JPH07124479A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH07124479A
JPH07124479A JP5276759A JP27675993A JPH07124479A JP H07124479 A JPH07124479 A JP H07124479A JP 5276759 A JP5276759 A JP 5276759A JP 27675993 A JP27675993 A JP 27675993A JP H07124479 A JPH07124479 A JP H07124479A
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Yasuhide Kano
保英 狩野
Yoshimi Kawashima
義実 河島
Toshiaki Hayasaka
俊明 早坂
Hiroshi Akama
弘 赤間
Goji Masuda
剛司 増田
Hiroyuki Kanesaka
浩行 金坂
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車エンジン等の内燃機関の空燃比が希薄
燃焼 (リーン) 領域にあっても有効に作用し、かつ長時
間使用しても劣化が少なく、低温活性および耐久性に優
れた触媒を得る。 【構成】 ハニカム状担体基材上に結晶性アルミノケイ
酸塩を主成分とする無機物に、ホウ素、リン、アンチモ
ンおよびビスマスからなる群から選ばれた1種以上の成
分と銅との化合物を担持して成るコート層を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジン等の内
燃機関の排気ガスの浄化触媒に係り、特に、内燃機関の
空燃比が希薄燃焼(リーン)領域にあっても有効に作用
し、かつ低温活性及び耐久性に優れた触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃機関からの排気ガスを浄化す
る触媒として、一般に活性アルミナにパラジウム(P
d),白金(Pt)及びロジウム(Rh)等の貴金属成
分を担持したものが用いられている。このものは、炭化
水素(HC),一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(N
Ox)を一度に除去することができることから、3元触
媒と呼ばれている。しかし、これは、内燃機関を理論空
燃比(ストイキ)近傍の条件で運転した場合にのみ有効
であり、酸素濃度が高く、より燃費の良好なリーン条件
で内燃機関を運転した場合には、十分なNOx除去性能
が得られない。このようなリーン条件において、NOx
を除去するには、金属イオン交換担持ゼオライトからな
る触媒が有効であることが知られている{岩本、小討論
会「窒素酸化物低減のための触媒技術」予稿集、第71頁
(1990) ;W.Held , A.Konig,T.Richter and
L.Puppe , SAE Paper 900496 (1990) }。特に、銅
(Cu)をイオン交換法によってゼオライトに担持して
得られたCu−ゼオライト系触媒は高いガス空間速度
(GHSV)でも優れた性能を示す。しかし、本触媒
は、600℃あるいはそれ以上の高温に曝されると、N
Ox除去性能が経時的に低下し、長時間の使用に耐えら
れない。
【0003】上記触媒が高温に曝される際の劣化の主原
因は、ゼオライト中のイオン交換サイトにあるCuが、
熱によってサイトから抜けて移動し、シンタリングを起
こすためであると考えられている。このため、特開平3
−131345号、特開平3−202157号、特開平3−135437
号、特開平4−4045号各公報等にみられるように、Cu
−ゼオライト系触媒にアルカリ土類金属、希土類金属を
はじめとする各種の金属を添加することによって触媒中
のCuを安定化する方法が精力的に研究され、提案され
ている。しかし、これら従来の方法によっては、いずれ
も実用化に十分な結果が得られているとは言い難く、よ
り一層効果的な触媒改良並びに実用的に充分な耐熱性を
備えた触媒が切望されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来触媒の欠点を解消し、高温で長時間使用しても劣化
の少ない、耐久性に優れた触媒を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、結晶性アルミ
ノケイ酸塩を主成分とする無機物に、ホウ素(B)、リ
ン(P)、アンチモン(Sb)、およびビスマス(B
i)からなる群から選ばれた1種以上の成分と銅との化
合物を担持して得られる触媒により、上記問題点を解決
したものである。
【0006】ここで、ホウ素、リン、アンチモンおよび
ビスマスからなる群から選ばれた1種以上の成分と銅と
の化合物とは、例えば、銅の、ホウ酸塩、リン酸塩、ア
ンチモン酸塩、ビスマス酸塩、及び該化合物から導かれ
るアルカリ錯塩およびアンミン錯塩であり、さらに具体
的には、CuB2O5, CuB4O7 , Cu3(BO3)2 , Cu3(PO4)2 ,Cu
2P2O5 , Cu5P2O10, Cu(PO3)2 , Cu(SbO3)2 , Cu2Sb2O
7 , Cu(BiO3)2 等が挙げられ、該化合物から導かれる
アルカリ錯塩およびアンミン錯塩とは、上記化合物にお
いて、Cuが、Na,Li,K,NH4 によって部分的
に置換されたものである。
【0007】本発明において用いられる結晶性アルミノ
ケイ酸塩とは、ゼオライトであって、ペンタシル型のも
のが好ましい。例えば、モルデナイト、フェリエライ
ト、ZSM−5、ZSM−11等が該当する。これらゼ
オライトは、水熱処理、再合成などによって結晶性を良
くしたり、安定化すると、より耐熱性の高い触媒が得ら
れるので望ましい。
【0008】本発明においては、該化合物の含有量は、
吸着した水を除いた状態の該結晶性アルミノケイ酸塩に
対して、Cu換算値で 1.0〜10重量%が有効である。
この含有量は 1.0重量%以上で効果が現れるが、十分な
効果を得るには、2.8 重量%以上が好ましい。しかし、
該含有量が10重量%を超えると、触媒活性及び耐熱性
の点で好ましくない。これは、余剰の該化合物がゼオラ
イト外表面や細孔入口付近に生成し、NOx除去反応の
進行を阻害するためと考えられる。
【0009】ホウ素、リン、アンチモンおよびビスマス
からなる群から選ばれた1種以上の成分と銅との化合物
をゼオライトへ担持する方法は、イオン交換法、含浸
法、浸漬法、混練法等通常の方法で行われる。該化合物
を溶液化する際には、適当にpHを調節することが望ま
しく、該化合物溶液のpHは8〜12の範囲が好まし
い。また、出発ゼオライトは、H(プロトン)型、Na
型、NH4 型等いずれの型のものでも有効である。
【0010】
【作用】次に作用を説明する。Cu−ゼオライト系触媒
は、リーン排ガスにおいてNOxを効率よく除去するこ
とができるが、600℃あるいはそれ以上の温度に曝さ
れると、触媒が短時間で劣化してしまう。これは、銅の
融点が比較的低く、かつ還元されやすいため、酸化−還
元雰囲気で高温に曝されると容易にシンタリングを起こ
すためである。したがって、上記問題を解決するには、
活性成分である銅の安定化する技術が不可欠となる。
【0011】本発明は、銅の安定化を、他の成分との複
合化・化合物化により達成することを狙ったものであ
り、この観点から数多くの化合物を探索、鋭意研究し
た。その結果、多くのものは、逆に安定性が高すぎた
り、ゼオライトとの相性が良くない等の原因で、有効な
触媒を得ることができなかったが、ホウ素、リン、アン
チモンおよびビスマスからなる群から選ばれた1種以上
の成分と銅との化合物を、結晶性アルミノケイ酸塩(ゼ
オライト)に担持することにより得られた触媒が、高い
NOx除去活性を有し、かつ耐熱性にも優れることを見
出した。
【0012】上記の詳細な機構は明らかではないが、銅
と該成分との化合物は、ゼオライトとの相性が良く、ゼ
オライト表面に高分散担持されるために触媒活性を有効
に発揮でき、かつ化合物として担持しているためCuの
安定性が高いものと考えられる。
【0013】本発明の触媒の形状は任意であるが、通常
はハニカム形状で使用するのが好ましく、ハニカム状の
各種基材に触媒粉末を塗布して用いられる。このハニカ
ム材料としては、一般にコージエライト質のものが多く
用いられているが、金属材料からなるハニカムを用いる
ことも可能であり、さらには触媒粉末そのものをハニカ
ム形状に成形しても良い。触媒の形状をハニカム状とす
ることにより、触媒と排気ガスの接触面積が大きくな
り、圧力損失も抑えられるため自動車用として用いる場
合極めて有利である。また一体型であるため振動により
摩耗することがないという効果がある。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例、比較例および試験例
により詳細に説明する。 実施例1 SiO2 /Al2 3 モル比が約30のNa型ZSM−
5ゼオライトの粉末を、0.05Mの濃度の四ホウ酸銅 (Cu
B4O7) のアンモニアを含むアルカリ性水溶液中で、12
時間以上攪拌した後、ろ過することにより、該ゼオライ
トに四ホウ酸銅を担持した。ついで、得られた粉末を乾
燥器中120℃で8時間以上乾燥した後、電気炉を用い
て大気中500℃で2時間焼成することにより、該ゼオ
ライトに、四ホウ酸銅を、Cuに換算して(吸着水を除
いた状態のゼオライトを基準として)4.8 重量%担持し
た触媒粉末を得た。この触媒粉末2250gを、シリカ
ゾル(固形分20%)1250g及び、水1500gと
共にボールミルポットに入れ、4時間粉砕してスラリー
を得た。このスラリーを、1平方インチの断面当り約4
00個の流路を持つコージエライト製のハニカム(容量
0.1L)担体に塗布し、120℃の熱風で1時間乾燥し
た後、500℃で1時間焼成し、実施例1の触媒(1) を
得た。このハニカム担体への触媒粉末の塗布量は230
g/Lであった。 実施例2〜5 実施例1の二ホウ酸銅を、二リン酸銅(Cu2P2O7) ,リン
酸銅 (Cu3(PO4)2 ,アンチモン酸銅 (Cu2Sb2O7) , ビス
マス酸銅 (Cu(BiO3)2 )に替えて、それぞれ同様に実施
例2、実施例3、実施例4、実施例5の触媒 (2), (3),
(4), (5) を得た。 実施例6 実施例1のNa型ZSM−5ゼオライトを、H型モルデ
ナイト(SiO2/Al2O3モル比は約24)に替えて、同様
に実施例6の触媒(6) を得た。 実施例7 実施例1のNa型ZSM−5ゼオライトの粉末を、0.1
Mの濃度の四ホウ酸銅と二リン酸銅のアンモニアを含む
アルカリ性混合水溶液中で、12時間以上攪拌した後、
ろ過することにより、該ゼオライトに四ホウ酸銅および
二リン酸銅を担持した。以下、実施例1と同様にして、
実施例7の触媒 (7)を得た。該ゼオライトへの四ホウ酸
銅および二リン酸銅の担持量は、Cuに換算して(吸着
水を除いた状態のゼオライトを基準として)、それぞれ
2.2重量%、2.8 重量%であった。 実施例8 実施例1のNa型ZSM−5ゼオライトの粉末を、0.1
Mの濃度の CuNa2P2O7のアンモニアを含むアルカリ性混
合水溶液中で、12時間以上攪拌した後、ろ過すること
により、該ゼオライトに該化合物を担持した。以下、実
施例1と同様にして、実施例8の触媒 (8)を得た。該ゼ
オライトへの該化合物の担持量は、Cuに換算して(吸
着水を除いた状態のゼオライトを基準として)、3.8 重
量%であった。
【0015】比較例1 実施例1と同一のNa型ZSM−5ゼオライトの粉末
を、0.1 M硝酸銅水溶液中で12時間以上攪拌すること
により、イオン交換法で該ゼオライトにCuを担持し
た。次いで、乾燥器中120℃で8時間以上乾燥し、得
られた乾燥粉末を、電気炉で大気中500℃で2時間焼
成することにより、該ゼオライトにCuを(吸着水を除
いた状態のゼオライトを基準として)3.3 重量%担持し
た触媒粉を得た。これを、実施例1と同様にしてスラリ
ー化し、ハニカム触媒 (9)を得た。 比較例2 比較例1と同様にして、ZSM−5ゼオライトにCu
を、(吸着水を除いた状態のゼオライトを基準として)
3.3 重量%担持した触媒粉を得た後、ホウ酸(H3BO4)水
溶液に含浸、乾燥 (乾燥器中120℃8時間)、焼成
(電気炉、大気中500℃2時間)を行い、Bを(吸着
水を除いた状態のゼオライトを基準として)2.2 重量%
担持した触媒粉を得た。これを、実施例1と同様にして
スラリー化し、ハニカム触媒(10)を得た。 比較例3 比較例2において、ホウ酸水溶液をリン酸二水素アンモ
ニウム(NH4H2PO4) 水溶液に替え、同様にして、Pを
(吸着水を除いた状態のゼオライトを基準として)1.6
重量%担持した触媒粉を得た。これを、実施例1と同様
にしてスラリー化し、ハニカム触媒(11)を得た。
【0016】試験例 エンジン排気ガスを用いた急速耐久及び排気模擬ガスを
用いた活性評価により、上記実施例及び比較例の触媒の
耐久性能を評価し、結果を表1に示す。活性評価条件 評価装置:常圧固定床流通式反応装置 触媒容量: 0.1L ガス空間速度:約 25000h -1 排気模擬ガス組成: 全炭化水素=約 2500 ppm (Cl換算) NO=約 500 ppm CO= 1000 ppm O2 = 5.5% CO2 =12% H2 O=10% N2 =残部急速耐久処理条件 触媒入口排気ガス温度:610 ℃ エンジン:日産自動車(株)製V型6気筒 3000 ccエン
ジン 平均空燃比 (A/F):約15 燃料:無鉛レギュラーガソリン(燃料カット有り) 処理時間:50h 表1に触媒入口温度400℃での実施例及び比較例の触
媒のNO除去性能を示す。本発明の触媒は、急速耐久処
理後も高いNOx除去活性を維持しており、耐久性に優
れている。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の触媒
は、リーン領域でエンジン排気ガス中のNOxを効率良
く浄化でき、かつ長時間使用しても劣化が少なく、耐久
性に優れるので、燃費に優れ、環境汚染の少ない自動車
を提供することができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 29/072 ZAB A 9343−4G B01D 53/36 102 C (72)発明者 早坂 俊明 千葉県袖ヶ浦市上泉1280番地 出光興産株 式会社内 (72)発明者 赤間 弘 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 増田 剛司 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 金坂 浩行 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒担体基材上に、結晶性アルミノケイ
    酸塩を主成分とする無機物に、ホウ素、リン、アンチモ
    ンおよびビスマスからなる群から選ばれた1種以上の成
    分と銅との化合物を担持して成るコート層を備えたこと
    を特徴とする排気ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 結晶性アルミノケイ酸塩を主成分とする
    無機物に、ホウ素、リン、アンチモンおよびビスマスか
    らなる群から選ばれた1種以上の成分と銅との化合物を
    担持した無機物でハニカム状に成形するか、または金属
    製およびセラミック製ハニカム状担体基材上に該無機物
    を塗布することを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
  3. 【請求項3】 銅との化合物がホウ酸塩、リン酸塩、ア
    ンチモン酸塩、ビスマス酸塩、または該化合物のアルカ
    リ錯塩、アンミン錯塩であることを特徴とする請求項1
    または2記載の排気ガス浄化用触媒。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0935055A2 (en) 1998-02-05 1999-08-11 Nissan Motor Company, Limited Device for purifying oxygen rich exhaust gas
JP2000135419A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Nissan Motor Co Ltd 排ガス浄化システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0935055A2 (en) 1998-02-05 1999-08-11 Nissan Motor Company, Limited Device for purifying oxygen rich exhaust gas
JP2000135419A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Nissan Motor Co Ltd 排ガス浄化システム

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