粒子状のものが好ましい。また、このような金属酸化物の一次粒子としては、粒径の平均値(平均粒子径)が1〜1000nmであることが好ましく、2〜500nmであることがより好ましく、3〜100nmであることが更に好ましい。このような一次粒子の粒径の平均値が前記下限未満では、シンタリング(粒成長)し易くなってしまう傾向にあり、他方、前記上限を超えると、細孔が長くなるため、十分な比表面積を得られなくなる傾向にある。なお、このような一次粒子の粒径の平均値(平均粒子径)は、任意の100個以上の一次粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)により測定して各粒子の粒子径を求め、その値を平均化することにより求めることができる。また、このような一次粒子の粒子径は、粒子の断面の最大直径を意味し、粒子の断面が円形でない場合には、その粒子の断面の最大の外接円の直径とする。 As the metal oxide represented by the general formula (1), a particulate oxide is preferable. Moreover, as such primary particles of the metal oxide, the average particle size (average particle size) is preferably 1-1000 nm, more preferably 2-500 nm, and 3-100 nm. Is more preferable. If the average value of the particle diameter of such primary particles is less than the lower limit, sintering (grain growth) tends to be easy. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the pores become longer. There is a tendency that the surface area cannot be obtained. In addition, the average value (average particle diameter) of the particle diameters of such primary particles is obtained by measuring the particle diameter of any 100 or more primary particles with a transmission electron microscope (TEM) and obtaining the particle diameter of each particle. Can be obtained by averaging. Moreover, the particle diameter of such a primary particle means the maximum diameter of the cross section of the particle. When the cross section of the particle is not circular, the diameter is the maximum circumscribed circle of the cross section of the particle.
また、このような一般式(1)で表される金属酸化物の一次粒子としては、比表面積が1〜300m2/gであることが好ましく、5〜200m2/gであることがより好ましい。このような比表面積が前記下限未満では、十分な触媒活性を発揮させるために、妥当な量の酸化能を有する前記触媒成分を担持することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、熱劣化による比表面積低下が生じ易くなる傾向にある。なお、このような比表面積は、吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として求めることができる。 As the primary particles of metal oxide represented by the general formula (1), it is preferable that a specific surface area of 1~300m 2 / g, and more preferably 5 to 200 m 2 / g . If the specific surface area is less than the lower limit, it tends to be difficult to support the catalyst component having an appropriate amount of oxidizing ability in order to exhibit sufficient catalytic activity, and on the other hand, exceeds the upper limit. And, the specific surface area tends to decrease due to thermal degradation. In addition, such a specific surface area can be calculated | required as a BET specific surface area using a BET isotherm adsorption formula from an adsorption isotherm.
また、このような一般式(1)で表される金属酸化物においては、その基本骨格においてTiを必須成分として十分な比率で含有することから、結晶構造から理論値として求められる細孔の平均細孔直径は、0.47nm近傍の値(基本的に0.47nm±0.1nmの範囲の値)となる。このような平均細孔直径が、前記範囲外となるような金属酸化物は、Tiを必須成分として含有するクリプトメラングループに属する単相の一般式(1)で表される金属酸化物として得ることが困難な傾向にある。なお、このような平均細孔直径の理論値は、基本的に実測される値と一致するものである。また、このような平均細孔径を実際に測定する方法としては、例えば窒素吸着法が挙げられる。 Further, in the metal oxide represented by the general formula (1), since the basic skeleton contains Ti as an essential component in a sufficient ratio, the average pore size obtained as a theoretical value from the crystal structure The pore diameter is a value in the vicinity of 0.47 nm (basically a value in the range of 0.47 nm ± 0.1 nm). Such a metal oxide having an average pore diameter outside the above range is obtained as a metal oxide represented by the general formula (1) of a single phase belonging to the cryptomelan group containing Ti as an essential component. Tend to be difficult. Such a theoretical value of the average pore diameter basically agrees with the actually measured value. Moreover, as a method of actually measuring such an average pore diameter, for example, a nitrogen adsorption method can be mentioned.
さらに、このような一般式(1)で表される金属酸化物においては、その細孔内に前記金属元素Aが存在している。なお、金属酸化物の結晶構造がクリプトメラングループに属するもの(例えばホランダイト型、プリデライト型又はフレウデンバーガイト型)であれば、その結晶構造により細孔内に金属元素Aが存在するという金属酸化物の構成は達成されるため、細孔内に金属元素Aが存在することは、XRD測定により金属酸化物の結晶構造を測定することにより確認できる。 Further, in the metal oxide represented by the general formula (1), the metal element A is present in the pores. If the crystal structure of the metal oxide belongs to the cryptomelan group (for example, hollandite type, predelite type, or Freudenbergite type), the metal oxide that the metal element A exists in the pores due to the crystal structure. Since the structure of the product is achieved, the presence of the metal element A in the pores can be confirmed by measuring the crystal structure of the metal oxide by XRD measurement.
また、このような一般式(1)で表される金属酸化物としては、排ガス浄化用触媒に用いた場合に、低温条件下において、より高度なCO酸化性能を発揮させることが可能となることから、ホランダイト型の金属酸化物であることが好ましい。なお、本発明において好適な「ホランダイト型」の結晶相は、式:BO6(式中、Bは前記金属元素M又はTiを示す。)で表される八面体の基本単位が、縦に2単位及び横に2単位配列して中央に一次元細孔(トンネル状の細孔であってc軸と平行な細孔)が形成されている相である。このようなホランダイト型の結晶相は、空間群がI4/m、I2/mに属する相である。 In addition, as such a metal oxide represented by the general formula (1), when used as an exhaust gas purifying catalyst, it is possible to exhibit higher CO oxidation performance under low temperature conditions. Therefore, a hollandite-type metal oxide is preferable. Note that the “hollandite-type” crystal phase suitable for the present invention is an octahedral basic unit represented by the formula: BO 6 (wherein B represents the metal element M or Ti). This is a phase in which two units are arranged in the unit and laterally and a one-dimensional pore (tunnel-like pore parallel to the c-axis) is formed in the center. Such a hollandite crystal phase is a phase whose space group belongs to I4 / m and I2 / m.
また、このような一般式(1)で表される金属酸化物を製造するための方法としては、特に制限されず、例えば、前記金属元素A、前記金属元素Mの種類等に応じて製造条件を適宜変更しながら、クリプトメラングループに属する結晶構造(例えばホランダイト型、プリデライト型又はフレウデンバーガイト型の結晶構造)を形成することが可能な公知の方法を適宜利用して製造することもできる。また、このような一般式(1)で表される金属酸化物を製造するための方法としては、例えば、前記金属元素Aを含む第一化合物と、前記金属元素Mを含む第二化合物と、Tiを含む第三化合物とを混合して混合物を得た後、前記混合物を焼成することにより、一般式(1)で表される金属酸化物を製造する方法(I)を利用してもよい。以下、このような方法(I)について説明する。 Moreover, it does not restrict | limit especially as a method for manufacturing the metal oxide represented by such General formula (1), For example, manufacturing conditions according to the said metal element A, the kind of said metal element M, etc. The crystal structure belonging to the cryptomelan group (for example, a hollandite type, predelite type, or Freudenbergite type crystal structure) can also be suitably used to produce the crystal structure as appropriate. . Moreover, as a method for producing such a metal oxide represented by the general formula (1), for example, a first compound containing the metal element A, a second compound containing the metal element M, After obtaining a mixture by mixing with a third compound containing Ti, the method (I) for producing the metal oxide represented by the general formula (1) may be used by firing the mixture. . Hereinafter, such method (I) will be described.
このような方法(I)においては、先ず、前記金属元素Aを含む第一化合物と、前記金属元素Mを含む第二化合物と、Tiを含む第三化合物とを混合して混合物を得る。 In the method (I), first, a first compound containing the metal element A, a second compound containing the metal element M, and a third compound containing Ti are mixed to obtain a mixture.
このような金属元素Aを含む第一化合物としては、金属元素Aを含有していればよく特に制限されず、金属元素Aとともに金属元素Mを併せて含有するものを用いてもよい。このような第一化合物としては、例えば、金属元素Aの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、有機酸塩(例えば酢酸塩、クエン酸塩)等が挙げられる。なお、このような第一化合物は1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、このような第一化合物の形態は特に制限されず、水和物であってもよい。 The first compound containing the metal element A is not particularly limited as long as it contains the metal element A, and a compound containing the metal element M together with the metal element A may be used. Examples of such a first compound include nitrates, carbonates, sulfates, and organic acid salts (for example, acetates and citrates) of the metal element A. In addition, you may use such a 1st compound individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The form of the first compound is not particularly limited, and may be a hydrate.
また、前記金属元素Mを含む第二化合物としては、金属元素Mを含有していればよく特に制限されず、例えば、金属元素Mの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、有機酸塩(例えば酢酸塩、クエン酸塩)等が挙げられる。なお、このような第二化合物は1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、このような第二化合物の形態は特に制限されず、水和物であってもよい。 The second compound containing the metal element M is not particularly limited as long as it contains the metal element M. For example, the nitrate, carbonate, sulfate, organic acid salt (for example, acetate) of the metal element M Citrate) and the like. In addition, you may use such a 2nd compound individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The form of the second compound is not particularly limited, and may be a hydrate.
さらに、Tiを含む第三化合物としては、Tiを含有していればよく特に制限されず、例えば、Tiの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、有機酸塩(例えば酢酸塩、クエン酸塩)等が挙げられる。なお、このような第三化合物は1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、このような第三化合物の形態は特に制限されず、水和物であってもよい。更に、このような第一〜第三化合物としては、市販のものを適宜用いてもよい。 Furthermore, the third compound containing Ti is not particularly limited as long as it contains Ti. For example, Ti nitrate, carbonate, sulfate, organic acid salt (for example, acetate, citrate), and the like. Can be mentioned. In addition, you may use such a 3rd compound individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The form of the third compound is not particularly limited, and may be a hydrate. Furthermore, as such first to third compounds, commercially available products may be used as appropriate.
また、前記第一〜第三化合物を混合する方法(混合方法)としては、特に制限されず、前記第一〜第三の化合物の粉末を物理的に混合する方法を採用してもよく、あるいは、前記第一〜第三の化合物を溶媒中で混合する方法を採用してもよい。なお、このような混合方法としては、混合の均一性の観点から、前記第一〜第三の化合物を溶媒中で混合する方法を採用することが好ましい。 The method of mixing the first to third compounds (mixing method) is not particularly limited, and a method of physically mixing the powders of the first to third compounds may be employed, or A method of mixing the first to third compounds in a solvent may be employed. In addition, it is preferable to employ | adopt the method of mixing said 1st-3rd compound in a solvent from a viewpoint of the uniformity of mixing as such a mixing method.
ここで、前記混合方法に関して、先ず、前記第一〜第三の化合物の粉末を物理的に混合する方法を採用する場合について説明する。このような第一〜第三の化合物の粉末を物理的に混合する方法としては、例えば、乳鉢を用いて混合する方法や、ボールミルして粉砕混合する方法を適宜採用することができる。このように、第一〜第三の化合物の粉末を物理的に混合する場合においては、第一〜第三の化合物の粉末(粒子)の平均粒子径は、それぞれ、0.01〜2000μmであることが好ましく、0.1〜1000μmであることがより好ましい。このような第一〜第三化合物の粒子の平均粒子径が前記下限未満では粉末の取り扱いが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると十分に混合することが困難となる傾向にある。 Here, regarding the mixing method, first, a case where a method of physically mixing the powders of the first to third compounds will be described. As a method of physically mixing such powders of the first to third compounds, for example, a method of mixing using a mortar or a method of pulverizing and mixing by ball milling can be appropriately employed. Thus, when the powders of the first to third compounds are physically mixed, the average particle diameters of the powders (particles) of the first to third compounds are 0.01 to 2000 μm, respectively. It is preferable that it is 0.1-1000 micrometers. If the average particle size of the particles of the first to third compounds is less than the lower limit, it tends to be difficult to handle the powder. On the other hand, if the average particle size exceeds the upper limit, mixing tends to be difficult. .
また、このように物理的に混合して得られる混合物の粉末の平均粒子径としては、特に制限されないが、5〜1000nm(より好ましくは10〜500nm)であることが好ましい。このような粉末の大きさが前記下限未満では混合するためのコストが高騰し、経済性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、十分に混合されず、未反応成分が残る傾向にある。なお、このような混合後の粒径に応じて、混合条件は適宜変更することができる。 The average particle size of the powder of the mixture obtained by physically mixing in this way is not particularly limited, but is preferably 5 to 1000 nm (more preferably 10 to 500 nm). If the size of the powder is less than the lower limit, the cost for mixing increases, and the economy tends to decrease. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the mixture is not sufficiently mixed and unreacted components tend to remain. It is in. In addition, according to the particle diameter after such mixing, mixing conditions can be changed suitably.
次に、前記混合方法として、第一〜第三の化合物を溶媒中で混合する方法を採用する場合について説明する。このような混合方法に利用し得る溶媒としては特に制限されないが、工業性の観点から、水(イオン交換水)を用いることが好ましい。また、前記第一〜第三化合物を溶媒中で混合する方法としては、前記第一化合物を溶解した水溶液(A)、前記第二化合物を溶解した水溶液(B)及び前記第三化合物を溶解した水溶液(C)のうちのいずれか1種以上を用いて、水溶液中において、第一〜第三の化合物を撹拌混合する方法を採用してもよい。このような水溶液を利用する方法としては、例えば、水溶液(B)と水溶液(C)との混合液を調製し、そこに第三の化合物を添加して混合することにより混合液を得る方法(i)や、水溶液(A)に前記第二化合物及び前記第三化合物の粉末を添加して混合することにより混合液を得る方法(ii)を挙げることができる。また、このような水溶液を利用する方法(i)を採用する場合には、水溶液(B)及び(C)中の金属元素Mの塩と、Tiの塩は、焼成時の安全性の観点から、同じ種類の塩とすること(例えば共にクエン酸塩とすること)が好ましい。 Next, the case where the method of mixing the first to third compounds in a solvent is adopted as the mixing method will be described. Although it does not restrict | limit especially as a solvent which can be utilized for such a mixing method, From an industrial viewpoint, it is preferable to use water (ion-exchange water). Moreover, as a method of mixing the first to third compounds in a solvent, an aqueous solution (A) in which the first compound is dissolved, an aqueous solution (B) in which the second compound is dissolved, and the third compound are dissolved. You may employ | adopt the method of stirring and mixing a 1st-3rd compound in aqueous solution using any 1 or more types in aqueous solution (C). As a method using such an aqueous solution, for example, a mixed solution of an aqueous solution (B) and an aqueous solution (C) is prepared, and a third compound is added thereto and mixed to obtain a mixed solution ( Examples thereof include i) and a method (ii) in which the powder of the second compound and the third compound is added to and mixed with the aqueous solution (A). Further, when adopting the method (i) using such an aqueous solution, the salt of the metal element M and the salt of Ti in the aqueous solution (B) and (C) are from the viewpoint of safety during firing. It is preferable to use the same type of salt (for example, both citrates).
さらに、第一〜第三の化合物を溶媒中で混合する方法を採用する場合においては、その混合方法により得られた混合液から溶媒を除去(例えば溶媒を蒸発させる等)して固形分として前記第一化合物と前記第二化合物と前記第三化合物との混合物を得てもよく、あるいは、その混合方法により得られた混合液を還流して、沈殿物として混合物を得てもよい。なお、沈殿物として混合物を得る場合には、その混合物は、沈殿が生じた後にろ過等することにより容易に回収することができる。また、このような還流工程の条件(時間等)は、目的とする金属酸化物の設計(粒子径や細孔の長さ等)に応じて、その条件を適宜変更することができる。 Furthermore, in the case of adopting a method of mixing the first to third compounds in a solvent, the solvent is removed from the liquid mixture obtained by the mixing method (for example, the solvent is evaporated, etc.) to obtain the solid content. A mixture of the first compound, the second compound and the third compound may be obtained, or the mixture obtained by the mixing method may be refluxed to obtain a mixture as a precipitate. In addition, when obtaining a mixture as a deposit, the mixture can be easily recovered by filtration after the precipitation has occurred. Moreover, the conditions (time etc.) of such a recirculation | reflux process can be suitably changed according to the design (a particle diameter, the length of a pore, etc.) of the target metal oxide.
さらに、前記混合物を得るために用いる前記第一〜第三化合物の使用量は、利用する混合方法の種類等によっても異なるものであって、一概に言えるものではなく、その使用量を上記一般式(1)で表される金属酸化物を形成することが可能な比率とすればよく、目的とする金属酸化物の設計に応じて適宜変更することができる。このように、前記第一〜第三化合物の使用量は、特に制限されないが、得られる混合物中における金属元素Aの全モル数と、前記混合物中における金属元素Mの全モル数と、前記混合物中におけるチタン(Ti)の全モル数との比を[Aの全モル数]:[Mの全モル数]:[Tiの全モル数]と表した場合において、Aが1価の金属元素の場合には、その比の値としての[Aの全モル数]と[Mの全モル数]と[Tiの全モル数]とが、それぞれ0<[Aの全モル数]≦3、0<[Mの全モル数]≦2、8>[Tiの全モル数]≧6に示す範囲の数値となるように調整することが好ましく、Aが2価の金属元素の場合には、その比の値としての[Aの全モル数]と[Mの全モル数]と[Tiの全モル数]とが、それぞれ0<[Aの全モル数]≦1.5、0<[Mの全モル数]≦2、8>[Tiの全モル数]≧6に示す範囲の数値となるように調整することが好ましい。また、前記Aとして1価の金属元素と2価の金属元素とが共存する場合には、前記混合物中におけるAのモル数の換算値([1価のAの全モル数]+2×[2価のAの全モル数])と、前記混合物中における金属元素Mの全モル数と、前記混合物中におけるチタン(Ti)の全モル数との比を([1価のAの全モル数]+2×[2価のAの全モル数]):[Mの全モル数]:[Tiの全モル数]で表した場合に、それぞれが、0<([1価のAの全モル数]+2×[2価のAの全モル数])≦3、0<[Mの全モル数]≦2、8>[Tiの全モル数]≧6に示す範囲の数値となるように調整することが好ましい。このようなAとMのモル数が前記上限を超える場合には、クリプトメラングループに属する結晶構造を有する金属酸化物を単相で得ることができなくなる傾向にある。 Furthermore, the amount of the first to third compounds used to obtain the mixture varies depending on the type of mixing method used and the like, and cannot be generally stated. What is necessary is just to set it as the ratio which can form the metal oxide represented by (1), and it can change suitably according to the design of the target metal oxide. Thus, the amount of the first to third compounds used is not particularly limited, but the total number of moles of metal element A in the resulting mixture, the total number of moles of metal element M in the mixture, and the mixture When the ratio of the total number of moles of titanium (Ti) in the inside is expressed as [total number of moles of A]: [total number of moles of M]: [total number of moles of Ti], A is a monovalent metal element In this case, [total number of moles of A], [total number of moles of M], and [total number of moles of Ti] as the ratio values are respectively 0 <[total number of moles of A] ≦ 3, It is preferable to adjust so that 0 <[total number of moles of M] ≦ 2, 8> [total number of moles of Ti] ≧ 6, and when A is a divalent metal element, The total number of moles of A, the total number of moles of M, and the total number of moles of Ti are 0 <[total number of moles of A], respectively. 1.5, 0 <[total number of moles of M] ≦ 2,8> [total number of moles of Ti] is preferably adjusted so that the numerical ranges shown in ≧ 6. When a monovalent metal element and a divalent metal element coexist as A, the converted value of the number of moles of A in the mixture ([total number of moles of monovalent A] + 2 × [2 The total number of moles of metal A in the mixture] and the total number of moles of titanium (Ti) in the mixture ([total number of moles of monovalent A] ] + 2 × [total number of moles of divalent A]): [total number of moles of M]: [total number of moles of Ti] Number] + 2 × [total number of moles of divalent A]) ≦ 3, 0 <[total number of moles of M] ≦ 2, 8> [total number of moles of Ti] ≧ 6 It is preferable to adjust. When the number of moles of A and M exceeds the upper limit, a metal oxide having a crystal structure belonging to the cryptomelan group tends not to be obtained in a single phase.
また、このような混合物を得る工程においては、後述の焼成工程を実施する前に、得られた混合物に対して乾燥処理を適宜施してもよい。このような乾燥処理としては特に制限されず、公知の方法を適宜利用することができる。 Moreover, in the process of obtaining such a mixture, before performing the below-mentioned baking process, you may perform a drying process suitably with respect to the obtained mixture. Such a drying process is not particularly limited, and a known method can be appropriately used.
また、上記方法(I)においては、上述のようにして混合物を得た後、前記混合物を焼成して、一般式(1)で表される金属酸化物を得る。 Moreover, in the said method (I), after obtaining a mixture as mentioned above, the said mixture is baked and the metal oxide represented by General formula (1) is obtained.
このような焼成の条件は、用いる金属元素Aや金属元素Mの種類、混合物の調製方法等によってその好適な条件は異なるものであり、特に制限されず、その条件を、クリプトメラングループに属する結晶構造(例えばホランダイト型、プリデライト型又はフレウデンバーガイト型の結晶構造)を有する金属酸化物を得ることが可能となるような条件に適宜設定すればよい。以下、前記混合物を得る際に採用した混合方法の種類に応じて焼成の好適な条件について説明する。 Such firing conditions vary depending on the type of metal element A and metal element M to be used, the preparation method of the mixture, and the like, and are not particularly limited. The conditions are not limited to crystals belonging to the cryptomelan group. What is necessary is just to set suitably on conditions that can obtain the metal oxide which has a structure (For example, a hollandite type, a predelite type, or a Freudenbergite type crystal structure). Hereinafter, suitable conditions for firing will be described according to the type of mixing method employed in obtaining the mixture.
前記混合物を得る際に採用した前記混合方法が、前記第一〜第三の化合物の粉末を物理的に混合する方法である場合には、焼成温度を500〜1400℃(より好ましくは600〜1200℃)とし、焼成時間を1〜24時間(より好ましくは2〜12時間)として、前記混合物を焼成することが好ましい。このような焼成温度及び時間が前記下限未満では十分な結晶性を有する金属酸化物が得られなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、単相の金属酸化物が得られなくなる傾向にある。 When the mixing method employed in obtaining the mixture is a method of physically mixing the powders of the first to third compounds, the firing temperature is 500 to 1400 ° C. (more preferably 600 to 1200). And the firing time is preferably 1 to 24 hours (more preferably 2 to 12 hours). If the firing temperature and time are less than the lower limit, a metal oxide having sufficient crystallinity tends not to be obtained. On the other hand, if the upper limit is exceeded, a single-phase metal oxide tends not to be obtained. .
また、前記混合物を得る際に採用した前記混合方法が、前記第一〜第三化合物を溶媒中で混合する方法である場合においては、焼成温度を500〜1200℃(より好ましくは600〜1000℃、更に好ましくは700〜900℃)とし、焼成時間を1〜12時間(より好ましくは2〜10時間)として、前記混合物を焼成することが好ましい。このような焼成温度及び時間が、前記下限未満では十分な結晶性を有する金属酸化物が得られなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、単相の金属酸化物が得られなくなる傾向にある。 Moreover, when the said mixing method employ | adopted when obtaining the said mixture is the method of mixing said 1st-3rd compound in a solvent, baking temperature is 500-1200 degreeC (more preferably 600-1000 degreeC). More preferably, the mixture is fired at 700 to 900 ° C. and the firing time is 1 to 12 hours (more preferably 2 to 10 hours). When the firing temperature and time are less than the lower limit, a metal oxide having sufficient crystallinity tends not to be obtained. On the other hand, when the upper limit is exceeded, a single-phase metal oxide tends not to be obtained. is there.
また、前記混合物を得る際に採用した前記混合方法が、前記第一〜第三化合物を溶媒中で混合する方法である場合においては、原料中の有機酸の分解の観点から、上記焼成工程を実施する前に、仮焼成を施してもよい。このような仮焼成の条件としては、100〜600℃(より好ましくは200〜500℃)の温度で1〜10時間(より好ましくは2〜8時間)加熱する条件を採用することが好ましい。 In the case where the mixing method employed when obtaining the mixture is a method of mixing the first to third compounds in a solvent, the firing step is performed from the viewpoint of decomposition of the organic acid in the raw material. You may perform temporary baking before implementing. As such pre-baking conditions, it is preferable to employ a condition of heating at a temperature of 100 to 600 ° C. (more preferably 200 to 500 ° C.) for 1 to 10 hours (more preferably 2 to 8 hours).
以上、上記一般式(1)で表され且つ一次元細孔構造を有するクリプトメラングループに属する金属酸化物からなる本発明の触媒担体について説明したが、以下、本発明の排ガス浄化用触媒について説明する。 The catalyst carrier of the present invention made of a metal oxide belonging to the cryptomelan group represented by the above general formula (1) and having a one-dimensional pore structure has been described above. Hereinafter, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention will be described. To do.
本発明の排ガス浄化用触媒は、上記本発明の触媒担体と、
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ag、Pt、Au、Pd、Rh、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む金属の粒子及び/又は該元素を含む金属酸化物の粒子からなる触媒成分の粒子と、
を備えることを特徴とするものである。
The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises the catalyst carrier of the present invention,
Metal particles containing at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ag, Pt, Au, Pd, Rh, Ir and Ru and / or Or catalyst component particles comprising metal oxide particles containing the element;
It is characterized by providing.
このような触媒成分の粒子は、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ag、Pt、Au、Pd、Rh、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む金属(メタル)の粒子及び/又はV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ag、Pt、Au、Pd、Rh、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む金属酸化物の粒子からなるものである。このような触媒成分の粒子を形成する元素としては、特に制限されないが、より高度なCO酸化性能を得るという観点から、V、Cu、Pt、Au、Pd、Rh、Ir、Ruが好ましく、V、Cu、Pt、Au、Pdがより好ましく、Pt、Pdが特に好ましい。このような触媒成分の粒子を形成する元素は1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて利用することができる。 The particles of the catalyst component are at least one selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ag, Pt, Au, Pd, Rh, Ir, and Ru. And / or selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ag, Pt, Au, Pd, Rh, Ir and Ru. It consists of metal oxide particles containing at least one element. The element forming the catalyst component particles is not particularly limited, but V, Cu, Pt, Au, Pd, Rh, Ir, and Ru are preferable from the viewpoint of obtaining higher CO oxidation performance. Cu, Pt, Au, and Pd are more preferable, and Pt and Pd are particularly preferable. These elements forming the catalyst component particles can be used singly or in combination of two or more.
また、このような触媒成分の粒子を形成する元素としては、更に高度なCO酸化性能を発揮させることが可能となるという観点から、Ptと、Pt以外の触媒成分の元素(より好ましくはPt以外の貴金属)とを組み合わせることが好ましく、PtとPdとを組み合わせることが特に好ましい。 In addition, as an element for forming such catalyst component particles, Pt and an element of a catalyst component other than Pt (more preferably other than Pt) from the viewpoint that it is possible to exhibit higher CO oxidation performance. In combination with Pt and Pd.
また、本発明の排ガス浄化用触媒においては、上記一般式(1)で表される金属酸化物からなる触媒担体に、前記触媒成分(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ag、Pt、Au、Pd、Rh、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む金属及び/又は該元素を含む金属酸化物)が粒子の状態で担持されることが好ましい。すなわち、本発明においては、上記一般式(1)で表され且つクリプトメラングループに属する金属酸化物からなる触媒担体に、前記触媒成分の粒子が担持されていることが好ましい。このように、前記触媒成分の粒子が前記触媒担体に担持されることで、より高度なCO酸化活性を得ることができる。 In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the catalyst component (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, etc.) is added to the catalyst carrier made of the metal oxide represented by the general formula (1). , W, Ag, Pt, Au, Pd, Rh, Ir, and Ru, a metal containing at least one element selected from the group consisting of at least one element and / or a metal oxide containing the element) is supported in the form of particles. It is preferable. That is, in the present invention, it is preferable that the catalyst component particles are supported on a catalyst carrier made of a metal oxide represented by the general formula (1) and belonging to the cryptomelan group. Thus, the catalyst component particles are supported on the catalyst carrier, so that a higher CO oxidation activity can be obtained.
さらに、このような触媒成分の粒子の平均粒子径としては100nm以下であることがより好ましく、1〜50nmであることがより好ましい。前記触媒成分の粒子の平均粒子径が前記上限を超えると、十分に高度なCO酸化活性を得ることが困難になる傾向にある。このような触媒成分の粒子の粒子径は、X線回折(XRD)による測定を行うことにより確認することができる。 Furthermore, the average particle diameter of such catalyst component particles is more preferably 100 nm or less, and more preferably 1 to 50 nm. When the average particle diameter of the catalyst component particles exceeds the upper limit, it tends to be difficult to obtain a sufficiently high CO oxidation activity. The particle diameter of such catalyst component particles can be confirmed by measurement by X-ray diffraction (XRD).
また、本発明の排ガス浄化用触媒においては、触媒中の前記触媒成分の総量が0.01〜10質量%であることが好ましく、0.1〜5質量%であることがより好ましい。このような触媒成分の粒子の総量が前記下限未満では十分に高度なCO酸化性能を得ることができなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコストが高騰するとともに、前記触媒成分の粒子の粒成長が起こり易くなる傾向にある。 In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the total amount of the catalyst components in the catalyst is preferably 0.01 to 10% by mass, and more preferably 0.1 to 5% by mass. If the total amount of such catalyst component particles is less than the lower limit, a sufficiently high level of CO oxidation performance tends not to be obtained. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the cost increases and the catalyst component particles Grain growth tends to occur easily.
さらに、このような排ガス浄化用触媒において、Ptと、Pt以外の触媒成分の元素とを組み合わせて用いる場合においては、触媒中のPtの量が0.01〜5質量%(より好ましくは0.1〜2質量%)であり且つPt以外の触媒成分の元素の量が0.01〜5質量%(より好ましくは0.1〜2質量%)であることが好ましい。このような割合でPt等が担持されることにより、より高度なCO酸化性能が得られる傾向にある。 Further, in such an exhaust gas purifying catalyst, when Pt and an element of a catalyst component other than Pt are used in combination, the amount of Pt in the catalyst is 0.01 to 5% by mass (more preferably, 0.1%). It is preferable that the amount of the element of the catalyst component other than Pt is 0.01 to 5% by mass (more preferably 0.1 to 2% by mass). By supporting Pt or the like at such a ratio, higher CO oxidation performance tends to be obtained.
また、前記触媒担体に前記触媒成分の粒子を担持させる方法としては、前記触媒成分の元素(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ag、Pt、Au、Pd、Rh、Ir、Ru)の塩(例えば、ジニトロジアミン塩)や錯体(例えば、テトラアンミン錯体)を含有する水溶液を、前記触媒担体に接触させた後に乾燥、焼成する方法を採用することができる。このようにして、前記触媒成分の元素の塩や錯体を含有する水溶液を前記触媒担体に接触させる方法としては特に制限されず、浸漬法や含浸法などの公知の方法を適宜利用することができる。また、水溶液を接触させた後の乾燥や焼成の条件は触媒担体上に前記触媒成分を担持することが可能な条件であればよく、特に制限されず、公知の条件を適宜採用することができ、例えば、乾燥条件として80〜140℃で1〜48時間程度加熱する条件を、焼成条件として200〜700℃で0.5〜5時間程度加熱する条件を、それぞれ採用してもよい。 In addition, as a method of loading the catalyst component particles on the catalyst carrier, the catalyst component elements (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ag, Pt, Au, Pd, A method in which an aqueous solution containing a salt of Rh, Ir, Ru) (for example, a dinitrodiamine salt) or a complex (for example, a tetraammine complex) is brought into contact with the catalyst carrier and then dried and fired can be employed. Thus, the method of bringing the aqueous solution containing the element salt or complex of the catalyst component into contact with the catalyst carrier is not particularly limited, and a known method such as an immersion method or an impregnation method can be appropriately used. . The drying and firing conditions after contacting the aqueous solution are not particularly limited as long as the catalyst components can be supported on the catalyst carrier, and known conditions can be appropriately employed. For example, conditions for heating at 80 to 140 ° C. for about 1 to 48 hours as drying conditions and conditions for heating at 200 to 700 ° C. for about 0.5 to 5 hours may be employed as drying conditions, respectively.
また、本発明の排ガス浄化用触媒は、上記一般式(1)で表される金属酸化物からなる上記本発明の触媒担体と、前記触媒成分の粒子とを備えていればよく、他の構成は特に制限されず、排ガスの浄化に利用可能な公知の他の金属を含む担体等を適宜組み合わせて用いてもよい。また、本発明の排ガス浄化用触媒の形態は特に制限されず、例えば、ペレット状に成型する等して用いてもよく、あるいは、公知の基材(例えばセラミック製のハニカム基材等)に担持して用いてもよい。 Further, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention only needs to include the catalyst carrier of the present invention made of the metal oxide represented by the general formula (1) and particles of the catalyst component. Is not particularly limited, and a carrier containing other known metals that can be used for purification of exhaust gas may be used in appropriate combination. The form of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is not particularly limited, and may be used, for example, by being molded into a pellet shape, or supported on a known substrate (for example, a ceramic honeycomb substrate). May be used.
以上、本発明の排ガス浄化用触媒について説明したが、次に、上記本発明の排ガス浄化用触媒を用いた本発明の排ガスの浄化方法について説明する。 The exhaust gas purification catalyst of the present invention has been described above. Next, the exhaust gas purification method of the present invention using the exhaust gas purification catalyst of the present invention will be described.
本発明の排ガスの浄化方法は、上記本発明の排ガス浄化用触媒に一酸化炭素を含む排ガスを接触せしめて、前記一酸化炭素を酸化して浄化することを特徴とする方法である。 The exhaust gas purification method of the present invention is a method characterized in that the exhaust gas containing carbon monoxide is brought into contact with the exhaust gas purification catalyst of the present invention to oxidize and purify the carbon monoxide.
このような一酸化炭素(CO)を含む排ガスを接触せしめる方法としては特に制限されず、例えば、排ガス管中に上記本発明の排ガス浄化用触媒を配置し、ガソリン車のエンジン、ディーゼルエンジン、燃料消費率の低い希薄燃焼式(リーンバーン)エンジン等の内燃機関から排出される排ガスを、排ガス管中において上記本発明の排ガス浄化用触媒に接触させる方法等を採用してもよい。 The method for bringing the exhaust gas containing carbon monoxide (CO) into contact with the exhaust gas is not particularly limited. For example, the exhaust gas purification catalyst of the present invention is disposed in an exhaust gas pipe, and the engine of a gasoline vehicle, diesel engine, fuel For example, a method of contacting exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a lean burn engine having a low consumption rate with the exhaust gas purifying catalyst of the present invention in an exhaust gas pipe may be adopted.
本発明の排ガスの浄化方法は、酸素過剰雰囲気下において、COを含む排ガスを接触せしめて、COを浄化する方法に特に好適に利用できる。ここにいう「酸素過剰雰囲気」とは酸素の還元ガス成分に対する化学当量比が1以上である雰囲気をいう。このように本発明によれば、ディーゼルエンジン、燃料消費率の低い希薄燃焼式(リーンバーン)エンジンから排出される酸素過剰雰囲気の排ガスであっても、効率よく浄化することができる。 The exhaust gas purification method of the present invention can be particularly suitably used for a method of purifying CO by contacting exhaust gas containing CO in an oxygen-excess atmosphere. As used herein, “oxygen-excess atmosphere” refers to an atmosphere having a chemical equivalent ratio of oxygen to reducing gas component of 1 or more. As described above, according to the present invention, even an exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere discharged from a diesel engine or a lean burn engine having a low fuel consumption rate can be efficiently purified.
また、このようにして排ガスを浄化させる際に、本発明の排ガス浄化用触媒は単独であるいは他の材料とともに、基材等に担持せしめて利用してもよい。このような基材としては特に制限されず、排ガス浄化用の触媒を担持するために用いることが可能な公知の基材を適宜利用することができる。また、このようにして排ガスを浄化させる際には、より効率よく排ガスを浄化するという観点から、上記本発明の排ガス浄化用触媒を他の触媒と組み合わせて用いてもよい。このような他の触媒としては、特に制限されず、公知の触媒(例えば、NOx還元触媒、NOx吸蔵還元型(NSR触媒)、NOx選択還元触媒(SCR触媒)、酸化触媒等)を適宜用いることができる。 Further, when purifying exhaust gas in this way, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention may be used alone or with other materials supported on a base material. Such a substrate is not particularly limited, and a known substrate that can be used for supporting a catalyst for exhaust gas purification can be appropriately used. Further, when purifying the exhaust gas in this manner, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention may be used in combination with another catalyst from the viewpoint of more efficiently purifying the exhaust gas. Such other catalyst is not particularly limited, and a known catalyst (for example, NOx reduction catalyst, NOx occlusion reduction type (NSR catalyst), NOx selective reduction catalyst (SCR catalyst), oxidation catalyst, etc.) is appropriately used. Can do.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
(実施例1)
〈金属酸化物を調製する工程〉
先ず、0.93molのクエン酸を165mlのイオン交換水に溶解させた溶解液中に0.3molのチタンテトライソプロポキシドを加えて、80℃の温度条件下において撹拌することにより、チタンクエン酸塩を0.91mol/Lの濃度で含有するチタンクエン酸塩水溶液を調製した。次に、0.93molのクエン酸を165mlのイオン交換水に溶解させた溶解液中に0.3molの塩基性酢酸アルミニウムを加えて80℃の温度条件下において撹拌することにより、アルミクエン酸塩を0.83mol/Lの濃度で含有するアルミクエン酸塩水溶液を調製した。
Example 1
<Process for preparing metal oxide>
First, titanium citric acid is added by adding 0.3 mol of titanium tetraisopropoxide to a solution obtained by dissolving 0.93 mol of citric acid in 165 ml of ion-exchanged water, and stirring under a temperature condition of 80 ° C. An aqueous titanium citrate solution containing a salt at a concentration of 0.91 mol / L was prepared. Next, 0.3 mol of basic aluminum acetate was added to a solution obtained by dissolving 0.93 mol of citric acid in 165 ml of ion-exchanged water, and the mixture was stirred at a temperature of 80 ° C. to thereby obtain aluminum citrate. Was prepared at a concentration of 0.83 mol / L.
次いで、51.1mlの前記チタンクエン酸塩水溶液と16.3mlの前記アルミクエン酸塩水溶液とを混合して第一の混合液を得た後、前記第一の混合液中に0.0075molの酢酸バリウムを加えて、第二の混合液を得た。その後、第二の混合液から水分を蒸発させて除去し、固形分を得た。次に、その固形分を乾燥させた後、大気中、400℃、5時間の加熱条件で仮焼成した。そして、仮焼成後の固形分を、大気中、800℃、5時間の加熱条件で焼成して金属酸化物(粒子状)を得た。 Next, 51.1 ml of the titanium citrate aqueous solution and 16.3 ml of the aluminum citrate aqueous solution were mixed to obtain a first mixed solution, and then 0.0075 mol of the first mixed solution was added. Barium acetate was added to obtain a second mixture. Thereafter, moisture was removed from the second mixed solution by evaporation to obtain a solid content. Next, after the solid content was dried, it was calcined in the atmosphere at 400 ° C. for 5 hours. And the solid content after temporary baking was baked on the heating conditions of 800 degreeC and 5 hours in air | atmosphere, and the metal oxide (particulate form) was obtained.
〈排ガス浄化用触媒を調製する工程〉
0.107gのPt(NO2)2(NH3)2と0.0704gのPd(NO3)2を溶解した水溶液中に、上述のようにした得られた金属酸化物を5g添加し、1時間撹拌して混合物を得た後、前記混合物に対して大気中、110℃、24時間の加熱条件で乾燥処理を行い、触媒前駆体を得た。次いで、得られた触媒前駆体を、大気中、300℃、3時間の加熱条件で焼成して、排ガス浄化用触媒(A)を得た。このようして得られた排ガス浄化用触媒(A)は、前記金属酸化物にPtとPdがそれぞれ1.3wt%(Pt)、0.65wt%(Pd)の割合で担持されたものであった。
<Process for preparing exhaust gas purification catalyst>
5 g of the metal oxide obtained as described above was added to an aqueous solution in which 0.107 g of Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 and 0.0704 g of Pd (NO 3 ) 2 were dissolved. After stirring for a time to obtain a mixture, the mixture was subjected to a drying treatment in the atmosphere at 110 ° C. for 24 hours to obtain a catalyst precursor. Next, the obtained catalyst precursor was calcined in the atmosphere at 300 ° C. for 3 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (A). The exhaust gas-purifying catalyst (A) thus obtained was one in which Pt and Pd were supported on the metal oxide at a ratio of 1.3 wt% (Pt) and 0.65 wt% (Pd), respectively. It was.
〔金属酸化物の特性の評価〕
実施例1で排ガス浄化用触媒を形成する際に得られた金属酸化物に対して、誘導結合プラズマ(ICP)分析を行った。このような測定の結果、前記金属酸化物は、式:BaAl1.8Ti6.2O16で表される金属酸化物であることが確認された。
[Evaluation of metal oxide properties]
Inductively coupled plasma (ICP) analysis was performed on the metal oxide obtained when the exhaust gas purifying catalyst was formed in Example 1. As a result of such measurement, it was confirmed that the metal oxide was a metal oxide represented by the formula: BaAl 1.8 Ti 6.2 O 16 .
また、このような金属酸化物に対して、X線回折(XRD)分析を行った。このような測定の結果、XRD測定により得られたX線回折パターンから、得られた金属酸化物においては、ホランダイト型の結晶相が確認され、他の結晶相の存在は確認されなかった。すなわち、このようなXRD測定の結果から、得られた金属酸化物は、単相の金属酸化物であって、ホランダイト型の結晶構造を有する金属酸化物であることが確認された。また、このような結果から、金属酸化物においては、ホランダイト型の結晶構造に由来した一次元細孔構造が形成されていることが分かった。更に、X線回折による格子定数測定値から計算することにより金属酸化物の平均細孔径を求めたところ、平均細孔径は0.47nmであった。また、吸着等温線からBET等温吸着式を用いて比表面積を求めたところ、前記金属酸化物の粒子の比表面積(BET)は22m2/gであった。 Further, X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on such a metal oxide. As a result of such measurement, from the X-ray diffraction pattern obtained by XRD measurement, in the obtained metal oxide, a hollandite-type crystal phase was confirmed, and the presence of other crystal phases was not confirmed. That is, from the results of such XRD measurement, it was confirmed that the obtained metal oxide was a single-phase metal oxide and a metal oxide having a hollandite-type crystal structure. Further, from these results, it was found that a one-dimensional pore structure derived from a hollandite type crystal structure was formed in the metal oxide. Furthermore, when the average pore diameter of the metal oxide was determined by calculating from the measured value of the lattice constant by X-ray diffraction, the average pore diameter was 0.47 nm. Further, when the specific surface area was determined from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption equation, the specific surface area (BET) of the metal oxide particles was 22 m 2 / g.
(実施例2)
前記アルミクエン酸塩水溶液を調製する代わりに、0.98molのクエン酸を180mlのイオン交換水に溶解させた溶解液中に96.3gの三シュウ酸三アンモニウム鉄(III)三水和物を加えて80℃の温度条件下において撹拌することで、鉄クエン酸塩アンモニウムを0.60mol/Lの濃度で含有する鉄クエン酸塩アンモニウム水溶液を調製し、更に、前記第二の混合液の代わりに、51.1mlの前記チタンクエン酸塩水溶液と11.8mlの前記鉄クエン酸塩アンモニウム水溶液とを混合した後に0.0075molの酢酸バリウムを加えて調製した混合液を用いた以外は、実施例1に記載の方法と同様の方法を採用して、排ガス浄化用触媒(B)を得た。このようして得られた排ガス浄化用触媒(B)は、前記金属酸化物(粒子状)にPtとPdがそれぞれ1.3wt%(Pt)、0.65wt%(Pd)の割合で担持されたものであった。
(Example 2)
Instead of preparing the aluminum citrate aqueous solution, 96.3 g of triammonium iron (III) trioxalate trihydrate was added to a solution obtained by dissolving 0.98 mol of citric acid in 180 ml of ion-exchanged water. In addition, an aqueous iron citrate solution containing iron ammonium citrate at a concentration of 0.60 mol / L was prepared by stirring under a temperature condition of 80 ° C., and in place of the second mixed solution In addition to using a mixed solution prepared by adding 51.1 ml of the titanium citrate aqueous solution and 11.8 ml of the iron ammonium citrate aqueous solution and then adding 0.0075 mol of barium acetate, Example 1 was employed to obtain an exhaust gas purifying catalyst (B). In the exhaust gas purifying catalyst (B) thus obtained, Pt and Pd are supported on the metal oxide (particulate) at a ratio of 1.3 wt% (Pt) and 0.65 wt% (Pd), respectively. It was.
〔金属酸化物の特性の評価〕
実施例2で排ガス浄化用触媒(B)を形成する際に得られた金属酸化物の特性を、実施例1で金属酸化物の特性を評価した方法と同様の方法を採用して評価したところ、得られた金属酸化物は、式:BaFeTi7O16で表され、且つ、一次元細孔構造を有するホランダイト型の結晶構造(単相)を有する金属酸化物であることが確認された。更に、このような金属酸化物は、平均細孔径が0.47nmであり、比表面積(BET)は18m2/gであった。
[Evaluation of metal oxide properties]
The characteristics of the metal oxide obtained when forming the exhaust gas-purifying catalyst (B) in Example 2 were evaluated by adopting the same method as the method for evaluating the characteristics of the metal oxide in Example 1. The obtained metal oxide was confirmed to be a metal oxide represented by the formula: BaFeTi 7 O 16 and having a hollandite-type crystal structure (single phase) having a one-dimensional pore structure. Further, such a metal oxide had an average pore diameter of 0.47 nm and a specific surface area (BET) of 18 m 2 / g.
(実施例3)
実施例1で採用した「金属酸化物を調製する工程」と同様の方法を採用して、式:BaAl1.8Ti6.2O16で表されるホランダイト型の金属酸化物(粒子状)を得た後、下記排ガス浄化用触媒を調製する工程を実施して、前記金属酸化物にPtを担持して排ガス浄化用触媒(C)を得た。
(Example 3)
A hollandite-type metal oxide (particulate) represented by the formula: BaAl 1.8 Ti 6.2 O 16 by adopting the same method as the “process for preparing a metal oxide” employed in Example 1 Then, the step of preparing the following exhaust gas purification catalyst was carried out, and Pt was supported on the metal oxide to obtain the exhaust gas purification catalyst (C).
〈排ガス浄化用触媒を調製する工程〉
0.0823gのPt(NO2)2(NH3)2を溶解した水溶液に、前記金属酸化物を5g添加し、1時間撹拌して混合物を得た後、前記混合物に対して大気中、110℃、24時間の加熱条件で乾燥処理を行い、触媒前駆体を得た。次いで、得られた触媒前駆体を、大気中、300℃、3時間の加熱条件で焼成して、排ガス浄化用触媒(C)を得た。なお、このようして得られた排ガス浄化用触媒(C)は、前記金属酸化物にPtが1.0wt%の割合で担持されたものであった。
<Process for preparing exhaust gas purification catalyst>
5 g of the metal oxide was added to an aqueous solution in which 0.0823 g of Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 was dissolved, and the mixture was stirred for 1 hour to obtain a mixture. A drying treatment was performed under heating conditions of 24 ° C. for 24 hours to obtain a catalyst precursor. Next, the obtained catalyst precursor was calcined in the atmosphere at 300 ° C. for 3 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (C). The exhaust gas-purifying catalyst (C) thus obtained was supported on the metal oxide at a ratio of 1.0 wt% Pt.
(実施例4)
〈金属酸化物を調製する工程〉
先ず、24gの水酸化ナトリウムを250mlのイオン交換水に溶解させた水溶液を調製した後、前記水溶液中に0.00625molの三シュウ酸三アンモニウム鉄(III)三水和物と20gの酸化チタン(粒子状、平均粒子径:6.8nm)を順次加えて混合液を得た。次いで、前記混合液を24時間還流した後、形成された沈殿をろ過して回収し、固形分(沈殿物)を得た。次に、得られた固形分を蒸留水で5回洗い、大気中、110℃、24時間の加熱条件で乾燥させた。その後、乾燥した固形分を、大気中、800℃、5時間の加熱条件で焼成して、金属酸化物(粒子状)を得た。
Example 4
<Process for preparing metal oxide>
First, after preparing an aqueous solution in which 24 g of sodium hydroxide was dissolved in 250 ml of ion exchange water, 0.00625 mol of triammonium iron oxalate (III) trihydrate and 20 g of titanium oxide ( Particulate, average particle diameter: 6.8 nm) were sequentially added to obtain a mixed solution. Next, after the mixed liquid was refluxed for 24 hours, the formed precipitate was collected by filtration to obtain a solid (precipitate). Next, the obtained solid content was washed 5 times with distilled water and dried in the air at 110 ° C. for 24 hours. Then, the dried solid content was baked in the air at 800 ° C. for 5 hours to obtain a metal oxide (particulate).
〈排ガス浄化用触媒を調製する工程〉
0.0823gのPt(NO2)2(NH3)2を溶解した水溶液中に、前記金属酸化物を5g添加し、1時間撹拌して混合物を得た後、前記混合物に対して大気中、110℃、24時間の加熱条件で乾燥処理を行い、触媒前駆体を得た。次いで、得られた触媒前駆体を、大気中、300℃、3時間の加熱条件で焼成して、排ガス浄化用触媒(D)を得た。なお、このようして得られた排ガス浄化用触媒(D)は、前記金属酸化物にPtが1.0wt%の割合で担持されたものであった。
<Process for preparing exhaust gas purification catalyst>
5 g of the metal oxide was added to an aqueous solution in which 0.0823 g of Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 was dissolved, and the mixture was stirred for 1 hour to obtain a mixture. A drying treatment was performed under heating conditions of 110 ° C. for 24 hours to obtain a catalyst precursor. Next, the obtained catalyst precursor was calcined in the atmosphere at 300 ° C. for 3 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (D). The exhaust gas-purifying catalyst (D) thus obtained was one in which Pt was supported on the metal oxide at a ratio of 1.0 wt%.
〔金属酸化物の特性の評価〕
実施例4で排ガス浄化用触媒を形成する際に得られた金属酸化物の特性を、実施例1で採用した金属酸化物の特性を評価した方法と同様の方法を採用して評価したところ、得られた金属酸化物は、式:NaFe0.2Ti7.8O16で表され、且つ、一次元細孔構造を有するホランダイト型の結晶構造(単相)を有する金属酸化物であることが確認された。また、このような金属酸化物は、平均細孔径が0.47nmであり、比表面積(BET)は24m2/gであった。
[Evaluation of metal oxide properties]
When the characteristics of the metal oxide obtained when forming the exhaust gas purification catalyst in Example 4 were evaluated by adopting the same method as the method for evaluating the characteristics of the metal oxide employed in Example 1, The obtained metal oxide is a metal oxide represented by the formula: NaFe 0.2 Ti 7.8 O 16 and having a hollandite-type crystal structure (single phase) having a one-dimensional pore structure. Was confirmed. Moreover, such a metal oxide had an average pore diameter of 0.47 nm and a specific surface area (BET) of 24 m 2 / g.
(実施例5)
金属酸化物を調製する工程において、三シュウ酸三アンモニウム鉄(III)三水和物の添加量を0.00625molから0.0125molに変更した以外は、実施例4に記載の方法と同様の方法を採用して、排ガス浄化用触媒(E)を得た。なお、このようして得られた排ガス浄化用触媒(E)は、前記金属酸化物(粒子状)にPtが1.0wt%の割合で担持されたものであった。
(Example 5)
The same method as described in Example 4 except that in the step of preparing the metal oxide, the addition amount of triammonium iron (III) trioxalate trihydrate was changed from 0.00625 mol to 0.0125 mol. To obtain an exhaust gas purifying catalyst (E). The exhaust gas-purifying catalyst (E) thus obtained was supported by the metal oxide (particulate) at a rate of 1.0 wt%.
〔金属酸化物の特性の評価〕
実施例5で排ガス浄化用触媒を形成する際に得られた金属酸化物の特性を、実施例1で採用した金属酸化物の特性を評価した方法と同様の方法を採用して評価したところ、得られた金属酸化物は、式:NaFe0.4Ti7.6O16で表され、且つ、一次元細孔構造を有するホランダイト型の結晶構造(単相)を有する金属酸化物であることが確認された。また、このような金属酸化物は、平均細孔径が0.47nmであり、比表面積(BET)は15m2/gであった。
[Evaluation of metal oxide properties]
When the characteristics of the metal oxide obtained when forming the exhaust gas purification catalyst in Example 5 were evaluated by adopting the same method as the method for evaluating the characteristics of the metal oxide employed in Example 1, The obtained metal oxide is a metal oxide represented by the formula: NaFe 0.4 Ti 7.6 O 16 and having a hollandite crystal structure (single phase) having a one-dimensional pore structure. Was confirmed. Moreover, such a metal oxide had an average pore diameter of 0.47 nm and a specific surface area (BET) of 15 m 2 / g.
(比較例1)
1.91gのAgMnO4を320mlの蒸留水に溶解した溶解液中に、3mlの硝酸を加えた後、2.25gのMn(NO3)2を添加し、溶解して、混合液を得た。次に、得られた混合液を120℃にて6時間熟成させて沈殿を形成せしめた。次いで、前記混合液から固形分(沈殿物)をろ過して回収し、得られた固形分を蒸留水で5回洗った。その後、前記固形分を大気中、110℃、24時間放置して乾燥させた。その後、乾燥した固形分を500℃にて4時間焼成して、金属酸化物からなる比較のための排ガス浄化用触媒(F)を得た。
(Comparative Example 1)
After adding 3 ml of nitric acid to a solution obtained by dissolving 1.91 g of AgMnO 4 in 320 ml of distilled water, 2.25 g of Mn (NO 3 ) 2 was added and dissolved to obtain a mixed solution. . Next, the obtained mixed solution was aged at 120 ° C. for 6 hours to form a precipitate. Next, the solid (precipitate) was collected by filtration from the mixed solution, and the obtained solid was washed five times with distilled water. Thereafter, the solid content was left to dry in the atmosphere at 110 ° C. for 24 hours. Thereafter, the dried solid was calcined at 500 ° C. for 4 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (F) made of a metal oxide for comparison.
〔金属酸化物(排ガス浄化用触媒(F))の特性の評価〕
比較例1で得られた金属酸化物(排ガス浄化用触媒(F))の特性を、実施例1で採用した金属酸化物の特性を評価した方法と同様の方法を採用して評価したところ、得られた金属酸化物は、式:AgMn8O16で表され、且つ、一次元細孔構造を有するホランダイト型の結晶構造(単相)を有する金属酸化物であることが確認された。また、このような金属酸化物は、平均細孔径が0.46nmであり、比表面積(BET)は5m2/gであった。
[Evaluation of characteristics of metal oxide (exhaust gas purification catalyst (F))]
When the characteristics of the metal oxide (catalyst for exhaust gas purification (F)) obtained in Comparative Example 1 were evaluated using the same method as the method for evaluating the characteristics of the metal oxide employed in Example 1, The obtained metal oxide was confirmed to be a metal oxide represented by the formula: AgMn 8 O 16 and having a hollandite crystal structure (single phase) having a one-dimensional pore structure. Moreover, such a metal oxide had an average pore diameter of 0.46 nm and a specific surface area (BET) of 5 m 2 / g.
(比較例2)
27.5gのMn(NO3)2を50mlの蒸留水に溶解した第一の溶解液中に12.5mlの酢酸を加えた後、更に、16.6gのKMnO4を375mlの蒸留水に溶解した第二の溶解液を添加し、混合液を得た。次いで、前記混合液を24時間還流した後、形成された沈殿をろ過して回収し、固形分(沈殿物)を得た。次に、得られた固形分を蒸留水で5回洗った。その後、前記固形分を大気中、12時間放置して乾燥させた。次いで、乾燥した固形分を500℃にて4時間焼成して、金属酸化物からなる比較のための排ガス浄化用触媒(G)を得た。
(Comparative Example 2)
12.5 ml of acetic acid was added to the first solution obtained by dissolving 27.5 g of Mn (NO 3 ) 2 in 50 ml of distilled water, and then 16.6 g of KMnO 4 was further dissolved in 375 ml of distilled water. The second solution was added to obtain a mixed solution. Next, after the mixed liquid was refluxed for 24 hours, the formed precipitate was collected by filtration to obtain a solid (precipitate). Next, the obtained solid content was washed 5 times with distilled water. Thereafter, the solid content was left to dry in the atmosphere for 12 hours. Next, the dried solid was calcined at 500 ° C. for 4 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (G) made of a metal oxide for comparison.
〔金属酸化物(排ガス浄化用触媒(G))の特性の評価〕
比較例2で得られた金属酸化物(排ガス浄化用触媒(G))の特性を、実施例1で採用した金属酸化物の特性を評価した方法と同様の方法を採用して評価したところ、得られた金属酸化物は、式:KMn8O16で表され、且つ、一次元細孔構造を有するホランダイト型の結晶構造(単相)を有する金属酸化物であることが確認された。また、このような金属酸化物は、平均細孔径が0.46nmであり、比表面積(BET)は83m2/gであった。
[Evaluation of characteristics of metal oxide (exhaust gas purification catalyst (G))]
When the characteristics of the metal oxide obtained in Comparative Example 2 (exhaust gas purifying catalyst (G)) were evaluated using the same method as the method for evaluating the characteristics of the metal oxide employed in Example 1, The obtained metal oxide was confirmed to be a metal oxide represented by the formula: KMn 8 O 16 and having a hollandite crystal structure (single phase) having a one-dimensional pore structure. Moreover, such a metal oxide had an average pore diameter of 0.46 nm and a specific surface area (BET) of 83 m 2 / g.
(比較例3)
〈金属酸化物を調製する工程〉
比較例2で採用した金属酸化物(排ガス浄化用触媒(G))を製造する方法と同様の方法を採用して金属酸化物(KMn8O16)を得た。
(Comparative Example 3)
<Process for preparing metal oxide>
A metal oxide (KMn 8 O 16 ) was obtained by employing the same method as the method for producing the metal oxide (exhaust gas purifying catalyst (G)) employed in Comparative Example 2.
〈排ガス浄化用触媒を調製する工程〉
0.107gのPt(NO2)2(NH3)2と0.0704gのPd(NO3)2を溶解した水溶液に、前記金属酸化物を5g加え、1時間撹拌して混合物を得た後、前記混合物に対して大気中、110℃、24時間の加熱条件で乾燥処理を行い、触媒前駆体を得た。次いで、得られた触媒前駆体を、大気中、300℃、3時間の加熱条件で焼成して、排ガス浄化用触媒(H)を得た。このようして得られた排ガス浄化用触媒(H)は、PtとPdがそれぞれ1.3wt%(Pt)、0.65wt%(Pd)の割合で担持されたものであった。
<Process for preparing exhaust gas purification catalyst>
After adding 5 g of the metal oxide to an aqueous solution in which 0.107 g of Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 and 0.0704 g of Pd (NO 3 ) 2 were dissolved, the mixture was stirred for 1 hour to obtain a mixture The mixture was dried in the atmosphere at 110 ° C. for 24 hours to obtain a catalyst precursor. Next, the obtained catalyst precursor was calcined in the atmosphere at 300 ° C. for 3 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (H). The exhaust gas-purifying catalyst (H) thus obtained was one in which Pt and Pd were supported at a ratio of 1.3 wt% (Pt) and 0.65 wt% (Pd), respectively.
(比較例4)
〈金属酸化物を調製する工程〉
比較例2で採用した金属酸化物(排ガス浄化用触媒(G))を製造する方法と同様の方法を採用して金属酸化物(KMn8O16)を得た。
(Comparative Example 4)
<Process for preparing metal oxide>
A metal oxide (KMn 8 O 16 ) was obtained by employing the same method as the method for producing the metal oxide (exhaust gas purifying catalyst (G)) employed in Comparative Example 2.
〈排ガス浄化用触媒を調製する工程〉
0.0082gのPt(NO2)2(NH3)2を溶解した水溶液に、前記金属酸化物を5g加え、1時間撹拌して混合物を得た後、前記混合物に対して大気中、110℃、24時間の加熱条件で乾燥処理を行い、触媒前駆体を得た。次いで、得られた触媒前駆体を、大気中、300℃、3時間の加熱条件で焼成して、排ガス浄化用触媒(I)を得た。このようして得られた排ガス浄化用触媒(H)は、Ptが1.0wt%の割合で担持されたものであった。
<Process for preparing exhaust gas purification catalyst>
5 g of the metal oxide was added to an aqueous solution in which 0.0082 g of Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 was dissolved, and the mixture was stirred for 1 hour to obtain a mixture. Then, a drying treatment was performed under heating conditions for 24 hours to obtain a catalyst precursor. Next, the obtained catalyst precursor was calcined in the atmosphere at 300 ° C. for 3 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (I). The exhaust gas-purifying catalyst (H) thus obtained was supported at a rate of 1.0 wt% Pt.
(比較例5)
0.0119gのPt(NO2)2(NH3)2を溶解した水溶液に、0.92gの酸化アルミニウム(粒子状、平均粒子径:17μm、Rhodia社製の商品名「MI307」)と、4.95gの酸化チタン(粒子状、平均粒子径:6.8nm、石原産業社製の商品名「ST−01」)と、0.1molの酢酸バリウムとを加え、1時間撹拌した後、蒸発乾固を行って、粉末状の固形分を得た。次に、得られた固形分に対して大気中、110℃、24時間の加熱条件で乾燥処理を行い、触媒前駆体を得た。次いで、得られた触媒前駆体を、大気中、300℃、3時間の加熱条件で焼成して、排ガス浄化用触媒(J)を得た。このようにして得られた排ガス浄化用触媒(J)は、アルミナとチタニアの混合粉末からなる担体にBaとPtとが担持された触媒であった。また、排ガス浄化用触媒(J)は、前記混合粉末にPtが1.0wt%の割合で担持されたものであった。なお、排ガス浄化用触媒(J)と実施例3で得られた排ガス浄化用触媒(C)は、形態は異なるものの、構成成分の組成比は同じである。
(Comparative Example 5)
In an aqueous solution in which 0.0119 g of Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 was dissolved, 0.92 g of aluminum oxide (particulate, average particle size: 17 μm, trade name “MI307” manufactured by Rhodia) and 4 .95 g of titanium oxide (particulate, average particle size: 6.8 nm, trade name “ST-01” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) and 0.1 mol of barium acetate were added and stirred for 1 hour, and then evaporated to dryness. Solidification was performed to obtain a powdery solid. Next, the obtained solid was subjected to a drying treatment in the atmosphere at 110 ° C. for 24 hours to obtain a catalyst precursor. Next, the obtained catalyst precursor was calcined in the atmosphere at 300 ° C. for 3 hours to obtain an exhaust gas purifying catalyst (J). The exhaust gas-purifying catalyst (J) thus obtained was a catalyst in which Ba and Pt were supported on a carrier made of a mixed powder of alumina and titania. Further, the exhaust gas-purifying catalyst (J) was one in which Pt was supported on the mixed powder at a rate of 1.0 wt%. In addition, although the exhaust gas purification catalyst (J) and the exhaust gas purification catalyst (C) obtained in Example 3 are different in form, the composition ratios of the constituent components are the same.
[排ガス浄化用触媒(A)〜(J)の特性の評価]
実施例1〜5及び比較例1〜5で得られた排ガス浄化用触媒(A)〜(J)をそれぞれ用い、各触媒のCO酸化性能を測定した。このようなCO酸化性能の測定に際しては、先ず、固定床流通式反応装置を用い、排ガス浄化用触媒(1.0g)を内径15mmの反応管に充填した。次に、200℃(一定)の温度条件下、前記排ガス浄化用触媒に対して、下記表1に示す組成のリーンガスを5L/分の流量で供給し、前記排ガス浄化用触媒に接触する前のガス(入りガス:前記リーンガス)及び前記排ガス浄化用触媒に接触した後のガス(出ガス)中のCO濃度を連続ガス分析計を用いて測定し、定常状態における入りガス中のCO濃度と出ガス中のCO濃度とからCO浄化率を算出した。
[Evaluation of characteristics of exhaust gas purification catalysts (A) to (J)]
Using the exhaust gas purifying catalysts (A) to (J) obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5, the CO oxidation performance of each catalyst was measured. In measuring such CO oxidation performance, first, a fixed bed flow reactor was used to fill a reaction tube having an inner diameter of 15 mm with an exhaust gas purification catalyst (1.0 g). Next, a lean gas having a composition shown in Table 1 below is supplied at a flow rate of 5 L / min to the exhaust gas purifying catalyst under a temperature condition of 200 ° C. (constant), and before contacting the exhaust gas purifying catalyst. The CO concentration in the gas (inlet gas: lean gas) and the gas (outgas) after contacting the exhaust gas purifying catalyst was measured using a continuous gas analyzer, and the CO concentration in the input gas in the steady state and the output The CO purification rate was calculated from the CO concentration in the gas.
このようなCO酸化性能の測定結果(実施例1〜5及び比較例1〜5で得られた排ガス浄化用触媒(A)〜(J)のCO浄化率の結果)を、表2及び図1に示す。なお、表2及び図1中の記号(A)〜(J)は、それぞれ実施例1〜5及び比較例1〜5で得られた排ガス浄化用触媒(A)〜(J)の種類を示す記号(触媒の種類を示す記号)である。 The measurement results of such CO oxidation performance (results of CO purification rates of the exhaust gas purification catalysts (A) to (J) obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5) are shown in Table 2 and FIG. Shown in In addition, the symbols (A) to (J) in Table 2 and FIG. 1 indicate the types of exhaust gas purification catalysts (A) to (J) obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5, respectively. Symbol (symbol indicating the type of catalyst).
表2及び図1に示す結果からも明らかなように、本発明の排ガス浄化用触媒(実施例1〜5)においてはいずれも、200℃という低温の条件下においてもCO浄化率が50.4%以上となっており、非常に高度なCO酸化性能を有することが分かった。また、本発明の排ガス浄化用触媒(実施例1〜5)においては、PtとPdとを担持した場合(実施例1〜2)に、より高度なCO浄化性能が得られることが確認された。これに対して、AgMn8O16又はKMn8O16で表されるホランダイト型の金属酸化物をそのまま触媒として用いた場合(比較例1〜2)においては、十分なCO酸化性能は得られないことが確認された。また、Tiを必須成分としていないホランダイト型の金属酸化物(KMn8O16)に触媒成分を担持した比較のための排ガス浄化用触媒(比較例3〜4)においても、やはりCO酸化性能は十分なものとはならなかった。特に、Ptのみを担持した比較例4で得られた排ガス浄化用触媒に至っては、CO浄化率が2.4%と非常に低い値となっていた。このような結果から、Tiを必須成分として含有する実施例1〜5で得られたホランダイト型の金属酸化物を触媒の担体に用いることで、得られる触媒に非常に高度なCO酸化性能を発揮させることが可能となることが分かった。 As is clear from the results shown in Table 2 and FIG. 1, the exhaust gas purification catalysts (Examples 1 to 5) of the present invention all have a CO purification rate of 50.4 even under a low temperature condition of 200 ° C. It was found that it had a very high CO oxidation performance. Further, in the exhaust gas purifying catalyst (Examples 1 to 5) of the present invention, it was confirmed that higher CO purification performance can be obtained when Pt and Pd are supported (Examples 1 and 2). . On the other hand, when the hollandite type metal oxide represented by AgMn 8 O 16 or KMn 8 O 16 is used as it is as a catalyst (Comparative Examples 1 and 2), sufficient CO oxidation performance cannot be obtained. It was confirmed. In addition, in the catalyst for purifying exhaust gas for comparison (Comparative Examples 3 to 4) in which a catalyst component is supported on a hollandite-type metal oxide (KMn 8 O 16 ) that does not contain Ti as an essential component, the CO oxidation performance is still sufficient. It didn't become a thing. In particular, the exhaust gas purification catalyst obtained in Comparative Example 4 carrying only Pt had a very low CO purification rate of 2.4%. From these results, by using the hollandite-type metal oxide obtained in Examples 1 to 5 containing Ti as an essential component as a catalyst support, the resulting catalyst exhibits very high CO oxidation performance. It became clear that it would be possible to
なお、比較例3〜4のための排ガス浄化用触媒においては、Pt等の担体として用いた金属酸化物が式:KMn8O16で表されるホランダイト型の金属酸化物であり、その結晶の基本単位中の金属元素が複数の価数を採り得るMnのみであること(結晶の基本単位が式:MnO6で表される八面体のみであること)から、Mnの価数変化によって担体上に局所的な酸点を十分に発現させることができず、これにより担体に担持されたPt及び/又はPdのメタル化が十分に進行しなかったため、十分なCO酸化性能が得られなかったものと推察される。一方、実施例1〜5で得られた本発明の排ガス浄化用触媒においては、Pt等の担体として用いた金属酸化物が、その結晶の基本単位を構成する金属元素にTiとFe又はAlとを含み、異なる種類の元素により結晶が構成されたものとなっていることから、その金属酸化物中において酸化数の違い等に起因して局所的な酸点が形成され易く、これにより担体上のPt及び/又はPdの電子状態を十分に制御できる上に、一次元細孔構造に起因する粒子の物理構造からPt及び/又はPdの粒子の分散性を十分に高度に維持することができたことから、十分に高度なCO酸化性能が得られたものと推察される。 In the exhaust gas purifying catalysts for Comparative Examples 3 to 4, the metal oxide used as a carrier such as Pt is a hollandite-type metal oxide represented by the formula: KMn 8 O 16 , Since the metal element in the basic unit is only Mn capable of taking a plurality of valences (the basic unit of the crystal is only an octahedron represented by the formula: MnO 6 ), the Mn valence changes on the support. In this case, local acid sites could not be sufficiently expressed, and metallization of Pt and / or Pd supported on the carrier did not proceed sufficiently, so that sufficient CO oxidation performance could not be obtained. It is guessed. On the other hand, in the exhaust gas purifying catalysts of the present invention obtained in Examples 1 to 5, the metal oxide used as a carrier such as Pt is composed of Ti and Fe or Al as the metal elements constituting the basic unit of the crystal. Since the crystal is composed of different kinds of elements, local acid spots are easily formed in the metal oxide due to the difference in oxidation number, etc. In addition to being able to sufficiently control the electronic state of Pt and / or Pd, it is possible to maintain the dispersibility of the Pt and / or Pd particles sufficiently high from the physical structure of the particles due to the one-dimensional pore structure. Therefore, it is presumed that sufficiently high CO oxidation performance was obtained.
また、実施例3で得られた排ガス浄化用触媒と、比較例5で得られた排ガス浄化用触媒とを比較すると、構成成分の組成比は同じであるが、比較例5で得られた排ガス浄化用触媒においてはCO酸化性能は十分なものとはならなかった。このような実施例3及び比較例5で得られた排ガス浄化用触媒の結果から、担体として上記一般式(1)で表されるホランダイト型の金属酸化物を利用することで、十分に高度なCO酸化性能が得られることが確認された。 Further, when the exhaust gas purification catalyst obtained in Example 3 and the exhaust gas purification catalyst obtained in Comparative Example 5 were compared, the composition ratio of the constituent components was the same, but the exhaust gas obtained in Comparative Example 5 was the same. In the purification catalyst, the CO oxidation performance was not sufficient. From the results of the exhaust gas purifying catalyst obtained in Example 3 and Comparative Example 5, it is possible to use a hollandite-type metal oxide represented by the above general formula (1) as a carrier, so that it is sufficiently sophisticated. It was confirmed that CO oxidation performance was obtained.
以上説明したように、本発明によれば、触媒成分と組み合わせて用いることにより得られる排ガス浄化用触媒に、低温条件下においてもCOを十分に酸化して浄化することができる十分に高度なCO酸化性能を発揮させることが可能な触媒担体、それを用いた十分に高度なCO酸化性能を有する排ガス浄化用触媒、並びに、その排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the exhaust gas purifying catalyst obtained by using in combination with the catalyst component is sufficiently advanced to sufficiently oxidize and purify CO even under low temperature conditions. It is possible to provide a catalyst carrier capable of exhibiting oxidation performance, an exhaust gas purification catalyst having sufficiently high CO oxidation performance using the same, and an exhaust gas purification method using the exhaust gas purification catalyst Become.
したがって、本発明の排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化方法は、自動車のエンジン等の内燃機関から排出されるCOを含む排ガスを浄化するための触媒及びそのような排ガスを浄化するための方法等として特に有用である。 Therefore, the exhaust gas purifying catalyst and the exhaust gas purifying method of the present invention are particularly suitable as a catalyst for purifying exhaust gas containing CO discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine and a method for purifying such exhaust gas. Useful.
Claims (9)
前記金属酸化物が、下記一般式(1):
AxMyTi(8−y)O16 (1)
[式(1)中、Aは酸化物中において1価又は2価の陽イオンとなる金属元素を示し、
MはTi以外の金属元素であって酸化物中において3価の陽イオンとなり得る金属元素を示し、
xは、酸化物中において前記Aが1価の陽イオンとなる場合には不等式:0<x≦2の範囲内の数値を示し、他方、前記Aが2価の陽イオンとなる場合には不等式:0<x≦1の範囲内の数値を示し、
前記Aとして酸化物中において1価の陽イオンとなる金属元素と2価の陽イオンとなる金属元素とが共存する場合においては、1価の陽イオンとなる金属元素Aに関するxの値x1と、2価の陽イオンとなる金属元素Aに関するxの値x2とが不等式:0<(x1+2×x2)≦2に示す条件を満たし、
yは、不等式:0<y≦2の範囲内の数値を示す。]
で表され且つ一次元細孔構造を有するクリプトメラングループに属する金属酸化物であることを特徴とする触媒担体。 A catalyst carrier comprising a metal oxide,
The metal oxide has the following general formula (1):
A x M y Ti (8- y) O 16 (1)
[In the formula (1), A represents a metal element that becomes a monovalent or divalent cation in the oxide,
M represents a metal element other than Ti and can be a trivalent cation in the oxide;
x represents a numerical value in the range of 0 <x ≦ 2 when A is a monovalent cation in the oxide, while x is a divalent cation. Inequality: indicates a numerical value in the range of 0 <x ≦ 1,
In the case where a metal element that becomes a monovalent cation and a metal element that becomes a divalent cation coexist in the oxide as A, the value x of the metal element A that becomes a monovalent cation x 1 And the value x 2 of the metal element A that is a divalent cation satisfies the condition shown by the inequality: 0 <(x 1 + 2 × x 2 ) ≦ 2,
y represents a numerical value within the range of inequality: 0 <y ≦ 2. ]
And a metal oxide belonging to the cryptomelan group having a one-dimensional pore structure.
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ag、Pt、Au、Pd、Rh、Ir及びRuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む金属の粒子及び/又は該元素を含む金属酸化物の粒子からなる触媒成分の粒子と、
を備えることを特徴とする排ガス浄化用触媒。 A catalyst carrier according to any one of claims 1 to 5;
Metal particles containing at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ag, Pt, Au, Pd, Rh, Ir and Ru and / or Or catalyst component particles comprising metal oxide particles containing the element;
An exhaust gas purifying catalyst comprising:
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