JP5871225B2 - 排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒及びその製造方法 - Google Patents
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Description
<キレート保護したパラジウムイオン錯体の調製>
アルミナゾルに硝酸パラジウム等のパラジウム化合物を直接投入すると、微量の有機物等によりパラジウムイオンが還元を受けて粒子径の大きなパラジウム黒が析出する。粒子径の大きなパラジウム黒では十分な触媒活性が得られないため、この段階での突発的な還元を防止する必要がある。
<パラジウムイオンを含むアルミナゾルのゲル化>
次に、解こうしたアルミナゾルにキレート保護したパラジウムイオン錯体を添加して撹拌混合した後、このパラジウムイオンを含むアルミナゾルをゲル化してパラジウム−アルミナ混合ゲルとするために尿素を添加する。パラジウムイオンを含むアルミナゾルをゲル化するために添加する尿素の量は、尿素/AlO(OH)=0.05〜0.65(モル比)、好ましくは0.1〜0.5(モル比)の範囲である。この範囲より多いと、急激にゲル化が進行して均一なゲルが得られず、高温耐熱性が得られない場合がある。一方この範囲より少ないとゾルのゲル化が進行しない場合がある。
<凍結乾燥>
凍結乾燥の前処理で行うパラジウム−アルミナ混合ゲルの凍結は、なるべく急速な冷凍凍結が好ましい。急速な冷凍凍結によって、水の結晶成長を抑制し、非結晶構造とすることで、最終的に高温耐熱性の高い多孔質触媒担体を得ることができる。また、凍結乾燥の真空度は10Pa以下、できれば5Pa以下が好ましい。これにより、乾燥時間が短くなり、水分の除去が十分に行われる。
<焼成>
次に、調製したパラジウム−アルミナ混合ゲルを焼成する。焼成条件としては焼成温度800〜1000℃、好ましくは900℃、焼成時間は0.5〜2時間、好ましくは1時間である。この条件で焼成することにより、パラジウムの粒子をアルミナクリオゲル担体上に安定的に分散させることができる。
<実施例1〜14>
86℃の超純水にアルミニウムトリブトキシド(ASB)を加えて加水分解しアルミナゾルを得た。アルミナゾルの濃度を表1に示す。次に硝酸を加えて86℃で1時間オイルバス中にて攪拌すると、濁ったアルミナゾルが解こうして半透明なアルミナゾルが得られる。添加する硝酸量を表1に示す。
<比較例1>
市販アルミナ(表面積:200m2/g)を硝酸パラジウム水溶液に含浸し、水を蒸発乾固してから乾燥機で乾燥、その後900℃で1時間、空気中で焼成して比較例1の触媒を得た。パラジウム含有量は5質量%とした。
<評価>
上記の条件で作製した実施例1〜14及び比較例1の触媒について、パラジウムの分散度、パラジウムの粒子直径、CO酸化反応(50%転化温度)を以下の方法により測定した。その結果を表1に示す。
(パラジウムの分散度)
触媒0.1gを石英製の反応管(内径:4mm)に充填し、300℃で15分、水素(30mL/min)を流通して酸化パラジウムから金属パラジウムへの還元を行った。その後ヘリウム(30mL/min)を流通して吸着水素を取り除き、そのままの状態で室温まで温度を下げた。次にヘリウム気流下(30mL/min)でCOガス(0.5mL)を5〜6回パルス導入した。
(パラジウムの粒子直径)
上記で算出したパラジウムの分散度から、下記アンダーソンの式(1)を使ってパラジウムの粒子直径を算出した(Anderson JR (1975) "Structure of metallic catalysts". Academic Press, London p 296, 359)。
dVA=αΣVi/ΣAi=6(MW/ρN0)(1/aM)(1/DM) (1)
dVA 粒子直径
MW 原子量 [106.4 (g/mol)]
ρ 密度 [12.02 (g/cm3)]
N0 アボガドロ定数 [6.02×1023(/mol)]
aM 表面1原子が占める有効面積 [1/(1.27×1015)(cm2)]
DM パラジウム分散度 [−]
この式から、実施例1〜14のパラジウム粒子直径は約5〜14nmと計算された。一方で比較例1では粒子直径が約18nmと算出された。
(CO酸化反応)
作製したパラジウム触媒を900℃で1時間焼成した後に、CO酸化反応を行った。CO酸化反応は、1%のCOと、1%のO2と、98%のHeとを含む混合ガス(50mL/min)を触媒15mgに通し、10℃/分の昇温速度で触媒層の温度を上昇させた。
Claims (11)
- 900℃で1時間、熱処理した後のパラジウムの分散度が8〜21%、パラジウムの粒子直径が5〜14nmであり、1%のCOと1%のO2と98%のHeとを含む反応ガス中のCOのCO2への50%転化温度が168〜187℃であることを特徴とする排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒。
- 900℃で1時間、熱処理した後の表面積が127〜170m2/g、細孔容積が0.16〜0.34cm3/g、平均細孔半径が2.4〜3.1nmであることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒。
- 前記パラジウムの含有量が0.1〜10wt%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用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒。
- アルミナゾルを解こうする工程と、
パラジウム化合物をジアミン系化合物でキレート保護した後、解こうした前記アルミナゾルに混合してパラジウム−アルミナ混合ゲルを調製する工程と、
前記パラジウム−アルミナ混合ゲルを凍結乾燥する工程と、
凍結乾燥した前記パラジウム−アルミナ混合ゲルを焼成する工程を含む排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法であって、
製造した排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒は、900℃で1時間、熱処理した後のパラジウムの分散度が8〜21%、パラジウムの粒子直径が5〜14nmであり、1%のCOと1%のO 2 と98%のHeとを含む反応ガス中のCOのCO 2 への50%転化温度が168〜187℃であり、表面積が127〜170m 2 /g、細孔容積が0.16〜0.34cm 3 /g、平均細孔半径が2.4〜3.1nmであることを特徴とする排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。 - 前記ジアミン系化合物の添加量が、ジアミン/パラジウム化合物=2〜7のモル比で調製されることを特徴とする請求項4に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。
- 前記パラジウム化合物が、硝酸パラジウム、塩化パラジウム、塩化パラジウム酸アンモニウム、ジニトロジアンミンパラジウム、テトラアンミンパラジウムジクロライド、テトラアンミンパラジウム水酸塩、テトラアンミンパラジウム硝酸塩、ジクロロジアンミンパラジウム、塩化パラジウム酸ナトリウム、塩化パラジウム酸カリウム、パラジウムブラックから選択される少なくとも1種類以上のパラジウム化合物であることを特徴とする請求項4又は5に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。
- 前記ジアミン系化合物が、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミンから選択される少なくとも1種類以上のジアミン系化合物であることを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。
- 前記パラジウムの含有量が0.1〜10wt%であることを特徴とする請求項4から7のいずれか一項に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。
- 前記アルミナゾルが、H2O/AlO(OH)=20〜110のモル比で調製されることを特徴とする請求項4から8のいずれか一項に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。
- 前記アルミナゾルの解こうに使用する硝酸の量が、HNO3/AlO(OH)=0.05〜0.5のモル比で調製されることを特徴とする請求項4から9のいずれか一項に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。
- 前記アルミナゾルのゲル化に使用する尿素の量が、尿素/AlO(OH)=0.05〜0.65のモル比で調製されることを特徴とする請求項4から10のいずれか一項に記載の排ガス浄化用の多孔質性パラジウム−アルミナ触媒の製造方法。
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