JP6774654B2 - 排ガス浄化触媒及び排ガス浄化方法 - Google Patents
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
アルミナ及びイットリアからなる担体と、前記担体に担持された白金及びパラジウムとを備え、
前記担体におけるイットリウムの含有量が、イットリア換算で16〜36質量%であり、
前記白金と前記パラジウムとの含有比率が、金属換算での質量比(白金:パラジウム)で10:1〜1:10の範囲にあり、
前記白金と前記パラジウムとの少なくとも一部が固溶しており、かつ、
CuKα線を用いたX線回折測定において2θ角が81.3°〜82.1°の間に現れる回折ピークのメインピーク位置Aと、前記含有比率からベガード則に基づいて求められる白金及びパラジウムの固溶体のメインピーク位置の計算値Bと、の関係が次式(1):
0≦(A−B)≦0.15 … (1)
で示される条件を満たすこと、
を特徴とするものである。
先ず、本発明の排ガス浄化触媒について説明する。本発明の排ガス浄化触媒は、アルミナ及びイットリアからなる担体と、前記担体に担持された白金及びパラジウムとを備え、
前記担体におけるイットリウムの含有量が、イットリア換算で16〜36質量%であり、
前記白金と前記パラジウムとの含有比率が、金属換算での質量比(白金:パラジウム)で10:1〜1:10の範囲にあり、
前記白金と前記パラジウムとの少なくとも一部が固溶しており、かつ、
CuKα線を用いたX線回折測定において2θ角が81.3°〜82.1°の間に現れる回折ピークのメインピーク位置Aと、前記含有比率からベガード則に基づいて求められる白金及びパラジウムの固溶体のメインピーク位置の計算値Bと、の関係が次式(1):
0≦(A−B)≦0.15 … (1)
で示される条件を満たすこと、
を特徴とするものである。
本発明に係る担体は、アルミナ(Al2O3)及びイットリア(Y2O3)からなり、前記担体におけるイットリウム(Y)の含有量がイットリア換算で16〜36質量%であるものである。本発明においては、前記イットリウムの含有量が16質量%(イットリア換算)以上であっても、白金とパラジウムとの固溶体粒子、並びに、存在する場合には白金粒子及び/又はパラジウム粒子(以下、これらを場合により「活性金属粒子」という)を高分散状態で担持することができる。前記イットリウムの含有量が前記下限未満、或いは、前記上限を超えると、前記固溶体粒子が粒成長し、高分散状態で担持することが困難となる。このようなイットリウムの含有量としては、前記固溶体粒子をより高分散状態で担持することができる傾向にある観点から、16〜30質量%であることがより好ましく、17〜25質量%であることが更に好ましい。
本発明の排ガス浄化触媒においては、前記担体に白金(Pt)及びパラジウム(Pd)が担持されている。これらの白金及びパラジウムとしては、粒子状で担持されていることが好ましく、前記粒子としては、各金属粒子(白金粒子、パラジウム粒子)、酸化物粒子(白金酸化物粒子、パラジウム酸化物粒子、白金及びパラジウムの複合酸化物の粒子、白金及び/又はパラジウムと他の金属との複合酸化物の粒子)、白金とパラジウムとの固溶体粒子が挙げられる。本発明の排ガス浄化触媒においては、白金及びパラジウムの少なくとも一部が固溶していることが必要であり、少なくとも白金とパラジウムとの固溶体粒子が前記担体に担持されているか、或いは、前記固溶体粒子と白金粒子及び/又はパラジウム粒子とが前記担体に担持されていることが好ましい。また、前記担体に白金粒子及びパラジウム粒子が担持されている場合、白金とパラジウムとの固溶体が高効率に形成され、また、同固溶体が粒成長しにくい傾向にある観点から、白金粒子とパラジウム粒子とがより近傍に担持されていることが好ましい。
0≦(A−B)≦0.15 … (1)
で示される条件を満たすことが必要である。メインピーク位置Aと、メインピーク位置の計算値Bとが前記式(1)で示される条件を満たすことは、上述したように、白金とパラジウムとの固溶度が高いことを示す。前記式(1)としては、次式:0≦(A−B)≦0.12で示されることがより好ましい。本発明の排ガス浄化触媒においては、このように高い固溶度で白金とパラジウムとが固溶体となっていることにより、低温でのCO及びHCに対する酸化活性が十分に高くなる。
次に、本発明の排ガス浄化触媒の製造方法について説明する。本発明の排ガス浄化触媒の製造方法としては、例えば、アルミナ粒子及びイットリウム塩溶液を用いてアルミナ及びイットリアからなる担体を得る工程(担体準備工程)と、白金塩溶液及びパラジウム塩溶液を用いて前記担体に白金及びパラジウムを担持せしめる工程(活性金属担持工程)と、白金及びパラジウムが担持された前記担体を500〜1000℃の範囲内の温度で焼成せしめることにより前記本発明の排ガス浄化触媒を得る工程(焼成工程)と、を含む方法を用いることが好ましい。ただし、本発明の排ガス浄化触媒の製造方法はこれに制限されず、適宜公知の方法を採用することができる。
前記担体準備工程において用いるアルミナ粒子としては、特に制限されないが、例えば、公知のアルミナの製造方法を適宜採用して得られるアルミナや、市販のアルミナを用いることができる。このようなアルミナの製造方法としては、例えば、硝酸アルミニウム溶液にアンモニア水を添加して中和して得られる沈殿物を500〜1200℃程度で0.5〜10時間程度焼成した後、乾式粉砕してアルミナを得る方法が挙げられる。
前記活性金属担持工程において用いる白金塩としては、特に制限されないが、例えば、白金(Pt)の酢酸塩、炭酸塩、硝酸塩、アンモニウム塩、クエン酸塩、水酸化物、テトラアンミン塩、ジニトロジアンミン塩等又はそれらの錯体が挙げられ、中でも、担持されやすさと高分散性の観点、並びに、パラジウムとより固溶度の高い固溶体を得られる傾向にある観点から、水溶液が塩基性となる塩であることが好ましく、より具体的には、テトラアンミン白金水酸塩等の、酸性イオン(硝酸イオン等)を含まないアンミン系の塩基性塩が好ましい。
前記焼成工程においては、前記活性金属担持担体を500〜1000℃の範囲内の温度、より好ましくは750〜900℃の範囲内の温度、更に好ましくは750〜850℃の範囲内の温度で焼成せしめることが好ましい。前記焼成の温度(焼成温度)が前記下限未満になると、白金及びパラジウムの固溶体が十分に生成しないため、低温においてCO及びHCに対する酸化活性が十分に発揮されない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、固溶体を高分散で担持させることが困難となる傾向にある。また、前記焼成の時間(加熱時間)としては、前記焼成温度により異なるものであるため一概には言えないが、1〜20時間であることが好ましく、4〜15時間であることがより好ましい。また、このような焼成工程における雰囲気としては、特に制限されないが、大気中又は窒素(N2)等の不活性ガス中であることが好ましい。このような方法により、アルミナ及びイットリアからなる担体と、前記担体に担持された白金及びパラジウムとを備える本発明の排ガス浄化触媒を得ることができる。
次に、本発明の排ガス浄化方法について説明する。本発明の排ガス浄化方法は、前記本発明の排ガス浄化触媒に内燃機関からの排ガスを接触せしめて前記排ガスを浄化することを特徴とする方法である。
先ず、イットリウム塩溶液として、クエン酸(和光純薬工業株式会社製、特級)230gをイオン交換水220gに溶解させた溶液に、酢酸イットリウム四水和物(和光純薬工業株式会社製)101gを加え、室温(25℃)において約6時間撹拌して、イットリウムクエン酸錯体水溶液を準備した。次いで、得られたイットリウムクエン酸錯体水溶液を用いて、イットリウムの金属換算での担持量が0.2molとなるようにアルミナ粉末(θ−Al2O3、商品名:puralox、sasol社製)100gにイットリウムを担持せしめ、ロータリエバポレータで乾燥後、大気中、800℃の温度条件で5時間焼成することにより、アルミナの表面がイットリアで修飾された、イットリア表面修飾アルミナ担体(イットリウムのイットリア換算含有量:18.4質量%)を得た。
前記アルミナ粉末100gに対するイットリウム担持量(金属換算)が0.4molとなるようにしたこと以外は実施例1と同様にして、排ガス浄化触媒を得た(イットリア表面修飾アルミナ担体におけるイットリウムのイットリア換算含有量:31.1質量%)。
前記イットリウム塩溶液として、イットリウムクエン酸錯体水溶液に代えて、酢酸イットリウム四水和物(和光純薬工業株式会社製)をイオン交換水に溶解させた酢酸イットリウム四水和物水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、排ガス浄化触媒を得た。
前記アルミナ粉末としてγ−Al2O3の粉末(商品名:MI307、WRグレース社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、排ガス浄化触媒を得た。
前記アルミナ粉末としてγ−Al2O3の粉末(商品名:MI307、WRグレース社製)を用いたこと以外は実施例3と同様にして、排ガス浄化触媒を得た。
アルミナ粉末(θ−Al2O3、商品名:puralox、sasol社製)を、テトラアンミン白金水酸塩水溶液及びテトラアンミンパラジウム水酸塩水溶液に、前記アルミナ粉末100gに対して白金の担持量(金属換算)が6g、パラジウムの担持量(金属換算)が1.5gとなるように(白金:パラジウム=4:1(金属換算質量比))含浸させ、前記アルミナ粉末(アルミナ担体)に白金及びパラジウムを担持せしめた。これをロータリエバポレータで乾燥後、大気中、550℃の温度条件で2時間焼成することにより、前記アルミナ担体に白金及びパラジウムが担持された、粉末状の排ガス浄化触媒を得た。
前記アルミナ粉末100gに対するイットリウム担持量(金属換算)が0.067molとなるようにしたこと以外は実施例1と同様にして、排ガス浄化触媒を得た(イットリア表面修飾アルミナ担体におけるイットリウムのイットリア換算含有量:7.0質量%)。
前記アルミナ粉末100gに対するイットリウム担持量(金属換算)が0.6molとなるようにしたこと以外は実施例1と同様にして、排ガス浄化触媒を得た(イットリア表面修飾アルミナ担体におけるイットリウムのイットリア換算含有量:40.4質量%)。
前記アルミナ粉末としてγ−Al2O3の粉末(商品名:MI307、WRグレース社製)を用いたこと以外は比較例1と同様にして、排ガス浄化触媒を得た。
前記アルミナ粉末としてγ−Al2O3の粉末(商品名:MI307、WRグレース社製)を用いたこと以外は比較例2と同様にして、排ガス浄化触媒を得た。
テトラアンミン白金水酸塩水溶液に代えてジニトロジアンミン白金硝酸水溶液を用い、テトラアンミンパラジウム水酸塩水溶液に代えて硝酸パラジウム水溶液を用い、かつ、前記アルミナ粉末100gに対して白金の担持量(金属換算)が3.6g、パラジウムの担持量(金属換算)が0.9gとなるようにしたこと以外は比較例4と同様にして、排ガス浄化触媒を得た。
テトラアンミン白金水酸塩水溶液に代えてジニトロジアンミン白金硝酸水溶液を用い、テトラアンミンパラジウム水酸塩水溶液に代えて硝酸パラジウム水溶液を用い、かつ、前記アルミナ粉末100gに対して白金の担持量(金属換算)が3.6g、パラジウムの担持量(金属換算)が0.9gとなるようにしたこと以外は実施例4と同様にして、排ガス浄化触媒を得た。
(実施例1〜5、比較例1〜5)
各実施例及び比較例で得られた排ガス浄化触媒について、大気中、750℃で37時間の熱処理を施した後、それぞれ、次の方法で活性評価試験を行った。すなわち、先ず、内径15mmの石英反応管にアルミナが1g含まれる量の各触媒を充填し、常圧固定床流通型反応装置(ベスト測器株式会社製、「CATA−8000」)を用い、CO2(10容量%)、O2(10容量%)、CO(800ppm)、C3H6(400ppmC)、NO(100ppm)、H2O(5容量%)及びN2(残部)からなるモデルガスを10L/分の流量で前記石英反応管内に供給しながら、触媒への入りガスを500℃で5分間加熱した後、前記石英反応管内の温度が50℃となるまで冷却する処理(前処理)を施した。
前処理における温度を500℃から300℃に代えたこと以外は上記と同様にして活性評価試験を行い、50%CO酸化温度(T50[℃])及び50%HC酸化温度(T50[℃])をそれぞれ求めた。
実施例1〜3及び比較例1〜7で得られた排ガス浄化触媒について、それぞれ、次の方法でX線回折測定を行った。すなわち、先ず、各触媒について、粉末X線回折装置(株式会社リガク製、「UltimaIV」)を用いて、スキャンステップ:0.02°、スキャン速度:0.2°/分、CuKα線、40kV、40mA、の条件でX線回折(XRD)測定を行い、得られたX線回折パターンにおいて、2θ角が81.3°〜82.1°の間に現れる回折ピークの値を読み取った。2θ角が81.3°〜82.1°の間に現れる回折ピークは、白金結晶、パラジウム結晶及び/又はそれらの固溶体の(311)面に帰属する回折ピークである。
前記回折ピークの半値幅より、シェラーの式(Scherrer’s equation)を用いて、活性金属粒子である貴金属粒子(白金粒子、パラジウム粒子、それらの固溶体粒子)の平均一次粒子径(nm)を求めた。得られた結果を「貴金属粒子径[nm]」として表3に示す。なお、表3には、担体中のイットリウムのイットリア換算含有量(イットリア含有量[質量%])も併せて示す。
前記回折ピークのうち、ピークトップまでの高さが最も高いもの(メインピーク)の、ピークトップがある位置(°)を「ピークA」とした。また、図1に示す直線と、各実施例及び比較例における白金(Pt)及びパラジウム(Pd)の仕込み比から求められるパラジウム含有量(Pd/(Pt+Pd)×100[%])より、ベガード則に基づいてメインピーク位置の計算値(°)を求め、これを「ピークB」とした。また、これらより、ピークAの値(A)とピークBの値(B)との差(A−B)を求めた。得られた結果を表3に示す。なお、A−Bの値の絶対値が小さいほど、白金とパラジウムとの固溶度が高いものと評価できる。
X線回折測定により、担体におけるイットリウムの状態を測定した。その結果、イットリウムは、実施例1、4では一部がAl2Y4O9又はY2O3として、実施例2ではAl2Y4O9として、実施例3、5ではY2O3として、それぞれ含有されていることが確認された。なお、比較例3ではAl2Y4O9として、比較例7では一部がAl2Y4O9又はY2O3として、それぞれ含有されていることが確認された。
Claims (4)
- アルミナ及びイットリアからなる担体と、前記担体に担持された白金及びパラジウムとを備え、
前記担体におけるイットリウムの含有量が、イットリア換算で16〜36質量%であり、
前記白金と前記パラジウムとの含有比率が、金属換算での質量比(白金:パラジウム)で10:1〜1:10の範囲にあり、
前記白金と前記パラジウムとの少なくとも一部が固溶しており、かつ、
CuKα線を用いたX線回折測定において2θ角が81.3°〜82.1°の間に現れる回折ピークのメインピーク位置Aと、前記含有比率からベガード則に基づいて求められる白金及びパラジウムの固溶体のメインピーク位置の計算値Bと、の関係が次式(1):
0≦(A−B)≦0.15 … (1)
で示される条件を満たすこと、
を特徴とする排ガス浄化触媒。 - 前記メインピーク位置Aが白金及びパラジウムの固溶体の(311)面に起因するピーク位置にあることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化触媒。
- 前記白金の担持量が、金属換算で、前記アルミナ100質量部に対して0.1〜15質量部であり、かつ、
前記パラジウムの担持量が、金属換算で、前記アルミナ100質量部に対して0.01〜15質量部である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化触媒。 - 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒に内燃機関からの排ガスを接触せしめて前記排ガスを浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
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