JP2007000697A - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車に代表される内燃機関から排出される炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などを含む排ガスを浄化する排ガス浄化触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst that purifies exhaust gas containing hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), and the like discharged from an internal combustion engine represented by an automobile.
自動車に代表される内燃機関から排出される排ガス中には、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などの有害なガスが含まれており、有害なガスを浄化するために三元触媒を用いている。三元触媒は、担体(例えば、アルミナ(γ−Al2O3))表面に貴金属粒子(例えば、Pt、Pd、Rhなど)を担持した触媒であるが、排ガス規制の強化に伴い、その使用量が急増しつつある。 The exhaust gas emitted from internal combustion engines such as automobiles contains harmful gases such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx). A three-way catalyst is used for purification. A three-way catalyst is a catalyst in which noble metal particles (for example, Pt, Pd, Rh, etc.) are supported on the surface of a support (for example, alumina (γ-Al 2 O 3 )). The quantity is increasing rapidly.
排ガス浄化触媒は、貴金属粒子の表面において反応が進む接触反応であり、触媒の活性は、貴金属粒子の表面積にほぼ比例する。このため、担体表面に粒径の小さい貴金属粒子(例えば、粒径1nm以下)を均一に分散して担持した触媒とし、貴金属粒子の表面積を増やして触媒の活性を高めている。しかし、粒径の小さい貴金属粒子は、大きな表面エネルギを持ち凝集し易いことから、貴金属粒子の凝集を抑制することが重要となっている。貴金属粒子の凝集が生じる要因として、貴金属粒子自身が移動して凝集することと、担体の収縮に伴って担体上の貴金属粒子の凝集が生じることの二つの要因が存在する。 The exhaust gas purification catalyst is a catalytic reaction in which the reaction proceeds on the surface of the noble metal particles, and the activity of the catalyst is substantially proportional to the surface area of the noble metal particles. For this reason, a catalyst in which noble metal particles having a small particle size (for example, a particle size of 1 nm or less) are uniformly dispersed and supported on the support surface is used, and the surface area of the noble metal particles is increased to increase the activity of the catalyst. However, since noble metal particles having a small particle diameter have a large surface energy and are easily aggregated, it is important to suppress aggregation of the noble metal particles. There are two factors that cause the aggregation of the noble metal particles, that is, the noble metal particles themselves move and aggregate, and that the aggregation of the noble metal particles on the support occurs as the support contracts.
例えば、貴金属粒子の移動による凝集を抑制するために、凝集防止剤などの第二成分を加えた触媒が開示されている(特許文献1参照)。この触媒では、担体表面に貴金属粒子を担持し、さらにAl、Mg、Ca、Ce、Sr、Zn、W、Moの酸化物などの凝集防止剤を表面に形成することにより、貴金属粒子の凝集を抑制して触媒の活性低下を防止している。しかし、貴金属粒子は、担体表面に担持された状態でしかなく、貴金属粒子の凝集を抑制することは難しかった。 For example, a catalyst is disclosed in which a second component such as an aggregation inhibitor is added in order to suppress aggregation due to movement of noble metal particles (see Patent Document 1). In this catalyst, noble metal particles are supported on the surface of the support, and further, aggregation agents such as Al, Mg, Ca, Ce, Sr, Zn, W, and Mo oxides are formed on the surface to aggregate the noble metal particles. This suppresses the decrease in the activity of the catalyst. However, the noble metal particles are only supported on the surface of the carrier, and it has been difficult to suppress aggregation of the noble metal particles.
そこで、逆ミセル法を用いて調製した触媒であり、担体成分により貴金属粒子を包接し、担体内部に貴金属粒子を担持した触媒が開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、逆ミセル法を用いて調製した触媒では、初期の担体の表面積が高いものの、高温環境下に触媒が晒されると、担体の表面積が熱劣化により低下し、担体表面に担持された貴金属粒子が移動して、貴金属粒子の凝集が生じ、触媒の活性が低下する恐れを有していた。 However, in the catalyst prepared using the reverse micelle method, the surface area of the initial support is high. However, when the catalyst is exposed to a high temperature environment, the surface area of the support decreases due to thermal deterioration, and noble metal particles supported on the support surface. Moved to cause agglomeration of noble metal particles, leading to a decrease in the activity of the catalyst.
また、逆ミセル法により調製した触媒では、排ガスと貴金属粒子との接触率が低下し、これに伴い触媒の活性が低下する恐れを有していた。 Moreover, in the catalyst prepared by the reverse micelle method, the contact rate between the exhaust gas and the noble metal particles is lowered, and the activity of the catalyst is likely to be lowered accordingly.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、担体の細孔内部に貴金属粒子を担持し、さらに凝集抑制材を形成することにより、貴金属粒子の凝集に伴う触媒の活性低下を抑制したものである。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. By supporting noble metal particles inside the pores of the carrier and further forming an aggregation inhibitor, the activity of the catalyst can be reduced due to aggregation of the noble metal particles. Suppressed.
すなわち、本発明の排ガス浄化触媒は、多孔性酸化物から形成される担体と、担体の細孔内部に担持された貴金属粒子と、貴金属粒子の凝集を抑制する凝集抑制材と、を有することを要旨とする。 That is, the exhaust gas purification catalyst of the present invention has a support formed from a porous oxide, noble metal particles supported inside the pores of the support, and an aggregation inhibitor that suppresses aggregation of the noble metal particles. The gist.
本発明の排ガス浄化触媒によれば、貴金属粒子の凝集を抑制し、触媒の活性低下を防止することができる。 According to the exhaust gas purification catalyst of the present invention, aggregation of noble metal particles can be suppressed, and a decrease in the activity of the catalyst can be prevented.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る排ガス浄化触媒を説明する。 Hereinafter, an exhaust gas purification catalyst according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施の形態に係る排ガス浄化触媒の一部断面図を図1に示す。排ガス浄化触媒1は、多孔性酸化物から形成される担体2と、担体2の細孔内部に担持された貴金属粒子3と、貴金属粒子3の表面を包接する包接材4と、を有し、包接材4は、貴金属粒子3の凝集を抑制する凝集抑制材として機能している。なお、図1には図示しないが、担体2の細孔内部に、遷移金属粒子または助触媒粒子の少なくともいずれかを担持していても良く、この場合には、遷移金属粒子または助触媒粒子を貴金属粒子3に接触して配置し、遷移金属粒子または助触媒粒子を包接材4により被覆することが好ましい。
FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of an exhaust gas purification catalyst according to an embodiment of the present invention. The exhaust gas purification catalyst 1 includes a
また、本発明における他の実施の形態に係る排ガス浄化触媒の一部断面図を図2に示す。排ガス浄化触媒5は、多孔性酸化物から形成される担体2と、担体2の細孔内部に担持された貴金属粒子3と、担体2表面の細孔を被覆する被覆材6と、を有し、被覆材6は、細孔内部に担持された貴金属粒子3の移動を抑制し、貴金属粒子3の凝集を抑制する凝集抑制材として機能している。
Moreover, the partial cross section figure of the exhaust gas purification catalyst which concerns on other embodiment in this invention is shown in FIG. The exhaust
上記排ガス浄化触媒1、5において、貴金属粒子3、遷移金属粒子及び助触媒粒子の各粒子は、図3(a)及び(b)に示すように、担体2表面からの深さXを100nm以上の位置として担持されることが好ましい。貴金属粒子3などの各粒子が、担体2表面から深さ(X)100nm未満の位置に担持されると、貴金属粒子3が、細孔の内部から外部に移動し易くなり、細孔外部に放出された貴金属粒子3が凝集し、触媒の活性が低下する恐れがあるからである。
In the exhaust
貴金属粒子3の平均粒径は、2nm以上8nm以下とすることが好ましい。貴金属粒子3の平均粒径が2nm未満の微粒になると表面エネルギが大きくなり、凝集し易くなるからであり、貴金属粒子3の平均粒径が8nmを超えると、貴金属粒子3の表面積が低下して触媒の活性が低下するからである。なお、ここで、貴金属粒子3の平均粒径とは、貴金属粒子が球状である場合にはその直径を意味し、貴金属粒子が球状ではない場合には、その直径の最大値と最小値との平均値を意味する。
The average particle diameter of the
また、排ガス浄化触媒1,5における担体2表面の細孔の平均径は、30nm以下であることが好ましい。担体2表面の細孔の平均径が30nmを超えると、細孔内部に担持された貴金属粒子3が、細孔から抜け出し、担体2表面に移動して貴金属粒子3が凝集して粗大化し、触媒の活性が低下する恐れがあるからである。
The average diameter of the pores on the surface of the
貴金属粒子3は、その表面積の50%〜90%の範囲内で担体2から露出していることが好ましい。以下、露出率の測定方法を説明する。
The
露出率は、排ガス浄化触媒に存在する貴金属粒子のうち、担体表面に露出した貴金属粒子の割合を意味し、具体的には、後述するCO吸着により算出した貴金属外表面積(PMSA)と、TEM観察結果により得られた貴金属粒子の平均粒径から理論的に算出した粒子表面積(TSA)の比から算出したものである。なお、TEMにより観察される貴金属粒子は、担体表面に露出していない貴金属粒子をも観察することが可能である。このため、仮に貴金属粒子が全て担体表面に露出している場合には、TSAに対し化学量論的に吸着したガス吸着量が得られ、TSAとPMSAとが同じ値になる。しかし、貴金属粒子が担体表面上で被覆された状態で担持されている場合には、貴金属粒子の粒径から求められる貴金属表面積に対し化学量論的に吸着したガス吸着量が得られない。そこで、TEM観察された貴金属粒子の平均粒径と、実際に試料に吸着したガス吸着量より、担体表面に露出している貴金属表面積の割合を算出して、露出率とする。 The exposure rate means the ratio of the precious metal particles exposed on the support surface to the precious metal particles present in the exhaust gas purification catalyst. Specifically, the precious metal outer surface area (PMSA) calculated by CO adsorption described later and TEM observation It is calculated from the ratio of the particle surface area (TSA) theoretically calculated from the average particle diameter of the noble metal particles obtained as a result. The noble metal particles observed by TEM can also observe noble metal particles that are not exposed on the surface of the carrier. For this reason, if all the precious metal particles are exposed on the support surface, a gas adsorption amount stoichiometrically adsorbed to TSA is obtained, and TSA and PMSA have the same value. However, when the noble metal particles are supported in a state of being coated on the support surface, a gas adsorption amount stoichiometrically adsorbed with respect to the surface area of the noble metal determined from the particle diameter of the noble metal particles cannot be obtained. Therefore, the ratio of the surface area of the noble metal exposed on the surface of the carrier is calculated from the average particle diameter of the noble metal particles observed by TEM and the amount of gas adsorbed on the sample.
PMSAは、以下に示す式により算出される。
TSAは、次に示す方法により算出される。TEM観察による貴金属粒子の平均粒径を[D]とする。[D]1個を構成する貴金属の原子数を[A]とすると、調製時に仕込んだ貴金属原子数[N]より、触媒に含まれる[D]の個数(n)を算出することができる。
得られたPMSAとTSAとの比から露出率を計算する。 The exposure rate is calculated from the ratio of PMSA and TSA obtained.
露出率(%)=(PMSA/TSA)×100
なお、これを簡略化すると次式が得られ、この式から露出率を求めることができる。なお、式中で用いた各値を表1に示す。
If this is simplified, the following equation is obtained, and the exposure rate can be obtained from this equation. The values used in the formula are shown in Table 1.
なお、上記露出率を求めるために単位CO吸着量を測定するが、単位CO吸着量は、金属分散度測定装置(日本ベル(株)社製、BEL-METAL-3)を用いて、以下の手順に従って測定した。試料は、He100%ガス気流中にて、10℃/minで400℃まで昇温した後、さらに、O2100%ガス気流中にて400℃で15分間酸化処理をした。その後、He100%ガスにて5分間パージし、H240%/Heバランスガス気流中にて400℃で15分間還元処理をした。次に、He100%ガス気流中にて50℃まで降温した後、CO10%/Heバランスガスをパルス的に流入させて、単位CO吸着量を求めた。 The unit CO adsorption amount is measured in order to obtain the above exposure rate. The unit CO adsorption amount is measured using a metal dispersion measuring device (BEL-METAL-3 manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) as follows. Measured according to the procedure. The sample was heated to 400 ° C. at 10 ° C./min in a He 100% gas stream, and then oxidized at 400 ° C. for 15 minutes in an O 2 100% gas stream. Thereafter, purging was performed with He100% gas for 5 minutes, and reduction treatment was performed at 400 ° C. for 15 minutes in a H 2 40% / He balance gas stream. Next, after the temperature was lowered to 50 ° C. in a He100% gas stream, CO10% / He balance gas was introduced in a pulsed manner to determine the unit CO adsorption amount.
上記排ガス浄化触媒1、5は、次に挙げる材料を用いることが好ましい。
The exhaust
担体としては、金属酸化物を用いることが好ましく、例えば、金属酸化物として、Al、Zr、Ti、Ce及びSiの中から選択される元素の酸化物及びそれらの誘導体から選択される一種の単体、または二種以上の固溶体が挙げられる。なお、金属酸化物としての表記はMxOyのように、Mが上記金属であり、x、yは、種々変更可能である。また、凝集抑制材である包接材または被覆材としては、担体と同様の金属酸化物を用いることが好ましい。さらに、貴金属粒子としては、Pt、Pd及びRhの中から選択される少なくとも一種、遷移金属粒子としては、Fe、Co、Ni及びMnの中から選択される少なくとも一種、助触媒粒子としては、La、Ce及びZrの中から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。 As the support, it is preferable to use a metal oxide, for example, as a metal oxide, a kind of simple substance selected from oxides of elements selected from Al, Zr, Ti, Ce and Si and derivatives thereof Or two or more solid solutions. Note that the notation as a metal oxide is MxOy as in MxOy, and x and y can be variously changed. Moreover, it is preferable to use the same metal oxide as that of the carrier as the clathrating material or the covering material as the aggregation suppressing material. Further, the noble metal particles are at least one selected from Pt, Pd and Rh, the transition metal particles are at least one selected from Fe, Co, Ni and Mn, and the promoter particles are La , Ce and Zr are preferably included.
また、本発明の実施の形態に係る排ガス浄化触媒は、例えば、前述した触媒を含む触媒スラリとして、触媒スラリを耐火性の無機基材上にコーティングして触媒層を有する排ガス浄化触媒として、実際に使用されることが好ましい。 Further, the exhaust gas purification catalyst according to the embodiment of the present invention is actually used as an exhaust gas purification catalyst having a catalyst layer by coating the catalyst slurry on a refractory inorganic base material, for example, as a catalyst slurry containing the catalyst described above. It is preferable to be used for.
上記排ガス浄化触媒の製造方法を説明する。 A method for producing the exhaust gas purification catalyst will be described.
最初に、図1に示す排ガス浄化触媒の製造方法を説明する。 Initially, the manufacturing method of the exhaust gas purification catalyst shown in FIG. 1 is demonstrated.
まず、有機溶媒中に、Pt、Pd及びRhの中から選択される少なくとも一種の元素の貴金属塩を含む溶液と、担体材料とを混合し、得られた混合物中に、包接材のイオンを含む溶液と、包接材の水和剤と、を加えて触媒前駆体とする。その後、得られた触媒前駆体をろ過した後、洗浄、乾燥し、焼成して触媒とする。 First, a solution containing a noble metal salt of at least one element selected from Pt, Pd and Rh in an organic solvent and a carrier material are mixed, and ions of the clathrate are mixed in the resulting mixture. A solution containing the catalyst and a wettable powder of the inclusion material are added to obtain a catalyst precursor. Thereafter, the obtained catalyst precursor is filtered, washed, dried, and calcined to obtain a catalyst.
得られた触媒は、貴金属粒子が担体の前駆体により取り込まれた触媒前駆体を焼成したため、担体中には多数の細孔が形成されて、水酸化物に取り込まれた担体の細孔内部の表面に貴金属粒子が担持された触媒となる。このように、担体の細孔内部の表面に貴金属粒子が均一に分散されて強固に固定され、また、包接材により貴金属粒子を被覆して貴金属粒子の移動を抑制したため、貴金属粒子の凝集が防止され、触媒の活性低下を抑制することができる。 The obtained catalyst was obtained by calcining a catalyst precursor in which noble metal particles were incorporated by the precursor of the carrier, so that a large number of pores were formed in the carrier, and the inside of the pores of the carrier incorporated in the hydroxide. The catalyst has noble metal particles supported on the surface. In this way, the noble metal particles are uniformly dispersed and fixed firmly on the surface inside the pores of the carrier, and the noble metal particles are coated with the inclusion material to suppress the movement of the noble metal particles, so that the noble metal particles are aggregated. This can prevent the decrease in the activity of the catalyst.
ここで用いる貴金属塩としては、有機塩、無機塩のいずれをも使用することができ、有機塩としては、アセチルアセトナト塩、アミン化合物(例えば、ジニトロジアミン塩、トリアンミン塩、テトラアンミン塩、ヘキサアンミン塩など)、カルボニル化合物などが使用可能であり、無機塩としては、硝酸塩、酢酸塩、塩化物、硫酸塩などが使用可能である。 As the noble metal salt used here, either an organic salt or an inorganic salt can be used. Examples of the organic salt include acetylacetonato salt, amine compound (for example, dinitrodiamine salt, triammine salt, tetraammine salt, hexaammine). Salt) and the like, and carbonyl compounds can be used. As inorganic salts, nitrates, acetates, chlorides, sulfates and the like can be used.
有機溶媒としては、シクロヘキサン、シクロヘプタン、オクタノール、イソオクタン、n−ヘキサン、n−デカン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが使用可能であり、これら二種以上の混合溶液を用いても良い。 As the organic solvent, cyclohexane, cycloheptane, octanol, isooctane, n-hexane, n-decane, benzene, toluene, xylene and the like can be used, and a mixed solution of these two or more kinds may be used.
担体としては、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、セリア(CeO2)及びシリカ(SiO2)の中から選択される少なくとも一種又は二種以上の金属酸化物が使用可能である。 As the support, at least one or two or more metal oxides selected from alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), ceria (CeO 2 ), and silica (SiO 2 ) are used. Things can be used.
包接材のイオンを含む溶液としては、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、セリア(CeO2)及びシリカ(SiO2)の前駆体を少なくとも一種を含む有機塩を用いることが好ましい。例えば、アルミニウムイソプロポキシド塩などの有機塩を用いることにより、包接材の耐熱性を高めることができる。 The solution containing ions of the clathrate contains at least one precursor of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), ceria (CeO 2 ), and silica (SiO 2 ). It is preferable to use an organic salt. For example, by using an organic salt such as an aluminum isopropoxide salt, the heat resistance of the inclusion material can be increased.
包接材の水和剤としては、還元性のある物質を含む水溶液が使用可能であり、
還元性のある物質として、アンモニア、テトラメチルアンモニウム、アルカリ金属水酸塩、ヒドラジン、ホウ素化水素ナトリウムなどが挙げられる。包接材の水和剤を加えて溶液のpHを調整することにより、包接材によって貴金属粒子が包接される割合を制御することができる。
As the wettable powder of the inclusion material, an aqueous solution containing a reducing substance can be used,
Examples of reducing substances include ammonia, tetramethylammonium, alkali metal hydrate, hydrazine, sodium borohydride, and the like. By adding the wettable powder of the clathrate and adjusting the pH of the solution, the rate at which the noble metal particles are clathrated by the clathrate can be controlled.
なお、上記の排ガス浄化触媒の製造方法において、包接材のイオンを含む溶液を加える前に、還元剤を用いて貴金属イオンを予め析出させても良い。このように還元剤により貴金属イオンを析出させることにより、担体の細孔内部に貴金属粒子を選択的に担持することが可能となる。 In the above method for producing an exhaust gas purifying catalyst, noble metal ions may be deposited in advance using a reducing agent before adding the solution containing the ions of the inclusion material. By precipitating the noble metal ions with the reducing agent in this way, it becomes possible to selectively carry the noble metal particles inside the pores of the carrier.
次に、図2に示す排ガス浄化触媒5の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the exhaust
まず、Pt、Pd及びRhの中から選択される少なくとも一種の元素の貴金属塩を含む溶液と、担体材料とを混合して攪拌した後、還元剤を加えて貴金属イオンを還元して貴金属粒子を析出させる。その後、ろ過、乾燥し、担体の細孔容積分のアンモニア水を加える。さらに被覆材のイオンを含む溶液を加えて、担体の細孔表面に被覆材を形成した触媒前駆体とする。得られた触媒前駆体をろ過した後、洗浄、乾燥し、焼成して触媒とする。なお、ここで用いる材料は、前述した材料と同じである。 First, a solution containing a noble metal salt of at least one element selected from Pt, Pd, and Rh and a support material are mixed and stirred, and then a noble metal ion is reduced by adding a reducing agent to reduce noble metal particles. Precipitate. Thereafter, it is filtered and dried, and ammonia water corresponding to the pore volume of the carrier is added. Further, a solution containing ions of the coating material is added to obtain a catalyst precursor in which the coating material is formed on the pore surface of the support. The obtained catalyst precursor is filtered, washed, dried, and calcined to obtain a catalyst. Note that the materials used here are the same as those described above.
得られた触媒は、担体の細孔内部に貴金属粒子を担持し、担体の細孔表面に被覆材を形成した触媒前駆体としたため、貴金属粒子が細孔内部に担持された状態を維持することができ、貴金属粒子の移動に伴う凝集を抑制して触媒の活性低下を防ぐことができる。 The resulting catalyst is a catalyst precursor in which noble metal particles are supported inside the pores of the carrier and a coating material is formed on the surface of the pores of the carrier, so that the state where the noble metal particles are supported inside the pores is maintained. And agglomeration associated with the movement of the noble metal particles can be suppressed to prevent a decrease in the activity of the catalyst.
なお、本実施の形態に係る触媒の製造方法において、触媒の活性はその元素の種類や使用条件などにより異なるため、目的とする触媒に応じて、使用する元素、還元剤及び水和剤の種類や反応温度、反応時間などの条件を適宜変更すると良い。 In addition, in the method for producing a catalyst according to the present embodiment, the activity of the catalyst varies depending on the type and use conditions of the element. Therefore, depending on the target catalyst, the type of element used, the reducing agent and the wettable powder The conditions such as reaction temperature and reaction time may be appropriately changed.
以下、さらに具体的に実施例を用いて説明する。 Hereinafter, more specific description will be given using examples.
実施例1
まず、アセチルアセトナトPt溶液中にシクロヘキサンとアルミナ(比表面積(約200m2/g))とを混合し、攪拌して溶液を得た。得られた溶液中にアルミニウムイソプロポキシドを加えた後、さらにアンモニア水溶液を加えてアルミニウム水酸化物として、触媒前駆体を得た。
Example 1
First, cyclohexane and alumina (specific surface area (about 200 m 2 / g)) were mixed in an acetylacetonato Pt solution and stirred to obtain a solution. After aluminum isopropoxide was added to the obtained solution, an aqueous ammonia solution was further added to obtain an aluminum hydroxide to obtain a catalyst precursor.
その後、得られた触媒前駆体を乾燥し、空気雰囲気中、400℃で焼成した後、Ptが0.3wt%担持された触媒粉末とした。 Thereafter, the obtained catalyst precursor was dried and calcined at 400 ° C. in an air atmosphere to obtain catalyst powder supporting 0.3 wt% Pt.
上記操作を繰り返して得られた触媒粉末50g、ベーマイト10g、10%硝酸含有水溶液157g、をアルミナ製の磁性ポットに投入し、アルミナボールとともに振とう粉砕して触媒スラリとした。この触媒スラリをコージェライト製のハニカム担体(900セル/2.5ミル、容量0.06L)に投入し、空気気流にて余剰スラリを除去した後、120℃で乾燥し、その後、空気気流中、400℃で焼成して触媒とした。 50 g of catalyst powder, 10 g of boehmite, and 157 g of a 10% nitric acid-containing aqueous solution obtained by repeating the above operation were placed in an alumina magnetic pot, and shaken and ground with alumina balls to obtain a catalyst slurry. This catalyst slurry is put into a cordierite honeycomb carrier (900 cells / 2.5 mil, capacity 0.06L), excess slurry is removed with an air stream, dried at 120 ° C, and then 400 ° C in an air stream. The catalyst was calcined with
実施例2
まず、ジニトロジアンミンPt水溶液中にアルミナを混合し、攪拌して溶液を得た。得られた溶液中に水素化ホウ素ナトリウムを加えて、Ptイオンを還元析出させた。その後、濾過、乾燥し、硝酸アルミニウムを含浸した後、さらにアンモニア水溶液を加えてアルミニウム水酸化物として、触媒前駆体を得た。
Example 2
First, alumina was mixed in an aqueous solution of dinitrodiammine Pt and stirred to obtain a solution. Sodium borohydride was added to the resulting solution to reduce and precipitate Pt ions. Then, after filtering and drying and impregnating with aluminum nitrate, an aqueous ammonia solution was further added to obtain a catalyst precursor as an aluminum hydroxide.
その後、得られた触媒前駆体をろ過、乾燥し、空気雰囲気中、400℃で焼成して、Ptが0.3wt%担持された触媒粉末とした。 Thereafter, the obtained catalyst precursor was filtered, dried, and calcined at 400 ° C. in an air atmosphere to obtain a catalyst powder carrying 0.3 wt% Pt.
上記操作を繰り返して得られた触媒粉末50gを用いて、実施例1と同じ方法を用いて触媒とした。 Using 50 g of the catalyst powder obtained by repeating the above operation, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1.
実施例3
まず、ジニトロジアンミンPt水溶液中にアルミナを混合し、攪拌して溶液を得た。得られた溶液中に水素化ホウ素ナトリウムを加えて、Ptイオンを還元析出させた。その後、濾過、乾燥し、細孔容積分のアンモニア水を加えた。その後、さらにアルミニウムイソプロポキシドを加えてアルミニウム水酸化物として、触媒前駆体を得た。
Example 3
First, alumina was mixed in an aqueous solution of dinitrodiammine Pt and stirred to obtain a solution. Sodium borohydride was added to the resulting solution to reduce and precipitate Pt ions. Thereafter, the mixture was filtered and dried, and ammonia water corresponding to the pore volume was added. Thereafter, aluminum isopropoxide was further added to obtain an aluminum hydroxide to obtain a catalyst precursor.
その後、得られた触媒前駆体をろ過、乾燥し、空気雰囲気中、400℃で焼成して、Ptが0.3wt%担持された触媒粉末とした。 Thereafter, the obtained catalyst precursor was filtered, dried, and calcined at 400 ° C. in an air atmosphere to obtain a catalyst powder carrying 0.3 wt% Pt.
上記操作を繰り返して得られた触媒粉末50gを用いて、実施例1と同じ方法を用いて触媒とした。 Using 50 g of the catalyst powder obtained by repeating the above operation, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1.
実施例4
実施例4では、アセチルアセトナトPt溶液中にシクロヘキサンとアルミナ(比表面積(約200m2/g))とを混合した後、攪拌せずに水素化ホウ素ナトリウムを加えて、Ptイオンを還元析出させた。その後の手順は、実施例1と同様として触媒を作製した。
Example 4
In Example 4, cyclohexane and alumina (specific surface area (about 200 m 2 / g)) were mixed in an acetylacetonato Pt solution, and then sodium borohydride was added without stirring to reduce and precipitate Pt ions. It was. The subsequent procedure was the same as in Example 1 to prepare a catalyst.
実施例5
実施例5では、担体、包接材としてZrO2を用いた以外は、実施例2と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 5
In Example 5, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 2, except that ZrO 2 was used as the carrier and the inclusion material.
実施例6
実施例6では、担体としてZrO2、包接材としてCeO2を用いた以外は、実施例2と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 6
In Example 6, ZrO 2 as a carrier, except for using CeO 2 as inclusion material to produce a catalyst with the same procedure as in Example 2.
実施例7
実施例7では、アセチルアセトナトPt溶液をアセチルアセトナトPd溶液に変えた以外は、実施例1と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 7
In Example 7, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 1 except that the acetylacetonato Pt solution was changed to an acetylacetonato Pd solution.
実施例8
実施例8では、アセチルアセトナトPt溶液をアセチルアセトナトPd溶液に変えた以外は、実施例3と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 8
In Example 8, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 3 except that the acetylacetonato Pt solution was changed to an acetylacetonato Pd solution.
実施例9
実施例9では、アセチルアセトナトPt溶液をアセチルアセトナトRh溶液に変えた以外は、実施例1と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 9
In Example 9, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 1 except that the acetylacetonato Pt solution was changed to an acetylacetonato Rh solution.
実施例10
実施例10では、アセチルアセトナトPt溶液をアセチルアセトナトRh溶液に変えた以外は、実施例2と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 10
In Example 10, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 2 except that the acetylacetonato Pt solution was changed to an acetylacetonato Rh solution.
実施例11
実施例11では、アセチルアセトナトPt溶液中に、さらに酢酸Mn水溶液を加えた以外は、実施例1と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 11
In Example 11, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 1 except that an aqueous Mn acetate solution was further added to the acetylacetonato Pt solution.
実施例12
実施例12では、アセチルアセトナトPt溶液中に、さらに硝酸Co水溶液を加えた以外は、実施例1と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 12
In Example 12, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 1 except that an aqueous Co nitrate solution was further added to the acetylacetonato Pt solution.
実施例13
実施例13では、アセチルアセトナトPt溶液中に、さらに酢酸Mn水溶液と硝酸Ceとを加えた以外は、実施例1と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 13
In Example 13, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 1 except that an aqueous Mn acetate solution and Ce nitrate were further added to an acetylacetonato Pt solution.
実施例14
実施例14では、アセチルアセトナトPt溶液中に、さらに酢酸Mn水溶液と硝酸Ceと硝酸Zrとを加えた以外は、実施例1と同様の手順を用いて触媒を作製した。
Example 14
In Example 14, a catalyst was prepared using the same procedure as in Example 1 except that an aqueous Mn acetate solution, Ce nitrate and Zr nitrate were further added to an acetylacetonato Pt solution.
比較例1
担体であるAl2O3にジニトロジアミンPtを含浸させて、Ptの担持濃度が0.3wt%となるように担体(Al2O3)に担持した。その後、120℃で一昼夜乾燥した後、400℃で1時間焼成して触媒粉末を得た。
Comparative Example 1
Al 2 O 3 as a support was impregnated with dinitrodiamine Pt and supported on the support (Al 2 O 3 ) so that the supported concentration of Pt was 0.3 wt%. Then, after drying all day and night at 120 ° C., the catalyst powder was obtained by calcining at 400 ° C. for 1 hour.
上記操作を繰り返して得られた触媒粉末50gを用いて、実施例1と同じ方法を用いて触媒を作製した。 Using 50 g of the catalyst powder obtained by repeating the above operation, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1.
比較例2
比較例2では、ジニトロジアミンPtをジニトロジアミンPdに変えた以外は、比較例1と同じ方法を用いて触媒を作製した。
Comparative Example 2
In Comparative Example 2, a catalyst was prepared using the same method as in Comparative Example 1 except that dinitrodiamine Pt was changed to dinitrodiamine Pd.
比較例3
比較例3では、ジニトロジアミンPtをジニトロジアミンRhに変えた以外は、比較例1と同じ方法を用いて触媒を作製した。
Comparative Example 3
In Comparative Example 3, a catalyst was prepared using the same method as Comparative Example 1 except that dinitrodiamine Pt was changed to dinitrodiamine Rh.
上記実施例1〜実施例14及び比較例1〜比較例3から得られた各触媒について、貴金属粒子が担持される担体表面からの深さXと、担体の細孔平均径を調べた。 For each of the catalysts obtained from Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 3, the depth X from the surface of the carrier on which the noble metal particles are supported and the average pore diameter of the carrier were examined.
担体の平均細孔径は、N2ガス吸着方法により求めた。 The average pore diameter of the support was determined by the N 2 gas adsorption method.
貴金属粒子が担持される担体表面からの深さXは、以下に述べるTEM測定を実施し、担体表面と貴金属粒子の距離を測定することから求めた。 The depth X from the surface of the carrier on which the noble metal particles are supported was determined by performing the TEM measurement described below and measuring the distance between the surface of the carrier and the noble metal particles.
その後、各触媒をマッフル炉内で、空気気流下、700℃で30時間焼成して耐久させた。触媒の耐久試験後、露出率、貴金属粒子の平均粒径を調べた。なお、露出率については、前述の測定方法を用いた。 Thereafter, each catalyst was baked in a muffle furnace under an air stream at 700 ° C. for 30 hours to be durable. After the durability test of the catalyst, the exposure rate and the average particle diameter of the noble metal particles were examined. In addition, about the exposure rate, the above-mentioned measuring method was used.
貴金属粒子の平均粒径は、まず、触媒を用いて、TEM(透過型電子顕微鏡)測定を実施する。TEM(透過型電子顕微鏡)としてHF-2000(日立製作所(株)社製)を使用し、加速電圧を200kVとして切削条件を常温とした。具体的には、触媒粉末をエポキシ樹脂にて包理処理し、エポキシ樹脂が硬化した後、ウルトラミクロトームにより超薄切片を作成した。作成した切片を用いて、TEM観察により各種結晶粒の分散状態を調べた。得られた映像の中で、コントラスト(影)の部分に焦点を充て、金属種を限定し、その金属の粒径を測定した後、測定値の平均値を算出して貴金属粒子の平均粒径とした。 The average particle diameter of the noble metal particles is first measured by TEM (transmission electron microscope) using a catalyst. HF-2000 (manufactured by Hitachi, Ltd.) was used as a TEM (transmission electron microscope), the acceleration voltage was 200 kV, and the cutting conditions were room temperature. Specifically, the catalyst powder was embedded with an epoxy resin, and after the epoxy resin was cured, an ultrathin section was prepared with an ultramicrotome. Using the prepared slices, the dispersion state of various crystal grains was examined by TEM observation. In the obtained image, focus on the contrast (shadow) part, limit the metal type, measure the particle size of the metal, calculate the average value of the measured value, and calculate the average particle size of the noble metal particles It was.
さらに、上記実施例1〜実施例14及び比較例1〜比較例3から得られた各触媒についてT50(NOx)温度を求めた。 Furthermore, T50 (NOx) temperature was calculated | required about each catalyst obtained from the said Example 1- Example 14 and Comparative Example 1- Comparative Example 3.
T50(NOx)温度は、まず、排気量3500ccのV型6気筒エンジン(日産自動車(株)社製)の排気系に各触媒を装着し、触媒の入口温度を700℃となるように触媒位置を調節し、30時間運転を行った。なお、このとき燃料として無鉛ガソリンを使用した。その後、各触媒の一部をくり抜き、触媒容量40ccとした各触媒を模擬排ガス流通装置に組み込んだ。その後、表2に示す組成のモデルガスをガス流量40L/分として模擬排ガス流通装置に流通させて、触媒の温度を室温から400℃まで速度30℃/分で昇温させて、NOxの浄化率が50%となる温度Tを調べた。
表3に各測定結果を示した。
表3に示すように、貴金属の種類に応じて触媒の性能が異なるが、凝集抑制材を使用しない比較例に比べて、凝集抑制材を使用した実施例の各触媒では、いずれも貴金属粒子の粒径が小さく、T50温度が低下していることが判明した。特に、貴金属としてRhを用いた実施例9、実施例10では、耐久試験後の貴金属粒子の粒径を小さい値に維持することができ、T50温度を低い値とすることができた。さらに、Mn、Coなどの遷移金属元素やCe、Zrなどの元素を含めた触媒は、耐久試験後の貴金属粒子の粒径を小さい値に維持することができ、T50温度が低い値となることが判明した。 As shown in Table 3, the performance of the catalyst varies depending on the type of the noble metal, but in each of the examples of the examples using the aggregation inhibitor, compared to the comparative example not using the aggregation inhibitor, It was found that the particle size was small and the T50 temperature was lowered. In particular, in Examples 9 and 10 using Rh as the noble metal, the particle diameter of the noble metal particles after the durability test could be maintained at a small value, and the T50 temperature could be lowered. In addition, catalysts containing transition metal elements such as Mn and Co and elements such as Ce and Zr can maintain the particle size of noble metal particles after endurance testing at a small value and a low T50 temperature. There was found.
また、貴金属の種類を同じ種類とした実施例1から実施例4までを比較すると、貴金属粒子の担持位置である担体表面からの距離Xが100nmを超えると、T50温度が低くなり、貴金属粒子の粒凝集を抑制して触媒の活性低下を防止できることが判明した。 Further, comparing Example 1 to Example 4 in which the same kind of noble metal is used, when the distance X from the support surface, which is the position where the noble metal particles are supported, exceeds 100 nm, the T50 temperature decreases, and the noble metal particles It was found that the aggregation of the particles can be suppressed and the decrease in the activity of the catalyst can be prevented.
1…排ガス浄化触媒、
2…担体、
3…貴金属粒子、
4…包接材(凝集抑制材)、
1 ... Exhaust gas purification catalyst,
2 ... carrier
3 ... Precious metal particles,
4 ... Inclusion material (aggregation suppression material),
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