JPH05138035A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH05138035A
JPH05138035A JP3297134A JP29713491A JPH05138035A JP H05138035 A JPH05138035 A JP H05138035A JP 3297134 A JP3297134 A JP 3297134A JP 29713491 A JP29713491 A JP 29713491A JP H05138035 A JPH05138035 A JP H05138035A
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JP
Japan
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catalyst
binder
carrier
amount
exhaust gas
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Pending
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JP3297134A
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English (en)
Inventor
Takashi Takemoto
崇 竹本
Kazuya Komatsu
一也 小松
Masahiko Shigetsu
雅彦 重津
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ゼオライトなど金属含有シリケート系の排気ガ
ス浄化用触媒の耐熱性を向上させる。 【構成】金属含有シリケートに遷移金属をイオン交換に
よって担持させてなる触媒材料をバインダと混合して担
体にウォッシュコートして排気ガス浄化用触媒を得るに
あたり、上記バインダ量を上記金属含有シリケートの2
〜10重量%に設定することにより、上記遷移金属とバ
インダとの高温での反応を最少限に抑え、触媒の失活を
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス浄化用触媒に
関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の排気ガス浄化用触媒として、C
O(一酸化炭素)及びHC(炭化水素)の酸化と、NO
x(窒素酸化物)の還元とを同時に行なう三元触媒が一
般に知られている。この三元触媒は、例えばγ−アルミ
ナにPt(白金)及びRh(ロジウム)を担持させてな
るもので、エンジンの空燃比(A/F)を理論空燃比1
4.7付近に制御したときに、高い浄化効率が得られ
る。
【0003】これに対して、自動車の分野では上記空燃
比を高くしてエンジンの低燃費化を図るという要請があ
る。その場合、排気ガスは酸素過剰の所謂リーン雰囲気
となるため、上記三元触媒では、COやHCは酸化浄化
することができても、NOxの還元浄化ができなくな
る。
【0004】そこで、近年は、遷移金属をイオン交換担
持させてなるゼオライト触媒の研究が進められている。
このゼオライト触媒の場合、リーン雰囲気においても、
NOxを直接、あるいは共存する還元剤(例えば、C
O,HC等)により、N2 とO2 とに接触分解させるこ
とができる。
【0005】上記ゼオライト触媒の一例は、特開平1−
130735号公報に記載されている。すなわち、それ
は、ゼオライトのNa+ ,K+ 等の陽イオンを遷移金属
としてのCu,Co等でイオン交換することにより触媒
材料を得て、この触媒材料とバインダ(アルミナゾル+
シリカゾル)とを60:40の比率で混合してスラリー
化し、ハニカム構造のコージェライト製担体にウォッシ
ュコートしてなるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ゼオライ
ト触媒の場合、耐熱性が低いという問題がある。すなわ
ち、例えば、上記自動車の排気ガス温度は、500℃,
600℃あるいはそれ以上の高温になることもあり、そ
の場合、上記ゼオライト触媒が熱によって失活してしま
い、以後の排気ガスの浄化が不十分になる憾みがある。
【0007】すなわち、本発明の課題は、上記ゼオライ
トのようなミクロの細孔を有する結晶質多孔体である金
属含有シリケート系の排気ガス浄化用触媒の耐熱性を向
上させることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段及びその作用】本発明者
は、このような課題に対し、鋭意研究に努めた結果、上
記触媒の耐熱性にはバインダが影響を与えるという認識
を得たものであり、このバインダ量と触媒材料との比率
を調整することにより、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を
向上させることができたものである。
【0009】すなわち、上記バインダとしては、例えば
水和アルミナが一般に採用されているが、この水和アル
ミナの場合、高温になると、触媒成分としてのCu、C
o等の遷移金属と反応する。そのために、上記触媒成分
は活性種としての機能を発現しなくなるものであり、そ
の結果、当該触媒の高温での使用を継続すると、活性の
低下を来すものである。
【0010】しかして、上記課題を解決する手段は、金
属含有シリケートに遷移金属がイオン交換によって担持
されてなる触媒材料をバインダと混合して担体にウォッ
シュコートしてなる排気ガス浄化用触媒であって、上記
バインダ量が上記金属含有シリケートの2〜10重量%
に設定されていることを特徴とするものである。
【0011】金属含有シリケート本体としては、結晶の
骨格を形成する金属としてAlを用いたアルミノシリケ
ート(ゼオライト)が好適であり、その他に上記Alに
代えてあるいはAlと共にCe、Mn、Tbなど他の金
属を骨格形成材料として用いた金属含有シリケートも好
ましく採用することができる。ゼオライトとしては、A
型、X型、Y型、モルデナイト、ZSM−5等が好適で
ある。
【0012】遷移金属としては、Cuが好適であり、そ
の他にCo、Cr、Ni、Fe、Mn等も好ましく使用
することができる。担体としては、コージェライトが好
適であるが、他の無機多孔質体を用いることもできる。
【0013】上記バインダ量は、2〜10重量%に設定
するものであるが、これは従来採用されている量よりも
少ない。すなわち、従来のバインダ量は、触媒材料の担
体へのウォッシュコート性のみを考慮して決定されてい
るのが通常であり、そのために上述の従来技術の公報に
も記載されているように、三元触媒の場合と同様に比較
的多量のバインダが使用されているものである。
【0014】これに対して、本発明の場合は、触媒材料
が三元触媒用のものではなく遷移金属でイオン交換した
金属含有シリケートであるという点、つまり、イオン交
換により金属含有シリケート本体に担持せしめた遷移金
属がバインダと反応して失活し易いという点を考慮し、
上記バインダ量を2〜10重量%と少なくしているもの
である。これにより、上記バインダと触媒成分である遷
移金属との高温での反応が抑えられ、その失活が防止さ
れるものである。
【0015】この場合、バインダ量が10重量%を越え
ると、上記遷移金属の失活防止効果を充分にえることが
できない。その意味では、上記バインダ量を5重量%以
下とすることがより好ましい。一方、上記バインダ量が
2重量%未満というような少なくなると、触媒材料の担
体へのウォッシュコートが難しくなり、該触媒材料が担
体から剥離し易くなる。
【0016】しかして、バインダ量を少なくすると、上
述の如く触媒成分の失活を最少限に抑えることができる
ものの、触媒材料の担体へのウォッシュコートが難しく
なって担体への担持量が減少し、高SV(空間速度)下
では、充分な活性が得られなくなる恐れがある。これに
対し、担体を平均孔径が1μ以上の多孔質とすると、触
媒材料の担体への担持量の増大及び担持強度の増大を図
ることができる。
【0017】すなわち、上記金属含有シリケート触媒材
料は、バインダと混合し水を加えてスラリー化して、担
体にウォッシュコートするが、このスラリーにおける上
記触媒材料の2次粒子の大きさは、バインダ量やスラリ
ーのpHにもよるが、例えば0.5〜7μ程度になる。
これに対し、従来の多孔質担体の場合はその平均孔径が
0.5μ程度にされているのが通常であるところを、本
発明(請求項2の発明)においては、これをさらに大き
くするものである。これにより、上記2次粒子が多孔質
担体の孔の内面にも付着担持されることになって、その
担持量が増大するものである。また、このように、孔内
に入り込んだ触媒材料は、多孔質担体表面に付着担持さ
れている触媒材料のアンカー効果を呈し、それによって
触媒材料の担持強度が高くなるものである。
【0018】この場合、上記多孔質担体の平均孔径は、
40μ程度を上限とすることが望ましい。すなわち、上
記平均孔径の増大は、担体の壁の厚さを一定とした場
合、担体強度の低下を招くからであり、また、平均孔径
を40μ程度にすれば触媒材料につき要求担持量を得る
ことができ、この閉均衡右傾をさらに大きくして触媒担
持量を増大させてもNOx浄化率の向上はほとんどない
からである。もちろん、ハニカム担体の場合、上記平均
孔径の増大に応じて担体の壁を厚くしていけば、上記強
度上の問題はなくなる。
【0019】
【発明の効果】従って、本発明によれば、金属含有シリ
ケートに遷移金属をイオン交換によって担持させてなる
触媒材料をバインダと混合して担体にウォッシュコート
してなる排気ガス浄化用触媒において、上記バインダ量
を上記金属含有シリケートの2〜10重量%に設定した
から、バインダと遷移金属との高温で反応を抑えて触媒
の耐熱性を向上させることができ、NOxの浄化率の低
下を抑制することができる。
【0020】また、上記担体を平均孔径1μ以上の多孔
質体としたものでは、さらに、触媒材料の担体への担持
強度を高めながら、その担持量を増大させて、NOxの
浄化率を高めることができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 <実施例1>合成ゼオライトZSM−5にCuを湿式イ
オン交換法により結合せしめて、イオン交換率120〜
140%のCuイオン交換ゼオライト触媒材料を得た。
この触媒材料をバインダと種々の比率(バインダ量/触
媒材料量)で混合し、各々水を加えてコージェライト製
ハニカム担体にウォッシュコートすることにより、バイ
ンダ比率が異なる種々の排気ガス浄化用触媒を得た。バ
インダとしては、水和アルミナを用いた。
【0022】上記各種の触媒につき、下記の条件で初期
の活性(NOxの最大浄化率)と650℃で6時間のエ
ージングを行なった後の活性と調べた。
【0023】−ガス組成− NO;2100ppm,HC;6000ppm,O2
8%,CO2 ;10%,CO;0.2%,H2 ;650
ppm −空間速度− SV=25000hr-1 結果は図1に示されている。同図から、バインダ比率が
2〜10重量%の範囲においてエージング後のNOx浄
化率の低下が少ないことがわかる。この結果は、バイン
ダ量が少ないことから、Cuのバインダとの結合による
活性低下が抑えられたためと認められる。
【0024】<実施例2>本例は、担体の気孔率につい
て検討したものである。
【0025】すなわち、平均孔径が異なる2種類のコー
ジェライト製の多孔質ハニカム担体A,Bを準備した。
そして、実施例1の触媒材料とをバインダとをバインダ
比率5重量%で混合し、水を加えて上記A,Bの各担体
にウォッシュコートすることにより、排気ガス浄化用触
媒を得た。担体の比重、平均孔径及びウォッシュコート
量は表1の通りである。
【0026】
【表1】
【0027】そうして、上記A,Bの担体にかかる触媒
につき、その初期活性とエージング(650℃×6時
間)後の活性とを調べた。結果は図2(初期活性)、図
3(エージング後の活性)に示す通りである。
【0028】すなわち、平均孔径22μの多孔質担体B
による場合は、平均孔径0.5μの多孔質担体Aによる
場合よりも、低温側に活性領域が拡大し、また、エージ
ングによる触媒活性の低下も少ない。。このような結果
は、上記Bの場合、ウォッシュコート量がAの2倍以上
になっていることが一因であり、さらに、それだけでな
く、Bの場合は孔径の大きいことによってウォッシュコ
ート時に触媒にマクロポアが生成され、排気ガスの拡散
効果ないしは透過効果が向上したためと認められる。
【0029】そこで、上記多孔質担体の平均孔径とウォ
ッシュコート量との関係についてさらに調べた。すなわ
ち、平均孔径が異なる種々のコージェライト製の多孔質
ハニカム担体(セル数及び壁厚は同一)を準備し、各々
に同じ触媒スラリー(触媒材料とバインダとの混合物に
水を加えたもの)をウォッシュコートしたところ(コー
ト回数は1回)、図4に示す結果が得られた。これか
ら、多孔質担体の平均孔径の増大がウォッシュコート量
の増大に結びつくことがわかる。
【0030】次に、壁厚6milで400セルのコージ
ェライト製多孔質ハニカム担体を用い、触媒スラリーの
ウォッシュコート量とNOx浄化率との関係を調べたと
ころ、図5に示す結果が得られた。同図によれば、ウォ
ッシュコート量が重量40%付近からNOx浄化率が飽
和する傾向を示している。この場合、先の図4によれ
ば、平均孔径を40μ程度にすればウォッシュコート量
を40重量%程度にすることができるから、NOx浄化
率の飽和を考慮すると平均孔径としては、40μ付近を
上限とすればよいことがわかる。
【0031】また、多孔質ハニカム担体の平均孔径と壁
厚とが該担体の強度に及ぼす影響について調べた。すな
わち、上記平均孔径と壁厚とを種々に代えて、担体のア
イソスタチック強度を調べたところ、図6に示す等強度
曲線が得られた。これから、平均孔径を大きくする場合
には、それに対応してハニカム担体の壁厚を厚くしてい
くことが望ましいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エージングの前後におけるバインダ比率とNO
x浄化率との関係を示す特性図
【図2】多孔質ハニカム担体の平均孔径が触媒の初期活
性に及ぼす影響をみた特性図
【図3】多孔質ハニカム担体の平均孔径が触媒のエージ
ング後の活性に及ぼす影響をみた特性図
【図4】多孔質ハニカム担体の平均孔径と触媒スラリー
のウォッシュコート量との関係を示す特性図
【図5】触媒スラリーのウォッシュコート量とNOx浄
化率との関係を示す特性図
【図6】多孔質ハニカム担体の平均孔径と壁厚とについ
ての等強度曲線を示す特性図
【符号の説明】
なし

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属含有シリケートに遷移金属がイオン交
    換により担持されてなる触媒材料をバインダと混合して
    担体にウォッシュコートしてなる排気ガス浄化用触媒に
    おいて、 上記バインダ量が上記金属含有シリケートの2〜10重
    量%に設定されていることを特徴とする排気ガス浄化用
    触媒。
  2. 【請求項2】担体は多孔質であって、その平均孔径が1
    μ以上である請求項1に記載の排気ガス浄化用触媒。
JP3297134A 1991-11-13 1991-11-13 排気ガス浄化用触媒 Pending JPH05138035A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003068394A1 (fr) * 2002-02-15 2003-08-21 Ict Co., Ltd. Catalyseur permettant de clarifier les emissions provenant d'un moteur a combustion interne, son procede de preparation, et procede de clarification des emissions provenant d'un moteur a combustion interne
US9126211B2 (en) 2009-07-24 2015-09-08 Durr Systems Gmbh Rotary atomizer comprising an atomizer bell and a retainer

Cited By (5)

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