JP2006346597A - 排ガス浄化用触媒担体、排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法 - Google Patents
排ガス浄化用触媒担体、排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006346597A JP2006346597A JP2005176712A JP2005176712A JP2006346597A JP 2006346597 A JP2006346597 A JP 2006346597A JP 2005176712 A JP2005176712 A JP 2005176712A JP 2005176712 A JP2005176712 A JP 2005176712A JP 2006346597 A JP2006346597 A JP 2006346597A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal oxide
- exhaust gas
- catalyst carrier
- metal
- gas purification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 24
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 231
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 231
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 96
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 85
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 85
- 239000007783 nanoporous material Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 75
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 55
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 51
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 41
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 37
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 22
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 17
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 15
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims description 13
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 claims description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052784 alkaline earth metal Chemical class 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 claims description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 37
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 88
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 38
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 19
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 17
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N potassium oxide Chemical compound [O-2].[K+].[K+] CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 description 13
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 241000003832 Lantana Species 0.000 description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 7
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 5
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 4
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 alumina Chemical class 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910021432 inorganic complex Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- UJVRJBAUJYZFIX-UHFFFAOYSA-N nitric acid;oxozirconium Chemical compound [Zr]=O.O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O UJVRJBAUJYZFIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2-phenyl-1,3-thiazole-5-sulfonyl chloride Chemical compound S1C(S(Cl)(=O)=O)=C(C)N=C1C1=CC=CC=C1 NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 5-(dimethylsulfamoyl)-2-methylfuran-3-carboxylic acid Chemical compound CN(C)S(=O)(=O)C1=CC(C(O)=O)=C(C)O1 DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000000703 Cerium Chemical class 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N ammonium oxalate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)C([O-])=O VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002429 nitrogen sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);praseodymium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Pr+3].[Pr+3] MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003447 praseodymium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical class [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
- 229910000349 titanium oxysulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- CENHPXAQKISCGD-UHFFFAOYSA-N trioxathietane 4,4-dioxide Chemical compound O=S1(=O)OOO1 CENHPXAQKISCGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003754 zirconium Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
【課題】 コージェライト製の基材に対して付着性が高く且つ優れた耐熱性を有しており、更に薄膜化も可能なためコージェライト基材の表面上のみならず細孔内壁面上に対しても薄膜を形成することが可能な金属酸化物ナノ多孔体を有する排ガス浄化用触媒担体を提供すること。
【解決手段】 コージェライト基材と、前記コージェライト基材に担持されているアルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される2種以上の金属酸化物により構成される金属酸化物ナノ多孔体とを備える排ガス浄化用触媒担体であって、
前記ナノ多孔体は直径が10nm以下のナノ細孔を有しており、且つ、前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散していることを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
【選択図】 なし
【解決手段】 コージェライト基材と、前記コージェライト基材に担持されているアルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される2種以上の金属酸化物により構成される金属酸化物ナノ多孔体とを備える排ガス浄化用触媒担体であって、
前記ナノ多孔体は直径が10nm以下のナノ細孔を有しており、且つ、前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散していることを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。
【選択図】 なし
Description
本発明は、2種以上の金属酸化物により構成される金属酸化物ナノ多孔体被覆を有する排ガス浄化用触媒担体、それを用いた排ガス浄化用触媒、及びその製造方法に関する。
従来、自動車のような内燃機関から排出される有害成分を浄化するための排ガス浄化用触媒として様々な触媒が開発されており、そのような排ガス浄化用触媒としてはコージェライトや金属からなる各種基材にアルミナ、ジルコニア、セリア等の金属酸化物と白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属とを担持せしめたもの等が一般的に使用されている。
そして、従来は、このような金属酸化物として湿式粉砕法によって得られた粉末が一般的に使用されており、例えば特開平10−182155号公報(特許文献1)や特開2002−79097号公報(特許文献2)には、アルミニウム、セリウム及びジルコニウムの塩溶液から共沈法により酸化物前駆体を調製し、それを大気中で焼成することによって複合金属酸化物の粉末を得る方法が開示されている。また、特開平7−300315号公報(特許文献3)には、セリウム塩水溶液及びジルコニウム塩水溶液を混合した混合溶液にベーマイトアルミナ粉末を加えて攪拌した後に乾燥及び焼成することによって複合金属酸化物の粉末を得る方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1〜3に記載のような従来の金属酸化物の粉末を用いた場合においては、基材(特にコージェライト基材)に対する付着性や耐熱性が未だ必ずしも十分なものではなく、基材上に形成する被覆の薄膜化にも限界があった。そのため、コージェライト製のハニカムフィルタや、一般的なハニカムフィルタより狭い管状通路を有する高密度ハニカム(例えば、1200cell/inch2以上のマイクロチャンネル)等の基材に対して、このような従来の金属酸化物の粉末を用いて薄く均一であり且つ高付着性を有する金属酸化物被覆を形成させることは困難であるという問題があった。さらに、従来の方法では、いわゆるウォールスルータイプのフィルタ等に使用される多孔質のコージェライト基材に対して、ガス流路を確保しつつ細孔内壁面上に金属酸化物薄膜を形成させることはできなかった。
特開平10−182155号公報
特開2002−79097号公報
特開平7−300315号公報
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、コージェライト製の基材に対して付着性が高く且つ優れた耐熱性を有しており、更に薄膜化も可能なためコージェライト基材の表面上のみならず細孔内壁面上に対しても薄膜を形成することが可能な金属酸化物ナノ多孔体を有する排ガス浄化用触媒担体、その担体を用いた排ガス浄化用触媒、並びにその担体の製造方法を提供することを目的とする。
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、金属酸化物のコロイド溶液や金属塩の溶液をそのまま用いて得られる金属酸化物は不均一でコージェライト基材に対して付着性及び耐熱性が十分なものではないのに対して、金属酸化物のコロイド溶液や金属塩の溶液を高剪断速度の下で混合し、実質的に共沈させることなく熱処理するようにすると、驚くべきことに得られる金属酸化物は直径が10nm以下のナノ細孔を有し且つナノ細孔を構成する壁体において金属酸化物が均質に分散している従来にない新規なものとなり、コージェライト基材に対する付着性及び耐熱性が向上し、更に薄膜化も可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の排ガス浄化用触媒担体は、コージェライト基材と、前記コージェライト基材に担持されているアルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される2種以上の金属酸化物により構成される金属酸化物ナノ多孔体とを備える排ガス浄化用触媒担体であって、前記ナノ多孔体は直径が10nm以下のナノ細孔を有しており、且つ、前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散していることを特徴とするものである。
前記本発明の排ガス浄化用触媒担体において、前記コージェライト基材が多孔質のものである場合、前記コージェライト基材の細孔内壁面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる薄膜が形成されていることが好ましい。
また、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体において、前記コージェライト基材の表面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる被覆が形成されていてもよい。
前記本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、下記の条件(I)が満たされていることが好ましい。
(I)前記ナノ多孔体に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素について、加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡を用いて被検試料の厚さが略一定とみなせる領域にある測定点においてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、得られたスペクトル中の各金属元素の蛍光X線ピークの積分強度を相対比に変換して求められる相対強度比Xの平均値Xmと平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2とが、前記金属元素のすべてについて下記式(1):
ν2/Xm 2≦0.02 (1)
[式(1)中、XmはXm=(ΣX)/N(Nは測定点の数)で表される相対強度比Xの平均値、ν2はν2={Σ(X−Xm)2}/Nで表される平均値Xmのまわりの二次のモーメント、ν2/Xm 2は平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントを示す。]
で表される条件を満たしていること。
ν2/Xm 2≦0.02 (1)
[式(1)中、XmはXm=(ΣX)/N(Nは測定点の数)で表される相対強度比Xの平均値、ν2はν2={Σ(X−Xm)2}/Nで表される平均値Xmのまわりの二次のモーメント、ν2/Xm 2は平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントを示す。]
で表される条件を満たしていること。
さらに、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、下記の条件(II)及び/又は(III)が満たされていることがより好ましい。
(II)前記ナノ多孔体に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素について、加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡を用いて任意に10以上の測定点においてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、得られたスペクトル中の各金属元素の蛍光X線ピークの積分強度を相対比に変換して求められる相対強度比Xの平均値Xmと平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2とが、前記金属元素のすべてについて下記式(2):
ν2/Xm 2≦0.1 (2)
[式(2)中、XmはXm=(ΣX)/N(Nは測定点の数)で表される相対強度比Xの平均値、ν2はν2={Σ(X−Xm)2}/Nで表される平均値Xmのまわりの二次のモーメント、ν2/Xm 2は平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントを示す。]
で表される条件を満たしていること。
ν2/Xm 2≦0.1 (2)
[式(2)中、XmはXm=(ΣX)/N(Nは測定点の数)で表される相対強度比Xの平均値、ν2はν2={Σ(X−Xm)2}/Nで表される平均値Xmのまわりの二次のモーメント、ν2/Xm 2は平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントを示す。]
で表される条件を満たしていること。
(III)前記ナノ多孔体の断面の電子顕微鏡写真において、前記ナノ多孔体の上に任意に総計で400μm以上の測定直線を描いた際に、前記測定直線が前記ナノ多孔体に形成されている空隙部と交差している部分の長さの比率が、前記測定直線の全長の10%以下であるという条件を満たしていること。
本発明にかかる前記金属酸化物ナノ多孔体は、直径が5nm以下のナノ細孔を有していることが好ましく、2nm以下のナノ細孔を有していることがより好ましい。
本発明の排ガス浄化用触媒は、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体と、前記担体の表面上及び/又は細孔内壁面上に担持されている貴金属とを備えることを特徴とするものである。
本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法は、コージェライト基材と、前記コージェライト基材に担持されているアルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される2種以上の金属酸化物により構成される金属酸化物ナノ多孔体とを備える排ガス浄化用触媒担体の製造方法であって、
前記2種以上の金属酸化物の原料を含有する原料流体組成物を準備する工程と、
前記原料流体組成物を、1000sec−1以上の剪断速度の下で混合し、前記コージェライト基材の表面に塗布した後、実質的に共沈させることなく熱処理して、直径が10nm以下のナノ細孔を有しており且つ前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散している金属酸化物ナノ多孔体を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
前記2種以上の金属酸化物の原料を含有する原料流体組成物を準備する工程と、
前記原料流体組成物を、1000sec−1以上の剪断速度の下で混合し、前記コージェライト基材の表面に塗布した後、実質的に共沈させることなく熱処理して、直径が10nm以下のナノ細孔を有しており且つ前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散している金属酸化物ナノ多孔体を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記コージェライト基材が多孔質のものである場合、前記コージェライト基材の細孔内壁面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる薄膜が形成されることが好ましい。
また、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記コージェライト基材の表面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる被覆が形成されるようにしてもよい。
前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記金属酸化物の原料が、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のコロイド粒子と、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、鉄、希土類元素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩とからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
また、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記原料流体組成物を10000sec−1以上の剪断速度の下で混合することが好ましい。
本発明によれば、コージェライト製の基材に対して付着性が高く且つ優れた耐熱性を有しており、更に薄膜化も可能なためコージェライト基材の表面上のみならず細孔内壁面上に対しても薄膜を形成することが可能な金属酸化物ナノ多孔体を有する排ガス浄化用触媒担体、その担体を用いた排ガス浄化用触媒、並びにその担体の製造方法を提供することが可能となる。
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。
先ず、本発明の排ガス浄化用触媒担体及びそれを用いた排ガス浄化用触媒について説明する。本発明において用いられる金属酸化物は、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される2種以上の金属酸化物である。希土類元素酸化物としては、セリウム、ランタン、ネオジム、イットリウム、プラセオジム等の酸化物が挙げられ、アルカリ金属酸化物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム等の酸化物が挙げられ、アルカリ土類金属酸化物としては、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム等の酸化物が挙げられる。
このような本発明において用いられる金属酸化物としては、得られる金属酸化物ナノ多孔体が排ガス浄化用の触媒としてより有用なものとなるという観点から、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、セリア、ランタナ、ネオジア、イットリア、酸化バリウム、酸化リチウム及び酸化カリウムからなる群から選択される2種以上の複合金属酸化物が好ましく、中でも、アルミナ、ジルコニア、セリア及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種を含有する複合金属酸化物であることが特に好ましい。
また、本発明において用いられる2種以上の金属酸化物の組み合わせとしては、特に制限されないが、得られる金属酸化物ナノ多孔体が排ガス浄化用の触媒としてより有用なものとなるという観点から、アルミナ/セリア/ジルコニア、アルミナ/ジルコニア/チタニア、アルミナ/ジルコニア/ランタナ、ジルコニア/ランタナ、ジルコニア/ネオジア、ジルコニア/イットリア、ジルコニア/チタニア、セリア/ジルコニア、アルミナ/ジルコニア/イットリア、セリア/ジルコニア/イットリア、アルミナ/セリア、アルミナ/ジルコニア、アルミナ/チタニア、アルミナ/ランタナ、アルミナ/セリア/ジルコニア/イットリア、アルミナ/セリア/ジルコニア/ネオジア、アルミナ/セリア/ジルコニア/ランタナ、アルミナ/セリア/ジルコニア/ランタナ/酸化プラセオジム、アルミナ/セリア/ジルコニア/ランタナ/ネオジア、アルミナ/セリア/ジルコニア/ランタナ/ネオジア/イットリア、アルミナ/酸化鉄、セリア/酸化鉄、アルミナ/セリア/酸化鉄、ジルコニア/酸化鉄、アルミナ/ジルコニア/酸化鉄等が好ましく、中でも、アルミナ/セリア/ジルコニア、アルミナ/ジルコニア/チタニア、アルミナ/ジルコニア/ランタナ、ジルコニア/ランタナ、ジルコニア/ネオジア、ジルコニア/イットリア、ジルコニア/チタニア、セリア/ジルコニア、アルミナ/ジルコニア/イットリア、セリア/ジルコニア/イットリア、アルミナ/セリア、アルミナ/ジルコニア、アルミナ/酸化鉄が特に好ましい。
また、本発明にかかる2種以上の金属酸化物の組み合わせとしては、得られる金属酸化物ナノ多孔体が排ガス浄化用の触媒、特に酸素過剰下で用いられる触媒用の材料として好適であるという観点からは、アルミナ/酸化カリウム、アルミナ/酸化バリウム、酸化バリウム/酸化カリウム、酸化バリウム/酸化ナトリウム、酸化バリウム/酸化リチウム、酸化バリウム/酸化カリウム/酸化リチウム、チタニア/酸化バリウム、チタニア/酸化バリウム/酸化カリウム、チタニア/酸化バリウム/酸化ナトリウム、チタニア/酸化バリウム/酸化リチウム、チタニア/酸化バリウム/酸化カリウム/酸化ナトリウム、チタニア/酸化バリウム/酸化カリウム/酸化リチウム、チタニア/酸化バリウム/酸化カリウム/酸化リチウム/酸化ナトリウム、チタニア/酸化バリウム/酸化カリウム/酸化ストロンチウム等が好ましく、中でも、アルミナ/酸化カリウム、アルミナ/酸化バリウム、酸化バリウム/酸化カリウム、酸化バリウム/酸化リチウム、酸化バリウム/酸化カリウム/酸化リチウム、チタニア/酸化バリウム、チタニア/酸化バリウム/酸化カリウム、チタニア/酸化バリウム/酸化リチウムが特に好ましい。
なお、このような各種の複合金属酸化物における金属酸化物の組成比は特に制限されず、その用途等に応じて適宜調整される。
本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体は、前述の金属酸化物により構成される多孔体であって、直径が10nm以下のナノ細孔を有しており、且つ、前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散していることを特徴とするものである。
このように、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体は、直径が10nm以下、好ましくは5nm以下、より好ましくは2nm以下、という非常に微細な細孔を有しており、それによってこのような細孔を有さない金属酸化物多孔体に比べて後述するコージェライト基材に対する付着性及び耐熱性の向上が可能となり、さらに比表面積の向上や貴金属等の担持安定性の向上によって触媒担体としての性能の向上が達成される。
また、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体においては、ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散している。すなわち、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体においては、ナノ多孔体を構成する2種以上の金属酸化物が実質的に原子レベルで均一に分散(高分散)していると考えられ、共沈法等によって得られた従来の金属酸化物多孔体のように各金属酸化物からなる100nm程度の一次粒子が混合した状態や、一方の金属酸化物からなる一次粒子の表面を他方の金属酸化物が被覆している状態とは明らかに相違するものである。このような極めて高水準の成分均一性は、金属酸化物のコロイド溶液や金属塩の溶液をそのまま用いて得られる金属酸化物では決して得られるものではなく、2種以上の金属酸化物を含有するコロイド溶液や2種以上の金属塩を含有する溶液を高剪断速度の下で混合し、実質的に共沈させることなく熱処理する後述の本発明の製造方法によってはじめて達成されたものである。そして、このような極めて高水準の成分均一性を有する本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体においては、驚くべきことに、共沈法等によって得られた従来の金属酸化物多孔体に比べてコージェライト基材に対する付着性及び耐熱性が飛躍的に向上している。
本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、後述するコージェライト基材に前記金属酸化物ナノ多孔体が担持されており、好ましくはコージェライト基材の表面上に前記金属酸化物ナノ多孔体が薄膜状の被覆として形成されている。その場合の被覆の厚さは特に制限されず、その用途等に応じて適宜調整されるが、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体は薄くした場合であってもコージェライト基材に対して付着性に優れた均一な被覆を形成することが可能であるため、被覆の厚さは1〜300μm程度であることが好ましく、1〜50μm程度であることがより好ましい。さらに、このように本発明によれば金属酸化物からなる被覆の薄膜化が可能となるため、従来は十分な被覆を形成することが困難であった高密度ハニカムに対しても高水準の付着性をもって優れた耐熱性を有する被覆を形成することが可能となり、このような観点からは薄膜の厚さが1〜30μm程度であることが特に好ましい。
さらに、本発明の排ガス浄化用触媒担体においては、前記コージェライト基材が多孔質のものである場合、コージェライト基材の細孔内壁面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる薄膜が形成されることが好ましい。その場合の被覆の厚さも特に制限されないが、ウォールスルータイプの排ガス浄化用フィルタ等に使用される多孔質のコージェライト基材に対してガス流路を確保しつつ薄膜を形成させるという観点から、薄膜の厚さは1〜5μm程度であることが好ましい。
そして、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体は、以下に説明する条件(I)を満たすものであることが好ましい。
すなわち、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体が満たすことが好ましい第一の条件(I)は、前記ナノ多孔体に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素について、加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡を用いて被検試料の厚さが略一定とみなせる領域にある測定点においてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、得られたスペクトル中の各金属元素の蛍光X線ピークの積分強度を相対比に変換して求められる相対強度比Xの平均値Xmと平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2とが、前記金属元素のすべてについて下記式(1):
ν2/Xm 2≦0.02 (1)
で表される条件を満たしていることである。前記式(1)において、Xmは、下記式:
Xm=(ΣX)/N
(式中のNは測定点の数を示す。)
で表される相対強度比Xの平均値である。また、ν2は、下記式:
ν2={Σ(X−Xm)2}/N
で表される平均値Xmのまわりの二次のモーメントである。さらに、ν2/Xm 2は、平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントである。
ν2/Xm 2≦0.02 (1)
で表される条件を満たしていることである。前記式(1)において、Xmは、下記式:
Xm=(ΣX)/N
(式中のNは測定点の数を示す。)
で表される相対強度比Xの平均値である。また、ν2は、下記式:
ν2={Σ(X−Xm)2}/N
で表される平均値Xmのまわりの二次のモーメントである。さらに、ν2/Xm 2は、平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントである。
なお、このような測定の具体的な方法は特に限定されないが、例えば以下に示す測定方法にしたがって実施することが好ましい。
<試料の作製>
金属酸化物ナノ多孔体を少量採取し、容器中に貯めた5〜10ml程度の分散媒(例えばエタノール)に混合する。得られた混合物を超音波洗浄機の水槽に入れ、数分間超音波にて撹拌した後、直ちに容器を超音波洗浄機から取り出して被検試料の分散液を、「マイクログリッド」と呼ばれる3mmφ程度の銅箔のメッシュの上に多孔質の有機膜を貼った透過型電子顕微鏡専用の試料台上に1〜2滴、滴下する。そして、分散媒を完全に蒸発させた後に透過型電子顕微鏡による観察を行う。
金属酸化物ナノ多孔体を少量採取し、容器中に貯めた5〜10ml程度の分散媒(例えばエタノール)に混合する。得られた混合物を超音波洗浄機の水槽に入れ、数分間超音波にて撹拌した後、直ちに容器を超音波洗浄機から取り出して被検試料の分散液を、「マイクログリッド」と呼ばれる3mmφ程度の銅箔のメッシュの上に多孔質の有機膜を貼った透過型電子顕微鏡専用の試料台上に1〜2滴、滴下する。そして、分散媒を完全に蒸発させた後に透過型電子顕微鏡による観察を行う。
<透過型電子顕微鏡観察>
観察には、電界放射型電子銃(FEG)を有する加速電圧200kVの透過型電子顕微鏡(TEM)を用いる。TEMには、走査型透過電子顕微鏡(STEM)観察モード及びエネルギー分散型X線分光(EDX)用検出器が装備されていることが測定上必要な条件である。上記の被検試料を滴下したマイクログリッドをTEMの試料室に挿入し、マイクログリッドの有機膜の孔の上にはみ出ている試料(すなわち試料が有機膜と重なっていない部分)を観察及び元素分析の対象とする。その際、被検試料の厚さの比較的薄い部分を選び出し、その部分にSTEM観察モードで1nmφに絞った電子線を30秒照射し、試料から放出される蛍光X線をEDX検出器を用いて検出する。そして、試料の厚さに関し、EDX検出器で得られる全X線の総カウント数を基準とし、1万カウントから6万カウントの間になる部分を測定に適正な領域、すなわち被検試料の厚さが略一定とみなせる領域と規定する。
観察には、電界放射型電子銃(FEG)を有する加速電圧200kVの透過型電子顕微鏡(TEM)を用いる。TEMには、走査型透過電子顕微鏡(STEM)観察モード及びエネルギー分散型X線分光(EDX)用検出器が装備されていることが測定上必要な条件である。上記の被検試料を滴下したマイクログリッドをTEMの試料室に挿入し、マイクログリッドの有機膜の孔の上にはみ出ている試料(すなわち試料が有機膜と重なっていない部分)を観察及び元素分析の対象とする。その際、被検試料の厚さの比較的薄い部分を選び出し、その部分にSTEM観察モードで1nmφに絞った電子線を30秒照射し、試料から放出される蛍光X線をEDX検出器を用いて検出する。そして、試料の厚さに関し、EDX検出器で得られる全X線の総カウント数を基準とし、1万カウントから6万カウントの間になる部分を測定に適正な領域、すなわち被検試料の厚さが略一定とみなせる領域と規定する。
<測定部位の良否の判定>
測定部位がマイクログリッドの有機膜を支えている銅箔に近く、試料から放出される蛍光X線の一部がこの銅箔に当たって良好な元素分析が行えない場所がある。このような場所から得られるEDX検出結果の特徴としては、(1)全体的にカウント数が低い、(2)特に酸素の蛍光X線等の低エネルギー領域におけるカウント数が低い、(3)それに比べて銅のカウント数は高い、等の特徴がある。このような良好な元素分析が行えない測定場所から得られた測定結果は全点考察の対象からはずし、別の有機膜の孔における被検試料を新たな測定対象として測定を続ける。例えば、後述する実施例においては、得られるEDXスペクトルにおける(酸素の総カウント数)/(Cuの総カウント数)の比がすべての測定点で2未満となる場所から得られた測定結果は計算の対象から除外し、EDXスペクトルにおける(酸素の総カウント数)/(Cuの総カウント数)の比が2以上となる場所から得られた測定結果に基づいて後述の計算をする。
測定部位がマイクログリッドの有機膜を支えている銅箔に近く、試料から放出される蛍光X線の一部がこの銅箔に当たって良好な元素分析が行えない場所がある。このような場所から得られるEDX検出結果の特徴としては、(1)全体的にカウント数が低い、(2)特に酸素の蛍光X線等の低エネルギー領域におけるカウント数が低い、(3)それに比べて銅のカウント数は高い、等の特徴がある。このような良好な元素分析が行えない測定場所から得られた測定結果は全点考察の対象からはずし、別の有機膜の孔における被検試料を新たな測定対象として測定を続ける。例えば、後述する実施例においては、得られるEDXスペクトルにおける(酸素の総カウント数)/(Cuの総カウント数)の比がすべての測定点で2未満となる場所から得られた測定結果は計算の対象から除外し、EDXスペクトルにおける(酸素の総カウント数)/(Cuの総カウント数)の比が2以上となる場所から得られた測定結果に基づいて後述の計算をする。
<測定結果に基づく計算>
本発明においては、前記条件の判定をする際に、EDXスペクトルのデータを無加工で使用する。すなわち、何らかの変換式を用いて元素の重量比等に変換した数値ではなく、蛍光X線のカウント数そのものを計算の基礎とする。先ず、EDXスペクトルより試料を構成する主な金属元素(試料に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素)である例えばAl、Zr、Ceの蛍光X線ピークの中から、(1)なるべくカウント数の多いもの、(2)他のピークとの重なりが無視できるほど小さいもの、の2点を基準にして各金属元素について一つのピークを選択する。そして、選択された各ピークをすべて覆えるだけの必要且つ十分なエネルギー幅(0.2〜0.3keV程度)を定め、その範囲にある蛍光X線のカウント数をすべて足し合わせ、これをその金属元素の蛍光X線ピークの積分強度として求め、その結果に基づいて前述の相対強度比X、その平均値Xm、平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2、平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントν2/Xm 2を順次算出し、前記式(1)で表される条件を満たしているか否かを判定する。
本発明においては、前記条件の判定をする際に、EDXスペクトルのデータを無加工で使用する。すなわち、何らかの変換式を用いて元素の重量比等に変換した数値ではなく、蛍光X線のカウント数そのものを計算の基礎とする。先ず、EDXスペクトルより試料を構成する主な金属元素(試料に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素)である例えばAl、Zr、Ceの蛍光X線ピークの中から、(1)なるべくカウント数の多いもの、(2)他のピークとの重なりが無視できるほど小さいもの、の2点を基準にして各金属元素について一つのピークを選択する。そして、選択された各ピークをすべて覆えるだけの必要且つ十分なエネルギー幅(0.2〜0.3keV程度)を定め、その範囲にある蛍光X線のカウント数をすべて足し合わせ、これをその金属元素の蛍光X線ピークの積分強度として求め、その結果に基づいて前述の相対強度比X、その平均値Xm、平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2、平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントν2/Xm 2を順次算出し、前記式(1)で表される条件を満たしているか否かを判定する。
本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体が前記式(1)で表される条件を満たすということは、そのナノ多孔体を構成する主要な金属酸化物がナノ細孔を構成する壁体中で極めて均一に分散していることを示している。このような極めて高水準の成分均一性は、金属酸化物のコロイド溶液や金属塩の溶液をそのまま用いて得られる金属酸化物では決して得られるものではなく、後述する本発明の製造方法によってはじめて達成されたものである。そして、前記式(1)で表される条件を満たす金属酸化物ナノ多孔体においては、驚くべきことに、その条件を満たさない従来の金属酸化物多孔体に比べてコージェライト基材に対する付着性及び耐熱性が飛躍的に向上している。
また、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体、特に後述する原料流体組成物として金属塩溶液を用いて得た金属酸化物ナノ多孔体は、以下に説明する条件(II)を満たすものであることが好ましい。
すなわち、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体が満たすことが好ましい第二の条件(II)は、前記ナノ多孔体に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素について、加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡を用いて任意に10以上の測定点においてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、得られたスペクトル中の各金属元素の蛍光X線ピークの積分強度を相対比に変換して求められる相対強度比Xの平均値Xmと平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2とが、前記金属元素のすべてについて下記式(2):
ν2/Xm 2≦0.1 (2)
で表される条件を満たしていることである。前記式(2)において、Xmは、下記式:
Xm=(ΣX)/N
(式中のNは測定点の数を示す。)
で表される相対強度比Xの平均値である。また、ν2は、下記式:
ν2={Σ(X−Xm)2}/N
で表される平均値Xmのまわりの二次のモーメントである。さらに、ν2/Xm 2は、平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントである。
ν2/Xm 2≦0.1 (2)
で表される条件を満たしていることである。前記式(2)において、Xmは、下記式:
Xm=(ΣX)/N
(式中のNは測定点の数を示す。)
で表される相対強度比Xの平均値である。また、ν2は、下記式:
ν2={Σ(X−Xm)2}/N
で表される平均値Xmのまわりの二次のモーメントである。さらに、ν2/Xm 2は、平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントである。
なお、この条件(II)の判定方法の詳細(試料の作製、透過型電子顕微鏡観察、測定部位の良否の判定、測定結果に基づく計算)は、前記条件(I)の判定方法とほとんど同様であるが、条件(I)の判定方法のように被検試料の厚さが略一定とみなせる領域にある測定点についての測定値のみを用いる必要はなく、任意の10以上の測定点であればよい。したがって、透過型電子顕微鏡観察の際に、被検試料の厚さに関し、EDX検出器で得られる全X線の総カウント数を基準とし、1万カウントから15万カウントの間になる部分を測定に適正な領域として採用することができる。
本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体が上記の条件(II)を満たすということは、そのナノ多孔体を構成する主要な金属酸化物がナノ多孔体中で極めて均一に分散していることを示している。このような極めて高水準の成分均一性は、金属酸化物のコロイド溶液や金属塩の溶液をそのまま用いて得られる金属酸化物では決して得られるものではなく、後述する本発明の製造方法によってはじめて達成されたものである。そして、前記の条件(II)を満たす金属酸化物ナノ多孔体においては、驚くべきことに、その条件を満たさない従来の金属酸化物多孔体に比べてコージェライト基材に対する付着性及び耐熱性が向上している。
さらに、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体は、以下に説明する条件(III)を満たすものであることが好ましい。
すなわち、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体が満たすことが好ましい第三の条件(III)は、前記ナノ多孔体の断面の電子顕微鏡写真において、前記ナノ多孔体の上に任意に総計で400μm以上の測定直線を描いた際に、前記測定直線が前記ナノ多孔体に形成されている空隙部(ナノ細孔は除く)と交差している部分の長さの比率が、前記測定直線の全長の10%以下(特に好ましくは5%以下)であるという条件を満たしていることである。
本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体が上記の条件(III)を満たすということは、そのナノ多孔体を構成する金属酸化物において適度な連続性が確保されており、ナノ多孔体中に空隙が少ないことを示している。このように適度な連続性が確保されていて空隙が少ない断面性状を有する金属酸化物ナノ多孔体は、従来のスラリーを用いて得られる金属酸化物では決して得られるものではなく、後述する本発明の製造方法によってはじめて達成されたものである。そして、上記の条件(III)を満たす金属酸化物ナノ多孔体においては、驚くべきことに、条件(III)を満たさない従来の金属酸化物多孔体に比べてコージェライト基材に対する付着性及び耐熱性が向上している。
本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体は、上記条件(I)〜(III)のうちの1つの条件を満たしていることが好ましく、また条件(I)〜(III)のうちの2つ以上の条件を満たしていることがより好ましい。複数の条件を満たすことにより、そのナノ多孔体を構成する主要な金属酸化物がナノ多孔体中(ナノ細孔を構成する壁体中)で極めて均一に分散している。それによってコージェライト基材に対する金属酸化物ナノ多孔体の付着性及び耐熱性を相乗的により向上させることができる。
以上、本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体について説明したが、かかる金属酸化物ナノ多孔体おいては、平均粒径が0.01〜50μmである第二の金属酸化物の粉末が混合されていてもよい。このような第二の金属酸化物としては、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、シリカ、ランタナ、イットリア等が挙げられ、その平均粒径が0.01μm未満のものは金属酸化物の粉砕による製造法としては作製が困難であり、他方、50μmを超えると得られる被覆の厚みが非常に厚くなり、また付着性が低下するといった問題が発生する傾向にある。また、このような第二の金属酸化物の粉末の添加量は特に制限されないが、得られる金属酸化物ナノ多孔体において30〜70質量%程度となる量が好ましい。
また、本発明にかかる前記金属酸化物ナノ多孔体からなる被覆又は薄膜は、単一層からなるものであってもよいが、同一又は異なる金属酸化物ナノ多孔体からなる複数層からなるものであってもよい。このように異なる金属酸化物ナノ多孔体からなる複数層からなる被覆又は薄膜とすれば、触媒反応に対する多段制御が可能となり、また、表面側層の細孔分布を制御することによって表面側層と基材側層との寄与度を制御することも可能となる。
本発明の排ガス浄化用触媒担体は、コージェライト基材と、それに担持されている前記金属酸化物ナノ多孔体とを備えるものである。ここで用いられる基材は、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)からなる基材であり、アルカリ、水等を含んでいてもよい。また、このようなコージェライト基材の形状は特に制限されず、得られる排ガス浄化用触媒の用途等に応じて適宜選択されるが、モノリス担体基材(ハニカムフィルタ、高密度ハニカム等)、ペレット状基材、プレート状基材等が挙げられる。
また、近年、いわゆるウォールスルータイプの排ガス浄化用フィルタ等に多孔質のコージェライト基材が使用されており、このような多孔質のコージェライト基材も本発明にかかる基材として有用である。なお、ウォールスルータイプのフィルタは、一般的にモノリス構造となっており、その孔の入口と出口が交互に栓詰めされており、ガスはコージェライト基材中の細孔を流れて入口側の孔から出口側の孔に導かれるものである。このようなウォールスルータイプのフィルタにおける1平方インチあたりのセル数は一般的に50〜600(主チャンネルの直径は約1〜3.6mm)であり、細孔の平均直径が5〜100μmで且つ気孔率が30〜80%程度の多孔質コージェライト基材が一般的に好適に採用される。
本発明によれば、このような各種のコージェライト基材の表面上のみならず細孔内壁面上に対しても非常に薄い薄膜を形成することが可能となるため、特にウォールスルータイプのフィルタの細孔内壁面上に金属酸化物ナノ多孔体薄膜を形成させた場合であってもガス流路が確保され、ガスが流れる際の圧力損失の増大を十分に防止することが可能となる。さらに、このような金属酸化物ナノ多孔体薄膜に貴金属を担持して触媒化すれば、触媒とガスとの接触頻度を増加させることができ、通過するガスに含まれる有害成分等の浄化性能を更に高めることが可能となる。また、粒子状物質を捕集可能な流路に、触媒機能を有する金属酸化物ナノ多孔体薄膜を形成すれば、粒子状物質の捕集と浄化との両立が可能となり、さらに細孔内壁面上に形成する薄膜の厚みをコントロールすることによって連通孔内径の制御も可能となるため、粒子捕集能力の制御が要求されるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)等に対して特に有効である。
また、本発明の排ガス浄化用触媒は、前記本発明の排ガス浄化用触媒担体と、前記担体の表面上及び/又は細孔内壁面上に担持されている貴金属とを備えることを特徴とするものである。このような貴金属としては、白金、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、金等が挙げられるが、排ガス浄化用の触媒としてより有用なものとなるという観点から、白金、ロジウム、パラジウムが好ましい。また、このような貴金属の担持量は特に制限されず、得られる排ガス浄化用触媒の用途等に応じて適宜調整されるが、前記金属酸化物100質量部に対して0.1〜10質量部程度となる量が一般的である。
次に、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法について説明する。すなわち、前記コージェライト基材とその基材に担持されている前記金属酸化物ナノ多孔体とを備える排ガス浄化用触媒担体の製造方法であって、
前記2種以上の金属酸化物の原料を含有する原料流体組成物を準備する工程と、
前記原料流体組成物を、1000sec−1以上の剪断速度の下で混合し、前記コージェライト基材の表面に塗布した後、実質的に共沈させることなく熱処理して、直径が10nm以下のナノ細孔を有しており且つ前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散している金属酸化物ナノ多孔体を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
前記2種以上の金属酸化物の原料を含有する原料流体組成物を準備する工程と、
前記原料流体組成物を、1000sec−1以上の剪断速度の下で混合し、前記コージェライト基材の表面に塗布した後、実質的に共沈させることなく熱処理して、直径が10nm以下のナノ細孔を有しており且つ前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散している金属酸化物ナノ多孔体を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
本発明において用いられる前記金属酸化物の原料としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のコロイド粒子と、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、鉄、希土類元素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩とからなる群から選択される少なくとも1種が好適なものとして挙げられる。
また、本発明にかかる前記原料流体組成物としては、
(i)アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のコロイド粒子からなる群から選択される少なくとも1種を含有するコロイド溶液、或いは、
(ii)アルミニウム、ジルコニウム、チタン、鉄、希土類元素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩からなる群から選択される少なくとも1種を含有する金属塩溶液、
が好ましい。
(i)アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のコロイド粒子からなる群から選択される少なくとも1種を含有するコロイド溶液、或いは、
(ii)アルミニウム、ジルコニウム、チタン、鉄、希土類元素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩からなる群から選択される少なくとも1種を含有する金属塩溶液、
が好ましい。
先ず、本発明にかかるコロイド溶液について説明する。本発明において用いられる金属酸化物のコロイド粒子は、前述の金属酸化物の平均粒径が5〜200nmのコロイド粒子であり、好ましくは5〜100nmのコロイド粒子である。コロイド粒子の平均粒径が5nm未満のものについては、金属酸化物単体のサイズ以下の粒子を作製することは原理的に困難であり、他方、200nmを超えると混合・分散性の低下、付着性の低下、反応性の低下等の種々の問題が発生する。
なお、このようなコロイド粒子の形状は特に制限されず、針状粒子、棒状粒子、羽毛状粒子、球状粒子、不定形状粒子等のものが挙げられる。また、コロイド溶液の濃度を調整するための溶媒も特に制限されず、水、アルコール等が挙げられるが、一回あたりの金属酸化物担持量等を考慮して決定される。
また、本発明において2種以上の金属酸化物からなるナノ多孔体を得る場合、その一部の金属酸化物についてはその構成元素の溶液として前記コロイド溶液中に更に含有されていてもよい。このような溶液としては、構成元素である金属の塩(硝酸塩、酢酸塩、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩、無機錯塩等)を水、アルコール等の溶媒に溶解した溶液が好適に用いられる。
次に、本発明にかかる金属塩溶液について説明する。本発明において原料として用いられる金属の塩は、後述する熱処理により酸化して前述の金属酸化物となる成分、すなわち、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、鉄、希土類元素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される2種以上の金属の塩であり、かかる2種以上の金属及びその組み合わせの好適条件は前述の金属酸化物及びその組み合わせの好適条件に準じている。
また、本発明にかかる2種以上の金属の塩としては、上記の金属の硝酸塩、酢酸塩、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩、無機錯塩(例えば、例えば、硝酸アルミニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸セリウム、酢酸ジルコニウム、オキシ硫酸ジルコニウム、四塩化チタン、シュウ酸チタニルアンモニウム、硫酸チタニル、硝酸イットリウム)等の水溶性の塩が好適に用いられる。
さらに、本発明にかかる2種以上の金属塩を含有する金属塩溶液を調製するための溶媒としては、特に制限されず、水、アルコール(例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコール等の単独又は混合系溶媒)等の各種溶媒が挙げられるが、金属基材への付着性向上という観点から水とアルコールとの混合溶媒が好ましく、アルコール含有量が40〜100質量%(特に好ましくは55〜80質量%)である水とアルコールとの混合溶媒が特に好ましい。
また、本発明にかかる金属塩溶液のpHは、特に限定されるものではないが、溶液中で金属イオンがより安定に存在するという観点から、金属塩溶液のpHが3.0〜6.0であることが好ましい。
本発明においては、また、前記原料流体組成物中に平均粒径が0.01〜50μm(好ましくは0.01〜10μm)である前述の第二の金属酸化物の粉末が更に含有されていてもよい。なお、このような第二の金属酸化物としては、前述の第一の金属酸化物と同様のものが好適に用いられる。また、第二の金属酸化物の粉末として、酸化により第二の金属酸化物となる金属塩を含有する溶液を乾燥した後に粉砕して得たものが好適に用いられる。さらに、その平均粒径は、得ようとする被覆の厚み以下であることが望ましい。
さらに、このような第二の金属酸化物の粉末を用いる場合、その表面に前述の貴金属を予め担持させておくこともできる。このような貴金属を担持させる具体的な方法は特に制限されないが、例えば、貴金属の塩(硝酸塩、塩化物、酢酸塩等)又は貴金属の錯体を水、アルコール等の溶媒に溶解した溶液に前記の粉末を浸漬し、溶媒を除去した後に焼成及び粉砕するといった方法が好適に用いられる。
本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前述の本発明にかかる原料流体組成物を1000sec−1以上、より好ましくは10000sec−1以上、特に好ましくは20000sec−1以上、の剪断速度の下で混合して被覆組成物を得る。かかる剪断速度が1000sec−1未満では、得られる金属酸化物ナノ多孔体が前述の成分均一性を満たすものにならず、その付着性及び耐熱性の十分な向上が得られない。なお、かかる剪断速度の上限は特に制限されないが、200000sec−1以下であることが好ましい。
なお、ここで用いる装置は、このような高剪断速度の下で混合できるものであればよく特に制限されないが、ホモジナイザが好適に用いられる。また、このような高剪断速度の下で混合する時間も特に制限されないが、1〜20分(好ましくは1〜5分)程度が一般的である。
このような高剪断速度の下で混合される原料流体組成物の濃度(固形分濃度)は、目的とする金属酸化物ナノ多孔体の形状(厚み等)、塗布する方法に適した粘度等に応じて適宜調整されるが、5〜50質量%程度の固形分濃度が一般的であり、好ましくは10〜15質量%程度の固形分濃度である。
さらに、本発明においては、得られた被覆組成物に混入している気泡を十分に除去するため、得られた被覆組成物を1〜2分程度緩やかに攪拌(例えば、20〜100rpm)する脱気処理を更に施してもよい。
以上説明した方法によって得られる被覆組成物においては、前記の原料流体組成物中の諸成分が極めて均一に分散しており、このような原料流体組成物を実質的に共沈させることなく熱処理することによって、コージェライト基材に対して付着性が高く且つ優れた耐熱性を有する前述の本発明にかかる金属酸化物ナノ多孔体を形成することが可能となり、更に得られる金属酸化物ナノ多孔体の薄膜化も可能となる。そのため、本発明によれば、コージェライト製のハニカムフィルタや高密度ハニカム等の基材に対しても高水準の付着性をもって優れた耐熱性を有する金属酸化物ナノ多孔体の被覆を均一に形成することが可能となる。また、本発明によれば、いわゆるウォールスルータイプの排ガス浄化用フィルタ等に用いられる多孔質のコージェライト基材の細孔内壁面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる薄膜を形成することが可能となる。
このように、本発明においては、原料流体組成物を実質的に共沈させることなく熱処理する必要がある。ここで、「実質的に共沈させることなく」とは、原料流体組成物中の金属元素が実質的に水酸化物を経ることなく熱処理によって固化して金属酸化物となることをいい、より具体的には、かかる熱処理前の原料流体組成物中の金属成分における水酸化物の比率が50at%以下(より好ましくは30at%以下)の場合をいう。
そして、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法においては、前記原料流体組成物を前述の高速剪断速度の下で混合し、前記コージェライト基材の表面上及び/又は細孔内壁面上に塗布した後、実質的に共沈させることなく熱処理することによって、目的とする金属酸化物ナノ多孔体を有する排ガス浄化用触媒担体が得られる。また、前記原料流体組成物として金属塩溶液を用いた場合は、かかる熱処理によって原料流体組成物中の金属成分を酸化せしめて金属酸化物とすることによって、本発明の排ガス浄化用触媒担体を得ることができる。
本発明においては、前記原料流体組成物を前述の混合の後に高速で熱処理することが好ましい。このような熱処理の具体的な方法は特に制限されないが、前記原料流体組成物を前述の混合の後に高速で乾燥し、さらに必要に応じて焼成する方法が好適に採用される。
本発明においては、前記原料流体組成物を前述の高速剪断速度の下で混合した後に前記熱処理するまでの時間は短い方が望ましく、60分以内程度であることが好ましく、30分以内程度であることがより好ましい。この時間が上記上限を超えると、高剪断攪拌の効果が低下して熱処理前や熱処理工程において金属酸化物が凝集し、付着性及び耐熱性が十分に向上した金属酸化物ナノ多孔体が得られにくくなる。
また、後述する焼成工程が乾燥工程を兼ねていてもよいが、前記原料流体組成物を焼成する前に溶媒を除去して高速で乾燥せしめることが好ましく、その際における乾燥条件としては、60〜180℃の温度(特に好ましくは100〜150℃の温度)で10分以内(特に好ましくは5分以内)に乾燥せしめるという条件がより好ましい。乾燥温度が上記下限未満では、高速乾燥が十分に達成されにくくなる傾向にあり、他方、上記上限を超えると、乾燥初期における乾燥速度が急激すぎることとなり、成膜速度より水分の気化速度が速すぎることから亀裂、ワレ等の原因となり、結果として付着性が大幅に低下する傾向にある。また、乾燥時間が上記上限を超えると、高剪断攪拌の効果が低下して乾燥工程において金属酸化物が凝集し、付着性及び耐熱性が十分に向上した金属酸化物ナノ多孔体が得られにくくなる傾向にある。なお、かかる高速乾燥工程において、原料流体組成物の含水率が200質量%以下(特に好ましくは100質量%以下)となるまで乾燥させることが好ましい。
さらに、焼成条件としては、酸化雰囲気(例えば、空気)中において250〜600℃の温度(特に好ましくは350〜500℃の温度)で20〜70分(特に好ましくは30〜60分)焼成するという条件がより好ましい。焼成温度が上記下限未満では、焼成が十分に達成されず、付着性及び耐熱性が十分に向上した金属酸化物ナノ多孔体が得られにくくなる傾向にあり、他方、上記上限を超えると、高温・酸化雰囲気によりシンタリング等の性能低下を伴い易くなる傾向にある。また、焼成時間が上記下限未満では、焼成が十分に達成されず、付着性及び耐熱性が十分に向上した金属酸化物ナノ多孔体が得られにくくなる傾向にあり、他方、上記上限を超えると、高剪断攪拌の効果が低下して焼成工程において金属酸化物が凝集し、付着性及び耐熱性が十分に向上した金属酸化物ナノ多孔体が得られにくくなる傾向にある。
なお、本発明の排ガス浄化用触媒担体の製造方法において基材に塗布する原料流体組成物の量は特に制限されず、得られる排ガス浄化用触媒の用途等に応じて適宜調整されるが、基材体積1リットルに対して薄膜を構成する金属酸化物の量が10〜300g程度となる量が好ましい。
また、前記原料流体組成物を基材に塗布する具体的な方法は特に制限されず、例えば、前記原料流体組成物に基材を浸漬する方法や、前記原料流体組成物をスプレー等により基材表面にコーティングする方法が好適に用いられる。
また、いわゆるウォールスルータイプの排ガス浄化用フィルタ等に用いられる多孔質のコージェライト基材を用いる場合には、前記原料流体組成物を基材に塗布した後に必要に応じて吸引操作を施して過剰な原料流体組成物を取り除くことが好ましい。このようにすることによって、細孔の入口及び出口が金属酸化物ナノ多孔体によって閉塞されることがより確実に防止され、細孔内壁面上に形成される金属酸化物ナノ多孔体薄膜がより薄くなる傾向にある。
また、所望の担持量になるまで前記原料流体組成物を基材に塗布する工程を繰り返してもよく、その場合は、前記原料流体組成物を基材に塗布して乾燥せしめた後に仮焼成することが好ましい。その際における仮焼成条件としては、酸化雰囲気(例えば、空気)中において250〜300℃の温度で30〜60分仮焼成するという条件が特に好ましい。
さらに、本発明の排ガス浄化用触媒を得る場合には、前記で得られた金属酸化物ナノ多孔体を有する排ガス浄化用触媒担体の表面上及び/又は細孔内壁面上に前述の貴金属を担持させてもよい。このような貴金属を担持させる具体的な方法は特に制限されないが、例えば、貴金属の塩(硝酸塩、塩化物、酢酸塩等)又は貴金属の錯体を水、アルコール等の溶媒に溶解した溶液に前記の担体を浸漬し、溶媒を除去した後に焼成及び粉砕するといった方法が好適に用いられる。なお、前記貴金属を担持させる工程において溶媒を除去する際における乾燥条件としては30〜150℃で10分以内程度が好ましく、また、焼成条件としては、酸化雰囲気(例えば、空気)中において250〜300℃で30〜60分程度が好ましい。また、所望の担持量になるまでこのような貴金属担持工程を繰り返してもよい。
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、ホモジナイザとしては、特殊機化工業(株)製のT.K.ロボミックス(攪拌部はT.K.ホモミクサーMARKII 2.5型)を用いた。
また、アルミナ(Al2O3)コロイド、Al溶液、Zr溶液、Ce溶液としては、それぞれ以下のものを用いた。
Al2O3コロイド…平均粒径:5〜20nm、針状粒子、硝酸水溶液(固形分濃度:25質量%)、
Al溶液…硝酸アルミニウム水溶液(固形分濃度:5.44質量%)、
Zr溶液…オキシ硝酸ジルコニウム水溶液(固形分濃度:18質量%)、
Ce溶液…硝酸セリウム水溶液(固形分濃度:28質量%)。
Al2O3コロイド…平均粒径:5〜20nm、針状粒子、硝酸水溶液(固形分濃度:25質量%)、
Al溶液…硝酸アルミニウム水溶液(固形分濃度:5.44質量%)、
Zr溶液…オキシ硝酸ジルコニウム水溶液(固形分濃度:18質量%)、
Ce溶液…硝酸セリウム水溶液(固形分濃度:28質量%)。
なお、ここでの固形分濃度は、各溶液の溶媒を蒸発させ、乾燥・焼成し、金属酸化物とする時に生成する金属酸化物の量を、各溶液量に対しての質量比(%)として表したものである。
さらに、成分均一性、耐熱性及び第一の付着性を評価するための基材としては、コージェライト製プレート(50mm×50mm×1.0mm)を用いた。また、断面性状及び第二の付着性を評価するための基材としては、1200cell/inch2のコージェライト製高密度ハニカム(30mmφ、50mmL)を用いた。
(実施例1)
得られる金属酸化物薄膜におけるAl2O3とZrO2とCeO2との質量比がAl2O3:ZrO2:CeO2=35:30:35となるようにAl2O3コロイドとZr溶液とCe溶液とを混合し、メタノールにより希釈して固形分濃度が12質量%のコロイド溶液を調製した。そして、得られたコロイド溶液をホモジナイザにより20000sec−1の剪断速度の下で2分間混合した後、約1分間緩やかな攪拌速度(20rpm)として混入気泡を除去せしめて被覆組成物を得た。
得られる金属酸化物薄膜におけるAl2O3とZrO2とCeO2との質量比がAl2O3:ZrO2:CeO2=35:30:35となるようにAl2O3コロイドとZr溶液とCe溶液とを混合し、メタノールにより希釈して固形分濃度が12質量%のコロイド溶液を調製した。そして、得られたコロイド溶液をホモジナイザにより20000sec−1の剪断速度の下で2分間混合した後、約1分間緩やかな攪拌速度(20rpm)として混入気泡を除去せしめて被覆組成物を得た。
次に、前記のコージェライト基材を、上記で得られた被覆組成物に直ちに1〜10秒間浸漬し、取り出してからその表面の余剰被覆組成物を重力及び振とうにより除去した。そして、その基材を水平に置いた後、常温による緩やかな乾燥を5〜10分、風速2〜5m/sの温風(60〜100℃)による乾燥を5〜10分、空気雰囲気における250℃での仮焼成を約30分施し、更に風速2〜5m/sの常温風により5〜10分冷却した。このような処理を2回繰り返した後に空気雰囲気において500℃で約60分間焼成し、コージェライト基材の表面に金属酸化物薄膜が担持されている排ガス浄化用触媒担体を得た。
得られた排ガス浄化用触媒担体における金属酸化物の被覆を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察したところ、被膜の厚さは約4μmであり、非常に均一な金属酸化物からなる薄膜が形成されていることが確認された。
(比較例1)
前記ホモジナイザによる混合に代えてプロペラによりゆるやかに攪拌(剪断速度10sec−1以下)するようにした以外は実施例1と同様にしてコージェライト基材の表面に金属酸化物薄膜が担持されている排ガス浄化用触媒担体を得た。
前記ホモジナイザによる混合に代えてプロペラによりゆるやかに攪拌(剪断速度10sec−1以下)するようにした以外は実施例1と同様にしてコージェライト基材の表面に金属酸化物薄膜が担持されている排ガス浄化用触媒担体を得た。
(比較例2)
特開平10−182155号公報(特許文献1)の実施例1に記載の共沈法により得られた従来のアルミナ/セリア/ジルコニア複合酸化物粉末を用い、得られる金属酸化物薄膜におけるAl2O3とZrO2とCeO2との質量比がAl2O3:ZrO2:CeO2=35:30:35となるように従来のアルミナ/セリア/ジルコニア複合酸化物粉末とベーマイト(Al2O3コロイド)と硝酸アルミニウム水溶液とをアトライタ(湿式粉砕)により混合・粉砕して得た固形分濃度が70質量%のスラリーを前記コロイド溶液に代えて用い、前記ホモジナイザによる混合に代えてプロペラによりゆるやかに攪拌(剪断速度10sec−1以下)するようにし、さらに焼成温度を700℃とした以外は実施例1と同様にしてコージェライト基材の表面に金属酸化物薄膜が担持されている排ガス浄化用触媒担体を得た。
特開平10−182155号公報(特許文献1)の実施例1に記載の共沈法により得られた従来のアルミナ/セリア/ジルコニア複合酸化物粉末を用い、得られる金属酸化物薄膜におけるAl2O3とZrO2とCeO2との質量比がAl2O3:ZrO2:CeO2=35:30:35となるように従来のアルミナ/セリア/ジルコニア複合酸化物粉末とベーマイト(Al2O3コロイド)と硝酸アルミニウム水溶液とをアトライタ(湿式粉砕)により混合・粉砕して得た固形分濃度が70質量%のスラリーを前記コロイド溶液に代えて用い、前記ホモジナイザによる混合に代えてプロペラによりゆるやかに攪拌(剪断速度10sec−1以下)するようにし、さらに焼成温度を700℃とした以外は実施例1と同様にしてコージェライト基材の表面に金属酸化物薄膜が担持されている排ガス浄化用触媒担体を得た。
<成分均一性の評価:条件(I)>
先ず、実施例1及び比較例1に記載の方法で得られた金属酸化物薄膜について、以下のようにして成分均一性を評価した。すなわち、前述の条件(I)の測定方法にしたがって、これらの金属酸化物薄膜について加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡(日本電子社製、JEM2010FEF)を用いてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、薄膜に含有されるAl、Zr及びCeについての蛍光X線ピークの積分強度を求めた。
先ず、実施例1及び比較例1に記載の方法で得られた金属酸化物薄膜について、以下のようにして成分均一性を評価した。すなわち、前述の条件(I)の測定方法にしたがって、これらの金属酸化物薄膜について加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡(日本電子社製、JEM2010FEF)を用いてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、薄膜に含有されるAl、Zr及びCeについての蛍光X線ピークの積分強度を求めた。
なお、透過型電子顕微鏡観察の際に、試料の厚さに関し、EDX検出器で得られる全X線の総カウント数を基準とし、1万カウントから6万カウントの間になる部分を測定に適正な領域、すなわち被検試料の厚さが略一定とみなせる領域として採用した。
そして、その測定結果に基づいて前述の相対強度比X、その平均値Xm、平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2、平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントν2/Xm 2を順次算出し、前記式(1)で表される条件を満たしているか否かを判定した。
このようにして得られた平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントν2/Xm 2を表1にそれぞれ示す。
表1に示した結果から明らかな通り、本発明の方法で得られた実施例1で得られた金属酸化物薄膜においては、金属酸化物に含有される金属元素のすべてについて前記式(1)で表される条件が満たされており、金属酸化物が極めて均一に分散していることが確認された。一方、高速剪断速度の下での混合をしなかった比較例1で得られた金属酸化物薄膜においては、前記式(1)で表される条件が満たされていないことが確認された。
<耐熱性試験>
実施例1、比較例1及び比較例2に記載の方法で前記コージェライトプレート上に形成せしめた金属酸化物薄膜について、以下のようにして耐熱性を評価した。すなわち、各金属酸化物薄膜を酸化雰囲気(大気中)において500℃、900℃、1000℃に加熱してそれぞれ5時間維持した後の比表面積(BET比表面積)を測定した。
実施例1、比較例1及び比較例2に記載の方法で前記コージェライトプレート上に形成せしめた金属酸化物薄膜について、以下のようにして耐熱性を評価した。すなわち、各金属酸化物薄膜を酸化雰囲気(大気中)において500℃、900℃、1000℃に加熱してそれぞれ5時間維持した後の比表面積(BET比表面積)を測定した。
得られた結果を図1に示す。なお、図1においては、比較例2で得られた金属酸化物薄膜の比表面積を1として相対的に示している。
図1に示した結果から明らかな通り、コロイド溶液を高剪断速度の下で混合した後に基材に塗布して高速で乾燥及び焼成して得た本発明にかかる金属酸化物薄膜においては、耐熱性が大幅に向上していることが確認された。
<付着性試験1>
実施例1及び比較例2に記載の方法で前記コージェライトプレート上に形成せしめた金属酸化物薄膜についてそれぞれ、以下のようにして付着性を評価した。すなわち、表面に金属酸化物薄膜を形成した各基材を超音波洗浄器にかけて30分間×4回超音波振動を与え、その間における薄膜の残存割合(付着率(%)、重量基準)を測定した。得られた結果を図2に示す。
実施例1及び比較例2に記載の方法で前記コージェライトプレート上に形成せしめた金属酸化物薄膜についてそれぞれ、以下のようにして付着性を評価した。すなわち、表面に金属酸化物薄膜を形成した各基材を超音波洗浄器にかけて30分間×4回超音波振動を与え、その間における薄膜の残存割合(付着率(%)、重量基準)を測定した。得られた結果を図2に示す。
図2に示した結果から明らかな通り、原料流体組成物を高剪断速度の下で混合した後に基材に塗布して高速で乾燥及び焼成して得た本発明にかかる金属酸化物薄膜においては、基材に対する付着性が大幅に向上していることが確認された。
<付着性試験2>
実施例1及び比較例2に記載の方法で前記1200cell/inch2のハニカム形状を有するコージエライト基材に形成せしめた金属酸化物薄膜についてそれぞれ、以下のようにして付着性を評価した。すなわち、表面に金属酸化物薄膜を形成した各基材を超音波洗浄器にかけて30分間×4回超音波振動を与え、その間における薄膜の残存割合(付着率(%)、重量基準)を測定した。得られた結果を図3に示す。
実施例1及び比較例2に記載の方法で前記1200cell/inch2のハニカム形状を有するコージエライト基材に形成せしめた金属酸化物薄膜についてそれぞれ、以下のようにして付着性を評価した。すなわち、表面に金属酸化物薄膜を形成した各基材を超音波洗浄器にかけて30分間×4回超音波振動を与え、その間における薄膜の残存割合(付着率(%)、重量基準)を測定した。得られた結果を図3に示す。
また、表面に金属酸化物薄膜を形成した各基材を酸化雰囲気(大気中)において1000℃に加熱してそれぞれ5時間維持した後に超音波洗浄器にかけて30分間×4回超音波振動を与え、その間における薄膜の残存割合(付着率(%)、重量基準)を測定した。得られた結果を図4に示す。
図3及び図4に示した結果から明らかな通り、原料流体組成物を高剪断速度の下で混合した後に基材に塗布して高速で乾燥及び焼成して得た本発明にかかる金属酸化物薄膜においては、基材に対する付着性が大幅に向上しており、熱処理後の付着性も優れていることが確認された。
<ナノ細孔の評価>
実施例1に記載の方法で得られた金属酸化物薄膜について、以下のようにして窒素吸着法並びにX線小角散乱法によりナノ細孔を有することを確認した。
実施例1に記載の方法で得られた金属酸化物薄膜について、以下のようにして窒素吸着法並びにX線小角散乱法によりナノ細孔を有することを確認した。
すなわち、窒素吸着法は、ある平衡蒸気圧にて固体表面に吸着されたガス量又は固体表面から脱離されたガス量を静的容積法によって測定する手法である。吸着質の臨界温度で一定温度に保持された固体試料の入ったサンプルセルに既知量の吸着ガスを導入するか、或いはサンプルセルから既知量の吸着ガスを除去することにより等温線データが得られる。平衡圧力にて吸着又は脱離されるガスの量は、導入又は除去されたガス量と試料周辺の空隙部を満たすのに必要なガス量との差に相当する。本測定では、QUANTACHROME社製全自動ガス吸着量測定装置(オートソーブ1MP/LP)を用いた。そして、0.05〜0.15gの試料を用い、測定温度−196℃、大気圧との相対圧力P/P0が0.00001〜1の範囲で窒素吸着測定を、その後継続してP/P0が0.01〜1の範囲で窒素の脱離測定を行った。窒素ガスの吸着量をプロットすることにより吸着等温線を得ることができ、BJH法と呼ばれる解析法により、細孔径分布を求めた。なお、BJH法とは、メソ細孔分布計算に最も有効なモデルであり、孔は全て円筒形であると仮定したモデルである。実施例1に記載の方法で得られた金属酸化物多孔体の測定結果を図5に示す。
また、X線小角散乱法には平行性とエネルギー密度に優れた放射光施設におけるアンジュレータービームラインのX線を用いた。X線エネルギーを10keV(波長0.124nm)に設定し、まず四象限スリットを用いて0.04mm□程度にX線ビームを絞り、小角散乱法のビームの起点とする。その起点から約65cm下流のところに直径0.5mmのピンホールを置いて余分な散乱光を遮るとともにそのすぐ下流に密着させて試料を設置した。X線の試料透過後の強度が1/e(eは自然対数の底)になるように吸収量を計算して試料の適正厚みを算出し、それに従って試料の圧粉体を作製した。試料から正確に50cm下流(起点から115cm下流)側にイメージングプレートを設置して散乱X線を記録した。透過X線の位置にはカバーガラスを重ねたアッテネーターを設置してイメージングプレートの損傷を防ぐとともに適当な強度で透過X線の位置がイメージングプレートに記録されるようにした。解析にあたっては、イメージングプレート上の透過X線位置を中心とした同心円上に記録されたX線強度の平均値を求め、同心円の半径を角度に換算して散乱角度対強度のグラフを描いた。試料内に球状の散乱体を仮定して散乱体半径の分布を適度に変化させ、前記散乱角度対強度のグラフを説明できる適当な分布を求めた。実施例1に記載の方法で得られた金属酸化物多孔体の測定結果を図6に示す。また、比較のため、バルク体である銅箔(厚さ6μm)及びアルミニウム箔(厚さ100μm)についての測定結果も図6に示す。
これらの図面、特に図6に示した結果から明らかな通り、本発明の方法により得られた金属酸化物多孔体には、直径が2nm以下という非常に微細なナノ細孔が形成されていることが確認された。
<断面性状の評価1>
先ず、前記コージェライト製高密度ハニカムを用いて実施例1に記載の方法で得られた排ガス浄化用触媒担体をロジウム及び白金を含有する混合水溶液(Rh含有量:0.007g、Pt含有量:0.035g)に1時間浸漬し、取り出してからその表面の余剰溶液を重力及び振とうにより除去した。そして、その担体を水平に置いた後、常温による緩やかな乾燥を5〜10分、風速2〜5m/sの温風(60〜100℃)による乾燥を5〜10分、空気雰囲気における300℃での焼成を約60分施し、更に風速2〜5m/sの常温風により5〜10分冷却した。このようにしてRh担持量が0.0068g、Pt担持量が0.033gとなっている排ガス浄化用触媒を得た。
先ず、前記コージェライト製高密度ハニカムを用いて実施例1に記載の方法で得られた排ガス浄化用触媒担体をロジウム及び白金を含有する混合水溶液(Rh含有量:0.007g、Pt含有量:0.035g)に1時間浸漬し、取り出してからその表面の余剰溶液を重力及び振とうにより除去した。そして、その担体を水平に置いた後、常温による緩やかな乾燥を5〜10分、風速2〜5m/sの温風(60〜100℃)による乾燥を5〜10分、空気雰囲気における300℃での焼成を約60分施し、更に風速2〜5m/sの常温風により5〜10分冷却した。このようにしてRh担持量が0.0068g、Pt担持量が0.033gとなっている排ガス浄化用触媒を得た。
そして、このようにして得られた排ガス浄化用触媒の中央部及び端部に形成せしめた金属酸化物薄膜の断面性状を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、得られた結果をそれぞれ図7及び図8に示す。また、その排ガス浄化用触媒の中央部及び端部に形成せしめた金属酸化物薄膜の断面性状をX線マイクロアナライザー(日本電子社製、JXA−8200)を用いて観察し、得られた結果をそれぞれ図9及び図10に示す。
図7〜図10に示した結果から明らかな通り、コロイド溶液を高剪断速度の下で混合した後に基材に塗布して高速で乾燥及び焼成して得た実施例1で得られた金属酸化物ナノ多孔体は、コージェライト基材の表面上のみならず細孔内壁面上に対しても非常に薄い薄膜を形成していることが確認された。
次に、前記コージェライト製高密度ハニカムを用いて比較例2に記載の方法で得られた排ガス浄化用触媒担体に対して上記と同様にしてロジウム及び白金を担持せしめて排ガス浄化用触媒を得た。
そして、このようにして得られた排ガス浄化用触媒の中央部及び端部に形成せしめた金属酸化物薄膜の断面性状を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、得られた結果をそれぞれ図11及び図12に示す。また、その排ガス浄化用触媒の中央部及び端部に形成せしめた金属酸化物薄膜の断面性状をX線マイクロアナライザー(日本電子社製、JXA−8200)を用いて観察し、得られた結果をそれぞれ図13及び図14に示す。
図11〜図14に示した結果から明らかな通り、共沈法により得られた従来のアルミナ/セリア/ジルコニア複合酸化物粉末を含有するスラリーをそのまま用いた比較例2で得られた金属酸化物は、コージェライト基材の表面上に厚い被膜を形成しており、コージェライト基材の細孔内には殆ど担持されていないことが確認された。
<断面性状の評価2:条件(III)>
先ず、実施例1に記載の方法で前記1200cell/inch2のハニカム形状を有するコージエライト基板の端部に形成せしめた金属酸化物薄膜について、以下のようにして断面性状を評価した。実施例1で得られた金属酸化物薄膜の断面の電子顕微鏡写真において、前記薄膜の上に総計で465.5μmの4本の測定直線(line1〜4)を描き、これらの測定直線が前記薄膜に形成されている空隙部と交差している部分の長さの比率を求めた。その結果、コロイド溶液を高剪断速度の下で混合した後に基材に塗布して高速で乾燥及び焼成して得た実施例1で得られた金属酸化物薄膜においては、前記測定直線が空隙部と交差している部分の長さの比率は4.3%であり、薄膜を構成する金属酸化物において連続性が確保されており薄膜中に空隙が少ないことが確認された。
先ず、実施例1に記載の方法で前記1200cell/inch2のハニカム形状を有するコージエライト基板の端部に形成せしめた金属酸化物薄膜について、以下のようにして断面性状を評価した。実施例1で得られた金属酸化物薄膜の断面の電子顕微鏡写真において、前記薄膜の上に総計で465.5μmの4本の測定直線(line1〜4)を描き、これらの測定直線が前記薄膜に形成されている空隙部と交差している部分の長さの比率を求めた。その結果、コロイド溶液を高剪断速度の下で混合した後に基材に塗布して高速で乾燥及び焼成して得た実施例1で得られた金属酸化物薄膜においては、前記測定直線が空隙部と交差している部分の長さの比率は4.3%であり、薄膜を構成する金属酸化物において連続性が確保されており薄膜中に空隙が少ないことが確認された。
次に、比較例2に記載の方法で前記1200cell/inch2のハニカム形状を有するコージエライト基板の端部に形成せしめた金属酸化物薄膜について、上記と同様にして断面性状を評価した。すなわち、比較例2で得られた金属酸化物薄膜の断面の電子顕微鏡写真において、前記薄膜の上に総計で556.0μmの4本の測定直線(line1〜4)を描き、これらの測定直線が前記薄膜に形成されている空隙部と交差している部分の長さの比率を求めた。その結果、共沈法により得られた従来のアルミナ/セリア/ジルコニア複合酸化物粉末を含有するスラリーをそのまま用いた比較例2で得られた金属酸化物薄膜においては、前記測定直線が空隙部と交差している部分の長さの比率は42.4%であり、薄膜中に空隙が多いことが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、金属酸化物の原料を含有する原料流体組成物を高剪断速度の下で混合し、コージェライト基材の表面に塗布した後に実質的に共沈させることなく熱処理することにより、直径が10nm以下のナノ細孔を有しており且つ前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散しているという従来にない新規な金属酸化物ナノ多孔体を有する排ガス浄化用触媒担体が得られるようになる。
かかる本発明の排ガス浄化用触媒担体によれば、コージェライト製のハニカムフィルタや高密度ハニカム等のコージェライト基材に対する付着性及び耐熱性が向上し、更に被覆の薄膜化も可能となるため、コージェライト基材の表面上のみならず細孔内壁面上に対しても薄膜を形成することが可能となる。したがって、本発明は、コージェライト基材を用いた各種の排ガス浄化用触媒を得るために有用な技術であり、特にウォールスルータイプの排ガス浄化用フィルタ等に使用される多孔質のコージェライト基材に対してガス流路を確保しつつ細孔内壁面上に金属酸化物薄膜を形成させる技術として非常に有用である。
Claims (13)
- コージェライト基材と、前記コージェライト基材に担持されているアルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される2種以上の金属酸化物により構成される金属酸化物ナノ多孔体とを備える排ガス浄化用触媒担体であって、
前記ナノ多孔体は直径が10nm以下のナノ細孔を有しており、且つ、前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散していることを特徴とする排ガス浄化用触媒担体。 - 前記コージェライト基材が多孔質のものであり、前記コージェライト基材の細孔内壁面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる薄膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒担体。
- 前記コージェライト基材の表面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる被覆が形成されてい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用触媒担体。
- 前記ナノ多孔体に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素について、加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡を用いて被検試料の厚さが略一定とみなせる領域にある測定点においてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、得られたスペクトル中の各金属元素の蛍光X線ピークの積分強度を相対比に変換して求められる相対強度比Xの平均値Xmと平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2とが、前記金属元素のすべてについて下記式(1):
ν2/Xm 2≦0.02 (1)
[式(1)中、XmはXm=(ΣX)/N(Nは測定点の数)で表される相対強度比Xの平均値、ν2はν2={Σ(X−Xm)2}/Nで表される平均値Xmのまわりの二次のモーメント、ν2/Xm 2は平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントを示す。]
で表される条件を満たしていることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体。 - 前記ナノ多孔体は直径が5nm以下のナノ細孔を有していることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体。
- 前記ナノ多孔体に10at%以上含有されるすべての金属酸化物の金属元素について、加速電圧200kV、電子ビーム径1.0nmの透過型電子顕微鏡を用いて任意に10以上の測定点においてエネルギー分散型X線分光法によりスペクトルを求め、得られたスペクトル中の各金属元素の蛍光X線ピークの積分強度を相対比に変換して求められる相対強度比Xの平均値Xmと平均値Xmのまわりの二次のモーメントν2とが、前記金属元素のすべてについて下記式(2):
ν2/Xm 2≦0.1 (2)
[式(2)中、XmはXm=(ΣX)/N(Nは測定点の数)で表される相対強度比Xの平均値、ν2はν2={Σ(X−Xm)2}/Nで表される平均値Xmのまわりの二次のモーメント、ν2/Xm 2は平均値Xmの二乗で規格化した二次のモーメントを示す。]
で表される条件を満たしていることを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体。 - 前記ナノ多孔体の断面の電子顕微鏡写真において、前記ナノ多孔体の上に任意に総計で400μm以上の測定直線を描いた際に、前記測定直線が前記ナノ多孔体に形成されている空隙部と交差している部分の長さの比率が、前記測定直線の全長の10%以下であるという条件を満たしていることを特徴とする請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体。
- 請求項1〜7のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体と、前記担体の表面上及び/又は細孔内壁面上に担持されている貴金属とを備えることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
- コージェライト基材と、前記コージェライト基材に担持されているアルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される2種以上の金属酸化物により構成される金属酸化物ナノ多孔体とを備える排ガス浄化用触媒担体の製造方法であって、
前記2種以上の金属酸化物の原料を含有する原料流体組成物を準備する工程と、
前記原料流体組成物を、1000sec−1以上の剪断速度の下で混合し、前記コージェライト基材の表面に塗布した後、実質的に共沈させることなく熱処理して、直径が10nm以下のナノ細孔を有しており且つ前記ナノ細孔を構成する壁体において前記金属酸化物が均質に分散している金属酸化物ナノ多孔体を得る工程と、
を含むことを特徴とする排ガス浄化用触媒担体の製造方法。 - 前記コージェライト基材が多孔質のものであり、前記コージェライト基材の細孔内壁面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる薄膜が形成されることを特徴とする請求項9に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。
- 前記コージェライト基材の表面上に前記金属酸化物ナノ多孔体からなる被覆が形成されることを特徴とする請求項9又は10に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。
- 前記金属酸化物の原料が、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化鉄、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のコロイド粒子と、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、鉄、希土類元素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩とからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項9〜11のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。
- 前記原料流体組成物を、10000sec−1以上の剪断速度の下で混合することを特徴とする請求項9〜12のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒担体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005176712A JP2006346597A (ja) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | 排ガス浄化用触媒担体、排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005176712A JP2006346597A (ja) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | 排ガス浄化用触媒担体、排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006346597A true JP2006346597A (ja) | 2006-12-28 |
Family
ID=37642990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005176712A Pending JP2006346597A (ja) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | 排ガス浄化用触媒担体、排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006346597A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010143508A1 (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | 本田技研工業株式会社 | 排ガス浄化用酸化触媒装置 |
CN109516792A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-26 | 江西神龙环保科技有限公司 | 一种气体净化多孔陶瓷的制备方法 |
US11161782B2 (en) | 2017-11-30 | 2021-11-02 | Corning Incorporated | Method of increasing IOX processability on glass articles with multiple thicknesses |
-
2005
- 2005-06-16 JP JP2005176712A patent/JP2006346597A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010143508A1 (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | 本田技研工業株式会社 | 排ガス浄化用酸化触媒装置 |
JP2010284583A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Honda Motor Co Ltd | 排ガス浄化用酸化触媒装置 |
US11161782B2 (en) | 2017-11-30 | 2021-11-02 | Corning Incorporated | Method of increasing IOX processability on glass articles with multiple thicknesses |
CN109516792A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-26 | 江西神龙环保科技有限公司 | 一种气体净化多孔陶瓷的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4918857B2 (ja) | 金属酸化物ナノ多孔体、それを得るための被覆組成物、及びそれらの製造方法 | |
US7618919B2 (en) | Catalyst support and method of producing the same | |
JP4562776B2 (ja) | 排気ガス浄化用触媒 | |
JP6364118B2 (ja) | 排ガス浄化用触媒、その製造方法、及び、それを用いた排ガス浄化方法 | |
US7838460B2 (en) | Nanoporous metal oxide material, catalyst support, and catalyst for hydrogen production reaction using the same | |
JP4665770B2 (ja) | 触媒担体及びその製造方法 | |
CN107427825B (zh) | 废气净化用催化剂 | |
CN107405615B (zh) | 废气净化用催化剂 | |
JP6876876B1 (ja) | 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 | |
JP4984205B2 (ja) | 排ガス浄化用触媒担体、排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法 | |
CN113631267B (zh) | 废气净化用催化剂 | |
JP4853816B2 (ja) | 排ガス浄化用フィルタ及びその製造方法 | |
JP4423570B2 (ja) | 改質用触媒担体及びその製造方法 | |
JP2006346597A (ja) | 排ガス浄化用触媒担体、排ガス浄化用触媒、及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法 | |
JP2019000774A (ja) | 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 | |
JP4359852B2 (ja) | 金属酸化物ナノ多孔体の製造方法 | |
JP4793632B2 (ja) | 金属酸化物ナノ多孔体、触媒担体及びそれを用いた水素生成反応用触媒 | |
JP2009078202A (ja) | 触媒金属担持酸素吸蔵材、同材の製造方法、及び同材を用いた触媒 | |
JP2017185459A (ja) | 排ガス浄化用触媒、その製造方法、及び、それを用いた排ガス浄化方法 |