JP6036276B2 - Exhaust purification catalyst and method for producing exhaust purification catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化触媒及び排気浄化触媒の製造方法に関する。更に詳細には、本発明は、排気成分の浄化において、優れた性能を発揮し得る排気浄化触媒及び排気浄化触媒の製造方法に関する。 The present invention relates to an exhaust purification catalyst and an exhaust purification catalyst manufacturing method. More specifically, the present invention relates to an exhaust purification catalyst that can exhibit excellent performance in purification of exhaust components, and a method for manufacturing the exhaust purification catalyst.
従来、酸素吸放出能を有する酸化物基材上に遷移金属酸化物を所定の方法で高分散状態で担持させて、酸化還元性能を向上させることにより、通常の含浸担持をさせた場合と比較して浄化性能を向上させた排気ガス浄化触媒が提案されている(特許文献1参照。)。この排気ガス浄化触媒は、酸素吸放出能を有する酸化物に、LaxM1−xM’O3−δ(式中、Laはランタン、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)からなる群より選ばれる少なくとも1種、M’は鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及びマンガン(Mn)からなる群より選ばれる少なくとも1種、δは酸素欠損量を示し、x及びδは、0<x≦1、0≦δ≦1の関係を満足する。)で表される酸化物が担持されているものである。 Compared to conventional impregnation support by improving the oxidation-reduction performance by supporting a transition metal oxide in a highly dispersed state on an oxide base material having oxygen absorption / release capability in a predetermined manner. Thus, an exhaust gas purification catalyst having improved purification performance has been proposed (see Patent Document 1). This exhaust gas purifying catalyst is composed of an oxide having oxygen absorbing / releasing ability, La x M 1-x M′O 3-δ (where La is lanthanum, M is barium (Ba), strontium (Sr) and calcium). At least one selected from the group consisting of (Ca), M ′ is at least one selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and manganese (Mn), and δ is the amount of oxygen deficiency X and δ satisfy the relationship of 0 <x ≦ 1 and 0 ≦ δ ≦ 1)).
上記特許文献1に記載された排気ガス浄化触媒は、通常の含浸担持をして得られたものと比較して性能向上はするものの、更に改善の余地があった。
The exhaust gas purification catalyst described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、優れた浄化性能を示す排気浄化触媒及び排気浄化触媒の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide an exhaust purification catalyst exhibiting excellent purification performance and an exhaust purification catalyst manufacturing method.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、所定の酸素吸放出能を有する酸化物に、所定の酸化物を所定の方法で担持させることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, the inventors have found that the above object can be achieved by supporting a predetermined oxide by a predetermined method on an oxide having a predetermined oxygen absorption / release capability, and completed the present invention.
すなわち、本発明の排気浄化触媒は、酸素吸放出能を有する酸化物に、下記の一般式(1)で表される酸化物が担持された構造を有し、積算細孔容積分布において細孔容積割合が90体積%となる細孔径が150nm以下であり、平均細孔直径が、15nm以上36nm以下であるものである。 That is, the exhaust purification catalyst of the present invention has a structure in which an oxide represented by the following general formula (1) is supported on an oxide having oxygen absorption / release capacity, and the pores in the integrated pore volume distribution pore size volume fraction of 90% by volume Ri der less 150 nm, average pore diameter, but is 15nm or more 36nm or less.
La(x)M(1−x)M’O3−δ・・・(1)
(式(1)中、Laはランタン、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)からなる群より選ばれる少なくとも1種、M’は鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及びマンガン(Mn)からなる群より選ばれる少なくとも1種、δは酸素欠損量を示し、x及びδは、0<x≦1、0≦δ≦1の関係を満足する。)
La (x) M (1-x) M′O 3-δ (1)
(In the formula (1), La is lanthanum, M is at least one selected from the group consisting of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca), M ′ is iron (Fe), cobalt (Co), (At least one selected from the group consisting of nickel (Ni) and manganese (Mn), δ represents the amount of oxygen deficiency, and x and δ satisfy the
また、本発明の排気浄化触媒の製造方法は、上記本発明の排気浄化触媒を製造する方法の一形態である。本発明の排気浄化触媒の製造方法は、上記本発明の排気浄化触媒を製造するに当たり、乳酸のランタン塩と、乳酸のカルシウム塩と、乳酸の鉄塩とを含む溶液に、積算細孔容積分布において細孔容積割合が90体積%となる細孔径が170nm以下であり、かつ、酸素吸放出能を有する酸化物を浸漬し、溶液周囲の雰囲気を大気圧より低い減圧状態として、酸素吸放出能を有する酸化物に乳酸のランタン塩と乳酸のカルシウム塩と乳酸の鉄塩とを含浸担持させる方法である。 Moreover, the manufacturing method of the exhaust purification catalyst of this invention is one form of the method of manufacturing the said exhaust purification catalyst of this invention. The method for producing an exhaust purification catalyst of the present invention provides an integrated pore volume distribution in a solution containing a lanthanum salt of lactic acid, a calcium salt of lactic acid, and an iron salt of lactic acid when producing the exhaust purification catalyst of the present invention. In which the pore volume ratio is 90% by volume or less, and an oxide having oxygen absorption / release capability is immersed, and the atmosphere around the solution is set to a reduced pressure state lower than atmospheric pressure. a method of impregnation supporting the lanthanum salt and a calcium salt and iron salt of lactic acid from the lactic acid oxide having.
本発明によれば、酸素吸放出能を有する酸化物に、下記の一般式(1)で表される酸化物が担持された構造を有し、積算細孔容積分布において細孔容積割合が90体積%となる細孔径が150nm以下であり、平均細孔直径が、15nm以上36nm以下である構成とした。 According to the present invention, the oxide having the ability to absorb and release oxygen has a structure in which an oxide represented by the following general formula (1) is supported, and the pore volume ratio is 90 in the cumulative pore volume distribution. pore diameters at a volume percent Ri der less 150 nm, the average pore diameter was configured at 15nm or more 36nm or less.
La(x)M(1−x)M’O3−δ・・・(1)
(式(1)中、Laはランタン、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)からなる群より選ばれる少なくとも1種、M’は鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及びマンガン(Mn)からなる群より選ばれる少なくとも1種、δは酸素欠損量を示し、x及びδは、0<x≦1、0≦δ≦1の関係を満足する。)
La (x) M (1-x) M′O 3-δ (1)
(In the formula (1), La is lanthanum, M is at least one selected from the group consisting of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca), M ′ is iron (Fe), cobalt (Co), (At least one selected from the group consisting of nickel (Ni) and manganese (Mn), δ represents the amount of oxygen deficiency, and x and δ satisfy the
そのため、貴金属を必須成分として用いない場合であっても、優れた浄化性能を示す排気浄化触媒及び排気浄化触媒の製造方法を提供することができる。 Therefore, even when noble metal is not used as an essential component, it is possible to provide an exhaust purification catalyst and an exhaust purification catalyst manufacturing method that exhibit excellent purification performance.
以下、本発明の排気浄化触媒及び排気浄化触媒の製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, an exhaust purification catalyst and an exhaust purification catalyst manufacturing method of the present invention will be described in detail.
[第1の形態]
まず、本発明の一形態に係る排気浄化触媒について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、第1の形態に係る排気浄化触媒を模式的に示す構成図である。図1に示すように、本形態の排気浄化触媒1は、酸素吸放出能を有する酸化物2に、下記の一般式(1)で表される酸化物4が担持された構造を有するものである。また、詳しくは後述するが、本形態の排気浄化触媒は、積算細孔容積分布において細孔容積割合が90体積%となる細孔径(以下「D90」ということがある。)が150nm以下である。
[First embodiment]
First, an exhaust purification catalyst according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an exhaust purification catalyst according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, an
La(x)M(1−x)M’O3−δ・・・(1)
(式(1)中、Laはランタン、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)からなる群より選ばれる少なくとも1種、M’は鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及びマンガン(Mn)からなる群より選ばれる少なくとも1種、δは酸素欠損量を示し、x及びδは、0<x≦1、0≦δ≦1の関係を満足する。)
La (x) M (1-x) M′O 3-δ (1)
(In the formula (1), La is lanthanum, M is at least one selected from the group consisting of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca), M ′ is iron (Fe), cobalt (Co), (At least one selected from the group consisting of nickel (Ni) and manganese (Mn), δ represents the amount of oxygen deficiency, and x and δ satisfy the
ここで、本発明における「酸素吸放出能を有する酸化物に、一般式(1)で表される酸化物が担持されている構造」の意味について、「酸化物2に酸化物4が担持されている構造」という例を用いて詳細に説明する。
Here, regarding the meaning of “a structure in which an oxide represented by the general formula (1) is supported on an oxide having oxygen absorption / release capability” in the present invention, “an
例えば、透過型電子顕微鏡(TEM(倍率:2万〜15万程度))により酸化物2を観察した場合に、酸化物2と区別し得る、凝集した状態で観察される酸化物4は、酸化物2に担持されているものには該当しない。一方、透過型電子顕微鏡(TEM)により酸化物2を観察した場合に、凝集した状態の酸化物4として酸化物2とは区別し得ない酸化物4であって、酸化物2をエネルギー分散型X線分析(EDX(測定範囲:ビーム直径5nm))により元素分析した場合に、酸化物2の構成元素と共に酸化物4の構成元素が検出される酸化物4は、酸化物2に担持されているものに該当する。もちろん、例えば更に拡大した透過型電子顕微鏡(TEM(倍率:15万〜400万程度))による観察とX線光電子分光(XPS)分析により酸化物4を観察できることは言うまでもない。
For example, when the
このような構造は、例えば、次のように形成することができる。まず、製造段階から酸素吸放出能を有する酸化物の細孔径を制御し、一般式(1)で表される酸化物をより高分散化した状態で担持させる。そして、酸素吸放出能を有する酸化物に一般式(1)で表される酸化物が担持された構造を有する排気浄化触媒の細孔径を制御して、酸素吸放出能を有する酸化物と一般式(1)で表される酸化物との接触性を向上させる。これにより、貴金属を必須成分として用いない場合であっても、従来より優れた浄化性能を示す排気浄化触媒となる。 Such a structure can be formed as follows, for example. First, the pore diameter of the oxide having oxygen absorption / release capacity is controlled from the production stage, and the oxide represented by the general formula (1) is supported in a highly dispersed state. Then, by controlling the pore diameter of the exhaust purification catalyst having a structure in which the oxide represented by the general formula (1) is supported on the oxide having oxygen absorbing / releasing ability, The contact property with the oxide represented by the formula (1) is improved. As a result, even if no precious metal is used as an essential component, an exhaust purification catalyst exhibiting purification performance superior to that of the prior art is obtained.
現時点においては、下記のような反応メカニズムによってその作用効果が得られていると考えている。しかしながら、このような反応メカニズムによらないでその作用効果が得られている場合であっても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。 At present, it is considered that the effect is obtained by the following reaction mechanism. However, it goes without saying that even if the action and effect are obtained without relying on such a reaction mechanism, they are included in the scope of the present invention.
図2は、推定される反応メカニズムを説明する図である。図2に示すように、排気浄化触媒1において、酸素吸放出能を有する酸化物2に担持されている一般式(1)で表される酸化物4は、触媒反応の活性点として機能し、例えば、一酸化炭素(CO)が吸着される。その際、この酸化物4を担持する酸素吸放出能を有する酸化物2は、触媒反応に必要な酸素の吸放出を直接又は酸化物4を介して行うことにより、触媒反応を促進する(なお、図中の矢印A、Bはそれぞれ酸素(O)の放出を示す。)。これにより、酸素吸放出能が向上し、低温での浄化活性が優れることになる。このとき、一般式(1)で表される酸化物4は、酸素吸放出能を有する酸化物2に更に高分散化した状態で担持されており、酸素吸放出能を有する酸化物2と一般式(1)で表される酸化物4との接触性がより向上しているため、触媒反応がより促進することとなる。
FIG. 2 is a diagram for explaining an estimated reaction mechanism. As shown in FIG. 2, in the
一方、図3は、従来の排気浄化触媒を模式的に示す構成図である。図3に示すように、従来の排気浄化触媒100は、酸素吸放出能を有する酸化物2に下記一般式(1)で表される酸化物4が担持されているものである。しかしながら、従来の排気浄化触媒は、D90が150nmより大きい。このような構成であると、上記のような反応メカニズムが起こりにくいため、本発明における所望の作用効果が得られないと考えられる。
On the other hand, FIG. 3 is a block diagram schematically showing a conventional exhaust purification catalyst. As shown in FIG. 3, a conventional
また、本形態の排気浄化触媒においては、D90が10nm以上100nm以下であることが好ましい。D90が100nm以下であるとより優れた浄化性能を示す排気浄化触媒となる。また、D90が10nm未満の場合には、ガス拡散が阻害され、性能向上し難くなることがある。 In the exhaust purification catalyst of the present embodiment, D90 is preferably 10 nm or more and 100 nm or less. When D90 is 100 nm or less, an exhaust purification catalyst exhibiting better purification performance is obtained. In addition, when D90 is less than 10 nm, gas diffusion is hindered and it may be difficult to improve performance.
なお、本発明において、「積算細孔容積分布」は、特に限定されるものではなく、従来の窒素(N2)などのガス吸着法や水銀圧入法などにより測定することができる。 In the present invention, the “integrated pore volume distribution” is not particularly limited, and can be measured by a conventional gas adsorption method such as nitrogen (N 2 ) or a mercury intrusion method.
更に、本形態の排気浄化触媒においては、平均細孔直径が60nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、35nm以下であることが更に好ましい。平均細孔直径が60nm以下であると、その細孔内に小さい酸化物として存在でき、触媒反応の活性点が高分散化した状態となり易い。また、本形態の排気浄化触媒においては、平均細孔直径が5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましく、15nm以上であることが更に好ましい。平均細孔直径が5nm未満の場合には、その細孔内に小さい酸化物として存在させることができず、触媒反応の活性点が高分散化した状態となり難い。上記観点から、平均細孔直径は5〜60nmであることが好ましく、10〜50nmであることがより好ましく、15〜35nmであることが更に好ましい。 Furthermore, in the exhaust purification catalyst of this embodiment, the average pore diameter is preferably 60 nm or less, more preferably 50 nm or less, and further preferably 35 nm or less. When the average pore diameter is 60 nm or less, it can exist as a small oxide in the pores, and the active point of the catalytic reaction tends to be highly dispersed. In the exhaust purification catalyst of the present embodiment, the average pore diameter is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and further preferably 15 nm or more. When the average pore diameter is less than 5 nm, it cannot be present as a small oxide in the pores, and the active points of the catalytic reaction are unlikely to be highly dispersed. From the above viewpoint, the average pore diameter is preferably 5 to 60 nm, more preferably 10 to 50 nm, and still more preferably 15 to 35 nm.
なお、本発明において、「平均細孔直径(D)」とは、全ての細孔を1つの円筒形細孔で代表させたときの代表径を意味する。具体的には、比表面積(A)と全細孔容積(V)の2つの物性値のみから、下記の式(2)により計算できる。 In the present invention, “average pore diameter (D)” means a representative diameter when all the pores are represented by one cylindrical pore. Specifically, it can be calculated by the following formula (2) from only two physical property values of the specific surface area (A) and the total pore volume (V).
D=4V/A・・・(2) D = 4V / A (2)
更に、本形態の排気浄化触媒における酸素吸放出能を有する酸化物は、セリウム(Ce)及びジルコニウム(Zr)の少なくとも1種を含む酸化物であることが好ましく、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)とを含む複合酸化物であることがより好ましい。セリウム(Ce)を含む酸化物は酸素吸放出能の一つである酸素吸放出量が多いという観点から優れており、ジルコニウム(Zr)を含む酸化物は、酸素吸放出能の一つである酸素吸放出速度が速いという観点から優れている。そして、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)とを含む複合酸化物は酸素吸放出量が多く、酸素吸放出速度が速いという双方の観点から優れている。 Furthermore, the oxide having oxygen absorption / release capacity in the exhaust purification catalyst of this embodiment is preferably an oxide containing at least one of cerium (Ce) and zirconium (Zr), and cerium (Ce) and zirconium (Zr). It is more preferable that the composite oxide contains An oxide containing cerium (Ce) is excellent from the viewpoint of a large amount of oxygen absorption / release, which is one of oxygen absorption / release capabilities, and an oxide containing zirconium (Zr) is one of oxygen absorption / release capabilities. It is excellent from the viewpoint of a high oxygen absorption / release rate. A composite oxide containing cerium (Ce) and zirconium (Zr) is excellent from both viewpoints of a large amount of oxygen absorption / release and a high oxygen absorption / release rate.
なお、セリウムやジルコニウムを含む酸化物としては、例えば、ジルコニウムとセリウムとランタンとネオジムとを含む複合酸化物(Zr−Ce−La−Nd−Ox)やジルコニウムとセリウムとネオジムとを含む複合酸化物(Zr−Ce−Nd−Ox)、ジルコニウムとランタンとを含む(Zr−La−Ox)などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。すなわち、酸素吸放出能を有するものであれば、従来公知の材料を適用することができる。例えば、セリウムとジルコニウムを含有する酸化物であって、セリウムやジルコニウムの一部がアルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素、希土類元素などで置換されたものを挙げることができる。 As the oxide containing cerium or zirconium, for example, a composite oxide containing zirconium, cerium, lanthanum, and neodymium (Zr—Ce—La—Nd—Ox) or a composite oxide containing zirconium, cerium, and neodymium is used. (Zr—Ce—Nd—Ox), (Zr—La—Ox) containing zirconium and lanthanum can be exemplified, but not limited thereto. That is, a conventionally known material can be applied as long as it has oxygen absorption / release capability. For example, an oxide containing cerium and zirconium, in which part of cerium or zirconium is substituted with an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a rare earth element, or the like can be given.
更に、本形態の排気浄化触媒における一般式(1)で表される酸化物は、ペロブスカイト型酸化物であることが好ましい。ペロブスカイト型酸化物であると、結晶構造を有しているため耐久性が優れたものとなる利点がある。 Furthermore, the oxide represented by the general formula (1) in the exhaust purification catalyst of the present embodiment is preferably a perovskite oxide. A perovskite oxide has an advantage that it has excellent durability because it has a crystal structure.
[第2の形態]
次に、本発明の一形態に係る排気浄化触媒の製造方法について、上述した本発明の一形態に係る排気浄化触媒を挙げて詳細に説明する。但し、本発明の排気浄化触媒は、このような製造方法により作製されたものに限定されるものではない。
[Second form]
Next, a method for manufacturing an exhaust purification catalyst according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the exhaust purification catalyst according to an embodiment of the present invention described above. However, the exhaust purification catalyst of the present invention is not limited to the one produced by such a manufacturing method.
第1の形態に係る排気浄化触媒は、例えば以下のような製造方法により作製することができる。 The exhaust purification catalyst according to the first embodiment can be produced, for example, by the following production method.
まず、酸素吸放出能を有する酸化物として、セリウムとジルコニウムとを含む蛍石型酸化物粒子の凝集体を用意する。このとき、酸素吸放出能を有する酸化物におけるD90を170nm以下となるように制御する。なお、この制御は、例えば、数回の予備調製と計測などによって行うことができる。 First, an aggregate of fluorite-type oxide particles containing cerium and zirconium is prepared as an oxide having oxygen absorption / release capability. At this time, D90 in the oxide having oxygen absorbing / releasing ability is controlled to be 170 nm or less. This control can be performed by, for example, several preliminary preparations and measurements.
また、一般式(1)で表される酸化物における組成が所望のものとなるように調製した、カルボン酸の鉄塩、カルボン酸のコバルト塩、カルボン酸のニッケル塩及びカルボン酸のマンガン塩からなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸の金属塩とを含む溶液、又は、カルボン酸のランタン塩と、カルボン酸のバリウム塩、カルボン酸のストロンチウム塩及びカルボン酸のカルシウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸の金属塩と、カルボン酸の鉄塩、カルボン酸のコバルト塩、カルボン酸のニッケル塩及びカルボン酸のマンガン塩からなる群より選ばれる少なくとも1種のカルボン酸の金属塩とを含む溶液を用意する。 Moreover, from the iron salt of carboxylic acid, the cobalt salt of carboxylic acid, the nickel salt of carboxylic acid, and the manganese salt of carboxylic acid prepared so that the composition in the oxide represented by General formula (1) may become what is desired. A solution containing at least one metal salt of a carboxylic acid selected from the group consisting of: a lanthanum salt of a carboxylic acid; a barium salt of a carboxylic acid; a strontium salt of a carboxylic acid; and a calcium salt of a carboxylic acid And at least one metal salt of carboxylic acid selected from the group consisting of iron salt of carboxylic acid, cobalt salt of carboxylic acid, nickel salt of carboxylic acid and manganese salt of carboxylic acid A solution containing is prepared.
次いで、得られた溶液に、得られた酸素吸放出能を有する酸化物を浸漬する。この際、溶液周囲の雰囲気をアスピレータなどを用いて大気圧より低い減圧状態として、酸素吸放出能を有する酸化物の細孔中の気体を脱気して、溶液が含浸担持され易くする。 Next, the obtained oxide having oxygen absorbing / releasing ability is immersed in the obtained solution. At this time, the atmosphere around the solution is reduced to a pressure lower than the atmospheric pressure using an aspirator or the like, and the gas in the pores of the oxide having oxygen absorption / release capability is degassed to facilitate the impregnation of the solution.
しかる後、カルボン酸のランタン塩とカルボン酸の金属塩とが含浸担持された酸素吸放出能を有する酸化物を、乾燥、400℃程度で仮焼成、700℃程度で本焼成することにより、第1の形態の排気浄化触媒を得ることができる。 Thereafter, the oxide having oxygen absorption / release ability impregnated and supported with a lanthanum salt of carboxylic acid and a metal salt of carboxylic acid is dried, pre-baked at about 400 ° C., and finally fired at about 700 ° C. An exhaust purification catalyst of one form can be obtained.
例えば、酸素吸放出能を有する酸化物において、D90を170nmより大きくすると、その細孔内に一般式(1)で表される酸化物が多く存在して凝集するため、一般式(1)で表される酸化物を小さいまま存在させることができない、換言すれば高分散状態を維持とすることができないことがある。 For example, in an oxide having oxygen absorbing / releasing ability, when D90 is larger than 170 nm, the oxide represented by the general formula (1) exists in the pores and agglomerates, so that the general formula (1) The expressed oxide cannot be kept small, in other words, the highly dispersed state cannot be maintained.
また、例えば、硝酸のランタン塩及び硝酸の金属塩のみを用いた場合には、粘性が殆どないため細孔中に含浸されやすい一方、乾燥や焼成に際して、溶液の蒸発とともに移動し易く、担持されにくい。一方、カルボン酸のランタン塩やカルボン酸の金属塩を用いた場合には、これらは金属錯体塩を形成し、粘性があるため、細孔中の気体を脱気することにより、細孔中に含浸させることができる。一方、乾燥や焼成に際してはこれらの金属錯体塩は粘性があるため、溶液の蒸発とともに移動し難く、担持されることとなる。 In addition, for example, when only lanthanum nitrate and metal salt of nitric acid are used, since there is almost no viscosity, it is easy to be impregnated in the pores. Hateful. On the other hand, when a lanthanum salt of carboxylic acid or a metal salt of carboxylic acid is used, these form a metal complex salt and are viscous, so by degassing the gas in the pores, Can be impregnated. On the other hand, since these metal complex salts are viscous during drying and firing, they are difficult to move with the evaporation of the solution and are supported.
なお、カルボン酸としては、1〜4個のカルボキシル基を有するものを挙げることができる。例えばグルコン酸、リンゴ酸、マレイン酸、酢酸、コハク酸、フマル酸、プロピオン酸、メタクリル酸、アクリル酸、クエン酸、酒石酸、イタコン酸、蟻酸、乳酸、マロン酸などを挙げることができる。その中でも、乳酸を用いることが好ましい。 Examples of the carboxylic acid include those having 1 to 4 carboxyl groups. Examples thereof include gluconic acid, malic acid, maleic acid, acetic acid, succinic acid, fumaric acid, propionic acid, methacrylic acid, acrylic acid, citric acid, tartaric acid, itaconic acid, formic acid, lactic acid and malonic acid. Of these, lactic acid is preferably used.
[第3の形態]
次に、本発明の一形態に係る排気浄化モノリス触媒について図面を参照しながら詳細に説明する。図4は、第3の形態に係る排気浄化モノリス触媒を模式的に示す構成図である。同図に示すように、第3の形態の排気浄化モノリス触媒10は、上述した第1の形態の排気浄化触媒を含有する触媒層12が、モノリス担体14の排気流路14aに形成されているものである。なお、モノリス担体としては、コーディエライトなどのセラミックスやフェライト系ステンレスなどの金属等の耐熱性材料から成るものなどを挙げることができる。
[Third embodiment]
Next, an exhaust purification monolith catalyst according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing an exhaust purification monolith catalyst according to a third embodiment. As shown in the figure, in the exhaust
このような構成とすることにより、貴金属を必須成分として用いない場合であっても、優れた浄化性能を示す排気浄化モノリス触媒となる。特に、排気ガスの流速が速い場合にも優れた浄化性能を示すことができる。 By adopting such a configuration, even if no precious metal is used as an essential component, an exhaust purification monolith catalyst that exhibits excellent purification performance is obtained. In particular, excellent purification performance can be exhibited even when the exhaust gas flow rate is high.
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
乳酸のランタン塩の溶液であるランタンを含む乳酸溶液と、乳酸のカルシウム塩の溶液であるカルシウムを含む乳酸溶液と、乳酸の鉄塩の溶液である鉄を含む乳酸溶液をCe−Zr系酸化物(組成:70質量%ZrO2−20質量%CeO2−10質量%Nd2O3、D90:66nm)に含浸し、次いで、1時間減圧させ、しかる後、400℃で2時間、700℃で5時間、空気中で焼成して、本例の排気浄化触媒を得た。なお、本例の排気浄化触媒において、La0.8Ca0.2FeO3とCe−Zr系酸化物の質量比は、La0.8Ca0.2FeO3:Ce−Zr系酸化物=6:94である。また、本例の排気浄化触媒においては、D90が49nmである。更に、本例の排気浄化触媒においては、平均細孔直径が22nmである。なお、細孔分布に関する測定は、N2吸着法により行った。また、測定に際して、120℃で12時間以上の加熱処理をした後、300℃で2時間の加熱処理をする前処理を行った(なお、以下の例においても同様の操作をした。)。
Example 1
A lactic acid solution containing lanthanum which is a solution of lanthanum salt of lactic acid, a lactic acid solution containing calcium which is a solution of calcium salt of lactic acid, and a lactic acid solution containing iron which is a solution of iron salt of lactic acid are Ce-Zr oxides (Composition: 70% by weight ZrO 2 -20% by weight CeO 2 -10% by weight Nd 2 O 3 , D90: 66 nm), then reduced in pressure for 1 hour, and then at 400 ° C. for 2 hours and at 700 ° C. The exhaust purification catalyst of this example was obtained by calcination in air for 5 hours. In the exhaust purification catalyst of this example, the mass ratio of La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 and Ce—Zr-based oxide is La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 : Ce—Zr-based oxide = 6:94. Moreover, in the exhaust purification catalyst of this example, D90 is 49 nm. Furthermore, in the exhaust purification catalyst of this example, the average pore diameter is 22 nm. The measurement relates to the pore distribution was performed by N 2 adsorption method. Further, for the measurement, after the heat treatment over 12 hours at 120 ° C., a pretreatment for the heat treatment of 2 hours at 300 ° C. were performed (Incidentally, the same procedure even following examples odor.).
(実施例2)
乳酸のランタン塩の溶液であるランタンを含む乳酸溶液と、乳酸のカルシウム塩の溶液であるカルシウムを含む乳酸溶液と、乳酸の鉄塩の溶液である鉄を含む乳酸溶液をCe−Zr系酸化物(組成:70質量%ZrO2−20質量%CeO2−10質量%Nd2O3、D90:91nm)に含浸し、次いで、1時間減圧させ、しかる後、400℃で2時間、700℃で5時間、空気中で焼成して、本例の排気浄化触媒を得た。なお、本例の排気浄化触媒において、La0.8Ca0.2FeO3とCe−Zr系酸化物の質量比は、La0.8Ca0.2FeO3:Ce−Zr系酸化物=6:94である。また、本例の排気浄化触媒においては、D90が80nmである。更に、本例の排気浄化触媒においては、平均細孔直径が36nmである。
(Example 2)
A lactic acid solution containing lanthanum which is a solution of lanthanum salt of lactic acid, a lactic acid solution containing calcium which is a solution of calcium salt of lactic acid, and a lactic acid solution containing iron which is a solution of iron salt of lactic acid are Ce-Zr oxides (Composition: 70% by mass ZrO 2 -20% by mass CeO 2 -10% by mass Nd 2 O 3 , D90: 91 nm), then reduced in pressure for 1 hour, and then at 400 ° C. for 2 hours and at 700 ° C. The exhaust purification catalyst of this example was obtained by calcination in air for 5 hours. In the exhaust purification catalyst of this example, the mass ratio of La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 and Ce—Zr-based oxide is La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 : Ce—Zr-based oxide = 6:94. Further, in the exhaust purification catalyst of this example, D90 is 80 nm. Furthermore, in the exhaust purification catalyst of this example, the average pore diameter is 36 nm.
(参考例3)
乳酸のランタン塩の溶液であるランタンを含む乳酸溶液と、乳酸のカルシウム塩の溶液であるカルシウムを含む乳酸溶液と、乳酸の鉄塩の溶液である鉄を含む乳酸溶液をCe−Zr系酸化物(組成:70質量%ZrO2−20質量%CeO2−10質量%Nd2O3、D90:161nm)に含浸し、次いで、1時間減圧させ、しかる後、400℃で2時間、700℃で5時間、空気中で焼成して、本例の排気浄化触媒を得た。なお、本例の排気浄化触媒において、La0.8Ca0.2FeO3とCe−Zr系酸化物の質量比は、La0.8Ca0.2FeO3:Ce−Zr系酸化物=6:94である。また、本例の排気浄化触媒においては、D90が140nmである。更に、本例の排気浄化触媒においては、平均細孔直径が47nmである。
( Reference Example 3)
A lactic acid solution containing lanthanum which is a solution of lanthanum salt of lactic acid, a lactic acid solution containing calcium which is a solution of calcium salt of lactic acid, and a lactic acid solution containing iron which is a solution of iron salt of lactic acid are Ce-Zr oxides (Composition: 70% by weight ZrO 2 -20% by weight CeO 2 -10% by weight Nd 2 O 3 , D90: 161 nm), then reduced in pressure for 1 hour, and then at 400 ° C. for 2 hours and at 700 ° C. The exhaust purification catalyst of this example was obtained by calcination in air for 5 hours. In the exhaust purification catalyst of this example, the mass ratio of La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 and Ce—Zr-based oxide is La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 : Ce—Zr-based oxide = 6:94. Further, in the exhaust purification catalyst of this example, D90 is 140 nm. Furthermore, in the exhaust purification catalyst of this example, the average pore diameter is 47 nm.
(比較例1)
乳酸のランタン塩の溶液であるランタンを含む乳酸溶液と、乳酸のカルシウム塩の溶液であるカルシウムを含む乳酸溶液と、乳酸の鉄塩の溶液である鉄を含む乳酸溶液をCe−Zr系酸化物(組成:70質量%ZrO2−20質量%CeO2−10質量%Nd2O3、D90:173nm)に含浸し、次いで、1時間減圧させ、しかる後、400℃で2時間、700℃で5時間、空気中で焼成して、本例の排気浄化触媒を得た。なお、本例の排気浄化触媒において、La0.8Ca0.2FeO3とCe−Zr系酸化物の質量比は、La0.8 Ca 0.2FeO3:Ce−Zr系酸化物=30:70である。また、本例の排気浄化触媒においては、D90が159nmである。更に、本例の排気浄化触媒においては、平均細孔直径が38nmである。
(Comparative Example 1)
A lactic acid solution containing lanthanum which is a solution of lanthanum salt of lactic acid, a lactic acid solution containing calcium which is a solution of calcium salt of lactic acid, and a lactic acid solution containing iron which is a solution of iron salt of lactic acid are Ce-Zr oxides (Composition: 70% by weight ZrO 2 -20% by weight CeO 2 -10% by weight Nd 2 O 3 , D90: 173 nm), then reduced in pressure for 1 hour, then at 400 ° C. for 2 hours, at 700 ° C. The exhaust purification catalyst of this example was obtained by calcination in air for 5 hours. In the exhaust purification catalyst of this example, the mass ratio of La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 and Ce—Zr-based oxide is La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 : Ce—Zr-based oxide = 30:70. Further, in the exhaust purification catalyst of this example, D90 is 159 nm. Furthermore, in the exhaust purification catalyst of this example, the average pore diameter is 38 nm.
(比較例2)
乳酸のランタン塩の溶液であるランタンを含む乳酸溶液と、乳酸のストロンチウム塩の溶液であるストロンチウムを含む乳酸溶液と、乳酸の鉄塩の溶液である鉄を含む乳酸溶液をCe−Zr系酸化物(組成:70質量%ZrO2−20質量%CeO2−10質量%Nd2O3、D90:250nm)に含浸し、次いで、1時間減圧させ、しかる後、400℃で2時間、700℃で5時間、空気中で焼成して、本例の排気浄化触媒を得た。なお、本例の排気浄化触媒において、La0.8Sr0.2FeO3とCe−Zr系酸化物の質量比は、La0.8Sr0.2FeO3:Ce−Zr系酸化物=30:70である。また、本例の排気浄化触媒においては、D90が234nmである。更に、本例の排気浄化触媒においては、平均細孔直径が4nmである。上記各例の排気浄化触媒の仕様の一部を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A lactic acid solution containing lanthanum which is a solution of lanthanum salt of lactic acid, a lactic acid solution containing strontium which is a solution of strontium salt of lactic acid, and a lactic acid solution containing iron which is a solution of iron salt of lactic acid are Ce-Zr oxides (Composition: 70% by weight ZrO 2 -20% by weight CeO 2 -10% by weight Nd 2 O 3 , D90: 250 nm), then reduced in pressure for 1 hour, then at 400 ° C. for 2 hours, at 700 ° C. The exhaust purification catalyst of this example was obtained by calcination in air for 5 hours. In the exhaust purification catalyst of this example, the mass ratio of La 0.8 Sr 0.2 FeO 3 and Ce—Zr-based oxide is La 0.8 Sr 0.2 FeO 3 : Ce—Zr-based oxide = 30:70. In the exhaust purification catalyst of this example, D90 is 234 nm. Furthermore, in the exhaust purification catalyst of this example, the average pore diameter is 4 nm. Table 1 shows a part of the specifications of the exhaust purification catalyst of each of the above examples.
また、上記各例の排気浄化触媒について、透過型電子顕微鏡(TEM(倍率:7万))による観察を行い、更にエネルギー分散型X線分析法(EDX(測定範囲:ビーム直径5nm))による元素分析を行った。その結果、透過型電子顕微鏡によって一般式(1)で表される酸化物の凝集体が観察されない領域の粒子からは、EDXによる元素分析により主に、ジルコニウム(Zr)、セリウム(Ce)が検出され、更にネオジム(Nd)、ランタン(La)、鉄(Fe)、カルシウム(Ca)(又はストロンチウム(Sr))が検出された。また、蛍石型酸化物であるCe−Zr系酸化物粒子とペロブスカイト型酸化物であるLa0.8Ca0.2FeO3粒子やLa0.8Sr0.2FeO3粒子が存在していることが、透過型電子顕微鏡(TEM(倍率:320万))により観察される干渉縞の周期と別途測定したX線光電子分光(XPS)分析とから分かった。 Further, the exhaust purification catalyst in each of the above examples was observed with a transmission electron microscope (TEM (magnification: 70,000)), and further an element by energy dispersive X-ray analysis (EDX (measurement range: beam diameter 5 nm)). Analysis was carried out. As a result, zirconium (Zr) and cerium (Ce) were mainly detected by elemental analysis by EDX from particles in the region where the oxide aggregates represented by the general formula (1) were not observed by the transmission electron microscope. Furthermore, neodymium (Nd), lanthanum (La), iron (Fe), calcium (Ca) (or strontium (Sr)) were detected. In addition, Ce-Zr-based oxide particles that are fluorite-type oxides and La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 particles and La 0.8 Sr 0.2 FeO 3 particles that are perovskite-type oxides exist. It was found from the period of interference fringes observed with a transmission electron microscope (TEM (magnification: 3.2 million)) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis separately measured.
[性能評価]
各例の排気浄化触媒を用いて浄化性能をCO転化率により評価した。
[Performance evaluation]
Using the exhaust purification catalyst of each example, the purification performance was evaluated by the CO conversion rate.
各例の排気浄化触媒とベーマイトアルミナ、硝酸及びイオン交換水とを用いて得られた各例の触媒スラリーを作製し、これを用いて各例の排気浄化モノリス触媒を得た。各例の仕様の一部を表1に併記する。また、各例の排気浄化モノリス触媒に対して、下記条件下、排気ガス分析装置(堀場製作所製、MEXA−7500D)を用いてCO濃度を測定した。CO転化率は下記の式(3)より算出した。得られた結果を表1に併記する。 The catalyst slurry of each example obtained using the exhaust purification catalyst of each example and boehmite alumina, nitric acid and ion-exchanged water was produced, and the exhaust purification monolith catalyst of each example was obtained using this. A part of the specifications of each example is shown in Table 1. Moreover, with respect to the exhaust purification monolith catalyst of each example, the CO concentration was measured using an exhaust gas analyzer (manufactured by Horiba, Ltd., MEXA-7500D) under the following conditions. The CO conversion rate was calculated from the following formula (3). The obtained results are also shown in Table 1.
CO転化率(%)=(COin−COout)/COin×100・・・(3)
(式(3)中、COinは、サンプルを通さない場合のガスに対しての排気ガス分析装置のCO濃度、COoutは、サンプル通過後のガスに対しての排気ガス分析装置のCO濃度を示す。)
CO conversion rate (%) = (CO in −CO out ) / CO in × 100 (3)
(In Formula (3), CO in is the CO concentration of the exhaust gas analyzer with respect to the gas when not passing through the sample, and CO out is the CO concentration of the exhaust gas analyzer with respect to the gas after passing through the sample. Is shown.)
(評価条件)
・触媒担持量 :134g/L
・ハニカム担体容量:0.119L
・評価温度 :480℃
・評価モード :日産自動車製エンジン使用、A/F=14.6±0.2
(Evaluation conditions)
Catalyst loading amount: 134 g / L
・ Honeycomb carrier capacity: 0.119L
・ Evaluation temperature: 480 ° C
・ Evaluation mode: Use Nissan engine, A / F = 14.6 ± 0.2
表1、図1及び図2より、本発明の範囲に属する実施例1〜2は、本発明外の比較例1及び比較例2と比較して、CO転化率が高く、浄化性能が優れていることが分かる。また、積算細孔容積分布においてD90となる細孔径が100nm以下とすることが好ましいことが分かる。更に、平均細孔直径を5〜60nmとすることが好ましく、10〜50nmとすることがより好ましく、15〜35nmとすることが更に好ましいことが分かる。 From Table 1, FIG. 1 and FIG. 2, Examples 1-2 which belong to the scope of the present invention have a higher CO conversion rate and excellent purification performance than Comparative Examples 1 and 2 outside the present invention. I understand that. Moreover, it turns out that it is preferable that the pore diameter used as D90 in integrated pore volume distribution shall be 100 nm or less. Furthermore, it is understood that the average pore diameter is preferably 5 to 60 nm, more preferably 10 to 50 nm, and even more preferably 15 to 35 nm.
以上、本発明を若干の形態や実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with some forms and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
例えば、上記若干の形態や実施例においては、排気浄化触媒の浄化性能を一酸化炭素を酸化反応させて二酸化炭素とするCO酸化を例示して説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、排気浄化触媒における酸素吸放出能の向上に伴う、酸化還元性能の向上によって、排気に含まれる炭化水素(HC)や窒素酸化物(NOx)などの他の成分に対しても、優れた浄化性能を示すことができ、本発明の排気浄化触媒を適用することができる。 For example, in the above-mentioned some forms and examples, the purification performance of the exhaust purification catalyst has been described by exemplifying CO oxidation to convert carbon monoxide into carbon dioxide, but the present invention is not limited to this. That is, by improving the redox performance accompanying the improvement of the oxygen absorption / release capacity in the exhaust purification catalyst, it is superior to other components such as hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas. The purification performance can be shown, and the exhaust purification catalyst of the present invention can be applied.
1、100 排気浄化触媒
2 酸素吸放出能を有する酸化物
4 一般式(1)で表される酸化物
10 排気浄化モノリス触媒
12 触媒層
14 モノリス担体
14a 排気流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100
Claims (6)
La(x)M(1−x)M’O3−δ・・・(1)
(式(1)中、Laはランタン、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)からなる群より選ばれる少なくとも1種、M’は鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)及びマンガン(Mn)からなる群より選ばれる少なくとも1種、δは酸素欠損量を示し、x及びδは、0<x≦1、0≦δ≦1の関係を満足する。)で表される酸化物が担持された構造を有する排気浄化触媒であって、
積算細孔容積分布において細孔容積割合が90体積%となる細孔径が、150nm以下であり、
平均細孔直径が、15nm以上36nm以下である
ことを特徴とする排気浄化触媒。 An oxide having oxygen absorbing / releasing ability is represented by the general formula (1)
La (x) M (1-x) M′O 3-δ (1)
(In the formula (1), La is lanthanum, M is at least one selected from the group consisting of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca), M ′ is iron (Fe), cobalt (Co), (At least one selected from the group consisting of nickel (Ni) and manganese (Mn), δ represents the amount of oxygen deficiency, and x and δ satisfy the relationship 0 <x ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1.) An exhaust purification catalyst having a structure in which an oxide represented by
Pore size pore volume fraction in the cumulative pore volume distribution is 90% by volume state, and are less 150 nm,
An exhaust purification catalyst having an average pore diameter of 15 nm or more and 36 nm or less .
乳酸のランタン塩と、乳酸のカルシウム塩と、乳酸の鉄塩とを含む溶液に、積算細孔容積分布において細孔容積割合が90体積%となる細孔径が170nm以下であり、かつ、酸素吸放出能を有する酸化物を浸漬し、溶液周囲の雰囲気を大気圧より低い減圧状態として、酸素吸放出能を有する酸化物に乳酸のランタン塩と乳酸のカルシウム塩と乳酸の鉄塩とを含浸担持させる、ことを特徴とする排気浄化触媒の製造方法。 In producing the exhaust purification catalyst according to any one of claims 1 to 5 ,
In a solution containing a lanthanum salt of lactic acid, a calcium salt of lactic acid, and an iron salt of lactic acid , the pore diameter at which the pore volume ratio is 90% by volume in the cumulative pore volume distribution is 170 nm or less, and oxygen absorption an oxide having a releasing capacity were immersed, the atmosphere of the solution surrounding a lower reduced pressure than the atmospheric pressure, impregnation into oxide and lanthanum calcium salt and iron salt of lactic acid from a lactic acid having a capability of adsorbing and releasing oxygen A method for producing an exhaust purification catalyst characterized by comprising:
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