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JP2010058006A - Catalyst for cleaning exhaust gas and method for manufacturing the same - Google Patents

Catalyst for cleaning exhaust gas and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2010058006A
JP2010058006A JP2008223953A JP2008223953A JP2010058006A JP 2010058006 A JP2010058006 A JP 2010058006A JP 2008223953 A JP2008223953 A JP 2008223953A JP 2008223953 A JP2008223953 A JP 2008223953A JP 2010058006 A JP2010058006 A JP 2010058006A
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JP
Japan
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ceria
exhaust gas
oxide
catalyst
gas purifying
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Application number
JP2008223953A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Tsukamoto
浩司 塚本
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure high oxygen absorption/discharge function, using a ceria-based oxide as a carrier and inhibit the deterioration of rhodium (Rh) due to the dissolution of Rh into the carrier. <P>SOLUTION: A support part 2, made of a basic oxide with higher basicity than ceria, is formed on the surface of a ceria-based oxide particle 1, and Rh 3 is supported by at least the support part 2. As an electronically strong bond is formed between the basic oxide and Rh, dissolution of Rh into the interior of the ceria-based oxide even under the action of heat load is inhibited, and consequently, Rh in only confined to the surface of the particle, so that the deterioration of the activity does not occur. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、三元触媒など自動車の排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒と、その製造方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst for purifying automobile exhaust gas such as a three-way catalyst, and a method for producing the same.

自動車からの排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒として、三元触媒が広く用いられている。この三元触媒は、アルミナなどの多孔質酸化物を担体とし、それにPtやRhなどの触媒貴金属を担持している。そしてストイキ近傍となるように燃焼制御された排ガス中で用いられることで、HC及びCOを酸化浄化するとともにNOxを還元浄化する。 Three-way catalysts are widely used as exhaust gas purifying catalysts for purifying exhaust gas from automobiles. This three-way catalyst uses a porous oxide such as alumina as a carrier, and supports a catalytic noble metal such as Pt and Rh. Then, by use in combustion controlled in the exhaust gas so as to near stoichiometric, to reduce and purify NO x as well as oxidizing purify HC and CO.

しかし自動車の運転状況によっては、排ガス雰囲気がストイキ近傍からずれる場合がある。そのためセリアなどの酸素吸放出能を有する酸化物を担体に混合することが行われている。セリアなどの酸素吸放出材は、リ−ン時には酸素を吸蔵しリッチ時には酸素を放出するので、排ガスの雰囲気変動を緩和することができる。   However, depending on the driving conditions of the automobile, the exhaust gas atmosphere may deviate from the vicinity of the stoichiometric. For this reason, an oxide having an ability to absorb and release oxygen such as ceria is mixed with the carrier. An oxygen storage / release material such as ceria absorbs oxygen when leaning and releases oxygen when rich, so that fluctuations in the atmosphere of exhaust gas can be mitigated.

さらに近年では、セリアに代えてセリア−ジルコニア複合酸化物が用いられる場合が多い。セリア−ジルコニア複合酸化物は熱安定性が高く、セリアより酸素吸放出能が優れているため、雰囲気変動を緩和する能力が高い。   Further, in recent years, ceria-zirconia composite oxide is often used instead of ceria. Ceria-zirconia composite oxide has high thermal stability and is superior in ability to absorb and release oxygen than ceria, and therefore has a high ability to alleviate atmospheric fluctuations.

またPtはHC及びCOの酸化活性が高く、RhはNOxの還元活性が高いため、PtとRhの両方が用いられる場合が多い。ところがセリアにRhを担持すると、高温耐久時にRhが担体へ固溶し、NOxの還元活性が大きく低下するという問題があった。セリア−ジルコニア複合酸化物を担体とすれば、固溶の問題は若干改善することができる。 The Pt has high oxidation activity of HC and CO, Rh is higher the reducing activity of NO x, often both Pt and Rh are used. However, when carrying Rh on ceria, Rh is dissolved to a carrier at a high temperature durability, there is a problem that reducing activity of the NO x is greatly reduced. If the ceria-zirconia composite oxide is used as a support, the problem of solid solution can be slightly improved.

例えば特開2003−073123号公報には、セリアと、ジルコニアと、セリア及びジルコニアと反応しない金属酸化物との複合酸化物からなり、Ce及びZrが規則配列したパイロクロア相をもつ複合酸化物に、貴金属を担持した排ガス浄化用助触媒が開示されている。この複合酸化物では、セリア及びジルコニアと反応しない金属酸化物がセリア−ジルコニア複合酸化物の間に介在しているため、互いに障壁となるために粒成長が抑制され高い比表面積を有する。そしてこの複合酸化物は、Ce及びZrが規則配列したパイロクロア相を有しているため、高い酸素吸放出能が発現される。したがってこの複合酸化物に貴金属を担持してなる排ガス浄化用助触媒は、高い比表面積と高い酸素吸放出能とを併せ持ち、実用的な高い浄化活性が発現される。   For example, in JP-A-2003-073123, a composite oxide of ceria, zirconia, and a metal oxide that does not react with ceria and zirconia, and having a pyrochlore phase in which Ce and Zr are regularly arranged, An exhaust gas purifying co-catalyst carrying a noble metal is disclosed. In this composite oxide, since the metal oxide that does not react with ceria and zirconia is interposed between the ceria-zirconia composite oxide, it becomes a barrier to each other, so that grain growth is suppressed and the surface area is high. Since this composite oxide has a pyrochlore phase in which Ce and Zr are regularly arranged, a high oxygen absorption / release capability is exhibited. Therefore, the co-catalyst for exhaust gas purification, in which a noble metal is supported on this composite oxide, has both a high specific surface area and a high oxygen absorption / release capability, and exhibits a high practical purification activity.

しかしRhの固溶抑制の程度はセリア−ジルコニア複合酸化物中のジルコニア量に依存し、ジルコニアが少ないと固溶の問題が大きくなる。一方、ジルコニア量が多いとセリア量が少なくなるために酸素吸放出能が不十分となり、雰囲気緩和が困難となって三元活性が低下する。   However, the degree of suppression of solid solution of Rh depends on the amount of zirconia in the ceria-zirconia composite oxide. If the amount of zirconia is small, the problem of solid solution increases. On the other hand, when the amount of zirconia is large, the amount of ceria decreases, so that the ability to absorb and release oxygen becomes insufficient, and the atmosphere relaxation becomes difficult and the ternary activity is lowered.

また特開2007−301526号公報には、Rhの固溶あるいは粒成長による劣化を抑制できる排ガス浄化用触媒が記載されている。しかしRhの担体への固溶の程度と担体の酸素吸放出能との関係については記載がない。
特開2003−073123号公報 特開2007−301526号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-301526 describes an exhaust gas purifying catalyst capable of suppressing deterioration due to Rh solid solution or grain growth. However, there is no description about the relationship between the degree of solid solution of Rh in the carrier and the oxygen absorption / release capacity of the carrier.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-073123 JP 2007-301526 A

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、セリア系酸化物を担体として、高い酸素吸放出能を確保するとともに、Rhの担体への固溶による劣化を大きく抑制することを解決すべき課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it should be solved that a ceria-based oxide is used as a carrier to ensure high oxygen absorption / release capability and to greatly suppress deterioration due to solid solution of Rh into the carrier. Let it be an issue.

上記課題を解決する本発明の排ガス浄化用触媒の特徴は、少なくともセリアを含むセリア系酸化物からなる粒子と、セリアより塩基性度が高い塩基性酸化物からなり粒子の表面に形成された担持部と、少なくとも担持部に担持されたロジウムと、を含むことにある。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention that solves the above problems is characterized in that particles comprising a ceria-based oxide containing at least ceria and a support formed on the surface of the particle comprising a basic oxide having a higher basicity than ceria. And rhodium supported on at least the supporting part.

担持部は、厚さ数nm〜1μmの層状をなし粒子の表面を被覆していることが好ましく、担持部の厚さは数nm〜100nmであることがさらに望ましい。   The supporting part preferably has a layer shape with a thickness of several nm to 1 μm and covers the surface of the particles, and the thickness of the supporting part is more preferably several nm to 100 nm.

またセリア系酸化物は、セリアを50質量%以上含むセリア−ジルコニア複合酸化物であることが望ましく、塩基性酸化物はアルカリ土類金属酸化物及びスピネルから選ばれる少なくとも一種であることが望ましい。   The ceria-based oxide is preferably a ceria-zirconia composite oxide containing 50% by mass or more of ceria, and the basic oxide is preferably at least one selected from alkaline earth metal oxides and spinel.

また本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法の特徴は、少なくともセリアを含むセリア系酸化物からなる粒子よりなる粉末に、アルカリ土類金属の水溶性塩と水溶性バインダとの混合水溶液を接触させ、乾燥して粒子表面に皮膜を形成する工程と、皮膜を焼成して粒子表面に塩基性酸化物層を形成する工程と、塩基性酸化物層にロジウムを担持する工程と、よりなることにある。   In addition, a feature of the method for producing an exhaust gas purifying catalyst of the present invention is that a mixed aqueous solution of a water-soluble salt of an alkaline earth metal and a water-soluble binder is brought into contact with a powder comprising particles of a ceria-based oxide containing at least ceria. A step of drying to form a film on the particle surface, a step of baking the film to form a basic oxide layer on the particle surface, and a step of supporting rhodium on the basic oxide layer. is there.

本発明の排ガス浄化用触媒によれば、Rhは塩基性酸化物からなる担持部に少なくとも担持されている。この塩基性酸化物はセリアより塩基性度が高いので、塩基性酸化物とRhとの間に電子的に強い結合が形成される。このため、熱負荷が作用してもRhがセリア系酸化物の内部に固溶するのが抑制され、Rhが粒子表面に留まるため活性の低下を抑制することができる。   According to the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, Rh is supported at least on the supporting portion made of a basic oxide. Since this basic oxide has a higher basicity than ceria, an electronically strong bond is formed between the basic oxide and Rh. For this reason, even if a heat load is applied, Rh is prevented from dissolving in the interior of the ceria-based oxide, and Rh remains on the particle surface, so that a decrease in activity can be suppressed.

そして担持部が厚さ数nm〜1μmの層状であれば、セリア系酸化物におけるセリア濃度が高くても、セリアとRhとの直接接触を回避できるので、Rhの固溶をさらに抑制することができる。また担持部の厚さが数nm〜100nmと薄ければ、Rhが担持部内に埋没するのが防止されて少なくとも一部表面が表出するため、Rhと排ガスとの接触確率が高まり浄化性能が向上する。   If the supporting part is a layer having a thickness of several nanometers to 1 μm, direct contact between ceria and Rh can be avoided even if the ceria concentration in the ceria-based oxide is high, so that the solid solution of Rh can be further suppressed. it can. Also, if the thickness of the supporting part is as thin as several nanometers to 100 nm, Rh is prevented from being buried in the supporting part and at least a part of the surface is exposed, so the contact probability between Rh and exhaust gas is increased and the purification performance is improved. improves.

そして本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法によれば、層状の担持部をもつ本発明の排ガス浄化用触媒を安定して容易に製造することができる。   According to the method for producing an exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention having a layered support can be stably and easily produced.

本発明の排ガス浄化用触媒は、少なくともセリアを含むセリア系酸化物からなる粒子と、セリアより塩基性度が高い塩基性酸化物からなり粒子の表面に形成された担持部と、少なくとも担持部に担持されたロジウムと、を含む。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises particles comprising a ceria-based oxide containing at least ceria, a supporting part formed of a basic oxide having a higher basicity than ceria and formed on the surface of the particle, and at least a supporting part. And supported rhodium.

少なくともセリアを含むセリア系酸化物としては、セリアのみから構成してもよいが、セリア−ジルコニア複合酸化物を用いるのが好ましい。この場合、セリア−ジルコニア複合酸化物におけるセリアとジルコニアとの構成比率は特に制限されないが、酸素吸放出能を必要十分に確保するためには、セリアを50質量%以上含むことが望ましい。なおセリア−ジルコニア複合酸化物を用いる場合、Ce及びZrと共に複合酸化物を構成する他の金属元素を含んでもよい。他の元素としては、La、Pr、Nd、Y、あるいはAlなどを例示することができる。   The ceria-based oxide containing at least ceria may be composed only of ceria, but it is preferable to use a ceria-zirconia composite oxide. In this case, the constituent ratio of ceria and zirconia in the ceria-zirconia composite oxide is not particularly limited, but it is desirable to contain 50% by mass or more of ceria in order to ensure sufficient oxygen absorption / release capability. In addition, when using ceria-zirconia complex oxide, you may contain the other metal element which comprises complex oxide with Ce and Zr. Examples of other elements include La, Pr, Nd, Y, and Al.

セリアより塩基性度が高い塩基性酸化物としては、アルカリ土類金属酸化物あるいはスピネルを用いることができる。アルカリ土類金属酸化物としては、塩基性度が高いマグネシウム酸化物、カルシウム酸化物が特に好ましい。またスピネルとしては、MgAl2O4、CaAl2O4が特に好ましい。 As the basic oxide having a higher basicity than ceria, an alkaline earth metal oxide or spinel can be used. As the alkaline earth metal oxide, magnesium oxide and calcium oxide having high basicity are particularly preferable. As the spinel, MgAl 2 O 4 and CaAl 2 O 4 are particularly preferable.

担持部は、セリア系酸化物からなる粒子の表面に粒子状に存在していてもよいが、セリアとRhとの直接接触を回避するために、厚さ数nm〜1μmの層状に形成され粒子の表面を被覆していることが望ましい。この厚さが1μmを越えると、Rhが担持部内に埋没して排ガスとの接触確率が低下するため浄化活性が低下する。   The support portion may be present in the form of particles on the surface of the ceria-based oxide particles, but in order to avoid direct contact between ceria and Rh, the particles are formed in layers of several nm to 1 μm in thickness. It is desirable to coat the surface. If this thickness exceeds 1 μm, Rh is buried in the carrier and the contact probability with the exhaust gas decreases, so that the purification activity decreases.

担持部を形成するには、例えば塩基性酸化物を構成する金属の水溶性塩が溶解した水溶液にセリア系酸化物粉末を混合し、蒸発乾固後に焼成することで形成することができる。この場合、塩基性酸化物は微粒子状の担持部となるが、水溶液における塩基性酸化物を構成する金属の水溶性塩濃度を調整することで層状の担持部を形成することができる。   The supporting part can be formed, for example, by mixing a ceria-based oxide powder in an aqueous solution in which a water-soluble salt of a metal constituting a basic oxide is dissolved, and baking after evaporating to dryness. In this case, the basic oxide becomes a particulate support, but a layered support can be formed by adjusting the concentration of the water-soluble salt of the metal constituting the basic oxide in the aqueous solution.

また本発明の製造方法で担持部を形成するには、少なくともセリアを含むセリア系酸化物からなる粒子よりなる粉末に、アルカリ土類金属の水溶性塩と水溶性バインダとの混合水溶液を接触させ、乾燥して粒子表面に皮膜を形成する。この皮膜は、水溶性バインダをマトリックスとし、アルカリ土類金属イオンが高分散状態で保持されている。そしてこの皮膜を焼成することで、水溶性バインダが焼失し、セリア系酸化物からなる粒子の表面にアルカリ土類金属酸化物からなる薄い層状の担持部が形成される。   In addition, in order to form the supporting portion by the production method of the present invention, a mixed aqueous solution of a water-soluble salt of an alkaline earth metal and a water-soluble binder is brought into contact with a powder composed of ceria-based particles containing at least ceria. Dry to form a film on the particle surface. This film uses a water-soluble binder as a matrix and holds alkaline earth metal ions in a highly dispersed state. By firing this film, the water-soluble binder is burned out, and a thin layered support portion made of an alkaline earth metal oxide is formed on the surface of the particles made of ceria-based oxide.

水溶性バインダとしては、ポリビニルアルコ−ル、ポリアクリル酸アンモニウム塩、澱粉、カゼインなどの水溶性有機高分子を用いることができる。   As the water-soluble binder, water-soluble organic polymers such as polyvinyl alcohol, ammonium polyacrylate, starch, and casein can be used.

なお担持部の厚さを調整するには、混合水溶液中におけるアルカリ土類金属の濃度を調整する方法、あるいは混合水溶液とセリア系酸化物粉末との混合比率を調整する方法によって行うことができる。また皮膜を焼成する工程は、大気中において500〜800℃で行うことができる。焼成温度が300℃未満では担持部の形成が困難となり1000℃を超えると分解が始まるため好ましくない。   The thickness of the supporting portion can be adjusted by a method of adjusting the alkaline earth metal concentration in the mixed aqueous solution or a method of adjusting the mixing ratio of the mixed aqueous solution and ceria-based oxide powder. Moreover, the process of baking a film | membrane can be performed at 500-800 degreeC in air | atmosphere. If the calcination temperature is less than 300 ° C, formation of the supporting part becomes difficult, and if it exceeds 1000 ° C, decomposition starts, which is not preferable.

少なくとも担持部にRhを担持するには、従来と同様に含浸担持法あるいは吸着担持法を利用して行うことができる。担持部が粒子状であれば、Rhは表出するセリア系酸化物粒子表面にも担持されることになるが、熱負荷が作用しても、少なくとも担持部に担持されたRhではセリア系酸化物中への固溶が抑制される。しかし担持部が層状であれば、ほとんどすべてのRhで固溶が抑制されることになる。   In order to carry Rh at least on the carrying part, the impregnation carrying method or the adsorption carrying method can be used as in the conventional case. If the supporting part is in the form of particles, Rh is also supported on the surface of the exposed ceria-based oxide particles, but even if a thermal load is applied, at least Rh supported on the supporting part is ceria-based oxidized. Solid solution in the product is suppressed. However, if the supporting part is layered, solid solution is suppressed in almost all Rh.

Rhの担持量は、セリア系酸化物からなる粒子と担持部及び担持されたRhの合計質量中、0.01〜1.0質量%の範囲が好ましい。Rhの担持量が0.01質量%未満ではRhを担持した効果が得られず、1.0質量%を超えて担持しても効果が飽和するとともに熱負荷時に粒成長が生じるようになる。   The supported amount of Rh is preferably in the range of 0.01 to 1.0% by mass in the total mass of the particles made of ceria-based oxide, the supported part, and the supported Rh. If the loading amount of Rh is less than 0.01% by mass, the effect of loading Rh cannot be obtained. Even if the loading amount exceeds 1.0% by mass, the effect is saturated and grain growth occurs during heat load.

本発明の排ガス浄化用触媒は、セリア系酸化物からなる粒子と、その粒子の表面に形成された担持部と、少なくとも担持部に担持されたRhと、からなる触媒粒子である。したがって現実の使用時には、この触媒粒子が無数に集合した粉末の形態で供給され、ハニカム形状あるいはフォ−ム形状の基材にコ−トして用いられたり、ペレット化して用いられる。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is a catalyst particle comprising particles made of a ceria-based oxide, a supporting part formed on the surface of the particle, and at least Rh supported on the supporting part. Therefore, in actual use, the catalyst particles are supplied in the form of countless aggregated powders, which are used by being coated on a honeycomb-shaped or foam-shaped substrate, or used after being pelletized.

例えば三元触媒として利用するには、本発明に係る触媒粉末と、セリア粉末やアルミナ粉末などにPtが担持された触媒粉末とを混合し、その混合粉末をハニカム基材にウォッシュコ−トする。あるいはセリア粉末やアルミナ粉末などにPtが担持された触媒粉末から、ハニカム基材に下コ−ト層を形成し、下コ−ト層の表面に本発明に係る触媒粉末から上コ−ト層を形成した二層構造の三元触媒とすることもできる。また三元触媒に限らず、酸化触媒、リ−ンNOx触媒、NOx吸蔵還元触媒などに利用することも可能である。 For example, in order to use as a three-way catalyst, the catalyst powder according to the present invention is mixed with catalyst powder in which Pt is supported on ceria powder or alumina powder, and the mixed powder is washed on a honeycomb substrate. . Alternatively, a lower coat layer is formed on a honeycomb base material from a catalyst powder in which Pt is supported on ceria powder, alumina powder or the like, and the upper coat layer is formed on the surface of the lower coat layer from the catalyst powder according to the present invention. A three-way catalyst having a two-layer structure in which can be formed. Further, the catalyst is not limited to a three-way catalyst, but can be used as an oxidation catalyst, a lean NO x catalyst, a NO x storage reduction catalyst, or the like.

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

(実施例1)
本実施例に係る排ガス浄化用触媒を図1に示す。この触媒は、セリア−ジルコニア複合酸化物からなる粒子1と、粒子1の表面に層状に形成されたマグネシア層2と、マグネシア層2に担持されたRh3とからなる触媒粒子の集合体である粉末から構成されている。電子顕微鏡による断面観察で測定された粒子1の平均粒子径は10μmであり、マグネシア層2の厚さは1nmである。
Example 1
FIG. 1 shows an exhaust gas purifying catalyst according to this example. This catalyst is a powder which is an aggregate of catalyst particles composed of particles 1 made of ceria-zirconia composite oxide, a magnesia layer 2 formed in layers on the surface of the particles 1, and Rh3 supported on the magnesia layer 2. It is composed of The average particle diameter of the particles 1 measured by cross-sectional observation with an electron microscope is 10 μm, and the thickness of the magnesia layer 2 is 1 nm.

以下、この触媒粉末の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。   Hereinafter, a method for producing the catalyst powder will be described, and a detailed description of the configuration will be given.

塩化マグネシウムが0.03質量%、ポリビニルアルコ−ルが0.03質量%の濃度で溶解した水溶液100質量部に、セリア−ジルコニア複合酸化物粉末(平均粒子径10μm、質量比CeO2/ZrO2=6/1)100質量部を混合し、30分間撹拌した後に120℃で蒸発乾固した。これによりセリア−ジルコニア複合酸化物粒子の表面に、厚さ約10nmの皮膜が形成された。 0.03 wt% magnesium chloride, polyvinyl alcohol - le is an aqueous solution 100 parts by weight was dissolved at a concentration of 0.03 wt%, ceria - zirconia composite oxide powder (average particle size 10 [mu] m, the weight ratio CeO 2 / ZrO 2 = 6/ 1 ) 100 parts by mass were mixed, stirred for 30 minutes and then evaporated to dryness at 120 ° C. As a result, a film having a thickness of about 10 nm was formed on the surface of the ceria-zirconia composite oxide particles.

次に、皮膜が形成されたセリア−ジルコニア複合酸化物粉末を大気中にて800℃で2時間焼成した。これにより皮膜中の塩化マグネシウムは酸化マグネシウムとなり、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子1表面にマグネシア層2が形成された。電子顕微鏡観察によって測定されたマグネシア層2の厚さは1nmであった。また酸化マグネシウムは、セリア−ジルコニア複合酸化物100質量部に対して0.01質量部担持されている。   Next, the ceria-zirconia composite oxide powder on which the film was formed was fired at 800 ° C. for 2 hours in the air. Thereby, the magnesium chloride in the film was converted to magnesium oxide, and the magnesia layer 2 was formed on the surface of the ceria-zirconia composite oxide particles 1. The thickness of the magnesia layer 2 measured by electron microscope observation was 1 nm. Magnesium oxide is supported by 0.01 part by mass with respect to 100 parts by mass of the ceria-zirconia composite oxide.

続いてマグネシア層2をもつセリア−ジルコニア複合酸化物粒子1の集合体からなる粉末に、所定濃度の硝酸ロジウム水溶液の所定量を含浸させ、蒸発乾固後、大気中にて500℃で1時間加熱してRhを担持した。得られた触媒粉末では、Rhが0.1質量%担持されている。この触媒粉末を定法にてペレットに成形し、ペレット触媒を調製した。   Subsequently, a powder composed of aggregates of ceria-zirconia composite oxide particles 1 having a magnesia layer 2 is impregnated with a predetermined amount of a rhodium nitrate aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated to dryness, and then at 500 ° C. for 1 hour in the atmosphere. Heated to load Rh. In the obtained catalyst powder, 0.1% by mass of Rh is supported. This catalyst powder was formed into pellets by a conventional method to prepare a pellet catalyst.

(実施例2)
塩化マグネシウムが0.3質量%、ポリビニルアルコ−ルが0.3質量%の濃度で溶解した水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にしてマグネシア層2を形成した。実施例1と同様に測定されたマグネシア層2の厚さは10nmであった。また酸化マグネシウムは、セリア−ジルコニア複合酸化物100質量部に対して0.1質量部担持されている。
(Example 2)
A magnesia layer 2 was formed in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which magnesium chloride was dissolved at a concentration of 0.3% by mass and polyvinyl alcohol at a concentration of 0.3% by mass was used. The thickness of the magnesia layer 2 measured in the same manner as in Example 1 was 10 nm. Magnesium oxide is supported by 0.1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the ceria-zirconia composite oxide.

この粉末を用い、実施例1と同様にしてRhを担持した後、ペレット触媒を調製した。   Using this powder, Rh was supported in the same manner as in Example 1, and then a pellet catalyst was prepared.

(実施例3)
塩化マグネシウムが3質量%、ポリビニルアルコ−ルが3質量%の濃度で溶解した水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にしてマグネシア層2を形成した。実施例1と同様に測定されたマグネシア層2の厚さは100nmであった。また酸化マグネシウムは、セリア−ジルコニア複合酸化物100質量部に対して1質量部担持されている。
(Example 3)
A magnesia layer 2 was formed in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which magnesium chloride was dissolved at a concentration of 3% by mass and polyvinyl alcohol at a concentration of 3% by mass was used. The thickness of the magnesia layer 2 measured in the same manner as in Example 1 was 100 nm. Further, 1 part by mass of magnesium oxide is supported with respect to 100 parts by mass of the ceria-zirconia composite oxide.

この粉末を用い、実施例1と同様にしてRhを担持した後、ペレット触媒を調製した。   Using this powder, after carrying Rh in the same manner as in Example 1, a pellet catalyst was prepared.

(実施例4)
塩化マグネシウムが30質量%、ポリビニルアルコ−ルが10質量%の濃度で溶解した水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にしてマグネシア層2を形成した。実施例1と同様に測定されたマグネシア層2の厚さは1000nmであった。また酸化マグネシウムは、セリア−ジルコニア複合酸化物100質量部に対して10質量部担持されている。
Example 4
A magnesia layer 2 was formed in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution in which magnesium chloride was dissolved at a concentration of 30% by mass and polyvinyl alcohol at a concentration of 10% by mass was used. The thickness of the magnesia layer 2 measured in the same manner as in Example 1 was 1000 nm. Further, 10 parts by mass of magnesium oxide is supported with respect to 100 parts by mass of the ceria-zirconia composite oxide.

この粉末を用い、実施例1と同様にしてRhを担持した後、ペレット触媒を調製した。   Using this powder, after carrying Rh in the same manner as in Example 1, a pellet catalyst was prepared.

(実施例5)
ポリビニルアルコ−ルを含まず、塩化マグネシウムが0.3質量%の濃度で溶解した水溶液100質量部に、実施例1と同様のセリア−ジルコニア複合酸化物粉末100質量部を混合し、30分間撹拌した後に、大気中にて800℃で2時間焼成した。これによりセリア−ジルコニア複合酸化物粒子1表面にマグネシア層2が形成された。電子顕微鏡観察によって測定されたマグネシア層2の厚さは10nmであった。また酸化マグネシウムは、セリア−ジルコニア複合酸化物100質量部に対して1質量部担持されている。
(Example 5)
After mixing 100 parts by mass of the same ceria-zirconia composite oxide powder as in Example 1 with 100 parts by mass of an aqueous solution not containing polyvinyl alcohol and dissolving magnesium chloride at a concentration of 0.3% by mass, and stirring for 30 minutes And calcined at 800 ° C. for 2 hours in the air. Thereby, the magnesia layer 2 was formed on the surface of the ceria-zirconia composite oxide particles 1. The thickness of the magnesia layer 2 measured by electron microscope observation was 10 nm. Further, 1 part by mass of magnesium oxide is supported with respect to 100 parts by mass of the ceria-zirconia composite oxide.

この粉末を用い、実施例1と同様にしてRhを担持した後、ペレット触媒を調製した。   Using this powder, after carrying Rh in the same manner as in Example 1, a pellet catalyst was prepared.

(比較例1)
実施例1と同様のセリア−ジルコニア複合酸化物粉末に所定濃度の硝酸ロジウム水溶液の所定量を含浸させ、蒸発乾固後、大気中にて500℃で1時間加熱してRhを担持した。得られた触媒粉末では、Rhが0.1質量%担持されている。この触媒粉末を定法にて直径1mmのペレットに成形し、ペレット触媒を調製した。
(Comparative Example 1)
A ceria-zirconia composite oxide powder similar to that in Example 1 was impregnated with a predetermined amount of a rhodium nitrate aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated to dryness, and heated in the atmosphere at 500 ° C. for 1 hour to carry Rh. In the obtained catalyst powder, 0.1% by mass of Rh is supported. This catalyst powder was formed into pellets having a diameter of 1 mm by a conventional method to prepare a pellet catalyst.

<試験・評価>
各実施例及び比較例1のペレット触媒について、それぞれ大気中にて1100℃で5時間保持する耐久試験を行った。耐久試験後の各ペレット触媒をそれぞれ評価装置に1.5g装填し、表1に示すモデルガスを10L/分の流量で流しながら、100℃から500℃まで20分かけて昇温し、その間のC3H6、CO及びNOxの浄化率をそれぞれ測定した。そしてそれぞれの50%浄化温度を算出し、結果を図2に示す。
<Test and evaluation>
Each of the pellet catalysts of Examples and Comparative Example 1 was subjected to an endurance test that was held at 1100 ° C. for 5 hours in the air. Each pellet catalyst after the endurance test was loaded in 1.5 g in the evaluation device, and the temperature was raised from 100 ° C. to 500 ° C. over 20 minutes while flowing the model gas shown in Table 1 at a flow rate of 10 L / min. The purification rates of 3 H 6 , CO and NO x were measured respectively. Each 50% purification temperature was calculated, and the results are shown in FIG.

Figure 2010058006
Figure 2010058006

図2より、各実施例の触媒は比較例1の触媒に比べて耐久後の浄化性能に優れていることがわかり、これはマグネシア層2を形成したことによる効果であることが明らかである。すなわちマグネシア層2を形成したことでRhの劣化が抑制されたことが明らかであり、これはRhがセリア−ジルコニア複合酸化物粒子1に固溶するのが抑制されたためと考えられる。   From FIG. 2, it can be seen that the catalyst of each example is superior in purification performance after endurance as compared with the catalyst of Comparative Example 1, and it is clear that this is the effect of forming the magnesia layer 2. That is, it is clear that the formation of the magnesia layer 2 suppressed the deterioration of Rh, which is considered to be because the dissolution of Rh in the ceria-zirconia composite oxide particles 1 was suppressed.

また各実施例どうしの比較から、マグネシア層2の厚さは100nm以下の範囲が好ましいことがわかり、実施例1と実施例5との比較から、マグネシア層2の形成時にはポリビニルアルコ−ルを用いるのが好ましいこともわかる。   Moreover, it is found from the comparison between the examples that the thickness of the magnesia layer 2 is preferably in the range of 100 nm or less. From the comparison between the examples 1 and 5, polyvinyl alcohol is used when forming the magnesia layer 2. It can also be seen that this is preferable.

すなわち図3に示すように、初期状態ではRh3はマグネシア層2の表面に担持されている。そして耐久試験後には、Rh3がマグネシア層2に固溶したとしても、マグネシアはセリアより塩基性度が高いため、Rh3はセリア−ジルコニア複合酸化物粒子1にまで固溶することがない。そしてマグネシア層2が100nm以下と薄ければ、Rh3の少なくとも一部表面がマグネシア層2から表出し、排ガスとの接触確率が高まる。したがって高い浄化性能を示す。   That is, as shown in FIG. 3, Rh3 is supported on the surface of the magnesia layer 2 in the initial state. After the endurance test, even if Rh3 is solid-dissolved in the magnesia layer 2, since magnesia has a higher basicity than ceria, Rh3 does not dissolve in the ceria-zirconia composite oxide particles 1. If the magnesia layer 2 is as thin as 100 nm or less, at least a part of the surface of Rh3 is exposed from the magnesia layer 2 and the contact probability with the exhaust gas is increased. Therefore, high purification performance is exhibited.

本発明の排ガス浄化用触媒は、自動車用の各種排ガス浄化用触媒に用いることができる。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention can be used for various exhaust gas purifying catalysts for automobiles.

本発明の一実施例に係る排ガス浄化用触媒の模式的な説明図である。It is typical explanatory drawing of the catalyst for exhaust gas purification which concerns on one Example of this invention. 50%浄化温度を示すグラフである。It is a graph which shows 50% purification temperature. 本発明の触媒において、初期と耐久試験後の構造変化を示す説明図である。In the catalyst of this invention, it is explanatory drawing which shows the structural change after an initial stage and an endurance test.

符号の説明Explanation of symbols

1:セリア−ジルコニア複合酸化物粒子
2:マグネシア層(担持部)
3:Rh
1: Ceria-zirconia composite oxide particles 2: Magnesia layer (supporting part)
3: Rh

Claims (7)

少なくともセリアを含むセリア系酸化物からなる粒子と、セリアより塩基性度が高い塩基性酸化物からなり該粒子の表面に形成された担持部と、少なくとも該担持部に担持されたロジウムと、を含むことを特徴とする排ガス浄化用触媒。   A particle composed of a ceria-based oxide containing at least ceria; a supporting portion formed on the surface of the particle composed of a basic oxide having a higher basicity than ceria; and at least rhodium supported on the supporting portion. An exhaust gas purifying catalyst comprising: 前記担持部は厚さ数nm〜1μmの層状をなし前記粒子の表面を被覆している請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。   2. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1, wherein the supporting portion has a layer shape with a thickness of several nm to 1 μm and covers the surface of the particles. 前記担持部の厚さは数nm〜100nmである請求項2に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to claim 2, wherein the thickness of the supporting part is several nm to 100 nm. 前記セリア系酸化物はセリアを50質量%以上含むセリア−ジルコニア複合酸化物である請求項1〜請求項3のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the ceria-based oxide is a ceria-zirconia composite oxide containing 50 mass% or more of ceria. 前記塩基性酸化物はアルカリ土類金属酸化物及びスピネルから選ばれる少なくとも一種である請求項1〜4のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the basic oxide is at least one selected from alkaline earth metal oxides and spinel. 少なくともセリアを含むセリア系酸化物からなる粒子よりなる粉末に、アルカリ土類金属の水溶性塩と水溶性バインダとの混合水溶液を接触させ、乾燥して該粒子表面に皮膜を形成する工程と、
該皮膜を焼成して該粒子表面に塩基性酸化物層を形成する工程と、
該塩基性酸化物層にロジウムを担持する工程と、よりなることを特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。
Contacting a mixed aqueous solution of a water-soluble salt of an alkaline earth metal and a water-soluble binder with a powder composed of ceria-based oxide containing at least ceria, and drying to form a film on the particle surface;
Firing the coating to form a basic oxide layer on the particle surface;
A method for producing an exhaust gas purifying catalyst, comprising the step of supporting rhodium on the basic oxide layer.
前記セリア系酸化物はセリアを50質量%以上含むセリア−ジルコニア複合酸化物である請求項6に記載の排ガス浄化用触媒の製造方法。   The method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to claim 6, wherein the ceria-based oxide is a ceria-zirconia composite oxide containing 50 mass% or more of ceria.
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