(57)【要約】  カーボン燃焼開始温度の低い排気ガス浄化用触媒の製造方法を提供する。  （Ａ）銀含有化合物と、セリウム含有化合物と、セリウムを除く希土類元素含有化合物とを、または（Ｂ）銀含有化合物と、セリウムおよびとセリウムを除く希土類元素含有化合物とを、乳酸の水溶液で溶解して溶液を製造する溶解工程と、前記溶液を乾燥焼成する乾燥焼成工程とから、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物と、銀および／または銀の酸化物とを含む排気ガス浄化用触媒の製造方法。
2012073975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）銀含有化合物と、セリウム含有化合物と、セリウムを除く希土類元素含有化合物とを、または（Ｂ）銀含有化合物と、セリウムおよびセリウムを除く希土類元素含有化合物とを、乳酸の水溶液で溶解して溶液を製造する溶解工程と、
前記溶液を乾燥焼成する乾燥焼成工程とを有することを特徴とする、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物と銀および／または銀の酸化物とを含む排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項２】
前記複合酸化物が、ＬｎｘＣｅ１−ｘＯ２−δ（但し、Ｌｎは、セリウムを除く希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは、０＜ｘ＜０．５であり、δは、酸素欠損量を示し、０＜δ＜０．２５である。）で表される請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項３】
銀含有化合物、セリウム含有化合物、およびセリウムを除く希土類元素含有化合物が、いずれも酢酸塩である請求項１または２に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項４】
セリウムを除く希土類元素がサマリウムである請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項５】
前記乾燥焼成工程の後、さらに解砕・粉砕工程を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項６】
前記乾燥焼成工程における焼成温度が、３３５〜８００℃である請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項７】
セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物に含まれるセリウムのモル数（Ｃｅ）とセリウムを除く希土類元素のモル数（Ｌｎ）との和である（Ｃｅ+Ｌｎ）に対する、銀および／または銀の酸化物に含まれる銀のモル数である（Ａｇ）の比率を、（Ａｇ）／（Ｃｅ+Ｌｎ）と表すとき、（Ａｇ）／（Ｃｅ+Ｌｎ）が、１／９〜９／１である請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項８】
（Ａ）銀含有化合物と、セリウム含有化合物と、セリウムを除く希土類元素含有化合物、または（Ｂ）銀含有化合物と、セリウムおよびセリウムを除く希土類元素含有化合物に含まれる、銀のモル数をＡｇｍ、セリウムのモル数をＣｅｍ、及びセリウムを除く希土類元素のモル数をＬｎｍと表し、乳酸の水溶液に含まれる乳酸のモル数をＬａｍと表すとき、Ｌａｍ／（Ａｇｍ+Ｃｅｍ+Ｌｎｍ）が、１０／１〜０．１／１である請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項９】
銀および／または銀の酸化物に含まれる金属銀の含有率が７０〜１００モル％である請求項１〜８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかの製造方法で製造された触媒を、フィルター媒体に担持させたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンなどから排出される排気ガスに含まれる浮遊粒子状物質を浄化するための排気ガス浄化用触媒の製造方法および排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル燃料を用いる内燃機関は、ガソリン燃料を用いる内燃機関に比べて熱効率が高いことから省エネルギー型のエネルギー機関として注目されている。
ディーゼル機関は、熱効率が高いが、その排気ガスにカーボン、炭化水素、サルフェートなどからなる、粒径が１０μｍ以下であるような微小な浮遊粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ（ＰＭ））を多く含んでいる。浮遊粒子状物質は、大気汚染の主要因と考えられており、また発ガン性や喘息などの疾病との因果関係も指摘されている人体にとって有害物質であって、大気中に放出する前に無害化する処理が必要である。【０００３】
浮遊粒子状物質を浄化するために、一般的にＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）と呼ばれるセラミックス製のフィルターなどの捕集装置が用いられている。捕集装置により捕集された浮遊粒子状物質は、捕集装置内で燃焼されることにより無害の気体に変化し浄化される。【０００４】
浮遊粒子状物質中の主成分であるカーボンを燃焼させるには、少なくとも６００℃程度の高温状態にまで加熱することが必要である。このような高温状態を実現するためには、捕集装置に断熱機構を組み込む必要が生じ、捕集装置が大型になるために、自動車などの移動体に捕集装置を実装する点では不利である。加えて、そのような高温状態を作り出すためには過剰なエネルギーを必要とするため、エネルギーの有効利用という観点からも不利である。そのため、より低い温度において、浮遊粒子状物質を燃焼することができる方法が求められている。【０００５】
通常、ＤＰＦは、フィルター内部に例えば白金その他の貴金属を含む酸化触媒層を担持することにより形成し、比較的低温で、浮遊粒子状物質を燃焼せしめることができる構造になっている。
従来、このような酸化触媒に関しては、多くの提案がされている。例えばセリアと銀からなる触媒を用いることが提案されている。（特許文献１および特許文献２参照）【０００６】
銀と、サマリウムをドープした複合酸化物であるセリアとからなる排気ガス浄化用触媒は、セリア中のセリウムイオンＣｅ４＋の一部をセリウムイオンよりも価数の低いサマリウムイオンＳｍ３＋で置換したものである。この置換により酸素サイトに欠損が生じるために、セリアより高い酸素イオン伝導度を有する。この高い酸素イオン伝導度のために、サマリウムをドープしたセリアと銀とからなる排気ガス浄化用触媒のカーボン燃焼開始温度は低温化が期待される。【０００７】
特許文献３には、少なくともセリウムを含む複合酸化物と、銀を含む金属または銀化合物とを含む排気ガスの浄化用触媒において、複合酸化物が、セリウムとＬｎ（Ｌｎは、ランタン、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホロミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、イットリウムおよびスカンジウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を示す。）からなる蛍石型結晶構造を有する複合酸化物であることを特徴とする排気ガス浄化用触媒が記載されている。【０００８】
特許文献３で開示されているＡｇ／Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２−δの製造方法は、炭酸セリウムと炭酸サマリウムからなる懸濁液に、炭酸アンモニウムとクエン酸を加え、７０℃〜８０℃の温度で反応させ、さらに炭酸銀とクエン酸を投入し、反応した後、この懸濁液を乾燥させて、乾燥物を焼成するというものである。この製造方法により得られたＡｇ／Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２−δとカーボンブラックとの混合物のＤＴＡ（示差熱分析）ピーク温度Ｔｍは、３３５℃であった。このＤＴＡピーク温度は低いものであったが、実際に触媒として使用する場合にはＤＴＡピーク温度よりも、むしろカーボン燃焼開始温度の方が重要であり、カーボン燃焼開始温度が２５０℃より低いセリウムを除く希土類元素をドープしたセリアと銀および／または銀の酸化物とからなる排気ガス浄化用触媒とその製造方法の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】日本特開２００７−２９６５１８号公報
【特許文献２】日本特開２００７−３１５３２８号公報
【特許文献３】日本特開２０１０−００５５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、カーボン燃焼開始温度の低い、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物と、銀および／または銀の酸化物とからなる排気ガス浄化用触媒の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記のような課題を達成するために鋭意検討したところ、乳酸を使用した製造方法で製造した、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物と、銀および／または銀の酸化物とからなる排気ガス浄化用触媒が、低いカーボン燃焼開始温度を示すことを見出し、本発明を完成した。【００１２】
本発明は以下の要旨を有する。
１．（Ａ）銀含有化合物と、セリウム含有化合物と、セリウムを除く希土類元素含有化合物とを、または（Ｂ）銀含有化合物と、セリウムおよびセリウムを除く希土類元素含有化合物とを、乳酸の水溶液で溶解して溶液を製造する溶解工程と、前記溶液を乾燥焼成する乾燥焼成工程とを有することを特徴とする、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物と銀および／または銀の酸化物とを含む排気ガス浄化用触媒の製造方法。
２．前記複合酸化物が、ＬｎｘＣｅ１−ｘＯ２−δ（但し、Ｌｎは、セリウムを除く希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは、０＜ｘ＜０．５であり、δは、酸素欠損量を示し、０＜δ＜０．２５である。）で表される上記１に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
３．銀含有化合物、セリウム含有化合物、およびセリウムを除く希土類元素含有化合物が、いずれも酢酸塩である上記１または２に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
４．セリウムを除く希土類元素がサマリウムである上記１〜３のいずれか１つに記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
５．前記乾燥焼成工程の後、さらに解砕・粉砕工程を有する上記１〜４のいずれか１つに記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
６．前記乾燥焼成工程における焼成温度が、３３５〜８００℃である上記１〜５のいずれか１つに記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
７．セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物に含まれるセリウムのモル数（Ｃｅ）とセリウムを除く希土類元素のモル数（Ｌｎ）との和である（Ｃｅ+Ｌｎ）に対する、銀および／または銀の酸化物に含まれる銀のモル数である（Ａｇ）の比率を、（Ａｇ）／（Ｃｅ+Ｌｎ）と表すとき、（Ａｇ）／（Ｃｅ+Ｌｎ）が、１／９〜９／１である上記１〜６のいずれか１つに記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
８．Ａ）銀含有化合物と、セリウム含有化合物と、セリウムを除く希土類元素含有化合物、または（Ｂ）銀含有化合物と、セリウムおよびセリウムを除く希土類元素含有化合物に含まれる、銀のモル数をＡｇｍ、セリウムのモル数をＣｅｍ、及びセリウムを除く希土類元素のモル数をＬｎｍと表し、乳酸の水溶液に含まれる乳酸のモル数をＬａｍと表すとき、Ｌａｍ／（Ａｇｍ+Ｃｅｍ+Ｌｎｍ）が、１０／１〜０．１／１である上記１〜７のいずれか１つに記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
９．銀および／または銀の酸化物に含まれる金属銀の含有率が７０〜１００モル％である上記１〜８のいずれか１つに記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
１０．上記１〜９のいずれかの製造方法で製造された触媒を、フィルター媒体に担持させたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る製造方法によれば、カーボン燃焼開始温度の低い排気ガス浄化用触媒を提供することができる。この排気ガス浄化用触媒をＤＰＦに使用することにより、より低い温度において、浮遊粒子状物質を燃焼することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１および比較例１におけるＴＧ曲線を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物と、銀および／または銀の酸化物とを含有する排気ガス浄化用触媒の製造方法および排気ガス浄化装置に関するものである。以下に、その製造方法について説明する。
【００１６】
本発明に係る製造方法の原料となる粉末は、以下のような銀含有化合物、セリウム含有化合物、セリウムを除く希土類元素含有化合物、セリウムおよびセリウム以外の希土類元素含有化合物である。
銀含有化合物は、銀を含む酸化物、硝酸塩、炭酸塩または酢酸塩などである。
セリウム含有化合物は、セリウムを含む酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩またはアルコキシドなどである。
セリウムを除く希土類元素含有化合物は、セリウムを除く希土類元素を含む酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩またはアルコキシドなどである。
セリウムおよびセリウム以外の希土類元素含有化合物は、セリウムと、セリウム以外の希土類元素とを含有する、酸化物、硝酸塩、炭酸塩または酢酸塩などの化合物である。
ここで、セリウムを除く希土類元素とは、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）およびスカンジウム（Ｓｃ）のことをいう。
セリウムを除く希土類元素としては、サマリウムまたはガドリニウムが好ましく、サマリウムが特に好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る製造方法の原料は、銀と、セリウムと、セリウムを除く希土類元素の３元素をそれぞれ別々に含有する化合物でもよく、さらには銀と、セリウムと、セリウムを除く希土類元素のうち、任意の２種類以上の元素を同時に含有する化合物であってもよい。
【００１８】
原料は１つの元素につき酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩およびアルコキシドなどから選ばれた任意の１種以上の化合物を元素源として選択することができる。水に対する溶解性が高いこと、焼成による有機成分の除去が容易であることから、原料としては酢酸塩が特に好ましい。
【００１９】
まず、銀とセリウムとセリウムを除く希土類元素とが目的の組成になるように原料粉末を秤量する。
一方、乳酸を量り採り、水に溶解させる。乳酸の量は、銀とセリウムとセリウムを除く希土類元素の組成比にもよるが、これらの化合物が完全に溶解するのに足りる量であればよい。具体的には、通常、乳酸は、原料粉末中の金属元素のモル数の合計量、すなわち、銀のモル数と、セリウムのモル数と、セリウムを除く希土類元素のモル数との合計量に対して０．１〜１０倍のモル量を使用するのが好ましい。
具体的には、（Ａ）銀含有化合物と、セリウム含有化合物と、セリウムを除く希土類元素含有化合物、または（Ｂ）銀含有化合物と、セリウムおよびセリウムを除く希土類元素含有化合物に含まれる、銀のモル数をＡｇｍ、セリウムのモル数をＣｅｍ、及びセリウムを除く希土類元素のモル数をＬｎｍと表し、乳酸の水溶液に含まれる乳酸のモル数をＬａｍと表すとき、Ｌａｍ／（Ａｇｍ+Ｃｅｍ+Ｌｎｍ）が、１０／１〜０．１／１であるのが好ましく、なかでも１０／１〜０．５／１であるのが好ましく、特に５／１〜２／１であるのが好ましい。
【００２０】
０．１〜１０倍のモル量であると、比較的短時間で原料粉末を完全に乳酸を含む水溶液に溶解することができる。なお、本発明では必要に応じて、原料粉末の溶解性に悪影響を与えることがなく、かつ、焼成により消失する有機または無機の化合物、例えば他の酸やアルカリ、溶解性改善剤、粘性調整剤などを乳酸水溶液に加えてもよい。乳酸水溶液に使用する水は、純水でも、イオン交換水でもよいが、生成物中の不純物量を低減させるために、イオン交換水が特に好ましい。
【００２１】
次に、乳酸水溶液の入った反応容器に秤量した原料粉末を加え、攪拌装置を用いて原料粉末が完全に溶解するまで攪拌する。攪拌装置には、マグネチックスターラー、攪拌翼による攪拌機などが使用できる。銀含有化合物、セリウム含有化合物およびセリウムを除く希土類元素含有化合物を混合してから、乳酸水溶液に加えてもよい。場合によっては、原料である銀含有化合物、セリウム含有化合物およびセリウムを除く希土類元素含有化合物のそれぞれを別々に乳酸水溶液に溶解させた後、その溶液を混ぜ合わせて、３成分が溶解した乳酸水溶液にしてもよい。
【００２２】
短時間で原料を完全に溶解させるためには、原料を溶解する際に、反応容器を加熱することが好ましい。加熱温度は、原料が溶解する温度ならば特に限定されないが、溶媒である水が蒸発することから、１００℃以下が好ましく、通常５０℃から８０℃の範囲が特に好ましい。原料粉末が乳酸水溶液に完全に溶解するのは、原料粉末中の金属元素が、乳酸中のカルボキシル基や水酸基と錯体を形成するためであると考えられる。
【００２３】
原料が溶解した後、反応容器を加熱した状態で、３０分から２時間撹拌することが好ましい。原料粉末中の金属元素と乳酸中のカルボキシル基や水酸基との錯体形成反応を十分に進行させることにより、完全に原料粉末を乳酸水溶液に溶解させ、反応させるためである。原料粉末を完全に乳酸水溶液に溶解することにより、銀を含有する原料と、セリウムを含有する原料と、セリウムを除く希土類元素を含有する原料とを、分子レベルで均一に混合することができると推定される。
【００２４】
本発明において、乾燥焼成工程は、以下に述べるように、乾燥工程の後に、さらに別途焼成工程を行う２工程からなる工程であってもよく、乾燥工程とその後の焼成工程を、連続的な一つの工程とする工程であってもよい。
具体的には、上記の原料粉末が溶解した溶液を乾燥する。乾燥温度は、５０℃〜２００℃とすることが好ましい。
乾燥温度は、後述する再溶解工程を伴う場合には、５０℃〜１１０℃が好ましく、８０℃〜１００℃がより好ましい。加熱がない場合と比較して短時間で原料粉末を乾燥することができ、かつ乳酸が蒸発しない温度範囲であるからである。ここで得られる乾燥物は、原料粉末の乳酸水溶液中の水分が蒸発した原料粉末と乳酸とからなる塊状物であり、またその後の再溶解工程の妨げにならない程度に水分を含んでいてもよい。例えば、原料粉末が溶解した溶液中の水分の８０％以上が蒸発していればよい。
【００２５】
その後、必要に応じて、その乾燥物を水に再溶解する。再溶解することにより、銀を含有する原料とセリウムを含有する原料とセリウムを除く希土類元素を含有する原料とがより均一になるので好ましい。乾燥物を再溶解した溶液は、１２０℃〜２００℃で乾燥することが好ましく、１５℃〜２００℃で乾燥することがより好ましい。上記乾燥物を完全に再乾燥することができるため、再乾燥粉の回収が容易となり、かつ再乾燥物の酸化反応が始まる程、温度が高くないからである。
一方、再溶解工程を伴わない場合には、乾燥温度を１２０℃〜２００℃とすることがより好ましく、１５０℃〜２００℃が特に好ましい。同様に、得られる乾燥物は原料粉末の乳酸水溶液の水分が蒸発し、原料粉末と乳酸との塊状物であり、後の焼成工程の妨げにならない程度に水分を含んでいてもよい。
【００２６】
次に、乾燥させた混合原料粉末を焼成容器に移し、焼成炉にて焼成する。焼成容器の材質は、特に限定されず、例えばアルミナ、ムライト、コージェライトなどが挙げられる。焼成炉は電気式またはガス式のシャトルキルンでも、場合によってはローラーハースキルンでもロータリーキルンでもよく、特に限定されない。
焼成工程においては、焼成炉の温度を２０℃／時〜５００℃／時の昇温速度で目的の焼成温度まで上げることが好ましい。昇温速度がこの範囲であれば、比較的短時間で、目的の焼成温度まで到達することができ、かつ昇温過程の各温度で反応物質の化学反応を十分に進行させることができるからである。
【００２７】
焼成温度は、３３５℃〜８００℃が好ましく、３５０℃〜６００℃がより好ましい。３３５℃〜８００℃であると反応生成物中に未反応物が残留しにくく、焼成物の焼結が進行しにくいためである。
【００２８】
焼成時間は目的の触媒化合物が生成すればよく、特に限定されない。通常は焼成温度範囲に到達した後に０.５時間〜７２時間保持することが好ましく、１時間〜２４時間保持することがより好ましい。反応生成物中の未反応物の残留がなく、生産性が低下することもないためである。焼成を行う際の焼成炉の雰囲気は、酸素含有雰囲気、特に空気中（大気中）であることが好ましい。
【００２９】
焼成を所定時間行った後、室温まで降温する。降温速度は、１００℃／時〜８００℃／時が好ましく、１００℃／時〜５００℃／時がより好ましい。生産性が落ちることなく、かつ焼成容器が熱衝撃により割れにくくなるためである。
次いで、焼成工程で得られた酸化物を解砕・粉砕（解砕・粉砕工程）する。解砕にはカッターミル、ジェットミル、アトマイザー、乳鉢などの解砕・粉砕機を用い、一般に乾式で行う。解砕粉は、必要に応じて乾式または湿式で目的の粒度まで粉砕する。解砕後または粉砕後の体積平均粒径（以下、Ｄ５０とする。）は、好ましくは１．０μｍ〜５０．０μｍ、より好ましくは５．０μｍ〜１５．０μｍである。また、比表面積は、好ましくは５ｍ２／ｇ〜１２０ｍ２／ｇ、より好ましくは１５ｍ２／ｇ〜１２０ｍ２／ｇである。Ｄ５０が１．０μｍ〜５０．０μｍ、または比表面積が５ｍ２／ｇ〜１２０ｍ２／ｇであると好ましいのは、排気ガス浄化用触媒としての触媒能が高いからである。体積平均粒径は湿式の粒度分布計で測定し、比表面積は窒素吸着法によるＢＥＴ法により測定する。
また、上記のように個別の２工程とする、乾燥工程とその後の焼成工程とは、連続的な一つの工程とすることもできる。この場合には、噴霧熱分解装置等を用いることができる。
【００３０】
本発明に係る製造方法により得られる排気ガス浄化用触媒は、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物と、銀および／または銀の酸化物とからなる化合物である。セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物は、ＬｎｘＣｅ１−ｘＯ２−δ（但し、Ｌｎは、セリウムを除く希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは、０＜ｘ＜０．５であり、δは、酸素欠損量を示し、０＜δ＜０．２５である。）の組成式で表されることが好ましい。この複合酸化物は、蛍石型構造をとっており、高い酸素イオン伝導度を有するからである。なかでも、ＬｎがサマリウムであるＳｍｘＣｅ１−ｘＯ２−δは、酸素イオン伝導度が高いので好ましい。
【００３１】
本発明の排気ガス浄化用触媒において、セリウムとセリウムを除く希土類元素とを含有する複合酸化物に含まれるセリウムのモル数（Ｃｅ）とセリウムを除く希土類元素のモル数（Ｌｎ）との和である（Ｃｅ+Ｌｎ）に対する、銀および／または銀の酸化物に含まれる銀のモル数である（Ａｇ）の比率を、（Ａｇ）／（Ｃｅ+Ｌｎ）と表すとき、（Ａｇ）／（Ｃｅ+Ｌｎ）が、１／９〜９／１であるのが好ましく、３／７〜７／３であるのがさらに好ましく、４／６〜６／４であるのが特に好ましい。１／９以上であると触媒活性をより高く、９／１以下であると触媒コストをより低くできるので好ましい。
本発明に係る製造方法により得られる排気ガス浄化用触媒に含まれる銀および／または銀の酸化物の含有比率は、０．１〜９０モル％の範囲で排気ガス浄化用触媒として使用可能である。一方、本発明に係る製造方法により得られる排気ガス浄化用触媒に含まれる上記複合酸化物の含有比率は、１０〜９９．９モル％の範囲で排気ガス浄化用触媒として使用可能である。
本発明に係る製造方法により得られる排気ガス浄化用触媒に含まれる、銀および／または銀の酸化物に含まれる金属銀の含有率は、７０〜１００モル％であるのが好ましい。銀の酸化物としては、Ａｇ２Ｏ又はＡｇＯが挙げられる。
【００３２】
本発明の製造方法で製造した排気ガス浄化用触媒は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるカーボンを含む浮遊粒子状物質を捕集可能なフィルター媒体に担持させ、排気ガス浄化装置として使用するものである。
【００３３】
ここで、排気ガス浄化装置は、本発明の排気ガス浄化用触媒を備えるものであればよく、実施形態は特に限定されず、通常の形態を適用することができる。好適な実施形態の１つとしては、ディーゼル機関の排出ガスの排出口に浮遊粒子状物質を捕集できるフィルターを設置した装置が例示される。このフィルターの形状は特に限定されず、本発明の排気ガス浄化用触媒を備えるものであればよいが、十分な浮遊粒子状物質捕集機能を有するものが好ましい。例えば、ハニカム状、モノリス状、ペレット状、フォーム状、ファイバー状、発泡状のセラミックスまたはワイヤメッシュ等の形状が使用できる。これらの中でも、ウォールスルー型ハニカム形状のフィルターがより好ましい。
【００３４】
フィルター媒体の材質は特に限定されないが、コージェライト、炭化ケイ素、ムライト、アルミナ、ジルコニアなどの多孔質状耐熱セラミックス、またはクロム、アルミニウムなどを含むステンレス鋼が好適に使用される。
例えば、これらのウォールスルー型ハニカム形状のフィルター上に、浸漬法や共沈法などの手段で本発明に係る排気ガス浄化用触媒を付着（担持）させ、これを焼成することにより、触媒層を形成することができる。
【００３５】
なお、上記のセラミックスや金属は、酸化触媒の担体としても使用することができる。例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカなどの無機粉末である粒子状担体上に、浸漬法や共沈法などの手段により、本発明に係る触媒を担持させ、触媒を担持させた無機粉末を上記の耐熱性セラミックス、またはステンレス鋼上に設置し使用することも好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明を説明する。ただし、これらは単なる実施の態様の一例であり、本発明の技術的範囲がこれら実施例に限定されたり、また、これにより限定的に解釈されたりするものではない。【００３７】
［実施例１］
撹拌機を備えた１Ｌ（リットル）ビーカー中で、Ｃｅ：Ｓｍ：Ａｇがモル比で４：１：５となるように、酢酸セリウム６．７０ｇ、酢酸サマリウム１．９９ｇ、酢酸銀４．１７ｇと乳酸１８．０１ｇ（酢酸セリウム中のセリウムのモル数と、酢酸サマリウム中のサマリウムのモル数と、酢酸銀中の銀のモル数との合計量に対して４倍のモル量に相当する。）に５００ｍＬのイオン交換水を加え、設定温度を８０℃とし、１５分間撹拌した。その結果、酢酸セリウムと酢酸サマリウムおよび酢酸銀は、完全に溶解し、溶液状態になった。溶解を確認した後、同様の設定温度でさらに１時間撹拌を継続した。【００３８】
得られた溶液を９０℃に設定した乾燥機で乾燥し、見かけ上液体としての水分がなくなるまで水分を除去した。得られた乾燥物に５００ｍＬのイオン交換水を加え、常温で乾燥物を再溶解した後、その溶液を１９０℃に設定したマントルヒーターで６時間乾燥し、乾燥粉末を得た。その後、乾燥粉末をアルミナ製の匣鉢に移し、空気中にて４００℃で６時間保持して焼成した。なお、室温から４００℃までの昇温速度、および４００℃から室温までの降温速度は、共に１２０℃／時とした。得られた焼成物を乳鉢で解砕し、Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２−δ（δ＝０．１）の組成を有する複合酸化物と銀とを含む灰色の粉末を得た。当該灰色の粉末を「カーボン燃焼触媒Ａ」とし、粉末中の複合酸化物を「複合酸化物ａ」とする。【００３９】
（Ｘ線回折測定）
カーボン燃焼触媒ＡのＸ線回折測定を行った。Ｘ線回折測定には、Ｒｉｇａｋｕ社製のＸＲＤ測定装置（ＲＩＮＴ２０００）を使用した。４０ｋＶ×４０ｍＡの出力のＣｕＫα線をＸ線源とし、２°／分のスキャン速度で測定した。その結果、Ｘ線回折により、カーボン燃焼触媒Ａは、複合酸化物ａの結晶構造が蛍石型構造であり、酸化銀を含まず、銀は金属銀として存在していることが確認された。よって、カーボン燃焼触媒Ａは、複合酸化物ａと金属銀との混合物であることが確認された。【００４０】
（粒度分布測定）
カーボン燃焼触媒Ａの粒度分布を測定した。少量のカーボン燃焼触媒Ａを以下のようにイオン交換水に分散させて試料を調製した。分散剤として和光純薬社製の二リン酸ナトリウム十水和物を使用した濃度０．２４重量％の水溶液を用いた。約０．０５ｇのカーボン燃焼触媒Ａと分散剤とイオン交換水とから全体が１０ｍｌとなるように分散液を調製し、超音波を照射したものを試料とした。測定には、ＨＯＲＩＢＡ社製のレーザー回折／散乱式粒度分布装置（ＬＡ−９２０）を用いた。測定の直前に３分間出力３０Ｗの超音波処理を施した。その結果、Ｄ５０は１１．０μｍであった。【００４１】
（比表面積測定)
カーボン燃焼触媒Ａの窒素吸着法によるＢＥＴ比表面積を測定した。測定には、マウンテック（Ｍｏｕｎｔｅｃｈ）社製のＭａｃｓｏｒｂ  ＨＭ−１２０８を使用した。その結果、カーボン燃焼触媒ＡのＢＥＴ比表面積は、２２．８ｍ２／ｇであった。【００４２】
東海カーボン社製のカーボンブラック（商品名：シーストＦＭ）の５．０ｍｇとカーボン燃焼触媒Ａの１００ｍｇを秤量し、乳鉢で５分間混合し測定試料とした。
測定には、パーキンエルマー社製の熱重量分析計（ＰＹＲＩＳ １ ＴＧＡ）を使用し、ＳＨＥＡＴＨガス側流量２０ｍｌ／分、ＰＵＲＧＥガス側流量４０ｍｌ／分の乾燥空気雰囲気中で測定した。測定は、１０℃／分の昇温速度で、３０℃〜７００℃まで昇温する過程で行った。図１にカーボン燃焼触媒ＡのＴＧ曲線を示す。ＴＧ曲線から接線法で求めた燃焼開始温度 Ｔｉｇは２１９℃であり、ＴＧ曲線の一次微分曲線から求めたピーク温度 Ｔｍは３３７℃であった。【００４３】
［実施例２]
実施例１の酢酸サマリウム１．９９ｇの代わりに、酢酸ガドリニウム２．０３ｇを使用した以外は、実施例１と同様にしてＣｅ０．8Ｇｄ０．2Ｏ２−δ（δ＝０．１）と銀とを含む灰色の粉末を得た。当該灰色の粉末を「カーボン燃焼触媒Ｂ」とし、粉末中の複合酸化物を「複合酸化物ｂ」とする。【００４４】
カーボン燃焼触媒ＢのＸ線回折測定を実施例１と同様にして行った。その結果、複合酸化物ｂの結晶構造は蛍石型構造であり、カーボン燃焼触媒Ｂは、複合酸化物ｂと金属銀の混合物であることが確認された。
次いで、カーボン燃焼触媒Ｂの粒度分布測定、および比表面積測定を実施例１と同様にして行った。その結果、カーボン燃焼触媒ＢのＤ５０は１１．０μｍであり、比表面積は２０．１ｍ２／ｇであった。
また、カーボン燃焼触媒ＢのＴＧ測定を実施例１と同様にして行った。ＴＧ曲線から接線法で求めた燃焼開始温度 Ｔｉｇは２４７℃であり、ＴＧ曲線の一次微分曲線から求めたピーク温度 Ｔｍは３６３℃であった。【００４５】
［実施例３]
Ｃｅ：Ｓｍ：Ａｇがモル比で４：１：３となるように、酢酸銀２．５０ｇを使用し、乳酸２８．８２ｇ（酢酸セリウム中のセリウムモル数と、酢酸サマリウム中のサマリウムのモル数と、酢酸銀中の銀のモル数との合計に対して８倍のモル量に相当する。）を使用し、焼成温度を６００℃とした以外は、実施例１と同様にしてＣｅ０．8Ｓｍ０．2Ｏ２−δ（δ＝０．１）と銀とを含む灰色の粉末を得た。当該灰色の粉末を「カーボン燃焼触媒Ｃ」とし、粉末中の複合酸化物を「複合酸化物ｃ」とする。【００４６】
カーボン燃焼触媒ＣのＸ線回折測定を実施例１と同様にして行った。その結果、複合酸化物ｃの結晶構造は蛍石型構造であり、カーボン燃焼触媒Ｃは、複合酸化物ｃと金属銀の混合物であることが確認された。
次いで、カーボン燃焼触媒Ｃの粒度分布測定、および比表面積測定を実施例１と同様にして行った。その結果、カーボン燃焼触媒ＣのＤ５０は１２．１μｍであり、比表面積は１８．５ｍ２／ｇであった。
また、カーボン燃焼触媒ＣのＴＧ測定を実施例１と同様にして行った。ＴＧ曲線から接線法で求めた燃焼開始温度 Ｔｉｇは２２７℃であり、ＴＧ曲線の一次微分曲線から求めたピーク温度 Ｔｍは３４６℃であった。【００４７】
［比較例１]
撹拌機を備えた１Ｌ（リットル）ビーカー中で、Ｃｅ：Ｓｍがモル比で４：１になるように、炭酸セリウム５６．８ｇと炭酸サマリウム１１．１ｇを１００ｍＬのイオン交換水に加えて得られた懸濁液に、炭酸アンモニウム９９．０ｇとクエン酸１３１．５ｇを加え、設定温度を８０℃とし２時間撹拌を継続した。この懸濁液の撹拌を続けながら、Ｃｅ：Ｓｍ：Ａｇがモル比で４：１：５となるように、炭酸銀２８．６ｇとクエン酸２９．０ｇを懸濁液に投入し、さらに２時間撹拌を継続して、セリウムとサマリウムおよび銀を含むスラリーを得た。【００４８】
得られたスラリーを１０５℃に設定した乾燥機で一昼夜乾燥し、水分を除去して得られた乾燥物をアルミナ製の匣鉢に移し、保持する焼成時間を１０時間とした他は実施例１と同様にして焼成した。得られた焼成物を乳鉢で解砕し、Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２−δ（δ＝０．１）の組成を有する複合酸化物と銀とを含む灰色の粉末を得た。当該灰色の粉末を「カーボン燃焼触媒Ｄ」とし、粉末中の複合酸化物を「複合酸化物ｄ」とする。【００４９】
カーボン燃焼触媒ＤのＸ線回折測定を実施例１と同様にして行った。その結果、複合酸化物ｄの結晶構造は蛍石型構造であり、カーボン燃焼触媒Ｄは、複合酸化物ｄと金属銀の混合物であることが確認された。
次いで、カーボン燃焼触媒Ｄの粒度分布測定、および比表面積測定を実施例１と同様にして行った。その結果、カーボン燃焼触媒ＤのＤ５０は３．０μｍであり、比表面積は６１．６ｍ２／ｇであった。
また、カーボン燃焼触媒ＤのＴＧ測定を実施例１と同様にして行った。図１にカーボン燃焼触媒ＣのＴＧ曲線を示す。ＴＧ曲線から接線法で求めた燃焼開始温度 Ｔｉｇは２５７℃であり、ＴＧ曲線の一次微分曲線から求めたピーク温度Ｔｍは３７９℃であった。【００５０】
カーボン燃焼触媒Ａとカーボン燃焼触媒ＤのＴＧ測定結果より求めた燃焼開始温度Ｔｉｇとピーク温度Ｔｍを比較すると、両者は同一組成であるにも拘らず、カーボン燃焼開始温度とピーク温度はともに、実施例１の製造方法で製造したカーボン燃焼触媒Ａの方が低い値を示している。したがって、カーボン燃焼触媒ＡをＤＰＦに使用した方が、フィルターに捕集されたカーボンを主成分とする浮遊粒子状物質は、より低温で燃焼し始めることになる。これは、乳酸を使用した実施例１の製造方法では、原料粉末が完全に溶媒である水に溶解するので、生成物である複合酸化物中で、セリウムとサマリウムが均一に分布しているためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る乳酸を使用した製造方法により得られる排気ガス浄化用触媒は、カーボン燃焼開始温度およびピーク温度が低く、ディーゼル燃料を用いる内燃機関の排気ガス浄化触媒として有用である。
なお、２０１０年１１月３０日に出願された日本特許出願２０１０−２６７４５１号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【図１】
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【国際調査報告】
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