JP6676394B2 - コアシェル担体及びその製造方法、そのコアシェル担体を用いた排ガス浄化用触媒及びその製造方法、並びに、その排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化方法 - Google Patents
コアシェル担体及びその製造方法、そのコアシェル担体を用いた排ガス浄化用触媒及びその製造方法、並びに、その排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化方法 Download PDFInfo
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Description
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなるコアと、
組成式:(Re1−xCex)2Zr2O7+x(式中、Reは希土類元素を示し、xは0.0〜0.8の数を示す。)で表される希土類−ジルコニア系複合酸化物からなり、前記コアの外側を被覆しているシェルと、を備えており、
前記酸素吸放出材がCeO 2 −ZrO 2 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体及びAl 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 −Nd 2 O 3 固溶体からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記組成式中のReがLa、Nd及びYからなる群から選択される少なくとも一種の元素であり、
前記希土類−ジルコニア系複合酸化物がパイロクロア構造を有する結晶粒子を含んでおり、かつ、前記希土類−ジルコニア系複合酸化物の平均結晶子径が3〜9nmであることを特徴とするものである。
(1)前記貴金属の少なくとも一部が前記コアシェル担体に担持されていること、及び/又は、
(2)前記触媒層がジルコニア系担体を更に含有しており、前記貴金属の少なくとも一部が前記ジルコニア系担体に担持されていること、
が好ましい。
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなる粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第1の被覆工程と、
得られたコアシェル粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を更に担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第2の被覆工程と、
を含んでおり、
前記酸素吸放出材がCeO 2 −ZrO 2 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体及びAl 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 −Nd 2 O 3 固溶体からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記希土類元素の塩がLa、Nd及びYからなる群から選択される少なくとも一種の元素の塩であり、
前記希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液は、前記希土類元素の塩の濃度が希土類元素イオンとして0.001〜0.1mol/Lでありかつ前記ジルコニウムの塩の濃度がジルコニウムイオンとして0.001〜0.1mol/Lである溶液であり、かつ、
焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルを構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が4〜24質量部となるまで前記第2の被覆工程を1回又は2回実施して前記コアシェル担体を得ることを特徴とする方法である。
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなる粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第1の被覆工程と、
得られたコアシェル粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を更に担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第2の被覆工程と、
を含んでおり、
前記酸素吸放出材がCeO 2 −ZrO 2 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体及びAl 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 −Nd 2 O 3 固溶体からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記希土類元素の塩がLa、Nd及びYからなる群から選択される少なくとも一種の元素の塩であり、
前記希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液は、前記希土類元素の塩の濃度が希土類元素イオンとして0.001〜0.1mol/Lでありかつ前記ジルコニウムの塩の濃度がジルコニウムイオンとして0.001〜0.1mol/Lである溶液であり、かつ、
焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルを構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が4〜24質量部となるまで前記第2の被覆工程を1回又は2回実施して前記コアシェル担体を得た後、該コアシェル担体に貴金属塩の溶液を接触せしめて前記排ガス浄化用触媒を得ることを特徴とする方法である。
本発明のコアシェル担体について説明する。本発明のコアシェル担体は、セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなるコアと、組成式:(Re1−xCex)2Zr2O7+x(式中、Reは希土類元素を示し、xは0.0〜0.8の数を示す。)で表される希土類−ジルコニア系複合酸化物からなり、前記コアの外側を被覆しているシェルと、を備えており、
前記希土類−ジルコニア系複合酸化物がパイロクロア構造を有する結晶粒子を含んでおり、かつ、前記希土類−ジルコニア系複合酸化物の平均結晶子径が3〜9nmである、ことを特徴とするコアシェル担体である。
本発明のコアシェル担体におけるコアとしては、セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなることが必要である。このような本発明のコアシェル担体のコアは、酸素吸放出能(OSC:Oxygen Storage Capacity)を有している。
次に、本発明のコアシェル担体におけるシェルとしては、組成式:(Re1−xCex)2Zr2O7+x(式中、Reは希土類元素を示し、xは0.0〜0.8の数を示す。)で表される希土類−ジルコニア系複合酸化物からなることが必要である。このような希土類−ジルコニア系複合酸化物の組成式におけるxが、前記上限を超えると、Ceリッチになり、Rh等の貴金属のメタル化が阻害され、これにより触媒活性が低下して十分なNOx浄化活性が得られない。このようなxは、十分に高い酸素吸放出性能(OSC)と十分に高いNOx浄化活性を併せもち、高温に長時間晒された後においても十分に優れた酸素吸放出性能(OSC)を発揮するコアシェル担体を得るという観点から、0.1〜0.8の数であることが好ましく、0.5〜0.7の数であることが特に好ましい。
次に、本発明の排ガス浄化用触媒について説明する。
本発明の第1の排ガス浄化用触媒は、上記本発明のコアシェル担体と、該コアシェル担体に担持されている貴金属とを備えるものである。
本発明の第2の排ガス浄化用触媒は、基材と、該基材上に配置された触媒層とを備え、該触媒層が、前記本発明のコアシェル担体と、アルミナと、貴金属とを含有していることを特徴とする触媒である。
(1)前記貴金属の少なくとも一部が前記コアシェル担体に担持されていること、及び/又は、
(2)前記触媒層がジルコニア系担体を更に含有しており、前記貴金属の少なくとも一部が前記ジルコニア系担体に担持されていること、
が好ましい。
次に、本発明のコアシェル担体の製造方法について説明する。本発明のコアシェル担体の製造方法は、上記本発明のコアシェル担体の製造方法であって、
希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液を準備する溶液準備工程と、
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなる粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第1の被覆工程と、
得られたコアシェル粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を更に担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第2の被覆工程と、を含んでおり、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルを構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が4〜24質量部となるまで前記第2の被覆工程を実施して前記コアシェル担体を得ることを特徴とする方法である。
本発明のコアシェル担体の製造方法においては、先ず、希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液を準備する(溶液準備工程)。
次に、セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなる粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る(第1の被覆工程)。
次いで、得られたコアシェル粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を更に担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る(第2の被覆工程)。
次に、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法は、上記本発明の第1の排ガス浄化用触媒の製造方法であって、希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液を準備する溶液準備工程と、
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなる粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第1の被覆工程と、
得られたコアシェル粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を更に担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第2の被覆工程と、を含んでおり、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルを構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が4〜24質量部となるまで前記第2の被覆工程を実施して前記コアシェル担体を得た後、該コアシェル担体に貴金属塩の溶液を接触せしめて前記排ガス浄化用触媒を得ることを特徴とする方法である。
次に、本発明の排ガス浄化方法について説明する。本発明の排ガス浄化方法は、上記本発明の排ガス浄化用触媒に内燃機関から排出された排ガスを接触せしめて排ガスを浄化することを特徴とする方法である。
先ず、組成(質量%)CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3=30:60:5:5、平均粒子径5μm、比表面積70m2/gのセリア−ジルコニア系固溶体粉末10gを用意した。次いで、100mlのイオン交換水にオキシ硝酸ジルコニル(和光純薬工業社製)及び硝酸ランタン6水和物(和光純薬工業社製)をそれぞれ0.7×10−3molずつ溶解させて溶液を用意した(溶液準備工程)。
オキシ硝酸ジルコニル及び硝酸ランタンの溶解量を2.1×10−3molずつとした以外は、実施例1と同様にしてコアシェル担体を得、さらに、実施例1と同様にして、得られたコアシェル担体に貴金属としてのRhを担持せしめて粉末状の排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた排ガス浄化用触媒におけるロジウムの担持量は、コアシェル担体100質量%に対して0.15質量%であった。
オキシ硝酸ジルコニル及び硝酸ランタンの溶解量を2.1×10−3molずつとし、得られたコアシェル粉末に対して第2の被覆工程(溶液の含浸担持、蒸発乾固及び焼成・粉砕の一連の処理)を更に1回施した(第2の被覆工程を合計2回行った)以外は、実施例1と同様にしてコアシェル担体を得、さらに、実施例1と同様にして、得られたコアシェル担体に貴金属としてのRhを担持せしめて粉末状の排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた排ガス浄化用触媒におけるロジウムの担持量は、コアシェル担体100質量%に対して0.15質量%であった。
用意した溶液に更に硝酸ネオジム(溶解量:2.1×10−3mol)を加えた以外は、実施例3と同様にしてコアシェル担体を得、さらに、実施例1と同様にして、得られたコアシェル担体に貴金属としてのRhを担持せしめて粉末状の排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた排ガス浄化用触媒におけるロジウムの担持量は、コアシェル担体100質量%に対して0.15質量%であった。
セリア−ジルコニア系固溶体粉末に替えて組成(質量%)Al2O3:CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3:Nd2O3=30:20:44:2:2:2、平均粒子径8μm、比表面積70m2/gのアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体粉末を用い、オキシ硝酸ジルコニル及び硝酸ランタンの溶解量を2.1×10−3molずつとした以外は、実施例1と同様にしてコアシェル担体を得、さらに、実施例1と同様にして、得られたコアシェル担体に貴金属としてのRhを担持せしめて粉末状の排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた排ガス浄化用触媒におけるロジウムの担持量は、コアシェル担体100質量%に対して0.15質量%であった。
セリア−ジルコニア系固溶体粉末に替えて組成(質量%)Al2O3:CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3:Nd2O3=30:20:44:2:2:2、平均粒子径8μm、比表面積70m2/gのアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体粉末を用い、オキシ硝酸ジルコニル及び硝酸ランタンの溶解量を2.1×10−3molずつとし、さらに、得られたコアシェル粉末に対して第2の被覆工程(溶液の含浸担持、蒸発乾固及び焼成・粉砕の一連の処理)を更に1回施した(第2の被覆工程を合計2回行った)以外は、実施例1と同様にしてコアシェル粉末を得、更に、実施例1と同様にして得られたコアシェル粉末に貴金属としてのRhを担持せしめて粉末状の排ガス浄化用触媒を得た。なお、得られた排ガス浄化用触媒におけるロジウムの担持量は、コアシェル担体100質量%に対して0.15質量%であった。
比較用触媒担体として、セリア−ジルコニア系固溶体粉末(組成(質量%)CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3=30:60:5:5、平均粒子径8μm、比表面積60m2/g)10gを用いた。次に、この比較用触媒担体粉末10gに対して、実施例1と同様にして貴金属としてのRhを担持せしめて粉末状の比較用触媒を得た。なお、得られた比較用触媒粉末におけるロジウムの担持量は、比較用触媒担体100質量%に対して0.15質量%であった。
比較用触媒担体として、アルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体粉末(組成(質量%)Al2O3:CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3:Nd2O3=30:20:44:2:2:2、平均粒子径8μm、比表面積70m2/g)10gを用いた。次に、この比較用触媒担体粉末10gに対して、実施例1と同様にして貴金属としてのRhを担持せしめて粉末状の比較用触媒を得た。なお、得られた比較用触媒粉末におけるロジウムの担持量は、比較用触媒担体100質量%に対して0.15質量%であった。
先ず、セリア−ジルコニア系固溶体粉末(組成(質量%)CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3=30:60:5:5、平均粒子径8μm、比表面積60m2/g)10gを用意した。次いで、100mlのイオン交換水にオキシ硝酸ジルコニル2水和物(和光純薬工業社製)及び硝酸ランタン6水和物(和光純薬工業社製)をそれぞれ0.7×10−3molずつ溶解させて溶液を用意した。
先ず、セリア−ジルコニア系固溶体粉末(組成(質量%)CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3=30:60:5:5、平均粒子径8μm、比表面積60m2/g)10gを用意した。次いで、100mlのイオン交換水にオキシ硝酸ジルコニル2水和物(和光純薬工業社社製)及び硝酸ランタン6水和物(和光純薬工業社製)をそれぞれ8.75×10−3molずつ溶解させて溶液を用意した。
実施例1〜6及び比較例3〜4で得られた各触媒について、各触媒のシェル(希土類−ジルコニア系複合酸化物)の平均結晶子径(平均一次粒子径)を以下のようにして測定した。
D=0.89×λ/βcosθ
(式中、Dは結晶子径を示し、λは使用X線波長を示し、βはXRDの測定試料の回折線幅を示し、θは回折角を示す)
を計算して、平均結晶子径(平均一次粒径)を算出した。得られた結果を表1に示す。
実施例1〜6及び比較例1〜4で得られた各触媒粉末を、静水圧プレス装置(日機装社製、商品名「CK4−22−60」)を用いて、冷間等方圧プレス(CIP)を1000kgf/cm2の圧力(成型圧力)で1分間行って圧粉成型し、破砕、整粒して0.5〜1.0mmのペレットとし、評価試験用のペレット触媒試料(ペレット状の排ガス浄化用触媒)を得た。
実施例1〜6及び比較例1〜4で得られた各触媒について、高温耐久処理後のペレット触媒試料に対して、流通反応装置及び排ガス分析装置を用い、以下のようにしてストイキ三元活性評価試験を行い、NOxの50%浄化温度(NOx_T50)を測定した。
実施例1〜6及び比較例1〜4で得られた各触媒について、高温耐久処理後のペレット触媒試料に対して、流通反応装置及び排ガス分析装置を用い、以下のようにしてNOx過渡浄化活性評価試験を行い、NOx過渡浄化率を測定した。
実施例1〜6及び比較例1〜4で得られた高温耐久処理後のペレット触媒試料に対して、流通反応装置及び分析計を用い、以下のようにしてOSC活性評価試験を行い、OSC速度を測定した。
<1.使用原料>
[材料1]
アルミナ(Al2O3)として、1質量%のLa2O3及び99質量%のAl2O3を含有する複合酸化物を使用した(以下、「材料1」とも記載する)。
アルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体(ACZL)として、30質量%のAl2O3、20質量%のCeO2、45質量%のZrO2、5質量%のLa2O3を含有する複合酸化物を使用した(以下、「材料2」とも記載する)。
本発明のコアシェル担体(LZ−ACZL)として、以下のようにして得られたコアシェル担体を使用した(以下、「材料3」とも記載する)。
シェル(組成式中のx=0):La2Zr2O7
シェルの平均結晶子径:6nm
シェルの担持量:12.0質量%。
アルミナ添加ジルコニア系固溶体(AZL)として、30質量%のAl2O3、65質量%のZrO2、5質量%のLa2O3を含有する複合酸化物を使用した(以下、「材料4」とも記載する)。
ロジウム触媒の材料として、2.75質量%の貴金属含有量を有する硝酸ロジウム水溶液(キャタラー社製)を使用した(以下、「材料5」とも記載する)。
パラジウム触媒の材料として、8.8質量%の貴金属含有量を有する硝酸パラジウム水溶液(キャタラー社製)を使用した(以下、「材料6」とも記載する)。
基材として、875cc(600H/3−9R−08)のコージェライトハニカム基材(デンソー社製)を使用した。
[比較例5]
上層(Rh(0.10)/ACZL(110)+Al2O3(28))及び下層(Pd(0.69)/ACZL(45)+Al2O3(40))を有する二層触媒
(下層の形成)
先ず、材料2及び6を用いた含浸法により、パラジウム(Pd)がアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体(ACZL)に担持された材料(Pd/ACZL:以下、「材料7」とも記載する)を調製した。次に、材料7、材料1及びアルミナ系バインダー(AS−200;日産化学工業社製)を、撹拌しながら蒸留水中に懸濁して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを基材に流し入れた。不要なスラリーをブロアーで吹き払った。前記操作により、基材内壁の表面に材料をコーティングした。その際に、下層がコーティングされた基材において、基材容量に対して、パラジウムが0.69g/L、材料1が40g/L、材料2が45g/Lとなるように調製した。その後、スラリーでコーティングされた基材を、120℃に設定された乾燥機内で2時間静置して、スラリーの水分を蒸発させた。さらに、基材を、500℃に設定された電気炉内で2時間静置して、パラジウム含有触媒層を有する基材を得た。
次に、材料2及び5を用いた含浸法により、ロジウム(Rh)がアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体(ACZL)に担持された材料(Rh/ACZL:以下、「材料8」とも記載する)を調製した。次に、材料8、材料1及びアルミナ系バインダーを、撹拌しながら蒸留水中に懸濁して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを、パラジウム含有触媒層を有する基材に流し入れた。不要なスラリーをブロアーで吹き払った。前記操作により、基材内壁の表面に材料をコーティングした。その際に、上層がコーティングされた基材において、基材容量に対して、ロジウムが0.10g/L、材料1が28g/L、材料2が110g/Lとなるように調製した。その後、スラリーでコーティングされた基材を、120℃に設定された乾燥機内で2時間静置して、スラリーの水分を蒸発させた。さらに、基材を、500℃に設定された電気炉内で2時間静置して、上層としてロジウム含有触媒層及び下層としてパラジウム含有触媒層を有する二層触媒を得た。
上層(Rh(0.10)/AZL(55)+ACZL(55)+Al2O3(28))及び下層(Pd(0.69)/ACZL(45)+Al2O3(40))を有する二層触媒
先ず、材料4及び5を用いた含浸法により、ロジウム(Rh)がアルミナ添加ジルコニア系固溶体(AZL)に担持された材料(Rh/AZL:以下、「材料9」とも記載する)を調製した。次に、上層を形成する工程において、材料9、材料2、材料1及びアルミナ系バインダーを含むスラリーを用いるようにしたこと以外は比較例5と同様の手順により、上層としてロジウム含有触媒層及び下層としてパラジウム含有触媒層を有する二層触媒を得た。その際に、上層がコーティングされた基材において、基材容量に対して、ロジウムが0.10g/L、材料1が28g/L、材料2が55g/L、材料4が55g/Lとなるように調製した。
上層(Rh(0.05)/AZL(55)+Rh(0.05)/ACZL(55)+Al2O3(28))及び下層(Pd(0.69)/ACZL(45)+Al2O3(40))を有する二層触媒
上層を形成する工程において、材料9、材料8、材料1及びアルミナ系バインダーを含むスラリーを用いるようにしたこと以外は比較例5と同様の手順により、上層としてロジウム含有触媒層及び下層としてパラジウム含有触媒層を有する二層触媒を得た。その際に、上層がコーティングされた基材において、基材容量に対して、ロジウムが0.10g/L、材料1が28g/L、材料2が55g/L、材料4が55g/Lとなるように調製した。
上層(Rh(0.10)/LZ−ACZL(110)+Al2O3(28))及び下層(Pd(0.69)/ACZL(45)+Al2O3(40))を有する二層触媒
先ず、材料3及び5を用いた含浸法により、ロジウム(Rh)が本発明のコアシェル担体(LZ−ACZL)に担持された材料(Rh/LZ−ACZL:以下、「材料10」とも記載する)を調製した。次に、上層を形成する工程において、材料10、材料1及びアルミナ系バインダーを含むスラリーを用いるようにしたこと以外は比較例5と同様の手順により、上層としてロジウム含有触媒層及び下層としてパラジウム含有触媒層を有する二層触媒を得た。その際に、上層がコーティングされた基材において、基材容量に対して、ロジウムが0.10g/L、材料1が28g/L、材料3が110g/Lとなるように調製した。
上層(Rh(0.10)/AZL(55)+LZ−ACZL(55)+Al2O3(28))及び下層(Pd(0.69)/ACZL(45)+Al2O3(40))を有する二層触媒
上層を形成する工程において、材料9、材料3、材料1及びアルミナ系バインダーを含むスラリーを用いるようにしたこと以外は比較例5と同様の手順により、上層としてロジウム含有触媒層及び下層としてパラジウム含有触媒層を有する二層触媒を得た。その際に、上層がコーティングされた基材において、基材容量に対して、ロジウムが0.10g/L、材料1が28g/L、材料3が55g/L、材料4が55g/Lとなるように調製した。
上層(Rh(0.05)/AZL(55)+Rh(0.05)/LZ−ACZL(55)+Al2O3(28))及び下層(Pd(0.69)/ACZL(45)+Al2O3(40))を有する二層触媒
上層を形成する工程において、材料9、材料10、材料1及びアルミナ系バインダーを含むスラリーを用いるようにしたこと以外は比較例5と同様の手順により、上層としてロジウム含有触媒層及び下層としてパラジウム含有触媒層を有する二層触媒を得た。その際に、上層がコーティングされた基材において、基材容量に対して、ロジウムが0.10g/L、材料1が28g/L、材料3が55g/L、材料4が55g/Lとなるように調製した。
[耐久処理]
ガソリンエンジン(1UR−FE;トヨタ自動車社製)を用いて、1000℃(触媒床温)で25時間の条件で、実施例7〜9及び比較例5〜7の触媒の劣化促進処理を行った。このとき、スロットル開度及びエンジン負荷を調整することによって、リッチ〜ストイキ〜リーンの条件を一定サイクルで繰り返した。これにより、排気ガス組成を変動させて、触媒の劣化を促進させた。
ガソリンエンジン(2AZ−FE;トヨタ自動車社製)を用いて、実施例7〜9及び比較例5〜7の触媒(劣化促進処理後)の酸素吸蔵特性を評価した。14.1及び15.1の空燃比(A/F)を目標に、A/Fをフィードバック制御した。理論空燃比とストイキ点のA/Fセンサー出力との差分(ΔA/F)より、酸素の過不足を以下の式:
OSC[g]=0.23×ΔA/F×噴射燃料量
から算出した。最大酸素吸蔵量を、OSCとして評価した。
ガソリンエンジン(2AZ−FE;トヨタ自動車社製)を用いて、実施例7〜9及び比較例5〜7の触媒(劣化促進処理後)の定常NOx浄化性能を評価した。14.1の空燃比(A/F)を目標に、A/Fをフィードバック制御し、600℃の条件下で、触媒通過後の排ガス中のNOx排出量を測定した。
実施例7〜9及び比較例5〜7の触媒(劣化促進処理後)のそれぞれについて、前記の手順により、最大酸素吸蔵量(OSC)及びNOx排出量を評価した。結果を表6及び図4に示す。なお、図4中、棒グラフが最大酸素吸蔵量(OSC)を示し、折れ線グラフがNOx排出量を示す。
Claims (13)
- 排ガス浄化用触媒の担体に用いるコアシェル担体であって、
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなるコアと、
組成式:(Re1−xCex)2Zr2O7+x(式中、Reは希土類元素を示し、xは0.0〜0.8の数を示す。)で表される希土類−ジルコニア系複合酸化物からなり、前記コアの外側を被覆しているシェルと、
を備えており、
前記酸素吸放出材がCeO 2 −ZrO 2 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体及びAl 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 −Nd 2 O 3 固溶体からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記組成式中のReがLa、Nd及びYからなる群から選択される少なくとも一種の元素であり、
前記希土類−ジルコニア系複合酸化物がパイロクロア構造を有する結晶粒子を含んでおり、かつ、
前記希土類−ジルコニア系複合酸化物の平均結晶子径が3〜9nmである、
ことを特徴とするコアシェル担体。 - 前記組成式中のxが0.5〜0.7の数であることを特徴とする請求項1に記載のコアシェル担体。
- 前記組成式中のReがLaであることを特徴とする請求項1又は2に記載のコアシェル担体。
- 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のコアシェル担体と、該コアシェル担体に担持されている貴金属とを備えるものであることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
- 前記貴金属がRhであることを特徴とする請求項4に記載の排ガス浄化用触媒。
- 基材と、該基材上に配置された触媒層とを備え、該触媒層が、請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のコアシェル担体と、アルミナと、貴金属とを含有していることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
- 前記貴金属の少なくとも一部が前記コアシェル担体に担持されていることを特徴とする請求項6に記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記触媒層がジルコニア系担体を更に含有しており、前記貴金属の少なくとも一部が前記ジルコニア系担体に担持されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記貴金属がRhであることを特徴とする請求項6〜8のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記触媒層が、前記貴金属としてRhを含有するロジウム含有触媒層であり、かつ、
セリア−ジルコニア系固溶体及び/又はアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体とアルミナとPdとを含有しているパラジウム含有触媒層が、前記基材と前記ロジウム含有触媒層との間に配置されていることを特徴とする請求項6〜8のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。 - 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のコアシェル担体の製造方法であって、
希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液を準備する溶液準備工程と、
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなる粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第1の被覆工程と、
得られたコアシェル粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を更に担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第2の被覆工程と、
を含んでおり、
前記酸素吸放出材がCeO 2 −ZrO 2 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体及びAl 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 −Nd 2 O 3 固溶体からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記希土類元素の塩がLa、Nd及びYからなる群から選択される少なくとも一種の元素の塩であり、
前記希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液は、前記希土類元素の塩の濃度が希土類元素イオンとして0.001〜0.1mol/Lでありかつ前記ジルコニウムの塩の濃度がジルコニウムイオンとして0.001〜0.1mol/Lである溶液であり、かつ、
焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルを構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が4〜24質量部となるまで前記第2の被覆工程を1回又は2回実施して前記コアシェル担体を得ることを特徴とするコアシェル担体の製造方法。 - 請求項4又は5に記載の排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液を準備する溶液準備工程と、
セリア−ジルコニア系固溶体及びアルミナ添加セリア−ジルコニア系固溶体からなる群から選択される少なくとも一種の酸素吸放出材からなる粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第1の被覆工程と、
得られたコアシェル粉末に前記溶液を接触せしめて、焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルの一部を構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が1〜8質量部となる量を更に担持せしめた後、600〜1100℃の範囲内の温度で3〜50時間焼成せしめ、その後粉砕することによりコアシェル粉末を得る第2の被覆工程と、
を含んでおり、
前記酸素吸放出材がCeO 2 −ZrO 2 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体、CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 固溶体、Al 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 固溶体及びAl 2 O 3 添加−CeO 2 −ZrO 2 −La 2 O 3 −Y 2 O 3 −Nd 2 O 3 固溶体からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記希土類元素の塩がLa、Nd及びYからなる群から選択される少なくとも一種の元素の塩であり、
前記希土類元素の塩とジルコニウムの塩とを含有する溶液は、前記希土類元素の塩の濃度が希土類元素イオンとして0.001〜0.1mol/Lでありかつ前記ジルコニウムの塩の濃度がジルコニウムイオンとして0.001〜0.1mol/Lである溶液であり、かつ、
焼成後の酸化物換算で前記コアを構成する前記酸素吸放出材100質量部に対して前記シェルを構成する前記希土類−ジルコニア系複合酸化物が4〜24質量部となるまで前記第2の被覆工程を1回又は2回実施して前記コアシェル担体を得た後、該コアシェル担体に貴金属塩の溶液を接触せしめて前記排ガス浄化用触媒を得ることを特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。 - 請求項4〜10のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒に内燃機関から排出された排ガスを接触せしめて排ガスを浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
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