JP6284097B2 - 触媒の製造方法 - Google Patents
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。したがって、現状では、触媒性能を保証するため、シンタリングが生じた後でも排ガス浄化性能を十分発揮するように多量の貴金属を担持する必要があった。つまり、シンタリングにより貴金属粒子が肥大化して貴金属粒子一個当たりの表面積が減少しても、貴金属担持量が多ければ、担持される貴金属粒子の数は多くなり、触媒中のトータルの貴金属表面積を大きくすることができ、その結果として触媒性能が保証されることになる。しかし、貴金属は希少かつ高価であり、また生産国が限られることから供給量がほぼ毎年横ばいであり、近年の新興国の経済発展に伴うモータリゼイションや電子機器の生産および消費拡大による供給不安が懸念されている。特に貴金属使用量の多いディーゼル排ガス酸化触媒においては、貴金属使用量低減が重要な課題である。ディーゼル排ガス酸化触媒の貴金属の使用量を低減させるためには、担持された触媒の貴金属粒子の耐熱性を向上させることが近道であることは明白であるが、従来の含浸法による触媒調製では上述の通り触媒の耐熱性が低いため、新たな触媒調製方法を開発する必要がある。その触媒調製方法の候補の一つとして、貴金属ナノ粒子を触媒担体に担持する方法が考えられる。つまり、触媒担体上に担持された貴金属の粒子径が小さいほど、高温暴露によるシンタリングが顕著に進むことから、この新規の調製方法により数nm〜数十nm程度の粒子径の貴金属ナノ粒子が担持できれば、シンタリングの進行が抑制され、耐熱性が高くなる可能性が出てくると考えられる。
(1)細孔径1〜50nm、比表面積50〜1000m2/g、細孔容積0.3〜1.5ml/gの多孔体である触媒担体の表面上に、貴金属塩と前記触媒担体の細孔容積以下の量の還元剤とを共存させる第一工程と、
前記還元剤で前記貴金属塩から貴金属への還元反応を行い、貴金属粒子を前記触媒担体表面上に析出させる第二工程と、を有し、
前記第一工程の後、還元反応が生じる温度以下で乾燥を行い、次いで、前記第二工程の還元反応を行うことを特徴とする酸化触媒の製造方法。
(2)前記触媒担体がアルミナ及び/又はシリカであることを特徴とする上記(1)記載の酸化触媒の製造方法。
(3)前記貴金属が白金及び/又はパラジウムであることを特徴とする上記(1)または(2)記載の酸化触媒の製造方法。
(4)前記還元剤がアルコール、ポリアルキレングリコール及び有機酸のうちの少なくとも一種であることを特徴とする上記(1)から(3)のいずれかに記載の酸化触媒の製造方法。
(5)前記第一工程では、下記1)から3)のいずれかの方法によって前記触媒担体の表面上に前記貴金属塩と前記還元剤とを共存させることを特徴とする上記(1)から(4)のいずれかに記載の酸化触媒の製造方法。
2)触媒担体表面に貴金属塩担持の後還元剤を接触させる方法
3)触媒担体表面に還元剤接触後貴金属塩を担持させる方法
(6)前記第二工程の後、さらに焼成する工程を有することを特徴とする上記(1)から(5)のいずれかに記載の酸化触媒の製造方法。
(7)貴金属が白金とパラジウムであり、白金とパラジウムの混合割合が重量比で86:14〜99:1であることを特徴とする上記(1)から(6)のいずれかに記載の酸化触媒の製造方法。
(1)貴金属塩と還元剤の混合溶液を触媒担体表面に接触させる方法、例えば、貴金属塩の溶液に還元剤を溶解して得られる貴金属塩と還元剤の混合溶液と触媒担体の水懸濁液とを混合する方法、
(2)触媒担体表面に貴金属塩担持の後還元剤を接触させる方法、例えば、触媒担体に貴金属塩の水溶液を接触させて貴金属塩を担持させた後、還元剤を接触させる方法、
(3)触媒担体表面に還元剤を接触させた後貴金属塩を担持させる方法、例えば、触媒担体に還元剤を接触させた後、貴金属塩の水溶液を接触させる方法などがあげられる。
貴金属の析出量(担持量)は、触媒の用途にもよるが、通常触媒あたり0.5〜10重量%程度である。貴金属として、白金にパラジウムを併用すると、触媒活性が向上する。このように併用する場合には、触媒中の白金とパラジウムとの混合割合を、好ましくは84:16〜99:1、特に好ましくは90:10とする。
本実施例では、アルミナ担体表面上に白金ナノ粒子を直接析出担持させた触媒を下記のようにして製造した。
<実施例2>
本実施例では、アルミナ担体表面上にパラジウムナノ粒子を直接析出担持させた触媒を下記のようにして製造した。
<実施例3>
本実施例では、クエン酸を還元剤としてアルミナ担体表面上に白金ナノ粒子を直接析出担持させた触媒を下記のようにして製造した。
<実施例4>
本実施例では、シリカ担体表面上に白金ナノ粒子を直接析出担持させた触媒を下記のようにして製造した。
<実施例5>
(塩化白金酸を用いた本法によるPt(1wt%)/Al2O3触媒の調製)
本実施例では、白金ナノ粒子をアルミナ担体表面上に直接析出担持させた触媒を下記のようにして製造した。
<比較例1>
(塩化白金酸を用いた含浸法によるPt(1wt%)/Al2O3触媒の調製)
本法におけるエチレングリコール等の還元剤の添加を行わないと従来の含浸法となるため、比較のため還元剤未添加の条件で含浸法による触媒調製を行った。
<比較例2>
(予め作製したPtナノ粒子の含浸担持によるPt(1wt%)/Al2O3触媒の調製)
白金ナノ粒子分散させた溶液をあらかじめ調製しておき、この白金ナノ粒子分散液にアルミナ担体粉末(ジョンソンアンドマッセイ社製、比表面積:220m2/g、細孔直径:7nm、細孔容積:0.62ml/g)を含浸させ、蒸発乾固したのち、600℃で5時間焼成してPt(1wt%)/Al2O3触媒を5g調製した。使用した白金ナノ粒子分散液の調製は、以下のように行った。25mlの蒸留水に0.13270gの塩化白金酸六水和物を溶解し、これに貴金属ナノ粒子の保護剤としてポリビニールピロリドン(K−30)を0.1424g添加し、0℃に保持した。この溶液に還元剤である0.0970gのNaBH4を25mlの蒸留水に溶解した水溶液を加え、溶液中で塩化白金酸を瞬時に還元し、白金ナノ粒子分散溶液を得た。使用前には、この分散液を透析法により分散液中に含まれるCl、Na、Bイオン等を除去し、精製した。
<比較例3>
(塩化白金酸を用いた含浸法によるPt(2wt%)/Al2O3触媒の調製)
含浸法による触媒調製を行った。乾燥したアルミナ担体粉末(ジョンソンアンドマッセイ社製、比表面積:220m2/g、細孔直径:7nm、細孔容積:0.62ml/g)を1.96g秤量し、3mlの蒸留水を加え懸濁させた。つぎに、白金担持量が2wt%となる塩化白金酸・六水和物を0.1062g秤量し、これを3mlの蒸留水に溶解した溶液を調製した。この溶液を先のアルミナ担体の懸濁液に撹拌しながら加え、含浸させた。
<試験例1>
(金属分散度測定による耐熱試験の評価)
耐熱試験は、実施例5、比較例1および比較例2のアルミナ担持白金触媒を電気炉で、空気中750℃50時間加熱を加えることにより行った。触媒分析装置(日本ベル(株)社製、BELCAT−A)を用いて、調製したアルミナ担持白金触媒の耐熱試験前後の金属分散度をCOパルス法により測定した。触媒の前処理条件は、400℃で酸素気流中、水素気流中の順で処理した。測定温度は50℃として、Heキャリアーガス中に10vol%CO−He混合ガスを一定量のパルスガスとして触媒試料に導入し、COの吸着量を求めた。金属表面露出原子1個に対して一分子のCOが吸着すると仮定して、CO分子の吸着量から金属の表面積を算出し、さらに金属表面積と触媒中に含まれる白金量から白金の表面露出率すなわち金属分散度を計算した。金属分散度が低いほど、金属粒子の大きさが大きいことになる。また、貴金属の担持量と金属の表面積をもとに貴金属の粒子径を計算した。
<試験例2>
(炭化水素酸化反応試験による耐熱性の評価)
炭化水素酸化反応試験はディーゼル排ガスの成分を模した模擬ガスを使用し、反応で生成したCO2をCO2計で測定して反応ガス中の有機物のCO2への転化率を算出した。模擬ガスの成分は、N2をバランスガスとして、NO=200ppm,O2=5%,n−デカン(C10H22)=1780ppmC,1−メチルナフタレン(C11H10)=220ppmC,H2O=10%とした。反応は、管状電気炉中央に設置した石英製反応管に触媒を10mg入れ、模擬ガスを100ml/minの流速で流し、電気炉を120℃から600℃まで10℃/minの昇温速度で加熱し、さらに600℃から150℃まで10℃/minの降温速度で降温した。昇温側では反応開始前の低い温度域で触媒に反応ガス中の有機物が吸着・蓄積して見かけの転化率が増加するため、反応評価は降温側を使用した。
<実施例6>
(本法によるPt−Pd複合粒子触媒の調製)
本実施例では、白金−パラジウム複合粒子をアルミナ担体表面上に直接析出担持させた触媒(白金−パラジウム複合粒子触媒)を下記のようにして製造した。
<比較例4>
(含浸法によるPt−Pd/Al2O3触媒の調製)
乾燥したアルミナ担体粉末(水澤化学工業(株)社製、Siドープアルミナ、SiO2含有率:4.5wt%、比表面積:275m2/g、細孔直径:6.7nm、細孔容積:0.47ml/g)を1.98g秤量し、3mlの蒸留水を加え懸濁させた。つぎに、貴金属担持量の合計が1wt%でかつ白金とパラジウムの重量比(Pd/(Pd+Pt))が0.0,0.1,0.2,0.3,0.5となるよう、ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液およびジニトロジアンミンパラジウム硝酸水溶液を所定量秤量し、これらを3mlの蒸留水に溶解した溶液を調製した。この溶液を先のアルミナ担体の懸濁液に撹拌しながら加えた。
<試験例3>
(パラジウムとの複合化による白金触媒の耐熱性向上)
実施例6と比較例4で調製した白金とパラジウムを複合化した触媒について、750℃−50時間の耐熱試験前後の金属分散度と炭化水素酸化反応試験の測定を行い、パラジウムとの複合化によるアルミナ担持白金触媒の耐熱性の向上について検討を行った。なお、耐熱試験は試験例1記載の耐熱試験と同様の方法で行い、炭化水素酸化反応試験は試験例2記載の炭化水素酸化反応試験と同様の方法で行った。
<実施例7>
(ポリエチレングリコールを還元剤としたPt(1wt%)/Al2O3触媒の調製)
本実施例では、ポリエチレングリコールを還元剤として白金粒子をアルミナ担体上に直接析出担持させた触媒を下記のようにして製造した。
<試験例4>
実施例7で得られた触媒について炭化水素酸化反応試験による触媒活性評価を行い、酸化触媒活性に対する還元剤として用いたポリエチレングリコールの分子量の影響について検討した。
Claims (7)
- 細孔径1〜50nm、比表面積50〜1000m2/g、細孔容積0.3〜1.5ml/gの多孔体である触媒担体の表面上に、貴金属塩と前記触媒担体の細孔容積以下の量の還元剤とを共存させる第一工程と、
前記還元剤で前記貴金属塩から貴金属への還元反応を行い、貴金属粒子を前記触媒担体表面上に析出させる第二工程と、を有し、
前記第一工程の後、還元反応が生じる温度以下で乾燥を行い、次いで、前記第二工程の還元反応を行うことを特徴とする酸化触媒の製造方法。 - 前記触媒担体がアルミナ及び/又はシリカであることを特徴とする請求項1記載の酸化触媒の製造方法。
- 前記貴金属が白金及び/又はパラジウムであることを特徴とする請求項1または2記載の酸化触媒の製造方法。
- 前記還元剤がアルコール、ポリアルキレングリコール及び有機酸のうちの少なくとも一種であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の酸化触媒の製造方法。
- 前記第一工程では、下記(1)から(3)のいずれかの方法によって前記触媒担体の表面上に前記貴金属塩と前記還元剤とを共存させることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の酸化触媒の製造方法。
(1)貴金属塩と還元剤の混合溶液を触媒担体表面に接触させる方法
(2)触媒担体表面に貴金属塩担持の後還元剤を接触させる方法
(3)触媒担体表面に還元剤接触後貴金属塩を担持させる方法 - 前記第二工程の後、さらに焼成する工程を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の酸化触媒の製造方法。
- 貴金属が白金とパラジウムであり、白金とパラジウムの混合割合が重量比で86:14〜99:1であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の酸化触媒の製造方法。
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