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 PDF

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Description

本発明は、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を含む複合体、(以後、Al/Ce/Zr酸化物複合体という略称を用いる)を製造するための方法に関する。この方法で製造されたAl/Ce/Zr酸化物複合体は熱安定性が向上している。
触媒活性を有する貴金属を添加したAl/Ce/Zr酸化物複合体が知られており、これは例えば、燃焼ガス、特に自動車の燃焼室から吐出される燃焼ガスに、触媒による排ガス後処理(catalytic exhaust gas aftertreatment)のために使用されている。このような自動車用触媒は複数の成分からなるのが一般的である。その担体として、薄い隔壁を有する複数の通路を備えた熱安定性を有するセラミック(通常はコーディエライト)または金属箔製のハニカム構造体が使用されている。この担体に、多孔質酸化アルミニウム(Al)および酸素貯蔵成分を含むいわゆるウォッシュコートが適用される。ウォッシュコートには触媒活性を有する貴金属も添加されている。最近の排ガス触媒においては、これらは白金、ロジウムおよび/またはパラジウムである。セラミック担体は、例えば高温ウール(high temperature wool)から作製された特殊な把持マットを利用して(頻度は多くないが金網も併用して)金属筐体内に支持されている。Al/Ce/Zr酸化物複合体を含むウォッシュコートは燃焼機関の排ガスの後処理用として知られており、セリウム/ジルコニウム複合酸化物は酸素貯蔵成分として作用する。本発明によるAl/Ce/Zr酸化物複合体は上述の自動車用触媒に使用される。
国際公開第2006/070201A2号パンフレットには、酸化アルミニウムと、酸化ジルコニウムと、任意選択でCeO、La、Nd、Pr11、Sm、Yおよび場合により他の希土類酸化物のうちの少なくとも1種との複合酸化物を製造するための改善形態が記載されている。この製造は、対応する塩を共沈殿させることに基づいている。この複合酸化物は、金属塩溶液から出発して、沈殿の最中にpHを8.5±1の範囲内に調整することにより、含まれている全ての酸化物を共沈殿させることによって製造される。沈殿はアルカリ金属水酸化物、特に水酸化ナトリウム溶液を添加することによって行われる。
国際公開第2008/113457A1号パンフレットには、別々に製造された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混合物をベースとするAl/Ce/Zr酸化物複合体の製造が記載されている。
米国特許第5,883,037号明細書には、複合体材料の熱安定性の重要性が記載されている。当該明細書に記載されているプロセスは多段プロセスであり、最初にpHを上昇させることによってCe、Zrおよび任意選択でPr塩を沈殿させ、次いで沈殿物を単離する。この沈殿物をアルミナと混合しながら接触させた後に単離し、乾燥させて焼成する。このアルミナは、好ましくは、希土類、Ba、ZrまたはSiの群からの異種イオンによって安定化される。沈殿により生成したCe/Zr複合酸化物およびCe/Zr/Pr複合酸化物も、任意選択で、例えば第VIII族元素、ビスマスまたは他の一部の希土類元素のうちの少なくとも1種の元素を用いて安定化させることもできる。この製造プロセスの欠点の一つは、結果として得られる材料の均質性が劣る点にある。
欧州特許出願公開第1172139A1号明細書には、共沈殿による均質なAl/CeO/ZrO/Y/La複合酸化物の製造およびその熱安定性が記載されている。当該明細書に記載されているプロセスは、共沈殿により得られるAl−Ce−Zr−Y−La水酸化物中間体を焼成することによって酸化物に変換するものであった。
国際公開第2006/119549A1号パンフレットには、酸性ベーマイト懸濁液に金属塩の溶液を添加することにより第2の懸濁液を得るプロセスが記載されている。この第2懸濁液をアルカリ性溶液に滴下することにより沈殿が誘発される。国際公開第2006/119549A1号パンフレットの方法を用いると、実施例1および2にも示されているように、酸化アルミニウムに加えて境界が明確なCe/Zr/希土類複合酸化物の島部が生じる。米国特許第6,831,036号明細書の比較例3、14および15にはこれと酷似したプロセスが記載されている。このプロセスにより1000℃で3時間焼成を行うと、残る表面積は最大39m/gになると記載されている。
国際公開第2012/67654A1号パンフレットには、Al/Ce/Zr/希土類酸化物複合体を2段階で沈殿させることにより製造するプロセスが記載されている。当該明細書における第1のステップにおいては、硫酸アルミニウムをアルミン酸ナトリウムと一緒に沈殿させることにより「アルミニウム水和物」および場合により希土類水酸化物が生成し得る。この懸濁液を再び酸性化した後、Ce/Zr/希土類成分を、対応する塩溶液をこの懸濁液に添加し、次いでpHを再び上昇させることによって沈殿させる。こうすることにより得られるAl/Ce/Zr/希土類酸化物複合体を1100℃で5時間焼成すると、式SA=0.8235・[Al]+11.157より導かれる表面積(単位m/g)が得られるはずである。1200℃で5時間焼成した後の材料の表面積は式SA=0.3・[Al]+7より導かれる。国際公開第2012/67654A1号パンフレットは後に公開されている。その優先出願はそれぞれ上述したものとは異なる主題に関するものである。
本発明の目的は、表面の熱安定性、特に1100℃以上の温度下における(例えば24時間以上に亘る)熱安定性が確実に向上している改善されたAl/Ce/Zr/(任意選択的な希土類)酸化物複合体を提供することにある。ここで言う表面の安定性とは、高温下においてもBETに準拠して測定した表面が(大部分が)維持されることを意味する。それと同時に、最高水準の均質性が達成される。本明細書における均質性とは、Al相およびCe/Zr/希土類複合酸化物が、境界の明確な島部を形成することなく均一に分布していることと理解すべきである。
この目的は請求項1に従う方法により達成される。好ましい実施形態は、独立請求項の主題および/または次に記載するものである。
本発明に係る方法により得られるAl/Ce/Zr酸化物複合体(任意選択でさらなる希土類酸化物成分を含む)は、少なくともCe/Zr酸化物を固溶体の形態で含むことが見出された。このことはX線粉末回折分析により立証することができる。さらに、EDX(エネルギー分散型X線分析)および元素マッピングから示されるように、AlおよびCe/Zr/(任意選択的な希土類)複合酸化物が完全に均一に分布した状態で共存している。個々の金属酸化物のドメインは検出されなかった。AlおよびCe/Zr複合酸化物成分ならびに/またはCe/Zr/(任意選択的な希土類)複合酸化物成分ならびに/またはAl/Ce/Zr/(任意選択的な希土類)酸化物複合体成分に関する提示/報告は、他の金属酸化物を当該複合酸化物の成分または当該複合体の成分から排除するものではない。複合体は、好ましくはAlおよびCe/Zr/(任意選択的な希土類)複合酸化物のみからなる。
本発明において記載するプロセスは、アルカリ性ベーマイト水性懸濁液(スラリー)を使用し、この懸濁液中で可溶性金属塩の存在下に沈殿を行うことによりCe/Zr/(任意選択的な希土類)水酸化物の沈殿物が生成し、Ce/Zr/(任意選択的な希土類)水酸化物の沈殿物(後段で生成する固溶体とは異なる)がベーマイトマトリックス中に均一に分布している点が上述した先行技術とは異なっている。ベーマイト粒子がアルカリ性媒体中においてさえも懸濁液中に沈降せず、非常に均質な沈殿物が生じることにより、この水準の均質性が得られ、それに伴い酸化アルミニウムがCe/Zr/(任意選択的な希土類)複合酸化物結晶子を効果的に分離する。pHを終始高く保つことによりCe/Zr/(任意選択的な希土類)水酸化物が確実に均一に沈殿し、それによってこれらが焼成後に均質な固溶体の形態で存在するようになる。
本明細書に記載するプロセスにおいては、アルカリ、特に水酸化ナトリウム溶液の使用を省くことができる。適用時にアルカリおよび/または水酸化ナトリウムを複合体材料から除去することは絶対に必要であり、したがってこれらの成分を省くことは重要な利点となる。
水性懸濁液中における実施例A1およびA2の粒度分布を示すものである。 焼成後の実施例2からの材料のX線粉末回折図形を示すものである。
本発明の方法は次のステップを含む:
(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〜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H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。
pHを調整するために、アンモニア以外にも、例えば尿素またはウロトロピンを含む窒素塩基を使用することができる。特にベーマイトを含む懸濁液は、このようにして所要のpHに調整される。
複合体はまた、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、特に希土類元素/化合物も含むことができ、これらは1種または複数種のさらなる可溶性化合物の形態で添加され、その添加は、好ましくは乾燥を行う前、特にステップ(c)の後にのみまたはさらには(d)の後で行われる。
一実施形態によれば、(c)の懸濁液の水熱熟成は、水性環境下で、好ましくは少なくとも90℃の温度で少なくとも1時間、特に少なくとも120℃の温度で少なくとも4時間行われる。
金属塩溶液を生成するために、特に金属の水溶性塩、例えば、酢酸塩、硝酸塩および/または塩化物が使用される。本発明の方法においては、任意選択で使用することができるバリウム塩を除いて、アルカリ金属塩および/またはアルカリ土類塩の添加は好ましくは省かれる。
Ce/Zr/(任意選択的な希土類)酸化物は複合体中では固溶体形態にあり、Alおよび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ている。
Al/Ce/Zr酸化物複合体は、好ましくは、Al、ZrO、CeO、RE(希土類金属)に換算して、アルミニウムを20重量%〜80重量%、好ましくは40重量%〜70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%、希土類金属を0重量%〜12重量%、好ましくは0.1重量%〜9重量%含む。ステップ(d2.2)で再分散を行った後に添加される他の可溶性化合物の量は、Alの重量を基準として、好ましくは0.1重量%〜15重量%(酸化物換算)である。好ましい希土類金属としては、ネオジム、プラセオジム、イットリウムおよび/またはランタンが挙げられる。

Al/Ce/Zr酸化物複合体は、好ましくは、1200℃で4時間後の表面積が依然として少なくとも20m/g、好ましくは少なくとも40m/gである。
アルミニウム/セリウム/ジルコニウム複合酸化物は、三元触媒(TWC)等の自動車用触媒においても、またはNO吸蔵機構、ディーゼル酸化触媒(DOC)およびディーゼルカーボンブラックパーティキュレートフィルター(DPF)等の他の構成要素においても使用することができる。これらの構造は導入部で説明した通りである。
本発明におけるベーマイトとは、一般式AlO(OH)・HOの化合物を意味する。アルミニウムアルコキシドの加水分解によって生成するベーマイトが好ましい。米国特許出願第5,055,019号明細書を参照されたい(「Process for the Production of Boehmitic Aluminas」)。このプロセスを用いて、塩を含まない水性の中性アルミニウムアルコラートを加水分解し、アルミニウムアルコラートの加水分解により得られるアルミナ懸濁液をオートクレーブで、a)水蒸気圧1〜30バール(温度100〜235℃に対応)、b)0.5〜20時間およびc)周速1.0〜6.0m/sで撹拌しながら熟成することにより、Al純度が少なくとも99.95%であり、細孔径の範囲が明確な(3〜100nm)ベーマイトアルミナが得られる。
本発明によれば、ベーマイトアルミナの製造において高純度の生成物を得るためにアルミニウムアルコラートが使用される。アルミニウムアルコラートは、例えばチーグラー法により合成することができ、精製ステップは濾過により行われる。例えば、アルミニウムアルコラートを製造するためには、例えばC〜C24アルコールまたはその混合物を使用することができる。
使用されるベーマイトは、特に、とりわけ高純度であることを特徴とする(含有率:SiO≦約0.01%、Fe≦約0.01%、NaO≦約0.002%、KO≦約0.002%、TiO≦0.005%、他の元素≦0.01%)。このことに関わらず、他の好ましい形態においては、細孔容積が0.4〜1.2mL/gであり、および/または(120)面反射を用いて求められた結晶子サイズが4〜40nm、好ましくは4〜16nmであるベーマイトが使用される。
特に好ましい実施形態によれば、ベーマイトは、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5重量%〜15重量%の量の、少なくとも1個のカルボキシ基と、ヒドロキシ基(−OH)、カルボキシ基(−COO)および/またはアミン基(−NH、−NHを含む)から選択される1種または複数種のさらなる基とを有し、特に2〜12個の炭素原子、特に好ましくは4〜8個の炭素原子を有する有機化合物、例えば酒石酸またはクエン酸で変性されている。これらはアルカリ性媒体中にベーマイトの凝集物および沈降物として存在する。本発明の意味における他の好適な置換されたカルボン酸としては、例えば、2−ヒドロキシプロピオン酸、2−オキソプロピオン酸、ヒドロキシブタンジカルボン酸、ジヒドロキシブタンジカルボン酸、2−ヒドロキシプロパン−1,2,3−トリカルボン酸(クエン酸)、L−アスパラギン酸、L−セリン、グリシン、L−ロイシン、L−チロシンまたはL−トリプトファンが挙げられる。
本発明により製造される複合体は、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)複合酸化物を含み、一実施形態によれば、触媒として白金、ロジウムおよび/またはパラジウムも含む。
本発明に基づき、上述の多官能性有機酸を添加することにより変性したベーマイトのアルカリ性懸濁液の存在下に、特にセリウム源としての硝酸アンモニウムセリウム(IV)の使用を組み合わせて沈殿を行うと、特に熱安定性が非常に高い最終生成物が得られることも見出された。驚くべきことに、そしてこれとは独立に、この効果はアルカリ性懸濁液を金属塩溶液に滴下した場合に特に顕著に現れる。
次の実験例から、次のことが分かる。
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)。
しかしながら、一実施形態においては、本明細書に記載するプロセスは変性ベーマイトを使用することを提案しており、それによってアルカリ性媒体中における分散性が高くなる。したがって、ベーマイトは凝集も沈降もせず、その代わり、CeO/ZrO/(任意選択的な希土類酸化物)成分が、高pH下においても最終的に分散したベーマイトの存在下に特に均質に沈殿および分散する(このことは、高pHの水性懸濁液中の粒度に基づき明らかである)。このことは実施例A1およびA2で実証される。
表面積(BET)の測定は、DIN ISO 9277に準拠し、マイクロメトリックス(Micromeritics)のトライスター(TriStar)3000を使用して行った。パナリティカル(Panalytical)X’Pert Pro MDB回折計を用いてX線回折図を測定した。特に断りのない限り、百分率の量は重量パーセントである。粒度分布測定は、マルバーン(Malvern)のマスターサイザー(Mastersizer)2000を使用し、Hydro−S分散ユニットを用いて水中で行った。測定はISO 13320:2009に準拠し、解析にフラウンホーファー(Fraunhofer)法を用いた。
比較例1
欧州特許第1172139B1号明細書の実施例27に従う合成
組成:Al 61.5%、CeO 21%、ZrO 15%、Y 2.5%
硝酸ジルコニル水溶液(ZrO含有率=7%)96.43g、硝酸セリウム(III)水溶液(CeO含有率=18%)52.5g、硝酸イットリウム水溶液(Y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。
この溶液を35%H溶液7.47g(セリウムのモル量の1.2倍に相当)と混合し、この混合物を約25分間撹拌した。次いで、得られた溶液のpHを24%アンモニア溶液を添加することによって7にし、15分間撹拌した。得られた混合物を濾過し、濾残を60℃の脱イオン水で洗浄した。次いでこの濾過ケークを120℃で16時間乾燥させた。その後、乾燥した濾過ケークをまず300℃で5時間、次いで700℃で5時間焼成した。
表面積の測定値を表1に示す。
300℃/5時間+700℃/5時間後(出発物質)のBET:168m/g
950℃/5時間後のBET:109m/g
1000℃/4時間後のBET:84m/g
1100℃/2時間後のBET:32m/g
比較例2
欧州特許第1172139B1号明細書の実施例1に従う合成
組成:Al 41%、CeO 30%、ZrO 23%、Y 2.5%、La 3.5%
硝酸ジルコニル水溶液(ZrO含有率=7%)145.93g、硝酸セリウム(III)水溶液(CeO含有率=18%)72.25g、硝酸イットリウム水溶液(Y含有率=17.80%)6.07g、硝酸ランタン水溶液(La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。
この溶液を35%H溶液10.71g(セリウムのモル量の1.2倍に相当)と混合し、混合物を約25分間撹拌した。次いで、得られた溶液のpHを24%アンモニア溶液を添加することによって7にし、15分間撹拌した。得られた混合物を濾過し、濾残を60℃の脱イオン水で洗浄した。
次いでこの濾過ケークを120℃で16時間乾燥させた。次いで、乾燥した濾過ケークをまず300℃で5時間、次いで700℃で5時間焼成した。
表面積の測定値を表2に示す。
比較例3
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:Al 51%、CeO 14.2%、ZrO 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(CeO含有率=28.85%)14.77gおよび硝酸ジルコニル溶液(ZrO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%H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。
得られた混合物を濾過して濾残を60℃の脱イオン水で洗浄した。次いでこの濾過ケークを脱イオン水850mL中に懸濁させ、25%水酸化ナトリウム溶液を添加することによりpHを10に調整した。次いで混合物を120℃のオートクレーブで6時間処理した。熟成後の懸濁液を室温に冷却し、硝酸を添加することによりpHを8に調整した後、30分間撹拌した。
次いで懸濁液を再び60℃で1時間撹拌した後、液体を濾過した。次いで、得られた濾過ケークを60℃の脱イオン水で洗浄した後、850℃で4時間焼成した。表面積の測定値を表3に示す。
比較例4
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:Al 50%、CeO 30%、ZrO 15%、La 3.5%、Y 1.5%
硝酸ランタン溶液(La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。
硝酸ジルコニル22.19g(ZrO含有率=33.80%)、硝酸セリウム(III)35.89g(CeO含有率=41.80%)、硝酸イットリウム溶液4.21g(Y含有率=4.21%)、蒸留水100gおよび過酸化水素(H/CeOのモル比が3となるように)を混合することにより溶液Bを調製した。
アルミン酸ナトリウム46.3gを蒸留水200gに溶解することにより溶液Cを調製した。
蒸留水2リットルから出発して、これを65℃に加熱した。溶液Aを25分以内に滴下し、それと同時に溶液Cを添加することによりpHを7.3に維持した。溶液Aを全て添加した後、残りの溶液Cを全て加え、それによってpHを9.8に調整した。次いで、得られた懸濁液のpHを希硝酸を用いて4に調整した。次いで溶液Bを20分以内に加えた。その間、10%アンモニア溶液を加えることによりpHを4に維持した。溶液Bを全て添加した後、濃アンモニア溶液を添加することによりpHを8.2に上昇させた。懸濁液を濾過し、固体を60℃に加熱した炭酸水素アンモニウム水溶液(120g/リットルHO)2リットルで洗浄した。得られた表面積の一覧を表4に示す。
比較例5
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:Al 50%、CeO 30%、ZrO 15%、La 3.5%、Y 1.5%
CeO 15g、ZrO 7.5g、La 1.75gおよびY 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(Al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。
表4に得られた表面積を示す。
実施例A1:未変性ベーマイトを使用したアルカリ性ベーマイト懸濁液の調製
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Al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)):
10=0.96μm;D50=5.11μm;D90=28.34μm。
測定した粒度分布を図1に示す。
実施例A2:変性ベーマイトを使用したアルカリ性ベーマイト懸濁液の調製
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Al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):
10=0.09μm;D50=0.23μm;D90=0.67μm。
測定した粒度分布を図1に示す。
実施例1(本発明による)
組成:Al 61.5%、CeO 21%、ZrO 15%、Y 2.5%
(比較例1に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO含有率=12.90%)81.4g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO含有率=7.26%)103.30gおよび硝酸イットリウム溶液(Y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。
DISPERAL HP 14/7(クエン酸変性ベーマイト)615.0gからなる懸濁液(Al含有率=5%)を、固体を脱イオン水中で撹拌し、次いで24%アンモニア溶液をpHが10になるまで加えることにより調製した。この懸濁液を金属塩溶液にゆっくりと滴下し、添加完了後、24%アンモニア溶液を加えてpHを8.7に調整した。次いでこの混合物を90℃で30分間撹拌した。次いでこの混合物を濾過し、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することにより懸濁させた後、噴霧乾燥させた(入口温度=220℃、出口温度=110℃)。乾燥した材料を850℃で4時間焼成した。
実施例2(本発明による)
組成:Al 41%、CeO 30%、ZrO 23%、Y 2.5%、La 3.5%(比較例2に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO含有率=12.90%)96.9g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO含有率=7.26%)131.96g、硝酸ランタン溶液(La含有率=14.57%)10.02gおよび硝酸イットリウム溶液(Y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(Al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。
Figure 0006185912
この懸濁液を金属塩溶液にゆっくりと滴下し、添加完了後、24%アンモニア溶液を加えることによりpHを8.5に調整した。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に撹拌しながら懸濁させた後、噴霧乾燥させた(入口温度=220℃、出口温度=110℃)。乾燥した材料を850℃で4時間焼成した。
図2に、実施例2からの材料を焼成した後のx線粉末回折図を示す。
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CeO(立方晶)の回折図
e)シミュレーションによるCeO(正方晶)の回折図
実施例3(本発明による)
比較例2の組成と完全に一致する組成
Al 41%、CeO 30%、ZrO 23%、Y 2.5%、La 3.5%
Pural SBの懸濁液(ベーマイト、Al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(CeO含有率=5.0%)300g、酢酸ジルコニウム溶液(ZrO含有率=22.88%)50.3g、酢酸ランタン溶液(La含有率=7.3%)24.0gおよび酢酸イットリウム溶液(Y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。
実施例4(本発明による)
組成:Al 41%、CeO 30%、ZrO 23%、Y 2.5%、La 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(Al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。
この懸濁液に、硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO含有率=12.90%)139.53g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO含有率=7.26%)190.1g、硝酸ランタン溶液(La含有率=14.57%)14.41gおよび酢酸イットリウム溶液(Y含有率=27.54%)5.45g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ることによりpH値を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。その後、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、噴霧乾燥させた(入口温度=220℃、出口温度=110℃)。乾燥した材料を850℃で4時間焼成した。
実施例5
組成:Al 41%、CeO 30%、ZrO 23%、Y 2.5%、La 3.5%
硝酸セリウム(III)+H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(CeO含有率=18.00%)58.34g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO含有率=7.26%)131.96g、硝酸ランタン溶液(La含有率=14.57%)10.02gおよび酢酸イットリウム溶液(Y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。
5℃に冷却した30%H溶液25.74gを室温で加えた。得られた懸濁液を10分間撹拌した後、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(Al含有率5%)のpHを、脱イオン水中で固体を撹拌した後、24%アンモニア溶液を加えることにより10に調整した。
この懸濁液を金属塩溶液にゆっくりと滴下し、添加完了後、24%アンモニア溶液を加えることによりpHを8.3に調整した。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、噴霧乾燥させた(入口温度=220℃、出口温度=110℃)。乾燥した材料を850℃で4時間焼成した。
Figure 0006185912
実施例6(本発明による)
組成:Al 51%、CeO 14.2%、ZrO 34.8%
(比較例3に対応)
硝酸アンモニウムセリウム(IV)溶液(CeO含有率=12.90%)55.0gおよび硝酸ジルコニル溶液(ZrO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。
DISPERAL HP 14/7(クエン酸変性ベーマイト)510.0gからなる懸濁液(Al含有率5%)のpHを、固体を脱イオン水中で撹拌した後、24%アンモニア溶液を加えることにより10に調整した。
この懸濁液を金属塩溶液にゆっくりと滴下し、添加完了後、24%アンモニア溶液を加えることによりpHを8.7に調整した。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、噴霧乾燥させた(入口温度=220℃、出口温度=110℃)。乾燥した材料を850℃で4時間焼成した。
比較例3の値を括弧内に示す。
850℃/4時間後のBET(出発物質):97m/g(107)
1100℃/2時間後のBET:62m/g(47)
1100℃/24時間後のBET:36m/g(35)
Figure 0006185912
実施例7(本発明による)
組成:Al 50%、CeO 30%、ZrO 15%、La 3.5%、Y 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(CeO含有率=12.90%)116.3g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO含有率=7.26%)103.3g、硝酸ランタン溶液(La含有率=14.50%)12.1gおよび酢酸イットリウム溶液(Y含有率=17.80%)4.2gからなる金属塩溶液を90℃に加熱した。
DISPERAL HP 14/7(クエン酸変性ベーマイト)500gからなる懸濁液(Al含有率5%)のpHを、固体を脱イオン水中で撹拌した後、24%アンモニア溶液を加えることにより10に調整した。
この懸濁液を金属塩溶液にゆっくりと滴下し、添加完了後、24%アンモニア溶液を加えることによりpHを8.3に調整した。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120℃で16時間乾燥させた後、850℃で4時間焼成した。
実施例8(本発明による)
組成:Al 50%、CeO 30%、ZrO 15%、La 3.5%、Y 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(CeO含有率=12.90%)116.3g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO含有率=7.26%)103.3g、硝酸ランタン溶液(La含有率=14.50%)12.1gおよび酢酸イットリウム溶液(Y含有率=17.80%)4.2gからなる金属塩溶液を90℃に加熱した。
DISPERAL HP 14/7(クエン酸変性ベーマイト)500gからなる懸濁液(Al含有率=5%)のpHを、固体を脱イオン水中で撹拌した後、24%アンモニア溶液を加えることにより10に調整した。この懸濁液を金属塩溶液にゆっくりと滴下し、添加完了後、24%アンモニア溶液を加えてpHを9.0に調整した。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、噴霧乾燥させた(入口温度=220℃、出口温度=110℃)。乾燥した材料を850℃で4時間焼成した。
実施例9(本発明による)
組成:Al 70%、CeO 20%、ZrO 7%、La 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(Al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(CeO含有率=12.9%)46.51g、硝酸ジルコニル溶液(ZrO含有率=7.0%)30.0gおよび硝酸ランタン溶液(La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。
Figure 0006185912

Claims (18)

  1. 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 )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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. (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。
  7. 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。
  8. 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、Al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。
  9. 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。
  10. 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−NH)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。
  11. 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。
  12. 前記複合体が、Al、ZrO、CeORE(希土類金属) 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。
  13. 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。
  14. 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、Al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 /gである、Al/Ce/Zr酸化物複合体。
  15. ・ アルミニウムをAlに換算して20重量%〜80重量%と、
    ・ ジルコニウムをZrOに換算して5重量%〜40重量%と、
    ・ セリウムをCeOに換算して5重量%〜40重量%と、
    ・ 希土類金属(RE)をRE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。
  16. 1200℃で4時間を経た後でも表面積が少なくとも40m /gである請求項14又は15に記載のAl/Ce/Zr酸化物複合体。
  17. 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。
  18. 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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