JPH10290931A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

排ガス浄化用触媒

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JPH10290931A
JPH10290931A JP9104217A JP10421797A JPH10290931A JP H10290931 A JPH10290931 A JP H10290931A JP 9104217 A JP9104217 A JP 9104217A JP 10421797 A JP10421797 A JP 10421797A JP H10290931 A JPH10290931 A JP H10290931A
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JP
Japan
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catalyst
exhaust gas
nox
noble metal
mixture
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Pending
Application number
JP9104217A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Hosoya
満 細谷
Shinya Sato
信也 佐藤
Hiroshi Hirabayashi
浩 平林
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Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い温度範囲にわたって高効率のNOx低減
機能を有する排ガス浄化用触媒を提供すること。 【解決手段】 アルミナまたはジルコニアの担体上に担
持された貴金属触媒と、ペロブスカイト型複合酸化物と
の混合物からなる排ガス浄化用触媒であり、ペレットの
ような成形体、あるいは担体表面上のコーティングの形
で使用される触媒。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関からの排
ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減させ排ガ
スを浄化するための新規な構成の触媒に関する。さらに
詳しくは、本発明は、排ガス温度の変動にかかわらず低
温から高温に至る幅広い温度範囲でNOxを有効に低減
することができる新規な排ガス浄化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等の内燃機関での燃料の燃焼に伴
って発生するNOxを含む排ガスを処理して、そのNO
x含量を低減させるための触媒として種々のものが提案
されてきている。その一例として銅−ゼオライト触媒、
すなわちNa型のZSM−5ゼオライトのNaイオンを
Cuイオンで交換した銅イオン交換ゼオライト触媒があ
る。このものは、典型的にはコージェライト等のセラミ
ックスから作られた多数の透通孔を有するモノリスハニ
カム担体の表面上にコーティングされた状態で排ガス処
理のために使用される。この触媒は、300〜500℃
の温度範囲でNOxの選択還元を高効率で行なう機能を
有するが使用時間の経過に伴ないその選択還元効率が低
下して来るという実用上の欠点がある。この原因は、銅
イオン交換ゼオライトの網目状分子構造内に排ガス中の
水分やSO2が吸着され、その吸着水分とSO2の存在に
よってNOx選択還元機能が著しく阻害されることにあ
る。従って銅イオン交換ゼオライト触媒は、耐久性が低
くあるいは使用寿命が短いという、実用化上の問題を有
している。
【0003】さらには排ガスを処理してNOxを低減さ
せるための触媒として、白金−アルミナ触媒があり、こ
のものも一般的にはセラミックスハニカム担体の表面上
にコーティングされた状態で排気ガス処理のために使用
され、ほぼ160℃ないし300℃の温度範囲において
NOx低減活性を示すが、この温度範囲の両端近傍にお
けるNOx低減率は余り実効の有るものとは言えない程
低い。
【0004】従って、排ガス処理用の触媒の耐久性(使
用寿命)を改善し、NOx低減活性温度範囲を拡張する
ことは、実用上著しく望ましいことである。
【0005】例えば、安定であり、かつ高い効率で排ガ
スに含まれるNOxを低減する触媒として、特願平6−
296198号明細書には、SiO2、Al23、Ti
2及びZrO2のうちの少なくとも2種からなる複合酸
化物に貴金属を担持してなる排ガス浄化用触媒が開示さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、排ガスN
Ox低減用触媒のNOx低減機能が排ガスの低温域から
高温域までの広い温度範囲にわたって有効に発揮され、
しかも当該機能が長期間維持されるような触媒の構成を
見出すべく鋭意研究検討を実施し、その結果として本発
明を創意完成するに至った。
【0007】
【課題を解決するための手段】かくして、本発明は、特
定の複合酸化物からなるNOx吸蔵材を従来の貴金属−
アルミナ触媒と併用するという基本概念に基礎を置くも
のである。すなわち、本発明において使用される特定の
複合酸化物からなるNOx吸蔵材は、貴金属−アミルナ
触媒のNOx低減活性が充分には発現されない排ガス温
度、すなわち低温ないし中温時に排ガス中のNOxを効
率よく吸蔵保持し、そして貴金属−アミルナ触媒のNO
x低減活性が有効に高まる排ガス高温時に吸蔵NOxを
放出する。そのように放出されたNOxは、高温で活性
が高まっている貴金属−アミルナ触媒との接触によって
容易にNO2及び/またはN2にまで還元される。
【0008】従って、本発明は、アミルナまたはジルコ
ニアの担体上に担持された貴金属触媒と、ペロブスカイ
ト型複合酸化物からなるNOx吸蔵材と、の混合物より
なる排ガス浄化用触媒を提供する。
【0009】本発明で使用される貴金属担持触媒におけ
る貴金属の例としては、白金、パラジウム、ロジウム、
イリジウムを挙げることができ、これらを適宜に組合せ
て使用することもできる。これらの貴金属を担持するた
めの担体の典型的な例は、アミルナ、ジルコニア、及び
これらの混合物である。貴金属担持触媒は、白金、パラ
ジウム、ロジウム、イリジウム等の貴金属の硝酸塩また
は塩化物の水溶液を、アミルナ、ジルコニアまたはこれ
らの混合物と、混合し、乾燥し、焼成することにより調
製することができる。
【0010】本発明においてNOx吸蔵材として採用さ
れる複合酸化物は、その結晶構造型がペロブスカイト型
(立方格子)であり、その具体例として、ペロブスカイ
ト(CaO−TiO2、BaO−TiO2、SrO−Ti
2)、ZrO2−Al23、CoO2−Al23、Cu
2−Al23、SiO2−Al23あるいはこれらの混
合物があり、CuO2−Al23(酸化銅−アミル
ナ)、CoO2−Al23(酸化コバルト−アミルナ)
またはこれらの混合物が好適である。これらの複合酸化
物は、単独では、排ガスの低温ないし中温域(概略26
0℃〜380℃の範囲)でNOxを吸蔵する特性傾向が
あり、さらに温度が高まると吸蔵特性が消失し、逆に吸
蔵NOxを放出する特性傾向が顕著となる。前述のよう
に、ここで放出されたNOxは、その場に存在する高活
性の貴金属担持触媒の作用により効率良く還元される。
【0011】貴金属担持触媒は、担体となるアミルナま
たはジルコニア、あるいはそれらの混合物の粉末に白
金、パラジウム、ロジウム、イリジウム等の貴金属の硝
酸塩または塩化物の水溶液を混合練り合せ、その混練物
を温度100〜120℃で乾燥し、次いで温度400〜
650℃、好ましくは450〜600℃において約1〜
6時間焼成することにより調製できる。焼成物は解砕ま
たは粉砕して粉末状とする。貴金属の硝酸塩または塩化
物の使用量は、上記で得られる焼成物中に貴金属換算
(例えばPt換算)で約0.05〜10重量%の貴金属
が導入担持されるような量である。上記の種々の貴金属
の硝酸塩または塩化物は2種以上の混合物として使用し
てもよい。このようにして得られる貴金属担持触媒の代
表的な組成例は、Pt−Al23、Pd−Al23、R
h−Al23、Ir−Al23、Pt−ZrO2、Pd
−ZrO2、Rh−ZrO2、Ir−ZrO2、Pt/R
h−Al23、Pt/Rh−ZrO2等である。
【0012】貴金属担持触媒と混合されるべきNOx吸
蔵材をなす複合酸化物として、本発明の排ガス浄化用触
媒の製造に使用できるものは、ペロブスカイト型の結晶
構造(立方格子)を示すものであり、具体的な例として
は、先に挙げたペロブスカイト(CaO−TiO
2等)、ZrO2−Al23、CoO2−Al23、Cu
2−Al23、SiO2−Al23等がある。
【0013】本発明による排ガス浄化用触媒は、内燃機
関の排気マニフォールドと排気マフラーとの間の排気管
路中において排ガス流と接触するように配置して使用さ
れる。本発明の触媒は、小寸法の成形体、例えばペレッ
ト、ハニカム成形体として、あるいはハニカム構造のセ
ラミックスまたはメタル担体表面上にコーティングされ
た状態で都合よく使用できる。
【0014】本発明の排ガス浄化用触媒の製造に際して
は、前記のように調製した貴金属担持触媒(粉末)とペ
ロブスカイト型複合酸化物(粉末)とを良く混合してフ
リット状の触媒粉末混合物を得る。原料の貴金属担持触
媒粉末及び複合酸化物粉末の両者の粒度は余り重要な因
子ではないが、例えば約0.1mmないし数ミクロンの
範囲であってよく、非限定的な特定の好ましい例とし
て、約150メッシュないし100メッシュ付近の粒度
を挙げることができる。
【0015】フリット状触媒粉末混合物には、当業者に
周知の無機系または有機系バインダーを添加して、成形
に適当な塑性を示す混練物となし、大きな比表面積を示
すペレット、またはハニカム等に押出成形加工する。こ
のようにして得られるペレット、ハニカム等の成形品
は、必要に応じて適切な乾燥及び/または焼成処理を受
けて、本発明による排ガス浄化用触媒となり、内燃機関
の排ガス管路における触媒充填区画域に装填される。
【0016】あるいはフリット状触媒粉末混合物に、無
機系または有機系バインダー及び適量の媒質(典型的に
は水)を加えて良く混合撹拌してスラリーとなし、この
スラリーを大きな比表面積を有するセラミックス製のハ
ニカム(例えばコージェライト製ハニカム)またはメタ
ルハニカム(例えばステンレス鋼製ハニカム)等の担体
表面にコーティングし、適当な熱処理(乾燥及び/また
は焼成)を行なうことにより、排ガス管路中に配置され
るハニカム触媒とすることができる。
【0017】上記で使用の無機系バインダーの例として
は、アルミナゾル、シリカゾル、硝酸アルミニウム、タ
ルク等があり、また有機系バインダーとしては炭水化物
類がある。
【0018】本発明による排ガス浄化用触媒の固化物と
なった状態での微視的組織の模式図を図1に示す。符号
1はアルミナまたはジルコニア等の担体粒子であり、そ
の表面には貴金属2(小さな複数の黒点として表示)が
担持されている。3はNOx吸蔵材の粒子である。
【0019】本発明による排ガス浄化用触媒における貴
金属担持触媒とNOx吸蔵材複合酸化物との比率は、重
量基準で概略8:1ないし1:2、好ましくは5:1な
いし1:1の範囲である。
【0020】
【発明の実施の形態】貴金属担持触媒の調製 金属として計算して2.5gの貴金属を含むように算出
した量の硝酸白金、硝酸ロジウムまたは硝酸イリジウム
を水300mlに入れ良く混合撹拌し、さらに150g
のアルミナ粉末を加え、均質になるように充分に混合し
た。この水性混合物から余分の水性相を流去させ、残留
物を約100℃で5時間にわたって乾燥し、次いで約5
60〜580℃の水素含有窒素ガス流(1%H2/99
%N2容)中で3時間加熱処理し、顕微鏡検査するとア
ルミナ担体粒子の表面上に貴金属の微細な粒子が斑点状
に沈着している貴金属担持触媒が得られた。これを軽く
解砕、粉砕し、粒度150〜100メッシュの粉体とし
た。それぞれの貴金属の含有率(重量基準)は、下記の
通りであった。
【0021】 A. 白金担持触媒 Pt 1.3% B. ロジウム担持触媒 Rh 1.2% C. イリジウム担持触媒 Ir 1.3%複合酸化物(NOx吸蔵材)との混合 A’. 上記A.白金担持触媒とペロブスカイトとを重
量比2:1で混合した。
【0022】B’. 上記B.ロジウム担持触媒とCo
2−Al23複合酸化物とを重量比2:1で混合し
た。
【0023】C’. 上記C.イリジウム担持触媒とC
uO2−Al23複合酸化物とを重量比2:1で混合し
た。
【0024】コージェライト製ハニカム担体の触媒コー
ティング 純水、アルミナゾルバインダー及び上記A’(白金)、
B’(ロジウム)またはC’(イリジウム)の混合物を
重量比70:20:50で混合し、充分に撹拌混合して
均一なスラリーとした。スラリーにコージェライト製ハ
ニカム担体を浸漬し、引き上げ、大気中100℃で4時
間乾燥し、次いで大気中で600℃で10時間焼成し、
放冷し触媒コーティングされたハニカム担体を得た。
【0025】比較例(対照)として、前記B.ロジウム
担持触媒のみを上記と同じ操作によってコージェライト
製ハニカムにコーティングした触媒を調製した。
【0026】NOx低減評価試験 上記の触媒A’、B’及びC’でコーティングしたハニ
カム及び比較例のハニカムを、それぞれ固定床流通式反
応装置に装着し、ディーゼルエンジン排ガスを模擬した
下記組成のガス混合物を空間速度(SV)=20,00
0hr-1で、触媒入口温度を種々に変えて、触媒下流排
ガスを排ガス分析装置により分析し、NOx低減率を測
定した。
【0027】模擬排ガス組成: NO 1,000ppm C36 1,300ppm O2 10% SO2 20ppm H2O 4% N2 残部 各触媒についての種々の温度におけるNOx低減率
(%)は下記の通りであった。
【0028】 触媒 A'コーティング B'コーティング C'コーティング 比較例 (Pt) (Rh) (Ir) (Rh) 200℃ 3.2 0 0 0 250℃ 9.0 2.0 1.5 1.5 300℃ 12.5 13.3 7.2 2.8 350℃ 11.1 21.4 16.0 8.1 400℃ 9.8 17.6 22.4 10.1 450℃ 4.8 9.8 14.7 3.4 500℃ 2.5 2.5 5.0 0 図2に、上記試験におけるB’(ロジウム担持触媒+N
Ox吸蔵材)コーティングハニカム触媒と比較例のロジ
ウム担持触媒コーティングハニカム触媒とのNOx低減
率(対触媒入口温度)のグラフを参考のために示す。
【0029】本発明の触媒には、公知の銅イオン交換ゼ
オライト触媒における水分やSO2によるNOx選択還
元機能の劣化傾向は認められない。
【0030】
【発明の効果】NOx吸蔵材を貴金属担持触媒と併用す
ることにより、低温ないし中温域におけるNOx低減機
能が著しく改善されるばかりでなく、高温域におけるN
Ox低減機能も総合的に向上した排ガス浄化用触媒が実
現された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合酸化物NOx吸蔵材と貴金属担持
触媒とを併用してなる排ガス浄化用触媒の固化物の組織
模式図。
【図2】本発明による排ガス浄化触媒の一例と比較例
(対照)との種々の排ガス触媒入口温度におけるNOx
低減率を示すグラフ。
【符号の説明】
1 アルミナまたはジルコニアの担体粒子 2 貴金属微細粒子 3 吸蔵材粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B01J 35/04 B01J 35/04 301Z 301 37/02 301C 37/02 301 B01D 53/36 102A

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナまたはジルコニアの担体上に担
    持される貴金属からなる触媒と、ペロブスカイト型複合
    酸化物からなるNOx吸蔵材と、の混合物よりなる排ガ
    ス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 貴金属が白金、パラジウム、ロジウム及
    びイリジウムから選択される1種又は2種以上である請
    求項1の排ガス浄化用触媒。
  3. 【請求項3】 ペロブスカイト型複合酸化物が酸化銅−
    アルミナ、酸化コバルト−アルミナまたはこれらの混合
    物である請求項1または2の排ガス浄化用触媒。
  4. 【請求項4】 ペレット、またはハニカムの形状に形成
    された請求項1〜3のいずれかの排ガス浄化用触媒。
  5. 【請求項5】 ハニカム構造のセラミックスまたはメタ
    ル担体の表面上にコーティングされた請求項1〜3のい
    ずれかの排ガス浄化用触媒。
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