JP5979422B2 - Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス浄化用触媒及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst and a method for producing the same.
従来から、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)等を酸化する触媒作用を有する排ガス浄化用触媒として、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、セリア等からなる金属酸化物担体に銀を担持させた触媒が知られている。このような触媒の製造方法としては、例えば、国際公開第2007/011062号(特許文献1)において、セリウム(Ce)と銀(Ag)とを含有する硝酸塩溶液の沈殿物を焼成することにより、平均一次粒子径が10〜100nmの銀粒子と該銀粒子の周囲を覆っているセリアとからなる凝集体を備える触媒を得る方法が開示されており、特開2000−218163号公報(特許文献2)において、アルミナ母材にニッケル(Ni)を担持させ、非酸化雰囲気で加熱した後に銀を担持させて非酸性雰囲気下で加熱する方法が開示されている。しかしながら、特許文献1〜2に記載の方法で得られる排ガス浄化用触媒においては、銀粒子の平均一次粒子径が大きく、十分な酸化触媒活性が発揮されないという問題を有していた。 Conventionally, silver is supported on a metal oxide carrier made of alumina, titania, silica, zirconia, ceria, etc. as an exhaust gas purifying catalyst having a catalytic action for oxidizing hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and the like. Catalysts are known. As a method for producing such a catalyst, for example, in WO 2007/011062 (Patent Document 1), a precipitate of a nitrate solution containing cerium (Ce) and silver (Ag) is calcined. A method for obtaining a catalyst comprising an aggregate composed of silver particles having an average primary particle diameter of 10 to 100 nm and ceria covering the periphery of the silver particles is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-218163 (Patent Document 2). ) Discloses a method in which nickel (Ni) is supported on an alumina base material, heated in a non-oxidizing atmosphere, then silver is supported and heated in a non-acidic atmosphere. However, the exhaust gas purifying catalyst obtained by the methods described in Patent Documents 1 and 2 has a problem that the average primary particle diameter of silver particles is large and sufficient oxidation catalyst activity is not exhibited.
他方、銀の超微粒子を得る方法としては、銀化合物に、還元剤として、アミン類、水素化ホウ素ナトリウム、ヒドラジン、クエン酸等を添加する方法や、前記還元剤と共にポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、多重酸等の有機高分子を添加する方法が知られている。例えば、特開2011−225974号公報(特許文献3)には、硝酸銀をポリビニルピロリドン等の親水性高分子化合物及びアミン化合物の存在下、クエン酸で還元して平均粒径3.0〜20nm程度の銀ナノ粒子の水分散液を得る方法が開示されており、特開2010−37574号公報(特許文献4)には、銀化合物を特定のアミン類及びカルボン酸類からなる保護コロイドの存在下で還元し、銀ナノ粒子と、銀ナノ粒子を被覆する保護コロイドとからなる平均粒子径が6.3nm程度の銀コロイド粒子を得る方法や、前記銀コロイド粒子を含有する金属ナノペーストを焼結させて細線パターンを得る方法が開示されている。 On the other hand, as a method of obtaining ultrafine particles of silver, a method of adding amines, sodium borohydride, hydrazine, citric acid, etc. as a reducing agent to a silver compound, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, multiple A method of adding an organic polymer such as an acid is known. For example, in JP 2011-225974 A (Patent Document 3), silver nitrate is reduced with citric acid in the presence of a hydrophilic polymer compound such as polyvinylpyrrolidone and an amine compound, and the average particle size is about 3.0 to 20 nm. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-37574 (Patent Document 4) discloses a method for obtaining an aqueous dispersion of silver nanoparticles in the presence of a protective colloid comprising a specific amine and a carboxylic acid. Reduction to obtain silver colloid particles having an average particle diameter of about 6.3 nm comprising silver nanoparticles and protective colloids covering the silver nanoparticles, or sintering the metal nano paste containing the silver colloid particles A method for obtaining a fine line pattern is disclosed.
また、特開2009−102716号公報(特許文献5)には、不飽和結合を持つ分子量200〜400の1級アミン中に溶解した銀化合物をアルコールアミンで還元することにより平均粒子径20nm以下の銀粒子を析出させる方法が開示されており、特開2007−217794号公報(特許文献6)には、ポリアクリル酸等の多重酸を安定剤として用い、銀化合物を還元して平均粒径5〜100nmの銀粒子を得る方法が開示されている。 JP 2009-102716 A (Patent Document 5) discloses that an average particle diameter of 20 nm or less is obtained by reducing a silver compound dissolved in a primary amine having an unsaturated bond in a molecular weight of 200 to 400 with an alcohol amine. A method for precipitating silver particles is disclosed, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-217794 (Patent Document 6) uses a multiple acid such as polyacrylic acid as a stabilizer and reduces the silver compound to obtain an average particle size of 5 A method of obtaining ˜100 nm silver particles is disclosed.
しかしながら、特許文献3〜4に記載の製造方法で得られた銀粒子の分散液やコロイド溶液においては、銀粒子の粒子径が未だ十分に小さいものではなく、また、特許文献5〜6に記載の製造方法で得られた銀粒子は、水に分散させると凝集が進んで粒子径が大きくなる傾向にあるため、これらを用いて製造した触媒では十分な酸化触媒活性が発揮されないという問題を有していた。 However, in the silver particle dispersion or colloidal solution obtained by the production methods described in Patent Documents 3 to 4, the particle diameter of the silver particles is not yet sufficiently small, and described in Patent Documents 5 to 6 Since silver particles obtained by the above production method tend to aggregate when dispersed in water and the particle diameter tends to increase, a catalyst produced using these particles has a problem that sufficient oxidation catalytic activity is not exhibited. Was.
そこで、銀を含むコロイド粒子の粒子径をより小さくすることを目的として、特開2004−33901号公報(特許文献7)には、高分子顔料分散剤存在下、アミン等の還元性化合物により銀化合物を還元する際において、マイクロリアクターを用いることが開示されている。しかしながら、このような方法においても、得られるコロイド粒子の平均粒子径は3.9〜6.3nm程度と未だ十分に小さいものではなかった。 Therefore, for the purpose of reducing the particle size of colloidal particles containing silver, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-33901 (Patent Document 7) describes silver with a reducing compound such as an amine in the presence of a polymer pigment dispersant. It has been disclosed to use a microreactor in reducing the compound. However, even in such a method, the average particle diameter of the obtained colloidal particles was not yet sufficiently small, about 3.9 to 6.3 nm.
また、前記マイクロリアクターのような装置を用いてコロイド溶液を得る方法としては、例えば、特開2011−144420号公報(特許文献8)及び特開2011−144421号公報(特許文献9)において、還元剤の存在下、貴金属化合物を含有する溶液と高分子分散剤を含有する溶液とを高剪断速度で均質混合することにより貴金属系コロイド溶液を得る方法が開示されている。 Moreover, as a method of obtaining a colloid solution using an apparatus such as the microreactor, for example, in JP-A-2011-144420 (Patent Document 8) and JP-A-2011-144421 (Patent Document 9), reduction is performed. A method of obtaining a noble metal-based colloidal solution by homogeneously mixing a solution containing a noble metal compound and a solution containing a polymer dispersant at a high shear rate in the presence of an agent is disclosed.
しかしながら、特許文献8〜9に記載の方法において、貴金属化合物に代えて銀化合物を用いた場合には、還元反応が十分に進行せず、銀を含有する超微粒子を得ることが困難であることを本発明者らは見出した。 However, in the methods described in Patent Documents 8 to 9, when a silver compound is used instead of the noble metal compound, the reduction reaction does not proceed sufficiently, and it is difficult to obtain ultrafine particles containing silver. The present inventors have found out.
また、銀を含むコロイド粒子が分散されたコロイド溶液を用いて銀を含む粒子を担体に担持させ、触媒を製造する場合には、コロイド溶液に含有される分散剤又は保護剤といった有機物を焼成して除去する必要があるが、従来の銀を含有するコロイド溶液では、前記分散剤又は保護剤としてポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オレイルアミン、多重酸、ポリアルキレンイミン等の有機高分子を用いているため、このような有機高分子を焼成除去すると触媒表面上で異常な過熱状態が生じ、触媒表面の超微粒子が粒成長するため、得られる触媒の活性が低下するという問題が生じることを本発明者らは見出した。 In addition, when a catalyst is produced by supporting a silver-containing particle on a carrier using a colloidal solution in which silver-containing colloidal particles are dispersed, an organic substance such as a dispersant or a protective agent contained in the colloidal solution is baked. However, in the conventional colloidal solution containing silver, an organic polymer such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, oleylamine, multiple acid, polyalkyleneimine is used as the dispersant or protective agent. When the organic polymer is baked and removed, an abnormal overheating state occurs on the catalyst surface, and ultrafine particles on the catalyst surface grow, resulting in a problem that the activity of the resulting catalyst is lowered. Found.
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、焼成時の異常過熱を防止することができ、銀を含有する超微粒子が安定に保持された高水準の触媒活性を有する触媒を得ることが可能な排ガス浄化用触媒の製造方法、並びに、その方法により得られた排ガス浄化用触媒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, can prevent abnormal overheating during firing, and has a high level of catalytic activity in which ultrafine particles containing silver are stably held. It is an object of the present invention to provide a method for producing an exhaust gas purifying catalyst capable of obtaining a catalyst, and an exhaust gas purifying catalyst obtained by the method.
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、銀イオンを含有する第1の原料溶液と、水溶性アミンを含有する第2の原料溶液とを、加熱しながら特定の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合することにより、所定の誘導結合プラズマ発光分析から求められる炭素原子と銀原子との質量比(炭素原子/銀原子)が特定の範囲内にあり、かつ、銀を含有するコロイド粒子の平均粒子径が特定の範囲内にある銀系コロイド溶液が得られることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention specified a first raw material solution containing silver ions and a second raw material solution containing a water-soluble amine while heating. Introducing directly into the shear rate region and mixing homogeneously, the mass ratio of carbon and silver atoms (carbon atoms / silver atoms) determined from the specified inductively coupled plasma emission analysis is in a specific range. It was found that a silver-based colloidal solution is obtained in which the average particle size of colloidal particles containing silver is within a specific range.
さらに、本発明者らは、金属酸化物担体と、前記金属酸化物担体に担持されかつ銀を含有する超微粒子とを備える排ガス浄化用触媒の製造方法において、上記銀系コロイド溶液を用いて銀を含有する超微粒子を前記金属酸化物担体に担持させることにより、焼成時の異常過熱を防止することができ、銀を含有する超微粒子が安定に保持された高水準の触媒活性を有する触媒を得ることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。 Further, the inventors of the present invention provide a method for producing an exhaust gas purifying catalyst comprising a metal oxide support and ultrafine particles containing silver supported on the metal oxide support, and using the silver-based colloidal solution, A catalyst having a high level of catalytic activity in which ultra-fine particles containing silver are stably held can be prevented by supporting the ultra-fine particles containing silver on the metal oxide support. The inventors have found that it is possible to obtain the present invention and have completed the present invention.
すなわち、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法は、
金属酸化物担体と、前記金属酸化物担体に担持されかつ銀を含有する超微粒子とを備える排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
銀イオンを含有する第1の原料溶液と、水溶性アミンを含有する第2の原料溶液とを、40〜95℃において、1,000〜50,000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合することにより、銀を含有するコロイド粒子が分散された銀系コロイド溶液を得る工程と、
前記銀系コロイド溶液を前記金属酸化物担体に接触せしめた後に、大気中、300〜600℃で焼成して前記排ガス浄化用触媒を得る工程とを含み、
前記銀系コロイド溶液における炭素と銀との成分比が、前記銀系コロイド溶液にアルミナ粉末を混合して300torr以下で減圧乾燥させ、次いで大気中、120℃で12時間加熱した後における誘導結合プラズマ発光分析により求められる炭素原子と銀原子との質量比(炭素原子/銀原子)で、0.17〜2.5の範囲内にあり、かつ、前記コロイド粒子の平均粒子径が1.0〜3.5nmの範囲内にあること、
を特徴とするものである。
That is, the method for producing the exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises:
A method for producing an exhaust gas purification catalyst comprising a metal oxide support and ultrafine particles supported on the metal oxide support and containing silver,
The first raw material solution containing silver ions and the second raw material solution containing a water-soluble amine are placed in a region having a shear rate of 1,000 to 50,000 sec −1 at 40 to 95 ° C. A step of obtaining a silver-based colloidal solution in which colloidal particles containing silver are dispersed by directly introducing and independently mixing independently;
The step of contacting the silver-based colloidal solution with the metal oxide support, followed by firing in the atmosphere at 300 to 600 ° C. to obtain the exhaust gas purification catalyst,
The component ratio of carbon to silver in the silver-based colloidal solution is inductively coupled plasma after alumina powder is mixed with the silver-based colloidal solution and dried under reduced pressure at 300 torr or less and then heated at 120 ° C. for 12 hours in the air. The mass ratio of carbon atoms to silver atoms (carbon atom / silver atom) determined by emission analysis is in the range of 0.17 to 2.5, and the average particle size of the colloidal particles is 1.0 to Within the range of 3.5 nm,
It is characterized by.
また、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法においては、前記排ガス浄化用触媒に対して、還元雰囲気下、500℃で還元処理を施した後における前記超微粒子の平均一次粒子径が5.0〜20nmの範囲内にあることが好ましい。 In the method for producing an exhaust gas purification catalyst of the present invention, the average primary particle diameter of the ultrafine particles after the reduction treatment is performed at 500 ° C. in a reducing atmosphere with respect to the exhaust gas purification catalyst is 5.0. It is preferable to be within a range of ˜20 nm.
さらに、前記銀系コロイド溶液を得る工程においては、前記第1の原料溶液に含有される銀イオンと前記第2の原料溶液に含有される水溶性アミンとのモル比(銀イオンモル数:水溶性アミンモル数)が1:4〜1:100となるように前記第1の原料溶液と前記第2の原料溶液とを導入することが好ましい。 Further, in the step of obtaining the silver-based colloidal solution, the molar ratio of the silver ions contained in the first raw material solution and the water-soluble amine contained in the second raw material solution (silver ion moles: water-soluble). It is preferable to introduce the first raw material solution and the second raw material solution so that the number of amine moles) is 1: 4 to 1: 100.
また、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法においては、前記水溶性アミンがエチレンジアミンであることが好ましく、さらに、前記排ガス浄化用触媒を得る工程においては、前記金属酸化物担体100質量部に対する前記超微粒子の担持量が金属換算で0.5〜20質量部となるように前記銀系コロイド溶液を前記金属酸化物担体に接触せしめることが好ましい。 In the method for producing an exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the water-soluble amine is preferably ethylenediamine. Further, in the step of obtaining the exhaust gas purifying catalyst, the metal oxide support with respect to 100 parts by mass of the metal oxide carrier. It is preferable that the silver-based colloidal solution is brought into contact with the metal oxide support so that the supported amount of ultrafine particles is 0.5 to 20 parts by mass in terms of metal.
なお、本発明の製造方法によって、焼成時の異常過熱を防止することができ、銀を含有する超微粒子が安定に保持された高水準の触媒活性を有する触媒を得ることが可能なる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、従来の銀を含有するコロイド溶液では、通常、分散剤又は保護剤としてポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、オレイルアミン、多重酸、ポリアルキレンイミン等の有機高分子を添加して銀粒子や銀化合物粒子に吸着させ、その凝集を抑制しているが、このようなコロイド溶液を用いて触媒を製造する際に前記有機高分子を焼成除去すると、触媒表面上で異常な過熱状態が生じ、触媒表面の超微粒子が粒成長する。これは焼成中に活性化された活性種である銀粒子や銀化合物粒子が有機高分子の燃焼を助長するためであり、これにより、触媒表面が焼成温度以上の異常な過熱状態に曝されて銀粒子や銀化合物粒子が粒成長し、触媒の活性が低下するものと本発明者らは推察する。 The reason why the production method of the present invention can prevent abnormal overheating at the time of firing and can provide a catalyst having a high level of catalytic activity in which ultrafine particles containing silver are stably maintained is not necessarily the reason. Although not certain, the present inventors speculate as follows. That is, in a conventional colloidal solution containing silver, an organic polymer such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, oleylamine, multiple acid, polyalkyleneimine is usually added as a dispersant or protective agent to silver particles or silver compound particles. Although it adsorbs and suppresses its agglomeration, if the organic polymer is baked and removed during the production of a catalyst using such a colloidal solution, an abnormal overheating state occurs on the catalyst surface, resulting in a super Fine particles grow. This is because silver particles and silver compound particles, which are active species activated during calcination, promote the combustion of the organic polymer, and as a result, the surface of the catalyst is exposed to an abnormal overheating state above the calcination temperature. The present inventors speculate that silver particles and silver compound particles grow and the activity of the catalyst decreases.
これに対して、本発明の製造方法においては、特定の条件下で低分子量の水溶性アミンを用いて銀系コロイド溶液を得ることにより、銀粒子や銀化合物粒子を保護するために必要な量の有機物のみが銀を含有する微粒子に吸着され、十分に粒子径の小さいコロイド粒子が得られる。したがって、金属酸化物担体上において銀を含有する超微粒子を均一に分散させることができ、さらに、有機物を焼成除去する際の触媒表面の異常過熱が防止され、粒子の粒成長及び触媒の活性低下が抑制されるものと本発明者らは推察する。 In contrast, in the production method of the present invention, an amount necessary for protecting silver particles and silver compound particles by obtaining a silver colloid solution using a low molecular weight water-soluble amine under specific conditions. Only the organic substance is adsorbed on the fine particles containing silver, and colloidal particles having a sufficiently small particle diameter are obtained. Therefore, ultrafine particles containing silver can be uniformly dispersed on the metal oxide support, and furthermore, abnormal overheating of the catalyst surface at the time of firing and removing the organic matter is prevented, so that particle growth and catalyst activity decrease. The present inventors speculate that this is suppressed.
本発明によれば、焼成時の異常過熱を防止することができ、銀を含有する超微粒子が安定に保持された高水準の触媒活性を有する触媒を得ることが可能な排ガス浄化用触媒の製造方法、並びに、その方法により得られた排ガス浄化用触媒を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to produce an exhaust gas purifying catalyst that can prevent abnormal overheating at the time of firing and can obtain a catalyst having a high level of catalytic activity in which ultrafine particles containing silver are stably held. It becomes possible to provide a method and an exhaust gas purifying catalyst obtained by the method.
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.
本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法は、
金属酸化物担体と、前記金属酸化物担体に担持されかつ銀を含有する超微粒子とを備える排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
銀イオンを含有する第1の原料溶液と、水溶性アミンを含有する第2の原料溶液とを、40〜95℃において、1,000〜50,000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合することにより、銀を含有するコロイド粒子が分散された銀系コロイド溶液を得る工程と、
前記銀系コロイド溶液を前記金属酸化物担体に接触せしめた後に、大気中、300〜600℃で焼成して前記排ガス浄化用触媒を得る工程とを含み、
前記銀系コロイド溶液における炭素と銀との成分比が、前記銀系コロイド溶液にアルミナ粉末を混合して300torr以下で減圧乾燥させ、次いで大気中、120℃で12時間加熱した後における誘導結合プラズマ発光分析により求められる炭素原子と銀原子との質量比(炭素原子/銀原子)で、0.17〜2.5の範囲内にあり、かつ、前記コロイド粒子の平均粒子径が1.0〜3.5nmの範囲内にあること、
を特徴とする製造方法である。
The method for producing the exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises:
A method for producing an exhaust gas purification catalyst comprising a metal oxide support and ultrafine particles supported on the metal oxide support and containing silver,
The first raw material solution containing silver ions and the second raw material solution containing a water-soluble amine are placed in a region having a shear rate of 1,000 to 50,000 sec −1 at 40 to 95 ° C. A step of obtaining a silver-based colloidal solution in which colloidal particles containing silver are dispersed by directly introducing and independently mixing independently;
The step of contacting the silver-based colloidal solution with the metal oxide support, followed by firing in the atmosphere at 300 to 600 ° C. to obtain the exhaust gas purification catalyst,
The component ratio of carbon to silver in the silver-based colloidal solution is inductively coupled plasma after alumina powder is mixed with the silver-based colloidal solution and dried under reduced pressure at 300 torr or less and then heated at 120 ° C. for 12 hours in the air. The mass ratio of carbon atoms to silver atoms (carbon atom / silver atom) determined by emission analysis is in the range of 0.17 to 2.5, and the average particle size of the colloidal particles is 1.0 to Within the range of 3.5 nm,
Is a manufacturing method characterized by
〔コロイド溶液調製工程〕
本発明の製造方法においては、先ず、銀イオンを含有する第1の原料溶液と、水溶性アミンを含有する第2の原料溶液とを、40〜95℃において、1,000〜50,000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合することにより、銀を含有するコロイド粒子が分散された銀系コロイド溶液を得る(コロイド溶液調製工程)。
[Colloid solution preparation process]
In the production method of the present invention, first, a first raw material solution containing silver ions and a second raw material solution containing a water-soluble amine are mixed at 40 to 95 ° C. for 1,000 to 50,000 sec −. A silver-based colloidal solution in which silver-containing colloidal particles are dispersed is obtained by directly directly introducing into a region having a shear rate of 1 and homogeneously mixing them (colloidal solution preparation step).
銀イオンを含有する第1の原料溶液は、銀;銀の塩(酢酸塩、硝酸塩、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩、無機錯塩等)、銀の酸化物、銀の水酸化物等の銀化合物を溶媒に溶解させることにより得られる。これらの中でも、銀の塩を用いることが好ましく、また、副生成物としてHCl等の腐食性溶液を生成せず、かつ、得られる排ガス浄化用触媒において性能劣化成分となる硫黄を含まない、という観点から、酢酸塩又は硝酸塩を用いることがより好ましい。 The first raw material solution containing silver ions is silver; silver salt (acetate, nitrate, chloride, sulfate, sulfite, inorganic complex salt, etc.), silver oxide, silver hydroxide, etc. It is obtained by dissolving the compound in a solvent. Among these, it is preferable to use a silver salt, and it does not produce a corrosive solution such as HCl as a by-product, and does not contain sulfur as a performance deterioration component in the obtained exhaust gas purification catalyst. From the viewpoint, it is more preferable to use acetate or nitrate.
また、第1の原料溶液における銀イオン濃度としては、0.01〜1.5mol/Lであることが好ましく、0.025〜0.5mol/Lであることがより好ましい。銀イオン濃度が前記範囲内にあると銀又は銀化合物の結晶子はそのままの状態、又は径が小さく均一な凝集体の状態で液中で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる傾向にある。一方、銀イオン濃度が前記下限未満になるとコロイド粒子の収率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると凝集が起こってコロイド粒子の平均粒子径が大きくなる傾向にある。 Moreover, as a silver ion concentration in a 1st raw material solution, it is preferable that it is 0.01-1.5 mol / L, and it is more preferable that it is 0.025-0.5 mol / L. When the silver ion concentration is within the above range, the crystallites of silver or silver compound are dispersed in the liquid as it is or in the form of uniform aggregates with a small diameter to obtain a colloidal solution having excellent storage stability. There is a tendency to be able to. On the other hand, when the silver ion concentration is less than the lower limit, the yield of colloidal particles tends to decrease. On the other hand, when the upper limit is exceeded, aggregation occurs and the average particle size of the colloidal particles tends to increase.
水溶性アミンを含有する第2の原料溶液は、水溶性アミンを溶媒に溶解させることにより得られる。前記水溶性アミンとしては、重量平均分子量が60〜200であることが好ましく、60〜150であることがより好ましい。重量平均分子量が前記下限未満である場合には、保護剤としての機能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超える場合には、焼成の際の触媒表面上の温度が上昇して触媒表面に担持される粒子が粒成長し、得られる触媒の活性が低下する傾向にある。なお、本発明において、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(装置名:分子量分布測定システム(島津製作所社製)、溶媒:THF、カラム:GPC−80M、温度:40℃、速度:1ml/min)により測定され、標準物質(商品名:shodex STANDARD、昭和電工社製)で換算した値である。 The second raw material solution containing a water-soluble amine can be obtained by dissolving the water-soluble amine in a solvent. The water-soluble amine preferably has a weight average molecular weight of 60 to 200, and more preferably 60 to 150. When the weight average molecular weight is less than the lower limit, the function as a protective agent tends to be reduced. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the temperature on the catalyst surface at the time of calcination increases and the catalyst surface There is a tendency that the particles supported on the particles grow and the activity of the resulting catalyst is lowered. In the present invention, the weight average molecular weight is determined by gel permeation chromatography (GPC) (device name: molecular weight distribution measurement system (manufactured by Shimadzu Corporation), solvent: THF, column: GPC-80M, temperature: 40 ° C., speed: 1 ml / min) and is a value converted with a standard substance (trade name: shodex STANDARD, manufactured by Showa Denko KK).
このような水溶性アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン;N,N−ジメチルエタノールアミン等のエタノールアミン;ヘキシルアミン等のモノアミンが挙げられ、中でも、焼成時の異常過熱がより抑制され、余剰のアミンの除去が容易となる傾向にあるという観点から、エチレンジアミンが好ましい。 Examples of such water-soluble amines include diamines such as ethylenediamine, propylenediamine, tetramethylenediamine, and hexamethylenediamine; ethanolamines such as N, N-dimethylethanolamine; and monoamines such as hexylamine. From the standpoint that abnormal overheating during firing is further suppressed and removal of excess amine tends to be easy, ethylenediamine is preferred.
また、第2の原料溶液における水溶性アミン濃度としては、0.11〜10mol/Lであることが好ましく、0.25〜5mol/Lであることがより好ましい。水溶性アミン濃度が前記下限未満になるとコロイド粒子の平均粒子径が大きくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると余剰のアミンの除去が困難となり焼成時に過熱される傾向にある。 Moreover, as a water-soluble amine density | concentration in a 2nd raw material solution, it is preferable that it is 0.11-10 mol / L, and it is more preferable that it is 0.25-5 mol / L. If the water-soluble amine concentration is less than the lower limit, the average particle size of the colloidal particles tends to be large. On the other hand, if the upper limit is exceeded, it is difficult to remove excess amine and the mixture tends to be overheated during firing.
本発明の製造方法において、第1の原料溶液及び第2の原料溶液用いられる溶媒としては、水、水溶性有機溶媒(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、アセトニトリル等)、水と前記水溶性有機溶媒との混合溶媒等が挙げられる。 In the production method of the present invention, the solvent used in the first raw material solution and the second raw material solution is water, a water-soluble organic solvent (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, acetone, acetonitrile, etc.), water and the above-mentioned Examples thereof include a mixed solvent with a water-soluble organic solvent.
本発明に係るコロイド溶液調製工程においては、1,000〜50,000sec−1の剪断速度となっている領域に、第1の原料溶液と第2の原料溶液とを独立に直接導入して均質混合する。このような均質混合により、銀及び銀化合物の結晶子が凝集しやすい水等の溶媒においても、結晶子をそのままの状態、又は径がより小さく均一な凝集体の状態で液中で分散させることが可能となる。 In the colloidal solution preparation step according to the present invention, the first raw material solution and the second raw material solution are directly and independently introduced into a region having a shear rate of 1,000 to 50,000 sec −1 to be homogeneous. Mix. By such homogeneous mixing, even in a solvent such as water in which silver and silver compound crystallites are likely to aggregate, the crystallites are dispersed in the liquid in the same state or in a uniform aggregate state with a smaller diameter. Is possible.
このような混合方法に用いられる装置としては、例えば、図1に示すものが挙げられる。以下、図面を参照しながら、本発明に係るコロイド溶液の製造装置の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 As an apparatus used for such a mixing method, for example, the apparatus shown in FIG. Hereinafter, a preferred embodiment of an apparatus for producing a colloidal solution according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description and drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.
図1に示す製造装置は、攪拌装置としてホモジナイザー10を備えており、ホモジナイザー10の先端部(攪拌部)が反応容器20内に配置されている。ホモジナイザー10の先端部は、図2に示すように、凹型のローター11と、ローター11の外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凹型の外側ステータ12と、ローター11の内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凸型の内側ステータ13とを備えている。さらに、ローター11は、回転シャフト14を介してモーター15に接続されており、回転することが可能な構造となっている。 The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes a homogenizer 10 as a stirring device, and a front end portion (stirring portion) of the homogenizer 10 is disposed in the reaction vessel 20. As shown in FIG. 2, the front end of the homogenizer 10 includes a concave outer stator 12 disposed so that a predetermined gap region is formed between the concave rotor 11 and the outer periphery of the rotor 11, and the rotor. 11 and a convex inner stator 13 arranged so that a predetermined gap region is formed between the inner periphery of the inner stator 11 and the inner periphery. Further, the rotor 11 is connected to a motor 15 via a rotating shaft 14 and has a structure capable of rotating.
そして、図1に示す製造装置においては、複数のノズル、すなわち、原料溶液Aを導入するためのノズル16Aと原料溶液Bを導入するためのノズル16Bとが、それぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられている。また、ノズル16Aには流路17Aを介して原料溶液Aの供給装置(図示せず)が、ノズル16Bには流路17Bを介して原料溶液Bの供給装置(図示せず)がそれぞれ接続されており、ローター11と内側ステータ13との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能な構造となっている。 In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, a plurality of nozzles, that is, a nozzle 16 </ b> A for introducing the raw material solution A and a nozzle 16 </ b> B for introducing the raw material solution B are opposed to the rotor 11 in the inner stator 13. It is provided on each surface. Further, a supply device (not shown) for the raw material solution A is connected to the nozzle 16A via a flow path 17A, and a supply device (not shown) for the raw material solution B is connected to the nozzle 16B via a flow path 17B. The raw material solution A and the raw material solution B can be directly and independently introduced into the region between the rotor 11 and the inner stator 13.
さらに、図1に示す製造装置においては、図3及び図4に示すように、ノズル16A及びノズル16Bが、内側ステータ13におけるローター11に対向する面において、ローター11の回転軸Xに対して直交する所定の面Yの外周方向に交互に設けられている。 Further, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, as shown in FIGS. 3 and 4, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11 on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13. The predetermined surfaces Y are alternately provided in the outer peripheral direction.
なお、図3及び図4においては、ノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ12個ずつ設けられている(24孔タイプ)が、ノズル16A及びノズル16Bの数はそれぞれ特に限定されるものではない。したがって、ノズル16A及びノズル16Bはそれぞれ1個ずつ設けられていればよい(2孔タイプ)が、原料溶液A及び原料溶液Bが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間をより短縮できるという観点から、ノズル16A及びノズル16Bの数はそれぞれ10個以上であることが好ましく、20個以上であることがより好ましい。一方、ノズル16A及びノズル16Bのそれぞれの数の上限は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、交互に配置されたノズル16A及びノズル16Bの開口部の直径が0.1mm程度以上の寸法をとり得るようにすることが好ましい。このようにノズルの開口部の直径は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、0.1〜1mm程度であることが好ましい。 3 and 4, 12 nozzles 16A and 12 nozzles 16B are provided (24-hole type), but the numbers of nozzles 16A and nozzles 16B are not particularly limited. Therefore, one nozzle 16A and one nozzle 16B may be provided (two-hole type), but the time from when the raw material solution A and the raw material solution B are introduced into the region until homogeneous mixing is further reduced. From the viewpoint of being able to do so, the number of nozzles 16A and 16B is preferably 10 or more, and more preferably 20 or more. On the other hand, the upper limit of the number of each of the nozzles 16A and 16B is not particularly limited and varies depending on the size of the device, but from the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging, the alternately arranged nozzles 16A. It is preferable that the diameter of the opening of the nozzle 16B can take a dimension of about 0.1 mm or more. As described above, the diameter of the opening of the nozzle is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus, but is preferably about 0.1 to 1 mm from the viewpoint of more reliably preventing nozzle clogging. .
また、図3及び図4においては、ノズル16A及びノズル16Bが、ローター11の回転軸Xに対して直交する一つの面Yの外周方向に一列に交互に設けられているが、複数の面の外周方向に複数の列において交互に設けられていてもよい。 3 and 4, the nozzles 16 </ b> A and the nozzles 16 </ b> B are alternately provided in a row in the outer peripheral direction of one surface Y orthogonal to the rotation axis X of the rotor 11. It may be provided alternately in a plurality of rows in the outer circumferential direction.
以上説明した図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとから原料溶液A及び原料溶液Bがそれぞれ導入される領域、すなわち図1及び図2においてはローター11の内周と内側ステータ13の外周との間の領域において、剪断速度が1,000〜50,000sec−1となるように設定されるが、1,000〜20,000sec−1となるように設定されることが特に好ましい。この領域の剪断速度が前記下限未満である場合には、銀や銀化合物の結晶子の凝集体が破壊されず、コロイド粒子の平均粒子径が大きくなる。他方、この領域の剪断速度が前記上限を超える場合には、保護剤である前記水溶性アミンが破壊されてコロイド粒子に十分な斥力を付与できず、コロイド粒子の凝集が進行して粒子径が大きくなる。 In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 described above, regions where the raw material solution A and the raw material solution B are respectively introduced from the nozzle 16A and the nozzle 16B, that is, the inner periphery of the rotor 11 and the inner stator 13 in FIGS. in the region between the outer periphery of, but the shear rate is set to be 1,000~50,000Sec -1, it is particularly preferred to be set so that 1,000~20,000Sec -1 . When the shear rate in this region is less than the lower limit, the aggregates of crystallites of silver and silver compounds are not broken, and the average particle size of the colloidal particles is increased. On the other hand, when the shear rate in this region exceeds the above upper limit, the water-soluble amine as a protective agent is destroyed and sufficient repulsive force cannot be imparted to the colloidal particles, and the aggregation of the colloidal particles proceeds and the particle size increases. growing.
このような剪断速度を達成するための条件としては、ローターの回転速度及びローターとステータとの間のギャップの大きさが影響するため、前記領域の剪断速度が前記条件を満たすようにそれらを設定する必要がある。具体的なローター11の回転速度は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、例えば、内側ステータ13の外径12.0mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップ0.2mm、及びローター11と内側ステータ13との間のギャップ0.5mm、外側ステータ12の内径18.8mmの場合には、ローター11の回転速度を好ましくは2,000〜20,000rpm、より好ましくは3,000〜15,000rpmに設定することによって前記剪断速度を達成することが可能となる。 Conditions for achieving such a shear rate are affected by the rotational speed of the rotor and the size of the gap between the rotor and the stator. There is a need to. The specific rotation speed of the rotor 11 is not particularly limited and varies depending on the size of the apparatus. For example, the outer diameter of the inner stator 13 is 12.0 mm, and the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is 0. In the case of 2 mm, a gap of 0.5 mm between the rotor 11 and the inner stator 13, and an inner diameter of the outer stator 12 of 18.8 mm, the rotational speed of the rotor 11 is preferably 2,000 to 20,000 rpm, more preferably The shear rate can be achieved by setting the speed to 3,000 to 15,000 rpm.
また、ローター11と外側ステータ12との間のギャップの大きさ及びローター11と内側ステータ13との間のギャップも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、それぞれ独立に0.2〜1.0mmであることが好ましい。このギャップの大きさの変化に対応してローター11の回転速度を調整することにより前記範囲の剪断速度を達成することが可能となる。これらのギャップが前記下限未満になるとギャップの詰まりが発生し易くなる傾向にあり、前記上限を超えると効果的な剪断力を付与できない傾向にある。 Further, the size of the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 and the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 are not particularly limited, and may vary depending on the size of the device. It is preferable that it is 2-1.0 mm. By adjusting the rotational speed of the rotor 11 in response to the change in the size of the gap, it becomes possible to achieve the shear speed in the above range. When these gaps are less than the lower limit, clogging of the gaps tends to occur, and when the upper limit is exceeded, effective shearing force cannot be applied.
また、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとからそれぞれ供給された原料溶液A及び原料溶液Bが、前記領域に導入されてから1.0msec以内(特に好ましくは0.5msec以内)に均質混合されるようにノズル16A及びノズル16Bが配置されていることが好ましい。なお、ここでいう原料溶液が前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間とは、ノズル16A(又はノズル16B)から導入された原料溶液A(又は原料溶液B)が隣接するノズル16B(又はノズル16A)の位置に到達し、ノズル16B(又はノズル16A)から導入された原料溶液B(又は原料溶液A)と混合されるまでの時間をいう。 In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the raw material solution A and the raw material solution B respectively supplied from the nozzle 16A and the nozzle 16B are introduced into the region within 1.0 msec (particularly preferably within 0.5 msec). It is preferable that the nozzle 16A and the nozzle 16B are arranged so as to be homogeneously mixed. Here, the time from when the raw material solution is introduced into the region until it is homogeneously mixed is the nozzle 16B adjacent to the raw material solution A (or raw material solution B) introduced from the nozzle 16A (or nozzle 16B). (Or nozzle 16A) The time until it reaches the position of the nozzle and is mixed with the raw material solution B (or raw material solution A) introduced from the nozzle 16B (or nozzle 16A).
以上、本発明に好適に用いられる装置について説明したが、本発明においては前記原料溶液Aとして第1の原料溶液を用い、前記原料溶液Bとして第2の原料溶液を用いても、その逆であってもよい。また、本発明は、図1に示す製造装置を用いる方法に限定されるものではない。例えば、図1に示す製造装置においては、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ内側ステータ13におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられているが、ノズル16Aとノズル16Bとがそれぞれ外側ステータ12におけるローター11に対向する面にそれぞれ設けられていてもよい。そのように構成すれば、ローター11と外側ステータ12との間の領域に原料溶液Aと原料溶液Bとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能となる。なお、その領域における剪断速度は前記条件を満たすように設定する必要がある。 The apparatus suitably used in the present invention has been described above. However, in the present invention, the first raw material solution can be used as the raw material solution A and the second raw material solution can be used as the raw material solution B. There may be. Further, the present invention is not limited to the method using the manufacturing apparatus shown in FIG. For example, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively provided on the surface facing the rotor 11 in the inner stator 13, but the nozzle 16 </ b> A and the nozzle 16 </ b> B are respectively rotors in the outer stator 12. 11 may be provided respectively on the surface facing 11. If comprised in that way, it will become possible to introduce the raw material solution A and the raw material solution B directly into the area | region between the rotor 11 and the outer side stator 12, respectively independently. Note that the shear rate in that region needs to be set so as to satisfy the above condition.
第1の原料溶液及び第2の原料溶液における各原料溶液の送液速度は特に制限されないが、1.0〜30ml/minであることが好ましい。原料溶液の送液速度が前記下限未満になると銀を含むコロイド粒子の製造効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド粒子の平均粒子径が大きくなる傾向にある。 The feed rate of each raw material solution in the first raw material solution and the second raw material solution is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 30 ml / min. If the feed rate of the raw material solution is less than the lower limit, the production efficiency of colloidal particles containing silver tends to be reduced. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the average particle diameter of the colloid particles tends to increase.
また、本発明に係るコロイド溶液調製工程においては、第1の原料溶液に含有される銀イオンと前記第2の原料溶液に含有される水溶性アミンとのモル比(銀イオンモル数:水溶性アミンモル数)が1:4〜1:100(より好ましくは1:10〜1:30)となるように前記第1の原料溶液と前記第2の原料溶液とを導入することが好ましい。銀イオンに対する水溶性アミンの量が前記下限未満になるとコロイド粒子の平均粒子径が大きくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると余剰のアミンの除去が困難となり焼成時に過熱される傾向にある。 In the colloidal solution preparation step according to the present invention, the molar ratio of silver ions contained in the first raw material solution to the water-soluble amine contained in the second raw material solution (silver ion moles: water-soluble amine moles). It is preferable to introduce the first raw material solution and the second raw material solution so that the number) is 1: 4 to 1: 100 (more preferably 1:10 to 1:30). If the amount of the water-soluble amine with respect to silver ions is less than the lower limit, the average particle size of the colloidal particles tends to increase. On the other hand, if the amount exceeds the upper limit, excess amine is difficult to remove and tends to be overheated during firing. .
本発明に係るコロイド溶液調製工程においては、40〜95℃において第1の原料溶液と第2の原料溶液とを前記剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合する。混合する際の温度が前記下限未満である場合には、銀を含有するコロイド粒子を得ることが困難となる。他方、前記上限を超える場合には、コロイド粒子の平均粒子径が大きくなり、銀を含有する超微粒子が安定に保持された高水準の触媒活性を有する触媒を得ることが困難となる。また、平均粒子径が充分に小さいコロイド粒子がより高収率で得られる傾向にあるという観点から、第1の原料溶液と第2の原料溶液とを混合する際の温度としては、50〜90℃であることが特に好ましい。なお、このような温度範囲内で均質混合する方法としては、特に制限されず、例えば、前述の製造装置において、原料溶液A及び原料溶液Bを加温する方法や、反応容器20を加温する方法が挙げられる。 In the colloidal solution preparation step according to the present invention, the first raw material solution and the second raw material solution are directly and independently introduced into the shear rate region at 40 to 95 ° C. and homogeneously mixed. When the temperature at the time of mixing is less than the lower limit, it becomes difficult to obtain colloidal particles containing silver. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the average particle size of the colloidal particles becomes large, and it becomes difficult to obtain a catalyst having a high level of catalytic activity in which ultrafine particles containing silver are stably held. Moreover, as a temperature at the time of mixing a 1st raw material solution and a 2nd raw material solution from a viewpoint that the colloidal particle with a sufficiently small average particle diameter tends to be obtained with a higher yield, it is 50-90. It is particularly preferable that the temperature is C. In addition, it does not restrict | limit especially as a method of carrying out homogeneous mixing within such a temperature range, For example, in the above-mentioned manufacturing apparatus, the method of heating the raw material solution A and the raw material solution B, or heating the reaction container 20 A method is mentioned.
このようなコロイド溶液調製工程により、銀を含有するコロイド粒子が分散された銀系コロイド溶液を得ることができる。前記コロイド粒子としては、銀粒子、銀化合物粒子からなる群から選択される少なくとも1種の銀を含有する微粒子と、前記水溶性アミンとを含有するコロイド粒子が挙げられ、前記銀粒子としては、銀の結晶子又は凝集体が、前記銀化合物粒子としては、前述の銀化合物の結晶子又は凝集体が挙げられる。 Through such a colloid solution preparation step, a silver-based colloid solution in which colloidal particles containing silver are dispersed can be obtained. Examples of the colloidal particles include colloidal particles containing fine particles containing at least one kind of silver selected from the group consisting of silver particles and silver compound particles, and the water-soluble amine. Examples of the silver crystallites or aggregates of the silver compound particles include the aforementioned crystallites or aggregates of the silver compound.
本発明に係る銀系コロイド溶液においては、該コロイド溶液における炭素と銀との成分比が、前記銀系コロイド溶液にアルミナ粉末を混合して300torr以下で減圧乾燥させ、次いで大気中、120℃で12時間加熱した後における誘導結合プラズマ発光分析により求められる炭素原子と銀原子との質量比(炭素原子/銀原子)で、0.17〜2.5の範囲内にあることが必要である。前記質量比(炭素原子/銀原子)が前記下限未満である場合には、コロイド粒子の平均粒子径が大きくなって得られる銀を含有する微粒子の平均一次粒子径が大きくなり、他方、前記上限を超える場合には、焼成の際の触媒表面上の温度が上昇して触媒表面に担持される粒子が粒成長し、得られる触媒の活性が低下する。また、銀粒子を保護する水溶性アミン由来の炭素は除去されにくい傾向にあるという観点から、前記質量比(炭素原子/銀原子)としては、0.5〜1.50であることが特に好ましい。 In the silver-based colloidal solution according to the present invention, the component ratio of carbon to silver in the colloidal solution is mixed with alumina powder in the silver-based colloidal solution and dried under reduced pressure at 300 torr or less. The mass ratio of carbon atoms to silver atoms (carbon atoms / silver atoms) determined by inductively coupled plasma optical emission spectrometry after heating for 12 hours must be in the range of 0.17 to 2.5. When the mass ratio (carbon atom / silver atom) is less than the lower limit, the average primary particle diameter of the fine particles containing silver obtained by increasing the average particle diameter of the colloidal particles is increased, while the upper limit is set. In the case of exceeding the temperature, the temperature on the catalyst surface at the time of calcination rises, and the particles supported on the catalyst surface grow and the activity of the resulting catalyst decreases. Moreover, from the viewpoint that carbon derived from a water-soluble amine that protects silver particles tends to be difficult to remove, the mass ratio (carbon atom / silver atom) is particularly preferably 0.5 to 1.50. .
このような炭素原子と銀原子との質量比(炭素原子/銀原子)は、より具体的には、前記銀系コロイド溶液を金属換算で5質量部に対してアルミナ(Al2O3)粉末100質量部を加えて攪拌し、300torr(40,000Pa)の減圧下で溶媒を除去した後、大気中において温度120℃で12時間保持して有機物と銀を含有する微粒子とからなるコロイド粒子が担持されたアルミナ粉末を得て、次いで、得られた粉末について、誘導結合プラズマ(ICP)発光装置(CIROS 120EOP、リガク社製)を用いてICP発光分析を実施し、アルミナ粉末上に存在する炭素原子(C)及び銀原子(Ag)の含有質量を定量し、その比を算出することにより求めることができる。前記アルミナとしては、特に制限されないが、平均一次粒子径が5〜100nmであることが好ましく、比表面積が50〜300m2/gの多孔質体であることが好ましい。 More specifically, the mass ratio of carbon atoms to silver atoms (carbon atom / silver atom) is more specifically determined by using alumina (Al 2 O 3 ) powder with respect to 5 parts by mass of the silver-based colloidal solution in terms of metal. After adding 100 parts by mass and stirring and removing the solvent under a reduced pressure of 300 torr (40,000 Pa), the colloidal particles composed of organic matter and silver-containing fine particles are kept at 120 ° C. for 12 hours in the atmosphere. The supported alumina powder was obtained, and then the obtained powder was subjected to ICP emission analysis using an inductively coupled plasma (ICP) light emitting device (CIROS 120EOP, manufactured by Rigaku Corporation), and carbon present on the alumina powder was obtained. It can obtain | require by quantifying the containing mass of an atom (C) and a silver atom (Ag), and calculating the ratio. Although it does not restrict | limit especially as said alumina, It is preferable that an average primary particle diameter is 5-100 nm, and it is preferable that it is a porous body whose specific surface area is 50-300 m < 2 > / g.
また、本発明に係る銀系コロイド溶液においては、前記銀を含有するコロイド粒子の平均粒子径が1.0〜3.5nmの範囲内にあることが必要である。コロイド粒子の平均粒子径が前記下限未満である場合には、酸化物へと酸化されてしまい、他方、前記上限を超える場合には、得られる触媒の触媒活性が低下する。また、活性点が増加して得られる触媒の触媒活性がより向上する傾向にあるという観点から、コロイド粒子の平均粒子径としては、1.0〜3.0nmであることが好ましい。なお、本発明において、コロイド粒子の平均粒子径は、コロイド溶液を透過型電子顕微鏡(TEM:日本電子株式会社製、「JEM−2100F」)により観測し、任意の50個以上のコロイド粒子の粒子径をそれぞれ測定して平均化することにより求めることができる。 In the silver-based colloidal solution according to the present invention, the colloidal particles containing silver must have an average particle diameter in the range of 1.0 to 3.5 nm. When the average particle diameter of the colloidal particles is less than the lower limit, the colloidal particles are oxidized into an oxide. On the other hand, when the average particle diameter exceeds the upper limit, the catalytic activity of the resulting catalyst is lowered. Further, from the viewpoint that the catalytic activity of the catalyst obtained by increasing the active sites tends to be further improved, the average particle diameter of the colloidal particles is preferably 1.0 to 3.0 nm. In the present invention, the average particle size of the colloidal particles is determined by observing the colloidal solution with a transmission electron microscope (TEM: “JEM-2100F” manufactured by JEOL Ltd.), and particles of any 50 or more colloidal particles. It can be obtained by measuring and averaging the diameters.
〔触媒調製工程〕
本発明の製造方法においては、コロイド溶液調製工程において得られた銀系コロイド溶液を金属酸化物担体に接触せしめた後に、大気中、300〜600℃で焼成して前記排ガス浄化用触媒を得る。
[Catalyst preparation step]
In the production method of the present invention, the silver-based colloidal solution obtained in the colloidal solution preparation step is brought into contact with a metal oxide support, and then calcined in the atmosphere at 300 to 600 ° C. to obtain the exhaust gas purification catalyst.
前記金属酸化物担体としては、特に制限されず、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、アルミナ、アルミナ−セリア−ジルコニア、セリア−ジルコニア等の金属酸化物からなる担体を適宜用いることができる。これらの中でも、前記金属酸化物としては、比表面積が大きくかつ耐熱性に優れる傾向にあるという観点から、アルミナが好ましい。 The metal oxide carrier is not particularly limited, and a carrier made of a metal oxide such as silica, titania, ceria, zirconia, alumina, alumina-ceria-zirconia, ceria-zirconia can be appropriately used. Among these, as the metal oxide, alumina is preferable from the viewpoint of having a large specific surface area and excellent heat resistance.
前記金属酸化物担体の形態としては、特に制限されないが、粒子状である場合には、平均一次粒子径が5〜100nmであることが好ましい。金属酸化物担体粒子の平均一次粒子径が前記下限未満になると耐熱処理や還元処理といった高温での処理を施す際に凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると比表面積が低下する傾向にある。なお、本発明において、金属酸化物担体粒子の平均一次粒子径は、任意の50個以上の金属酸化物担体粒子の一次粒子径を透過型電子顕微鏡(TEM:日本電子株式会社製、「JEM−2100F」)により測定し、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はない場合には、その粒子の断面の最大の外接円の直径とする。 The form of the metal oxide carrier is not particularly limited, but when it is particulate, the average primary particle diameter is preferably 5 to 100 nm. When the average primary particle diameter of the metal oxide support particles is less than the lower limit, the metal oxide support particles tend to aggregate when subjected to a high-temperature treatment such as a heat treatment or a reduction treatment, and when the upper limit is exceeded, the specific surface area tends to decrease. is there. In the present invention, the average primary particle diameter of the metal oxide carrier particles is the transmission particle microscope (TEM: manufactured by JEOL Ltd., “JEM- 2100F "), and the average value can be obtained. Further, such a particle diameter means the maximum diameter of the cross section of the particle, and when the cross section of the particle is not circular, the diameter is the maximum circumscribed circle of the cross section of the particle.
さらに、このような金属酸化物担体としては、非多孔質体であってもよく、多孔質体であってもよいが、多孔質体であることが好ましい。また、多孔質体である場合には、比表面積が50〜300m2/gであることが好ましい。比表面積が前記下限未満になると活性点となる担持微粒子の分散度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると耐熱性が低下する傾向にある。なお、本発明において、多孔質体の比表面積は、吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として算出することができる。 Further, such a metal oxide support may be a non-porous body or a porous body, but is preferably a porous body. Moreover, when it is a porous body, it is preferable that a specific surface area is 50-300 m < 2 > / g. When the specific surface area is less than the lower limit, the degree of dispersion of the supported fine particles serving as active points tends to be lowered, and when the upper limit is exceeded, the heat resistance tends to be lowered. In the present invention, the specific surface area of the porous body can be calculated as the BET specific surface area from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption formula.
前記金属酸化物担体の製造方法は特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。また、このような金属酸化物担体としては、市販のものを用いてもよい。 A method for producing the metal oxide support is not particularly limited, and a known method can be appropriately employed. Moreover, as such a metal oxide support, a commercially available product may be used.
前記金属酸化物担体に前記銀系コロイド溶液を接触せしめる方法としては、特に制限されず、前記銀系コロイド溶液に前記金属酸化物担体を含浸せしめる方法等、前記銀系コロイド溶液を前記金属酸化物担体に吸着担持させることが可能な公知の方法を適宜採用できる。 The method for bringing the silver-based colloid solution into contact with the metal oxide support is not particularly limited, and the silver-type colloid solution is impregnated with the metal-oxide support such as a method of impregnating the silver-type colloid solution with the metal-oxide support. A known method that can be adsorbed and supported on a carrier can be appropriately employed.
また、このように前記金属酸化物担体に前記銀系コロイド溶液を接触せしめる際においては、前記金属酸化物担体100質量部に対して、前記銀系コロイド溶液に由来する銀を含有する超微粒子の担持量が、金属換算で0.5〜20質量部となるように接触せしめることが好ましく、2.0〜15質量部となるように接触せしめることがより好ましく、5.0〜10質量部となるように接触せしめることがさらに好ましい。超微粒子の担持量が前記下限未満である場合には、十分な触媒活性を発揮することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超える場合には、シンタリングによる触媒活性低下がひき起こされる傾向にある。 Further, when the silver-based colloidal solution is brought into contact with the metal oxide support in this way, ultrafine particles containing silver derived from the silver-based colloidal solution are added to 100 parts by mass of the metal oxide support. It is preferable that the loading is 0.5 to 20 parts by mass in terms of metal, more preferably 2.0 to 15 parts by mass, and more preferably 5.0 to 10 parts by mass. It is more preferable to make it contact. If the supported amount of ultrafine particles is less than the lower limit, it tends to be difficult to exhibit sufficient catalytic activity. On the other hand, if it exceeds the upper limit, a decrease in catalytic activity due to sintering is caused. It tends to be.
前記焼成の加熱条件としては、本発明においては、大気中において、300〜600℃の温度範囲内であることが必要である。本発明においては、このような温度範囲内で加熱しても触媒表面上における異常過熱を防止することができるため、銀を含有する超微粒子が安定に保持された高水準の触媒活性を有する触媒を得ることが可能となる。加熱温度が前記下限未満になると焼結が完結しないため、触媒使用時に焼結が進行して触媒性能が著しく低下する。他方、前記上限を超えると金属酸化物担体に担持された超微粒子が粒成長して得られる触媒の初期活性が低下する。このような加熱温度としては、前記水溶性アミン等の保護剤を十分に除去することができる傾向にあるという観点から、300〜500℃の温度範囲内であることが好ましい。また、前記焼成における加熱時間としては、前記加熱温度に依存するものであるため一概には言えないが、3〜50時間であることが好ましい。 As the heating conditions for the firing, in the present invention, it is necessary to be within a temperature range of 300 to 600 ° C. in the atmosphere. In the present invention, even when heated within such a temperature range, abnormal overheating on the catalyst surface can be prevented, so that a catalyst having a high level of catalytic activity in which ultrafine particles containing silver are stably held. Can be obtained. If the heating temperature is less than the lower limit, the sintering is not completed, so that the sintering progresses when the catalyst is used and the catalyst performance is significantly lowered. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the initial activity of the catalyst obtained by growing the ultrafine particles supported on the metal oxide support is lowered. Such a heating temperature is preferably within a temperature range of 300 to 500 ° C. from the viewpoint that the protective agent such as the water-soluble amine tends to be sufficiently removed. Further, the heating time in the baking is not generally known because it depends on the heating temperature, but it is preferably 3 to 50 hours.
〔排ガス浄化用触媒〕
このような製造方法により、本発明の排ガス浄化用触媒を製造することができる。前記銀系コロイド溶液においては、銀を含有しかつ平均粒子径が十分に小さいコロイド粒子が分散されており、炭素と銀との成分比が特定の範囲内にあるため、焼成して得られる排ガス浄化用触媒表面においては、銀を含有する微細粒子が十分に分散された状態で前記金属酸化物担体に担持される。
[Exhaust gas purification catalyst]
By such a production method, the exhaust gas-purifying catalyst of the present invention can be produced. In the silver-based colloidal solution, colloidal particles containing silver and having a sufficiently small average particle diameter are dispersed, and the component ratio of carbon and silver is within a specific range. On the purification catalyst surface, fine particles containing silver are supported on the metal oxide carrier in a sufficiently dispersed state.
このような本発明の排ガス浄化用触媒においては、還元雰囲気下、500℃で還元処理を施した後における前記超微粒子の平均一次粒子径を5〜20nm(より好ましくは5〜10nm)とすることができ、高水準の触媒活性を発揮することが可能となる。超微粒子の平均一次粒子径が前記下限未満である場合には、酸化物へと酸化されやすい傾向にあり、他方、前記上限を超える場合には、活性点が減少するため十分な触媒活性が発揮されない傾向にある。 In such an exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the average primary particle diameter of the ultrafine particles after reduction treatment at 500 ° C. in a reducing atmosphere is 5 to 20 nm (more preferably 5 to 10 nm). And a high level of catalytic activity can be exhibited. When the average primary particle size of the ultrafine particles is less than the lower limit, it tends to be easily oxidized to an oxide. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the active sites are reduced and sufficient catalytic activity is exhibited. There is a tendency not to be.
なお、本発明において、超微粒子の平均一次粒子径は、X線回折装置(リガク社製、商品名「RINT−2200」を用いて、スキャンステップ0.01°、発散及び散乱スリット1deg、受光スリット0.15mm、CuKα線、40kV、20mA、スキャン速度1°/minの条件で測定し、(1,1,1)面に由来する回折ピークの半値幅に基づいて、シェラーの式:
D=0.9λ/βcosθ
(式中、Dは結晶子径を示し、λは使用X線波長を示し、βはXRDの測定試料の半値幅を示し、θは回折角を示す)
を用いて計算することにより求めることができる。
In the present invention, the average primary particle size of the ultrafine particles is determined by using an X-ray diffractometer (trade name “RINT-2200” manufactured by Rigaku Corporation), scan step 0.01 °, divergence and scattering slit 1 deg, light receiving slit. Based on the half-value width of the diffraction peak derived from the (1,1,1) plane, measured by the conditions of 0.15 mm, CuKα ray, 40 kV, 20 mA, scan speed of 1 ° / min, Scherrer's formula:
D = 0.9λ / βcos θ
(In the formula, D represents the crystallite diameter, λ represents the used X-ray wavelength, β represents the half width of the XRD measurement sample, and θ represents the diffraction angle)
It can obtain | require by calculating using.
また、前記還元雰囲気としては、還元性ガス濃度が0.1容量%以上にあることが好ましく、0.1〜10容量%にあることがより好ましい。このような還元性ガスとしては、水素、一酸化炭素、炭化水素等が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Moreover, as said reducing atmosphere, it is preferable that reducing gas concentration is 0.1 volume% or more, and it is more preferable that it is 0.1-10 volume%. Examples of such reducing gas include hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, and the like. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination.
本発明の排ガス浄化用触媒の形態としては、特に制限されず、例えば、目的とする用途等に応じた基材に排ガス浄化用触媒を固定せしめた形態を採用することができる。このような形態としては、ハニカム形態や、ペレット形態等が挙げられる。また、前記基材としては、特に制限されず、目的とする触媒の用途等に応じて適宜選択されるが、DPF基材、モノリス状基材、ペレット状基材、プレート状基材等をより好適に用いることができる。さらに、このような基材の材料も特に制限されないが、コージェライト、炭化ケイ素、ムライト等のセラミックスからなる基材や、クロム及びアルミニウムを含むステンレススチール等の金属からなる基材をより好適に用いることができる。また、このような基材を用いる場合においては、前記金属酸化物担体を前記基材に対してウォッシュコート法等の方法でコートし、次いで、これに前記超微粒子を担持させる方法を採用することができる。 The form of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is not particularly limited, and for example, a form in which the exhaust gas purifying catalyst is fixed to a base material corresponding to the intended use can be adopted. Examples of such a form include a honeycomb form and a pellet form. Further, the substrate is not particularly limited and is appropriately selected depending on the intended use of the catalyst, but more preferably a DPF substrate, a monolith substrate, a pellet substrate, a plate substrate, etc. It can be used suitably. Furthermore, the material of such a base material is not particularly limited, but a base material made of ceramics such as cordierite, silicon carbide, mullite, or a base material made of metal such as stainless steel including chromium and aluminum is more preferably used. be able to. Further, in the case of using such a base material, a method in which the metal oxide carrier is coated on the base material by a method such as a wash coat method and then the ultrafine particles are supported thereon is adopted. Can do.
また、本発明の排ガス浄化用触媒としては、本発明の効果を阻害しない範囲内において、貴金属、遷移金属、及びそれらの合金等をさらに含有していてもよい。 Further, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention may further contain a noble metal, a transition metal, an alloy thereof, and the like within a range that does not impair the effects of the present invention.
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。なお、各実施例及び各比較例において得られたコロイド溶液における成分比測定、コロイド粒子の平均粒子径測定、得られた触媒における超微粒子の平均一次粒子径測定、触媒活性評価は、それぞれ以下に示す方法に従って実施した。 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. The component ratio measurement in the colloidal solution obtained in each example and each comparative example, the average particle diameter measurement of the colloidal particles, the average primary particle diameter measurement of the ultrafine particles in the obtained catalyst, and the catalytic activity evaluation are as follows. It carried out according to the method shown.
<コロイド溶液の成分比測定>
先ず、得られたコロイド溶液(金属換算で5質量部)にアルミナ粉末(平均一次粒子径:100nm、比表面積:100m2/g、100質量部を加え、1時間攪拌した後、300torr(40,000Pa)の減圧下で溶媒を除去した後、大気中において温度120℃で12時間保持した。次いで、溶媒除去後の粉末について、誘導結合プラズマ(ICP)発光装置(CIROS 120EOP、リガク社製)を用いてICP発光分析を実施し、粉末上に存在する炭素原子(C)及び銀原子(Ag)の含有質量(質量%)を定量し、炭素原子と銀原子との質量比(C/Ag)を求めた。なお、炭素のコンタミネーションのバックグラウンドレベルを明らかにするため、前記コロイド溶液を添加する前のアルミナ粉末についても同様にICP発光分析を実施して炭素原子(C)の初期含有質量(質量%)を定量したところ、0.15質量%であった。
<Measurement of component ratio of colloidal solution>
First, alumina powder (average primary particle size: 100 nm, specific surface area: 100 m 2 / g, 100 parts by mass) was added to the obtained colloidal solution (5 parts by mass in terms of metal), and after stirring for 1 hour, 300 torr (40, The solvent was removed under a reduced pressure of 000 Pa), and the mixture was kept in the atmosphere for 12 hours at a temperature of 120 ° C. Next, an inductively coupled plasma (ICP) light emitting device (CIROS 120EOP, manufactured by Rigaku Corporation) was used for the powder after the solvent removal. ICP emission analysis is carried out, and the contained mass (mass%) of carbon atoms (C) and silver atoms (Ag) present on the powder is quantified, and the mass ratio of carbon atoms to silver atoms (C / Ag) In order to clarify the background level of carbon contamination, the IC powder was similarly applied to the alumina powder before the colloidal solution was added. Was quantified initial content by weight of carbon atoms (C) (mass%) was conducted emission analysis, it was 0.15 wt%.
<コロイド粒子の平均粒子径測定>
得られたコロイド溶液を透過型電子顕微鏡(TEM:日本電子株式会社製の商品名「JEM−2100F」)により観測し、任意の50個のコロイド粒子の粒子径を透過型電子顕微鏡(TEM)によりそれぞれ測定して平均化することによりコロイド粒子の平均粒子径を求めた。
<Measurement of average particle size of colloidal particles>
The obtained colloid solution was observed with a transmission electron microscope (TEM: trade name “JEM-2100F” manufactured by JEOL Ltd.), and the particle size of any 50 colloidal particles was observed with a transmission electron microscope (TEM). The average particle diameter of the colloidal particles was determined by measuring and averaging each.
<超微粒子の平均一次粒子径測定>
先ず、得られた触媒を水素1容量%、窒素(N2)99容量%の混合ガス気流中において温度500℃で1時間保持して還元処理した。次いで、還元処理後の触媒について、X線回折(XRD)パターンを、X線回折装置(リガク社製、商品名「RINT−2200」を用いて、スキャンステップ0.01°、発散及び散乱スリット1deg、受光スリット0.15mm、CuKα線、40kV、20mA、スキャン速度1°/minの条件で測定し、(1,1,1)面に由来する回折ピークに基づいて銀を含有する超微粒子の平均一次粒子径を求めた。なお、(1,1,1)面に由来する回折ピークは、アルミナの(2,2,1)面及び(1,1,4)面に由来する回折ピークと重なるため、波形分離をして解析した。
<Measurement of average primary particle size of ultrafine particles>
First, the obtained catalyst was subjected to reduction treatment by being held at a temperature of 500 ° C. for 1 hour in a mixed gas stream of 1 vol% hydrogen and 99 vol% nitrogen (N 2 ). Next, with respect to the catalyst after the reduction treatment, an X-ray diffraction (XRD) pattern was measured using an X-ray diffractometer (trade name “RINT-2200” manufactured by Rigaku Corporation), scan step 0.01 °, divergence and scattering slit 1 deg. The average of ultrafine particles containing silver based on diffraction peaks derived from the (1,1,1) plane, measured under conditions of a light receiving slit of 0.15 mm, CuKα ray, 40 kV, 20 mA, scanning speed of 1 ° / min. The primary particle diameter was determined, and the diffraction peak derived from the (1,1,1) plane overlaps with the diffraction peak derived from the (2,2,1) plane and the (1,1,4) plane of alumina. Therefore, the waveform was separated and analyzed.
<触媒活性評価>
先ず、得られた触媒1.0gを内径15mmの石英反応管に充填して常圧固定床流通型反応装置(ベスト測器製)に設置し、CO(0.7容量%(6998ppm))、C3H6(0.16容量%(1600ppm))、NO(0.12容量%(1200ppm))、O2(0.65容量%(6460ppm))、CO2(10容量%)、H2O(5容量%)及びN2(残部)からなるモデルガスを7000mL/minの流量で供給し、温度500℃で10分間保持して加熱前処理した。次いで、触媒に供給するモデルガス(入りガス)温度を15℃/minの昇温速度で100℃から500℃まで昇温し、触媒入りガスのCO濃度及びC3H6濃度、並びに、触媒出ガスのCO濃度及びC3H6濃度を測定し、その差からCO転化率及びTHC転化率をそれぞれ算出し、CO転化率及びTHC転化率がそれぞれ50%になるときの温度を50%浄化温度とした。なお、50%浄化温度が低い程、触媒の酸化活性が高いと認められる。
<Catalyst activity evaluation>
First, 1.0 g of the obtained catalyst was filled in a quartz reaction tube having an inner diameter of 15 mm, and installed in an atmospheric pressure fixed bed flow type reactor (manufactured by Vest Sokki), CO (0.7 vol% (6998 ppm)), C 3 H 6 (0.16 vol% (1600 ppm)), NO (0.12 vol% (1200 ppm)), O 2 (0.65 vol% (6460 ppm)), CO 2 (10 vol%), H 2 A model gas composed of O (5% by volume) and N 2 (remainder) was supplied at a flow rate of 7000 mL / min, and kept at a temperature of 500 ° C. for 10 minutes for pre-heating treatment. Next, the temperature of the model gas (entry gas) supplied to the catalyst is increased from 100 ° C. to 500 ° C. at a rate of 15 ° C./min, and the CO concentration and C 3 H 6 concentration of the catalyst-containing gas, and the catalyst output The CO concentration and C 3 H 6 concentration of the gas are measured, the CO conversion rate and the THC conversion rate are respectively calculated from the difference, and the temperature at which the CO conversion rate and the THC conversion rate become 50% is set to 50% purification temperature. It was. It is recognized that the lower the 50% purification temperature, the higher the oxidation activity of the catalyst.
(実施例1)
〔コロイド溶液調製工程〕
先ず、硝酸銀0.63gをイオン交換水131.2gに溶解し、銀イオンを含有する第1の原料溶液を調製した。この添加量は銀イオン濃度0.028mol/Lに相当する。次いで、エチレンジアミン(EDA)3.755gをイオン交換水131.2gに溶解して第2の原料溶液を調製した。この添加量はエチレンジアミン濃度0.48mol/Lに相当する。
Example 1
[Colloid solution preparation process]
First, 0.63 g of silver nitrate was dissolved in 131.2 g of ion-exchanged water to prepare a first raw material solution containing silver ions. This addition amount corresponds to a silver ion concentration of 0.028 mol / L. Next, 3.755 g of ethylenediamine (EDA) was dissolved in 131.2 g of ion-exchanged water to prepare a second raw material solution. This addition amount corresponds to an ethylenediamine concentration of 0.48 mol / L.
次いで、図1に示す製造装置(スーパーアジテーションリアクター)を用いてコロイド粒子が分散されたコロイド溶液を調製した。内側ステータ13としてはノズル16A及びノズル16Bがそれぞれ24個ずつ設けられている48孔タイプのものを使用し、図1に示すように、ホモジナイザー10の先端を60℃に保持した100mlビーカー20の中に浸るようにセットし、ホモジナイザー10におけるローター11を3400rpmの回転速度で回転させながら、それぞれ60℃に加熱した上記第1の原料溶液と第2の原料溶液とを12.5ml/minの供給速度でチューブポンプ(図示せず)を用いてそれぞれノズル16A及びノズル16Bからローター11と内側ステータ13との間の領域に送液して混合し、コロイド溶液を調製した。このときの第1の原料溶液に含有される銀イオンと前記第2の原料溶液に含有される水溶性アミンとのモル比(銀イオンモル数:水溶性アミンモル数)は1:17.1であった。 Next, a colloidal solution in which colloidal particles were dispersed was prepared using the manufacturing apparatus (super agitation reactor) shown in FIG. As the inner stator 13, a 48-hole type in which 24 nozzles 16A and 24 nozzles 16B are provided, respectively, is used. As shown in FIG. 1, the inside of the 100 ml beaker 20 in which the tip of the homogenizer 10 is held at 60 ° C. The first raw material solution and the second raw material solution, each heated to 60 ° C. while rotating the rotor 11 in the homogenizer 10 at a rotational speed of 3400 rpm, were supplied at a feed rate of 12.5 ml / min. Then, using a tube pump (not shown), liquid was fed from the nozzle 16A and nozzle 16B to the area between the rotor 11 and the inner stator 13 and mixed to prepare a colloidal solution. At this time, the molar ratio of the silver ions contained in the first raw material solution and the water-soluble amine contained in the second raw material solution (number of silver ions mole: number of moles of water-soluble amine) was 1: 17.1. It was.
なお、ローター11の外径は18.0mm、外側ステータ12の内径は18.8mm、ローター11と外側ステータ12との間のギャップは0.4mmであり、それらの間の領域における剪断速度は8,000sec−1であった。また、ローター11の内径は12.2mm、内側ステータ13の外径は11.8mm、ローター11と内側ステータ13との間のギャップは0.2mmであり、それらの間の領域における剪断速度は11,000sec−1であった。また、第1の原料溶液と第2の原料溶液とが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は0.37msecであった。 The outer diameter of the rotor 11 is 18.0 mm, the inner diameter of the outer stator 12 is 18.8 mm, the gap between the rotor 11 and the outer stator 12 is 0.4 mm, and the shear rate in the region between them is 8 1,000 sec −1 . Further, the inner diameter of the rotor 11 is 12.2 mm, the outer diameter of the inner stator 13 is 11.8 mm, the gap between the rotor 11 and the inner stator 13 is 0.2 mm, and the shear rate in the region between them is 11 1,000 sec −1 . Further, the time from when the first raw material solution and the second raw material solution were introduced into the region until they were homogeneously mixed was 0.37 msec.
〔触媒調製工程〕
先ず、コロイド溶液調製工程で得られたコロイド溶液にアルミナ粉末(平均一次粒子径:100nm、比表面積:100m2/g)を含浸せしめ、大気中において温度300℃で30時間保持して焼成した。焼成後の粉末を、冷間静水圧等方圧プレス機を用いて1000kgf/cm2で成型後、粒子径が0.5〜1mmとなるように粉砕してペレット状の触媒を得た。なお、得られた触媒において、銀化合物の金属換算での担持量は、前記アルミナ粉末5質量部に対して0.25質量部であった。
[Catalyst preparation step]
First, a colloidal solution preparation step in the resulting colloidal solution of alumina powder (average primary particle diameter: 100 nm, specific surface area: 100m 2 / g) impregnated was calcined by holding for 30 hours at a temperature 300 ° C. in air. The fired powder was molded at 1000 kgf / cm 2 using a cold isostatic press, and then pulverized to a particle size of 0.5 to 1 mm to obtain a pellet-shaped catalyst. In addition, in the obtained catalyst, the supported amount of the silver compound in terms of metal was 0.25 part by mass with respect to 5 parts by mass of the alumina powder.
(実施例2)
第1の原料溶液及び第2の原料溶液の加熱温度、並びに、ビーカー20の加熱温度を50℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒を得た。
(Example 2)
A catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the first raw material solution and the second raw material solution and the heating temperature of the beaker 20 were set to 50 ° C.
(実施例3)
第1の原料溶液及び第2の原料溶液の加熱温度、並びに、ビーカー20の加熱温度を90℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒を得た。
(Example 3)
A catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the first raw material solution and the second raw material solution and the heating temperature of the beaker 20 were set to 90 ° C.
(実施例4)
第2の原料溶液に溶解させるエチレンジアミンの質量を実施例1の1/4量である0.939gとしたこと以外は実施例1と同様にして触媒を得た。この添加量はエチレンジアミン濃度0.12mol/Lに相当する。なお、コロイド溶液調製工程における銀イオンと水溶性アミンとのモル比(銀イオンモル数:水溶性アミンモル数)は1:4.3であった。
Example 4
A catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mass of ethylenediamine dissolved in the second raw material solution was 0.939 g, which was 1/4 of that in Example 1. This addition amount corresponds to an ethylenediamine concentration of 0.12 mol / L. In the colloidal solution preparation step, the molar ratio of silver ions to water-soluble amine (silver ion moles: water-soluble amine moles) was 1: 4.3.
(比較例1)
第2の原料溶液に溶解させるエチレンジアミンの質量を実施例1の1/5量である0.751gとしたこと以外は実施例1と同様にして触媒を得た。この添加量はエチレンジアミン濃度0.10mol/Lに相当する。なお、コロイド溶液調製工程における銀イオンと水溶性アミンとのモル比(銀イオンモル数:水溶性アミンモル数)は1:3.6であった。
(Comparative Example 1)
A catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mass of ethylenediamine dissolved in the second raw material solution was 0.751 g which was 1/5 of that in Example 1. This addition amount corresponds to an ethylenediamine concentration of 0.10 mol / L. In the colloidal solution preparation step, the molar ratio of silver ions to water-soluble amine (silver ion moles: water-soluble amine moles) was 1: 3.6.
(比較例2)
第2の原料溶液として、エチレンジアミン3.755g及びポリビニルピロリドン(PVP、重量平均分子量10,000)3.401gをイオン交換水131.2gに溶解させた溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして触媒を得た。
(Comparative Example 2)
As Example 2 except that a solution obtained by dissolving 3.755 g of ethylenediamine and 3.401 g of polyvinylpyrrolidone (PVP, weight average molecular weight 10,000) in 131.2 g of ion-exchanged water was used as the second raw material solution. A catalyst was obtained in the same manner.
(比較例3)
第1の原料溶液、第2の原料溶液、及びビーカー20を加熱せず、第1の原料溶液及び第2の原料溶液の混合温度を室温(25℃)としたこと以外は実施例1と同様にして触媒を得た。
(Comparative Example 3)
The same as Example 1 except that the first raw material solution, the second raw material solution, and the beaker 20 were not heated and the mixing temperature of the first raw material solution and the second raw material solution was set to room temperature (25 ° C.). Thus, a catalyst was obtained.
(比較例4)
第1の原料溶液及び第2の原料溶液の加熱温度、並びに、ビーカー20の加熱温度を100℃としたこと以外は実施例1と同様にして触媒を得た。
(Comparative Example 4)
A catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the first raw material solution and the second raw material solution and the heating temperature of the beaker 20 were set to 100 ° C.
(比較例5)
コロイド溶液に代えて、硝酸銀0.39gをイオン交換水220gに溶解させた硝酸銀水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして触媒を得た。
(Comparative Example 5)
A catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous silver nitrate solution in which 0.39 g of silver nitrate was dissolved in 220 g of ion-exchanged water was used instead of the colloidal solution.
(比較例6)
コロイド溶液に代えて、市販の銀ナノ粒子(同和エレクトロニクス社製、平均一次粒子径20nm)0.25gをイオン交換水220gに溶解させた溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして触媒を得た。
(Comparative Example 6)
Instead of the colloidal solution, the same procedure as in Example 1 was used except that a solution obtained by dissolving 0.25 g of commercially available silver nanoparticles (manufactured by Dowa Electronics Co., Ltd., average primary particle size 20 nm) in 220 g of ion-exchanged water was used. A catalyst was obtained.
表1には、実施例1〜4及び比較例1〜6において得られたコロイド溶液の組成を示し、表2には、得られた触媒における超微粒子の平均一次粒子径測定及び触媒活性評価の結果を示す。なお、比較例3、5、6においては、コロイド粒子が得られず、比較例3においては、超微粒子も得られなかった。また、コロイド粒子の平均粒子径測定において撮影された透過型電子顕微鏡(TEM)写真のうち、実施例1で得られたコロイド粒子のTEM写真を図5に示す。 Table 1 shows the compositions of the colloidal solutions obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6, and Table 2 shows the average primary particle size measurement and catalytic activity evaluation of the ultrafine particles in the obtained catalysts. Results are shown. In Comparative Examples 3, 5, and 6, colloidal particles were not obtained, and in Comparative Example 3, ultrafine particles were not obtained. FIG. 5 shows a TEM photograph of the colloidal particles obtained in Example 1 among the transmission electron microscope (TEM) photographs taken in the measurement of the average particle diameter of the colloidal particles.
表1及び図5に示した結果から明らかなように、本発明の製造方法において得られる銀系コロイド溶液は、コロイド粒子が微細状態で安定して分散されていることが確認された。また、本発明に係る銀系コロイド溶液のように、エチレンジアミン等の低分子量の水溶性アミンを用いると、コロイド溶液中の炭素と銀との成分比(炭素原子質量/銀原子質量(C/Ag))が0.18〜2.2の範囲内となり、かつコロイド粒子の平均粒子径が1.0〜3.5nmの範囲内となることが確認された。さらに、このようなコロイド粒子を用いて得られた本発明の触媒は、金属酸化物担体上において超微粒子が均一に分散され、かつ安定して保持されており、高水準の触媒活性を有することが確認された。 As is apparent from the results shown in Table 1 and FIG. 5, it was confirmed that the colloidal particles were stably dispersed in a fine state in the silver-based colloid solution obtained by the production method of the present invention. When a low molecular weight water-soluble amine such as ethylenediamine is used as in the silver-based colloidal solution according to the present invention, the component ratio of carbon and silver in the colloidal solution (carbon atom mass / silver atom mass (C / Ag )) Was within the range of 0.18 to 2.2, and the average particle size of the colloidal particles was confirmed to be within the range of 1.0 to 3.5 nm. Furthermore, the catalyst of the present invention obtained by using such colloidal particles has a high level of catalytic activity because the ultrafine particles are uniformly dispersed and stably held on the metal oxide support. Was confirmed.
以上説明したように、本発明によれば、焼成時の異常過熱を防止することができ、銀を含有する超微粒子が安定に保持された高水準の触媒活性を有する触媒を得ることが可能な排ガス浄化用触媒の製造方法、並びに、その方法により得られた排ガス浄化用触媒を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, abnormal overheating during firing can be prevented, and a catalyst having a high level of catalytic activity in which ultrafine particles containing silver are stably maintained can be obtained. It becomes possible to provide a method for producing an exhaust gas purifying catalyst and an exhaust gas purifying catalyst obtained by the method.
10…ホモジナイザー、11…ローター、12…外側ステータ、13…内側ステータ、14…回転シャフト、15…モーター、16A,16B…ノズル、17A,17B…流路(供給管)、20…反応容器、A,B…反応溶液、X…回転軸、Y…回転軸Xに対して直交する面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Homogenizer, 11 ... Rotor, 12 ... Outer stator, 13 ... Inner stator, 14 ... Rotating shaft, 15 ... Motor, 16A, 16B ... Nozzle, 17A, 17B ... Flow path (supply pipe), 20 ... Reaction vessel, A , B ... reaction solution, X ... rotation axis, Y ... surface perpendicular to the rotation axis X.
Claims (5)
銀イオンを含有する第1の原料溶液と、水溶性アミンを含有する第2の原料溶液とを、40〜95℃において、1,000〜50,000sec−1の剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合することにより、銀を含有するコロイド粒子が分散された銀系コロイド溶液を得る工程と、
前記銀系コロイド溶液を前記金属酸化物担体に接触せしめた後に、大気中、300〜600℃で焼成して前記排ガス浄化用触媒を得る工程とを含み、
前記銀系コロイド溶液における炭素と銀との成分比が、前記銀系コロイド溶液にアルミナ粉末を混合して300torr以下で減圧乾燥させ、次いで大気中、120℃で12時間加熱した後における誘導結合プラズマ発光分析により求められる炭素原子と銀原子との質量比(炭素原子/銀原子)で、0.17〜2.5の範囲内にあり、かつ、前記コロイド粒子の平均粒子径が1.0〜3.5nmの範囲内にあること、
を特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。 A method for producing an exhaust gas purification catalyst comprising a metal oxide support and ultrafine particles supported on the metal oxide support and containing silver,
The first raw material solution containing silver ions and the second raw material solution containing a water-soluble amine are placed in a region having a shear rate of 1,000 to 50,000 sec −1 at 40 to 95 ° C. A step of obtaining a silver-based colloidal solution in which colloidal particles containing silver are dispersed by directly introducing and independently mixing independently;
The step of contacting the silver-based colloidal solution with the metal oxide support, followed by firing in the atmosphere at 300 to 600 ° C. to obtain the exhaust gas purification catalyst,
The component ratio of carbon to silver in the silver-based colloidal solution is inductively coupled plasma after alumina powder is mixed with the silver-based colloidal solution and dried under reduced pressure at 300 torr or less and then heated at 120 ° C. for 12 hours in the air. The mass ratio of carbon atoms to silver atoms (carbon atom / silver atom) determined by emission analysis is in the range of 0.17 to 2.5, and the average particle size of the colloidal particles is 1.0 to Within the range of 3.5 nm,
A method for producing an exhaust gas purifying catalyst.
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