JPH04371231A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH04371231A
JPH04371231A JP3173250A JP17325091A JPH04371231A JP H04371231 A JPH04371231 A JP H04371231A JP 3173250 A JP3173250 A JP 3173250A JP 17325091 A JP17325091 A JP 17325091A JP H04371231 A JPH04371231 A JP H04371231A
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賢 伊藤
Yukio Ozaki
小崎 幸雄
Hiroyuki Yamaguchi
博之 山口
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関等の排気ガス浄
化用触媒に関し、さらに好適には、内燃機関等から排出
される窒素酸化物の浄化に適した触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】地球環境保全の観点から大気汚染物質の
除去は重要な課題である。とりわけ光化学スモッグや酸
性雨の原因とも言われる窒素酸化物の除去は緊急課題で
ある。従来、火力発電所等の大規模固定発生源からの排
気ガスにたいしてはアンモニアを用いる選択的接触還元
法が適用され一応の成果を上げてきた。
【0003】他方、オンサイトコージェネ用エンジンや
自動車、トラック等の内燃機関の排気ガスに対しては、
空燃比を量論量(A/F=14.7)付近に制御して一
酸化炭素(CO)、炭化水素(H.C.)、窒素酸化物
(NOx)を同時に除去する三元触媒(TWC)法が適
用されてきた。
【0004】しかし、近年地球温暖化防止へ向けて二酸
化炭素(CO2)排出量の抑制が必要となり、希薄燃焼
エンジン(リーンバーンエンジン)の実用化が要望され
るに至っが、これには三元触媒は有効ではない。
【0005】また、ディ−ゼルエンジンは本来、希薄燃
焼であるが、排気ガス中のNOxを抑制するためには、
排気ガス再循環(EGR)や燃料噴射時期遅延等の手段
を用いざるを得ず、浮遊粒子状物質(パテイキュレート
)の発生はある程度許容されてきた。しかし今後はパテ
イキュレートとNOxの両方に厳しい排出規制が課され
よう。ところでディーゼルエンジンの排気においてはパ
テイキュレートとNOxの発生は互いにトレードオフの
関係にあり、もし触媒でNOxを効率的に除去し得るな
ら、パテイキュレートの発生は大幅に抑制し得るとされ
ている。
【0006】以下、リーンバーンガソリンエンジン、デ
ィーゼルエンジン、ガスエンジン等希薄燃焼方式のエン
ジンを総称してリーンバーンエンジンと呼ぶ。
【0007】このような量論量より過剰の酸素を含有す
るリーンバーンエンジンの排気ガス中の窒素酸化物浄化
の目的に対しては、近年銅イオン交換ゼオライト(米国
特許第4,297,328号、特開昭63−10091
9)あるいは白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属イ
オン交換ゼオライト(特開平1−135541)等のゼ
オライト触媒が提案されてきた。
【0008】しかしながら、これら従来のゼオライト系
触媒は、NOx浄化の有効温度域が限定されていたり、
水蒸気を含有する高温排気ガス中では活性劣化が著しい
等の致命的な欠点があり、未だにその性能は実用化の域
に達していない。一般に、ゼオライト系触媒の低耐熱性
の原因は、ゼオライト結晶構造の熱的不安定性にあると
推定されてきた。
【0009】
【発明の解決すべき課題】本発明は上記従来触媒の課題
を解決すべくなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、量論量より過剰の酸素が共存するリーンバーンエ
ンジンの排気ガスに対して、高活性でかつ耐熱性、耐久
性にも優れたNOx浄化用触媒を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化用
触媒は、結晶性アルミノシリケート、アルミノガロシリ
ケートおよびガロシリケートよりなる群から選ばれる少
なくとも1種からなる担体に、銅と錫の共沈複合酸化物
を担持させるか、または銅と錫の共沈複合酸化物と、さ
らに白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニ
ウム、金および銀よりなる群から選ばれる少なくとも1
種の貴金属元素とを、共存担持させたことを特徴とする
【0011】銅と錫の共沈複合酸化物ゲルが100℃以
下の低温域でのCOとO2あるいはCOとNOの反応の
触媒となることはFullerとWarwick(J.
Catal.,34、445−453(1974)、i
bid.,42、418−424(1976))によっ
て報告された。しかしその反応速度は著しく低かった。
【0012】またアルミナ担体に酸化銅と酸化錫とを担
持させた三元触媒(特開平1−210033号)、ある
いはアルミナに貴金属と酸化錫とを担持させた酸化触媒
あるいは三元触媒(特開昭56−141838号、特開
昭60−175546号)は公知である。しかしながら
、これらの触媒はリーンバーンエンジンの排気ガス浄化
にはほとんど効果を示さなかった。
【0013】他方、ゼオライトに銅と錫を担持した触媒
はほとんど知られていない。
【0014】本発明者等は、銅担持ゼオライト触媒のN
Ox浄化活性を損なわずに耐久性を向上させるべく各種
の化合物の添加効果を調べるうちに、酸化錫の共存担持
がNO浄化活性を向上させること、さらに驚くべきこと
に銅と錫を共沈複合酸化物として担持させるとゼオライ
ト触媒の耐熱性を100℃以上も向上させ得る優れた相
乗効果が発揮されることを見いだした。
【0015】ところで、ゼオライトは無水状態で一般式
【0016】
【化1】(X/n)Mn+:(AlxSiy)O2(M
は原子価nの少なくとも1種のカチオン、x、yはそれ
ぞれ4面体酸化物として存在する骨格構造中のAl、S
iのモル分率を表しx+y=1)で表される結晶性アル
ミノシリケートで、骨格を構成するSiO4およびAl
O4四面体の三次元的連結形式によって網目構造をとり
得る。この網目構造の故に多孔性を有し分子篩い機能が
発現する。さらにゼオライトは骨格構造中のSi4+の
一部をAl3+で置換しているために、正電荷が不足し
これを補うためにMn+、たとえばNa+、K+等の陽
イオンを必要とし、イオン交換機能を有する。
【0017】他方、ゼオライトの骨格原子AlをGaで
同型置換したものがガロシリケートであり、Gaによる
置換の度合によってガロシリケート(置換率ほぼ100
%)、あるいは、アルミノガロシリケート(置換率0%
より高く100%未満)と呼ばれる。100%純粋なガ
ロシリケートの製造は実際上困難である。ゲル水熱合成
の原料シリカ源として通常入手し得る試薬の中には不純
物としてAlがおよそSi/Al原子比で500:1程
度は混入しておりこれが生成物に混入する。このような
不可避不純物程度までのAlしか含有しないものを本明
細書では以下ガロシリケートと称し、これ以上に外部か
ら添加したAlを含有するか、または、後述するような
製造後の処理によって高められた濃度のAlを含有する
ものをアルミノガロシリケートと称する。
【0018】本発明者等は先に、骨格構造中のAl;G
a;Siの原子比が一定の比でバランスした結晶性アル
ミノガロシリケートが、銅担持NOx浄化触媒の担体と
してアルミノシリケートを凌ぐ性能を有することを開示
した(特願平    )。
【0019】本発明者等は、銅と錫の共沈複合酸化物の
担持がアルミノシリケート担体以外にアルミノガロシリ
ケート担体さらにはガロシリケート担体にたいしても優
れた相乗効果を示すことを見いだし、本発明を完成させ
るに至った。
【0020】本明細書において、アルミノシリケート、
アルミノガロシリケート、ガロシリケート等は便宜上担
体と称されるが、触媒活性物質の単なる分散支持体以上
の機能を有し、NOx浄化触媒の必須の構成要素である
【0021】本発明の触媒の担体でありかつ必須の構成
要素でもある結晶性アルミノシリケート、アルミノガロ
シリケート、あるいはガロシリケートの構造および組成
には特に制約は無いが、その無水状態における化学組成
が、次式
【0022】
【化2】 {(x+y)/n}Mn+:(AlxGaySiz)O
2(ただし、Mは原子価nの少なくとも1種のカチオン
、x、y、z、はそれぞれ4面体酸化物として存在する
骨格構造中のAl、Ga、Siのモル分率を表す)によ
って表され、かつ以下の式
【0023】
【数1】 x+y+z=1.00、      0.882≦z≦
0.990 を満たす組成範囲にあるものが特に好ましい。
【0024】この組成範囲は、
【0025】
【数2】   15≦{2z/(x+y)}={SiO2/(Al
2O3+Ga2O3)}≦200に対応する。
【0026】SiとAl+Gaの比が7.5より小さい
と結晶構造中のAlおよび/またはGa原子数が多くな
り銅と錫の共沈複合酸化物担持触媒といえども親水性が
高くなり耐熱性が低下する。逆にSiとAl+Gaの比
が100より大きいと触媒の酸性度が低下するためNO
x浄化活性が低下する。
【0027】本発明の触媒の担体である結晶性アルミノ
シリケート、アルミノガロシリケート、ガロシリケート
の結晶構造としては、MFI型、MEL型、MOR型、
FEL型、TON型等各種のタイプのものが利用できる
が、MFIおよびMEL型のものが特に好ましい。
【0028】なお、本明細書においては、アルミノシリ
ケート、アルミノガロシリケートおよびガロシリケート
の結晶構造の命名法はゼオライトの命名法に関するIU
PACの勧告(“Chemical Nomencla
ture,and Formulation of C
ompositions of Synthetic 
and Natural Zeolites,”IUP
AC yellow booklet,1978)に従
う。
【0029】これらの結晶性アルミノシリケート、アル
ミノガロシリケート、ガロシリケートは、例えば、ゲル
水熱合成法においてゲルを構成する必須成分として、シ
リカ源とアルミナ源および/またはガリア源とを混合し
て得られる均一混合ゲルを100℃から300℃の水熱
合成条件下に一定時間、例えば10時間から数百時間保
持することによって製造される。この際仕込原料比と製
造条件を変えることによって各種の構造、各種のSi対
Al比および/または、Si対Ga比、Si対(Al+
Ga)比およびAl対Ga比のアルミノシリケート、ア
ルミノガロシリケートあるいはガロシリケートを製造す
ることができる。これには、既知のアルミノシリケート
あるいはガロシリケートの製法、例えば米国特許第3,
702,886号、英国特許出願2053960号(M
FI型)、欧州特許出願第106478Al号、特開昭
59−73420号(MEL型)あるいは欧州特許出願
第130013A2号(TON型)等の製法が応用でき
る。
【0030】ところで、炭化水素転化触媒については、
結晶形が同一でも、Al:Ga:Siの組成が変わると
アルミノシリケート、ガロシリケート、アルミノガロシ
リケートの細孔径および/または酸性度が微妙に変化し
、触媒性能が変化する事が知られている。
【0031】リーンバーンエンジン排気ガス中のNOx
浄化においても、NOxの選択還元に必要な還元剤とし
ての炭化水素等はまずアルミノシリケート、アルミノガ
ロシリケート、あるいはガロシリケート上に吸着活性化
される必要がある。従って排気ガス中の炭化水素の種類
に応じてシリケートの網目構造およびAl:Ga:Si
の組成を最適化することが望ましい。
【0032】本発明の触媒担体として特に好適なものは
、高結晶性のアルミノシリケート、アルミノガロシリケ
ートおよびガロシリケートである。一般に結晶性が高い
ほど、すなわち、格子欠損が少ないほどシリケートは耐
熱性が高くなる。
【0033】高結晶性アルミノガロシリケートは、例え
ば、Gaを含まない特定構造の結晶性シリケートから、
公知のSi−Ga置換法(欧州特許出願第187496
A2号)によって製造できる。この置換反応の過程で中
間体シリケート中の低結晶性部分のリーチングに伴い不
可避不純物Alの濃縮が起こり、高結晶性アルミノガロ
シリケートが得られる。
【0034】アルミノガロシリケートの結晶構造の規則
性の度合いは、例えば、FT−IRのOH伸縮振動の先
鋭度によって評価される。
【0035】このような結晶性アルミノシリケート、ア
ルミノガロシリケートあるいはガロシリケートは、それ
単独では、少なくともガス空間速度10,000/hr
以上の、排気ガス処理の実使用条件に近いところでは、
ほとんどNOx浄化活性を示さない。
【0036】しかしながら、このような結晶性アルミノ
シリケート、アルミノガロシリケートあるいはガロシリ
ケートに銅と錫の共沈複合酸化物を、あるいは銅と錫の
共沈複合酸化物と、さらに白金、パラジウム、ロジウム
、ルテニウム、イリジウム、銀および金から選ばれる少
なくとも1種の貴金属元素とを、共存担持させてなる触
媒は200℃から800℃までの広い温度範囲に亘って
高いNOx浄化活性と優れた耐久性を有することが見い
だされた。
【0037】本明細書では以下、特に断りなき場合は、
酸化銅・酸化錫(CuO・SnO2)によって共沈複合
酸化物を表わし、単なる酸化銅と酸化錫の混合物(Cu
O+SnO2)あるいは酸化銅に酸化錫を担持したもの
(SnO2/CuO)や酸化錫に酸化銅を担持したもの
(CuO/SnO2)等とは区別する。
【0038】本発明の貴金属含有触媒系としては、各種
の組合せのものが使用され得るが、酸化銅・酸化錫−白
金、酸化銅・酸化錫−パラジウム、酸化銅・酸化錫−イ
リジウムおよび酸化銅・酸化錫−金、あるいは酸化銅・
酸化錫−白金−パラジウム、酸化銅・酸化錫−白金−ロ
ジウム、酸化銅・酸化錫−パラジウム−イリジウム、酸
化銅・酸化錫−パラジウム−金および酸化銅・酸化錫−
イリジウム−金等が特に好ましい。
【0039】本発明の必須の構成要素である銅と錫の共
沈複合酸化物は、担体である結晶性アルミノシリケート
、アルミノガロシリケート、あるいはガロシリケート上
に種々の方法で担持される。例えば、担体シリケートに
銅と錫を含む均一混合溶液を含浸させた後、アンモニア
水、尿素水や炭酸ソーダ等のアルカリを添加して銅と錫
の均一混合水酸化物として共沈させるか、あるいは蓚酸
を添加して混合蓚酸塩として共沈させた後、空気中で焼
成分解して得る。
【0040】銅と錫の均一混合溶液をつくるための銅の
化合物としては硝酸銅(II)、塩化銅(II)、硫酸
銅(II)あるいは酢酸銅(II)が、錫の化合物とし
ては塩化錫(IV)、酢酸錫(IV)、塩化錫(II)
あるいは硫酸錫(II)等が使用できる。
【0041】担体上への銅と錫の化合物の共沈担持後の
焼成温度は、300℃〜900℃、好ましくは450℃
〜700℃であり、同温度に30分〜数時間保持される
【0042】焼成温度が300℃以下と低すぎると前駆
体の分解が不十分で触媒活性が低い。また900℃以上
と高すぎると銅と錫の複合酸化物はそれぞれ酸化銅と酸
化錫に分離し、凝集するため触媒活性は低下する。
【0043】本発明のアルミノシリケート、アルミノガ
ロシリケートあるいはガロシリケートに担持された銅と
錫の共沈複合酸化物はX線回折で検知されるような明確
な結晶構造をとらないが単なる酸化銅と酸化錫の混合物
ではない。
【0044】SEM−EDX等の分析電子顕微鏡によれ
ば、本発明の触媒はアルミノシリケート等の担体粒子表
面および細孔内に分散担持された個々の複合酸化物粒子
のおのおのにおいてほぼ一定の比率のCuとSnが分布
していることが観察される。これに対し、例えば酸化銅
担持アルミノシリケートと酸化錫担持アルミノシリケー
トとを所定の重量比で混合して調製された触媒は本発明
の触媒の効果を示さない。
【0045】また本発明の触媒の互いに必須の構成要素
である、アルミノシリケート、アルミノガロシリケート
あるいはガロシリケートと、銅と錫の共沈複合酸化物と
は、高度に分散された状態で密に接触して存在する必要
がある。
【0046】例えば、別途調製された銅と錫の共沈複合
酸化物をアルミノシリケート、アルミノガロシリケート
、あるいはガロシリケートと混練しただけのものは活性
も耐久性も不十分である。
【0047】この様に触媒活性成分を分散性良く担持さ
せることは、担持金属当たり触媒活性を向上させ、使用
条件下特に高温における凝集を防ぎ触媒の寿命を延ばす
ためにも重要な点である。
【0048】本発明の改良された実施態様としての貴金
属担持触媒においても、貴金属元素は種々の方法で担持
され得るが、必須の構成要素である銅と錫の共沈複合酸
化物担持アルミノシリケート、アルミノガロシリケート
あるいはガロシリケートと、貴金属メタルあるいは貴金
属酸化物とは、互いに密に接触して存在する必要がある
。例えば、予めアルミノシリケートに銅と錫の共沈複合
酸化物を担持した後、貴金属の塩または化合物を含浸あ
るいはイオン交換で担持させるか、または、アルミノシ
リケートのスラリーに銅、錫、および貴金属の全成分の
塩または化合物の混合溶液を添加し、同時に含浸担持さ
せても良い。
【0049】用い得る貴金属の塩または化合物に特に制
約は無いが、銅および錫と共沈させる場合は全成分の均
一混合溶液を形成するよう化合物を選択する必要がある
。例えば、白金ならば塩化白金酸、塩化白金酸カリウム
あるいはジニトロジアミノ白金等が、パラジウムならば
塩化パラジウム酸ソーダ、硝酸パラジウムあるいはジニ
トロジアミノパラジウム等が使用できる。
【0050】これらの貴金属成分も、担持後に、300
℃から900℃、好ましくは450℃から700℃の範
囲の温度で、30分〜数時間焼成することにより安定化
される。
【0051】本発明の触媒の必須の構成成分である銅は
、担体であるシリケートに対して0.05から15wt
%、好ましくは0.5〜5wt%の範囲で担持される。 銅が少なすぎるとNOx浄化性能が低くなり、多すぎる
と触媒の耐熱性が低下する。錫は、担体であるシリケー
トに対して0.5〜20wt%、好ましくは、1〜10
wt%の範囲で担持される。錫の担持量が少なすぎると
触媒の耐熱性向上の効果がなく、多すぎるとかえってN
Ox浄化性能を低下させる。
【0052】銅と錫の割合はCu/Sn原子比で0.1
〜10、好ましくは0.5〜2.0の範囲であり、錫に
対し銅が少なすぎるとNOx浄化活性が抑制され、逆に
錫に対して銅が多すぎると耐熱性向上の効果が薄れる。
【0053】貴金属元素共存の系では、銅と貴金属Mと
のモル比は(M/Cu)≦10、好ましくは(M/Cu
)≦1、さらに好ましくは(M/Cu)≦0.3の範囲
が適用される。貴金属の添加は、銅と錫の共沈複合酸化
物担持結晶性アルミノシリケート、アルミノガロシリケ
ートあるいはガロシリケート触媒の低温活性をさらに向
上させ、有効温度域の拡大と耐久性の向上に寄与するが
、貴金属成分が多すぎると炭化水素の酸化活性が高くな
り過ぎ、NOxの浄化性能はかえって低下する。
【0054】本発明の触媒は、粉末のまま用いてもよい
が、好ましくは適当なバインダーと混合した後、または
バインダー無しで、一定の形状に成形するか、または適
当な耐火性支持基質上にコートして使用される。
【0055】バインダーとしては、例えばシリカゾル、
アルミナゾル、チタニアゾル等の慣用の無機質バインダ
ーが使用できる。
【0056】成形する場合は、例えば触媒粉末にシリカ
ゾルと水を加えて混練した後押し出し成形される。成形
形状は、ペレット、球、タブレット、リング等、各種の
形状をとり得る。
【0057】とりわけ、大流量の排気ガスを低圧損で処
理し得るものとして、一体成形のハニカム構造体を支持
基質とし、その表面に本発明の触媒をコートした物を使
用することが好ましい。
【0058】耐火性支持基質としては、コージェライト
、ムライト、α−アルミナ等のセラミックスモノリスあ
るいはアルミ含有フェライト系またはオーステナイト系
ステンレス鋼等のメタルモノリスが使用され得る。
【0059】耐火性支持基質上への触媒粉末のウオッシ
ュコートは、例えば触媒粉末にシリカゾルと水を加えて
ミリングしてチキソトロピックなスラリーを形成し、こ
の中へモノリス基質を浸漬した後、乾燥、焼成して行う
ことができる。
【0060】本発明においては、担体である結晶性アル
ミノシリケート、アルミノガロシリケートあるいはガロ
シリケートの成形あるいは耐火性支持基質上へのコート
は、触媒化すなわち触媒活性金属酸化物および金属成分
の該結晶性シリケートへの担持の前でも後でも良い。要
は活性金属酸化物および金属成分が結晶性シリケート上
へ分散担持され、かつそれがその後の工程で変質しなけ
れば良い。
【0061】本発明の触媒を用いて排気ガスを処理する
場合の、ガス空間速度には特に制約はないが、好ましく
はSV 5,000〜200,000/hr、さらに好
ましくは10,000〜150,000/hrの範囲で
ある。低すぎると大容量の触媒が必要になり、また高す
ぎると浄化率が低下する。
【0062】
【発明の効果】本発明の触媒はNOx、H.C.、CO
等を含む内燃機関等の排気ガス処理に適用され、特にH
.C.、H2、CO等の還元剤に対し量論量以上のO2
を含有する場合に有効である。このような排気ガスを本
発明の触媒と接触させることによって、排気ガス中のN
OxはH.C.等の微量存在する還元剤によってN2と
H2Oにまで還元分解されると同時に、H.C.等の還
元剤もCO2とH2Oにまで酸化除去される。
【0063】リーンバーンエンジンの排気ガス中には一
般に2〜6%のO2と数百〜数千ppmのNOxととも
に数百〜数千ppm(炭化水素についてはCH4換算濃
度で示す、以下同様)のH.C.が含有され、これが本
発明の触媒と接触することにより、触媒層入口排気ガス
温度300℃より500℃以上までの広い温度範囲に亘
って高いNOx浄化率が達成される。
【0064】またディーゼルエンジン排気ガス中には、
通常O2は5〜15%も含有され、百〜数百ppmのN
Oxを数十〜百ppm程度の残存H.C.と選択的に反
応させる事は相当の困難さを伴うが、本発明の触媒を使
用すれば30%以上の浄化が可能となる。さらに、この
排気系に数十ppm程度の未燃の燃料を添加した後、本
発明の触媒と接触させるシステムを採用すれば、ディー
ゼル排気にたいしても50%以上のNOx浄化率が達成
される。
【0065】さらに、通常これらの排気ガス中には5〜
20%程度の水分が含まれ、このために従来のゼオライ
ト系触媒は700℃以上での活性劣化が著しかった。こ
れに対し本発明の触媒は800℃付近までの水分共存下
でリーン排気ガスにたいして耐熱性が大幅に向上してい
る。
【0066】以上説明したように、本発明の触媒はNO
x、H.C.、CO等を含有する排気ガス、特に、過剰
のO2を含有するリーンバーンエンジンあるいはディー
ゼルエンジン等のリーンバーン排気ガス中のNOxの浄
化に有効であり、高いNOx浄化率と長期安定性を有す
るために、これを用いた排気ガス浄化システムの効果は
大である。
【0067】
【実施例】以下に参考例、実施例および性能評価例によ
り、本発明をさらに詳細に説明する。ただし本発明は下
記実施例に限定されるものではない。
【0068】参考例1 担体アルミノシリケートの製造 次の方法に従って各種の構造および組成の結晶性アルミ
ノシリケートを製造する。第1表に示す重量(a)の9
7%硫酸と重量(c)のテンプレート剤(b;TPAB
=テトラプロピルアンモニウムブロミド)および重量(
d)の脱イオン水からなる溶液(I)を激しく撹拌しな
がら、この中へ、重量(e)のカセイソーダと重量(f
)のアルミン酸ソーダ(NaAlO2)および重量(g
)の脱イオン水からなる溶液(II)と重量(h)の3
0%コロイダルシリカよりなる溶液(III)とを一定
の滴下速度で同時に添加混合し、15分間撹拌後、ステ
ンレス製オートクレーブに仕込み撹拌しながら170℃
、自己反応圧力下100時間保持した。生成物をろ過洗
浄し、0.2N硝酸アンモニウム水溶液で処理した後、
空気中550℃で5時間焼成し、水素型アルミノシリケ
ート(AS−01〜AS−02)を得る。生成物の結晶
構造は粉末法X線回折によって同定される。生成物の構
造および組成を第1表に示す。
【0069】
【表1】
【0070】参考例2 担体アルミノガロシリケートの製造(1)第2表に示す
重量(a)の97%硫酸と重量(b)の硝酸ガリウム(
Ga2(NO3)3・8H2O)、重量(d)のテンプ
レート剤(c;TPAB=テトラプロピルアンモニウム
ブロミド、TEAB=テトラエチルアンモニウムブロミ
ド)および重量(e)の脱イオン水からなる溶液(I)
を激しく撹拌しながら、この中へ、重量(f)のカセイ
ソーダと重量(g)のアルミン酸ソーダ(NaAlO2
)および重量(h)の脱イオン水からなる溶液(II)
と重量(i)の30%コロイダルシリカよりなる溶液(
III)とを一定の滴下速度で同時に添加混合し、以下
参考例1と同様に水熱合成、次いでイオン交換処理する
。得られた水素型アルミノガロシリケート(AGS−0
1〜AGS−02)の構造および組成を第2表に示す。
【0071】
【表2】
【0072】参考例3 担体ガロシリケートの製造 第3表に示す重量(a)の硝酸ガリウム(Ga2(NO
3)3・8H2O)、重量(c)のテンプレート剤(b
;TPAB=テトラプロピルアンモニウムブロミド、T
BAB=テトラブチルアンモニウムブロミド)および重
量(d)の脱イオン水からなる溶液(I)を激しく撹拌
しながら、この中へ、重量(e)のカセイソーダと重量
(f)の脱イオン水からなる溶液(II)を約40分間
に亘ってゆっくり滴下し、次いで重量(g)の30%コ
ロイダルシリカよりなる溶液(III)を、30分間に
亘って一定の滴下速度で滴下し、さらに15分間撹拌後
、ステンレス製オートクレーブに仕込み、他は参考例1
と同様にして処理する。
【0073】得られる生成物各種水素型ガロシリケート
(GS−01〜02)の組成および構造を第3表に示す
【0074】
【表3】
【0075】参考例4 担体アルミノガロシリケートの製造(2)(a)シリカ
ライトの製造 10.8grのカセイソーダの136ml水溶液を30
%コロイダルシリカ340gr中へ撹拌滴下、この中へ
23.2grのテトラプロピルアンモニウムブロミドの
100ml水溶液を滴下し、得られたゲルをステンレス
製オートクレーブに仕込み、撹拌しながら自己反応圧力
下170℃、100時間反応させ、生成物をろ過洗浄乾
燥後、空気中600℃、2時間焼成し、90grのMF
I型シリカライト−Iを得る。
【0076】(b)ガリウム置換 (a)で得られたシリカライト粉末90grを脱イオン
水2000ml中にスラリー化させ22・6grの硫酸
ガリウムの0.2Nカセイソーダ水溶液400mlを添
加し加熱還流条件下4時間保持後、ろ過洗浄、次いで0
.2N硝酸アンモニウム水溶液で処理しろ過、洗浄、乾
燥、550℃で5時間焼成後、組成SiO2/Ga2O
3=24、SiO2/Al2O3=264、SiO2/
(Al2O3+Ga2O3)=22、x=0.007、
y=0.076、z=0.917なるMFI構造の水素
型アルミノガロシリケート(AGS−03)40grを
得る。
【0077】
【実施例】
実施例1 酸化銅・酸化錫担持アルミノシリケート触媒の製造(1
) (a)粉末担体への酸化銅・酸化錫担持結晶性アルミノ
シリケート(AS−01)粉末50grを脱イオン水1
400mlに加えスラリー化させ、撹拌しながら、Cu
2.35grを含む硝酸銅(II)(Cu(NO3)2
・3H2O)とSn4.63grを含む塩化錫(IV)
(SnCl4・4.5H2O)との混合水溶液300m
lを滴下する。次いで、このスラリーを激しく撹拌しな
がら2%アンモニア水をゆっくり滴下し、40分間でP
H7.0へ調整する。生成物をろ過し濾液がClフリー
となるまで洗浄し100℃で16時間乾燥後、ケークを
粉砕し、空気中550℃で4時間焼成し、15%酸化銅
・酸化錫(Cu/Snモル比1)担持アルミノシリケー
ト粉末(CuO・SnO2/AS−01)58.8gr
を得る。
【0078】(b)ハニカムへのウオッシュコート上記
触媒粉末30grに30%シリカゾル2.0grと脱イ
オン水50mlとを添加しボールミルで16時間ミリン
グして得られるスラリーに市販の400セルのコージェ
ライトハニカムからくり貫かれた直径2.54センチメ
ートルx長さ5センチメートルのコアピースを浸漬し、
余分のスラリーをエアブローで除去し乾燥後、500℃
で30分間焼成し、ハニカム1L当たり100grのド
ライ換算触媒をコートした触媒ハニカム(1)を得る。
【0079】同様の操作でアルミノシリケート担体(A
S−02)から15%酸化銅・酸化錫担持アルミノシリ
ケート触媒(CuO・SnO2/AS−02)ハニカム
(2)を得る。
【0080】実施例2 酸化銅・酸化錫担持アルミノシリケート触媒の製造(2
) アルミノシリケート(AS−01)粉末50grのスラ
リーにCu1.18grを含む硝酸銅とSn4.63g
rを含む塩化錫との混合溶液を滴下する以外は実施例1
と同様にして、13%酸化銅・酸化錫担持アルミノシリ
ケート触媒(CuO・2SnO2/AS−01)のハニ
カム(3)を得る。
【0081】実施例3 酸化銅・酸化錫担持アルミノガロシリケート触媒、酸化
銅・酸化錫担持ガロシリケート触媒の製造実施例1にお
いて、担体アルミノシリケートの代わりに、アルミノガ
ロシリケート(AGS−01〜AGS−03)あるいは
ガロシリケート(GS−01〜GS−02)を用いる以
外は、実施例1と同様にして、各種の15%酸化銅・酸
化錫担持アルミノシリケート触媒粉末(CuO・SnO
2/AGS−01〜AGS−03)およびガロシリケー
ト触媒(CuO・SnO2/GS−01〜GS−02)
を経て、対応するハニカム触媒(4)〜(8)を得る。 これらの触媒はいずれも、ハニカムへのコート率は10
0gr/Lになるように調整する。
【0082】実施例4 酸化銅・酸化錫/白金担持アルミノシリケート触媒の製
造 アルミノシリケート(AS−01)50grを脱イオン
水1000ml中にスラリー化し、2.0mmolのテ
トラアンミン白金ジクロリド[Pt(NH3)4]Cl
2の100ml水溶液を添加し室温下、16時間浸漬し
た後、ろ過、洗浄、乾燥し、空気中500℃で1時間焼
成して0.6%白金担持アルミノシリケート(イオン交
換率23%)粉末を得る。
【0083】次いで、実施例1においてアルミノシリケ
ート(AS−01)の代わりに、この白金担持アルミノ
シリケートを用いて、他は実施例1と同様に処理して1
5%酸化銅・酸化錫/0.5%白金担持アルミノシリケ
ート触媒(CuO・SnO2/Pt/AS−01)のハ
ニカム(9)を得る。
【0084】実施例5 イリジウム−酸化銅・酸化錫担持アルミノシリケート触
媒の製造 アルミノシリケート(AS−02)粉末50grに、I
r0.30grを含む四塩化イリジウム(IV)とCu
2.57grを含む硝酸銅(II)およびSn4.81
grを含む塩化錫(IV)の均一混合水溶液300ml
を用いて、実施例1と同様に処理して0.5%イリジウ
ム−15%酸化銅・酸化錫担持アルミノシリケート触媒
(Ir−CuO・SnO2/AS−02)のハニカム(
10)を得る。
【0085】実施例6 金/酸化銅・酸化錫担持アルミノガロシリケート触媒の
製造 実施例3で得られる15%酸化銅・酸化錫担持アルミノ
ガロシリケート(CuO・SnO2/AGS−02)触
媒のハニカム(5)を100℃で5時間乾燥し、この乾
燥ハニカム(体積25.3cm3;吸水率130〜14
0gr/1Lハニカム)を、Au0.185grを含む
塩化金酸(III)(HAuCl4)水溶液50ml中
に3分間浸漬し、余分の溶液をエアーブローで除去し、
乾燥後、500℃で1時間焼成して、0.5%金/15
%酸化銅・酸化錫担持アルミノガロシリケート触媒(A
u/CuO・SnO2/AGS−02)のハニカム(l
l)を得る。
【0086】比較例1 銅イオン交換アルミノシリケート触媒およびガロシリケ
ート触媒の製造 アルミノシリケート(AS−01)粉末50grを0.
05Mの酢酸銅水溶液1000ml中に室温下16時間
浸漬した後、ろ過、洗浄、乾燥し、イオン交換率100
%の銅イオン交換アルミノシリケート触媒(Cu/AS
−01)を得、実施例1(b)と同様に処理して触媒ハ
ニカム(12)を得る。
【0087】同様に、ガロシリケート(GS−01)に
銅をイオン交換担持した触媒のハニカム(13)を得る
【0088】比較例2 酸化銅担持アルミノシリケート触媒およびガロシリケー
ト触媒の製造 アルミノシリケート(AS−02)粉末50grのスラ
リーにCu2.10grを含む硝酸銅のみの水溶液を滴
下する以外は、実施例1と同様にして、5%酸化銅担持
アルミノシリケート触媒(CuO/AS−02)のハニ
カム(14)を得る。
【0089】また、ガロシリケート(GS−03)に対
して、同様に酸化銅を担持して5%酸化銅担持ガロシリ
ケート触媒(CuO/GS−03)のハニカム(15)
を得る。
【0090】比較例3 酸化錫担持アルミノシリケート触媒の製造アルミノシリ
ケート(AS−01)粉末50grのスラリーにSn4
.38grを含む塩化錫(IV)のみの水溶液を滴下す
る以外は、実施例1と同様にして、10%酸化錫担持ア
ルミノシリケート触媒(SnO2/AS−01)のハニ
カム(16)を得る。
【0091】比較例4 銅イオン交換/酸化錫担持アルミノシリケート触媒の製
造 比較例3で得られる10%酸化錫担持アルミノシリケー
ト(SnO2/AS−01)粉末50grをスラリー化
し、比較例1と同様に0.05Mの酢酸銅水溶液100
0mlで処理して、イオン交換率120%の銅イオン交
換/酸化錫担持アルミノシリケート触媒(Cu/SnO
2/AS−01)のハニカム(17)を得る。
【0092】比較例5 酸化銅/酸化錫担持アルミノシリケート触媒の製造比較
例3で得られる10%酸化錫担持アルミノシリケート(
SnO2/AS−01)粉末を用いて比較例2と同様に
処理して酸化銅を担持させ、4.5%酸化銅/9.6%
酸化錫担持アルミノシリケート触媒(CuO/SnO2
/AS−01)のハニカム(18)を得る。
【0093】比較例6 酸化銅・酸化錫担持アルミナ触媒の製造実施例1におい
て、担体アルミノシリケート(AS−01)の代わりに
住友化学工業製KHA−24  γ−アルミナを用いる
以外は、実施例1と同様にして、15%酸化銅・酸化錫
担持アルミナ触媒(CuO・SnO2/Al2O3)の
ハニカム(19)を得る。
【0094】比較例7 酸化銅・酸化錫担持シリカライト触媒の製造実施例1に
おいて、担体アルミノシリケート(AS−01)の代わ
りに、参考例4(a)で製造されるシリカライトを用い
る以外は、実施例1と同様にして15%酸化銅・酸化錫
担持シリカライト触媒(CuO・SnO2/SiO2)
のハニカム(20)を得る。
【0095】比較例8 酸化銅・酸化錫共沈ゲルの製造 Sn31.1grを含む塩化錫(IV)とCu8.3g
rを含む硝酸銅(II)の混合水溶液5Lを激しく撹拌
しながら、この中に2%アンモニア水をゆっくり滴下し
約1時間に亘ってPH7.0へ調整し、生成物をろ過、
洗浄、乾燥した後、空気中550℃で4時間焼成してB
ET比表面積90m2/gの酸化銅・酸化錫共沈ゲル(
CuO・2SnO2)(Cu/Snモル比=1/2)を
得る。これをハニカムにコートして触媒ハニカム(21
)を得る。
【0096】比較例9 酸化銅・酸化錫+アルミノシリケート混合触媒の製造比
較例8で得られる酸化銅・酸化錫共沈ゲル(CuO・S
nO2)粉末4.5grとアルミノシリケート(AS−
01)粉末25.5grに30%シリカゾル2.0gr
と脱イオン水50mlを添加してボールミルで16時間
ミリングして得られるスラリーを実施例1(b)と同様
にハニカムにコートして15%酸化銅・酸化錫+85%
アルミノシリケート混合触媒(CuO・2SnO2+A
S−01)のハニカム(22)を得る。
【0097】比較例10 Pt−Rh担持アルミナ触媒(TWC)の調製BET比
表面積150m2/g、平均粒子径30μを有する活性
アルミナ120grをミキサーに入れ撹拌しながら、白
金2.0grを含む水酸化白金のアミン水溶液30ml
を少量づつ滴下し均一に分散担持させる。次いでロジウ
ム0.41grを含む硝酸ロジウム水溶液15mlを少
量づつ滴下し均一に分散担持させた後、25%酢酸10
mlを少量づつ滴下し、1.7%Pt−0.34%Rh
担持アルミナ粉末(Pt−Rh重量比=5/1)を調製
する。これを実施例1(b)と同様に処理してPt−R
h/γ−Al2O3触媒ハニカム(23)を得る。
【0098】性能評価例1 排気ガス浄化性能評価(1) (a)リーンバーンガソリンエンジン排気モデルガス評
価 本発明の実施例の触媒(1)〜(11)および比較例の
触媒(12)〜(23)について、リーンバーンガソリ
ンエンジン排気モデルガスとして、NO 500ppm
、プロピレンC3H6 1500ppm、O2 5%、
およびバランス量のN2とからなる混合ガス(A/F=
19相当)を、それぞれの触媒の直径2.54センチメ
ートルx長さ5センチメートルの400セルのハニカム
ピース上に、SV40,000/hrで供給し、触媒層
入口ガス温度を30℃/minの昇温速度で上昇させな
がら、NOの浄化性能を調べた(mode A)。
【0099】第4表に触媒層入口ガス温度350℃と4
50℃の時のNO浄化率を示す。
【0100】(b)ディーセルエンジン排気モデルガス
評価 本発明の実施例の触媒(1)、(4)〜(6)、(8)
、(10)〜(11)および比較例の触媒(12)〜(
13)、(16)〜(17)、(19)、(21)〜(
23)について、ディーゼルエンジン排気モデルガスと
して、NO 500ppm、C3H6 1,500pp
m、O215%、およびバランス量のN2とからなる混
合ガスを、(a)の場合と同様に、SV 40,000
/hrで供給し、NO浄化性能を調べた(mode B
)。第5表に350℃と450℃におけるNO浄化率を
示す。
【0101】第4表、第5表からわかるように、本発明
の触媒は、350℃〜450℃の温度範囲において、m
odeAでは45%以上の平均NO浄化率を、またmo
deBでも45%以上の平均NO浄化率を示した。これ
に対し比較例に上げた従来の触媒は、modeAではた
かだか40%、modeBでは34%以下の平均NO浄
化率しか示さない。この様に本発明の銅と錫の共沈複合
酸化物担持アルミノシリケート、アルミノガロシリケー
トあるいは、ガロシリケート触媒は広い温度範囲に亘っ
て高いNOx浄化率を示すことが明かである。
【0102】本発明の触媒の中でも酸化銅・酸化錫と貴
金属の両方を共存担持させた触媒(9)、(10)およ
び(11)は、それぞれ同一担体に酸化銅・酸化錫のみ
を担持させた触媒(それぞれ(1)、(2)および(5
)に比べて、特定温度での最高NO浄化率では劣るもの
があるとしても、NO浄化の低温活性が高く、広い温度
範囲での平均のNO浄化率では勝っている。
【0103】性能評価例2 触媒の耐熱性評価 本発明の実施例の触媒(1)〜(11)および比較例の
触媒(12)〜(23)の各々について、10%スチー
ム含有空気気流中700℃、5時間エージング処理した
後、性能評価例1と同様に、modeAおよびmode
Bでモデルガス評価試験を実施した。350℃と450
℃のNO浄化率を、modeAについて第4表に、mo
deBについては第5表に示す。
【0104】
【表4】
【0105】
【表5】
【0106】本発明の触媒はサーマルエージング後も、
従来の触媒に比べて、高いNO浄化性能を維持している
【0107】性能評価例3 排気ガス浄化性能評価(2) 本発明の実施例の触媒(4)および比較例の触媒(12
)について、リーンバーンガソリンエンジン排気モデル
ガスとして、NO 1000ppm、CO3000pp
m、C3H6 1300ppm、H2 1000ppm
、O2 3.5%、CO2 10%、H2O 10%お
よびバランス量のN2とからなる混合ガスを、性能評価
例1と同じサイズの400セルハニカムピース上にSV
100,000/hrで供給し、触媒層入口温度を30
℃/minの昇温速度で上昇させながらNOの浄化性能
を調べた(modeC)。
【0108】フレッシュ触媒の性能評価後、各々の触媒
を性能評価2と同一条件下でエージングした後、再度m
odeCで性能評価した。
【0109】実施例の触媒(4)のエージング前後のN
O浄化ライトオフ性能曲線を図1に、比較例の触媒(1
2)のそれを図2に示す。
【0110】この様に、実施例の触媒はエージング後も
NO浄化活性の立ち上がり温度の高温側へのシフトもほ
とんどなく、NO浄化活性も80%を保持しており、比
較例の従来触媒に比べて耐熱性が大幅に向上している。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施例3の触媒(4)のフレ
ッシュとエージング後のmodeCでのNO浄化ライト
オフ性能を示す。
【図2】図2は、比較例1の触媒(12)のフレッシュ
とエージング後のmodeCでのNO浄化ライトオフ性
能を示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  結晶性アルミノシリケート、アルミノ
    ガロシリケートおよびガロシリケートよりなる群から選
    ばれる少なくとも1種からなる担体に、銅と錫の共沈複
    合酸化物を担持させたことを特徴とする、量論量より過
    剰の酸素共存下での窒素酸化物を含む排気ガス浄化用触
    媒。
  2. 【請求項2】  結晶性アルミノシリケート、アルミノ
    ガロシリケートおよびガロシリケートよりなる群から選
    ばれる少なくとも1種からなる担体に、銅と錫の共沈複
    合酸化物とさらに、白金、パラジウム、ロジウム、イリ
    ジウム、ルテニウム、銀および金から選ばれる少なくと
    も1種の貴金属元素とを、共存担持させたことを特徴と
    する、量論量より過剰の酸素共存下での窒素酸化物を含
    む排気ガス浄化用触媒。
  3. 【請求項3】  一定の形状に成形されるかまたは耐火
    性支持基質上にコートされてなる請求項1あるいは2記
    載の触媒。
  4. 【請求項4】  リーンバーンガソリンエンジンの排気
    ガス浄化に用いられる請求項1、2あるいは3記載の触
    媒。
  5. 【請求項5】  ディーゼルエンジンの排気ガス浄化に
    用いられる請求項1、2あるいは3記載の触媒。
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