JPH11207190A - 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法 - Google Patents
排気ガス浄化用触媒及びその製造方法Info
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Abstract
るNOx吸蔵材を備えた排気ガス浄化用触媒おいて、M
n酸化物やCo酸化物をNOxの浄化に有効に利用す
る。 【解決手段】上記酸化物を触媒成分として用いるととも
に、上記NOx吸蔵材溶液と触媒貴金属溶液と同時に該
酸化物や母材に含浸させ、該酸化物上でNOx吸蔵材と
触媒貴金属とを互いに近接させて高分散に担持する。
Description
媒及びその製造方法に関する。
比で運転された場合の排気ガスは酸素濃度が高くなり、
従来の三元触媒では排気ガス中のNOx(窒素酸化物)
を分解浄化することが困難になる。
気ガス浄化用触媒として、特開平7−155601号公
報には、担体上に、NOx吸蔵材(Ba等のアルカリ土
類金属)とPtとアルミナとを含有する内側担持層と、
Fe、Co、Ni、Cu及びMnのうちから選ばれた少
なくとも1種の金属の酸化物を含有する外側担持層とを
形成してなるものが記載されている。これは、外側の金
属酸化物によって排気ガス中のSOxを酸化してSO3
に変え、SOx塩を生成するようにすることによって、
内側担持層がSOxによって被毒することを防止しよう
とするものである。この触媒の製造方法は、担体にアル
ミナ層を形成して、これにPtの含浸→乾燥→焼成と、
Baの含浸→乾燥→焼成とを順に行ない(内側担持層の
形成)、次にその上にアルミナ粉末と酸化鉄の粉末との
混合物層(外側担持層)を形成するというものである。
Co及びLaの少なくとも一方とアルミナとの複合酸化
物からなる担体に、触媒貴金属とNOx吸蔵材とを順次
担持させてなる排気ガス浄化用触媒が記載されている。
これは、高温ではアルミナとNOx吸蔵材とが反応して
アルミナの比表面積の低下や細孔の閉塞を生じ、また、
貴金属のシンタリングを生ずるが、アルミナをCoやL
aとの複合酸化物の形にすると、この熱劣化を抑制する
ことができた、というものである。この触媒の製造方法
は、担体にアルミナ層を形成して、これにCoの含浸→
乾燥→焼成を行なうことによりCo−アルミナ複合酸化
物の層を形成し、これにPtの含浸→乾燥とRhの含浸
→乾燥とを順に行なって焼成し、さらにBaの含浸→乾
燥→焼成を行なうというものである。
は上述の如くSOx被毒対策やアルミナの熱安定性の向
上など触媒の安定性の観点から用いられていたMn、C
o等の金属の酸化物を、触媒作用に積極的に活用するこ
とにあり、そのことによって、排気ガス浄化用触媒の耐
熱性の向上だけでなく、その活性の向上を図らんとする
ものである。特にエンジンが空燃比A/F=18以上で
運転され、排気ガス中の酸素濃度が4〜5%以上、例え
ば20%を越えるようになる場合でも、該排気ガス中の
NOxを効率良く分解浄化することができるようにする
ものである。
ば、Ba等のNOx吸蔵材は排気ガス中のNOxを硝酸
塩の形で吸蔵するところ、MnやCoなどある種の金属
の酸化物は、排気ガス中のNOをNO2 に酸化させる作
用を有し、これが当該吸蔵に有効に働くと考えられる。
そこで、本発明では、このような酸化物を触媒に用いる
とともに、貴金属粒子とNOx吸蔵材粒子とを互いに近
接させて高分散担持させるようにしたものである。
ガス中のNOxの吸蔵作用を有するNOx吸蔵材と、該
NOxの分解触媒作用を有する貴金属とを備えた排気ガ
ス浄化用触媒の製造方法に関するものであって、Mn、
Co、Ti及びFeのうちから選択される少なくとも1
種の金属の酸化物に、上記NOx吸蔵材の溶液と上記貴
金属の溶液との混合液を添加することによって該貴金属
とNOx吸蔵材とを担持させることを特徴とする。
溶液と貴金属溶液とを同時に含浸担持させることによっ
て貴金属粒子とNOx吸蔵材粒子とを互いに近接させて
高分散担持させるものである。
物によってNO2 に変わることによって、NOx吸蔵材
に吸蔵され易くなる(例えばBaをNOx吸蔵材として
用いる場合、NO2 との反応によって硝酸Baになり易
い)。また、このような触媒では、貴金属粒子は排気ガ
ス中のNOxを吸着して分解するだけでなく、酸素過剰
雰囲気でNOx吸蔵材に吸蔵され酸素濃度が低くなった
ときに放出されるNOxを分解することになるから、当
該貴金属粒子とNOx吸蔵粒子とは互いに近接して高分
散に配置されていることがNOxの分解浄化に有効にな
るものである。
にMn等の酸化物と貴金属・NOx吸蔵材とを組み合わ
せても、つまり、Mn等の酸化物に貴金属を担持させた
後にNOx吸蔵材を担持させても、触媒が高温に晒され
た後のNOx浄化率はそれ程には高くならず、上記同時
含浸によってはじめて予想に越える高いNOx浄化率が
得られるという点である。
カリ金属、Ba、Sr等のアルカリ土類金属及びLa等
の希土類金属のうちから選択される少なくとも1種の金
属であることが好適であり、特にBaがNOxの吸蔵性
に優れている。また、上記Mn、Co、Ti及びFeの
うちではMn及びCoがNOxの分解浄化により有効で
ある。貴金属としては、Ptが好適であり、これにRh
やIr、Pdなど他の貴金属を併用することができる。
と共に用いることが好適である。その場合は、当該酸化
物とアルミナとCeO2 との混合物に対して上記NOx
吸蔵材の溶液と貴金属の溶液との混合液を添加すればよ
い。アルミナは比表面積が高く貴金属及びNOx吸蔵材
の高分散担持に有効である。その意味で、γ−アルミナ
が特に良い。CeO2 は酸素吸蔵能(O2 ストレージ効
果)を有するから、エンジンが理論空燃比(λ=1)近
傍で運転されるときに、当該触媒を三元触媒として機能
させて、NOxだけでなくHC(炭化水素)及びCO
(一酸化炭素)をも同時に効率良く浄化するうえで有効
になる。
ナとCeO2 との混合物にNOx吸蔵材と貴金属とが担
持されてなる触媒の層と、ゼオライトにNOx吸蔵材と
貴金属とが担持されてなる触媒の層とを前者が内側にな
り後者が外側になるように層状に形成した場合は高いN
Ox浄化性能が得られる。このような排気ガス浄化用触
媒を製造するときは次の方法をとればよい。
eのうちから選択される少なくとも1種の金属の酸化物
とアルミナとCeO2 との混合物からなる内側層を形成
し、上記内側層の上にゼオライトからなる外側層を形成
した後、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類金
属のうちから選択される少なくとも1種の金属よりなり
排気ガス中のNOxの吸蔵作用を有するNOx吸蔵材の
溶液と、該NOxの分解触媒作用を有する貴金属の溶液
との混合液を添加して上記内側層と外側層とに含浸させ
ることによって、該NOx吸蔵材及び貴金属をこの内外
両層に担持させることを特徴とする排気ガス浄化用触媒
の製造方法である。
に予定量担持させることが容易になる。すなわち、仮に
内側層にNOx吸蔵材及び貴金属を担持させた後に、こ
れをゼオライトのスラリーに浸漬して外側層を形成する
ようにすれば、内側層に担持されているBa等のNOx
吸蔵材の一部がゼオライトスラリーに溶出し、該NOx
吸蔵材の担持量の調節が難しくなるが、当該方法によれ
ばこの問題が解消される。
に担持されている貴金属が排気ガス中のNOx及びHC
を活性化しNO浄化性能を高めることになる。すなわ
ち、排気ガス中のNOはNO2 になってNOx吸蔵材に
吸蔵され易くなり、HCは部分酸化やクラッキングによ
ってエネルギー的に反応し易い状態になり、この活性化
されたHCによるNOxの還元分解反応が進行し易くな
る。
得られる排気ガス浄化用触媒に関するものであり、担体
上に形成された触媒層が、Mn、Co、Ti及びFeの
うちから選択される少なくとも1種の金属の酸化物を含
有し、上記酸化物に、排気ガス中のNOxの吸蔵作用を
有するNOx吸蔵材の粒子と、該NOxの分解触媒作用
を有する貴金属の粒子とが互いに近接して高分散担持さ
れていることを特徴とする。
っても、酸素濃度が高い排気ガス中のNOxを効率良く
分解することは先に説明した通りである。
びFeのうちから選択される少なくとも1種の金属の酸
化物とアルミナとCeO2 との混合物によって構成され
ていて、該混合物に対して上記NOx吸蔵材粒子と貴金
属粒子とが互いに近接して高分散担持されている排気ガ
ス浄化用触媒であれば、さらに高いNOx浄化性能が得
られることになる。
酸化物の存在がNOx浄化性能の向上に有効であるの
は、それが排気ガス中のNOをNO2 に変えるためであ
ると考えられるから、担体上に形成された触媒層が、排
気ガス中のNOを酸化させる作用を有する酸化物を含有
し、該酸化物に、排気ガス中のNOxの吸蔵作用を有す
るNOx吸蔵材の粒子と、該NOxの分解触媒作用を有
する貴金属の粒子とが互いに近接して高分散担持されて
いる排気ガス浄化用触媒は、高温に晒された後であって
も、酸素濃度が高い排気ガス中のNOxを効率良く分解
することに有効である。
によれば、NOをNO2 に変える作用を有するMn等の
酸化物、あるいはこれとアルミナとCeO2 との混合物
よりなる母材に対して、NOx吸蔵材と貴金属とを同時
に含浸担持させるようにしたから、得られる触媒は、当
該触媒が高温に晒された後であっても、上記Mn等の酸
化物が有するNOをNO2 に変える作用がNOxの分解
浄化に有効に働くものと考えられ、酸素濃度が高い雰囲
気においてNOxを効率良く浄化することができるよう
になる。
る排気ガス浄化用触媒Cの構造を示し、この触媒Cは、
車両用のリーン燃焼エンジンの排気ガスを排出するため
の排気通路(いずれも図示せず)に配設され、この触媒
Cにより、理論空燃比燃焼運転時における排気ガス中の
HC、CO、NOx等の大気汚染物質を浄化するととも
に、さらにリーン燃焼運転時のNOxを有効に浄化す
る。すなわち、この触媒CはリーンNOx浄化作用を有
するものであり、そのリーン雰囲気での酸素濃度は例え
ば4〜5%から20%であり、空燃比はA/F=18以
上である。
材料であるコージェライトからなるハニカム状の担体1
を備え、その担体1上には、担体1表面に近い側にある
内側触媒層2(下側触媒層)と、その上の担体1表面か
ら離れた側にある外側触媒層3(上側触媒層)との2層
の触媒層が形成されている。
金属とNOx吸蔵材とが、Mn、Co、Ti及びFeの
うちから選択される少なくとも1種の金属の酸化物、ア
ルミナ及びCeO2 に担持されて設けられている。外側
触媒層3には、触媒金属となる貴金属とNOx吸蔵材と
が、ゼオライトに担持されて設けられている。
られ、これとRhやIr、Pdとを併用することができ
る。上記NOx吸蔵材としては、主としてBaが用いら
れるが、他のアルカリ土類金属、あるいはアルカリ金属
又は希土類金属を用いてもよく、あるいはそれらのうち
から選択される2種以上の金属を併用することができ
る。上記CeO2 成分としてはセリアを用いることでき
るが、耐熱性を高める観点からセリウムとジルコニウム
との複合酸化物を用いることもできる。尚、上記触媒層
2,3の各々における不純物は1%以下とする。
のうちから選択される少なくとも1種の金属の酸化物と
アルミナとCeO2 とバインダと水とを混合してスラリ
ーを形成し、このスラリーを担体1にウォッシュコート
し、乾燥焼成することによって、内側触媒層2を形成す
るための内側コート層を形成する。
とを混合してスラリーを形成し、このスラリーを、上記
内側コート層を有する担体1にウォッシュコートし、乾
燥焼成することによって、この内側コート層の上に、外
側触媒層3を形成するための外側コート層を形成する。
コート層にNOx吸蔵材の溶液と貴金属の溶液との混合
液を含浸させ、乾燥焼成することによって触媒Cを得
る。
各触媒を調製し、触媒性能を比較評価した。
ンガン(MnO2 )及びアルミナバインダを25:2
5:2:5の重量比率で混合し、これにイオン交換水を
添加することによってスラリーを調製した。このスラリ
ーにハニカム構造の担体(420g/L;このg/Lは
担体1L当りの重量を意味する。以下、同じ。)を浸漬
して引き上げ、余分なスラリーを吹き飛ばす、という方
法によって、乾燥後のコート量が342g/Lとなるよ
うに当該スラリーをウォッシュコートした。次いでこれ
に乾燥及び焼成を施すことによって内側コート層を形成
した。乾燥は100〜200℃の温度で1時間行ない、
焼成は500〜600℃の温度で2時間行なった。この
乾燥条件及び焼成条件は以下の説明における「乾燥」及
び「焼成」も同じである。
をPt:Rh比がPt:Rh=75:1となるように混
合し、これをMFI型ゼオライト(SiO2 /Al2 O
3 =80)と合わせてスプレードライ法による噴霧乾固
を行なうことによって、該ゼオライトにPtとRhとを
両者合わせて2.3wt%となるように担持させた。次
いでこれに焼成を施すことによって外側コート層用のパ
ウダーを得た。このパウダーをアルミナバインダと5:
1の重量比率で混合し、これにイオン交換水を添加する
ことによってスラリーを調製し、このスラリーを上記内
側コート層が形成されている担体に、乾燥後のコート量
が24g/Lとなるようにウォッシュコートし、これに
乾燥及び焼成を施すことによって外側コート層を形成し
た。
酸バリウムとをPt:Rh:Ba=20:1:300の
重量比率で混合し、この混合液を上記担体の内外の両コ
ート層にトータルで32.1g/Lとなるように含浸さ
せ、これに乾燥及び焼成を施すことによって当該実施例
1の触媒を得た。
してγ−アルミナ150g/L、CeO2 −ZrO2 複
合酸化物150g/L及び酸化マンガン12g/Lを有
し、バインダは30g/Lであり、貴金属はPtが2g
/L、Rhが0.1g/Lである。また、この触媒の外
側触媒層は、母材がMFI20g/L、バインダが4g
/L、貴金属はPtが0.5g/L、Rhが0.006
g/Lである。また、NOx吸蔵材としてBaが内外の
触媒層に合わせて30g/L含まれている。
触媒層にMn酸化物を有し且つBaが内外の触媒層にP
t、Rhと共に同時に含浸担持されている点である。
いる他は実施例1と同様にして実施例2の触媒を得た
(表1参照)。
ルミナバインダを5:5:1の重量比率で混合し、これ
にイオン交換水を添加してスラリーを調製し、これをハ
ニカム構造の担体(420g/L)に乾燥後のコート量
が330g/Lとなるようにウォッシュコートし、乾燥
・焼成を施すことによって内側コート層を形成した。
t:Rh=20:1の重量比率で混合し、上記内側コー
ト層に2.1g/Lとなるように含浸させ、乾燥・焼成
を施した。
4g/Lの外側コート層を形成した。
外のコート層に含浸させ、乾燥及び焼成を施した。
施例触媒と相違する主な点は、酸化マンガンや酸化コバ
ルトを備えていないこと、及びBaがPt及びRhと同
時含浸ではなく後含浸されていることであり(表1参
照)、他は実施例1と同様である。
が330g/Lの内側コート層を形成した。
って乾燥後のコート量が24g/Lの外側コート層を形
成した。
て内外の両コート層にトータルで32.1g/Lとなる
ように同時に含浸担持させた。
施例触媒と相違する主な点は、酸化マンガンや酸化コバ
ルトを備えていないことであり(表1参照)、他は実施
例1と同様である。
342g/Lの内側コート層を形成した。
にPtとRhとをPt:Rh=20:1の重量比率でト
ータルが2.1g/Lとなるように含浸担持させた。
/Lの外側コート層を形成した。
外のコート層に含浸させ、乾燥及び焼成を施した。
施例触媒と相違する主な点は、BaがPt及びRhと同
時含浸ではなく後含浸されていることであり(表1参
照)、他は実施例1と同様である。
処理を施した後に、これを固定床流通式反応評価装置に
取り付ける。はじめは空燃比リーンの模擬排気ガスを触
媒にNOx浄化率が安定するまで流す。次にガス組成を
切り換えて空燃比リッチの模擬排気ガスを流し、しかる
後にガス組成を再び空燃比リーンに切り換え、この切り
換え時点から130秒間のNOx浄化率を測定し、リー
ンNOx浄化性能を評価する。触媒温度及び模擬排気ガ
ス温度は350℃、そのガス組成は表2に示す通りであ
り、また空間速度SVは25000h-1である。
較例2とはBaを後含浸したかPt等と同時含浸したか
で相違し、この両触媒の浄化率差(15.5%)はBa
の同時含浸による効果と認められる。また、比較例1と
比較例3とはMn酸化物の有無で相違し、この両触媒の
浄化率差(18.9%)はMn酸化物の添加による効果
と認められる。これらに対して、Mn酸化物を有し且つ
Baを同時含浸させた実施例1の浄化率は、比較例2,
3よりも高く、比較例1と比べると、その差は33.9
%もある。
酸化物添加による浄化率の上昇度とを合わせると34.
4%になるが、実施例1ではBa同時含浸とMn酸化物
添加との組み合わせによって、NOx浄化率が各々単独
での上昇度を合わせたものに匹敵する程度に上昇してい
る、ということになる。
なってくると浄化率の上昇が飽和し、その浄化率が高く
なるほどその浄化率をさらに高めることが難しくなるの
が通常である。この点を考慮すれば、上述の如く、Ba
同時含浸とMn酸化物添加との組み合わせによって、両
者を合わせたような高い浄化率が得られるということ
は、そこに相乗的な作用があるということができる。
敵する高いNOx浄化率が得られており、Co酸化物の
添加とBa同時含浸との組み合わせでもMn酸化物の場
合と同様のことがいえる。
種類が触媒のNOx浄化率に及ぼす影響を比較したもの
である。これらの触媒の構成は金属酸化物の種類が異な
るのみで、他はすべて同じである。同表によれば、Ti
O2 の場合も比較的高いNOx浄化率が得られており、
また、Fe2 O3 でも比較例2よりはNOx浄化率が高
くなっている。
金属と同時含浸によって母材に担持させると調製法と、
特定の金属酸化物を触媒成分として採用することとを組
み合わせると、触媒が高温に晒された後におけるNOx
浄化率の向上に有利である、ということができ、このこ
とは上記実施例のような2層コート触媒に限らず、単層
コート触媒や、ペレットタイプの触媒でも同様にいえる
ことである。
すグラフ図。
Claims (7)
- 【請求項1】 排気ガス中のNOxの吸蔵作用を有する
NOx吸蔵材と、該NOxの分解触媒作用を有する貴金
属とを備えた排気ガス浄化用触媒の製造方法であって、 Mn、Co、Ti及びFeのうちから選択される少なく
とも1種の金属の酸化物に、上記NOx吸蔵材の溶液と
上記貴金属の溶液との混合液を添加することによって該
貴金属とNOx吸蔵材とを担持させることを特徴とする
排気ガス浄化用触媒の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記NOx吸蔵材が、アルカリ金属、アルカリ土類金属
及び希土類金属のうちから選択される少なくとも1種の
金属であることを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造
方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記酸化物とアルミナとCeO2 との混合物に対して上
記混合液を添加することを特徴とする排気ガス浄化用触
媒の製造方法。 - 【請求項4】 担体上にMn、Co、Ti及びFeのう
ちから選択される少なくとも1種の金属の酸化物とアル
ミナとCeO2 との混合物からなる内側層を形成し、 上記内側層の上にゼオライトからなる外側層を形成した
後、 アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類金属のうち
から選択される少なくとも1種の金属よりなり排気ガス
中のNOxの吸蔵作用を有するNOx吸蔵材の溶液と、
該NOxの分解触媒作用を有する貴金属の溶液との混合
液を上記内側層と外側層とに含浸させることによって、
該NOx吸蔵材及び貴金属をこの内外両層に担持させる
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。 - 【請求項5】 担体上に形成された触媒層が、Mn、C
o、Ti及びFeのうちから選択される少なくとも1種
の金属の酸化物を含有し、 上記酸化物に、排気ガス中のNOxの吸蔵作用を有する
NOx吸蔵材の粒子と、該NOxの分解触媒作用を有す
る貴金属の粒子とが互いに近接して高分散担持されてい
ることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項6】 請求項5に記載されている排気ガス浄化
用触媒において、 上記触媒層が、Mn、Co、Ti及びFeのうちから選
択される少なくとも1種の金属の酸化物とアルミナとC
eO2 との混合物によって構成されていて、該混合物に
対して上記NOx吸蔵材粒子と貴金属粒子とが互いに近
接して高分散担持されていることを特徴とする排気ガス
浄化用触媒。 - 【請求項7】 担体上に形成された触媒層が、排気ガス
中のNOを酸化させる作用を有する酸化物を含有し、 上記酸化物に、排気ガス中のNOxの吸蔵作用を有する
NOx吸蔵材の粒子と、該NOxの分解触媒作用を有す
る貴金属の粒子とが互いに近接して高分散担持されてい
ることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
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- 1998-01-27 JP JP01405398A patent/JP3855426B2/ja not_active Expired - Fee Related
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