(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００℃以上３５０℃以下の不活性ガス中で１ｍｇ／ｇ以上の酸素を放出する酸化ジルコニウムと酸化プラセオジムとを含有する酸化物で、酸化ジルコニウムを５〜４５モル％含有することを特徴とする酸化プラセオジムを含有する酸化物。
【請求項２】
１０ｍ2／ｇ以上の比表面積を有する請求項１に記載の酸化プラセオジムを含有する酸化物。
【請求項３】
触媒材料あるいはその担体として用いる請求項１又は２に記載の酸化プラセオジムを含有する酸化物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化プラセオジムを含有する酸化物の製造方法であって、プラセオジムを含有する金属の水溶性塩を含む溶液を、炭酸イオンを含む溶液と混合することで生じる沈殿を、濾別し、焼成することを特徴とする酸化プラセオジムを含有する酸化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒材料あるいはその担体として適した、特には、高い活性を有する、酸化プラセオジムを主成分とする酸化物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化プラセオジムを含有する酸化物は、特表平7-503896号公報、特開平7-213900号公報などに開示されているように酸化、燃焼、窒素酸化物の浄化処理などに使用される触媒への応用が期待される。
一般に、このような目的の触媒は、低い温度でも活性が高いことが、利用に際して望まれる。これを裏付けるように、関連する技術として特開平6-246155号公報が挙げられ、これには、自動車の排ガス処理などに有効な触媒として、低い温度でも大きな酸素吸収・放出能を有する酸化セリウムが開示されている。
また、大きな比表面積を有した酸化物の方が特性が良いが、触媒として使用される間に焼結が進み、比表面積が小さくなり、触媒としての活性が低下していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記技術的背景のもとに、触媒材料あるいはその担体として適した、低温でも高い活性と耐熱性を有する、酸化プラセオジムを主成分とする酸化物及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の酸化物は、上記課題を解決したものであり、２００℃以上３５０℃以下の不活性ガス中で１ｍｇ／ｇ以上の酸素を放出する酸化ジルコニウムと酸化プラセオジムとを含有する酸化物で、酸化ジルコニウムを５〜４５モル％含有することを特徴とする。１０ｍ2／ｇ以上の比表面積を有していることが好ましい。本発明の酸化物は、プラセオジムを含有する金属の水溶性塩を含む溶液を、炭酸イオンを含む溶液と混合して生じる沈殿を、濾別し、焼成することにより得られる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明者は、酸化プラセオジムを含有する数々の組成の酸化物および合成方法を検討し、触媒材料あるいはその担体として適した、低温でも高い活性を有する酸化物を見出して本発明を完成したものである。
【０００６】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。本発明で得ようとする酸化プラセオジムを含有する酸化物は、２００℃以上３５０℃以下の不活性ガス中で１ｍｇ／ｇ以上の酸素を放出するものであることが必要である。２００℃〜３５０℃での酸素放出温度は、触媒としての活性が求められる温度に該当し、該温度下で１ｍｇ／ｇ以上酸素を放出することが、酸化触媒、燃焼触媒等として活性であるために必要である。このためには、酸化プラセオジムまたは酸化プラセオジムと酸化ジルコニウムからなる酸化物であって、酸化ジルコニウムを、酸化プラセオジムと酸化ジルコニウムとの合計の０〜４５モル％、望ましくは５〜４５モル％含有するものである。なお、この酸化物中に占める酸化ジルコニウムの含有量を、酸化プラセオジムと酸化ジルコニウムの合計の０〜４５モル％、すなわち４５モル％以下とした理由は、酸化ジルコニウムが４５モル％を超えると、酸素放出能力が低下するため好ましくないためである。また、Ｐｒ，Ｚｒ以外に、Ｓｃ，Ｙを含む希土類、Ｃａ，Ｔｉ，Ｈｆ等の酸化物を全体量の５質量％以下含有させてもよい。
【０００７】
本発明の酸化プラセオジムを含有する酸化物は、具体的には下記のようにして得られる。
先ず、第一の溶液としてプラセオジムの水溶性塩を含む溶液を調製する。プラセオジムの原料塩として、プラセオジムの硝酸塩、塩化物、硫酸塩、酢酸塩など、ジルコニウムを添加する場合は、ジルコニウムの原料塩として、ジルコニウムの硝酸塩（硝酸ジルコニウム）、塩化物（塩化酸化ジルコニウム）、硫酸塩、酢酸塩などが用いられる。
次ぎに、第二の溶液として、炭酸イオンを含む溶液を調製する。炭酸イオンの水溶性塩としては、例えば、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムなどが挙げられる。
このようにして調整した第一と第二の溶液を混合する。このときの混合順序、つまり第一の溶液を第二の溶液に加えるのか、その逆か、および両溶液の容量の割合などは、特に限定的ではない。
【０００８】
ただし、プラセオジムおよびジルコニウムの量と、炭酸イオンの量との関係は、炭酸イオン源として、正炭酸塩（CO32-の塩）を用いる場合は、これをプラセオジム１モルに対して1.2〜2.0モル、ジルコニウム1モルに対して0.8〜2.5モルを、炭酸水素塩（HCO3-塩）を用いる場合は、これをプラセオジム１モルに対して2.4〜4.0モル、ジルコニウム1モルに対して1.6〜5.0モルを用いることが、生産性の観点、つまり、薬液の無駄が少ないことに加えて、第一の溶液中のプラセオジムとジルコニウムの組成にほぼ近い沈殿物、ひいては製品が得られやすいという点からも望ましい。
【０００９】
第一と第二の溶液の混合によって沈殿を生じるが、この沈殿をブフナー漏斗などで濾別した後、大気中800〜950℃で2時間以上焼成する。この焼成に先立ち、乾燥工程ないしはより低い温度での予備焼成工程を採用してもよい。このように高温で焼成することにより、比表面積が安定した酸化物を得ることができる。特に、本発明では触媒活性を高めるためにも比表面積が10 ｍ2／g以上あることが望ましい。
酸素の放出能は、雰囲気中に酸素を含む気体を流通させたのち、不活性ガスを流すことによって脱離してくる酸素を、四重極質量分析計をとりつけた昇温脱離装置によって検出、定量することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施態様を実施例と比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜５）
プラセオジム、ジルコニウムの水溶性原料塩として、それぞれ硝酸プラセオジム６水和物（信越化学製、99.9％試薬）、酸化塩化ジルコニウム８水和物（和光純薬製、特級試薬）を使用して、下記の表１に示す各組成に対応するように、PrとZrを合計で0.1モル含む、液量 100 cm3の溶液を、第一の溶液として調製した。
さらに、炭酸水素アンモニウムNH4HCO3（和光純薬製、一級試薬）を表１に記した量溶解し、液量 900 cm3の水溶液を第二の溶液として調製した。
【００１１】
第二の溶液を２リットルビーカーに入れ、撹拌羽根をつけたモーターで撹拌しながら、第一の溶液を４０秒乃至１分間かけて加えた。さらに、約５分間撹拌を続けた後、ブフナー漏斗で濾別し、得られた沈殿物を５００ｃｍ3ずつの純水で２回、振り掛け洗浄した。この沈殿物を磁製坩堝に移し、大気を雰囲気とする電気炉中で、９００℃まで３時間かけて昇温したのち、９００℃で３時間保持して焼成した後、放冷して酸化物を得た。
【００１２】
得られた酸化物中のPrとZrの組成は、仕込んだ溶液とほぼ等しいことを、ICP発光分析によって確認した。また、粉末X線回折により、いずれも単相のPr単独またはPrとZrの固溶した酸化物であることを確認した。
酸素の放出能は、昇温脱離測定装置（日本ベル製）を用い、次のように測定した。約 70 mgの試料を石英製試料管に入れ、圧力約20 kPa、流量50 cm3／minで酸素ガスを流しながら、試料を700℃まで速やかに加熱した後、酸素ガスを流したまま、50℃以下まで冷却した。次に、ヘリウムを圧力約20 kPa、流量50 cm3／minで流しながら、7.5 ℃／min の勾配で昇温し、四重極質量分析計で脱離ガスを分析した。予め定量性を検定しておいた質量数32のチャンネルを用い、200 〜 350℃で脱離してきた酸素を定量した。表１には試料 1 g あたりの酸素放出量を記した。なお、酸化物の比表面積は、液体窒素温度（−196℃）における窒素ガスの吸着を利用する、いわゆるＢ.E.Ｔ.法で測定した。
【００１３】
（比較例）
炭酸水素アンモニウムを用いず、代わりに0.165モルの蓚酸アンモニウムを用いたことの他は、実施例１と同様にして酸化物の調整を行い、同条件で酸素の昇温脱離量の測定を行った。
表１に、実施例１〜５および比較例１における原料溶液 100 cm3中のPr、Zrの含有量、炭酸イオン供給源であるNH4HCO3の含有量、酸素放出量および比表面積を示す。
【００１４】
【表１】
0004209053.tif 000002
【００１５】
この結果、実施例１〜５で得られた酸化物の酸素放出量は、表１に認められるように、いずれも高い酸素放出能を有していた。また、比較例１で得られた酸化物からは酸素の放出が認められなかった。特に、Zrの添加により、比表面積が極めて増大されていた。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、低温でも大きな酸素放出能を有する、酸化プラセオジムを主成分とし大きな比表面積を有する酸化物が得られ、触媒材料、担体などとして、その工業的価値は大きい。