JPH0871418A

JPH0871418A - 排ガス浄化用触媒担体および排ガス浄化用触媒

Info

Publication number: JPH0871418A
Application number: JP6234213A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakano; 幸次坂野; Yoko Kumai; 葉子熊井; Masahiro Sugiura; 正洽杉浦
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1996-03-19
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JP3436425B2

Abstract

(57)【要約】【目的】排ガス中の少なくとも炭化水素の浄化に用い
られる排ガス浄化用触媒の担体、および該炭化水素を低
温から浄化できる排ガス浄化用触媒の提供を目的とす
る。【構成】排ガス浄化用触媒担体は、タンタルまたはニ
オブの少なくとも１種を固溶させた酸化チタンからな
り、前記タンタルまたはニオブの少なくとも１種の固溶
量は、酸化チタンに対し、０．５〜５モル％であること
を特徴とする。また、排ガス浄化用触媒は、前記排ガス
浄化用触媒担体と、該担体に担持した白金族金属の少な
くとも一種以上とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の内燃機関、
あるいはボイラーや産業用廃棄物処理など各種の燃焼装
置から排出される排ガス中に含まれる炭化水素（Ｈ
Ｃ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_X）等の
有害ガスを浄化するのに用いられる排ガス浄化用触媒担
体、および排ガス中に含まれるとくに炭化水素が効率よ
く浄化できる排ガス浄化用触媒に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排ガス浄化用触媒として、アルミ
ナ等の多孔質担体に白金等の触媒金属を担持したものが
一般的に知られている。特開平５−２８５３８６号公報
では、セリウム、ジルコニウム、ネオジウム、ランタ
ン、およびアルミニウムの酸化物から選ばれる１種以上
の担体に、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、
イリジウム等の触媒金属を担持した触媒が開示されてい
る。この触媒によれば、排ガス中に含まれる炭化水素、
一酸化炭素、一酸化窒素（ＮＯ）を同時に浄化できる。

【０００３】また、特開平５−２５３４８３号公報で
は、アルミナからなる担体に銅−コバルトの複合酸化物
を担持した触媒が開示されている。この触媒によれば、
排ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素を浄化でき
る。

【０００４】これら上記従来の触媒では、担体として無
機質の多孔質担体が用いられている。これは、多孔質担
体が有するＢＥＴ比表面積の広さ、および固体酸性の強
さに着目して排ガスの浄化率向上を図ったものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、いずれも排ガス中のとくに炭化水素につい
て浄化（酸化）性能が十分ではなく、とくに自動車用排
ガス浄化触媒として用いるためには、更なる炭化水素浄
化性能の向上が望まれている。

【０００６】本発明者等は、排ガス浄化のメカニズムに
ついてその基礎から鋭意研究した。そして、酸化チタン
の有する半導体特性に着目した。この特性をさらに向上
させることができれば高性能な排ガス浄化用触媒担体に
なるのではないかと考えた。そこで、酸化チタンの半導
体的性質を向上させるべく鋭意研究し、さらに前記酸化
チタンを用いる触媒について各種の系統的実験を重ねた
結果、本発明を成すに至ったものである。

【０００７】本発明は、排ガス中の有害ガスを高効率で
浄化できる排ガス浄化用触媒担体の提供を目的とする。
また、さらに、本発明は、排ガス中のとくに炭化水素を
従来より低温から高効率で浄化できる排ガス浄化用触媒
の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（第１発明）本第１発明の排ガス浄化用触媒担体は、タ
ンタルまたはニオブの少なくとも１種を固溶させた酸化
チタンからなる排ガス浄化用触媒担体であって、前記タ
ンタルまたはニオブの固溶量は、酸化チタンに対し、
０．５〜５モル％であることを特徴とする。

【０００９】（第２発明）本第２発明の排ガス浄化用触
媒は、排ガス中の少なくとも炭化水素を浄化する排ガス
浄化用触媒であって、タンタルまたはニオブの少なくと
も１種を、酸化チタンに対し０．５〜５モル％固溶させ
た酸化チタンからなる担体と、前記担体に担持した白金
族金属の少なくとも一種以上とからなることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】

（第１発明の作用）酸化チタンは、チタンの電子価が２
価から４価まで変化することにより酸素量が変化する不
定比化合物である。このため、電子価が５価のタンタル
またはニオブの少なくとも１種をチタンの位置に配位さ
せる、すなわち固溶させることによりチタンの一部が３
価になり酸化チタンは不安定な形になる。不安定になっ
た酸化チタンは温度あるいは雰囲気の変化により酸素量
の変化が起こりやすくなるために半導体特性が向上す
る。この半導体特性が向上した酸化チタンは格子内の酸
素欠陥および電子の不足を生ぜしめ、担持する触媒金属
の活性を高めることができる。このために触媒担体とし
て優れた性能を発揮することができるものと推定され
る。

【００１１】酸化チタンに固溶させるタンタルまたはニ
オブの少なくとも１種の量が酸化チタンに対し、０．５
モル％未満では酸化チタンの半導体特性の変化が少な
い。また、５モル％を越えるとタンタルまたはニオブの
単独酸化物が残り、この酸化物が担持する触媒金属の活
性を低下させるので好ましくない。このため、酸化チタ
ンに固溶させるタンタルまたはニオブの少なくとも１種
の量は、酸化チタンに対し、０．５〜５モル％とする。
さらに好ましくは、１〜３．５モル％がよい。この範囲
において、酸化チタンの半導体特性はさらに向上するた
め、さらに優れた触媒担体となる。

【００１２】（第２発明の作用）タンタル（Ｔａ）また
はニオブ（Ｎｂ）の少なくとも１種を固溶させた酸化チ
タンからなる担体は、本第１発明の作用に記した理由に
より、半導体特性が向上している。この半導体特性が向
上した酸化チタンと白金族金属との間では、従来の触媒
より電子の授受が起こりやすくなっている。このため
に、白金族金属として例えば白金が担持されてなる場
合、該白金の触媒としての活性が向上する。

【００１３】すなわち、排ガス中の炭化水素は白金族金
属の電子が不足しているときに該白金族金属に吸着さ
れ、炭化水素中の炭素がラジカルを形成し、形成された
ラジカルに酸素が捕獲される。すなわち、炭化水素は酸
化される。この反応による酸化が起こりやすくなってい
るために、従来より低温から高効率で炭化水素の酸化が
可能であると推定される。

【００１４】酸化チタンに固溶させるタンタルまたはニ
オブの少なくとも１種の量が酸化チタンに対し０．５モ
ル％未満では、酸化チタンの半導体特性の変化が少な
く、該酸化チタンに担持した白金族金属に対し電子の授
受が少ないために好ましくない。また、５モル％を越え
るとタンタルまたはニオブの単独酸化物が残り、この酸
化物が白金族金属の活性を低下させるために好ましくな
い。このため、酸化チタンに固溶させるタンタルまたは
ニオブの少なくとも１種の量は、酸化チタンに対し、
０．５〜５モル％とする。さらに好ましくは、１〜３．
５モル％がよい。この範囲において、酸化チタンの半導
体特性はさらに向上し、担持した白金族金属に対し電子
の授受がさらに増大するために触媒活性がさらに向上す
る。

【００１５】

【発明の効果】

（本第１発明の効果）本第発明によれば、排ガス中の有
害ガスを高効率で浄化できる排ガス浄化用触媒担体を提
供することができる。

【００１６】（本第２発明の効果）本第２発明によれ
ば、排ガス中のとくに炭化水素を低温から高効率で浄化
できる排ガス浄化用触媒を提供することができる。

【００１７】

【実施例】

（発明の具体例）本第１発明において、酸化チタンにタ
ンタルおよび／またはニオブを固溶させるには、酸化チ
タンと、タンタルおよび／またはニオブを混合し、１２
００℃以上の温度で固相反応させることにより行うこと
ができる。温度が１２００℃未満では、未反応のタンタ
ルおよび／またはニオブの酸化物が残るために好ましく
ない。好ましくは、１３００〜１４００℃の温度範囲が
よい。この範囲において、固相反応を効率よく経済的に
進行させることができる。ここにおいて、準備する酸化
チタン、タンタルおよび／またはニオブの形状はとくに
限定しない。例えば、粉末、粒状等のものを用いること
ができる。

【００１８】また、酸化チタン以外にも半導体特性をも
つものは酸化チタンに代えて利用することができる可能
性がある。この場合、タンタルおよび／またはニオブを
固溶させることができるものであればさらに好ましい。

【００１９】また、前記固相反応の結果調製された触媒
担体は例えば粉末状または圧粉成形してペレット状にし
て用いてもよい。該粉末状またはペレット状の触媒担体
に触媒金属を担持して触媒とすることができる。また、
該触媒担体をコージエライト、アルミナ等のハニカムに
コートして用いることもできる。該ハニカムに触媒金属
を担持して触媒とすることができる。

【００２０】本第２発明において、タンタルまたはニオ
ブの少なくとも１種を固溶させた酸化チタンからなる担
体に担持する白金族金属としては、白金（Ｐｔ）、パラ
ジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、またはイリジウム
（Ｉｒ）を用いることができる。これらの白金族金属の
うち、白金、またはパラジウムが炭化水素の低温からの
浄化に対してとくに好ましい。

【００２１】これらの白金族金属を前記酸化チタンから
なる担体に担持する方法はとくに限定しない。例えば、
白金を溶解した水溶液を前記担体に含浸させた後、水分
を蒸発させ、その後熱処理により該担体に白金を固定す
る方法により担持させることができる。

【００２２】また、白金族金属の担持量は、担体１２０
ｇに対し、０．１〜１０ｇが好ましい。０．１未満では
触媒としての活性が見出せない。また、１０ｇを超える
と担持した白金族金属が粗大化し、触媒としての活性が
低下する。

【００２３】（実施例）（本実施例の触媒の調製）市販試薬のルチル型粉末から
なる酸化チタンを準備した。また、通常の市販試薬であ
る酸化タンタル粉末および酸化ニオブ粉末を準備した。
前記ルチル型酸化チタンと該酸化チタン１モルに対し表
１に示す固溶量に相当する所定量の前記酸化タンタルを
計量し、遊星ボールミルを用いて３０分間混合粉砕し、
酸化チタン、酸化タンタルからなる混合物を得た。

【００２４】

【表１】

【００２５】次に、得られた混合物を冷間静水圧プレス
により圧粉成形し成形物を得た。得られた成形物を大気
中１４００℃で５時間熱処理し、タンタルを酸化チタン
に固溶させた固溶体を得た。このとき、熱処理温度が１
２００℃未満ではタンタルは酸化チタンに固溶せず、酸
化タンタル、酸化チタンそれぞれの単独酸化物として存
在した。

【００２６】タンタルの酸化チタンへの固溶反応は、１
２００℃以上の温度で起き始め、１４００℃付近で安定
した固溶体ができた。このため、固溶熱処理温度は１４
００℃とした。次に、前記固溶体を乳鉢で粉砕し、粒径
が１００メッシュ以下の粉末にした後、白金（Ｐｔ）を
担持した。白金担持は、粉末状の前記固溶体に白金水溶
液を加え、１２０℃に加熱攪拌しつつ、蒸発乾固させた
後、３５０℃で熱処理して行った。このとき、白金の担
持量は粉末状の固溶体１２０ｇに対し２ｇとした。上記
の操作により、粉末状の本実施例の触媒Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．６を調製した。

【００２７】また、酸化チタンに固溶させる元素をタン
タルからニオブに変えたこと以外は上記工程と同様の操
作により、酸化チタンにニオブを表２に示す所定量固溶
させた担体と、該担体に担持した白金とからなる本実施
例の触媒Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１２を調製した。

【００２８】

【表２】

【００２９】上記触媒Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の調製法と同
様の操作により酸化チタンにタンタルおよびニオブを表
３に示す所定量固溶させた担体と、該担体に担持した白
金とからなる本実施例の触媒Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１８を
調製した。

【００３０】

【表３】

【００３１】担持させる白金族金属を白金に変えてパラ
ジウム（Ｐｄ）としたこと以外は上記触媒Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．６の調製法と同様の操作により、酸化チタンにタン
タルを表４に示す所定量担持させた本実施例の触媒Ｎ
ｏ．１９〜Ｎｏ．２４を調製した。

【００３２】

【表４】

【００３３】（比較例の触媒の調製）酸化チタンのみか
らなる担体に前記本実施例の触媒の調製法と同様の操作
により白金のみを担持させ、比較例の触媒Ｎｏ．２５を
調製した。

【００３４】また、担体としてアルミナを用い、該担体
１２０ｇに対し白金を２ｇ含浸担持させて比較例の触媒
Ｎｏ．２６を調製した。

【００３５】固溶させるタンタルまたはニオブの量を表
１〜表４に示す値としたこと以外は上記本実施例の触媒
の調製法と同様の操作により比較例の触媒Ｎｏ．２７〜
Ｎｏ．４４を調製した。

【００３６】（性能評価試験）前記本実施例および比較
例の触媒をタブレット状に圧粉成形した後、粒径が６〜
１０メッシュの顆粒に破砕した。破砕した前記各触媒７
ｃｃを固定床流通式反応装置に設置し、炭化水素として
ヘキサン（Ｃ₆Ｈ₁₄）：６００ｐｐｍ、一酸化炭素：１
０００ｐｐｍ、酸素：１０％、窒素バランスガスからな
るモデルガスを各触媒に導入し、入りガス温度を５００
〜１５０℃に変化させてヘキサンの５０％浄化温度を求
めた。結果を表１〜表４に示す。

【００３７】表１〜表４に示す結果から、本実施例の触
媒担体を用いた触媒は比較例の触媒に比べて、炭化水素
であるヘキサンを低温から浄化できることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｄ 53/94

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンタルまたはニオブの少なくとも１種
を固溶させた酸化チタンからなる排ガス浄化用触媒担体
であって、前記タンタルまたはニオブの固溶量は、酸化チタンに対
し、０．５〜５モル％であることを特徴とする排ガス浄
化用触媒担体。
【請求項２】排ガス中の少なくとも炭化水素を浄化す
る排ガス浄化用触媒であって、タンタルまたはニオブの少なくとも１種を、酸化チタン
に対し０．５〜５モル％固溶させた酸化チタンからなる
担体と、前記担体に担持した白金族金属の少なくとも一種以上
と、からなることを特徴とする排ガス浄化用触媒。