JP7619155B2 - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents
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Description
本発明はエンジンの排気ガス浄化用触媒に関する。 The present invention relates to a catalyst for purifying engine exhaust gas.
自動車エンジンの排気通路には、排気ガス中のHC(炭化水素)、CO、NOx(窒素酸化物)など有害成分を浄化するための触媒が配置される。ところで、エンジンの作動には、酸化防止剤等を添加したエンジンオイルが必要となる。このエンジンオイルにはP、Ca等の触媒毒となる物質が含まれており、それが排気ガスに混じる。従って、触媒は、その使用が長くなると、それら物質による被毒によって性能が低下してくる。 Catalysts are placed in the exhaust passage of an automobile engine to purify harmful components in the exhaust gas, such as HC (hydrocarbons), CO, and NOx (nitrogen oxides). Incidentally, engine oil with added antioxidants is necessary for the engine to operate. This engine oil contains substances such as P and Ca that act as catalyst poisons, and these are mixed into the exhaust gas. As a result, if the catalyst is used for a long time, its performance will deteriorate due to poisoning by these substances.
特許文献1には、CeZrNd複合酸化物にRhを担持させてなる触媒のP被毒抑制のために、このCeZrNd複合酸化物にBaを担持することが記載されている。Baが排気ガス中のPとリン酸バリウムを形成することを利用して、触媒のP被毒を抑えるというものである。
特許文献2には、セリアとアルミナを含有する触媒層の表面をリン酸バリウムによって被覆することが記載されている。リン酸バリウムがリン酸基を有することによって排気ガス中のP成分を引きつけないから、リン成分はリン酸バリウムに遮られて三元触媒を素通りし、従って、触媒層のセリア及びアルミナのP被毒が抑制されるというものである。
特許文献3には、Ce、Al等の酸化物を含有する触媒層を、不飽和リン酸塩を含有する表層で覆うことが記載されている。不飽和リン酸塩が排気ガス中のPと化合して飽和リン酸化合物となるため、触媒層のCe、Al等の酸化物のP被毒が抑制されるというものである。不飽和リン酸塩としては、Ca、Al、Znから選ばれる少なくとも一種を含むリン酸水素化合物、並びにLaを含むリン酸化合物が例示されている。
触媒の被毒物質としては、従来から種々の対策が取られている上記Pの他にCaがあるが、Ca被毒対策についての報告は少ない。排気ガス中のCaはPと反応してリン酸カルシウム(β-Ca3(PO4)2)を形成する。このリン酸カルシウムはガラス質であり、触媒層を覆うことによって触媒層内部への排気ガスの拡散を阻害する。そのために、触媒の排気ガス浄化性能が低下する。 In addition to P, which has been the subject of various countermeasures, Ca is another catalyst poisoning substance, but there have been few reports on countermeasures against Ca poisoning. Ca in exhaust gas reacts with P to form calcium phosphate (β-Ca 3 (PO 4 ) 2 ). This calcium phosphate is glassy, and by covering the catalyst layer, it inhibits the diffusion of exhaust gas into the catalyst layer. This reduces the exhaust gas purification performance of the catalyst.
本発明の課題は、排気ガス浄化用触媒のP被毒及びCa被毒に対策することにある。 The objective of this invention is to deal with P and Ca poisoning of exhaust gas purification catalysts.
本発明は、上記課題を解決するために、排気ガス中のCaをトラップしてリン酸カルシウムを形成させる化合物を触媒層に分散させるようにした。 To solve the above problem, the present invention disperses a compound in the catalyst layer that traps Ca in the exhaust gas and forms calcium phosphate.
ここに開示する排気ガス浄化用触媒は、エンジンの排気通路に配設され、該エンジンのP及びCaを含有する排気ガスを浄化するものであり、担体と該担体上に形成され上記排気ガスを浄化するための触媒層を備え、該触媒層がBa3P4O13を分散して含有することを特徴とする。 The exhaust gas purifying catalyst disclosed herein is disposed in an exhaust passage of an engine and purifies exhaust gas containing P and Ca from the engine . The catalyst comprises a carrier and a catalyst layer formed on the carrier for purifying the exhaust gas, the catalyst layer containing dispersed Ba3P4O13 .
これによれば、排気ガス中のP及びCaが触媒層のBa3P4O13上にβ-Ca3(PO4)2を形成してトラップされる。本発明者は、β-Ca3(PO4)2及びBa3P4O13各々の電子線回折像を重ね合わせて両者に結晶学的な相の一致が見られることを確認している。この両者の結晶学的な関連により、β-Ca3(PO4)2がBa3P4O13上に連続して形成され易いということである。従って、触媒層の触媒成分がP被毒及びCa被毒することが抑制される。加えて、β-Ca3(PO4)2はガラス質であるものの、その形成場所は触媒層のBa3P4O13上という局部的であるから、触媒層における排気ガスの拡散が阻害されることも避けられる。よって、本発明によれば、排気ガス中のP及びCaによる触媒の被毒劣化が効果的に抑えられる。 According to this, P and Ca in the exhaust gas are trapped by forming β-Ca 3 (PO 4 ) 2 on Ba 3 P 4 O 13 of the catalyst layer. The inventors have confirmed that the crystallographic phases of β-Ca 3 (PO 4 ) 2 and Ba 3 P 4 O 13 are identical to each other by superimposing their electron beam diffraction images. Due to this crystallographic relationship between the two, β-Ca 3 (PO 4 ) 2 is easily formed continuously on Ba 3 P 4 O 13. Therefore, the catalytic components of the catalyst layer are prevented from being poisoned by P and Ca. In addition, although β-Ca 3 (PO 4 ) 2 is glassy, its formation is localized on Ba 3 P 4 O 13 of the catalyst layer, so that the diffusion of the exhaust gas in the catalyst layer is prevented from being hindered. Therefore, according to the present invention, the poisoning and deterioration of the catalyst caused by P and Ca in the exhaust gas can be effectively suppressed.
一実施形態では、上記触媒層は、活性アルミナに貴金属を担持させた貴金属担持アルミナ及びCe含有酸素吸蔵放出材を含有する。上述の如く、排気ガス中のPはβ-Ca3(PO4)2を形成してBa3P4O13にトラップされる。従って、排気ガス中のPがAlPO4を形成して活性アルミナの表面積を低下させることや、PがCePO4を形成してCe含有酸素吸蔵放出材のCe3+⇔Ce4+の価数変化を阻害して酸素吸蔵放出性を低下させることが避けられる。 In one embodiment, the catalyst layer contains a noble metal-supported alumina in which a noble metal is supported on activated alumina, and a Ce-containing oxygen storage and release material. As described above, P in the exhaust gas forms β-Ca 3 (PO 4 ) 2 and is trapped in Ba 3 P 4 O 13. This prevents P in the exhaust gas from forming AlPO 4 to reduce the surface area of the activated alumina, and prevents P from forming CePO 4 to inhibit the valence change of Ce 3+ ⇔ Ce 4+ in the Ce-containing oxygen storage and release material, thereby reducing the oxygen storage and release performance.
一実施形態では、上記触媒層は内側触媒層と外側触媒層を備え、
上記内側触媒層は、上記活性アルミナに上記貴金属としてPdを担持させたPd担持アルミナと、上記Ce含有酸素吸蔵放出材に上記貴金属としてPdを担持させたPd担持酸素吸蔵放出材とを含有するPd触媒層であり、
上記外側触媒層は、上記活性アルミナに上記貴金属としてRhを担持させたRh担持アルミナと、上記Ce含有酸素吸蔵放出材に上記貴金属としてRhを担持させたRh担持酸素吸蔵放出材とを含有するRh触媒層であり、
上記Ba3P4O13が上記外側触媒層に含まれていることを特徴とする。
In one embodiment, the catalyst layer comprises an inner catalyst layer and an outer catalyst layer;
the inner catalyst layer is a Pd catalyst layer containing Pd-supported alumina in which Pd is supported as the precious metal on the activated alumina, and a Pd-supported oxygen storage-release material in which Pd is supported as the precious metal on the Ce-containing oxygen storage-release material,
the outer catalyst layer is a Rh catalyst layer containing Rh-supported alumina in which Rh is supported as the precious metal on the activated alumina, and a Rh-supported oxygen storage-release material in which Rh is supported as the precious metal on the Ce-containing oxygen storage-release material,
The Ba 3 P 4 O 13 is contained in the outer catalyst layer.
これによれば、排気ガス中のNOxの分解が主として外側のRh触媒層で行なわれ、排気ガス中のHCの酸化分解及びCOの酸化が主として内側のPd触媒層で行なわれる。Pd触媒層を内側にしRh触媒層を外側にしたから、Rh触媒層の障壁効果によってPdの熱劣化、Pb被毒やS被毒を避けることができる。そうして、被毒の面で内側触媒層よりも厳しい環境になる外側のRh触媒層にBa3P4O13を配置したから、このRh触媒層のP及びCaによる被毒が効果的に抑制され、よって、長期間にわたって触媒性能を維持することができる。 According to this, the decomposition of NOx in the exhaust gas is mainly carried out in the outer Rh catalyst layer, and the oxidative decomposition of HC and the oxidation of CO in the exhaust gas are mainly carried out in the inner Pd catalyst layer. Since the Pd catalyst layer is on the inside and the Rh catalyst layer is on the outside, the barrier effect of the Rh catalyst layer makes it possible to avoid thermal deterioration of Pd and Pb poisoning and S poisoning. And since Ba3P4O13 is placed in the outer Rh catalyst layer, which is in a more severe environment than the inner catalyst layer in terms of poisoning, poisoning of this Rh catalyst layer by P and Ca is effectively suppressed, and therefore the catalytic performance can be maintained for a long period of time.
本発明によれば、排気ガスを浄化する触媒層がBa3P4O13を分散して含有するから、排気ガス中のP及びCaがBa3P4O13上にβ-Ca3(PO4)2を形成してトラップされ、P及びCaによる触媒の被毒劣化が効果的に抑えられる。 According to the present invention, the catalyst layer for purifying exhaust gas contains dispersed Ba 3 P 4 O 13 , so that P and Ca in the exhaust gas are trapped by forming β-Ca 3 (PO 4 ) 2 on Ba 3 P 4 O 13 , and the poisoning and deterioration of the catalyst by P and Ca is effectively suppressed.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 The following describes the embodiments of the present invention with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present invention, its applications, or its uses.
(排気ガス浄化触媒の構成)
図1に示す本発明の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒1は、自動車のエンジンの排気通路に配設され、エンジンの排気ガス中のHC、CO及びNOxを浄化する。排気ガス浄化用触媒1は、コージェライト製のハニカム担体2のセル壁(排気ガス通路壁)に触媒層3が形成されてなる。図1では、ハニカム担体のセル断面形状を矩形状に示しているが、これに限られず、例えば六角形状の六角セルハニカム構造であってもよい。
(Configuration of exhaust gas purification catalyst)
An exhaust gas purifying
図2に示すように、触媒層3は内側触媒層3aと外側触媒層3bの2層構造である。内側触媒層3aは、ハニカム担体2のセル壁上に形成され、触媒金属としてPdを用いた触媒層(以下、「Pd触媒層」ともいう。)である。外側触媒層3bは、内側触媒層3aの上(排気ガス通路側)に形成され、触媒金属としてRhを用いた触媒層(以下、Rh触媒層」ともいう。)である。
As shown in FIG. 2, the
内側触媒層3aのPdは活性アルミナ及びCe含有酸素吸蔵放出材に担持されている。内側触媒層3aは、さらに、助触媒として、触媒金属を担持しない活性アルミナを含有する。
The Pd in the inner
外側触媒層3bのRhは活性アルミナ及びCe含有酸素吸蔵放出材に担持されている。外側触媒層3bは、さらに、助触媒として、触媒金属を担持しない酸素吸蔵放出材を含有し、触媒被毒防止剤として、Ba3P4O13を分散して含有する。
The Rh in the
Ce含有酸素吸蔵放出材としては、例えば、CeとZrとの複合酸化物、CeとZrと希土類元素(Nd、La、Y、Pr等)との複合酸化物、或いはセリアを採用することができる。そのような複合酸化物は共沈法等によって調製することができる。 As the Ce-containing oxygen storage and release material, for example, a composite oxide of Ce and Zr, a composite oxide of Ce, Zr and a rare earth element (Nd, La, Y, Pr, etc.), or ceria can be used. Such composite oxides can be prepared by a coprecipitation method, etc.
触媒被毒防止剤としてのBa3P4O13は次のようにして調製することができる。炭酸バリウムBaCO3とリン酸二アンモニウム(NH4)2HPO4水溶液をBa:Pのモル比が1:1となるように混合する。この混合物を大気雰囲気において120℃で乾燥させた後、COを0.6vol%含有するN2ガス中にて800℃の温度で2時間焼成する。得られた焼成物を粉砕して微粒化する。
<実施例>
外側触媒層(Rh触媒層)と内側触媒層(Pd触媒層)の成分構成は次のとおりである。
Ba3P4O13 as a catalyst poisoning inhibitor can be prepared as follows: Barium carbonate BaCO3 and diammonium phosphate ( NH4 ) 2HPO4 aqueous solution are mixed so that the molar ratio of Ba : P is 1: 1 . This mixture is dried at 120°C in an air atmosphere, and then fired at 800°C for 2 hours in N2 gas containing 0.6 vol% CO. The fired product is pulverized to form fine particles.
<Example>
The components of the outer catalyst layer (Rh catalyst layer) and the inner catalyst layer (Pd catalyst layer) were as follows:
[外側触媒層(Rh触媒層)]
触媒粉末(1);Rh担持ZrCeNd複合酸化物(72.9g/L(Rh;0.32g/L))
触媒粉末(2);Rh担持活性アルミナ(29.5g/L(Rh;0.1g/L))
助触媒(3);活性アルミナ(12.7g/L)
触媒被毒防止剤;Ba3P4O13(Ba担持量30g/L相当量)
バインダ;ジルコニアバインダ(12.8g/L)
Rh担持ZrCeNd複合酸化物は、ZrCeNd複合酸化物にRhを蒸発乾固法によって担持させた触媒粉末である。そのZrCeNd複合酸化物の組成は、ZrO2:CeO2:Nd2O3=80:10:10(質量比)である。Rh担持活性アルミナは、活性アルミナにRhを蒸発乾固法によって担持させた触媒粉末である。活性アルミナはLa安定化アルミナである。この点は助触媒(3)及び後述する他の活性アルミナも同じである。「g/L」は担体1L当たりの担持量のことである。この点は次に説明する内側触媒層も同じである。
[Outer catalyst layer (Rh catalyst layer)]
Catalyst powder (1): Rh-supported ZrCeNd composite oxide (72.9 g/L (Rh; 0.32 g/L))
Catalyst powder (2): Rh-supported activated alumina (29.5 g/L (Rh; 0.1 g/L))
Cocatalyst (3): Activated alumina (12.7 g/L)
Catalyst poisoning prevention agent: Ba 3 P 4 O 13 (Ba loading amount: 30 g/L)
Binder: Zirconia binder (12.8 g/L)
The Rh-supported ZrCeNd composite oxide is a catalyst powder in which Rh is supported on the ZrCeNd composite oxide by evaporation to dryness. The composition of the ZrCeNd composite oxide is ZrO 2 :CeO 2 :Nd 2 O 3 =80: The ratio is 10:10 (mass ratio). Rh-supported activated alumina is a catalyst powder in which Rh is supported on activated alumina by evaporation to dryness. The activated alumina is La-stabilized alumina. 3) and other activated aluminas described below are the same. "g/L" refers to the amount supported per 1 L of carrier. This point is also the same for the inner catalyst layer described next.
[内側触媒層(Pd触媒層)]
触媒粉末(4);Pd担持ZrCeNd複合酸化物(35g/L(Pd;0.69g/L))
触媒粉末(5);Pd担持活性アルミナ(45.1g/L(Pd;1.39g/L))
助触媒(6);ZrCeNd複合酸化物(5.72g/L)、セリア(5.72g/L)
バインダ;ジルコニアバインダ(7.69g/L)
Pd担持ZrCeNd複合酸化物は、ZrCeNd複合酸化物にPdを蒸発乾固法によって担持させた触媒粉末である。ZrCeNd複合酸化物の組成は、ZrO2:CeO2:Nd2O3=67:23:10(質量比)である。Pd担持活性アルミナは活性アルミナにPdを担持させた触媒粉末である。
[Inner catalyst layer (Pd catalyst layer)]
Catalyst powder (4): Pd-supported ZrCeNd composite oxide (35 g/L (Pd; 0.69 g/L))
Catalyst powder (5): Pd-supported activated alumina (45.1 g/L (Pd; 1.39 g/L))
Cocatalyst (6): ZrCeNd composite oxide (5.72 g/L), ceria (5.72 g/L)
Binder: Zirconia binder (7.69 g/L)
The Pd-supported ZrCeNd composite oxide is a catalyst powder in which Pd is supported on the ZrCeNd composite oxide by evaporation to dryness. The composition of the ZrCeNd composite oxide is ZrO 2 :CeO 2 :Nd 2 O 3 =67:23. The mass ratio of Pd-supported activated alumina is 10. The Pd-supported activated alumina is a catalyst powder in which Pd is supported on activated alumina.
-触媒の調製法-
触媒粉末(4),(5)、助触媒(6)及びバインダを混合してスラリー化し、ハニカム担体にコーティングする。そして、空気中で450℃において2時間の焼成を行なうことにより、内側触媒層(Pd触媒層)を形成する。次に触媒粉末(1),(2)、助触媒(3)、触媒被毒防止剤Ba3P4O13及びバインダを混合してスラリー化し、上記内側触媒層の上にコーティングする。そして、空気中で450℃において2時間の焼成を行なうことにより、外側触媒層(Rh触媒層)を形成する。
<排気ガス浄化性能の評価>
上記成分構成及び調製法によって実施例触媒を調製した。ハニカム担体としては、直径25mm、長さ50mmのものを用いた。
-Catalyst preparation method-
The catalyst powders (4), (5), the co-catalyst (6) and the binder are mixed to form a slurry, which is then coated onto the honeycomb carrier. The mixture is then fired in air at 450°C for two hours to form an inner catalyst layer (Pd catalyst layer). Next, the catalyst powders (1), (2), the co-catalyst ( 3), the catalyst poisoning prevention agent Ba3P4O13 and the binder are mixed to form a slurry, which is then coated onto the inner catalyst layer. The mixture is then fired in air at 450°C for two hours to form an outer catalyst layer (Rh catalyst layer).
<Evaluation of exhaust gas purification performance>
The example catalyst was prepared using the above-mentioned component composition and preparation method. The honeycomb carrier used had a diameter of 25 mm and a length of 50 mm.
浄化性能の評価のために、次の比較例1-3の触媒を調製した。比較例1-3のハニカム担体も実施例触媒と同じ寸法のものである。 To evaluate the purification performance, the following catalysts of Comparative Examples 1-3 were prepared. The honeycomb carriers of Comparative Examples 1-3 also had the same dimensions as the example catalysts.
-比較例1-
実施例と同様にして、ハニカム担体に内側触媒層(Pd触媒層)を形成した。次に触媒粉末(1),(2)、助触媒(3)及びバインダを混合してスラリー化し、上記内側触媒層の上にコーティングした後、空気中で450℃において2時間の焼成を行なうことにより、外側触媒層(Rh触媒層,触媒被毒抑制対策なし)を形成した。
--Comparative Example 1--
In the same manner as in the example, an inner catalyst layer (Pd catalyst layer) was formed on a honeycomb carrier. Next, the catalyst powders (1), (2), the co-catalyst (3) and a binder were mixed to form a slurry, which was then coated on the inner catalyst layer and then fired in air at 450°C for 2 hours to form an outer catalyst layer (Rh catalyst layer, no measures were taken to prevent catalyst poisoning).
-比較例2-
比較例1と同様にして、内側触媒層(Pd触媒層)及び外側触媒層(Rh触媒層)を形成した。しかる後、触媒被毒防止剤としての水酸化バリウム溶液を当該内外の触媒層にBa担持量が全体で30g/Lとなるように含浸し、空気中で450℃において2時間の焼成処理を行なった。
--Comparative Example 2--
An inner catalyst layer (Pd catalyst layer) and an outer catalyst layer (Rh catalyst layer) were formed in the same manner as in Comparative Example 1. Then, a barium hydroxide solution serving as a catalyst poisoning inhibitor was impregnated into the inner and outer catalyst layers so that the total Ba loading amount was 30 g/L, and the layers were subjected to a calcination treatment in air at 450° C. for 2 hours.
-比較例3-
比較例1と同様にして、内側触媒層(Pd触媒層)を形成した。次に、触媒粉末(1),(2)、助触媒(3)、触媒被毒防止剤としてのLaPO4(不飽和リン酸塩)36g/L及びバインダを混合してスラリー化し、上記内側触媒層の上にコーティングした。そして、空気中で450℃において2時間の焼成を行なうことにより、外側触媒層(Rh触媒層)を形成した。
--Comparative Example 3--
An inner catalyst layer (Pd catalyst layer) was formed in the same manner as in Comparative Example 1. Next, catalyst powders (1), (2), cocatalyst (3), 36 g/L of LaPO4 (unsaturated phosphate) as a catalyst poisoning inhibitor, and a binder were mixed to form a slurry, which was then coated onto the inner catalyst layer. Then, the slurry was fired in air at 450°C for 2 hours to form an outer catalyst layer (Rh catalyst layer).
-評価方法-
実施例及び比較例1-3の各触媒に次のベンチエージングを行なった後に模擬排気ガスにてHC及びNOxの浄化性能を調べた。
-Evaluation method-
The catalysts of the Example and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to the following bench aging, and then the purification performance of HC and NOx was examined using a simulated exhaust gas.
(ベンチエージング)
エンジンベンチシステムを用い、アイドル運転(A/F(空燃比)=14.7)1分間→加速運転(エンジン回転数3560rpm,A/F=13.5)1分間→定常運転(エンジン回転数3300rpm,A/F=14.7)2分間→燃料カット運転(A/F>20)→アイドル運転に戻るというエンジン運転モードの繰り返しにより、触媒にエージングを行なった。触媒温度は930℃、エージング時間は100時間である。このエージングにおいて、エンジンオイルを30mL/hの流量にて吸気マニホールドからエンジンに供給した。
(Bench aging)
Using an engine bench system, the catalyst was aged by repeating the following engine operating modes: idle operation (A/F (air-fuel ratio) = 14.7) for 1 minute → acceleration operation (engine speed 3560 rpm, A/F = 13.5) for 1 minute → steady operation (engine speed 3300 rpm, A/F = 14.7) for 2 minutes → fuel cut operation (A/F > 20) → return to idle operation. The catalyst temperature was 930°C, and the aging time was 100 hours. During this aging, engine oil was supplied to the engine from the intake manifold at a flow rate of 30 mL/h.
(HC及びNOxの浄化率の測定)
ベンチエージング後の実施例及び比較例1-3の各触媒をガス流通反応装置に取り付け、触媒に流入する模擬排気ガスの温度を常温から漸次上昇させていく一方、触媒を流出するガスのHC及びNOxの濃度を検出してHC及びNOxの浄化率を求めた。
(Measurement of HC and NOx purification rates)
Each of the catalysts of the Example and Comparative Examples 1 to 3 after bench aging was attached to a gas flow reactor, and the temperature of the simulated exhaust gas flowing into the catalyst was gradually increased from room temperature, while the concentrations of HC and NOx in the gas flowing out of the catalyst were detected to determine the purification rates of HC and NOx.
模擬排気ガスについては、A/F=14.7のベースガスに2種類の変動用ガスをパルス状に追加することにより、A/Fに1Hzで±0.9の変動を与えた。ベースガス組成は、HC=C3H6;1500ppmC、CO;0.56%、O2;0.6%、H2;1800ppm,CO2;13.9%,H2O;10.0%、残N2である。このベースガスに変動用ガスとしてO2を1.05%追加してA/F=15.6(リーン)とし、変動用ガスとしてCOを2%及びH2を5400ppm追加してA/F=13.6(リッチ)とするようにした。A/Fの変動パターンは、ベースガスのみ(0.25秒)→リーン(0.25秒)→ベースのみ(0.25秒)→リッチ(0.25秒)であり、この繰り返しでA/Fを変動させた。模擬排気ガスの流量は26.1L/分(空間速度SV=約60,000h-1)、摸擬排気ガスの昇温速度は15℃/分である。 For the simulated exhaust gas, two types of fluctuating gases were added in a pulsed manner to a base gas with an A/F ratio of 14.7 , to give the A/F a fluctuation of ±0.9 at 1 Hz. The base gas composition was HC= C3H6 ; 1500 ppmC, CO; 0.56%, O2 ; 0.6%, H2 ; 1800 ppm, CO2 ; 13.9%, H2O ; 10.0%, and the balance was N2 . 1.05% O2 was added to this base gas as a fluctuating gas to give an A/F ratio of 15.6 (lean), and 2% CO and 5400 ppm H2 were added as fluctuating gases to give an A/F ratio of 13.6 (rich). The A/F ratio was varied in a repeating pattern of base gas only (0.25 seconds) → lean (0.25 seconds) → base gas only (0.25 seconds) → rich (0.25 seconds). The flow rate of the simulated exhaust gas was 26.1 L/min (space velocity SV = approximately 60,000 h -1 ), and the temperature rise rate of the simulated exhaust gas was 15°C/min.
(測定結果)
HC浄化率が50%に達したときの触媒入口のガス温度T50(HC)と、NOx浄化率が50%に達したときの触媒入口のガス温度T50(NOx)を図3に示す。同図によれば、触媒層に水酸化バリウムを含浸させた比較例2や外側触媒層にLaPO4を添加した比較例3でも触媒被毒抑制の効果が認められるが、実施例では、比較例2,3よりもさらに顕著な触媒被毒抑制効果が認められる。これは、Ba3P4O13を外側触媒層に分散させたことによる効果である。
(Measurement results)
The gas temperature T50(HC) at the catalyst inlet when the HC purification rate reaches 50% and the gas temperature T50(NOx) at the catalyst inlet when the NOx purification rate reaches 50% are shown in Fig. 3. According to the figure, the effect of suppressing catalyst poisoning is observed in Comparative Example 2 in which the catalyst layer is impregnated with barium hydroxide and Comparative Example 3 in which LaPO4 is added to the outer catalyst layer, but the embodiment shows a more remarkable effect of suppressing catalyst poisoning than Comparative Examples 2 and 3. This is the effect of dispersing Ba3P4O13 in the outer catalyst layer.
図4は、実施例触媒の外側触媒層のHAADF-STEM(高角度円環状暗視野走査透過電子顕微鏡)像と同一視野で測定したBaとCaのSTEM-EDS(エネルギー分散形X線分光器)によるマッピングデータを示す。マッピングデータのBaマップ像はBa3P4O13のBaによるものであり、Caマップ像は排気ガス中のCa成分とP成分から生じたβ-Ca3(PO4)2のCaによるものである。マッピングデータによれば、Caマップ像とBaマップ像が隣接する関係になっているから、Ba3P4O13上にβ-Ca3(PO4)2が形成されているということができる。 4 shows a HAADF-STEM (high angle annular dark field scanning transmission electron microscope) image of the outer catalyst layer of the example catalyst, and mapping data of Ba and Ca measured in the same field of view by STEM-EDS (energy dispersive X-ray spectrometry). The Ba map image of the mapping data is due to Ba in Ba 3 P 4 O 13 , and the Ca map image is due to Ca in β-Ca 3 (PO 4 ) 2 generated from the Ca and P components in the exhaust gas. According to the mapping data, since the Ca map image and the Ba map image are adjacent to each other, it can be said that β-Ca 3 (PO 4 ) 2 is formed on Ba 3 P 4 O 13 .
図5はBa3P4O13及びβ-Ca3(PO4)2各々のED(電子線回折)像と両ED像の重ね合わせを示す。両ED像を重ね合わせると一致することから,排気ガス中のCa及びPがBa3P4O13上にβ-Ca3(PO4)2を形成する要因は,結晶学的な相の一致にあることが示唆される。すなわち、この両者の結晶学的な関連により、β-Ca3(PO4)2がBa3P4O13上に連続して形成され易いということである。従って、触媒層の触媒成分がP被毒及びCa被毒することが抑制される。加えて、β-Ca3(PO4)2はガラス質であるものの、その形成は触媒層のBa3P4O13上という局部的であるから、触媒層における排気ガスの拡散が阻害されることも避けられる。 Figure 5 shows the ED (electron beam diffraction) images of Ba 3 P 4 O 13 and β-Ca 3 (PO 4 ) 2 , and the overlap of the two ED images. The overlapping of the two ED images shows that they match, suggesting that the reason why Ca and P in the exhaust gas form β-Ca 3 (PO 4 ) 2 on Ba 3 P 4 O 13 is due to the coincidence of crystallographic phases. In other words, due to the crystallographic relationship between the two, β-Ca 3 (PO 4 ) 2 is likely to be formed continuously on Ba 3 P 4 O 13. Therefore, the catalytic components of the catalytic layer are prevented from being poisoned by P and Ca. In addition, although β-Ca 3 (PO 4 ) 2 is glassy, its formation is localized on Ba 3 P 4 O 13 of the catalyst layer, so that the diffusion of exhaust gas in the catalyst layer is not hindered.
なお、上記実施形態の触媒層は二層構造であるが、触媒層は単層であっても、三層以上の積層構造であってもよい。触媒金属は、RhやPdに限らず、Ptなど他の貴金属或いは他の遷移金属であってもよい。 Although the catalyst layer in the above embodiment has a two-layer structure, the catalyst layer may be a single layer or a laminated structure of three or more layers. The catalyst metal is not limited to Rh or Pd, but may be other noble metals such as Pt or other transition metals.
1 排気ガス浄化用触媒
2 ハニカム担体
3 触媒層
3a 内側触媒層
3b 外側触媒層
Reference Signs List 1: exhaust gas purification catalyst 2: honeycomb carrier 3:
Claims (3)
担体と該担体上に形成され上記排気ガスを浄化するための触媒層を備え、
上記触媒層がBa3P4O13を分散して含有することを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 An exhaust gas purifying catalyst that is disposed in an exhaust passage of an engine and purifies exhaust gas containing P and Ca from the engine, comprising:
a catalyst layer formed on the carrier for purifying the exhaust gas;
The exhaust gas purifying catalyst is characterized in that the catalyst layer contains Ba 3 P 4 O 13 in a dispersed state.
上記触媒層は、活性アルミナに貴金属を担持させた貴金属担持アルミナ及びCe含有酸素吸蔵放出材を含有することを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 In claim 1,
The catalyst layer is characterized in that it contains a noble metal-supported alumina in which a noble metal is supported on activated alumina, and a Ce-containing oxygen storage/release material.
上記触媒層は内側触媒層と外側触媒層を備え、
上記内側触媒層は、上記活性アルミナに上記貴金属としてPdを担持させたPd担持アルミナと、上記Ce含有酸素吸蔵放出材に上記貴金属としてPdを担持させたPd担持酸素吸蔵放出材とを含有し、
上記外側触媒層は、上記活性アルミナに上記貴金属としてRhを担持させたRh担持アルミナと、上記Ce含有酸素吸蔵放出材に上記貴金属としてRhを担持させたRh担持酸素吸蔵放出材とを含有し、
上記Ba3P4O13が上記外側触媒層に含まれていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 In claim 2,
The catalyst layer comprises an inner catalyst layer and an outer catalyst layer,
the inner catalyst layer contains Pd-supported alumina in which Pd is supported as the precious metal on the activated alumina, and a Pd-supported oxygen storage-release material in which Pd is supported as the precious metal on the Ce-containing oxygen storage-release material,
the outer catalyst layer contains Rh-supported alumina in which Rh is supported as the precious metal on the activated alumina, and a Rh-supported oxygen storage-release material in which Rh is supported as the precious metal on the Ce-containing oxygen storage-release material,
An exhaust gas purifying catalyst, characterized in that the Ba 3 P 4 O 13 is contained in the outer catalyst layer.
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