JPH11314035A - 触媒担体と触媒及びこれらの製造方法 - Google Patents

触媒担体と触媒及びこれらの製造方法

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JPH11314035A
JPH11314035A JP11036270A JP3627099A JPH11314035A JP H11314035 A JPH11314035 A JP H11314035A JP 11036270 A JP11036270 A JP 11036270A JP 3627099 A JP3627099 A JP 3627099A JP H11314035 A JPH11314035 A JP H11314035A
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慎二 辻
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雅彦 杉山
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央志 久野
Naoto Miyoshi
直人 三好
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Kazumasa Takatori
一雅 鷹取
Nobuo Kamiya
信雄 神谷
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】アルコキシドを用いずに製造でき、安価で高比
表面積を有し耐熱性に優れた触媒担体と、その触媒担体
を用いた触媒を提供する。 【解決手段】アルミニウムを主成分としアルミニウムの
他に少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液が有機溶
媒中に分散してなるW/O型エマルジョンを調製し、そ
のW/O型エマルジョンを噴霧燃焼して複合酸化物粉末
を製造する。噴霧燃焼により殻厚が数十nmと非常に肉薄
で多孔質の中空状粒子が形成されるため、非晶質で比表
面積の大きな触媒担体となり、かつ高温耐久後にも高比
表面積を維持することができる。そして助金属元素とし
てアルカリ土類金属などを用いれば、NOx 吸蔵元素を高
分散で複合化することができ、凝集した硫酸塩になりに
くいため硫黄被毒が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス浄化触媒に
用いられる高耐熱性の触媒担体と、その触媒担体を用い
た触媒及びそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば特開平7-075735号公報には、非晶
質アルミナを主成分とし、それにアルカリ金属、アルカ
リ土類金属あるいは希土類元素からなるNOx 吸蔵元素が
含まれた触媒担体が開示されている。この触媒担体によ
れば、非晶質アルミナが結晶化しない温度においてNOx
吸蔵元素とアルミナとが安定な化合物を形成しないの
で、NOx 吸蔵能力の低下が防止される。また、NOx 吸蔵
元素が非晶質アルミナ中に高分散状態で混入できるた
め、NOx 吸蔵元素が硫黄酸化物と反応して硫酸塩を生成
した場合でも生成した硫酸塩の粒成長が起こりにくく、
硫酸塩の成長によるNO x 吸蔵能の低下(硫黄被毒)が生
じにくい。さらに生成した硫酸塩は微細であるため、還
元性雰囲気によって容易に還元され、NOx 吸蔵元素のNO
x 吸蔵能が復活するという利点を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した触媒担体は、
アルコキシドを原料とするゾルゲル法によって製造され
ている。しかしながらアルコキシドは高価であり、得ら
れる触媒担体も高価となってしまう。またゾルゲル法で
得られた担体粉末は微粒子で構成されているため、1000
℃を越えるような高温では粒成長により比表面積が低下
する可能性がある。
【0004】本願発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであり、アルコキシドを用いずに製造でき、安価で
高比表面積を有し耐熱性に優れた触媒担体と、その触媒
担体を用いた触媒を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の触媒担体の特徴
は、アルミニウムを主成分としアルミニウムの他に少な
くとも一種の助金属元素を含む水溶液が有機溶媒中に分
散したW/O型エマルジョンを噴霧燃焼させることによ
り形成した複合酸化物粉末からなることにある。
【0006】この触媒担体において、助金属元素はアル
カリ土類金属元素及び希土類元素の少なくとも一方であ
ることが望ましく、マグネシウムを除くことが望まし
い。また本発明の第1の触媒の特徴は、アルミニウムを
主成分とし貴金属元素を含む水溶液が有機溶媒中に分散
したW/O型エマルジョンを噴霧燃焼させることにより
形成した複合酸化物粉末からなることにある。
【0007】本発明の第2の触媒の特徴は、アルミニウ
ムを主成分とし周期律表の IIa族,IIIa族, IVa族,Va
族, VIa族,VIIa族, IIb族,Ga,Si,Ge,及びSnから
選ばれた少なくとも一種の助金属元素と貴金属元素とを
含む水溶液を有機溶媒中に分散したW/O型エマルジョ
ンを噴霧燃焼させることにより形成した複合酸化物粉末
からなることにある。
【0008】本発明の第3の触媒の特徴は、アルミニウ
ムを主成分とし周期律表の IIa族,IIIa族, IVa族,Va
族, VIa族,VIIa族, IIb族,Ga,Si,Ge,及びSnから
選ばれた少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液を有
機溶媒中に分散したW/O型エマルジョンを噴霧燃焼さ
せることにより形成した複合酸化物粉末からなる触媒担
体に貴金属を担持したことにある。
【0009】本発明の第4の触媒の特徴は、アルミニウ
ムを主成分としアルミニウムの他に少なくとも一種の助
金属元素を含む水溶液を有機溶媒中に分散したW/O型
エマルジョンを噴霧燃焼させることにより形成した複合
酸化物粉末からなる触媒担体と、触媒担体に担持され酸
化ストロンチウム及び酸化バリウムの少なくとも一方に
貴金属が担持された構造体と、からなることにある。
【0010】この第4の触媒においては、助金属元素は
アルカリ土類金属であることが望ましい。本発明の触媒
担体の製造方法の特徴は、アルミニウムを主成分としア
ルミニウムの他に少なくとも一種の助金属元素を含む水
溶液が有機溶媒中に分散してなるW/O型エマルジョン
を調製する工程と、W/O型エマルジョンを噴霧燃焼す
る工程と、よりなることにある。
【0011】この製造方法において、助金属元素はアル
カリ土類金属元素及び希土類元素の少なくとも一方であ
ることが望ましく、マグネシウムを除くことが望まし
い。本発明の第1の触媒の製造方法の特徴は、アルミニ
ウムを主成分とし貴金属元素を含む水溶液が有機溶媒中
に分散してなるW/O型エマルジョンを調製する工程
と、W/O型エマルジョンを噴霧燃焼する工程と、より
なることにある。
【0012】本発明の第2の触媒の製造方法の特徴は、
アルミニウムを主成分とし周期律表の IIa族,IIIa族,
IVa族,Va族, VIa族,VIIa族, IIb族,Ga,Si,Ge,
及びSnから選ばれた少なくとも一種の助金属元素と貴金
属元素とを含む水溶液が有機溶媒中に分散したW/O型
エマルジョンを調製する工程と、W/O型エマルジョン
を噴霧燃焼する工程と、よりなることにある。
【0013】本発明の第3の触媒の製造方法の特徴は、
アルミニウムを主成分とし周期律表の IIa族,IIIa族,
IVa族,Va族, VIa族,VIIa族, IIb族,Ga,Si,Ge,
及びSnから選ばれた少なくとも一種の助金属元素を含む
水溶液が有機溶媒中に分散したW/O型エマルジョンを
調製する工程と、W/O型エマルジョンを噴霧燃焼して
複合酸化物粉末を調製する工程と、複合酸化物粉末に貴
金属を担持する工程と、よりなることにある。
【0014】貴金属の担持は、貴金属薬液の希釈に水を
用いずアルコールなどの有機溶媒を用いることが望まし
い。本発明の第4の触媒の製造方法の特徴は、アルミニ
ウムを主成分としアルミニウムの他に少なくとも一種の
助金属元素を含む水溶液が有機溶媒中に分散したW/O
型エマルジョンを調製する工程と、W/O型エマルジョ
ンを噴霧燃焼させることにより複合酸化物粉末を形成す
る工程と、酸化ストロンチウム及び酸化バリウムの少な
くとも一方に貴金属を担持した構造体を調製する工程
と、複合酸化物粉末に構造体を担持する工程と、よりな
ることにある。
【0015】この第4の触媒の製造方法においては、助
金属元素はアルカリ土類金属であることが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法で用いているW
/O型エマルジョンの噴霧燃焼では、エマルジョン中の
一つの分散粒子の径(数nm〜数μm)が一つの反応場の
大きさとなる。つまり噴霧されたミスト中では、エマル
ジョン中の分散粒子は有機溶媒からなる油膜に覆われた
水相からなるアトマイズ粒子となり、一旦着火されると
油膜の燃焼が誘発される。この発熱によって、高温に晒
されたアトマイズ粒子内部の水相中の金属が酸化されて
複合酸化物粉末が生成する。アトマイズ粒子は微細であ
るため、それぞれの粒子間で温度分布が発生するのが抑
制でき、均質な複合酸化物粉末が得られる。また非晶質
の複合酸化物粉末も容易に製造することができる。
【0017】そしてW/O型エマルジョンの分散粒子が
アルミニウムを主成分とする場合は、噴霧燃焼により殻
厚が数十nmと非常に肉薄で多孔質の中空状粒子が形成さ
れやすい。現時点ではこの原因は明らかではないが、ア
ルミニウムイオンの表面酸化膜形成速度が大きいため
に、粒子収縮の小さい段階で粒子表面に表面酸化膜が形
成され、結果として非常に肉薄の多孔質中空体となると
推定される。
【0018】W/O型エマルジョンの噴霧燃焼では、上
記のように一つの分散粒子径が一つの反応の場となる
が、エマルジョン中の分散粒子径が 100nmよりも小さい
と表面酸化膜形成前に粒子が完全に収縮してしまい、中
空状とはならないため、好ましくない。一方、分散粒子
径が10μmよりも大きいと、反応場が大きくなりすぎて
不均質になる可能性があり好ましくない。エマルジョン
中の分散粒子径が 100nm〜10μmの範囲であれば、製造
される複合酸化物粉末粒子の外径が20〜2000nmとなる。
【0019】また噴霧燃焼時の燃焼温度は900℃以下、
さらには 650〜 800℃とすることが望ましい。燃焼温度
が 900℃を超えると生成物の一部が粒成長して結晶質の
粉末となり、比表面積が低下するとともに、NOx 吸蔵元
素との安定な化合物が生成して浄化性能が低下するので
好ましくない。さらにW/O型エマルジョン中の分散粒
子の濃度は、金属換算で 0.2〜2モル/Lとするのが望
ましい。分散粒子の濃度がこの範囲から外れると中空状
の複合酸化物粉末となりにくくなる。
【0020】そしてこの製造方法によれば、アルコキシ
ドを用いず安価な金属塩を用いることができるため、非
晶質の複合酸化物粉末を安価に製造することができる。
本発明の触媒担体は、アルミニウムを主成分としアルミ
ニウムの他に少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液
が有機溶媒中に分散してなるW/O型エマルジョンを調
製する工程と、W/O型エマルジョンを噴霧燃焼する工
程と、よりなる本発明の製造方法により製造された複合
酸化物粉末である。
【0021】この複合酸化物粉末は、中空状の粒子であ
ることが望ましい。これにより高比表面積の触媒担体と
なり、触媒としたときの活性が著しく向上する。またそ
の粒子径は、外径が20〜2000nmであることが望ましい。
外径が20nmより小さいと中空部が存在しなくなり、2000
nmを超える粉末を本発明の製造方法で製造することは困
難である。本発明の製造方法によれば、この範囲の粒径
をもつ中空状の複合酸化物粉末を容易に製造することが
できる。
【0022】上記複合酸化物粉末は、結晶質を含んでも
よいが、非晶質であることが望ましい。これによりNOx
吸蔵元素を含む触媒としたときに、NOx 吸蔵元素と安定
な化合物が生成するのが抑制され、NOx 吸蔵能の低下が
防止できる。また上記複合酸化物粉末は、耐熱性にきわ
めて優れている。すなわち本発明の触媒担体は、1100℃
以下であれば熱処理によって比表面積が変化せず、かつ
非晶質構造を保持する。これは、中空状粒子となってい
る点と密接に関連がある。例えば、中実状粒子で比表面
積50m2/g以上のアルミナを主成分とする粉末を得よう
とすると、一次粒子径は約30nm以下である必要がある。
一般に小さい粒子は高活性なため、高温中では粒成長し
易い。それに対して、上記複合酸化物粉末は非常に肉薄
の中空状粒子とすることができるため、粒径数百nm以上
でも50m2/g以上の比表面積となる。したがって、比表
面積の割に粒径が大きく、粒成長しにくい利点を有す
る。
【0023】このため上記複合酸化物粉末は、50m2/g
以上の高比表面積と高耐熱性とを両立し、触媒担体とし
て十分な性能を有する。比表面積が50m2/g未満では触
媒担体としての性能が不十分な場合があり好ましくな
い。本発明の触媒担体における助金属元素としては特に
制限されず、アルミニウムから形成されるアルミナと複
合化されることで何らかの好ましい作用を奏するものを
用いることができる。例えば周期律表の IIa族,IIIa
族, IVa族,Va族, VIa族,VIIa族, IIb族,Ga,Si,
Ge,及びSnから選ばれた少なくとも一種の金属元素を用
いることができる。このうち例えばTi、ZrあるいはSiな
どを用いれば、アルミナと複合化した多孔質の複合担体
を形成することができる。また、アルカリ土類金属及び
希土類元素から選択することも好ましい。アルカリ金
属、アルカリ土類金属、希土類元素はNOx を吸蔵する性
質があるため、NOx 吸蔵分解型の触媒担体には必要な元
素である。しかしながら、アルカリ金属は熱処理によっ
て移動し易いため、耐熱性の点で問題がある。また、ア
ルカリ土類金属の中でもイオン半径が小さいマグネシウ
ムも耐熱性の点で問題があるので本発明では用いないこ
とが好ましい。
【0024】そして本発明の触媒担体は、W/O型エマ
ルジョンの噴霧燃焼法で製造され原料として金属塩を用
いているため、従来の非晶質の触媒担体と比べて安価と
なる。本発明の第1の触媒は、アルミニウムを主成分と
し貴金属元素を含む水溶液が有機溶媒中に分散してなる
W/O型エマルジョンを調製する工程と、W/O型エマ
ルジョンを噴霧燃焼する工程とを行うことにより製造さ
れた複合酸化物粉末である。
【0025】この複合酸化物粉末は、アルミナと貴金属
とが複合化して構成され、貴金属による触媒作用が発現
する。そしてこの複合酸化物粉末は、上記した触媒担体
と同様に非晶質で中空状であることが望ましい。これに
より高比表面積となるため活性が高く、かつ高温時にお
いても比表面積の低下が抑制されているため貴金属の粒
成長が抑制され耐久性が向上する。また貴金属はアルミ
ナ中に高分散して保持されているため、活性が高く粒成
長も抑制される。
【0026】貴金属としては、Pt,Rh,Pd,Ir及びRuか
ら選ばれる少なくとも一種を用いることができる。また
本発明の第2の触媒は、アルミニウムを主成分とし周期
律表の IIa族,IIIa族, IVa族,Va族, VIa族,VIIa
族, IIb族,Ga,Si,Ge,及びSnから選ばれた少なくと
も一種の助金属元素と貴金属元素とを含む水溶液が有機
溶媒中に分散したW/O型エマルジョンを調製する工程
と、W/O型エマルジョンを噴霧燃焼する工程を行うこ
とにより製造された複合酸化物粉末である。
【0027】この複合酸化物粉末では、アルミニウムと
助金属元素と貴金属の少なくとも3元素が複合化され、
助金属元素が例えばアルカリ土類金属又は希土類元素で
あればNOx 吸蔵能が発現され、貴金属により触媒活性が
発現される。また助金属元素として用いられたアルカリ
土類金属又は希土類元素は、複合酸化物中に原子状に高
分散しているため凝集した硫酸塩となりにくい。したが
って硫黄被毒が抑制され耐久性に優れたNOx 吸蔵分解型
触媒とすることができる。したがって第2の触媒はNOx
吸蔵分解型触媒としてきわめて有用である。
【0028】またこの複合酸化物粉末は、上記した触媒
担体と同様に非晶質の中空状であることが望ましく、粒
子径は外径が20〜2000nmであることが望ましい。これに
より高比表面積となるため活性が高く、かつ高温時にお
いても比表面積の低下が抑制されているため貴金属の粒
成長が抑制され耐久性が向上する。そして助金属元素を
貴金属と複合化させることにより、貴金属の分散安定性
が向上するという効果もある。なお貴金属としては、P
t,Rh,Pd,Ir及びRuから選ばれる少なくとも一種を用
いることができる。
【0029】本発明の第3の触媒は、アルミニウムを主
成分とし周期律表の IIa族,IIIa族, IVa族,Va族, V
Ia族,VIIa族, IIb族,Ga,Si,Ge,及びSnから選ばれ
た少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液が有機溶媒
中に分散したW/O型エマルジョンを調製する工程と、
W/O型エマルジョンを噴霧燃焼して複合酸化物粉末を
調製する工程と、複合酸化物粉末に貴金属を担持する工
程を行うことにより製造された複合酸化物粉末である。
【0030】この複合酸化物粉末では、アルミニウムと
助金属元素とが複合化され、それに貴金属が担持されて
いる。助金属元素が例えばアルカリ土類金属又は希土類
元素であればNOx 吸蔵能が発現され、貴金属により触媒
活性が発現される。したがって第3の触媒もNOx 吸蔵分
解型触媒として有用である。またこの複合酸化物粉末
は、上記した触媒担体と同様に非晶質の中空状であるこ
とが望ましく、粒子径は外径が20〜2000nmであることが
望ましい。これにより高比表面積となるため活性が高
く、かつ高温時においても比表面積の低下が抑制されて
いるため貴金属の粒成長が抑制され耐久性が向上する。
【0031】また助金属元素として用いられたアルカリ
土類金属又は希土類元素は、複合酸化物中に原子状に高
分散しているため凝集した硫酸塩となりにくい。したが
って硫黄被毒が抑制され耐久性に優れたNOx 吸蔵分解型
触媒とすることができる。なお貴金属としては、Pt,R
h,Pd,Ir及びRuから選ばれる少なくとも一種を用いる
ことができる。
【0032】また、複合酸化物粉末に貴金属を担持する
場合、貴金属薬液の希釈に水を用いずアルコールなどの
有機溶媒を用いることが望ましい。水を用いると複合酸
化物粉末中の水可溶成分が溶出して中空構造が破壊され
る場合があるからである。さらに本発明の第4の触媒
は、アルミニウムを主成分としアルミニウムの他に少な
くとも一種の助金属元素を含む水溶液を有機溶媒中に分
散したW/O型エマルジョンを噴霧燃焼させることによ
り形成した複合酸化物粉末からなる触媒担体と、触媒担
体に担持され酸化ストロンチウム及び酸化バリウムの少
なくとも一方に貴金属が担持された構造体と、から構成
されている。
【0033】触媒担体としては、前記した本発明の触媒
担体と同一のものであり、この触媒の最大の特徴は構造
体を上記触媒担体に担持したところにある。構造体は、
酸化ストロンチウム及び酸化バリウムの少なくとも一方
に貴金属が担持されている。この構造体中では、担持さ
れている貴金属イオン又はクラスターは1000℃の高温下
でもきわめて安定であり、10nm以下の粒径で安定して存
在する。また触媒担体と構造体とは反応しにくい。した
がって本発明の第4の触媒は、1000℃で耐久試験を行っ
た後でも構造体は触媒担体に安定して担持され、かつ貴
金属も粒成長が抑制されているので、耐久性にきわめて
優れている。
【0034】第4の触媒において、触媒担体中の助金属
元素としてはアルカリ土類金属が特に望ましい。これに
より触媒担体と構造体との親和性が高くなるため、構造
体の担持安定性が向上する。しかし触媒担体と構造体と
は反応しにくい。また助金属元素として用いられたアル
カリ土類金属は、触媒担体中に原子状に高分散している
ため凝集した硫酸塩となりにくい。したがって硫黄被毒
が抑制され耐久性に優れたNOx 吸蔵分解型触媒とするこ
とができる。なお貴金属としては、Pt,Rh,Pd,Ir及び
Ruから選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【0035】構造体を触媒担体に担持するには、実施例
に示すように、触媒担体粉末の存在下で構造体を形成す
ることで、容易に行うことができる。上記した触媒担体
及び4種類の触媒において、助金属元素の量はアルミニ
ウム100モルに対して5〜50モルとすることが望まし
く、貴金属の量は複合酸化物粉末 100gに対して 0.5〜
5gとすることが望ましい。助金属元素の量が少なすぎ
ると複合化した効果が得られず、多すぎると触媒活性が
低下するようになる。また貴金属量が少なすぎると触媒
活性が低くなり、多すぎても触媒活性が飽和するととも
に余分な貴金属が無駄になる。
【0036】本発明の製造方法で使用する各金属元素の
原料としては、塩類が用いられる。金属硝酸塩、金属酢
酸塩、金属硫酸塩、金属塩化物塩、あるいは錯塩など、
水溶性の金属塩であればよい。W/Oエマルジョンは、
有機溶媒と上記の金属塩の水溶液とを分散剤を介して攪
拌することで形成できる。使用する有機溶媒としては、
ヘキサン、オクタン、ケロシン、ガソリンなど、水溶液
とW/Oエマルジョンを形成可能な有機溶媒であればよ
い。
【0037】また使用する分散剤の種類および添加量は
特に限定されない。カチオン性界面活性剤、アニオン性
界面活性剤、ノニオン性界面活性剤のいずれでもよく、
水溶液、有機溶媒の種類および必要とするエマルジョン
の分散粒子径に応じて、分散剤の種類および添加量を変
化させればよい。このW/Oエマルジョンの噴霧燃焼法
では、金属塩を含む溶液から直接複合酸化物粉末が合成
できる。したがって、ゾルゲル法のように高価なアルコ
キシド原料を必要とせず、又乾燥、仮焼、粉砕等の工程
が不要なので、簡略された工程で低コストで製造するこ
とができる。また非晶質の中空状粒子を容易に形成する
ことができる。
【0038】W/Oエマルジョンの噴霧燃焼雰囲気は特
に限定しないが、酸素が充分でないと不完全燃焼によっ
て有機溶媒中の炭素成分が残留する恐れがある。したが
って、エマルジョン中の有機溶媒が完全燃焼できる程度
の酸素(空気)を供給することが望ましい。本発明で得
られる中空状粒子は、殻厚にもよるが、球状中実粒子の
5〜10倍以上の比表面積を有する。したがって、同一
比表面積の中実粒子と比較して粒径が大きく扱いやすく
なり、触媒担体として、あるいは排ガス浄化用触媒とし
て有用である。
【0039】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 (実施例1)市販硝酸アルミニウム9水和物を脱イオン
水に溶解させて作製した0.01〜2モル/Lの硝酸アルミ
ニウム水溶液と、市販硝酸バリウムを脱イオン水に溶解
させて作製した0.01〜 0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶
液をアルミニウムとバリウムのモル比がAl/Ba=12/1
となるように所定量ずつ混合して水相とした。有機溶媒
には、市販のケロシンを用いた。
【0040】分散剤としては、太陽化学(株)製「サン
ソフト No.818H」を用いた。添加量はケロシンに対して
5〜10重量%とした。この分散剤入りのケロシンを油相
とした。水相と油相は、水相/油相=40〜70/60〜30
(容量%)となるように混合した。混合溶液を、ホモジ
ナイザを用いて1000〜20000rpmの回転数で5〜30分間攪
拌することにより、W/O型エマルジョンを得た。な
お、光学顕微鏡観察の結果から、上記のエマルジョン中
の分散粒子径は、約1〜2μmであった。
【0041】上記で作製したW/O型エマルジョンを、
特開平 7-81905号に記載のエマルジョン燃焼反応装置を
用いて噴霧して油相を燃焼させるとともに水相に存在す
る金属イオンを酸化して複合酸化物粉末を形成した。こ
の合成は、噴霧したエマルジョンが完全燃焼し、かつ火
炎温度が 650〜 800℃の一定温度になるように、エマル
ジョンの噴霧流量、空気量(酸素量)などを制御した状
態でおこなった。得られた粉末を反応管後部に設置した
バグフィルターで回収した。
【0042】回収粉末を電気炉中に保持し、大気中 800
℃、 900℃、1000℃及び1100℃の4水準でそれぞれ4時
間の熱処理を行った。そして熱処理前後の複合酸化物粉
末の比表面積をBET法で測定し、熱処理による比表面
積変化を評価した。 (実施例2)実施例1で作製した硝酸アルミニウム水溶
液と、市販の硝酸マグネシウム6水和物を脱イオン水に
溶解させて作製した 0.1〜2モル/Lの硝酸マグネシウ
ム水溶液を、アルミニウムとマグネシウムのモル比がAl
/Mg=12/1となるように所定量ずつ混合して水相とし
た。その他は、実施例1と同じ条件で複合酸化物粉末を
合成し、実施例1と同様に熱処理して比表面積変化を評
価した。
【0043】(参考例)市販のγ-Al2O3粉末を、実施例
1と同様にして熱処理して比表面積変化を評価した。図
1に、実施例1、実施例2で合成した複合酸化物粉末及
び参考例のアルミナ粉末の熱処理による比表面積の変化
を示す。参考例のアルミナは 800℃以上の熱処理によっ
て比表面積が急激に低下しているのに対し、実施例1及
び実施例2の複合酸化物粉末は1000℃の熱処理でも安定
した耐熱性を示していることがわかる。
【0044】しかし実施例1では1100℃までの熱処理温
度によって比表面積が変化しないのに対して、実施例2
では1000℃までは実施例1とほぼ同等であるが、1100℃
の熱処理により比表面積が低下している。また、これら
の粉末の結晶相を粉末X線回折法で調べたところ、実施
例1の複合酸化物粉末は熱処理しても非晶質を維持して
いたのに対して、実施例2の複合酸化物粉末は1100℃の
熱処理によってスピネル相等の結晶相が現れた。したが
って助金属元素としては、マグネシウムよりバリウムの
方が好ましいといえる。
【0045】(実施例3)硝酸アルミニウム水溶液と硝
酸バリウム水溶液の混合比(モル比)をAl/Ba=4/1
に変更する以外には、実施例1と同様の方法で複合酸化
物粉末を合成し、同様に熱処理を実施した。その結果、
比表面積は51m2/gであり、1100℃まで比表面積および
結晶構造の変化がないことを確認した。
【0046】(実施例4)硝酸アルミニウム水溶液と硝
酸バリウム水溶液の混合比(モル比)をAl/Ba=24/1
に変更する以外には、実施例1と同様の方法で複合酸化
物粉末を合成し、同様に熱処理を実施した。その結果、
比表面積は60m2/gであり、1100℃まで比表面積及び結
晶構造の変化がないことを確認した。
【0047】(実施例5)実施例1で作製した硝酸アル
ミニウム水溶液と、市販硝酸ストロンチウムを脱イオン
水に溶解させた0.01〜2モル/Lの硝酸ストロンチウム
水溶液を、アルミニウムとストロンチウムのモル比がAl
/Sr=12/1となるように所定量ずつ混合して水相とし
た。それ以外は実施例1と同様のプロセスで複合酸化物
粉末を合成し、同様に熱処理を実施した。その結果、比
表面積は55m2/gであり、1100℃まで比表面積及び結晶
構造の変化がないこと確認した。
【0048】(実施例6)実施例1で作製した硝酸アル
ミニウム水溶液と、市販硝酸ランタン6水和物を脱イオ
ン水に溶解させた0.01〜2モル/Lの硝酸ランタン水溶
液を、アルミニウムとランタンのモル比がAl/La=12/
1となるように所定量ずつ混合して水相とした。それ以
外は実施例1と同様のプロセスで複合酸化物粉末を合成
し、同様に熱処理を実施した。その結果、比表面積は52
m2/gであり、1100℃まで比表面積及び結晶構造の変化
がないことを確認した。
【0049】(実施例7)0.3モル/Lの硝酸バリウム
水溶液 100gと、0.72モル/Lの硝酸アルミニウム水溶
液 500gとの混合水溶液に、 6.215gのジニトロジアン
ミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量%)を加え、均一に
なるまで攪拌して混合溶液を調製した。一方、 352gの
ケロシンに 21.12gの乳化剤(太陽化学(株)製「サン
ソフトNo.818H」)を溶解し、ホモジナイザにより回転
数10000rpmで攪拌しながら、上記の混合溶液全量を少し
ずつ添加した。全量添加後、10分間そのままホモジナイ
ザにより攪拌を続け、W/O型エマルジョンを調製し
た。なお光学顕微鏡観察によれば、W/O型エマルジョ
ン中の分散粒子径は約1〜2μmであった。
【0050】得られたW/O型エマルジョンを、実施例
1と同様にして噴霧燃焼させ、得られた複合酸化物粉末
をバグフィルターで回収した。この複合酸化物粉末を大
気中にて 800℃で3時間熱処理した。得られた触媒粉末
は中空状をなし、そのBET比表面積は48m2/gであっ
た。この触媒の構成は、元素のモル比でPt:Ba:Al:O
= 0.04903: 1.000: 12.00: 19.00(Pt含有量 1.250
重量%)である。
【0051】(実施例8)0.72モル/Lの硝酸アルミニ
ウム水溶液 500gに 4.970gのジニトロジアンミン白金
水溶液(Pt濃度 4.616重量%)を加えて均一になるまで
攪拌して混合溶液を調製した。一方、 294gのケロシン
に 17.64gの乳化剤(太陽化学(株)製「サンソフトN
o.818H」)を溶解し、ホモジナイザにより回転数10000r
pmで攪拌しながら、上記の混合溶液全量を少しずつ添加
した。全量添加後、10分間そのままホモジナイザにより
攪拌を続け、W/O型エマルジョンを調製した。なお光
学顕微鏡観察によれば、W/O型エマルジョン中の分散
粒子径は約1〜2μmであった。
【0052】得られたW/O型エマルジョンを、実施例
7と同様にして噴霧燃焼させ、複合酸化物粉末をバグフ
ィルターで回収した。この複合酸化物粉末を大気中にて
800℃で3時間熱処理した。得られた触媒粉末は中空状
をなし、そのBET比表面積は61m2/gであった。この
触媒の構成は、元素のモル比でPt:Al:O= 0.00653:
2.000: 3.000(Pt含有量 1.250重量%)である。
【0053】(実施例9)1.0モル/Lの硝酸アルミニ
ウム水溶液 500gに 1.170gのSiO2粉末と、 8.746gの
テトラアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量%)を加
えて均一になるまで攪拌して混合溶液を調製した。そし
て実施例7と同様にしてW/Oエマルジョンを調製し、
同様に噴霧燃焼し回収粉末を熱処理した。得られた触媒
粉末は中空状をなし、そのBET比表面積は71m2/gで
あった。
【0054】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:S
i:Al:O= 0.04305: 1.000: 12.00: 20.00(Pt含
有量1.25重量%)である。 (実施例10)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの硝酸ニッケル水溶液 100gを
用い、 6.215gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃
度 4.616重量%)の代わりに 5.577gのジニトロジアン
ミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量%)を用いたこと
以外は実施例7と同様にして触媒を調製した。得られた
触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表面積は43m2
gであった。
【0055】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:N
i:Al:O= 0.04399: 1.000: 12.00: 19.00(Pt含
有量1.25重量%)である。 (実施例11)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの四塩化チタン水溶液 100gを
用い、 6.215gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃
度 4.616重量%)の代わりに 4.594gのRh(NO3)3・2H2O
水溶液(Rh濃度 4.616重量%)を用いたこと以外は実施
例7と同様にして触媒を調製した。得られた触媒粉末は
中空状をなし、そのBET比表面積は52m2/gであっ
た。
【0056】この触媒の構成は、元素のモル比でRh:T
i:Al:O= 0.04156: 1.000: 12.00: 20.00(Rh含
有量 0.672重量%)である。 (実施例12)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの硝酸ランタン水溶液 100gを
用い、 6.215gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃
度 4.616重量%)の代わりに 5.146gのRh(NO3)3・2H2O
水溶液(Rh濃度 3.025重量%)を用いたこと以外は実施
例7と同様にして触媒を調製した。得られた触媒粉末は
中空状をなし、そのBET比表面積は39m2/gであっ
た。
【0057】この触媒の構成は、元素のモル比でRh:L
a:Al:O= 0.05060: 1.000: 12.00: 19.50(Rh含
有量 0.672重量%)である。 (実施例13)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの MoCl5水溶液 100gを用い、
6.215gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.6
16重量%)の代わりに 3.869gの硝酸パラジウム水溶液
(Pd濃度4重量%)を用いたこと以外は実施例7と同様
にして触媒を調製した。得られた触媒粉末は中空状をな
し、そのBET比表面積は30m2/gであった。
【0058】この触媒の構成は、元素のモル比でPd:M
o:Al:O= 0.04849: 1.000: 12.00: 20.50(Pd含
有量 0.672重量%)である。 (実施例14)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの硝酸コバルト水溶液 100gを
用い、 6.215gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃
度 4.616重量%)の代わりに 3.432gのジニトロジアン
ミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量%)と 1.045gのRh
(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.025重量%)を用いたこ
と以外は実施例7と同様にして触媒を調製した。得られ
た触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表面積は30m2
/gであった。
【0059】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:R
h:Co:Al:O= 0.02707: 0.01028: 1.000: 12.0
0: 19.00(Pt含有量 0.769重量%、Rh含有量 0.154重
量%)である。 (実施例15)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの硝酸第二鉄水溶液 100gを用
い、 6.215gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度
4.616重量%)の代わりに 3.416gのジニトロジアンミ
ン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量%)と 1.041gのRh(N
O3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.025重量%)を用いたこと
以外は実施例7と同様にして触媒を調製した。得られた
触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表面積は35m2
gであった。
【0060】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:R
h:Fe:Al:O= 0.02695: 0.01023: 1.000: 12.0
0: 19.00(Pt含有量 0.769重量%、Rh含有量 0.154重
量%)である。 (実施例16)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液80gと
0.3モル/Lの硝酸ランタン水溶液20gを用い、 6.215
gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量
%)の代わりに 6.231gのジニトロジアンミン白金水溶
液(Pt濃度 4.616重量%)を用いたこと以外は実施例7
と同様にして触媒を調製した。得られた触媒粉末は中空
状をなし、そのBET比表面積は59m2/gであった。
【0061】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:B
a:La:Al:O= 0.04915: 0.800:0.200: 12.00: 1
9.10(Pt含有量1.25重量%)である。 (実施例17)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
と、0.72モル/Lの硝酸アルミニウム水溶液 500gを均
一になるまで攪拌して混合溶液とした。そしてこの混合
溶液を用いて実施例7と同様にしてW/Oエマルジョン
を調製し、噴霧燃焼して複合酸化物粉末を回収した。こ
の複合酸化物粉末の比表面積は44m2/gであった。
【0062】この複合酸化物粉末を大気中 800℃で3時
間熱処理し、次いで大気中1000℃で5時間熱処理した。
そして予め脱水された2-プロパノール 120gと熱処理後
の粉末20gと、5.416gのジニトロジアンミン白金水溶
液(Pt濃度 4.616重量%)を加え、2時間攪拌した後濾
過し、2-プロパノールで洗浄した。それを 120℃で24時
間乾燥し大気中 500℃で1時間熱処理して本実施例の触
媒を調製した。得られた触媒粉末は中空状をなし、その
BET比表面積は42m2/gであった。
【0063】この触媒の構成は、元素のモル比でBa:A
l:O= 1.000: 12.00: 19.00なる触媒担体にPtが1.
25重量%担持されている。 (実施例18)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの四塩化チタン水溶液 100gを
用い、 5.416gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃
度 4.616重量%)の代わりに 4.428gのRh(NO3)3・2H2O
水溶液(Rh濃度 3.035重量%)を用いたこと以外は実施
例17と同様にして触媒を調製した。得られた触媒粉末は
中空状をなし、そのBET比表面積は56m2/gであっ
た。
【0064】この触媒の構成は、元素のモル比でTi:A
l:O= 1.000: 12.00: 20.00なる触媒担体にRhが 0.
672重量%担持されている。 (実施例19)5.416gのジニトロジアンミン白金水溶液
(Pt濃度 4.616重量%)の代わりに、 3.332gのジニト
ロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量%)と 1.0
15gのRh(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.035重量%)を
用いたこと以外は実施例17と同様にして触媒を調製し
た。得られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表
面積は50m2/gであった。
【0065】この触媒の構成は、元素のモル比でBa:A
l:O= 1.000: 12.00: 19.00なる触媒担体にPtが 0.
769重量%、Rhが 0.154重量%担持されている。 (実施例20)0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液 100g
の代わりに 0.3モル/Lの硝酸バリウム水溶液80gと
0.3モル/Lの硝酸ランタン水溶液20gを用い、 5.416
gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量
%)の代わりに、 3.332gのジニトロジアンミン白金水
溶液(Pt濃度 4.616重量%)と 1.015gのRh(NO3)3・2H
2O水溶液(Rh濃度 3.035重量%)を用いたこと以外は実
施例17と同様にして触媒を調製した。得られた触媒粉末
は中空状をなし、そのBET比表面積は43m2/gであっ
た。
【0066】この触媒の構成は、元素のモル比でBa:L
a:Al:O= 0.800: 0.200: 12.00: 19.10なる触媒
担体にPtが 0.769重量%、Rhが 0.154重量%担持されて
いる。 (比較例1)13.54gのジニトロジアンミン白金水溶液
(Pt濃度 4.616重量%)に50gのγ-Al2O3粉末(BET
比表面積 180m2/g)を加えて、攪拌しながらホットプ
レート上で水分を蒸発させた。そして 120℃で一昼夜乾
燥後、大気中にて 500℃で1時間焼成して、比較例1の
触媒を調製した。この触媒では、γ-Al2O3にPtが 1.250
重量%担持されている。
【0067】(比較例2)200gの脱イオン水に 9.857
gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量
%)と 2.965gのRh(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.035
重量%)を加え、さらに50gのγ-Al2O3粉末(BET比
表面積 180m2/g)を加えて、攪拌しながらホットプレ
ート上で水分を蒸発させたこと以外は比較例1と同様に
して、比較例2の触媒を調製した。この触媒では、γ-A
l2O3にPtが 0.910重量%とRhが 0.180重量%担持されて
いる。
【0068】(比較例3)200gの脱イオン水に 10.87
gのRh(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.035重量%)を加
え、さらに50gのγ-Al2O3粉末(BET比表面積 180m2
/g)を加えて、攪拌しながらホットプレート上で水分
を蒸発させたこと以外は比較例1と同様にして、比較例
3の触媒を調製した。この触媒では、γ-Al2O3にRhが
0.660重量%担持されている。
【0069】(比較例4)200gの脱イオン水に 8.525
gの硝酸パラジウム水溶液(Pd濃度 4.000重量%)を加
え、さらに50gのγ-Al2O3粉末(BET比表面積 180m2
/g)を加えて、攪拌しながらホットプレート上で水分
を蒸発させたこと以外は比較例1と同様にして、比較例
4の触媒を調製した。この触媒では、γ-Al2O3にPdが
0.680重量%担持されている。
【0070】(比較例5)200gの脱イオン水に 16.93
gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量
%)を加え、さらに50gのγ-Al2O3粉末(BET比表面
積 180m2/g)と12.53gの BaO粉末を加えて、攪拌し
ながらホットプレート上で水分を蒸発させた。そして 1
20℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 500℃で1時間焼成し
て、比較例5の触媒を調製した。この触媒の構成は、元
素のモル比でAl/Ba=6の触媒担体にPtが 1.250重量%
担持されている。
【0071】(比較例6)200gの脱イオン水に 12.52
gのRh(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.035重量%)を加
え、さらに50gのγ-Al2O3粉末(BET比表面積 180m2
/g)と 6.528gのTiO2粉末を加えて、攪拌しながらホ
ットプレート上で水分を蒸発させた。そして 120℃で一
昼夜乾燥後、大気中にて 500℃で1時間焼成して、比較
例6の触媒を調製した。この触媒の構成は、元素のモル
比でAl/Ti=6の触媒担体にRhが 0.672重量%担持され
ている。
【0072】(比較例7)200gの脱イオン水に 9.309
gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量
%)と 2.835gのRh(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.035
重量%)を加え、さらに50gのγ-Al2O3粉末(BET比
表面積 180m2/g)と 5.8717gの FeO粉末を加えて、
攪拌しながらホットプレート上で水分を蒸発させた。そ
して 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 500℃で1時間
焼成して、比較例7の触媒を調製した。この触媒の構成
は、元素のモル比でAl/Fe=6の触媒担体にPtが 0.769
重量%、Rhが 0.154重量%担持されている。
【0073】(比較例8)200gの脱イオン水に 16.98
gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度 4.616重量
%)を加え、さらに50gのγ-Al2O3粉末(BET比表面
積 180m2/g)と10.03gの BaO粉末と 2.663gの La2O
3粉末を加えて、攪拌しながらホットプレート上で水分
を蒸発させた。そして 120℃で一昼夜乾燥後、大気中に
て 500℃で1時間焼成して、比較例8の触媒を調製し
た。この触媒の構成は、元素のモル比でAl/(Ba 0.8+
La 0.2)=6の触媒担体にPtが 1.250重量%担持されて
いる。
【0074】<試験・評価>実施例7〜20及び比較例1
〜8の触媒を、常温静水圧プレス(CIP)によって加
圧後粉砕し、 1.0〜 1.7mmのペレット状に成形した。そ
れぞれのペレット触媒を常圧流通式の耐久試験装置に配
置し、空燃比(A/F)=14のリッチモデルガスとA/
F=16のリーンモデルガスを、触媒入りガス温度1000℃
でそれぞれ1分間ずつ交互に5時間流す耐久処理を行っ
た。
【0075】耐久処理後の各ペレット触媒 2.0gを常温
流通式反応装置に配置し、ストイキ相当のモデルガスを
5L/分の流量で流しながら室温から 500℃まで20℃/
分の速度で昇温した。昇温時におけるHCとNOの浄化率を
略連続的に測定し、50%浄化したときの温度を求めた。
結果を表1に示す。
【0076】
【表1】
【0077】表1より、貴金属の担持量が同じものどう
しを比較すると、表2に示すことが明らかとなる。
【0078】
【表2】 すなわち、貴金属の担持量が同じ場合、実施例の触媒は
比較例に比べて耐久処理後の浄化性能に優れていること
が明らかであり、これはW/Oエマルジョンを噴霧燃焼
して製造された複合酸化物を用いたことによるものであ
ることが明らかである。
【0079】また表1より、表3に示すように評価され
る。
【0080】
【表3】 すなわち組成が同じ又はほぼ同じ場合でかつ貴金属担持
量が同じ場合で比較しても、実施例の触媒は比較例に比
べて耐久処理後の浄化性能に優れていることが明らかで
あり、これはW/Oエマルジョンを噴霧燃焼して製造さ
れた複合酸化物を用いたことによる効果であることが明
らかである。
【0081】(実施例21)2000gの脱イオン水に2.95g
の硝酸バリウムを溶解させ、次いで12.5gのジニトロジ
アンミン白金水溶液(Pt濃度4.00重量%)と、67.7gの
Mg(NO3)2・6H2Oと、 199.0gのAl(NO3)3・9H2Oを加えて
溶解させて混合溶液とした。一方、1066gのケロシンに
80gの乳化剤(太陽化学(株)製「サンソフト No.818
H」)を溶解し、ホモジナイザにより回転数10000rpmで
攪拌しながら、上記の混合溶液全量を少しずつ添加し
た。全量添加後、10分間そのままホモジナイザにより攪
拌を続け、W/O型エマルジョンを調製した。なお光学
顕微鏡観察によれば、W/O型エマルジョン中の粒子径
は約1〜2μmであった。
【0082】得られたW/O型エマルジョンを、実施例
1と同様にして噴霧燃焼させ、複合酸化物粉末をバグフ
ィルターで回収した。この複合酸化物粉末を大気中にて
800℃で3時間熱処理し、本実施例の触媒とした。得ら
れた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表面積は69
m2/gであった。この触媒の構成は、元素のモル比でP
t:Ba:Mg:Al:O=0.009664: 0.04252:0.9961: 2.
000: 4.058(Pt含有量1.25重量%)である。
【0083】(実施例22)12.5gのジニトロジアンミン
白金水溶液(Pt濃度4.00重量%)の代わりに6.59gのRh
(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度4.00重量%)を用いたこと
以外は実施例21と同様にして、実施例22の触媒を調製し
た。得られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表
面積は65m2/gであった。
【0084】この触媒の構成は、元素のモル比でRh:B
a:Mg:Al:O=0.009664: 0.04252:0.9961: 2.00
0: 4.058(Rh含有量0.65重量%)である。 (実施例23)12.5gのジニトロジアンミン白金水溶液
(Pt濃度4.00重量%)の代わりに6.82gのPd(NO3)2水溶
液(Pd濃度4.00重量%)を用いたこと以外は実施例21と
同様にして、実施例23の触媒を調製した。得られた触媒
粉末は中空状をなし、そのBET比表面積は59m2/gで
あった。
【0085】この触媒の構成は、元素のモル比でPd:B
a:Mg:Al:O=0.009664: 0.04252:0.9961: 2.00
0: 4.058(Pd含有量0.69重量%)である。 (実施例24)600gの脱イオン水に29.8gの硝酸ストロ
ンチウムを溶解させた。次いで12.5gのジニトロジアン
ミン白金水溶液(Pt濃度4.00重量%)と、42.4gのMg(N
O3)2・6H2Oと、 133.6gのAl(NO3)3・9H2Oを加えて溶解
させて混合溶液とした。この混合溶液を用いたこと以外
は実施例21と同様にして、実施例24の触媒を調製した。
得られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表面積
は64m2/gであった。
【0086】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:S
r:Mg:Al:O= 0.01439:0.7917:0.9280: 2.000:
4.749(Pt含有量1.25重量%)である。 (実施例25)600gの脱イオン水に10.2gの硝酸バリウ
ムを溶解させた。次いで12.5gのジニトロジアンミン白
金水溶液(Pt濃度4.00重量%)と、2.37gの硝酸ストロ
ンチウムと、 180.1gのAl(NO3)3・9H2Oを加えて溶解さ
せて混合溶液とした。この混合溶液を用いたこと以外は
実施例21と同様にして、実施例25の触媒を調製した。得
られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表面積は
56m2/gであった。
【0087】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:B
a:Sr:Al:O= 0.06365:0.9745:0.2801: 12.00:
19.38(Pt含有量1.25重量%)である。 (実施例26)3000gの脱イオン水に23.9gの硝酸バリウ
ムを溶解させた。次いで12.5gのジニトロジアンミン白
金水溶液(Pt濃度4.00重量%)と、 187.9gのAl(NO3)3
・9H 2Oを加えて溶解させて混合溶液とした。
【0088】一方、1600gのケロシンに 120gの乳化剤
(太陽化学(株)製「サンソフト No.818H」)を溶解
し、ホモジナイザにより回転数10000rpmで攪拌しなが
ら、上記の混合溶液全量を少しずつ添加した。全量添加
後、10分間そのままホモジナイザにより攪拌を続け、W
/O型エマルジョンを調製した。そして実施例1と同様
に噴霧燃焼し、同様にして実施例26の触媒を調製した。
得られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表面積
は48m2/gであった。
【0089】この触媒の構成は、元素のモル比でPt:B
a:Al:O= 0.02379: 1.095: 6.000: 10.14(Pt含
有量1.25重量%)である。 (実施例27)3000gの脱イオン水に90.1gのMg(NO3)2
6H2Oを溶解させ、次いで 263.7gのAl(NO3)3・9H2Oを加
えて溶解させて混合溶液とした。
【0090】次に、1600gのケロシンに 120gの乳化剤
(太陽化学(株)製「サンソフト No.818H」)を溶解
し、ホモジナイザにより回転数10000rpmで攪拌しなが
ら、上記の混合溶液全量を少しずつ添加した。全量添加
後、10分間そのままホモジナイザにより攪拌を続け、W
/O型エマルジョンを調製した。そして実施例1と同様
に噴霧燃焼し、同様に焼成して複合酸化物粉末を調製し
た。この複合酸化物粉末のBET比表面積は34m2/gで
ある。
【0091】一方、75gの2-プロパノールと25gの2-メ
トキシメタノールを混合し、この混合溶媒中に 0.756g
の Pt(C5H7O2)2と、 1.964gのBa(OC3H7)2を投入して、
環流下で4時間攪拌してアルコキシド溶液を調製した。
また、75gの2-プロパノールと25gの2-メトキシメタノ
ールを混合し、この混合溶媒中に上記複合酸化物粉末を
28.39g加えて攪拌し、70℃に加熱して分散液を調製し
た。
【0092】続いて、70℃に保持された上記分散液中
に、70℃に加熱された上記アルコキシド溶液を加え、70
℃の環流下で3時間攪拌した。その後0.21gの脱イオン
水を添加し、70℃で3時間環流して加水分解・熟成を行
った。得られた懸濁液をアスピレータにて 100℃で脱脂
し、さらに窒素気流中 300℃で脱脂した。そして空気中
にて 500℃で3時間熟成し、実施例27の触媒を調製し
た。得られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表
面積は42m2/gであった。
【0093】この触媒の構成は、モル比でMg:Al:O=
1.000: 2.000: 4.000の触媒担体に、モル比でPt:B
a:O=0.009634: 0.03853:0.0578の構成の構造体が
担持され、Ptの担持量は1.25重量%である。 (実施例28)3000gの脱イオン水に8.51gの硝酸バリウ
ムを溶解させた。次に 75.13gのMg(NO3)2・6H2Oと 24
4.3gのAl(NO3)3・9H2Oを加えて溶解させて混合溶液と
した。
【0094】次に、1600gのケロシンに 120gの乳化剤
(太陽化学(株)製「サンソフト No.818H」)を溶解
し、ホモジナイザにより回転数10000rpmで攪拌しなが
ら、上記の混合溶液全量を少しずつ添加した。全量添加
後、10分間そのままホモジナイザにより攪拌を続け、W
/O型エマルジョンを調製した。そして実施例1と同様
に噴霧燃焼し、同様に焼成して複合酸化物粉末を調製し
た。この複合酸化物粉末のBET比表面積は32m2/gで
ある。
【0095】一方、75gの2-プロパノールと25gの2-メ
トキシメタノールを混合し、この混合溶媒中に 0.755g
の Pt(C5H7O2)2と、 1.963gのBa(OC3H7)2を投入して、
環流下で4時間攪拌してアルコキシド溶液を調製した。
また、75gの2-プロパノールと25gの2-メトキシメタノ
ールを混合し、この混合溶媒中に上記複合酸化物粉末を
28.36g加えて攪拌し、70℃に加熱して分散液を調製し
た。
【0096】続いて、70℃に保持された上記分散液中
に、70℃に加熱された上記アルコキシド溶液を加え、70
℃の環流下で3時間攪拌した。その後0.21gの脱イオン
水を添加し、70℃で3時間環流して加水分解・熟成を行
った。得られた懸濁液をアスピレータにて 100℃で脱脂
し、さらに窒素気流中 300℃で脱脂した。そして空気中
にて 500℃で3時間熟成し、実施例28の触媒を調製し
た。得られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表
面積は28m2/gであった。
【0097】この触媒の構成は、モル比でBa:Mg:Al:
O= 0.100: 0.900: 2.000: 4.000の触媒担体に、モ
ル比でPt:Ba:O= 0.01040: 0.04160: 0.06239の構
成の構造体が担持され、Ptの担持量は1.25重量%であ
る。 (実施例29)3000gの脱イオン水に7.12gの硝酸ストロ
ンチウムを溶解させた。次に 77.65gのMg(NO3)2・6H2O
と 252.4gのAl(NO3)3・9H2Oを加えて溶解させて混合溶
液とした。
【0098】次に、1600gのケロシンに 120gの乳化剤
(太陽化学(株)製「サンソフト No.818H」)を溶解
し、ホモジナイザにより回転数10000rpmで攪拌しなが
ら、上記の混合溶液全量を少しずつ添加した。全量添加
後、10分間そのままホモジナイザにより攪拌を続け、W
/O型エマルジョンを調製した。そして実施例1と同様
に噴霧燃焼し、同様に焼成して複合酸化物粉末を調製し
た。この複合酸化物粉末のBET比表面積は29m2/gで
ある。
【0099】一方、75gの2-プロパノールと25gの2-メ
トキシメタノールを混合し、この混合溶媒中に 0.941g
の Ir(C5H7O2)3と、 1.582gのSr(OC3H7)2を投入して、
環流下で4時間攪拌してアルコキシド溶液を調製した。
また、75gの2-プロパノールと25gの2-メトキシメタノ
ールを混合し、この混合溶媒中に上記複合酸化物粉末を
28.77g加えて攪拌し、70℃に加熱して分散液を調製し
た。
【0100】続いて、70℃に保持された上記分散液中
に、70℃に加熱された上記アルコキシド溶液を加え、70
℃の環流下で3時間攪拌した。その後0.21gの脱イオン
水を添加し、70℃で3時間環流して加水分解・熟成を行
った。得られた懸濁液をアスピレータにて 100℃で脱脂
し、さらに窒素気流中 300℃で脱脂した。そして空気中
にて 500℃で3時間熟成し、実施例29の触媒を調製し
た。得られた触媒粉末は中空状をなし、そのBET比表
面積は33m2/gであった。
【0101】この触媒の構成は、モル比でSr:Mg:Al:
O= 0.100: 0.900: 2.000: 4.000の触媒担体に、モ
ル比でIr:Sr:O=0.009927: 0.03971: 0.05956の構
成の構造体が担持され、Irの担持量は1.23重量%であ
る。 (比較例9)13.13gのジニトロジアンミン白金水溶液
(Pt濃度4.00重量%)に50gのγ-Al2O3粉末(BET比
表面積 180m2/g)を加えて、攪拌しながらホットプレ
ート上で水分を蒸発させた。そして 120℃で一昼夜乾燥
後、大気中にて 500℃で1時間焼成して、比較例9の触
媒を調製した。この触媒では、γ-Al2O3にPtが1.25重量
%担持されている。
【0102】(比較例10)200gの脱イオン水に 11.32
gのジニトロジアンミン白金水溶液(Pt濃度4.00重量
%)と3.02gのRh(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度 3.00重
量%)を加え、さらに49.5gのγ-Al2O3粉末(BET比
表面積 180m2/g)を加えて、攪拌しながらホットプレ
ート上で水分を蒸発させたこと以外は比較例9と同様に
して、比較例10の触媒を調製した。この触媒では、γ-A
l2O3にPtが0.91重量%とRhが0.18重量%担持されてい
る。
【0103】(比較例11)200gの脱イオン水に 10.99
gのRh(NO3)3・2H2O水溶液(Rh濃度3.00重量%)を加
え、さらに49.7gのγ-Al2O3粉末(BET比表面積 180
m2/g)を加えて、攪拌しながらホットプレート上で水
分を蒸発させたこと以外は比較例9と同様にして、比較
例11の触媒を調製した。この触媒では、γ-Al2O3にRhが
0.66重量%担持されている。
【0104】(比較例12)200gの脱イオン水に 8.525
gの硝酸パラジウム水溶液(Pd濃度4.00重量%)を加
え、さらに49.7gのγ-Al2O3粉末(BET比表面積 180
m2/g)を加えて、攪拌しながらホットプレート上で水
分を蒸発させたこと以外は比較例9と同様にして、比較
例12の触媒を調製した。この触媒では、γ-Al2O3にPdが
0.68重量%担持されている。
【0105】(比較例13)200gの脱イオン水に 1.069
gの四塩化イリジウムを加え、さらに49.4gのγ-Al2O3
粉末(BET比表面積 180m2/g)を加えて、攪拌しな
がらホットプレート上で水分を蒸発させたこと以外は比
較例9と同様にして、比較例13の触媒を調製した。この
触媒では、γ-Al2O3にIrが1.23重量%担持されている。
【0106】(比較例14)1000gの2-プロパノールに
0.756gの Pt(C5H7O2)2と、 2.161gのBa(OC3H7)2と、
28.23gのMg(OC3H7)2と、 81.25gのAl(OC3H7)3を投入
して、70℃の環流下で1時間攪拌してアルコキシド溶液
を調製した。このアルコキシド溶液に14.5gの脱イオン
水を添加し、70℃で3時間環流して加水分解・熟成を行
った。
【0107】得られたゲルをアスピレータにて 100℃で
脱脂し、さらに窒素気流中 300℃で脱脂した。そして空
気中にて 500℃で3時間熟成し、比較例14の触媒を調製
した。この触媒の構成は、モル比でPt:Ba:Mg:Al:O
=0.009664: 0.04252:0.9961: 2.000: 4.058であ
り、Ptの担持量は1.25重量%である。 (比較例15)1000gの2-プロパノールに 1.040gの Pt
(C5H7O2)2と、 31.11gのBa(OC3H7)2と、 136.3gのAl
(OC3H7)3を投入して、70℃の環流下で1時間攪拌してア
ルコキシド溶液を調製した。このアルコキシド溶液に1
4.5gの脱イオン水を添加し、70℃で3時間環流して加
水分解・熟成を行った。
【0108】得られたゲルをアスピレータにて 100℃で
脱脂し、さらに窒素気流中 300℃で脱脂した。そして空
気中にて 500℃で3時間熟成し、比較例15の触媒を調製
した。この触媒の構成は、モル比でPt:Ba:Al:O=
0.02379: 1.095: 6.000: 10.14であり、Ptの担持量
は1.25重量%である。 (比較例16)1000gの2-プロパノールに0.9409gの Ir
(C5H7O2)2と、 5.566gのSr(OC3H7)2と、 24.83gのMg
(OC3H7)2と、 79.09gのAl(OC3H7)3を投入して、70℃の
環流下で1時間攪拌してアルコキシド溶液を調製した。
このアルコキシド溶液に14.1gの脱イオン水を添加し、
70℃で3時間環流して加水分解・熟成を行った。
【0109】得られたゲルをアスピレータにて 100℃で
脱脂し、さらに窒素気流中 300℃で脱脂した。そして空
気中にて 500℃で3時間熟成し、比較例16の触媒を調製
した。この触媒の構成は、モル比でIr:Sr:Mg:Al:O
=0.009927: 0.13971: 0.900: 2.000:4.0596であ
り、Irの担持量は1.23重量%である。 <試験・評価>実施例21〜29及び比較例10〜16の触媒
を、常温静水圧プレス(CIP)によって加圧後粉砕
し、 1.0〜 1.7mmのペレット状に成形した。それぞれの
ペレット触媒を常圧流通式の耐久試験装置に配置し、空
燃比(A/F)=14のリッチモデルガスとA/F=16の
リーンモデルガスを、触媒入りガス温度1000℃でそれぞ
れ1分間ずつ交互に5時間流す耐久処理を行った。
【0110】耐久処理後の各ペレット触媒 2.0gを常温
流通式反応装置に配置し、ストイキ相当のモデルガスを
5L/分の流量で流しながら室温から 500℃まで20℃/
分の速度で昇温した。昇温時におけるHCとNOの浄化率を
略連続的に測定し、50%浄化したときの温度を求めた。
結果を表4に示す。
【0111】
【表4】
【0112】表4より、貴金属の種類が同一で担持量が
ほぼ同じものどうしを比較すると、表5に示すことが明
らかとなる。
【0113】
【表5】 すなわち、実施例の触媒は比較例に比べて耐久処理後の
浄化性能に優れていることが明らかであり、これはW/
Oエマルジョンを噴霧燃焼して製造された複合酸化物を
用いたことによるものであることが明らかである。
【0114】また表4より、表6に示すように評価され
る。
【0115】
【表6】 すなわち組成が同一のものどうしを比較しても、実施例
の触媒は比較例に比べて耐久処理後の浄化性能に優れて
いる。これは比較例の触媒粉末は中実状であるのに対し
実施例の触媒は中空状であるために比表面積が大きいこ
とに起因し、実施例ではW/Oエマルジョンを噴霧燃焼
して製造された複合酸化物を用いたことに起因している
ことが明らかである。
【0116】
【発明の効果】すなわち本発明の触媒担体及び触媒は、
アルコキシドを用いることなく低コストで合成できるた
め、安価となる。また本発明の触媒担体及び触媒は、W
/O型エマルジョンの噴霧燃焼法で合成されるため、エ
マルジョンの分散粒子径をある程度以上大きくすること
により中空状とすることができる。このため、触媒担体
及び触媒粒子の径が大きくても高比表面積を実現するこ
とができる。そして一次粒子径が大きいため高温でも粒
成長しにくく、高温耐久試験後にも高活性を維持するこ
とができる。
【0117】さらに、W/O型エマルジョンの噴霧燃焼
法では、2種以上の金属元素が混合された混合溶液が短
時間で非晶質の複合酸化物となる。したがって、2種以
上の金属元素が高分散状態で存在するため安定性が高
い。また貴金属を複合化することにより貴金属は高分散
状態で存在し、かつ高温時における貴金属の粒成長が抑
制され、さらに助金属元素の複合化により貴金属の分散
性が一層向上する。したがって耐久試験後にも高い浄化
活性を維持することができる。
【0118】そして助金属元素にアルカリ土類金属又は
希土類元素を用いれば、高分散で存在するため硫黄被毒
を受けても凝集した硫酸塩になりにくく硫黄被毒が抑制
されるため、NOx 吸蔵能及びNOx 浄化能の耐久性に優れ
る。また本発明の触媒担体に本発明にいう構造体を担持
した触媒では、触媒担体と構造体とが反応しにくいの
で、高温でも安定した触媒となり耐熱性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1、実施例2及び参考例の粉末の熱処理
温度と比表面積との関係を示すグラフである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B01J 23/38 B01J 23/42 A 23/42 23/46 311A 23/46 311 23/54 A 23/54 23/89 A 23/63 32/00 23/652 35/08 A 23/89 37/00 B 32/00 B01D 53/36 102B 35/08 B01J 23/56 301A 37/00 23/64 103A (72)発明者 辻 慎二 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 杉山 雅彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 久野 央志 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 三好 直人 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 谷 孝夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鷹取 一雅 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 神谷 信雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムを主成分としアルミニウム
    の他に少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液が有機
    溶媒中に分散したW/O型エマルジョンを噴霧燃焼させ
    ることにより形成した複合酸化物粉末からなることを特
    徴とする触媒担体。
  2. 【請求項2】 前記助金属元素はアルカリ土類金属元素
    及び希土類元素の少なくとも一方であることを特徴とす
    る請求項1に記載の触媒担体。
  3. 【請求項3】 前記助金属元素はマグネシウム以外の金
    属元素であることを特徴とする請求項1に記載の触媒担
    体。
  4. 【請求項4】アルミニウムを主成分とし貴金属元素を含
    む水溶液が有機溶媒中に分散したW/O型エマルジョン
    を噴霧燃焼させることにより形成した複合酸化物粉末か
    らなることを特徴とする触媒。
  5. 【請求項5】 アルミニウムを主成分とし周期律表の I
    Ia族,IIIa族, IVa族,Va族, VIa族,VIIa族, IIb
    族,Ga,Si,Ge,及びSnから選ばれた少なくとも一種の
    助金属元素と貴金属元素とを含む水溶液を有機溶媒中に
    分散したW/O型エマルジョンを噴霧燃焼させることに
    より形成した複合酸化物粉末からなることを特徴とする
    触媒。
  6. 【請求項6】 アルミニウムを主成分とし周期律表の I
    Ia族,IIIa族, IVa族,Va族, VIa族,VIIa族, IIb
    族,Ga,Si,Ge,及びSnから選ばれた少なくとも一種の
    助金属元素を含む水溶液を有機溶媒中に分散したW/O
    型エマルジョンを噴霧燃焼させることにより形成した複
    合酸化物粉末からなる触媒担体に貴金属を担持したこと
    を特徴とする触媒。
  7. 【請求項7】 前記複合酸化物粉末は中空状であること
    を特徴とする請求項1〜6に記載の触媒担体及び触媒。
  8. 【請求項8】 前記複合酸化物粉末の粒径は外径が20〜
    2000nmであることを特徴とする請求項7に記載の触媒担
    体及び触媒。
  9. 【請求項9】 アルミニウムを主成分としアルミニウム
    の他に少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液を有機
    溶媒中に分散したW/O型エマルジョンを噴霧燃焼させ
    ることにより形成した複合酸化物粉末からなる触媒担体
    と、 該触媒担体に担持され酸化ストロンチウム及び酸化バリ
    ウムの少なくとも一方に貴金属が担持された構造体と、
    からなることを特徴とする触媒。
  10. 【請求項10】 前記助金属元素はアルカリ土類金属で
    あることを特徴とする請求項9に記載の触媒。
  11. 【請求項11】 アルミニウムを主成分としアルミニウ
    ムの他に少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液が有
    機溶媒中に分散してなるW/O型エマルジョンを調製す
    る工程と、該W/O型エマルジョンを噴霧燃焼する工程
    と、よりなることを特徴とする触媒担体の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記助金属元素はアルカリ土類金属元
    素又は希土類元素であることを特徴とする請求項11に
    記載の触媒担体の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記助金属元素はマグネシウム以外の
    金属元素であることを特徴とする請求項11に記載の触
    媒担体の製造方法。
  14. 【請求項14】アルミニウムを主成分とし貴金属元素を
    含む水溶液が有機溶媒中に分散してなるW/O型エマル
    ジョンを調製する工程と、該W/O型エマルジョンを噴
    霧燃焼する工程と、よりなることを特徴とする触媒の製
    造方法。
  15. 【請求項15】 アルミニウムを主成分とし周期律表の
    IIa族,IIIa族, IVa族,Va族, VIa族,VIIa族, IIb
    族,Ga,Si,Ge,及びSnから選ばれた少なくとも一種の
    助金属元素と貴金属元素とを含む水溶液が有機溶媒中に
    分散したW/O型エマルジョンを調製する工程と、該W
    /O型エマルジョンを噴霧燃焼する工程と、よりなるこ
    とを特徴とする触媒の製造方法。
  16. 【請求項16】 アルミニウムを主成分とし周期律表の
    IIa族,IIIa族, IVa族,Va族, VIa族,VIIa族, IIb
    族,Ga,Si,Ge,及びSnから選ばれた少なくとも一種の
    助金属元素を含む水溶液が有機溶媒中に分散したW/O
    型エマルジョンを調製する工程と、該W/O型エマルジ
    ョンを噴霧燃焼して複合酸化物粉末を調製する工程と、
    該複合酸化物粉末に貴金属を担持する工程と、よりなる
    ことを特徴とする触媒の製造方法。
  17. 【請求項17】 アルミニウムを主成分としアルミニウ
    ムの他に少なくとも一種の助金属元素を含む水溶液が有
    機溶媒中に分散したW/O型エマルジョンを調製する工
    程と、該W/O型エマルジョンを噴霧燃焼させることに
    より複合酸化物粉末を形成する工程と、酸化ストロンチ
    ウム及び酸化バリウムの少なくとも一方に貴金属を担持
    した構造体を調製する工程と、該複合酸化物粉末に該構
    造体を担持する工程と、よりなることを特徴とする触媒
    の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記助金属元素はアルカリ土類金属で
    あることを特徴とする請求項17に記載の触媒の製造方
    法。
  19. 【請求項19】 前記複合酸化物粉末は非晶質であるこ
    とを特徴とする請求項1〜18に記載の触媒担体、触媒
    及びこれらの製造方法。
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