JP6185912B2 - 酸化アルミニウムおよびセリウム/ジルコニウム複合酸化物の複合体の製造方法 - Google Patents
酸化アルミニウムおよびセリウム/ジルコニウム複合酸化物の複合体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
(a)アルミナ前駆体としてのベーマイトを含む懸濁液を提供し、pHを、例えばアンモニアの水溶液を用いて8〜11.5、好ましくは8〜10.5または9〜10.5に調整するステップ。好ましい実施形態には、ベーマイトの乾燥重量を基準として好ましくは0.1重量%〜50重量%、特に3重量%〜12重量%の量の、少なくとも1個のカルボキシル基と、ヒドロキシ基(−OH)、オキソ基(−O)、カルボキシ基(−COO)および/またはアミン基(−NH)から選択される1種または複数種のさらなる基とを含む有機化合物(例えば、酒石酸またはクエン酸)で変性されたベーマイトの水性懸濁液が含まれる。
(b)セリウムの金属塩およびジルコニウムの金属塩ならびに任意選択で1種または複数種の希土類元素を含む金属塩水溶液を調製するステップ。水に可溶なあらゆる塩(例えば、酢酸塩、硝酸塩、塩化物)がこの製造に適している。ここで言う可溶とは、反応温度において少なくとも5g(金属の酸化形態を基準とする)の塩を水100g中で撹拌すると、安定な溶液が構築されることを意味する。好ましい実施形態においては金属硝酸塩が使用される。特に硝酸アンモニウムセリウム(IV)がセリウム源として使用される。他の好ましい実施形態によれば、得られる金属塩溶液が酸化(例えばH2O2水溶液を用いて)される場合は、硝酸セリウム(III)を使用することができる。
(c)(a)の懸濁液と、(b)からの金属塩溶液とを、好ましくはpH6.5〜11、特に8〜10.5、特に好ましくは8.5〜10で接触させるステップであって、それとは独立に、接触を特に5〜95℃、好ましくは80〜95℃の温度で行うかまたは接触により得られるスラリーをこの温度に曝すステップ。特に、
(c1)金属塩溶液から出発して、アルミナ前駆体懸濁液を滴下し、次いでpHを6.5〜11、特に8〜10.5、特に好ましくは8.5〜10に調整するステップ。
(c2)金属塩溶液から出発して、アルミナ前駆体懸濁液を滴下すると同時にpHを6.5〜11、特に8〜10.5、特に好ましくは8.5〜10に調整するステップ。
(c3)アルミナ前駆体から出発して、金属塩溶液およびアンモニア溶液を同時に滴下することによりpHを6.5〜11、特に8〜10.5、特に好ましくは8.5〜10にするステップ。
(d)水溶液を分離し、(c)からの固体を水洗するステップ。
(d1)任意選択で、(c)からの懸濁液を水熱熟成(オートクレーブ処理)した後に濾過し、固体を脱イオン水で洗浄するステップ。
(d2)(d)からの固体を、例えば次に示すように乾燥させるステップ。
(d2.1)固体を例えば120℃で16時間、熱を作用させながら乾燥させるステップ。
(d2.2)(dまたはd1)からの固体を再分散させた後、噴霧乾燥させるステップ。特殊な実施形態においては、1種または複数種のさらなる可溶性化合物を、噴霧乾燥の前、かつ特にステップ(c)の後にのみまたは再分散の後にのみ添加する。好ましい塩は酢酸塩、例えば、酢酸Laおよび/またはアルカリ土類元素、希土類元素、ジルコニウムもしくはケイ素の塩である。
(e)(dまたはd1またはd2)からの固体を、例えば550〜1200℃の範囲、好ましくは600〜1000℃の範囲の温度で、特に少なくとも1時間焼成するステップ。
a)欧州特許第1172139B1号明細書および国際公開第2012/067654A1号パンフレットの合成手順を用いた場合と比較して残存する表面積がより高いものとなる。
b)特に過酷な条件(1150℃/36時間、1200℃/4時間)で焼成した後でさえも残存する表面積が高いものとなる。
c)比較例3においても非常に高い表面積が得られ、これは本明細書に記載するプロセスにより製造される本発明の複合体(比較例3および実施例6)の範囲内であるが、本明細書に記載するプロセスはナトリウムの使用を必要とせず、これは本プロセス技術における大きな利点である。その理由は、ナトリウムによって貴金属触媒が被毒するためである。
d)比較例5においても残存する表面積が高く、これは本明細書に記載するプロセスを用いて製造される複合体の範囲内である(比較例5、実施例7および8)。
欧州特許第1172139B1号明細書の実施例27に従う合成
組成:Al2O3 61.5%、CeO2 21%、ZrO2 15%、Y2O3 2.5%
硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2含有率=7%)96.43g、硝酸セリウム(III)水溶液(CeO2含有率=18%)52.5g、硝酸イットリウム水溶液(Y2O3含有率=17.80%)6.32gおよび結晶形態にある硝酸アルミニウム九水和物205.61gからなる混合物を水600mLと混合し、透明な溶液が得られるまで撹拌した。
300℃/5時間+700℃/5時間後(出発物質)のBET:168m2/g
950℃/5時間後のBET:109m2/g
1000℃/4時間後のBET:84m2/g
1100℃/2時間後のBET:32m2/g
欧州特許第1172139B1号明細書の実施例1に従う合成
組成:Al2O3 41%、CeO2 30%、ZrO2 23%、Y2O3 2.5%、La2O3 3.5%
硝酸ジルコニル水溶液(ZrO2含有率=7%)145.93g、硝酸セリウム(III)水溶液(CeO2含有率=18%)72.25g、硝酸イットリウム水溶液(Y2O3含有率=17.80%)6.07g、硝酸ランタン水溶液(La2O3含有率=14.57%)10.81gおよび結晶形態にある硝酸アルミニウム九水和物138.08gからなる混合物を水600mLと混合し、透明な溶液が得られるまで撹拌した。
国際公開第2006/070201A2号パンフレットの実施例6に従う合成
組成:Al2O3 51%、CeO2 14.2%、ZrO2 34.8%
硝酸アルミニウム一水和物112.5gを水1500mL中で撹拌することにより硝酸アルミニウム溶液を調製した。この溶液に硝酸セリウム(III)溶液(CeO2含有率=28.85%)14.77gおよび硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7%)149.16[g]を加えた。次いでこの混合物を室温で15分間撹拌した。25%水酸化ナトリウム溶液を添加することによりpHを10に調整し、沈殿プロセスの間この値を維持した。次いで35%H2O2溶液5gを添加し、pHを再び10に調整した。次いで、得られた懸濁液を60分間撹拌した。次いで30%硝酸を添加することによりpHを8にした後、懸濁液を再び30分間撹拌した。
国際公開第2012/067654A1号パンフレットの実施例12に従う合成
組成:Al2O3 50%、CeO2 30%、ZrO2 15%、La2O3 3.5%、Y2O3 1.5%
硝酸ランタン溶液(La2O3含有率14.57%)6.0gを24%アンモニア溶液53gおよび蒸留水110gに加えることにより溶液Aを調製した。
米国特許第6,831,036号明細書の比較例3および/または国際公開第2006/119549A1号パンフレットの実施例7に従う合成
組成:Al2O3 50%、CeO2 30%、ZrO2 15%、La2O3 3.5%、Y2O3 1.5%
CeO2 15g、ZrO2 7.5g、La2O3 1.75gおよびY2O3 0.75gおよび0.75gを硝酸塩の形態で水に溶解した後、DISPERAL HP 14(Al2O3含有率79.3%のベーマイト)31.53gをこの酸性溶液に加え、得られた懸濁液を30分間撹拌した。濃アンモニア溶液(300g)を水750mLで希釈し、室温で出発物質として使用した。このアンモニア溶液に酸性ベーマイト/硝酸金属塩溶液をゆっくりと滴下し、添加完了後、30分間撹拌を継続した。濾過により固体を分離し、水1.5リットルで洗浄した後、100℃で16時間乾燥させた。
DISPERAL HP 14(ベーマイト)をpH7の脱イオン水中で撹拌することによりAl2O3含有率5%の懸濁液を調製した。次いで24%アンモニア溶液を加えることによりpHを10にした。懸濁液中の粒度をレーザー回折により測定した(マスターサイザー(Mastersizer)):
D10=0.96μm;D50=5.11μm;D90=28.34μm。
DISPERAL HP 14/7(クエン酸で変性したベーマイト)をpH7の脱イオン水中で撹拌することによりAl2O3含有率5%の懸濁液を調製した。次いで24%アンモニア溶液を加えることによりpHを10にした。懸濁液中の粒度をレーザー回折により測定した(マスターサイザー):
D10=0.09μm;D50=0.23μm;D90=0.67μm。
組成:Al2O3 61.5%、CeO2 21%、ZrO2 15%、Y2O3 2.5%
(比較例1に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO2含有率=12.90%)81.4g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7.26%)103.30gおよび硝酸イットリウム溶液(Y2O3含有率=17.80%)7.0gからなる金属塩溶液を出発物質として、90℃に加熱した。
組成:Al2O3 41%、CeO2 30%、ZrO2 23%、Y2O3 2.5%、La2O3 3.5%(比較例2に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO2含有率=12.90%)96.9g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7.26%)131.96g、硝酸ランタン溶液(La2O3含有率=14.57%)10.02gおよび硝酸イットリウム溶液(Y2O3含有率=17.80%)5.84gからなる金属塩溶液を出発物質として、90℃に加熱した。DISPERAL HP 14/7(クエン酸変性ベーマイト)341.6gからなる懸濁液(Al2O3含有率=5%)を、固体を脱イオン水中で撹拌した後、24%アンモニア溶液をpHが10になるまで添加することにより調製した。
a)850℃で4時間焼成後
b)850℃で4時間+1100℃で4時間焼成後
c)850℃で4時間+1100℃で24時間焼成後
d)シミュレーションによるCeO2(立方晶)の回折図
e)シミュレーションによるCeO2(正方晶)の回折図
比較例2の組成と完全に一致する組成
Al2O3 41%、CeO2 30%、ZrO2 23%、Y2O3 2.5%、La2O3 3.5%
Pural SBの懸濁液(ベーマイト、Al2O3含有率=9.3%)(pH9.5)220.4gのpHを24%アンモニア溶液で9.5に調整し、出発物質として使用した。酢酸セリウム溶液(CeO2含有率=5.0%)300g、酢酸ジルコニウム溶液(ZrO2含有率=22.88%)50.3g、酢酸ランタン溶液(La2O3含有率=7.3%)24.0gおよび酢酸イットリウム溶液(Y2O3含有率=4.0%)31.3gからなる混合物を室温でゆっくりと加えた。それと同時に24%アンモニア溶液を用いてpH値を9.5に維持した。次いで、得られた混合物を45分間撹拌した。次いで懸濁液を140℃のオートクレーブで3時間処理した。得られた混合物を濾過し、固体を60℃の脱イオン水で洗浄した。濾過ケークを乾燥キャビネットで16時間乾燥させた後、850℃で焼成した。
組成:Al2O3 41%、CeO2 30%、ZrO2 23%、Y2O3 2.5%、La2O3 3.5%
(比較例2に対応)
DISPERAL HP 14/7(クエン酸変性ベーマイト)492.0gからなるベーマイト懸濁液(Al2O3含有率=5%)を、固体を脱イオン水中で撹拌した後、pHが10になるまで24%アンモニア溶液を加えることにより調製した。
組成:Al2O3 41%、CeO2 30%、ZrO2 23%、Y2O3 2.5%、La2O3 3.5%
硝酸セリウム(III)+H2O2を使用したことを除き比較例2に対応
硝酸セリウム(III)溶液(CeO2含有率=18.00%)58.34g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7.26%)131.96g、硝酸ランタン溶液(La2O3含有率=14.57%)10.02gおよび酢酸イットリウム溶液(Y2O3含有率=17.80%)5.84gからなる金属塩溶液を出発物質として使用した。
組成:Al2O3 51%、CeO2 14.2%、ZrO2 34.8%
(比較例3に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO2含有率=12.90%)55.0gおよび硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7.26%)239.7gからなる金属塩溶液を出発物質として使用し、90℃に加熱した。
850℃/4時間後のBET(出発物質):97m2/g(107)
1100℃/2時間後のBET:62m2/g(47)
1100℃/24時間後のBET:36m2/g(35)
組成:Al2O3 50%、CeO2 30%、ZrO2 15%、La2O3 3.5%、Y2O3 1.5%
(比較例4および5に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO2含有率=12.90%)116.3g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7.26%)103.3g、硝酸ランタン溶液(La2O3含有率=14.50%)12.1gおよび酢酸イットリウム溶液(Y2O3含有率=17.80%)4.2gからなる金属塩溶液を90℃に加熱した。
組成:Al2O3 50%、CeO2 30%、ZrO2 15%、La2O3 3.5%、Y2O3 1.5%
(比較例4および5に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO2含有率=12.90%)116.3g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7.26%)103.3g、硝酸ランタン溶液(La2O3含有率=14.50%)12.1gおよび酢酸イットリウム溶液(Y2O3含有率=17.80%)4.2gからなる金属塩溶液を90℃に加熱した。
組成:Al2O3 70%、CeO2 20%、ZrO2 7%、La2O3 3.0%
DISPERAL HP 14/7(クエン酸変性ベーマイト)420.0gからなるベーマイト懸濁液(Al2O3含有率=5%)を、固体を脱イオン水中で撹拌した後、24%アンモニア溶液を添加することによりpHを10に調整した。この懸濁液に、硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO2含有率=12.9%)46.51g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO2含有率=7.0%)30.0gおよび硝酸ランタン溶液(La2O3含有率=14.57%)6.18gからなる金属塩溶液を90℃でゆっくりと滴下した。それと同時に24%アンモニア溶液を加えながらpHを9.0に維持した。次いでこの混合物を90℃で30分間撹拌した。次いで混合物を濾過し、濾残を60℃の脱イオン水で洗浄した。濾過ケークを再び脱イオン水中で撹拌しながら懸濁させた後、120℃で16時間乾燥させた。次いで乾燥した材料を850℃で焼成した。
Claims (18)
- 酸化アルミニウムおよびセリウム/ジルコニウム/(任意選択で希土類)複合酸化物の複合体の製造方法であって、次に示すステップ:
(a)アルミナ前駆体としてのベーマイトを含む懸濁液を提供し、pHを8〜11.5に調整するステップと、
(b)セリウムの金属塩およびジルコニウムの金属塩を含む金属塩水溶液を生成するステップと、
(c)(a)の前記懸濁液と(b)の前記金属塩溶液とを接触させるステップであって、前記接触を5〜95℃の温度で行うかまたは前記接触により得られるスラリーをこの温度に曝すステップと、
(d)(c)からの固体を単離するステップと、
(e)(d)からの前記固体を焼成するステップと
を含み、
i)ステップ(a)による懸濁液中で提供される前記ベーマイトが、水性懸濁液中にあり、少なくとも1個のカルボキシル基(−COOおよび/または−COOH)と、ヒドロキシ基(−OH)、オキソ基(−O)、カルボキシ基(−COOおよび/または−COOH)および/またはアミン基(−NHおよび/または−NH 2 )から選択される1種または2種以上のさらなる基とを有する有機化合物と一緒に提供されるか、または
ii)ステップ(c)からの前記懸濁液が水性環境下で少なくとも90℃の温度で少なくとも1時間水熱熟成されるか、または
iii)i)およびii)による手段の両方が適用される、
方法。 - 単離するステップが、前記水溶液の分離と、(c)からの前記固体の水洗と、前記固体の乾燥とを含む、請求項1に記載の方法。
- 単離するステップが、(c)からの前記固体の乾燥および(再)分散と、それに続く噴霧乾燥とを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記複合体が、1種または複数種のアルカリ土類元素/化合物、希土類元素/化合物、ジルコニウムおよび/またはケイ素をさらに含み、これらが1種または複数種の可溶性のさらなる化合物の形態で、乾燥前かつ特にステップ(c)の後にのみ、またはさらにはステップ(d)の後に添加される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 接触するステップが、
(c1)前記金属塩溶液から出発して、前記アルミナ前駆体懸濁液を滴下し、次いでpHを6.5〜11に調整するステップ、
(c2)前記金属塩溶液から出発して、前記アルミナ前駆体懸濁液を滴下し、それと同時にpHを6.5〜11に調整するステップ、または
(c3)前記アルミナ前駆体懸濁液から出発して、前記金属塩溶液の滴下およびpHを6
.5〜11に維持するためのアンモニア溶液の滴下を同時に行うステップを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - (c)の前記懸濁液が水性環境下で少なくとも120℃の温度で少なくとも4時間水熱熟成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属塩溶液を調製するために、前記金属の水溶性塩を使用する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- Ce/Zr/(任意選択的に希土類)酸化物が前記複合体中に固溶体の形態で存在し、Al2O3および前記Ce/Zr/(任意選択的な希土類)複合酸化物が均一に分布して共存している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- アルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩の添加が、任意選択的なバリウム塩の添加を除いて省かれる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ベーマイトが、前記ベーマイトの乾燥重量を基準として、0.1重量%〜50重量%の量の、少なくとも1個のカルボキシル基(−COOおよび/または−COOH)と、ヒドロキシ基(−OH)、オキソ基(−O)、カルボキシ基(−COOおよび/または−COOH)および/またはアミン基(−NHおよび/または−NH2)から選択される1種または複数種の他の基とを有し、2〜12個の炭素原子を有する有機化合物と一緒に提供される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- ベーマイトを含む前記懸濁液のpHが、窒素塩基によって調整される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複合体が、Al2O3、ZrO2、CeO2、RE(希土類金属) 2 O 3 に換算して、アルミニウムを20重量%〜80重量%、ジルコニウムを5重量%〜40重量%、セリウムを5重量%〜40重量%および任意選択で希土類金属を0重量%〜12重量%含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ベーマイトおよび/または前記ベーマイト懸濁液が、アルミニウムアルコキシドの加水分解により調製される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 酸化アルミニウムおよびセリウム/ジルコニウム/(任意選択的な希土類)酸化物を含むAl/Ce/Zr酸化物複合体であって、前記セリウム/ジルコニウム/(任意選択的な希土類)酸化物が前記複合体中に固溶体の形態で存在し、Al2O3および前記Ce/Zr/(任意選択的な希土類)複合酸化物/固溶体が均一に分布して共存し、1200℃で4時間を経た後でも表面積が少なくとも20m 2 /gである、Al/Ce/Zr酸化物複合体。
- ・ アルミニウムをAl2O3に換算して20重量%〜80重量%と、
・ ジルコニウムをZrO2に換算して5重量%〜40重量%と、
・ セリウムをCeO2に換算して5重量%〜40重量%と、
・ 希土類金属(RE)をRE2O3に換算して0重量%〜12重量%と
を含む、請求項14に記載のAl/Ce/Zr酸化物複合体。 - 1200℃で4時間を経た後でも表面積が少なくとも40m 2 /gである請求項14又は15に記載のAl/Ce/Zr酸化物複合体。
- 前記Al/Ce/Zr酸化物複合体が、希土類酸化物として、ネオジム、プラセオジム、イットリウムおよび/またはランタンの酸化物を含むAl/Ce/Zr希土類酸化物複合体である、請求項14〜16のいずれか一項に記載のAl/Ce/Zr酸化物複合体。
- 白金、ロジウムおよび/またはパラジウムをさらに含む、請求項14〜17のいずれか一項に記載のAl/Ce/Zr酸化物複合体。
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