Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к сложному оксиду, который можно использовать в качестве катализатора, функционального керамического материала, твердого электролита для топливных элементов, абразивного материала и т.п., причем его особенно удобно использовать в качестве материала сокатализатора для катализаторов очистки отработавших газов транспортных средств, и он обладает превосходной термостойкостью и возможностью восстановления оксида церия, а также к способу получения сложного оксида и катализатора очистки отработавших газов с использованием сложного оксида.
Уровень техники
Катализаторы очистки отработавших газов транспортных средств и т.п. содержат каталитический металл, такой как платина, палладий или родий, а также сокатализатор, усиливающий каталитическое действие указанного металла, причем оба они нанесены на подложку катализатора, полученную, например, из оксида алюминия или кордиерита. Материал сокатализатора абсорбирует кислород в окислительной атмосфере и десорбирует кислород в восстановительной атмосфере, а также своим действием поддерживает оптимальный состав топливовоздушной смеси для эффективной нейтрализации вредных компонентов отработавших газов, таких как углеводороды, моноксид углерода и оксиды азота.
Эффективность катализатора очистки отработавших газов, как правило, является пропорциональной площади поверхности контакта между активными частицами каталитического металла и отработавшего газа. Кроме того, важно поддерживать оптимальный состав топливовоздушной смеси, для чего способность к восстановлению, связанную со способностью катализатора абсорбировать и десорбировать кислород, следует поддерживать на высоком уровне. Однако такие сокатализаторы, как содержащие церий оксиды, склонны к спеканию в процессе использования при высоких температурах, например, для очистки отработавших газов. Это приводит к уменьшению удельной поверхности катализатора, вызывает агрегацию каталитических металлов и уменьшает площадь поверхности контакта между отработавшим газом и каталитическими металлами, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности очистки отработавших газов.
В свете вышеизложенного, чтобы повысить термостойкость оксида церия, патентная публикация 1 описывает способы получения сложного оксида церия, содержащего кремний, редкоземельные элементы-металлы и т.п., где оксид церия тщательно перемешивают с оксидами элементов-металлов, таких как кремний или редкоземельные элементы-металлы, и подвергают обжигу; где оксид церия пропитывают водным раствором солей металлов, таких как силикаты, или солями редкоземельных элементов-металлов, которые можно превращать в оксиды путем нагревания, и подвергают обжигу; или где предшественник оксида элемента-металла, такого как кремний или редкоземельные элементы-металлы, вводят в водную коллоидную дисперсию соединения церия (IV), основной материал добавляют к дисперсии для получения осадка, полученный осадок подвергают разделению на твердую и жидкую фазы и термической обработке. В этой публикации также указано, что количество оксида элемента-металла, такого как кремний или редкоземельные элементы-металлы, составляет от 1 до 20% мас., предпочтительно от 1 до 5% мас. относительно массы оксида церия.
Однако в конкретных примерах, описанных в патентной публикации 1, ни один описанный сложный оксид, который одновременно содержит церий, кремний и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов. Кроме того, оксиды церия, содержащие 2,5% мас. SiO2 и полученные, в частности, в примерах 1, 5 и 6 патентной публикации 1, проявляют удельную поверхность, составляющую вплоть до 20 м2/г при измерении методом BET после обжига при 900°C в течение 6 часов. Требуется дополнительное улучшение.
Для улучшения термостойкости и других свойств оксида церия предложено добавлять редкоземельные элементы-металлы или кремний в качестве стабилизатора (патентные публикации 2-5). В этих публикациях предложены некоторые сложные оксиды, обладающие превосходной термостойкостью при повышенных температурах и способностью сохранения удельной поверхности, измеряемой методом BET.
Однако не известен ни один сложный оксид, который одновременно содержит церий, кремний и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов-металлов, кроме церия, а также обладает превосходной термостойкостью, способностью сохранения большой удельной поверхности и достаточной способностью к восстановлению.
Публикации предшествующего уровня техники
Патентные публикации
Патентная публикация 1: JP-62-56322-A
Патентная публикация 2: WO-2008-156219-A
Патентная публикация 3: JP-4-214026-A
Патентная публикация 4: JP-2000-72437-A
Патентная публикация 5: JP-5-270824-A
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить сложный оксид, который способен сохранять большую удельную поверхность даже при использовании в условиях высокой температуры, который обладает превосходной термостойкостью и превосходной способностью к восстановлению, и который является особенно подходящим в качестве сокатализатора для катализатора очистки отработавших газов, а также катализатора очистки отработавших газов с использованием сложного оксида.
Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ получения сложного оксида, который обеспечивает легкое получение сложного оксида согласно настоящему изобретению с превосходной термостойкостью и способностью к восстановлению.
Согласно настоящему изобретению, предложен сложный оксид, содержащий церий и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, в массовом соотношении от 85:15 до 99:1 в пересчете на оксиды, и дополнительно содержащий кремний в количестве от более чем 0 мас. ч. до не более чем 20 мас. ч. в пересчете на SiO2 по отношению к 100 мас. ч. суммарной массы указанного церия и указанного, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, где указанный сложный оксид обладает свойствами проявления удельной поверхности, составляющей не менее чем 40 м2/г при измерении методом BET, после обжига при 900°C в течение 5 часов, и способностью к восстановлению, составляющей не менее чем 30% при вычислении по результатам измерения восстановления при программируемой температуре от 50°C до 900°C, после обжига при 1000°C в течение 5 часов (иногда называется далее термином «сложный оксид согласно настоящему изобретению»).
Согласно настоящему изобретению, предложен также способ получения сложного оксида, включающий стадии:
(a) приготовление раствора церия, где не менее чем 90% мол. ионов церия являются четырехвалентными,
(b) нагревание и выдерживание указанного раствора церия, полученного на стадии (a), при температуре не ниже чем 60°C,
(c) добавление предшественника оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий к суспензии церия, полученной посредством указанного нагревания и выдерживания,
(d) нагревание и выдерживание указанной суспензии церия, содержащей указанный предшественник оксида указанного, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, при температуре не ниже чем 100°C,
(e) добавление осадителя к суспензии, приготовленной на стадии (d), для получения осадка,
(f) обжиг указанного осадка,
(g) пропитывание оксида, полученного посредством указанного обжига, раствором предшественника диоксида кремния, и
(h) обжиг указанного оксида, пропитанного раствором предшественника диоксида кремния (иногда называется далее термином «первый способ»).
Согласно настоящему изобретению, предложен также способ получения сложного оксида, включающий стадии:
(A) приготовление раствора церия, где не менее чем 90% мол. ионов церия являются четырехвалентными,
(B) нагревание и выдерживание указанного раствора церия, полученного на стадии (a), при температуре не ниже чем 60°C,
(C) добавление предшественника диоксида кремния и предшественника оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, к суспензии церия, полученной посредством указанного нагревания и выдерживания,
(D) нагревание и выдерживание указанной суспензии церия, содержащей указанный предшественник диоксида кремния и указанный предшественник оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, при температуре не менее чем 100°C,
(E) добавление осадителя к суспензии, приготовленной на стадии (d), для получения осадка, и
(F) обжиг указанного осадка, полученного таким способом (иногда называется далее термином «второй способ»).
Согласно настоящему изобретению, предложен также катализатор очистки отработавших газов, включающий сложный оксид согласно настоящему изобретению.
Сложный оксид согласно настоящему изобретению содержит кремний и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий (иногда называются далее термином «определенные редкоземельные элементы-металлы») при определенном соотношении, способен сохранять превосходную термостойкость и обладает превосходной способностью к восстановлению; таким образом, он является полезным в качестве сокатализатора для катализатора очистки отработавших газов.
Способы получения сложного оксида согласно настоящему изобретению включают стадии (a)-(h) или стадии (A)-(F); таким образом, можно легко получить сложный оксид согласно настоящему изобретению.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Далее настоящее изобретение будет описано подробно.
Сложный оксид согласно настоящему изобретению обладает свойствами проявления удельной поверхности, составляющей не менее чем 40 м2/г, предпочтительно не менее чем 50 м2/г, предпочтительнее не менее чем 60 м2/г, наиболее предпочтительно не менее чем 80 м2/г при измерении методом BET, после обжига при 900°C в течение 5 часов, и способность к восстановлению, составляющую не ниже чем 30%, предпочтительно не ниже чем 40%, предпочтительнее не ниже чем 60% при вычислении по результатам измерения восстановления при программируемой температуре от 50°C до 900°C, после обжига при 1000°C в течение 5 часов. Максимальная удельная поверхность не ограничена определенным образом и может составлять приблизительно 120 м2/г, и максимальная способность к восстановлению не ограничена определенным образом и может составлять приблизительно 90%.
Сложный оксид согласно настоящему изобретению также обладает свойством проявления удельной поверхности, составляющей не менее чем 25 м2/г, предпочтительно не менее чем 40 м2/г, предпочтительнее не менее чем 50 м2/г, наиболее предпочтительно не менее чем 60 м2/г при измерении методом BET, после обжига при 1000°C в течение 5 часов. Имея удельную поверхность, составляющую менее чем 40 м2/г при измерении методом BET, после обжига при 900°C в течение 5 часов, и способность к восстановлению, составляющую менее чем 30% при вычислении по результатам измерения восстановления при программируемой температуре от 50 до 900°C после обжига при 1000°C в течение 5 часов, сложный оксид не может одновременно обладать достаточной термостойкостью и превосходной способностью к восстановлению, а также не может проявлять превосходную каталитическую функцию, которой обладает катализатор очистки отработавших газов.
При использовании в настоящем документе термин «удельная поверхность» представляет собой значение, определенное методом BET с использованием абсорбции газообразного азота, который является наиболее распространенным способом определения удельной поверхности порошков. Способность к восстановлению представляет собой процентную долю трехвалентного церия в оксиде церия, восстановленном из четырехвалентного состояния, которую вычисляют по результатам измерения восстановления при программируемой температуре (TPR) от 50°C до 900°C.
Измерение методом TPR осуществляли, используя автоматический анализатор с программированием температуры (модель TP-5 000, производитель KABUSHIKI KAISHA OKORA RIKEN), в следующих условиях: газ-носитель содержал 90% аргона и 10% водорода; скорость потока газа составляла 30 мл/мин; температуру образца в процессе измерения повышали со скоростью 10°C/мин; масса образца составляла 0,5 г.
Вычисления осуществляли согласно следующей формуле:
Способность к восстановлению (%) = Фактически измеренный расход водорода на образец (мкмоль/г)/Теоретический расход водорода на оксид церия в образце (мкмоль/г)·100.
Сложный оксид согласно настоящему изобретению обладает вышеупомянутыми свойствами и содержит церий и, по меньшей мере, один из определенных редкоземельных элементов-металлов в массовом соотношении от 85:15 до 99:1, предпочтительно 85:15 до 95:5, в пересчете на оксиды, а также содержит кремний в количестве от более чем 0 мас. ч. до не более чем 20 мас. ч., предпочтительно от 1 до 20 мас. ч., предпочтительнее от 2 до 20 мас. ч., наиболее предпочтительно от 5 до 20 мас. ч. в пересчете на SiO2 по отношению к 100 мас. ч. суммарной массы церия и, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов. Если содержание церия в пересчете на CeO2 в оксиде церия и, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов составляет менее чем 85% мас. или более чем 99% мас., термостойкость и способность к восстановлению может быть низкой. С другой стороны, без кремния невозможно достижение достаточной термостойкости и способности к восстановлению, в то время как при содержании кремния, составляющем более чем 20 мас. ч. в пересчете на SiO2, удельная поверхность может быть малой.
По меньшей мере, один из определенных редкоземельных элементов-металлов может представлять собой, например, иттрий, лантан, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций или смесь двух или нескольких из данных элементов, причем особенно предпочтительными являются иттрий, лантан, празеодим, неодим или смесь двух или нескольких из данных элементов.
В настоящем изобретении иттрий представлен в пересчете на Y2O3, лантан в пересчете на La2O3, церий в пересчете на CeO2, празеодим в пересчете на Pr6O11, неодим в пересчете на Nd2O3, самарий в пересчете на Sm2O3, европий в пересчете на Eu2O3, гадолиний в пересчете на Gd2O3, тербий в пересчете на Tb4O7, диспрозий в пересчете на Dy2O3, гольмий в пересчете на Ho2O3, эрбий в пересчете на Er2O3, тулий в пересчете на Tm2O3, иттербий в пересчете на Yb2O3 и лютеций в пересчете на Lu2O3.
Способы получения согласно настоящему изобретению обеспечивают легкое получение сложных оксидов, таких как сложный оксид согласно настоящему изобретению, с хорошей воспроизводимостью, и первый из данных способов включает стадию (a) приготовления раствора церия, где не менее чем 90% мол. ионов церия являются четырехвалентными.
Водорастворимое соединение церия, которое можно использовать на стадии (a), может представлять собой, например, раствор нитрата церия или двойного нитрата церия и аммония, причем особенно предпочтительным является раствор нитрата церия.
На стадии (a) исходная концентрация раствора церия, где не менее чем 90% мол. ионов церия являются четырехвалентными, обычно может составлять от 5 до 100 г/л церий, предпочтительно от 5 до 80 г/л, предпочтительнее от 10 до 70 г/л в пересчете на CeO2. Обычно используют воду для регулирования концентрации раствора церия, и деионизированная вода является особенно предпочтительной. Если исходная концентрация оказывается чрезмерно высокой, кристалличность осадка, которая обсуждается далее, не является достаточно высокой, и невозможно образование достаточных пор для содержания предшественника диоксида кремния и предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, как обсуждается далее, что приводит к недостаточной термостойкости и способности к восстановлению конечного сложного оксида. Чрезмерно низкая исходная концентрация приводит к низкой производительности, что не является полезным в промышленном отношении.
В первом способе осуществляют стадию (b) нагревания и выдерживания раствора церия, полученного на стадии (a), при температуре не ниже чем 60°C, чтобы вызвать реакцию раствора церия. Реактор, который используют на стадии (b), может представлять собой резервуар герметично закрытого или открытого типа. Можно предпочтительно использовать автоклавный реактор.
На стадии (b) температура, при которой нагревают и выдерживают раствор церия, составляет не ниже чем 60°C, предпочтительно от 60 до 200°C, предпочтительнее от 80 до 180°C, наиболее предпочтительно от 90 до 160°C. Продолжительность нагревания и выдерживания составляет обычно от 10 минут до 48 часов, предпочтительно от 30 минут до 36 часов, предпочтительнее от 1 часа до 24 часов. В случае недостаточного нагревания и выдерживания кристалличность осадка, которая обсуждается далее, не является достаточно высокой, и невозможно образование достаточного объема пор для пропитывания раствором предшественника диоксида кремния и предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, как обсуждается далее, в результате чего получается недостаточная термостойкость и способность к восстановлению конечного сложного оксида. Чрезмерно продолжительный период нагревания и выдерживания незначительно влияет на термостойкость и способность к восстановлению и не является полезным в промышленном отношении.
Первый способ далее включает стадию (c) добавления предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, т.е., предшественника оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, к суспензии церия, полученной посредством нагревания и выдерживания на стадии (b).
Предшественник оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов может представлять собой любое соединение, которое можно превратить в оксид, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов посредством окислительной обработки, такой как обжиг, и можно использовать, например, азотнокислый раствор, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов.
Количество предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, выраженное в виде массового соотношения церия в суспензии церия и, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов в предшественнике оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов в пересчете на оксиды, может составлять обычно от 85:15 до 99:1, предпочтительно от 85:15 до 95:5. При содержании церия в пересчете на CeO2 в оксиде церия и, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, которое составляет менее чем 85% мас. или более чем 99% мас., термостойкость и способность к восстановлению может быть низкой.
Стадию (c) можно осуществлять после охлаждения суспензии церия, полученной посредством нагревания и выдерживания на стадии (b).
Такое охлаждение можно обычно осуществлять при перемешивании согласно общеизвестному способу. Охлаждение может представлять собой естественное охлаждение, когда суспензию оставляют на некоторое время, или принудительное охлаждение с использованием охлаждающих труб. Охлаждение можно осуществлять обычно до температуры 40°C или ниже, предпочтительно до комнатной температуры от 20 до 30°C.
На стадии (c) перед добавлением предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, концентрацию соли в суспензии церия можно регулировать, отделяя маточный раствор от суспензии церия или добавляя воду. Отделение маточного раствора можно осуществлять, например, используя декантацию, нутч-фильтр, центрифугирование или фильтрование под давлением. В этом случае небольшое количество церия удаляется с маточным раствором, таким образом, добавляемые затем количества предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов и воды можно регулировать, принимая во внимание это удаленное количество церия.
Первый способ включает стадию (d) нагревания и выдерживания суспензии церия, содержащей предшественник оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов при температуре, составляющей не ниже чем 100°C, предпочтительно от 100 до 200°C, предпочтительнее от 100 до 150°C.
На стадии (d) продолжительность нагревания и выдерживания составляет обычно от 10 минут до 6 часов, предпочтительно от 20 минут до 5 часов, предпочтительнее от 30 минут до 4 часов.
На стадии (d) нагревания и выдерживания при температуре ниже 100°C кристалличность осадка, которая обсуждается далее, не является достаточно высокой, что приводит к недостаточной термостойкости и способности к восстановлению конечного сложного оксида. Чрезмерно продолжительный период нагревания и выдерживания незначительно влияет на термостойкость и способность к восстановлению и не является полезным в промышленном отношении.
Первый способ включает стадию (e) добавления осадителя к суспензии, приготовленной на стадии (d), для получения осадка.
Осадитель, используемый на стадии (e), может представлять собой основание, например, гидроксид натрия, гидроксид калия, водный раствор аммиака, газообразный аммиак или их смесь, причем водный раствор аммиака является особенно предпочтительным.
Осадитель можно добавлять, например, приготовлением водного раствора осадителя в подходящей концентрации и добавлением раствора к суспензии, приготовленной на стадии (d), при перемешивании, или, в случае газообразного аммиака, барботированием газообразного аммиака в суспензию, находящуюся в реакторе при перемешивании. Добавляемое количество осадителя можно легко определять, наблюдая за изменением значения pH суспензии. Обычно достаточным для образования осадка в суспензии является количество, которое создает значение pH, составляющее приблизительно от 7 до 9, предпочтительно от 7 до 8,5. Стадию (e) можно осуществлять после охлаждения суспензии церия, полученной посредством нагревания и выдерживания на стадии (d).
Такое охлаждение можно обычно осуществлять при перемешивании согласно общеизвестному способу. Охлаждение может представлять собой естественное охлаждение, когда суспензию оставляют на некоторое время, или принудительное охлаждение с использованием охлаждающих труб. Охлаждение можно осуществлять обычно до температуры 40°C или ниже, предпочтительно до комнатной температуры от 20 до 30°C.
Посредством реакции осаждения на стадии (e) получают суспензию, содержащую осадок гидроксида церия с выросшими кристаллами. Осадок можно отделять, используя, например, нутч-фильтр, центрифугирование или фильтрование под давлением. Осадок можно необязательно промывать водой по мере необходимости. Кроме того, для повышения эффективности на следующей стадии (f) осадок можно необязательно сушить до подходящего уровня.
Первый способ включает стадию (f) обжига осадка. Температура обжига составляет обычно от 250 до 500°C, предпочтительно от 280 до 450°C. Продолжительность обжига составляет обычно от 30 минут до 36 часов, предпочтительно от 1 часа до 24 часов, предпочтительнее от 3 до 20 часов.
Оксид, полученный посредством обжига на стадии (f), имеет вид пористого материала, содержащего поры достаточного объема для пропитывания раствором предшественника диоксида кремния, как обсуждается далее. Это упрощает пропитывание раствором предшественника конечного сложного оксида и улучшает термостойкость и способность к восстановлению конечного сложного оксида.
Первый способ включает стадию (g) пропитывания оксида, полученного посредством обжига, раствором предшественника диоксида кремния.
Предшественник диоксида кремния, используемый на стадии (g), может представлять собой любое соединение, которое можно превращать в диоксид кремния посредством окислительной обработки, такой как обжиг, при том условии, что обожженный оксидный пористый материал можно пропитывать соединением, растворенным в растворителе. Примеры предшественника могут включать силикаты, такие как силикат натрия, силановые соединения, такие как тетраэтилортосиликат, силильные соединения, такие как триметилсилилизоцианат, и четвертичные аммониевые силикаты, такие как силикат тетраметиламмония.
Растворитель, который используют для растворения предшественника диоксида кремния, можно выбирать в зависимости от вида используемого предшественника, и он может представлять собой, например, воду или органический растворитель, такой как спирт, ксилол, гексан или толуол.
Концентрация раствора предшественника диоксида кремния не ограничена определенным образом, при том условии, что оксидный пористый материал можно пропитывать раствором, и она может составлять обычно от 1 до 300 г/л и предпочтительно приблизительно от 10 до 200 г/л предшественника диоксида кремния в пересчете на SiO2 в целях технологичности и эффективности.
На стадии (g) количество предшественника диоксида кремния составляет обычно более чем 0 мас. ч. и не более чем 20 мас. ч., предпочтительно от 1 до 20 мас. ч., предпочтительнее от 2 до 20 мас. ч., наиболее предпочтительно от 5 до 20 мас. ч. предшественника диоксида кремния в пересчете на SiO2 по отношению к 100 мас. ч. суммарной массы церия и, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов в оксиде в пересчете на оксиды. При чрезмерно малом количестве кремния термостойкость и способность к восстановлению получаемого сложного оксида является низкой, в то время как при чрезмерно большом количестве кремния термостойкость получаемого сложного оксида также является низкой, и удельная поверхность при повышенных температурах стремится к уменьшению.
На стадии (g) пропитывание оксида раствором предшественника диоксида кремния можно осуществлять, например, путем заполнения пор, адсорбции или испарения досуха.
Заполнение пор можно осуществлять заблаговременным изменением суммарного объема пор оксида и добавлением такого же объема раствора предшественника диоксида кремния таким образом, чтобы равномерно смачивать поверхность оксида.
Первый способ включает стадию (h) обжига оксида, пропитанного раствором предшественника диоксида кремния. Температура обжига составляет обычно от 300 до 700°C, предпочтительно от 350 до 600°C.
Продолжительность обжига на стадии (h) можно надлежащим образом определять, учитывая температуру обжига, и она может обычно составлять от 1 до 10 часов.
В первом способе после стадии (g) и перед стадией (h) оксид, пропитанный предшественником диоксида кремния, можно необязательно сушить при температуре, составляющей приблизительно от 60 до 200°C. Используя такую стадию сушки, можно улучшать эффективность обжига на стадии (h).
Второй способ согласно настоящему изобретению включает стадию (A) приготовления раствора церия, где не менее чем 90% мол. ионов церия являются четырехвалентными.
Водорастворимое соединение церия, которое можно использовать на стадии (A), может представлять собой, например, раствор нитрата церия или двойного нитрата церия и аммония, причем особенно предпочтительным является раствор нитрата церия.
На стадии (A) исходная концентрация раствора церия, где не менее чем 90% мол. ионов церия являются четырехвалентными, можно регулировать обычно от 5 до 100 г/л, предпочтительно 5 до 80 г/л, предпочтительнее 10 до 70 г/л церия в пересчете на CeO2. Обычно используют воду для регулирования концентрации раствора церия, и деионизированная вода является особенно предпочтительной. Если исходная концентрация оказывается чрезмерно высокой, кристалличность осадка, которая обсуждается далее, не является достаточно высокой, и невозможно образование достаточных пор, что приводит к недостаточной термостойкости и способности к восстановлению конечного сложного оксида. Чрезмерно низкая исходная концентрация приводит к низкой производительности, что не является полезным в промышленном отношении.
Во втором способе далее осуществляют стадию (B) нагревания и выдерживания раствора церия, полученного на стадии (a), при температуре не ниже чем 60°C.
Реактор для использования на стадии (B) может представлять собой резервуар герметично закрытого или открытого типа, причем можно предпочтительно использовать автоклавный реактор.
На стадии (B) температура, при которой нагревают и выдерживают раствор церия, составляет не ниже чем 60°C, предпочтительно 60 до 200°C, предпочтительнее 80 до 180°C, наиболее предпочтительно 90 до 160°C. Продолжительность нагревания и выдерживания составляет обычно от 10 минут до 48 часов, предпочтительно от 30 минут до 36 часов, предпочтительнее от 1 часа до 24 часов. В случае недостаточного нагревания и выдерживания кристалличность осадка, которая обсуждается далее, не является достаточно высокой, и невозможно образование достаточного объема пор, в результате чего получается недостаточная термостойкость и способность к восстановлению конечного сложного оксида. Чрезмерно продолжительный период нагревания и выдерживания незначительно влияет на термостойкость и способность к восстановлению и не является полезным в промышленном отношении.
Второй способ далее включает стадию (C) добавления предшественника диоксида кремния и предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов к суспензии церия, полученной на стадии (B).
На стадии (C) предшественник диоксида кремния, добавляемый к суспензии церия, может представлять собой любое соединение, которое можно превращать в диоксид кремния посредством окислительной обработки, такой как обжиг, и оно может представлять собой, например, коллоидный диоксид кремния, силикат или золь силиката четвертичного аммония, причем коллоидный диоксид кремния является особенно предпочтительным с точки зрения сокращения производственных расходов и уменьшения воздействия на окружающую среду.
На стадии (C) количество предшественника диоксида кремния составляет более чем 0 мас. ч. и не более чем 20 мас. ч. предшественника диоксида кремния, предпочтительно от 1 до 20 мас. ч., предпочтительнее от 2 до 20 мас. ч., наиболее предпочтительно от 5 до 20 мас. ч., в пересчете на SiO2 по отношению к 100 мас. ч. суммарной массы церия и, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов в конечном сложном оксиде в пересчете на оксиды. При чрезмерно малом количестве кремния термостойкость и способность к восстановлению получаемого сложного оксида стремится к снижению, в то время как при чрезмерно большом количестве кремния термостойкость получаемого сложного оксида также является низкой, и удельная поверхность при повышенных температурах стремится к уменьшению.
Предшественник оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов на стадии (C) может представлять собой любое соединение, которое можно превращать в оксид, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов посредством окислительной обработки, такой как обжиг, и он может представлять собой, например, азотнокислый раствор, содержащий, по меньшей мере, один из определенных редкоземельных элементов-металлов.
Количество предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, выраженное в массовом соотношении церия в суспензии церия и, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов в предшественнике оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов в пересчете на оксиды, можно регулировать обычно от 85:15 до 99:1, предпочтительно от 85:15 до 95:5. При содержании церия в пересчете на CeO2 в оксиде церия и, по меньшей мере, одном из определенных редкоземельных элементов-металлов, составляющем менее чем 85% мас. или более чем 99% мас., термостойкость и способность к восстановлению может оказываться низкой.
Стадию (C) можно осуществлять после охлаждения суспензии церия, полученной посредством нагревания и выдерживания на стадии (B).
Такое охлаждение можно обычно осуществлять при перемешивании согласно общеизвестному способу. Охлаждение может представлять собой естественное охлаждение, когда суспензию оставляют на некоторое время, или принудительное охлаждение с использованием охлаждающих труб. Охлаждение можно осуществлять обычно до температуры 40°C или ниже, предпочтительно до комнатной температуры от 20 до 30°C.
На стадии (C) перед добавлением предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов, концентрацию соли в суспензии церия можно регулировать, отделяя маточный раствор от суспензии церия или добавляя воду. Отделение маточного раствора можно осуществлять, например, используя декантацию, нутч-фильтр, центрифугирование или фильтрование под давлением. В этом случае небольшое количество церия удаляется с маточным раствором, таким образом, добавляемые затем количества предшественника оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов и воды можно регулировать, принимая во внимание это удаленное количество церия.
Второй способ включает стадию (D) нагревания и выдерживания суспензии церия, содержащей предшественник оксида, по меньшей мере, одного из определенных редкоземельных элементов-металлов при температуре, составляющей не ниже чем 100°C, предпочтительно от 100 до 200°C, предпочтительнее от 100 до 150°C.
На стадии (D) продолжительность нагревания и выдерживания составляет обычно от 10 минут до 6 часов, предпочтительно от 20 минут до 5 часов, предпочтительнее от 30 минут до 4 часов.
На стадии (D) нагревания и выдерживания при температуре ниже 100°C кристалличность осадка, которая обсуждается далее, не является достаточно высокой, что приводит к недостаточной термостойкости и способности к восстановлению конечного сложного оксида. Чрезмерно продолжительный период нагревания и выдерживания незначительно влияет на термостойкость и способность к восстановлению и не является полезным в промышленном отношении.
Второй способ включает стадию (E) добавления осадителя к суспензии, приготовленной на стадии (D), для получения осадка.
Осадитель, используемый на стадии (E), может представлять собой основание, например, гидроксид натрия, гидроксид калия, водный раствор аммиака, газообразный аммиак или их смесь, причем водный раствор аммиака является особенно предпочтительным. Количество осадителя, добавляемое на стадии (E), можно легко определять, наблюдая за изменением значения pH суспензии. Обычно достаточным для образования осадка в суспензии является количество, которое создает значение pH, составляющее приблизительно от 7 до 9, предпочтительно от 7 до 8,5.
Стадию (E) можно осуществлять после охлаждения суспензии церия, полученной посредством нагревания и выдерживания на стадии (D).
Такое охлаждение можно обычно осуществлять при перемешивании согласно общеизвестному способу. Охлаждение может представлять собой естественное охлаждение, когда суспензию оставляют на некоторое время, или принудительное охлаждение с использованием охлаждающих труб. Охлаждение можно осуществлять обычно до температуры 40°C или ниже, предпочтительно до комнатной температуры от 20 до 30°C.
Осадок можно отделять, используя, например, нутч-фильтр, центрифугирование или фильтрование под давлением. Осадок можно необязательно промывать водой по мере необходимости.
Второй способ включает стадию (F) обжига осадка, полученного таким способом. Температура обжига составляет обычно от 300 до 700°C, предпочтительно от 350 до 600°C.
Продолжительность обжига на стадии (F) можно надлежащим образом определять, учитывая температуру обжига, и она может обычно составлять от 1 до 10 часов.
Посредством стадии (F) можно получать сложный оксид с превосходной термостойкостью и способностью к восстановлению.
Согласно способам настоящего изобретения, сложный оксид, полученный на стадии (h) или (F), можно измельчать в порошок перед использованием. Измельчение можно осуществлять с помощью обычно используемого измельчителя, такого как молотковая мельница, в степени, достаточной для получения порошка с желательным размером частиц.
Можно обеспечить желательный размер частиц порошка сложного оксида, полученного способами согласно настоящему изобретению, посредством вышеупомянутого измельчения, и можно предпочтительно получать средний размер частиц порошка от 1 до 50 мкм, чтобы использовать его в качестве сокатализатора для катализатора очистки отработавших газов.
Катализатор очистки отработавших газов согласно настоящему изобретению не ограничен определенным образом при том условии, что катализатор будет обеспечен сокатализатором, содержащим сложный оксид согласно настоящему изобретению, причем способы получения и другие используемые материалы могут быть, например, традиционными.
Примеры
Далее настоящее изобретение будет разъяснено более подробно со ссылкой на примеры и сравнительные примеры, которые не предназначены для ограничения настоящего изобретения.
Пример 1
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., и по отношению к которым добавляли 1 мас. ч. диоксида кремния.
Навеску 50 г раствора нитрата церия в пересчете на CeO2, содержащую не менее чем 90% мол. ионов четырехвалентного церия, разбавляли чистой водой, доводя суммарный объем до 1 л. Полученный раствор нагревали до 100°C, выдерживали при этой температуре в течение 30 минут и оставляли охлаждаться до комнатной температуры, получая в результате суспензию церия.
После отделения маточного раствора от суспензии церия, полученной таким способом, 10,4 мл раствора нитрата лантана (2,6 г в пересчете на La2O3), 10,3 мл раствора нитрата празеодима (2,6 г в пересчете на Pr6O11), 2,5 г коллоидного диоксида кремния (0,5 г в пересчете на SiO2), и суммарный объем доводили до 1 л чистой водой.
После этого суспензию церия, в которой содержались предшественники оксида лантана, оксида празеодима и диоксида кремния, выдерживали при 120°C в течение 2 часов, оставляли охлаждаться и нейтрализовывали до pH 8,5 водным раствором аммиака.
Суспензию, полученную в результате нейтрализации, подвергали разделению твердой и жидкой фаз, используя нутч-фильтр, чтобы получить осадок на фильтре, который обжигали при 500°C в течение 10 часов на воздухе, получая порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и 1 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, содержащихся в массовом соотношении 90:5:5.
У полученного порошка сложного оксида измеряли удельную поверхность методом BET после обжига при 900°C в течение 5 часов и при 1000°C в течение 5 часов на воздухе. Кроме того, вычисляли способность оксида церия способность к восстановлению по результатам измерения восстановления при программируемой температуре (TPR) от 50°C до 900°C после обжига при 1000°C в течение 5 часов. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 2
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 2 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 2 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, получали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что количество коллоидного диоксида кремния составляло 4, 9 г (1,0 г пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 3
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 5 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 5 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, получали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что количество коллоидного диоксида кремния составляло 12,7 г (2,6 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 4
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 10 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 10 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, получали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что количество коллоидного диоксида кремния составляло 25,4 г (5,2 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 5
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 20 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 20 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, получали таким же способом, как в примере 1, за исключением того, что количество коллоидного диоксида кремния составляло 50,8 г (10,4 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 6
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 2 мас. ч. диоксида кремния, и полученному способом, отличающимся от примера 2.
Навеску 50 г раствора нитрата церия в пересчете на CeO2, содержащую не менее чем 90% мол. ионов четырехвалентного церия, разбавляли чистой водой, доводя суммарный объем до 1 л. Полученный раствор нагревали до 100°C, выдерживали при этой температуре в течение 30 минут и оставляли охлаждаться до комнатной температуры, получая в результате суспензию церия.
После отделения маточного раствора от суспензии церия, полученной таким способом, добавляли 10,4 мл раствора нитрата лантана (2,6 г в пересчете на La2O3) и 10,3 мл раствора нитрата празеодима (2,6 г в пересчете на Pr6O11), и суммарный объем доводили до 1 л чистой водой.
После этого суспензию церия, в которой содержались предшественники оксида лантана и оксида празеодима, выдерживали при 120°C в течение 2 часов, оставляли охлаждаться и нейтрализовывали до pH 8,5 водным раствором аммиака.
Суспензию, полученную в результате нейтрализации, подвергали разделению твердой и жидкой фаз, используя нутч-фильтр, чтобы получить осадок на фильтре, который обжигали при 300°C в течение 10 часов на воздухе, получая сложный оксид редкоземельных элементов, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал по 5% мас. оксида лантана и оксида празеодима.
После этого 16,1 г сложного оксида редкоземельных элементов, полученного таким способом, помещали в стакан и добавляли этанольный раствор 1,04 г тетраэтилортосиликата (0,30 г в пересчете на SiO2) в суммарном количестве 9 мл, чтобы пропитать сложный оксид редкоземельных элементов раствором предшественника диоксида кремния путем заполнения пор.
Сложный оксид редкоземельных элементов, пропитанный раствором предшественника диоксида кремния, сушили при 120°C в течение 10 часов и обжигали при 500°C в течение 10 часов на воздухе, получая порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия, и содержащий оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 2 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима. Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 7
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 5 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 5 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, получали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что количество тетраэтилортосиликата составляло 2,60 г (0,75 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 8
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 10 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 10 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, получали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что количество тетраэтилортосиликата составляло 5,20 г (1,5 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 9
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 20 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия, оксид лантана и оксид празеодима в массовом соотношении 90:5:5 и 20 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия, оксида лантана и оксида празеодима, получали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что количество тетраэтилортосиликата составляло 10,4 г (3,0 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 10
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия и оксид лантана в массовом соотношении 90:10, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 5 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия и оксид лантана в массовом соотношении 90:10 и 5 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия и оксида лантана, получали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что вместо добавления раствора нитрата лантана и раствора нитрата празеодима добавляли только 20,8 мл раствора нитрата лантана (5,2 г в пересчете на La2O3), и количество тетраэтилортосиликата составляло 2,60 г (0,75 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 11
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия и оксид лантана в массовом соотношении 85:15, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 5 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия и оксид лантана в массовом соотношении 85:15 и 5 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия и оксида лантана, получали таким же способом, как в примере 10, за исключением того, что вместо добавления раствора нитрата лантана и раствора нитрата празеодима добавляли только 33,1 мл раствора нитрата лантана (8,3 г в пересчете на La2O3). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 12
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия и оксид празеодима в массовом соотношении 90:10, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 5 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержащий оксид церия и оксид празеодима в массовом соотношении 90:10 и 5 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия и оксид празеодима, получали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что вместо добавления раствора нитрата лантана и раствора нитрата празеодима добавляли только 20,5 мл раствора нитрата празеодима (5,2 г в пересчете на Pr6O11), и количество тетраэтилортосиликата составляло 2,60 г (0,75 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 13
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия и оксид неодима в массовом соотношении 90:10 составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 5 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия и оксид неодима в массовом соотношении 90:10 и 5 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия и оксида неодима, получали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что вместо добавления раствора нитрата лантана и раствора нитрата празеодима добавляли 23,5 мл раствора нитрата неодима (5,2 г в пересчете на Nd2O3), и количество тетраэтилортосиликата составляло 2,60 г (0,75 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Пример 14
Данный пример относится к сложному оксиду, содержащему оксид церия и оксид иттрия в массовом соотношении 90:10, составляющие в сумме 100 мас. ч., к которому добавляли 5 мас. ч. диоксида кремния.
Порошок сложного оксида, который состоял, главным образом, из оксида церия и содержал оксид церия и оксид иттрия в массовом соотношении 90:10 и 5 мас. ч. диоксида кремния по отношению к 100 мас. ч. суммы оксида церия и оксида иттрия, получали таким же способом, как в примере 6, за исключением того, что вместо добавления раствора нитрата лантана и раствора нитрата празеодима добавляли 22,9 мл раствора нитрата иттрия (5,2 г в пересчете на Y2O3), и количество тетраэтилортосиликата составляло 2,60 г (0,75 г в пересчете на SiO2). Свойства порошка сложного оксида, полученного таким способом, оценивали так же, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Сравнительные примеры 1-4
Данные примеры относятся к сложным оксидам без диоксида кремния, которые были получены перед пропитыванием раствором предшественника диоксида кремния в примерах 10, 11, 12 и 6, соответственно. Свойства полученных оксидных порошков оценивали таким же способом, как в примере 1. Результаты представлены в таблице 1.
Изобретение относится к сложным оксидам и способам их получения. Предложен сложный оксид, содержащий церий и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, в массовом соотношении от 85:15 до 99:1 в пересчете на оксиды, и который дополнительно содержит кремний в количестве от более чем 0 мас.ч. до не более чем 20 мас.ч. в пересчете на SiO2 по отношению к 100 мас.ч. суммарной массы церия и, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, где сложный оксид имеет удельную поверхность не менее чем 40 м2/г при измерении методом BET после обжига при 900°C в течение 5 часов, и способность к восстановлению не менее чем 30% при вычислении по результатам измерения восстановления при программируемой температуре от 50°C до 900°C, после обжига при 1000°C в течение 5 часов. Предложены также способы получения сложного оксида и катализатор очистки отработавших газов с использованием сложного оксида. Технический результат - предложенный сложный оксид способен сохранять большую удельную поверхность даже при использовании в условиях высокой температуры и обладает превосходной термостойкостью и способностью к восстановлению. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 18 пр.
1. Сложный оксид, содержащий церий и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов-металлов, отличный от церия и включая иттрий, в массовом соотношении от 85:15 до 99:1 в пересчете на оксиды, и дополнительно содержащий кремний в количестве от более чем 0 мас.ч. до не более чем 20 мас.ч. в пересчете на SiO2 по отношению к 100 мас.ч. суммарной массы указанного церия и указанного, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, отличного от церия и включая иттрий,
где указанный сложный оксид обладает свойствами проявления удельной поверхности, составляющей не менее чем 40 м2/г при измерении методом BET, после обжига при 900°С в течение 5 часов, и способностью к восстановлению, составляющей не менее чем 30% при вычислении по результатам измерения восстановления при программируемой температуре от 50°С до 900°С, после обжига при 1000°С в течение 5 часов.
2. Сложный оксид по п.1, обладающий свойством проявления удельной поверхности, составляющей не менее чем 60 м2/г при измерении методом BET, после обжига при 900°С в течение 5 часов.
3. Сложный оксид по п.1, обладающий свойством проявления удельной поверхности, составляющей не менее чем 25 м2/г при измерении методом BET, после обжига при 1000°С в течение 5 часов.
4. Сложный оксид по п.1, обладающий свойством проявления способности к восстановлению, составляющей не ниже чем 40% при вычислении по результатам измерения восстановления при программируемой температуре от 50°С до 900°С, после обжига при 1000°С в течение 5 часов.
5. Сложный оксид по любому из пп.1-4, включающий от 5 до 20 мас.ч. кремния в пересчете на SiO2 по отношению к 100 мас.ч. суммарной массы указанного церия и указанного, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, отличного от церия и включая иттрий, в пересчете на оксиды.
6. Способ получения сложного оксида, включающий стадии:
(a) приготовление раствора церия, где не менее чем 90 мол.% ионов церия являются четырехвалентными,
(b) нагревание и выдерживание указанного раствора церия, полученного на стадии (а), при температуре не ниже чем 60°С, в течение от 10 минут до 48 часов,
(c) добавление предшественника оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, отличного от церия и включая иттрий, к суспензии церия, полученной в результате указанного нагревания и выдерживания,
(d) нагревание и выдерживание указанной суспензии церия, содержащей указанный предшественник оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, отличного от церия, и включая иттрий, при температуре не ниже чем 100°С, в течение от 10 минут до 6 часов,
(e) добавление осадителя к суспензии, полученной на стадии (d), для получения осадка,
(f) обжиг указанного осадка,
(g) пропитывание оксида, полученного в результате указанного обжига, раствором предшественника диоксида кремния, и
(h) обжиг указанного оксида, пропитанного раствором предшественника диоксида кремния.
7. Способ получения сложного оксида, включающий стадии:
(A) приготовление раствора церия, где не менее чем 90 мол.% ионов церия являются четырехвалентными,
(B) нагревание и выдерживание указанного раствора церия, полученного на стадии (а), при температуре не ниже чем 60°С, в течение от 10 минут до 48 часов,
(C) добавление предшественника диоксида кремния и предшественника оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов-металлов, отличного от церия и включая иттрий, к суспензии церия, полученной в результате указанного нагревания и выдерживания,
(D) нагревание и выдерживание указанной суспензии церия, содержащей указанный предшественник диоксида кремния и указанный предшественник оксида, по меньшей мере, одного из редкоземельных элементов металлов, отличного от церия и включая иттрий, при температуре не менее чем 100°С, в течение от 10 минут до 6 часов,
(Е) добавление осадителя к суспензии, полученной на стадии (d), для получения осадка, и
(F) обжиг указанного осадка, полученного таким способом.
8. Способ по п.6 или 7, где содержание церия в указанном растворе церия на стадии (а) или (А) составляет от 5 до 100 г/л в пересчете на СеО2.
9. Катализатор очистки отработавших газов, включающий сложный оксид по любому из пп.1-5.
| Heiko Schulz et al | |||
| Flame-made nanocrystalline ceria/zirconia doped with aluminia or silica: structural properties and enhanced oxygen exchange capacity | |||
| Journal of Materials, 2003, v.13, pp.2979-2984 | |||
| Колосоуборка | 1923 |
|
SU2009A1 |
| WO 2008046920 A1, 24.04.2008 | |||
| КАТАЛИЗАТОР ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ | 2006 |
|
RU2370308C1 |
