JP2001524918A - 改良された熱安定性と酸素貯蔵能力を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、Ce/Zr複合酸化物及びCe/Zr固溶体 - Google Patents
改良された熱安定性と酸素貯蔵能力を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、Ce/Zr複合酸化物及びCe/Zr固溶体Info
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Abstract
(57)【要約】
酸化物又はその前駆体の生成の際に、アニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性剤のような添加剤を添加することによって改良された粒子サイズ分布、表面積、酸素貯蔵能力、及び気孔体積を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、(Ce,Zr)O2複合酸化物、及び(Ce,Zr)O2固溶体の製造。
Description
【発明の詳細な説明】
改良された熱安定性と酸素貯蔵能力を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、
Ce/Zr複合酸化物及びCe/Zr固溶体
発明の背景
発明の分野
本発明は、改良された熱安定性と酸素貯蔵能力を有する酸化セリウム、酸化ジ
ルコニウム、複合酸化セリウムジルコニウム(及び水酸化物とカーボネート)に
関する。この本酸化物、水酸化物又はカーボネートは、微細な粒子サイズ分布、
非常に大きい表面積、酸素の貯蔵能力と放出能力を有し、触媒コンバーター、ス
チレン製造用の触媒、及び排気ガスシステム用の触媒などの多くの用途に有用で
ある。
発明の背景
セリウムとジルコニウムの酸化物、とりわけセリウムとジルコニウムの複合酸
化物(Ce,Zr)O2と固溶体は、自動車触媒コンバーターなどに使用される
触媒等に使用される触媒などの多くの用途に有用である。このような酸化物は、
一般に、液体媒体中で前駆体から固体酸化物の生成を含む公知の沈殿技術によっ
て作成される。このような酸化物が、例えば触媒コンバーターに使用される場合
、高温での経時後の材料の表面積の安定性によって規定される、化合物の熱安定
性を最大限にすることが望ましい。(Ce,Zr)O2の複合酸化物の他に、本
発明は酸化セリウム、酸化ジルコニウム、これらの混合物、及び酸化セリウムジ
ルコニウム(Ce,Zr)O2固溶体(酸化物の三次元構造中のセリウムとジル
コニウムの間
の置換が2つの異なる相ではなく1つの相)にも関するものであり、これらはい
ずれも触媒又は触媒支持体として使用可能である。
次第に厳しくなっている車両の排ガス基準は、排ガスシステムの運転条件を次
第に難しくしている。大部分の最近のガソリン燃料自動車は、排ガスを後処理す
るいわゆる三元触媒を装備している。このシステムの目的は、貴金属ベースの不
均質触媒によって一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物を同時に処理し、エン
ジンの空燃比をコントロールして、最適な転化率を保証する排ガス組成とする。
酸化セリウムジルコニウムは、自動車排ガス処理の三元触媒に広範囲に使用され
ている。自動車の三元触媒は、貴金属(白金、ロジウム等)、促進剤、及び支持
体の例えばγ−アルミナからなる。促進剤としてCeO2を添加すると、一酸化
炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)、及び炭化水素(Hcs)を除去するため
の動的性能の改良をもたらすことが知られている。しかしながら、自動車エンジ
ンにおける高温条件の使用は、支持体の表面積低下、支持された貴金属のシンタ
リング、及び添加されたセリウムの脱活性などの顕著な劣化に結びつく。
酸化セリウム、酸化ジルコニウム、複合酸化セリウムジルコニウムは、触媒又
は触媒担体として使用可能なことが知られている。また、触媒と試薬の間の接触
面積が大きい程、触媒が一般により有効であることが周知である。このため、触
媒は出来るだけ分割された状態に維持されること、即ち、構成する固体粒子が微
細で出来るだけバラバラにされていることが必要である。したがって、支持体の
基本的役割は、出来るだけ分割された状態で触媒の粒子又は結晶を試薬に接触さ
せておくことである。触媒支持体を長期間使用すると、非常に小さい微細気孔の
合体により、比表面積の低下が生じる。この合体の間に、触媒の一部は支持体の
塊に囲まれ、もはや試薬と
接触しないことが起り得る。
本発明の目的は、改良された熱安定性、表面積、気孔率、及び/又は酸素貯蔵
能力を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、複合酸化セリウムジルコニウム
(Ce,Zr)O2、及びセリウムジルコニウム(Ce,Zr)O2固溶体を製造
する方法を提供することである。本方法は、好ましくは、改良された熱安定性、
表面積、気孔率、及び/又は酸素貯蔵能力を有する酸化セリウム、(Ce,Zr
)O2複合酸化物、及び(Ce,Zr)O2固溶体の製造に使用される。
本発明のもう1つの目的は、改良された熱安定性、表面積、気孔率、及び/又
は酸素貯蔵能力を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、(Ce,Zr)O2
複合酸化物、及び(Ce,Zr)O2固溶体組成物である。得られる酸化物、複
合酸化物、固溶体は、非常に大きい表面積、非常に大きい酸素貯蔵能力、小さい
粒子サイズを有することができる。
本発明のこれら及びこの他の目的は、以下の説明からより容易に明らかになる
であろう。
発明の要旨
本発明は、酸化物又はその前駆体の生成の際にアニオン系界面活性剤及び/又
はノニオン系界面活性剤を導入することによって、沈殿、共沈、又は熱分解のよ
うなプロセスによって得られる酸化セリウム、酸化ジルコニウム、(Ce,Zr
)O2複合酸化物、及び(Ce,Zr)O2固溶体の熱安定性、表面積、気孔率、
及び/又は酸素貯蔵能力を改良する新規な方法を提供する。付加的にアルコキシ
ル化合物及び/又は添加剤で洗浄又は含浸することによって、熱安定性、表面積
、気孔率、及び/又は酸素貯蔵能力をさらに改良す
ることができる。
本願において、比率、割合、%はいずれも、特に明記がない限り、重量を基準
とする。本願における用語「含む」は、種々の成分を併用可能なことを意味する
。従って、用語「本質的にからなる」や「からなる」は用語「含む」の一態様で
ある。
発明の詳細な説明
無機化合物の熱安定性は、材料を高温で経時させたときの表面積の安定性と規
定することができる。多くの用途、とりわけ触媒にとって大きい表面積と高い安
定性の材料は、最終ユーザーに必要とされる。本発明によれば、セリウムとジル
コニウムの複合酸化物と固溶体が、改良された熱安定性、表面積、及び/又は酸
素貯蔵能力を有して製造される。また、本発明は、改良された熱安定性、表面積
、気孔率、及び/又は酸素貯蔵能力を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、
及び酸化セリウムと酸化ジルコニウムの混合物の製造に有用である。
多くの方法が、大きい表面積の酸化物、複合酸化物、固溶体を製造するために
開発されてきた。これらは一般に、前駆体の合成、酸化物の転化に先立った前駆
体の処理、前駆体から酸化物への転化、及び複合酸化物材料の後処理の4つの基
本的な工程に分けられる。酸化物の前駆体を得る合成方法には、水系の沈殿又は
共沈、有機共沈、スプレー共沈、及び水熱法が挙げられる。これらは、当該技術
で公知の常套方法である。本発明の方法は、好ましくは、水系沈殿又は共沈と水
熱法を使用する。最も好ましくは、本発明の方法は、水系沈殿又は共沈を使用す
る。
一般に、水中に含水水酸化物を沈殿するプロセスは、酸ベースの中和又はイオ
ン交換反応である。この方法は、一般に、大きい表面
積の酸化物を得るのに熱処理を必要とする。数多く使用される可溶性塩には、ニ
トレート、カーボネート、ハロゲン化物が挙げられ、これらは一般に水系アンモ
ニア溶液に添加して「中和」し、金属水酸化物を生成する。これは、酸化物粉末
の前駆体を調製するために使用される最も一般的な方法である。通常プロセスの
共熱加水分解と水系共沈を下記にそれぞれ概説する。
−共熱加水分解−
共熱加水分解プロセスの第1段階は、水系媒体中に、少なくとも1種の可溶性
セリウム化合物(好ましくは塩)及び/又は少なくとも1種の可溶性ジルコニウ
ム化合物(好ましくは塩)の混合物を調製する。この混合物は、水に溶ける固体
化合物から、又はこれらの化合物の水溶液から直接作成し、次いで、任意の順序
で所定の溶液を混合することによって得ることができる。
水溶性セリウム化合物の1つの例はCe(IV)塩の例えば硝酸セリウムアンモニ
ウムなどのニトレートであり、これは本発明にとって適切である。好ましくは、
硝酸セリウムを使用する。セリウムIV塩の溶液は一部セリウムIIIを含むことが
ある。ここで、この塩は少なくとも約85%のセリウムIVを含むことが好ましい
。硝酸セリウムの水溶液は、酸化剤の過酸化水素の存在下で、セリウムIII塩溶
液(例えばカーボネート)とアンモニア溶液の標準的反応によって調製された水
和酸化セリウムと硝酸を反応させることによって得ることができる。硝酸第1セ
リウムの電解酸化によって得られる硝酸第2セリウムもまた使用可能である。
セリウムIV塩の水溶液は若干の遊離酸を含むことがあり、例えば約0.1〜約
4Nの規定度である。本発明において、若干の遊離酸を含む溶液、又は塩基(例
えば、アンモニア、水酸化ナトリウムやカリウム等の水溶液)を添加することに
よって予め中和した溶液の
いずれも使用可能である。好ましくは、遊離酸度を下げるためにアンモニア溶液
を使用する。この場合、下記の式によって初期溶液の中和率(r)を定めること
ができる。
r=(n3−n2)/n1
ここで、n1は中和後に溶液中に存在するCeIVの全モル数を表し、n2はCeIV
水溶液の初期遊離酸度を中和するのに有効に使用されるOH-イオンの全モル数
を表し、n3は添加される塩基からのOH-イオンの全モル数を表す。中和工程が
使用される場合、Ce(OH)4化学種の完全な沈殿を保証するために過剰な塩
基を使用することができる。好ましくは、rは約1より小さく、より好ましくは
約0.5である。
本発明で使用される可溶性ジルコニウム塩は、例えば、硝酸ジルコニウム、硝
酸ジルコニル、塩化ジルコニルであることができる。
混合物中に含まれるセリウムとジルコニウムの量は、最終的な所望の組成を得
るのに必要な化学量論比に実質的に対応する。
混合物が得られると、次いでそれを加熱する。この熱処理は、熱加水分解と称
され、約80℃と反応媒体の臨界温度の間の好ましい温度で行われ、一般に約8
0〜約350℃、より好ましくは約90〜約200℃である。
この加熱段階は、空気中又は不活性ガスの例えば窒素中で行うことができる。
任意の適切な反応時間が採用されてよいが、通常は約2〜約24時間である。こ
の熱処理は、大気圧又は飽和蒸気圧などのより高い圧力下で行うことができる。
例えば約150〜約350℃のように温度が反応媒体の還流温度(通常は約10
0℃よりも高い)よりも高い場合、この反応は、密閉反応器又はオートクレーブ
中で行われる。この圧力は、自己圧力に等しいことができ、選択温度に対応する
ことができる。また、反応器の圧力を高めることもで
きる。所望により、反応収率を改良する目的で、反応媒体の中に加熱段階の後、
追加の塩基を直接添加することもできる。
加熱段階の後、反応器から固体沈殿物を回収し、例えば濾過、沈降、又は遠心
分離のような当業者に公知の任意のプロセスによって、母液から分離する。
所望により、得られた沈殿物を、下記により十分に記載する1種以上のアルコ
キシル化合物を用いて洗浄又は含浸することができる。1つの態様において、次
に約80〜約300℃、好ましくは約100〜約150℃の温度条件下で沈殿物
を乾燥する。好ましくは、この乾燥段階は、重量減少が実質的に見られなくなる
まで行う。
随意の乾燥段階の後、回収した沈殿物を仮焼する。これは、結晶相の生成を可
能にする。通常、この仮焼は約200〜約1000℃の温度で行う。仮焼温度は
一般に約300℃より高く、好ましくは約400〜約800℃の範囲である。
本発明によると、添加剤の例えばノニオン系界面活性剤及び/又はアニオン系
界面活性剤を、塩溶液、塩基、反応器、及び/又は反応媒体に添加することがで
きる。水酸化物(又は他の前駆体)の生成は、好ましくは熱加水分解/加熱段階
又は随意の付加的中和段階/塩基添加の際、最も好ましくは随意の中和段階の際
の、添加剤の存在下である。
熱加水分解の好ましい態様において、添加剤は、中和段階の際に反応器に添加
する。
−水系共沈−
水系沈殿又は共沈法は、場合により酸化剤の存在下で、アニオン系及び/又は
ノニオン系界面活性剤のような添加剤の存在下で塩溶液と塩基を反応させること
により、水酸化物(当該技術分野では「水系酸化物」とも称される)又はカーボ
ネート又はヒドロキシカー
ボネートを調製し、得られた沈殿物を分離し、場合によりそれを洗浄又は含浸し
(好ましくはアルコキシル化化合物を用いる)、及び/又はそれを乾燥又は仮焼
することを含む。
共沈プロセスの第1段階は、少なくとも1種の可溶性セリウム化合物(好まし
くは塩)、少なくとも1種のジルコニウム化合物(好ましくは塩)、又は両者の
水系媒体中の混合物の調製である。この混合物は、水に溶ける固体化合物から、
又はこれら化合物の水溶液から直接、任意の順序で所定の溶液を混合することで
得ることができる。本発明によると、塩基と、セリウム又はジルコニウム化合物
(例えば塩)の反応を、添加剤の存在下で行う。
使用されるセリウム塩溶液は、調製条件下で可溶な第1セリウム又は第2セリ
ウムの状態の任意のセリウム水溶液でよく、とりわけ第1セリウムもしくは第2
セリウムの状態又はこれらの混合物の塩化セリウム又は硝酸セリウムの溶液であ
る。適切な水溶性セリウム化合物には、セリウムIII塩、硝酸セリウム、ハロゲ
ン化セリウム(例えば、塩化物)が挙げられる。使用されるジルコニウム塩は、
調製条件下で可溶な任意の水系ジルコニウム溶液でよい。本発明で使用される可
溶性ジルコニウム塩は、ニトレート、スルフェート、又はハロゲン化物であり、
例えば硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、又は塩化ジルコニウムでよい。Z
r(IV)塩が使用可能である。
高い金属純度、好ましくは約90%より高い、より好ましくは約95%より高
い、最も好ましくは約99%より高い純度のセリウム又はジルコニウム塩を使用
することが好ましい。Ce及び/又はZr塩は、希土類元素(例えば、Pr,L
a)のような別な元素を約2%のようないろいろな量で含み得ることが知られて
いる。混合物中に含まれるセリウム及び/又はジルコニウムの量は、最終的な所
望の組成物を得るのに必要な化学量論比に対応する。
所望により、酸化剤を使用することができる。適切な酸化剤には、ナトリウム
、カリウム、又はアンモニウムの過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、又は過硫酸塩、過
酸化水素、空気、酸素、又はオゾンが挙げられる。好ましくは過酸化水素である
酸化剤は、セリウム/ジルコニウム混合物に、又は混合に先立ってセリウム又は
ジルコニウム塩に添加することができる。酸化される塩に対する酸化剤の量は、
広範囲に変わることがある。一般に、化学量論よりも多く、好ましくは過剰であ
る。
沈殿は、塩溶液(1種以上でもよい)と塩基溶液の反応によって行うことがで
きる。塩基溶液をセリウム及び/又はジルコニウム塩溶液に添加し、水酸化物、
カーボネート、又はヒドロキシカーボネートを沈殿させることができる(又は塩
溶液を塩基溶液に添加してもよい)。塩基は、アンモニア溶液、ナトリウムやカ
リウム等の水酸化アルカリ溶液、又はナトリウム、カリウム、又はアンモニアの
カーボネート又は重炭酸塩溶液であることができる。使用される塩基溶液は、と
りわけアンモニア又は水酸化ナトリウムもしくはカリウムの水溶液であることが
できる。好ましくは、アンモニア溶液が使用される。塩基溶液の規定度は、本発
明においてはそれ程重要な因子ではなく、広範囲に変わることができる。好まし
い範囲は約1〜約5Nであり、最も好ましくは約2〜約3Nである。使用される
塩溶液の量は、反応媒体のpHが好ましくは約7を上回るように定められる。バ
ッチ沈殿の場合、添加される塩基溶液の量は、好ましくは、少なくともCe(O
H)4及び/又はZr(OH)4を析出するのに必要な量である。
沈殿は、バッチ又は連続的に行われる。連続的沈殿の場合、反応pHは、一般
に、約7〜約11、好ましくは約7.5〜約9.5の
間に維持される。一般に、反応媒体の混合時間はそれ程重要な因子ではなく、広
範囲に変わることができるが、一般に約15分間〜約2時間の中で選択される。
反応器中の材料の滞留時間は、一般に少なくとも約15分間であり、好ましくは
少なくとも約30分間である。反応は、室温などの任意の適切な温度で行うこと
ができる。
反応段階の後、反応器から固体沈殿物を回収し、例えば濾過、沈降、遠心分離
のような当業者に公知の任意のプロセスによって母液から分離する。沈殿物は、
デカンテーション、乾燥、濾過及び/又は遠心分離のような通常の固体/液体分
離技術によって分離することができる。得られた沈殿物は、次いで洗浄すること
ができる。所望により、次いで得られた沈殿物を、下記のような1種以上のアル
コキシル化化合物で洗浄又は含浸することができる。
プロセスの次の段階は、途中の乾燥工程はあってもなくてもよいが、材料の仮
焼である。これは、結晶質固溶体相の生成を可能にする。通常、仮焼は約200
〜約1000℃の範囲の温度で行う。約300℃より高い仮焼温度が適切であり
、好ましくは約350〜約800℃の範囲である。
前述のように、(Ce,Zr)O2複合酸化物は、種々のプロセスによって調
製することができる。Ce(III)やZr(IV)の塩、例えばニトレートは、水酸化
ナトリウムやアンモニアのような塩を添加して、混合・沈殿させることができる
。水系沈殿条件は、高温での仮焼の後に複合酸化物相を得るように用いなければ
ならない。また、このプロセスは、沈殿剤として塩基の使用を必要とする。いず
れの場合も、沈殿物は、濾過、デカンテーション、又は遠心分離のような任意の
公知技術によって母液から分離される。洗浄の後、沈殿物を約120℃で乾燥し
て約400℃の最低温度で仮焼するか、前記温度で直接仮焼する、最終的な好ま
しい生産品は、有機物は仮
焼の結果除去されるため、有機物を殆ど又は全く含まない純粋な複合酸化物であ
る。
−添加剤−
酸化物もしくはその前駆体の好ましくは(Ce,Zr)O2複合酸化物、水酸
化物、カーボネートの熱安定性、表面積、酸素貯蔵能力を改良する目的で、共沈
や水熱処理(hydrothermolysis)などの際、例えば、アニオン系又はノニオン系
のエトキシル化アルコールは界面活性剤のような添加剤の使用が行われる。この
プロセスは、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、(Ce,Zr)O2複合酸化物
、(Ce,Zr)O2固溶体、及びその対応する水酸化物、カーボネート、又は
ヒドロキシカーボネート、又はこれらの混合物の製造に適する。このプロセスは
、酸化セリウム、(Ce,Zr)O2複合酸化物、(Ce,Zr)O2固溶体、及
びこれらの混合物の調製、最も好ましくは(Ce,Zr)O2複合酸化物と(C
e,Zr)O2固溶体の調製に使用するのに適する。
本発明において、アニオン系又はノニオン系界面活性剤のような添加剤が、セ
リウム、ジルコニウム、又は(Ce,Zr)酸化物(複合又は固溶体)もしくは
これらの前駆体の生成の際に、好ましくは共沈の際に存在する。添加剤は、一般
に、金属塩溶液の例えばZr塩溶液又はCe塩溶液、CeとZr塩溶液の混合物
、塩基水溶液、酸化剤、反応器、反応媒体に添加することができる。所望により
、液体/気体の分離の後又は液体/気体の分離段階の途中で、得られた沈殿物(
一般にウェットケーキ状)に、追加のアルコキシル化化合物又は添加剤を添加す
ることもできる。
添加剤は、一般に、次の一般式で表すことができる。
R1−((CH2)x−O)n−R2
ここで、R1とR2は線状又は非線状アルキル、アリール、及び/
又はアルキルアリール基又はH又はOH又はCl又はBr又はI、nは約1〜約
100の数、xは約1〜約4の数である。R1とR2はアルコール基、CO基、S
−C基などを含むことができる。好ましくは、熱安定性、表面積、気孔率、及び
/又は酸素貯蔵能力の改良を保証することができるアルコキシ基、とりわけメト
キシ、エトキシ、プロポキシ基を有する化合物である。
本願で使用するのに適切なアニオン系とノニオン系の界面活性剤は、「Handbo ok of Surfactants
,M.R.Porter,Blackie & Son Ltd.,Glasgow,1991,pp.54
to 115」に記載されており、本願でも参考にして取り入れられている。本願にお
ける用語「アニオン系界面活性剤」、「ノニオン系界面活性剤」、又は「添加剤
」は、界面活性剤の混合物、及び他のタイプの添加剤との混合物も含まれる。本
発明の添加剤は、割合に少量の添加剤の例えばアニオン系又はノニオン系の界面
活性剤を含む水溶液の形態で好適に提供されることができる。添加剤は、好まし
くは水溶液の約50wt%未満を構成し、より好ましくは水溶液の約0.1〜約3
0wt%を構成する。使用
販売されている。
使用するのに適切なアニオン系界面活性剤には、カルボキシレート、ホスフェ
ート、スルフェート、及びスルホネートが挙げられる。
適切なカルボキシレートは、一般式R−CH2C(O)O-を有し、
a)式
のエーテルカルボキシレートを有する式R−O(CH2CH2O)xCH2COO-
のエトキシカルボキシレート
ここで、Rはアルキル又はアルキルアリール基であり、M+はアンモニウム、
カリウム、ナトリウム、又はトリエタノールアミンであることができ、n2は約
1〜約30であることができる。)
b)式R1−CH2−C〔C(O)O〕(OH)(−R2)のエステルカルボキシレ
ート、及び
c)式R−C(O)N(CH3)CH2COO-のサルコシネートが挙げられる。
ホスフェートは一般式R2PO4 -を有し、
a)次式のホスフェートエステル(HO)(OR)P(O)2 -,(RO)2P(O)2 - ここで、Rはアルキル又はアルキルアリール基、nはエチレンオキシド(及び/
又はプロピレンオキシド)のモル、Mは水素、ナトリウム、カリウム、又は他の
対イオン
が挙げられる。
適切なスルホネートは一般式ROSO3 -を有し
a)アルコールスルホネート
b)アルコールエーテルスルフェート
c)スルホン化アルカノールエトキシレート
が挙げられる。
適切なスルホネートは一般式RSO3 -を有し、
a)スルホスクシネート
b)タウレート
c)イセチオネート R−C(O)CH2CH2SO3 -
d)アルキルベンゼンスルホネート
e)脂肪酸ジエステルスルホネート
f)α−スルホ脂肪酸エステル
g)アルキルナフタレンスルホネート
h)ホルムアルデヒドナフタレンスルホネート
i)オレフィンスルホネート、及び
j)石油スルホネート
が挙げられる。
使用するのに適切なノニオン系界面活性剤には、アセチレン系界面活性剤、ア
ルコールエトキシレート、アルカノールアミド、アミンオキシド、エトキシル化
アルカノールアミド、エトキシル化長鎖アミン、エチレンオキシド/プロピレン
オキシド(EO/PO)コポリマー、ソルビタン誘導体、エチレングリコール、
プロピレングリコール、グリセロール、ポリグリセリルエステルとそのエトキシ
ル化誘導体、アルキルアミン、アルキルイミダゾリン、エトキシル化オイルと脂
肪、及びアルキルフェノールエトキシレート(エトキシル化アルキルフェノール
)が挙げられる。
フェノールが挙げられ、
下式で表わされるような約12EOのオクチルフェノールである
下記で表わされるような約9EOのノニルフェノールエトキシル
化ポリエチレングリコール又はノノフェノールであるIGEPAL ties of Selected Anionic ,Cationic and Nonionic Surfactants,N.M.Van Os
et al.,Amsterdam,1993,pp.312-316,318 and 342」の中で十分にキャラクタ
ティゼーションがされており、この文献は本願でも参考にして取り入れられてい
る。
面活性剤(ドデシルフェノール+5〜14EO)も有用である。
また、トリスチリルフェノールエトキシレートも有用である。
その他の好ましいノニオン系は、ダウケミカル社より商標DOWANOLとし
て供給されるグリコールモノエステルであり、
DOWANOL:エチレングリコールn-ブチルエーテル
DOWANOL DB:ジエチレングリコールn-ブチルエーテル
DOWANOL TBH:トリエチレングリコールn-ブチルエーテルと高級化
合物
が挙げられる。
その他の使用に適するノニオン系界面活性剤には、ポリオキシエチレンアルキ
ルアミド族の簡単な種類であるアルカノールアミドが挙げられる。それらの族は
R1C(O)NH(CH2CH2OH)又はR1C(O)N(CH2CH2OH)2で
あることができ、ここで、R1は約1〜約50の炭素又は水素を含む線状又は非
線状アルキル基である。モノアルコールアミドは一般に固体であり、一方ジアル
コールアミドは一般に液体である。双方のタイプを、好ましくは共沈に使用する
ことができる。これらは、Rhone−Pou
が挙げられる。
その他の好ましいノニオン系界面活性剤には、Rhone−Poulenc社
より商標RHODAMEENとして販売のエトキシル化アミンがあり、
RhodameenVP 532 SPB:エトキシル化タロウアミン
が挙げられる。
その他の好ましいノニオン系界面活性剤には、Rhone−Po
オキシドがあり、
Rhodamox LO:ラウリルジメチルアミンオキシドが挙げられる。
その他の添加剤はポリエチレングリコールである。ポリエチレングリコールは
を含んでなる。
その他の使用に適する添加剤はカルボン酸であり、モノカルボン酸とジカルボ
ン酸の双方を含む。カルボン酸の一般式は次のように表わされる。
適切なカルボン酸を列挙する。
通俗名 構造 総称
モノカルボキシル
ギ酸 H−CO2H メタン酸
酢酸 CH3−CO2H エタン酸
プロピオン酸 CH3−CH2−CO2H プロパン酸
酪酸 CH3−CH2−2CO2H ブタン酸
吉草酸 CH3−CH2−2CO2H ペンタン酸
カプロン酸 CH3−CH2−4CO2H ヘキサン酸
カプリル酸 CH3−CH2−6CO2H オクタン酸
カプリン酸 CH3−CH2−8CO2H デカン酸
ラウリン酸 CH3−CH2−10CO2H ドデカン酸
ミリスチン酸 CH3−CH2−12CO2H テトラデカン酸
パルミチン酸 CH3−CH2−14CO2H ヘキサデカン酸
ジカルボキシル
シュウ酸 HO2C−CO2H エタン二酸
マロン酸 HO2C−CH2−CO2H プロパン二酸
コハク酸 HO2C−CH2−2CO2H ブタン二酸
グルタル酸 HO2C−CH2−3CO2H ペンタン二酸
アジピン酸 HO2C−CH2−4CO2H ヘキサン二酸
ピメリン酸 HO2C−CH2−5CO2H ヘプタン二酸
スベリン酸 HO2C−CH2−6CO2H オクタン二酸
アゼライン酸 HO2C−CH2−7CO2H ノナン二酸
セバシン酸 HO2C−CH2−8CO2H デカン二酸
また、カルボキシレート塩が添加剤として使用可能である。
前述のように、添加剤は、セリウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネ
ート及び/又はカーボネート、ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカ
ーボネート及び/又はカーボネート、セリウム/ジルコニウム(Ce,Zr)の
水酸化物、酸化物(複合又は固溶体、即ち単一相)、ヒドロキシカーボネート及
び/又はカーボネートの生成の際に存在すべきである。ノニオン系エトキシレー
ルとを添加するには、エトキシレートを、金属(例えば、Ce,Zr)塩の溶液
(好ましくは硝酸セリウム及び/又は硝酸ジルコニウム水溶液)、及び/又は塩
基溶液(好ましくはアンモニア溶液)に添加することが好ましい。最も好ましく
は、反応に先立って、エトキシレートをニトレート溶液とアンモニア溶液に添加
する。アミド
属(例えばCe,Zr)塩溶液、好ましくは硝酸セリウム及び/又は硝酸ジルコ
ニウム溶液、及び/又は水及び/又は酸化剤、及びこれらの混合物に添加するこ
とが好ましい。
カルボン酸の添加について、塩基溶液への添加が好ましく、好ましくはアンモ
ニア溶液への添加である。
添加剤の有効な添加量の決定は、当業者の技術範囲である。一般に、添加剤は
約1〜約30%、好ましくは約2〜約30%、最も好ましくは約3〜30%の添
加である(反応媒体と試薬の重量%)。エトキシル化添加剤について、一般に、
約2.5〜約35%、好ましくは約10%〜約25%で使用することが好ましい
。アミド添加剤について、一般に、約1%〜約10%、好ましくは約2%〜約5
%で使用することが好ましい。添加の効果に悪影響を及ぼすことなく過剰の添加
を使用することもできる。
−随意の洗浄/含浸−
液体媒体中で固体の沈殿又は生成を伴う殆どの工業的プロセスは、固体/液体
の分離状態を伴う。濾過、デカンテーション、又は遠心分離が、この目的で用い
られる公知技術の一部である。固体/液体の分離が完了した後、いわゆるウェッ
トケーキは、沈殿粒子と残りの母液を含む。殆どのプロセスにおいて、母液は、
次の仮焼の際に生成する酸化物の不純物となる若干の塩を含む。この不純物の量
を減らすため、固体/液体の分離の際及び/又は後に、洗浄が必要
である。沈殿を生成させるための原料として使用される塩が水に溶ける場合、洗
浄は一般に水を用いて行われる。洗浄に使用される水の量と温度は、材料の純度
と同時にその熱安定性を決める。
本発明のプロセスは、所望により、セリウム及び/又はジルコニウム酸化物と
好ましくは(Ce,Zr)O2複合酸化物と固溶体の熱安定性を改良するため、
洗浄又は含浸段階の際、2より多い炭素原子を有するアルコキシル化化合物の使
用を含む。本願で使用するのに適するアルコキシル化化合物は、2より多い炭素
原子を有する。
本発明の範囲の中で、固体酸化物材料は、濾過その他の任意の適切な方法によ
って液体から分離される。好ましい態様において、水溶性塩(例えば、ニトレー
ト溶液が反応の原料であればニトレート)を除去するため、第1段階で固体又は
いわゆるウェットケーキを洗浄する。好ましい態様の第2段階において、エトキ
シル化アルコールのようなアルコキシル化化合物、PEGのような有機化合物又
はエトキシル化ポリマーを含む溶液でウェットケーキを洗浄又は含浸する。洗浄
又は含浸の後、ウェットケーキを乾燥・仮焼し、又は直接仮焼する。最終的な生
産品は、それらの有機物は仮焼の際に除去されるため、有機物を実質的に含まな
い純粋な複合酸化物である。
本発明のアルコキシル化化合物は、下記の一般式で規定することができる。
R1((CH2)xO)n−R2
ここで、R1とR2は線状又は非線状のアルキル、アリール及び/又はアルキルア
リール基、又はH,OH,C1,Br、又はIを表し、nは1〜100の数であ
り、xは1〜4の数である。R1とR2はアルコール基を含むことができる。(C
e,Zr)O2複合酸
化物と固溶体の熱安定性の改良をするには、メトキシ、エトキシ、プロポキシ基
のアルキル基が好ましい。
アルコキシル化化合物は、次の式で表すことができ、
R1−((CH2)x−O)n−OH
ここで、R1は、1〜20の炭素を有する線状と非線状のアルキル基と8〜20
の炭素を有する脂肪族炭化水素残部からなる基より選択され、nは1〜100、
xは1〜4である。好ましくは、nは12〜40、xは1〜3である。最も好ま
しくは、xは2である。
アルコキシル化化合物は次の式で表すことができる。
H(OCH2)n,OH又はH(OEt)nOH
ここでnの平均は1〜100である。
適切なアルコキシル化化合物の例は次式である。
xの平均は9、又は4〜15;
xの平均は12; 使用に適する市販のアルコキシル化化合物は、Rhone−Po
3として販売されている。
アルコキシル化化合物は、この他次の式で表すことができる。
ここで、R2とR3は同じ又は異ってよく、水素と1〜20の炭素を有する線状
と非線状のアルキル基からなる群より独立して選択され、nは1〜100、xは
1〜4である。好ましくは、nは12〜40でxは1〜3である。より好ましく
はxは2である。
また、アルコキシル化化合物は次式であることができる。
R4O−((CH2)xO)n−H
ここで、R4は1〜20の炭素を有する線状と非線状のアルキル基からなる群
より選択され、nは1〜100、xは1〜4である。好ましくは、nは12〜4
0、xは1〜3である。より好ましくはnは3、xは2である。
また、アルコキシル化化合物は、次式で表すことができる。
R5−S−((CH2)xO)n−H
ここで、R5は1〜20の炭素を有する線状と非線状のアルキル基からなる群
より選択され、nは1〜100、xは1〜4である。好ましくは、nは4〜40
、xは1〜3である。より好ましくはnは3、xは2である。
また、アルコキシル化化合物は次式で表すことができる。 ここで、R6は1〜20の炭素を有する線状と非線状のアルキル基からなる群
より選択され、nは1〜100、xは1〜4であり、mは0〜300、好ましく
は0〜100である。好ましくはnは12〜40であり、mは1〜40である。
また、アルコキシル化化合物は次式で表すことができる。
ここで、oは0〜300、mは0〜300、pは0〜300である。
また、アルコキシル化化合物は次式で表すことができる。
R7−(O(CH2)x)n−Cl
ここで、R7は1〜20の炭素を有する線状と非線状のアルキル基からなる群
より選択され、nは1〜100、xは1〜4である。好ましくはnは4〜40、
xは1〜3である。より好ましくはxは2である。
また、アルコキシル化化合物は次式で表すことができる。
ここで、mは0〜300、pは0〜300、qは0〜300であり、約40〜
約8000の平均分子量を有する。
アルコキシル化化合物は、下記に列挙した化合物を含むことができ、又はこれ
らから誘導することができる。
・ポリオキシアルキレン化(ポリエトキシエチレン化、ポリオキシプロピレン
化、ポリオキシブチレン化)アルキルフェノールであってアルキル置換基がC6
〜C12で5〜25のオキシアルキレン単
位を有するもの、例えばRohm & Hass社より販売のTritons
X−45,X−114,X−100,X−102
・グルコサミド、グルカミド、グリセロールアミド
・1〜20のオキシアルキレン(オキシエチレン、オキシプロピレン)単位を
有するポリオキシアルキレン化C6〜C22脂肪族アルコール、例えばユニオンカ
ーバイド社より販売のTergitol 15−S−9とTergitol 2
4−L−6、シェルケミカル社より販売のNeodol 45−9,Neodo
l 23−65,Neodol 45−7,Neodol 45−4、Proc
ter & Gamble社より販売のkyro KOB
・エチレンオキシドの縮合によって得られる生成物、プロピレンオキシドとプ
ロピレングリコールの縮合によって得られる化合物、例えばBASFより販売の
Pluronics
・エチレンオキシドの縮合によって得られる生成物、プロピレンオキシドとエ
チレンジアミンの縮合によって得られる化合物、例えばBASFより販売のTe
tronics
・アミンオキシドの例えば(C10〜C18アルキル)ジメチルアミンオキシドと
(C6〜C22アルコキシ)ジエチルジヒドロキシエチルアミンオキシド
・米国特許第4565647号に記載のアルキルポリグリコシド
・C6〜C22脂肪酸アミド
・C6〜C20アルカミド、好ましくは低濃度で使用
・エトキシル化脂肪酸、及び
・エトキシル化アミン
本発明のアルキル化化合物は、割合に少量のアルコキシル化化合物を含む水溶
液の形態で好適に提供することができる。アルコキシル化化合物は、好ましくは
約50重量%未満の水溶液であり、より
好ましくは約0.1〜約30重量%の水溶液である。使用に適する好ましい市販
の化合物は、Rhone−Poulenc社より商標
また、アルコキシル化化合物は、下記のように添加剤として使用することがで
きる。あるいは、上記のように、セリウム、ジルコニウム、Ce/Zrのカーボ
ネート、水酸化物、又は酸化物、又は固溶体の洗浄又は含浸に使用することがで
きる。使用する好ましい添加剤は、カルボン酸、カルボキシレート塩、アニオン
系界面活性剤である。本発明の1つの態様は、添加剤、好ましくはエトキシル化
されていない添加剤を用いた洗浄又は含浸である。含浸は、好ましくはウェット
ケーキの形態の酸化物、水酸化物、カーボネートに、好ましくは混合によってア
ルコキシル化化合物及び/又は添加剤を添加し、次いで仮焼する。好ましい含浸
界面活性剤はエトキシル化アルキルフェノールである。エトキシル化化合物は、
一般に、ウェットケーキ中の全酸化物、水酸化物、又はカーボネートと同じ量で
添加する。次いで、酸化物、水酸化物、又はカーボネートの含炭素残分の除去を
確保するのに十分な高い温度で仮焼する。
例えば、生成の際に存在するものの他に、ラウリン酸のようなカルボン酸を、
セリウム、ジルコニウム、セリウム/ジルコニウム混合物又は固溶体の水酸化物
、酸化物、又はカーボネートの洗浄又は含浸に使用することができる。好ましい
態様は、洗浄又は含浸にアンモニア水溶液などに溶かしたカルボン酸である。ア
ンモニア(NH3)/カルボン酸の好ましいモル比の範囲は約0〜約4、好まし
くは約1.5〜約3.5である。
−酸化物と固溶体−
添加剤を利用して得られる複合酸化物又は固溶体は、一般に約5:95〜約9
5:5、好ましくは約95:5〜約40:60のCe
O2/ZrO2の重量比を有する。複合酸化物と固溶体は、好ましくはセリウムリ
ッチであり、例えば約900℃の約6時間の仮焼後に、約25m2/gより高い
、好ましくは約30m2/gより高い、さらに好ましくは35m2/gより高い非
常に高い表面積を有する。「セリウムリッチ」とは、式(CexZr1-x)O2で
xが約0.5以上のセリウムジルコニウム複合酸化物をいう。複合酸化物と固溶
体は、好ましくはセリウムリッチであり、非常に高い酸素貯蔵能力を有し、例え
ば、約500℃での約2時間の仮焼の後に約2mlO2/gより高い、好ましくは
約2.6mlO2/gより高い。
本発明によって得られた酸化物と複合酸化物の表面積は、「Journal of the A merican Chemical Society
,60,309(1938)」に記載のBRUNAUER−EM
MET−TELLERによる方法であるASTMのD3663−78標準法によ
る窒素吸着によって測定されたBETで表わされる。熱安定性は、所定の温度に
特定の時間経時した後の粉末状無機材料の表面積で表わされる。本発明において
、10gの材料をマッフル炉中で約900℃において約6時間仮焼する。この熟
成段階の後、材料の表面積を前述の方法によって測定した。
本願で記載した添加剤を添加して得られる酸化物は、約500℃で約2時間の
仮焼の後に約0.5ml/gを上回る。好ましは約500℃で約2時間の仮焼の後
に約0.5〜約1ml/g、最も好ましくは約50℃で約2時間の仮焼の後に約0
.6又は0.8を上回る全気孔体積を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、
セリウム/ジルコニウム複合酸化物、又はセリウム/ジルコニウム固溶体を提供
する。
以下の例は、本発明の種々の局面を例証するが、本発明の範囲を限定するもの
ではない。
例1
共沈法、及びセリウムとジルコニウムのニトレート溶液を用い、CeO2=8
0wt%とZrO2=20wt%の複合酸化物の組成物を調製した。化学量論量の種
々の塩を反応させ、アンモニアを混合ニトレートに添加して約9のpHにするこ
とにより、約30gの乾燥希土類酸化物(REO)に相当する複合水酸化物を、
その溶液から析出させ、ブフナーフィルター上に濾過した。そのケーキを、酸化
物の1gあたり約12.5mlの脱イオン水で洗浄し、次いで約500℃で約2
時間仮焼した。生成物の熱安定性を、約900℃で約6時間のマッフル炉中の空
気雰囲気で仮焼した後、評価した。表面積はBET法(Micromeretics Gemini 23
60)によって約22m2/gと測定された。
例2
例1で記載の実験を踏襲した。但し、Ce/Zr複合酸化物の調
フェノール)を添加した。全金属のモルに対する界面活性剤のモル比は約1.1
1であった。ニトレート金属溶液とアンモニア溶液に界面活性剤を添加した。生
の界面活性剤の濃度は、ニトレート溶液中で約20%、アンモニア溶液中で約3
0%であった。得られたウェットケーキを、酸化物の1gあたり約12.5ml
の脱イオン水で洗浄し、例1と同様にして仮焼した。約900℃の空気中で約6
時間仮焼した後に測定した表面積は約33m2/gであった。この増加は、界面
活性剤なしに得られた生成物に比較して約47.5%であった。
例3
例1で用いた条件を再び用いた。但し、C11鎖を有するアルカノ
合酸化物を調製した。添加した界面活性剤の量は金属の1モルあたり0.13モ
ルであった。全てのアルカノールアミドを混合ニトレート溶液に添加した。約9
00℃の空気中で約6時間仮焼した後に測定した表面積は約35m2/gであっ
た。この例は、少量の界面活性剤が熱安定性の改良を有する効果をさらに例証す
る。
例4
この例においては、Zrリッチの複合酸化物を調製した。化学量論のCeニト
レート溶液とZrニトレート溶液を混合し、80wt%のZrO2と20wt%のC
eO2の組成を有する生成物を得た。例1で記載した方法を用い、複合酸化物を
沈殿させた。約900℃の空気中で約6時間仮焼した後に測定した表面積は約3
2m2/gであった。
例5
CA720界面活性剤(フェノール芳香族系のエトキシル化ノニオン系)の存在
中で沈殿させた。使用した界面活性剤の量は金属の1
活性剤を、アンモニア溶液(界面活性剤の濃度は約20wt%)とニトレート溶液
(界面活性剤の濃度は約22wt%)の両方に添加した。約900℃で約6時間の
空気中の仮焼後の熱安定性は、界面活性剤なしに得られた生成物に比較して約1
9%の改良を示した。
例6
例1で得られたサンプルについて酸素貯蔵能力(OSC)を測定した。OSC
は、エンジン条件のリッチとリーンをシミュレートするために、約400℃の複
合酸化物床の中を通るHe中のCOとO2の交互のパルスを用いて得る。COは
He中に約5%、O2は同じ不活性ガス中に約2.5%まで希釈した。Heの連
続流量は約10.1/hであり、触媒体積は約0.1cm3であった。O2、CO
、CO2をガスクロマトグラフィーを用いて測定した。OSCは交互のパルスに
よって評価した。この結果は、1gの複合酸化物あたり1.6ml(±0.1)の
O2であった。
例7
EO界面活性剤の存在中で沈殿させた例2によって調製したサンプルをOSC
で評価した。この結果は、1gの複合酸化物あたり2.4ml(±0.1)のO2
であった。界面活性剤の添加はOSCの増加に有意な効果を有した。
例8
約9.0のpH値に達するようにCeニトレートの溶液にアンモニアを添加し
て、純粋な酸化セリウムを調製した。沈殿した水酸化物をブフナーフィルター上
に濾過し、酸化物の1gあたり約12.5mlの脱イオン水で洗浄した。約90
0℃で約6時間の空気雰囲気で仮焼した後に測定した表面積は約2m2/gであ
った。
例9
の存在下で濾過を行った。Ceニトレート溶液中の界面活性剤の濃度は約2wt%
であった。約900℃で約6時間の仮焼後に測定した
表面積は約4m2/gであった。これは、プロセスに界面活性剤を用いることに
よる純粋なセリアの熱安定性の改良を例証する。
例10
上記と同様にして共熱加水分解法を行った。この例は、セリウムジルコニウム
複合酸化物(Ce0.75Zr0.25O2)の調製を例証する。所望の組成を得るのに
必要な化学量論比で硝酸セリウムと硝酸ジルコニウムの溶液を混合した。硝酸溶
液は、酸性を消すためにNH4OHで予め中和した。混合物の濃度(各種元素の
酸化物として表す)を約80g/lに調節した。この混合物を約150℃で約4
時間にわたってオートクレーブ中で加熱した。この仕方で得られた
た。pHが約8.5より高くなるまで、前述の混合物にアンモニア溶液を添加し
た。反応混合物を約2時間にわたって加熱・沸騰させた。固体から液体をデカン
トし、得られた固体を再懸濁させ、約100℃で約1時間にわたって加熱した。
次いでこの生成物を濾過し、約600℃で約2時間にわたって仮焼した。約90
0℃の空気中で約6時間の仮焼後に測定した表面積は約32m2/gであった。
添加剤がない場合、約900℃で約6時間の仮焼後に測定した表面積は約19m2
/gであった。
例11
ミクロメトリックス社によって供給された水銀ポロシメーターを用い、共沈に
よって調製したCeO2/ZrO2が80/20wt%の複合酸化物のサンプルを、
気孔体積について評価した(約500℃の空気中で約2時間の仮焼後に測定)。
サンプルA:例1の共沈法にしたがって調製し、界面活性剤の添
加剤なしに約0.35ml/gの全気孔体積を得た。
サンプルB:例3にしたがって調製し、Phone−Poule
活性剤(ラウラミドDEA)を添加して、約0.88ml/gの全気孔体積を得
た。
サンプルC:例2にしたがって調製し、Phone−Poule
面活性剤(オクチルフェノール芳香族エトキシレート)を添加して、約0.72
ml/gの全気孔体積を得た。
例12
共沈法を用い、セリウムとジルコニウムのニトレート溶液を、アンモニアとラ
ウリル酸を含む水溶液に添加し、80wt%のCeO2と20wt%のZrO2の組成
の複合酸化物を調製した。化学量論量の種々の塩を反応させ、ラウリル酸を含む
アンモニア溶液に添加することによって、22.5gの乾燥希土類酸化物(RE
O)に相当する水酸化物を溶液から析出させ、ブフナー漏斗上に濾過した。ラウ
リル酸のモル/全金属のモルの比は0.2であった。ラウリル酸をアンモニア溶
液のみに添加した。得られたウェットケーキを1gの酸化物あたり12.5ml
の脱イオン水で洗浄し、約500℃で約2時間にわたって空気中で仮焼した。生
成物の熱安定性を、約900℃のマッフル炉中の空気雰囲気中で約6時間の仮焼
の後に評価した。この表面積はBET法(Micromeretics Gemini 2360)で約34
m2/gと測定された。この増加は、ラウリン酸なしで得られた生成物に比較し
て約49.0%であった。ラウリン酸は、式CH3(CH2)10C(O)OHで表
すことができる。
例13
2種類のサンプルについて、約900℃、約1000℃、約1100℃で約6
時間経時(空気中)した3通りのサンプルをBET法(Micromeretics Gemini 23
60 Norcross,Ga)によって表面積を測定することにより熱安定性を測定した。
サンプルA:添加剤なしに例1の共沈法にしたがって調製した。
サンプルB:例2にしたがって調製し、Phone−Poule
面活性剤(オクチルフェノール芳香族エトキシレート)を添加して調製した。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成11年5月19日(1999.5.19)
【補正内容】
使用に適する市販のアルコキシル化化合物は、Rhone−Po
3として販売されている。
アルコキシル化化合物は、この他次の式で表すことができる。
ここで、R2とR3は同じ又は異ってよく、水素と1〜20の炭素を有する線状
と非線状のアルキル基からなる群より独立して選択され、nは1〜100、xは
1〜4である。好ましくは、nは12〜40でxは1〜3である。より好ましく
はxは2である。
また、アルコキシル化化合物は次式であることができる。
R4O−((CH2)xO)n−H
ここで、R4は1〜20の炭素を有する線状と非線状のアルキル基からなる群
より選択され、nは1〜100、xは1〜4である。好ましくは、nは12〜4
0、xは1〜3である。より好ましくはnは3、xは2である。
また、アルコキシル化化合物は、次式で表すことができる。
R5−S−((CH2)xO)n−H
ここで、R5は1〜20の炭素を有する線状と非線状のアルキル基からなる群
より選択され、nは1〜100、xは1〜4である。好ましくは、nは4〜40
、xは1〜3である。より好ましくはnは3、xは2である。
また、アルコキシル化化合物は次式で表すことができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
C07C 15/46 F01N 3/10 A
F01N 3/10 3/28 301P
3/28 301 B01D 53/36 ZABC
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ
,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,
NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L
S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ
,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL
,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,
BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E
E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU
,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M
D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL
,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,
SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,V
N,YU,ZW
(72)発明者 ケイヤー,ジュリー リン シュリーブ
アメリカ合衆国,ニュージャージー
08536―1810,プレインズボロ,レイベン
ス クレスト ドライブ 620
(72)発明者 ドイシュ,スティーブン エリック
アメリカ合衆国,ニュージャージー
08536,プレインズボロ,ハンプシャー
ドライブ 223
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.セリウム溶液、ジルコニウム溶液、塩基、及び随意の酸化剤、並びにa)ア ニオン系界面活性剤、b)ノニオン系界面活性剤、c)ポリエチレングリコール、d) カルボン酸、及びe)カルボン酸塩からなる群より選択された添加剤を反応させる ことを含む方法。 2.アルコキシル化化合物及び/又はa)アニオン系界面活性剤、b)カルボン酸 、及びc)カルボキン酸塩からなる群より選択された添加剤を用いて洗浄又は含浸 する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。 3.反応が水系沈殿又は共沈である請求項1に記載の方法。 4.反応が共熱加水分解である請求項1に記載の方法。 5.添加剤が式R1-((CH2)x-O)n-R2によって表される請求項1に記載の方 法(R1とR2が線状又は非線状のアルキル、アリール、及び/又はアルキルアー アル基、又はH、OH、Cl、Br、又はIであり、nは約1〜約100の数、 xは約1〜4の数、R1とR2はアルコール基、CO基、又はS−C基を含んでよ い。)。 6.添加剤がメトキシ、エトキシ、又はプロポキシ基を含む請求項5に記載の 方法。 7.アニオン系界面活性剤が、カルボキシレート、ホスフェート、スルフェー ト、スルホネート、及びこれらの混合物から選択された請求項1に記載の方法。 8.ノニオン系界面活性剤が、アセチレン系界面活性剤、アルコールエトキシ レート、アルカノールアミド、アミンオキシド、エトキシル化アルカノールアミ ド、エトキシル化長鎖アミン、エチレンオキシド/プロピレンオキシド(EO/ PO)コポリマー、ソルビ タン誘導体、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロール、ポリ グリセロールエステル、ポリグリセロールエステルのエトキシル化誘導体、アル キルアミン、アルキルイミダゾール、エトキシル化オイル、エトキシル化脂肪、 アルキルフェノール誘導体、及びこれらの混合物からなる群より選択された請求 項7に記載の方法。 9.ノニオン系界面活性剤が、 a)次式によって表される約12のEOのオクチルフェノール b)次式によって表される約9のEOのノニルフェノールエトキシル化ポリエチ レングリコール c)約5〜約14のEOを有するノニルフェノール d)トリスチリルフェノールエトキシレート e)次式によって表されるエチレングリコールn-ブチルエーテル f)次式によって表されるジエチレングリコールn-ブチルエーテル g)次式によって表されるトリエチレングリコールn-ブチルエーテル h)次式によって表されるアルカノールアミドi)次式によって表されるエトキシレート化されたタロウアミン j)次式によって表されるラウリルジメチルアミンオキシド からなる群より選択された請求項8に記載の方法。 10.アニオン系界面活性剤が、 a)式R−O(CH2CH2O)xCH2COO-のエトキシカルボキシレート (式 のエステルカルボキシレートを含み、ここで、Rはアルキル又はアルキルアリー ル基、M+はアンモニウム、カリウム、ナトリウム、 又はトリエタノールアミン、nは約1〜約13でよい。) b)式R1−CH2−C〔C(O)O〕(OH)(−R2)のエステルカルボキシレ ート c)式R−C(O)N(CH3)CH2COO-のサルコシネート d)式(HO)(OR)P(O)2 -と(RO)2P(O)2 -のエステル Rはアルキル又はアルキルアリール基、nはエチレンオキシド(及び/又はプロ ピレンオキシド)のモル、Mは水素、ナトリウム、カリウム、その他の対イオン e)アルコールスルフェート f)アルコールエーテルスルフェート g)スルホン化アルカノールアミドエトキシレート h)スルホスクシネート i)タウレート j)イセチアネート R−C(O)CH2CH2SO3 - k)アルキルベンゼンスルホネート l)脂肪酸とジエステルスルホネート m)α−スルホ脂肪酸エステル n)アルキルナフタレンスルホネート o)ホルムアルデヒドナフタレンスルホネート p)オレフィンスルホネート q)石油スルホネート からなる群より選択される請求項7に記載の方法。 11.エトキシル化ノニオン系界面活性剤とポリエチレングリコールが、反応 に先立って塩溶液、塩基溶液、又はその双方に添加される請求項1に記載の方法 。 12.アルカノールアミドが、反応に先立って、塩溶液、水、酸化剤、又はこ れらの任意の組み合わせに添加される請求項9に記載の方法。 13.カルボン酸が、反応に先立って、塩基溶液に添加される請求項1に記載 の方法。 14.添加剤が、反応媒体と試薬の重量割合を基準に約1%〜約35%添加さ れる請求項1に記載の方法。 15.a)アニオン系界面活性剤、b)ノニオン系界面活性剤、c)ポリエチレング リコール、d)カルボン酸、及びe)カルボン酸塩からなる群より選択された添加剤 の存在下で水酸化セリウム、水酸化ジルコニウム、セリウム/ジルコニウム複合 水酸化物、又はセリウム/ジルコニウム固溶体の水酸化物を調製することによっ て、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は( Ce,Zr)O2固溶体の熱安定性、表面積、気孔率、及び/又は酸素貯蔵能力 を改良する方法。 16.調製方法が共熱加水分解又は水系共沈である請求項15に記載の方法。 17.約500℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後に約0.5ml/gを上 回る全気孔体積を有する酸化セリウム、酸化ジルコニウム、(Ce,Zr)O2 複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶体。 18.約500℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後に約0.8ml/gを上 回る全気孔体積を有する請求項17に記載の酸化物。 19.約500℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後に約0.5 ml/gを上回る全気孔体積を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(C e,Zr)O2固溶体。 20.約900℃の空気中の6時間にわたる仮焼の後に約25m2/gを上回 る表面積を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶体 。 21.約900℃の空気中の6時間にわたる仮焼の後に表面積が約30m2/ gを上回る請求項20に記載の(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Z r)O2固溶体。 22.約900℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後に約2mlO2/gを上 回る酸素貯蔵能力を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr) O2固溶体。 23.その複合酸化物又は固溶体がセリウムリッチである請求項22に記載の (Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶体。 24.a)約500℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後の約0.5ml/g を上回る全気孔体積、 b)約900℃の空気中の6時間にわたる仮焼の後に約25m2/gを上回る表面 積、及び c)約900℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後に約2mlO2/gを上回る酸 素貯蔵能力、 を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶体。 25.約500℃の約2時間にわたる仮焼の後に全気孔体積が約0.6ml/ gを上回り、約900℃の約6時間にわたる仮焼の後に表面積が約30m2/g を上回り、かつ約500℃の2時間にわたる仮焼の後に酸素貯蔵能力が約2.6 mlO2/gを上回る、請求項24に記載の(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は (Ce,Z r)O2固溶体。 26.約900℃の2時間にわたる仮焼の後の約2mlO2/gを上回る酸素 貯蔵能力、約500℃の約2時間にわたる仮焼の後の約0.5ml/gを上回る 全気孔体積、又は約900℃の約6時間にわたる仮焼の後の約25m2/gを上 回る表面積を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶 体であって、セリウム塩溶液、ジルコニウム塩溶液、及び塩基、並びにa)アニオ ン系界面活性剤、b)ノニオン系界面活性剤、c)ポリエチレングリコール、d)カル ボン酸、及びe)カルボン酸塩からなる群より選択された添加剤、及び随意の酸化 剤からなる群より選択された添加剤を反応させることによって、(Ce,Zr) O2複合水酸化物の沈殿、又は(Ce,Zr)O2固溶体の水酸化物の沈殿を調製 することを含む方法によって調製された(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は( Ce,Zr)O2固溶体。 27.セリウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネ ート、 ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネー ト、 複合セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、 又はカーボネート、又は セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又は カーボネート固溶体、 をアニオン系界面活性剤、カルボン酸、及びカルボン酸塩からなる群より選択さ れた添加剤で洗浄又は含浸する工程を含む方法。 28.a)約500℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後の約0.5ml/g を上回る全気孔体積、 b)約900℃の空気中の6時間にわたる仮焼の後の約25m2/ gを上回る表面積、及び c)900℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後の約2mlO2/gを上回る酸素 貯蔵能力、 を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶体からなる 群より選択された活性支持体を含んでなる脱水素触媒。 29.約500℃の約2時間にわたる仮焼の後に全気孔体積が約0.6ml/ gを上回り、約900℃の約6時間にわたる仮焼の後に表面積が約30m2/g を上回り、かつ約500℃の2時間にわたる仮焼の後に酸素貯蔵能力が約2.6 mlO2/gを上回る、請求項24に記載の(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は (Ce,Zr)O2固溶体。 30.セリウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネ ート、 ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネー ト、 複合セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、 又はカーボネート、又は セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又は カーボネート固溶体、 をアニオン系界面活性剤、カルボン酸、及びカルボン酸塩からなる群より選択さ れた添加剤で洗浄又は含浸する工程を含む方法によって調製された活性支持体を 含む脱水素触媒を用いてエチルベンゼンをスチレンに転化する工程を含む、スチ レンの製造方法。 31.a)約500℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後の約0.5ml/g を上回る全気孔体積、 b)約900℃の空気中の6時間にわたる仮焼の後の約25m2/ gを上回る表面積、及び c)約900℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後の約2mlO2/gを上回る酸 素貯蔵能力、 を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶体からなる 群より選択された活性支持体を含んでなる脱水素触媒を用いてエチルベンゼンを スチレンに転化する工程を含む、スチレンの製造方法。 32.セリウム溶液、ジルコニウム溶液、及び塩基、並びにa)アニオン系界面 活性剤、b)ノニオン系界面活性剤、c)ポリエチレングリコール、d)カルボン酸、 e)カルボン酸塩、及び随意の酸化剤からなる群より選択された添加剤を反応させ ることを含む、排気ガス装置を触媒する方法。 33.a)約500℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後の約0.5ml/g を上回る全気孔体積、 b)約900℃の空気中の6時間にわたる仮焼の後の約25m2/gを上回る表面 積、及び c)約900℃の空気中の2時間にわたる仮焼の後の約2mlO2/gを上回る酸 素貯蔵能力、 を有する(Ce,Zr)O2複合酸化物、又は(Ce,Zr)O2固溶体を含む触 媒で排気ガス装置を触媒する方法。 34.セリウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネ ート、 ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネー ト、 複合セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、 又はカーボネート、又は セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボ ネート、又はカーボネート固溶体、 をアニオン系界面活性剤、カルボン酸、及びカルボン酸塩からなる群より選択さ れた添加剤で洗浄又は含浸する工程を含む方法の生成物を含む触媒で排気ガス装 置を触媒する方法。 35.セリウム溶液、ジルコニウム溶液、及び塩基、並びにa)アニオン系界面 活性剤、b)ノニオン系界面活性剤、c)ポリエチレングリコール、d)カルボン酸、 e)カルボン酸塩、及び随意の酸化剤からなる群より選択された添加剤を反応させ る工程を含む方法の生成物を含んでなる触媒コンバーター。 36.セリウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネ ート、 ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又はカーボネー ト、 複合セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、 又はカーボネート、又は セリウム/ジルコニウムの水酸化物、酸化物、ヒドロキシカーボネート、又は カーボネート固溶体、 をアニオン系界面活性剤、カルボン酸、及びカルボン酸塩からなる群より選択さ れた添加剤で洗浄又は含浸する工程を含む方法の生成物を含んでなる触媒コンバ ーター。
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