JPH04193348A - 排気ガス浄化触媒 - Google Patents

排気ガス浄化触媒

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JPH04193348A
JPH04193348A JP2321296A JP32129690A JPH04193348A JP H04193348 A JPH04193348 A JP H04193348A JP 2321296 A JP2321296 A JP 2321296A JP 32129690 A JP32129690 A JP 32129690A JP H04193348 A JPH04193348 A JP H04193348A
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JP
Japan
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catalyst
exhaust gas
titanosilicate
purification
nitrogen oxides
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Pending
Application number
JP2321296A
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English (en)
Inventor
Hiromasa Suzuki
宏昌 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車等の内燃機関や硝酸製造工場などの化
学工場から排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化す
る触媒に関する。
〔従来の技術〕
自動車等の内燃機関や硝酸製造工場などから排出される
排気ガス中には、窒素酸化物(NOx)等が含まれてい
るため、近年、排気ガス中の窒素酸化物の浄化について
種々の検討がなされている。
従来、窒素酸化物の浄化には還元性ガスの存在下に貴金
属や金属の還元性触媒を用いるのが主体で、窒素酸化物
を酸化性ガスの存在下で浄化する触媒は殆ど知られてい
ない。
ペンタシル型ゼオライトZSM−5のアルミニウムを結
晶合成の段階でチタンに置換したチタノシリケートが、
オレフィンの芳香族化等低級オレフィンの芳香族化触媒
として有用であることが報告されている(触媒Vo1.
2B 、No、2.1986) 、しかし、排気ガス中
のNOx等の浄化にこの触媒の適用を示唆する記載は全
く認められない。
また、近年のガソリンエンジンにおいては、低燃費化や
排出炭酸ガスの低減の目的で希薄燃焼させることが必要
となってきている。しかしながら、この希薄燃焼ガソリ
ンエンジンの排気ガスは酸素過剰雰囲気であるため従来
の三元触媒(排気ガス中の窒素酸化物、−酸化炭素及び
炭化水素の有害三成分を除去する触媒)は使用できず、
有害成分を除去する方法は実用化されていない。
このような酸素過剰の排気ガスから、特に窒素酸化物を
除去する方法としては、アンモニア等の還元剤を添加す
る方法、窒素酸化物をアルカリに吸収させて除去する方
法等も知られているが、これらの方法は移動発生源であ
る自動車等に用いるには有効な方法ではなく、その適用
が限定されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、本発明は前述のような従来技術の問題点を解決
し、自動車等の内燃機関などから排出される排気ガスか
ら、窒素酸化物、−酸化炭素及び炭化水素を同時に除去
する排気ガス浄化触媒を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段] 本発明に従えば、先ず、組成式(r):Mn(Tt、、
5Lb−no+qz) + 16HzO(r )(式中
、Mはナトリウムまたはカリウムイオンを表し、n〈2
7である)で示される結晶性のチタノシリケートに白金
、銅及びコバルトの中から選ばれた少なくとも一種の金
属を担持せしめてなる、主として排気ガス中の窒素酸化
物を除去する触媒が提供される。
本発明に係る排気ガス浄化触媒は、前述の如く、公知の
ゼオライト(アルミノシリケート ZSM−5モービル
オイル社製)とは異なり、チタン原子をシリケート骨格
中に組み込んだ構造を有する前記組成式(1)で表され
る結晶性物質にPt、Cu及び/又はCoを担持させて
なる触媒である。
結晶性のチタノシリケート触媒にPt、Cu及び/又は
COを担持させる方法としては、例えば金属塩水溶液中
に鉄シリケートを混入、攪拌する通常のイオン交換法を
あげることができる。
前記組成式(I)で表される結晶性のチタノシリケート
触媒は、所定のケイ酸塩である水ガラスとチタンイオン
等とを水熱合成することにより容易に得ることができる
。このチタノシリケート中のS i / T i原子比
は15以上であることが好ましく、更に好ましくは25
〜100である。また担持するPt、Cu及び/又はC
oはチタノシリケート重量当り1.0重量%以上である
のが好ましく、2〜7重量%であるのが更に好ましい。
本発明によれば、炭化水素と窒素酸化物とを含有する酸
化性排気ガスを前記浄化触媒と接触させることによって
酸化性排気ガス中の窒素酸化物を浄化することができる
ここで「酸化性排気ガスJとは、排気ガス中に含まれる
一酸化炭素、水素及び炭化水素等の還元性物質を完全に
酸化して水と炭酸ガスに変換するに必要な酸素量よりも
過剰な量の酸素が含まれている排気ガスをいい、例えば
、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスの場合に
は、空燃費(A/F)が大きい状態(燃料のリーン領域
)で排出される排気ガスである。
本発明に係る前記金属担持チタノシリケート触媒は、排
気ガス中の炭化水素と酸素との反応よりも炭化水素と窒
素酸化物との反応を優先的に促進させて窒素酸化物を浄
化する。従って、排気ガス中の炭化水素と窒素酸化物と
を浄化することができる。
浄化される排気ガス中に存在する炭化水素としては、通
常の排気ガス中に残存する炭化水素でよいが、前記の窒
素酸化物と炭化水素との反応をおこなうのに不十分な場
合には、外部より炭化水素を補充すればよい。炭化水素
の必要量としては、100〜10,000ppm  (
CHaに換算した場合の濃度として)の範囲が好ましい
本発明に係る浄化方法は、通常、反応器内に前記金属担
持チタノシリケート触媒を配置し、その反応器内に排気
ガスを導入して金属担持チタノシリケート触媒と排気ガ
スとを接触させて窒素酸化物を還元浄化し、その後浄化
された排気ガスを反応器より排出させることにより実施
する。また、本発明の浄化方法において公知の浄化触媒
と併用することにより、さらに浄化効果を高めることも
できる。
本発明において、浄化時の触媒層の反応温度としては、
耐久性及び触媒の活性の点から、200〜800 ’C
の範囲の温度が望ましい。この触媒層の温度が800°
Cを超えると触媒の耐久性が低下するおそれがあるため
好ましくない。また、200°C未満であると浄化が不
十分となり好ましくない。また本発明に係る浄化方法に
おいて、排気ガスを触媒層に導入する空間速度(SV)
には特に制限はないが、例えば、1.000〜500.
000/時間の範囲が活性を維持するために望ましい。
本発明に係る前記した特定の金属(即ちPt、Cu及び
/又はCo)を含有する担持チタノシリケート触媒は、
シリケート骨格中にチタン原子を組み込んだ結晶性の構
造を有しているため、前記特定の金属をアルミナに担持
したものやチタンをシリケートにイオン交換で担持して
形成したものに比較して、窒素酸化物の浄化に優れた性
能を有している。
この金属担持チタノシリケート触媒に、少なくとも炭化
水素と窒素酸化物とを含む酸化性排気ガスを接触させる
と、排気ガス中の窒素酸化物を高能率で窒素ガスに還元
して排気ガスを浄化することができる。
また、この金属担持チタノシリケート触媒は、600°
Cで5時間加熱する耐久試験後においても排気ガスの浄
化性能を有し、通常の排気ガス用触媒として使用するこ
とができる。
本発明に係る排気ガスの浄化方法は、前記した特定の金
属担持チタノシリケート触媒を炭化水素と窒素酸化物と
を含有する酸化性排気ガスと接触させて窒素酸化物を浄
化する。この酸化性排気ガスは、−酸化炭素、水素及び
炭化水素等の還元性物質を完全に酸化して水と炭酸ガス
に変換するに必要な酸素量よりも過剰な量の酸素が含ま
れた状態である。
〔作用〕
本発明に係るPt5Cu及び/又はCo担持チタタノシ
リケート触媒は、炭化水素と酸素との反応に優先して炭
化水素と窒素酸化物とを反応させ、窒素酸化物を還元し
て窒素ガスとする。その後炭化水素が酸素と反応して炭
酸ガスに転化する。かくして酸化性排気ガス中の窒素酸
化物を浄化することができる。
〔実施例〕
以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明
を以下の実施例に限定するものでないことはいうまでも
ない。
髭よ 〔触媒の調製〕 S i / T iの原子比が25のpt担持チタノシ
リケート触媒を、以下のようにして調製した。
A液:硫酸チタン(IV) (Ti (SOa) z・4HJ )     3.3
9 gHzO85,Og B液:水ガラス (Si(h  35〜38重量%)    50.0g
HzO50,Og C液:硫酸(〉85重量%)       15.Og
D液:テトラプロピルアンモニウムヒドロキサイド((
C3H?)、NOF! (20〜25重量%))30.
0 g の4種の溶液を調製した。
前記A液を200−のビーカーに入れ、室温下でpHを
2.5〜3.5に保ち、激しく攪拌しながら、B液及び
C液を滴下して混合した。この混合液にD液を混入し約
3時間攪拌し、得られた混合液をオートクレーブに移し
、攪拌をおこなわずに、1°C/分の昇温速度で180
°Cまで加熱昇温させ、その後0.25°C/分の昇温
速度で210°Cまで加熱昇温させた後、210°Cで
60時間保持した。冷却後、生成物を洗浄し、120℃
で乾燥した。次いで、窒素流通下550″Cで15時間
焼成した後、空気流通下550°Cで5時間焼成した。
続いてこの焼成体を濃度INのNLNO:+溶液に3時
間浸漬して、アンモニウム型に変換した。その後、室温
で水洗した後、100°Cで乾燥し、さらに空気中50
0″Cで1時間焼成してチタノシリケートを得た。チタ
ンの含有量は2.74重量%であった。
このアンモニウム型チタノシリケートを0.2M/lの
Ptアミン水溶液に3時間浸漬してPtイオン交換した
後、室温で水洗し、100°Cで乾燥し、さらに空気中
で350°Cで3時間焼成してPt1B持チタノシリケ
ート触媒Aを得た。
イオン交換については、pHが高く、水溶液温度も高い
方が交換量が向上する。
上で得たPt担持チタノシリケート触媒のPt含有量は
7.44重量%であった。
比較用触媒として、活性アルミナに1.2重量%Ptを
担持した触媒B及び前記の方法で調製したアンモニウム
型チタ7ノシリケート触媒Cを用いた。
〔浄化性能評価〕
上で得たpt担担持チタノシリケート触媒色比較用触媒
B及びCとの触媒性能を比較した。
それぞれフレッシュおよび600°Cで5時間耐久試験
後、自動車の排気ガスを模擬した下記組成並びに条件の
ガスと接触させて浄化性能を比較した。
ガス組成: HC(炭化水素):0.08%、co:o、i1%、0
2:4.30%、NO:0.10%、N2:o、03%
、C02:11.9%、N20:2.3%、N2 : 
8t、2%、SV(触媒層へのガスを導入する空間速度
):420.000/時間、 触媒層の温度:250°C1300°C及び400°C
に於ける初期浄化率を表1に示し、耐久試験後の浄化率
を表2に示す。
表1及び2に示したように、本発明に係る触媒Aは比較
例触媒B及びCに比べて数倍から士数倍の窒素酸化物を
浄化を示した。また炭化水素及び−酸化炭素の浄化性能
においても優れていた。
以下余白 1   亘゛  °  % 貫I 〔触媒の調製] Si/Tiの原子比が25のCu担持チタノシリケート
触媒を、以下のようにして調製した。
例1の方法で調製したアンモニウム型チタノシリケート
を0.2M#2酢酸銅水溶液に3時間浸漬してCuイオ
ン交換した後、室温で水洗し、100°Cで乾燥し、さ
らに空気中で350°Cで3時間焼成してCu担持チタ
ノシリケート触媒りを得た。
酢酸銅によるCuイオン交換については、pHが高く、
水溶液温度も高い方が交換量が向上する。
上で得たCu担持チタノシリケート触媒のCυ含有量は
3.64重量%であった。
比較用触媒として、活性アルミナに1.2重量%Cuを
担持した触媒E及び前記の方法で調製したアンモニウム
型チタノシリケート触媒Fを用いた。
[浄化性能評価〕 前記で得たCu担持チタノシリケート触媒りと比較用触
媒E及びFとの触媒性能を比較した。
それぞれフレッシュおよび600’Cで5時間耐久試験
後、自動車の排気ガスを模擬した下記組成並びに条件の
ガスに接触させて浄化性能を比較した。
ガス組成: HC(炭化水素):o、o8%、co:o、i1%、0
□: 4.30%、NO:0.10%、H2:0.03
%、COx : 11.9%、H2O:2.3%、Nz
:81.2%、SV(触媒層へのガスを導入する空間速
度)=420.000/時間、 触媒層の温度=400°C1500°C及び600°C
に於ける初期浄化率を表3に示し、耐久試験後の浄化率
を表4に示す。
表3及び4に示したように、本発明に係る触媒りは比較
例触媒E及びFに比べて数倍から十数倍の窒素酸化物を
浄化を示した。また炭化水素及び−酸化炭素の浄化性能
においても優れていた。更に、貴金属担持チタノチリケ
ート触媒よりも高温側での性能向上が認められた。
以下余白 倒」− 〔触媒の調製〕 Si/Tiの原子比が25のCo担持チタノシリケート
触媒を、以下のようにして調製した。
例1の方法で調製したアンモニウム型チタノシリケート
を0.2M#!酢酸コバルト水溶液に3時間浸漬してC
oイオン交換した後、室温で水洗し、100°Cで乾燥
し、更に空気中で350°Cで3時間焼成してCO担持
チタノシリケート触媒Gを得た。
上で得たCo担持チタノシリケート触媒のCO含有量は
3.2重量%であった。
比較用触媒として、前記の方法で調製したアンモニウム
型チタノシリケート触媒Hを用いた。
〔浄化性能評価〕
前記で得たCo担担持チタノシリケート触媒色比較用触
媒Hとの触媒性能を比較した。
それぞれフレッシュ及び600°Cで5時間耐久試験後
、自動車の排気ガスを模擬した下記組成並びに条件のガ
スに接触させて浄化性能を比較した。
ガス組成: HC:C炭化水素):0.08%、Co:0.11%、
ORr4.30%、NO:0.10%、H,:0.03
%、CO□ : 11.9%、H,0:2.3%、N、
  :81.2%、SV(触媒層へのガスを導入する空
間速度):420.000/時間、 触媒層の温度:500°C1600°C及び700°C
に於ける初期浄化率を表5に示し、耐久試験後の浄化率
を表6に示す。
表5及び6に示したように、本発明に係る触媒Gは比較
例触媒Hに比べて数倍から士数倍の窒素酸化物を浄化を
示した。また炭化水素及び−酸化炭素の浄化性能におい
ても優れていた。更に、貴金属担持チタノシリケート触
媒よりも高温側での性能向上が認められた。
以下余白 〔発明の効果〕 以下説明したように、本発明によれば、前記した特定の
組成を有する結晶性チタノシリケートにPt、Cu及び
/又はCoを担持した触媒を用いることによって、酸素
過剰雰囲気下において排気ガス中の炭化水素、−酸化炭
素及び窒素酸化物を同時に除去でき、また600°CX
5時間の耐久試験後においても実用的に受は入れること
のできる浄化性能を有する。
本発明に係るPt、Cu及び/又はCo担持チタノシリ
ケート触媒は、粒状、ペレット状、ハニカム状等その浄
化時の構造は問わない。
なお、自動車等の内燃機関のみならず、硝酸製造工場、
各種燃焼設備などの窒素酸化物を含有する排気ガスの浄
化に利用することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、組成式: M_n(Ti_nSi_9_6_−_nO_1_9_2
    )・16H_2O( I )(式中、Mはナトリウムまた
    はカリウムイオンを表し、n<27である)で示される
    結晶性チタノシリケートに白金、銅及びコバルトの中か
    ら選ばれた少なくとも一種の金属を担持せしめてなるこ
    とを特徴とする、主として排気ガス中の窒素酸化物を除
    去する排気ガス浄化触媒。
JP2321296A 1990-11-27 1990-11-27 排気ガス浄化触媒 Pending JPH04193348A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108722477A (zh) * 2018-06-06 2018-11-02 中国科学院过程工程研究所 一种抗碱中毒高效脱硝催化剂及其制备方法和应用
JP2024545017A (ja) * 2021-12-20 2024-12-05 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー 天然ガスエンジンによって生成される排気ガスを処理するための触媒材料

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