JP2000061311A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents
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- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】貴金属の粒成長を確実に抑制でき耐久性に優れ
た触媒とする。 【解決手段】Si/Alモル比が40以上で結晶粒径が1μm
以下のゼオライトを担体とし、その担体に貴金属を担持
した。このゼオライト結晶粒子1間に形成される細孔2
はメソ細孔と同レベルの大きさであるために、その細孔
2がメソ細孔と同様に機能し、細孔2内に存在する貴金
属3の移動が困難となる。
た触媒とする。 【解決手段】Si/Alモル比が40以上で結晶粒径が1μm
以下のゼオライトを担体とし、その担体に貴金属を担持
した。このゼオライト結晶粒子1間に形成される細孔2
はメソ細孔と同レベルの大きさであるために、その細孔
2がメソ細孔と同様に機能し、細孔2内に存在する貴金
属3の移動が困難となる。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車の排ガスなど
を浄化する排ガス浄化用触媒に関する。本発明の排ガス
浄化用触媒は、例えば排ガス中の炭化水素(HC)、一酸
化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx )を同時に酸化還元
して浄化する三元触媒、あるいはディーゼルエンジン用
のNOx 選択還元型触媒などに有用である。 【0002】 【従来の技術】ディーゼルエンジンからの排ガス中には
酸素ガスが多量に含まれている。そのためHCなどの酸化
は比較的容易に生じるが、反面NOも酸化されてNOx が多
量に放出されるという問題がある。そこで近年では、排
ガス中に軽油などの炭化水素を少量供給することによ
り、NOx を還元して浄化する方法が提案されている。 【0003】このようにNOx を選択的に還元して浄化す
るNOx 選択還元型の排ガス浄化用触媒として、ゼオライ
トに貴金属を担持してなる排ガス浄化用触媒が知られて
いる。ゼオライトは酸点が多く酸性質であるためHCの吸
着能に優れ、排ガス中のHCを吸着する。したがって、酸
素過剰雰囲気の排ガス中であっても触媒近傍はHCが多い
ストイキ〜リッチ雰囲気となり、担持された貴金属の触
媒作用により、ゼオライトに吸着されそれから放出され
たHCとNOx とが反応してNOx が還元浄化される。 【0004】さらにゼオライトにはクラッキング作用が
あり、モルデナイト、ZSM-5、超安定Y型ゼオライト
(US-Y)などのゼオライトは特に高いクラッキング作用
を示す。したがってこれらのゼオライトを触媒担体とし
て用いることにより、ディーゼル排ガス中のSOF(So
luble Organic Fraction)がクラッキングされてより反
応しやすい低分子のHCとなり、これによりNOx を一層効
率よく還元浄化することができる。 【0005】ゼオライトは、化学的にはテクトアルミノ
ケイ酸塩であり、結晶性シリカ多孔体の一種であって、
種々のSiO2/Al2O3 モル比をもつゼオライトが知られて
いる。そしてこのSiO2/Al2O3 モル比の値によって、ゼ
オライトの触媒特性が大きく変化することがわかってき
た。すなわち、SiO2/Al2O3 モル比の小さなゼオライト
はイオン交換サイトが多く、高いクラッキング能と高い
HC吸着能を示すため、これに貴金属を担持した触媒はHC
浄化能及びNOx 浄化能に優れている。したがって従来の
排ガス浄化用触媒では、SiO2/Al2O3 モル比が20〜100
と小さなゼオライトが一般に用いられていた。 【0006】ところがSiO2/Al2O3 モル比が小さくイオ
ン交換サイトの多いゼオライトでは、水熱耐久試験を行
うと脱Al(ゼオライト構造中の四配位が六配位となる)
により容易に酸点が消失し、クラッキング能が低下する
という不具合がある。さらに、このようなゼオライトに
貴金属をイオン交換担持した触媒では、水熱耐久試験時
の脱Alにより結晶構造が破壊されるとともに比表面積が
低下し、貴金属が粒成長して活性が著しく低下するため
耐久性が低いという不具合があった。 【0007】そこで、例えば特開平4-176337号公報に
は、Si/Alモル比が40以上1000未満(SiO2/Al2O3 モル
比に換算すると80以上2000未満)の高シリカゼオライト
に貴金属を担持した排ガス浄化用触媒が開示されてい
る。 Si/Alモル比の大きなゼオライトを担体とするこ
とにより、脱Alによる貴金属の粒成長が抑制される。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】ところが Si/Alモル
比の大きなゼオライトでは、イオン交換サイトが少な
い。したがって少ないイオン交換サイトに貴金属の担持
が集中するために、貴金属を高分散担持することが困難
となる。さらに脱Alによる貴金属の粒成長は抑制される
ものの、ゼオライト上では貴金属が動きやすいために、
耐久試験時には貴金属に少なからず粒成長が生じ触媒活
性が低下してしまう。 【0009】ところでゼオライトなどの結晶性シリカ多
孔体の結晶は、直方体状、六角柱状など形の整った結晶
であるのが通常であるが、稀に歪んだ形状のものが混在
する。この歪んだ粒子は、単結晶ではなく複数の単結晶
が結合した状態(双晶)であると考えられるが、このよ
うな歪んだ粒子ができる原因などはまだ解明されていな
い。この歪んだ粒子は単結晶ではなく複数の単結晶が結
合した状態であり、結合した単結晶どうしの粒界に通常
のミクロ細孔より大きな径のメソ細孔が存在している。 【0010】そして近年の研究によれば、ゼオライトの
メソ細孔に担持された貴金属は粒成長が抑制されるた
め、メソ細孔に積極的に貴金属を担持した触媒とするこ
とにより、耐久試験後にも高いNOx 浄化性能が得られる
ことがわかっている。したがってSi/Alモル比の大きな
ゼオライトを用い、かつそのメソ細孔に貴金属を担持す
ることが好ましい。 【0011】ところがゼオライトをハニカム担体基材な
どにコートする場合には、ボールミルなどでミリングし
たゼオライト粉末をスラリー化して用いるのが通常であ
る。しかしゼオライト粉末は、ボールミルによるミリン
グ時に単結晶となるためメソ細孔が破壊され、形成され
たコート層にはゼオライト本来の微細なミクロ細孔のみ
が残る。したがってそれに貴金属を担持しても、耐久試
験時に粒成長が生じてNOx 浄化性能が低下するという問
題があった。ミリングを省略すればこのような不具合は
ないが、コート層の強度が不足し使用中にコート層が脱
落する恐れがある。 【0012】またメソ細孔は結晶の欠陥であるために、
耐久試験時に結晶の欠陥部分に変形などの変化が生じて
メソ細孔が消滅する場合もあり、耐久性に限界がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
貴金属の粒成長を確実に抑制でき耐久性に優れた触媒と
することを目的とする。 【0013】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項1に記載の排ガス浄化用触媒の特徴は、Si/Alモル比
が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライトを担体と
し、担体に貴金属が担持されていることにある。 【0014】 【発明の実施の形態】本発明に用いられる担体は、Si/
Alモル比が40以上(SiO2/Al2O3 モル比に換算すると80
以上)で結晶粒径が1μm以下のゼオライトから構成さ
れている。Si/Alモル比を40以上とすることで、約1000
℃まで比表面積の低下がほとんど生じない。つまり水熱
耐久時の脱Alが抑制され担体自体の耐久性に優れている
ので、脱Alにより担体の結晶構造が破壊されるとともに
貴金属が粒成長するような不具合を防止することができ
る。担体のSi/Alモル比が40未満では、脱Alを抑制する
ことが困難となり担体自体の耐久性に劣るとともに貴金
属に粒成長が生じるようになる。 【0015】担体のSi/Alモル比の上限は特に制限され
ないが、Si/Alモル比が50以上(SiO2/Al2O3 モル比に
換算すると 100以上)のゼオライトは自然界にほとんど
存在せず、合成も困難である。なおSi/Alモル比は、50
以上(SiO2/Al2O3 モル比に換算すると 100以上)とす
るのがより望ましい。そして結晶粒径が1μm以下のゼ
オライトを担体とすることで、ゼオライトの結晶粒子間
に細孔径がnm単位の細孔が形成され、全体として高い比
表面積を有している。したがって貴金属はその細孔内に
担持される確率が高くなる。また、その細孔はメソ細孔
と同レベルの大きさであるために、その細孔がメソ細孔
と同様に機能し、細孔内に存在する貴金属の移動が困難
となる。 【0016】さらに、ゼオライトの結晶自体は高温でも
安定である。したがって結晶欠陥であるメソ細孔のよう
にミリング時に消滅したり高温時に構造が変化するよう
な不具合がなく、結晶粒子間に形成される細孔も安定し
ている。このような理由により、結晶粒子間の細孔内に
存在する貴金属の粒成長が抑制されると考えられる。 【0017】また排ガス中のHCやNOx は結晶粒子間の細
孔内に吸着されやすいので、その細孔内において酸化・
還元反応が活発に生じ、粒成長が抑制された貴金属によ
り耐久試験後も初期とほとんど同等の反応が生じる。し
たがって本発明の排ガス浄化用触媒は優れた耐久性を示
す。このゼオライトの結晶粒径が1μmを超えると、結
晶粒子間に形成される細孔径が大きくなり、その細孔内
に存在する貴金属の移動が容易となるために、高温時に
おける貴金属の粒成長が生じて耐久性が低下する。また
排ガス中のHCやNOxの吸着性も低下してしまう。なおゼ
オライトの結晶粒径は 0.5μm以下とするのがより好ま
しい。 【0018】ゼオライトとしては、Si/Alモル比が40以
上で結晶粒径が1μm以下であれば特に制限なく用いる
ことができ、ホウフッ石群、ホウソーダ群、A型ゼオラ
イト群、ホージャサイト群、ソーダフッ石群、モルデナ
イト群、キフッ石群のほか、構造がまだ不明の合成ゼオ
ライトなどから選ばれるものを用いることができる。M
FI構造のゼオライトは、結晶粒径が1μm以下となり
やすいので特に好ましい。 【0019】貴金属としては、白金(Pt)、パラジウム
(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)の少なくと
も一種を用いることができる。貴金属の担持量は、ゼオ
ライト担体1リットルに対して0.01〜30gの範囲が望ま
しい。0.01g未満ではNOx をほとんど浄化できず、30g
より多く担持しても活性が飽和するため、それ以上の担
持はコストの増大を招くだけである。 【0020】本発明の排ガス浄化用触媒は、Si/Alモル
比が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライト粉末を
ペレット状に成形し、それに貴金属を担持することでペ
レット触媒として用いることができる。あるいは、コー
ディエライト、金属箔などから形成されたハニカム基材
にゼオライト粉末をウエットコートしてコート層を形成
し、そのコート層に貴金属を担持してハニカム触媒とす
ることもできる。またゼオライト粉末に貴金属を担持し
て触媒粉末とし、その触媒粉末をペレット状に成形した
り、触媒粉末をウエットコートしたりして触媒を形成す
ることもできる。 【0021】コート層を形成する場合、ゼオライト粉末
はミリングされるが、本発明の排ガス浄化用触媒に用い
られるゼオライトは単結晶である。したがってミリング
しても結晶粒子間に形成される細孔は依然として存在す
るので、上記と同様の作用により耐久性に優れている。
ゼオライト担体に貴金属を担持するには、貴金属化合物
が溶解した溶液を接触させて担持する吸着担持法によっ
て行うことができる。貴金属化合物としては硝酸塩、塩
酸塩、アンミン塩などが用いられる。硝酸塩や塩酸塩よ
りアンミン塩を用いて担持する方が得られる触媒の耐久
性が向上するので、アンミン塩を用いて担持するのが望
ましい。このようになる理由は不明であるが、貴金属ア
ンミン塩とSi/Alモル比が40以上のゼオライトとの組合
せにより、貴金属アンミン塩はゼオライトの水酸基の位
置にイオン交換されると考えられ、硝酸塩に比べてイオ
ン交換性が向上するためであろうと推察される。なお本
発明の排ガス浄化用触媒では、担体としてSi/Alモル比
が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライトのみに限
るものではなく、他のゼオライトを含んでもよいし、ア
ルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニアなど他の多孔質
酸化物担体を含むこともできる。またセリアなどの酸素
吸蔵放出材を含んでもよいし、貴金属とともにNOx 吸蔵
材や卑金属を担持することもできる。 【0022】 【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。 (実施例1)Si/Alモル比が1000(SiO2/Al2O3 モル比
が2000)で、結晶粒径が0.08μmのZSM-5粉末を用意
し、所定濃度のテトラアンミン白金水酸塩水溶液の所定
量を含浸させた。それを 120℃で乾燥し、 500℃で2時
間焼成して触媒粉末を調製した。この触媒粉末では、ZS
M-5粉末 120重量部に対してPtが2g担持されている。 【0023】この触媒粉末を100MPaの圧力で2分間CI
P成形してペレット形状とし、目開き 0.5〜 1.7mmのふ
るいを用いて大きさを揃えた。このペレット触媒 1.4g
を秤量し、それを評価装置に配置して、表1に示す組成
のストイキモデルガスをガス流量1.67×10-4m3/s(10L
/min )、空間速度SV=210000h-1の条件で流通させ、H
C、CO及びNOx の50%浄化温度(初期)を測定した。結
果を図2に示す。 【0024】 【表1】 次に上記ペレット触媒2gを秤量し、環状炉内に配置し
て表2に示す耐熱ガスをガス流量1.67×10-4m3/s(10L
/min )、温度 800℃で5時間流通させる熱処理を行っ
た。その後上記と同様にしてHC、CO及びNOx の50%浄化
温度(耐久後)を測定した。結果を図2に示す。また熱
処理後のペレット触媒についてX線回折分析を行い、ZS
M-5の結晶粒径とPtの粒径を測定した。結果を図3に示
す。 【0025】 【表2】 (実施例2)実施例1で用いたZSM-5粉末に代えて、Si
/Alモル比が1000(SiO2/Al2O3 モル比が2000)で、結
晶粒径 0.5μmのZSM-5粉末を用いたこと以外は実施例
1と同様にしてペレット触媒を調製した。そして実施例
1と同様にして初期及び耐久後のHC、CO及びNOx の50%
浄化温度を測定し、かつZSM-5の結晶粒径とPtの粒径を
測定して、結果を図2及び図3に示す。 【0026】(実施例3)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、Si/Alモル比が 40000(SiO2/Al2O3モル比
が 80000)で、結晶粒径 0.5μmのシリカライト粉末を
用いたこと以外は実施例1と同様にしてペレット触媒を
調製した。そして実施例1と同様にして初期及び耐久後
のHC、CO及びNOx の50%浄化温度を測定し、かつシリカ
ライトの結晶粒径とPtの粒径を測定して、結果を図2及
び図3に示す。 【0027】(比較例1)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、比表面積が 200m2/gのγ−Al2O3 粉末を用
いたこと以外は実施例1と同様にしてペレット触媒を調
製した。そして実施例1と同様にして初期及び耐久後の
HC、CO及びNOx の50%浄化温度を測定し、かつシリカラ
イトの結晶粒径とPtの粒径を測定して、結果を図2及び
図3に示す。 【0028】(比較例2)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、Si/Alモル比が1000(SiO2/Al2O3 モル比が
2000)で、結晶粒径5μmのZSM-5粉末を用いたこと以
外は実施例1と同様にしてペレット触媒を調製した。そ
して実施例1と同様にして初期及び耐久後のHC、CO及び
NOx の50%浄化温度を測定し、かつZSM-5の結晶粒径と
Ptの粒径を測定して、結果を図2及び図3に示す。 【0029】(比較例3)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、Si/Alモル比が30(SiO2/Al2O3 モル比が 6
0)で、結晶粒径0.08μmのZSM-5粉末を用いたこと以
外は実施例1と同様にしてペレット触媒を調製した。そ
して実施例1と同様にして初期及び耐久後のHC、CO及び
NOx の50%浄化温度を測定し、かつシリカライトの結晶
粒径とPtの粒径を測定して、結果を図2及び図3に示
す。 【0030】(評価)図2より、各実施例のペレット触
媒は耐久後の浄化性能にきわめて優れていることがわか
り、これはSi/Alモル比が40以上で結晶粒径が1μm以
下のゼオライトを担体としたことによる効果であること
が明らかである。図3より、比較例1のペレット触媒で
は担体の結晶粒径の成長が著しく、Ptの粒径も大きい。
したがってγ−Al2O3 を担体とすると、熱処理時に担体
の粒成長が生じ、それに伴ってPtにも粒成長が生じてい
ることがわかる。また比較例2及び比較例3のペレット
触媒では、担体の結晶粒径の成長は見られないがPtの粒
径は大きくなっている。したがって粒径が5μmのZSM-
5を担体とするとPtに粒成長が生じ、Si/Alモル比が30
と小さいZSM-5を担体としてもPtに粒成長が生じている
ことがわかる。しかし各実施例のペレット触媒では熱処
理後もゼオライトの結晶粒径の成長がなく、熱処理後も
Pt粒径は20nm以下と好ましい範囲にあり、これはSi/Al
モル比が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライトを
担体としたことによる効果であることが明らかである。 【0031】このように実施例の触媒が好ましい結果を
示す理由は、以下のように考えられる。すなわち図1に
示すように、実施例の触媒ではZSM-5結晶粒子1が細密
充填状態となり、結晶粒子1どうしの間にnm単位の細孔
2が形成され、全体として高い比表面積を有している。
したがってPt3が細孔2内に存在する確率が高く、細孔
2内に存在するPt3は移動が困難となるので、高温時に
おけるPt3の粒成長が抑制される。またSi/Alモル比が
40以上のZSM-5結晶粒子1は、1000℃程度の高温におい
ても変化がなく、耐熱性に優れている。したがって担体
の粒成長によるPt3の粒成長もない。 【0032】 【発明の効果】すなわち本発明の排ガス浄化用触媒によ
れば、高温時における貴金属の粒成長が抑制されるた
め、耐久性にきわめて優れている。
を浄化する排ガス浄化用触媒に関する。本発明の排ガス
浄化用触媒は、例えば排ガス中の炭化水素(HC)、一酸
化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx )を同時に酸化還元
して浄化する三元触媒、あるいはディーゼルエンジン用
のNOx 選択還元型触媒などに有用である。 【0002】 【従来の技術】ディーゼルエンジンからの排ガス中には
酸素ガスが多量に含まれている。そのためHCなどの酸化
は比較的容易に生じるが、反面NOも酸化されてNOx が多
量に放出されるという問題がある。そこで近年では、排
ガス中に軽油などの炭化水素を少量供給することによ
り、NOx を還元して浄化する方法が提案されている。 【0003】このようにNOx を選択的に還元して浄化す
るNOx 選択還元型の排ガス浄化用触媒として、ゼオライ
トに貴金属を担持してなる排ガス浄化用触媒が知られて
いる。ゼオライトは酸点が多く酸性質であるためHCの吸
着能に優れ、排ガス中のHCを吸着する。したがって、酸
素過剰雰囲気の排ガス中であっても触媒近傍はHCが多い
ストイキ〜リッチ雰囲気となり、担持された貴金属の触
媒作用により、ゼオライトに吸着されそれから放出され
たHCとNOx とが反応してNOx が還元浄化される。 【0004】さらにゼオライトにはクラッキング作用が
あり、モルデナイト、ZSM-5、超安定Y型ゼオライト
(US-Y)などのゼオライトは特に高いクラッキング作用
を示す。したがってこれらのゼオライトを触媒担体とし
て用いることにより、ディーゼル排ガス中のSOF(So
luble Organic Fraction)がクラッキングされてより反
応しやすい低分子のHCとなり、これによりNOx を一層効
率よく還元浄化することができる。 【0005】ゼオライトは、化学的にはテクトアルミノ
ケイ酸塩であり、結晶性シリカ多孔体の一種であって、
種々のSiO2/Al2O3 モル比をもつゼオライトが知られて
いる。そしてこのSiO2/Al2O3 モル比の値によって、ゼ
オライトの触媒特性が大きく変化することがわかってき
た。すなわち、SiO2/Al2O3 モル比の小さなゼオライト
はイオン交換サイトが多く、高いクラッキング能と高い
HC吸着能を示すため、これに貴金属を担持した触媒はHC
浄化能及びNOx 浄化能に優れている。したがって従来の
排ガス浄化用触媒では、SiO2/Al2O3 モル比が20〜100
と小さなゼオライトが一般に用いられていた。 【0006】ところがSiO2/Al2O3 モル比が小さくイオ
ン交換サイトの多いゼオライトでは、水熱耐久試験を行
うと脱Al(ゼオライト構造中の四配位が六配位となる)
により容易に酸点が消失し、クラッキング能が低下する
という不具合がある。さらに、このようなゼオライトに
貴金属をイオン交換担持した触媒では、水熱耐久試験時
の脱Alにより結晶構造が破壊されるとともに比表面積が
低下し、貴金属が粒成長して活性が著しく低下するため
耐久性が低いという不具合があった。 【0007】そこで、例えば特開平4-176337号公報に
は、Si/Alモル比が40以上1000未満(SiO2/Al2O3 モル
比に換算すると80以上2000未満)の高シリカゼオライト
に貴金属を担持した排ガス浄化用触媒が開示されてい
る。 Si/Alモル比の大きなゼオライトを担体とするこ
とにより、脱Alによる貴金属の粒成長が抑制される。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】ところが Si/Alモル
比の大きなゼオライトでは、イオン交換サイトが少な
い。したがって少ないイオン交換サイトに貴金属の担持
が集中するために、貴金属を高分散担持することが困難
となる。さらに脱Alによる貴金属の粒成長は抑制される
ものの、ゼオライト上では貴金属が動きやすいために、
耐久試験時には貴金属に少なからず粒成長が生じ触媒活
性が低下してしまう。 【0009】ところでゼオライトなどの結晶性シリカ多
孔体の結晶は、直方体状、六角柱状など形の整った結晶
であるのが通常であるが、稀に歪んだ形状のものが混在
する。この歪んだ粒子は、単結晶ではなく複数の単結晶
が結合した状態(双晶)であると考えられるが、このよ
うな歪んだ粒子ができる原因などはまだ解明されていな
い。この歪んだ粒子は単結晶ではなく複数の単結晶が結
合した状態であり、結合した単結晶どうしの粒界に通常
のミクロ細孔より大きな径のメソ細孔が存在している。 【0010】そして近年の研究によれば、ゼオライトの
メソ細孔に担持された貴金属は粒成長が抑制されるた
め、メソ細孔に積極的に貴金属を担持した触媒とするこ
とにより、耐久試験後にも高いNOx 浄化性能が得られる
ことがわかっている。したがってSi/Alモル比の大きな
ゼオライトを用い、かつそのメソ細孔に貴金属を担持す
ることが好ましい。 【0011】ところがゼオライトをハニカム担体基材な
どにコートする場合には、ボールミルなどでミリングし
たゼオライト粉末をスラリー化して用いるのが通常であ
る。しかしゼオライト粉末は、ボールミルによるミリン
グ時に単結晶となるためメソ細孔が破壊され、形成され
たコート層にはゼオライト本来の微細なミクロ細孔のみ
が残る。したがってそれに貴金属を担持しても、耐久試
験時に粒成長が生じてNOx 浄化性能が低下するという問
題があった。ミリングを省略すればこのような不具合は
ないが、コート層の強度が不足し使用中にコート層が脱
落する恐れがある。 【0012】またメソ細孔は結晶の欠陥であるために、
耐久試験時に結晶の欠陥部分に変形などの変化が生じて
メソ細孔が消滅する場合もあり、耐久性に限界がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
貴金属の粒成長を確実に抑制でき耐久性に優れた触媒と
することを目的とする。 【0013】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項1に記載の排ガス浄化用触媒の特徴は、Si/Alモル比
が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライトを担体と
し、担体に貴金属が担持されていることにある。 【0014】 【発明の実施の形態】本発明に用いられる担体は、Si/
Alモル比が40以上(SiO2/Al2O3 モル比に換算すると80
以上)で結晶粒径が1μm以下のゼオライトから構成さ
れている。Si/Alモル比を40以上とすることで、約1000
℃まで比表面積の低下がほとんど生じない。つまり水熱
耐久時の脱Alが抑制され担体自体の耐久性に優れている
ので、脱Alにより担体の結晶構造が破壊されるとともに
貴金属が粒成長するような不具合を防止することができ
る。担体のSi/Alモル比が40未満では、脱Alを抑制する
ことが困難となり担体自体の耐久性に劣るとともに貴金
属に粒成長が生じるようになる。 【0015】担体のSi/Alモル比の上限は特に制限され
ないが、Si/Alモル比が50以上(SiO2/Al2O3 モル比に
換算すると 100以上)のゼオライトは自然界にほとんど
存在せず、合成も困難である。なおSi/Alモル比は、50
以上(SiO2/Al2O3 モル比に換算すると 100以上)とす
るのがより望ましい。そして結晶粒径が1μm以下のゼ
オライトを担体とすることで、ゼオライトの結晶粒子間
に細孔径がnm単位の細孔が形成され、全体として高い比
表面積を有している。したがって貴金属はその細孔内に
担持される確率が高くなる。また、その細孔はメソ細孔
と同レベルの大きさであるために、その細孔がメソ細孔
と同様に機能し、細孔内に存在する貴金属の移動が困難
となる。 【0016】さらに、ゼオライトの結晶自体は高温でも
安定である。したがって結晶欠陥であるメソ細孔のよう
にミリング時に消滅したり高温時に構造が変化するよう
な不具合がなく、結晶粒子間に形成される細孔も安定し
ている。このような理由により、結晶粒子間の細孔内に
存在する貴金属の粒成長が抑制されると考えられる。 【0017】また排ガス中のHCやNOx は結晶粒子間の細
孔内に吸着されやすいので、その細孔内において酸化・
還元反応が活発に生じ、粒成長が抑制された貴金属によ
り耐久試験後も初期とほとんど同等の反応が生じる。し
たがって本発明の排ガス浄化用触媒は優れた耐久性を示
す。このゼオライトの結晶粒径が1μmを超えると、結
晶粒子間に形成される細孔径が大きくなり、その細孔内
に存在する貴金属の移動が容易となるために、高温時に
おける貴金属の粒成長が生じて耐久性が低下する。また
排ガス中のHCやNOxの吸着性も低下してしまう。なおゼ
オライトの結晶粒径は 0.5μm以下とするのがより好ま
しい。 【0018】ゼオライトとしては、Si/Alモル比が40以
上で結晶粒径が1μm以下であれば特に制限なく用いる
ことができ、ホウフッ石群、ホウソーダ群、A型ゼオラ
イト群、ホージャサイト群、ソーダフッ石群、モルデナ
イト群、キフッ石群のほか、構造がまだ不明の合成ゼオ
ライトなどから選ばれるものを用いることができる。M
FI構造のゼオライトは、結晶粒径が1μm以下となり
やすいので特に好ましい。 【0019】貴金属としては、白金(Pt)、パラジウム
(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)の少なくと
も一種を用いることができる。貴金属の担持量は、ゼオ
ライト担体1リットルに対して0.01〜30gの範囲が望ま
しい。0.01g未満ではNOx をほとんど浄化できず、30g
より多く担持しても活性が飽和するため、それ以上の担
持はコストの増大を招くだけである。 【0020】本発明の排ガス浄化用触媒は、Si/Alモル
比が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライト粉末を
ペレット状に成形し、それに貴金属を担持することでペ
レット触媒として用いることができる。あるいは、コー
ディエライト、金属箔などから形成されたハニカム基材
にゼオライト粉末をウエットコートしてコート層を形成
し、そのコート層に貴金属を担持してハニカム触媒とす
ることもできる。またゼオライト粉末に貴金属を担持し
て触媒粉末とし、その触媒粉末をペレット状に成形した
り、触媒粉末をウエットコートしたりして触媒を形成す
ることもできる。 【0021】コート層を形成する場合、ゼオライト粉末
はミリングされるが、本発明の排ガス浄化用触媒に用い
られるゼオライトは単結晶である。したがってミリング
しても結晶粒子間に形成される細孔は依然として存在す
るので、上記と同様の作用により耐久性に優れている。
ゼオライト担体に貴金属を担持するには、貴金属化合物
が溶解した溶液を接触させて担持する吸着担持法によっ
て行うことができる。貴金属化合物としては硝酸塩、塩
酸塩、アンミン塩などが用いられる。硝酸塩や塩酸塩よ
りアンミン塩を用いて担持する方が得られる触媒の耐久
性が向上するので、アンミン塩を用いて担持するのが望
ましい。このようになる理由は不明であるが、貴金属ア
ンミン塩とSi/Alモル比が40以上のゼオライトとの組合
せにより、貴金属アンミン塩はゼオライトの水酸基の位
置にイオン交換されると考えられ、硝酸塩に比べてイオ
ン交換性が向上するためであろうと推察される。なお本
発明の排ガス浄化用触媒では、担体としてSi/Alモル比
が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライトのみに限
るものではなく、他のゼオライトを含んでもよいし、ア
ルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニアなど他の多孔質
酸化物担体を含むこともできる。またセリアなどの酸素
吸蔵放出材を含んでもよいし、貴金属とともにNOx 吸蔵
材や卑金属を担持することもできる。 【0022】 【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。 (実施例1)Si/Alモル比が1000(SiO2/Al2O3 モル比
が2000)で、結晶粒径が0.08μmのZSM-5粉末を用意
し、所定濃度のテトラアンミン白金水酸塩水溶液の所定
量を含浸させた。それを 120℃で乾燥し、 500℃で2時
間焼成して触媒粉末を調製した。この触媒粉末では、ZS
M-5粉末 120重量部に対してPtが2g担持されている。 【0023】この触媒粉末を100MPaの圧力で2分間CI
P成形してペレット形状とし、目開き 0.5〜 1.7mmのふ
るいを用いて大きさを揃えた。このペレット触媒 1.4g
を秤量し、それを評価装置に配置して、表1に示す組成
のストイキモデルガスをガス流量1.67×10-4m3/s(10L
/min )、空間速度SV=210000h-1の条件で流通させ、H
C、CO及びNOx の50%浄化温度(初期)を測定した。結
果を図2に示す。 【0024】 【表1】 次に上記ペレット触媒2gを秤量し、環状炉内に配置し
て表2に示す耐熱ガスをガス流量1.67×10-4m3/s(10L
/min )、温度 800℃で5時間流通させる熱処理を行っ
た。その後上記と同様にしてHC、CO及びNOx の50%浄化
温度(耐久後)を測定した。結果を図2に示す。また熱
処理後のペレット触媒についてX線回折分析を行い、ZS
M-5の結晶粒径とPtの粒径を測定した。結果を図3に示
す。 【0025】 【表2】 (実施例2)実施例1で用いたZSM-5粉末に代えて、Si
/Alモル比が1000(SiO2/Al2O3 モル比が2000)で、結
晶粒径 0.5μmのZSM-5粉末を用いたこと以外は実施例
1と同様にしてペレット触媒を調製した。そして実施例
1と同様にして初期及び耐久後のHC、CO及びNOx の50%
浄化温度を測定し、かつZSM-5の結晶粒径とPtの粒径を
測定して、結果を図2及び図3に示す。 【0026】(実施例3)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、Si/Alモル比が 40000(SiO2/Al2O3モル比
が 80000)で、結晶粒径 0.5μmのシリカライト粉末を
用いたこと以外は実施例1と同様にしてペレット触媒を
調製した。そして実施例1と同様にして初期及び耐久後
のHC、CO及びNOx の50%浄化温度を測定し、かつシリカ
ライトの結晶粒径とPtの粒径を測定して、結果を図2及
び図3に示す。 【0027】(比較例1)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、比表面積が 200m2/gのγ−Al2O3 粉末を用
いたこと以外は実施例1と同様にしてペレット触媒を調
製した。そして実施例1と同様にして初期及び耐久後の
HC、CO及びNOx の50%浄化温度を測定し、かつシリカラ
イトの結晶粒径とPtの粒径を測定して、結果を図2及び
図3に示す。 【0028】(比較例2)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、Si/Alモル比が1000(SiO2/Al2O3 モル比が
2000)で、結晶粒径5μmのZSM-5粉末を用いたこと以
外は実施例1と同様にしてペレット触媒を調製した。そ
して実施例1と同様にして初期及び耐久後のHC、CO及び
NOx の50%浄化温度を測定し、かつZSM-5の結晶粒径と
Ptの粒径を測定して、結果を図2及び図3に示す。 【0029】(比較例3)実施例1で用いたZSM-5粉末
に代えて、Si/Alモル比が30(SiO2/Al2O3 モル比が 6
0)で、結晶粒径0.08μmのZSM-5粉末を用いたこと以
外は実施例1と同様にしてペレット触媒を調製した。そ
して実施例1と同様にして初期及び耐久後のHC、CO及び
NOx の50%浄化温度を測定し、かつシリカライトの結晶
粒径とPtの粒径を測定して、結果を図2及び図3に示
す。 【0030】(評価)図2より、各実施例のペレット触
媒は耐久後の浄化性能にきわめて優れていることがわか
り、これはSi/Alモル比が40以上で結晶粒径が1μm以
下のゼオライトを担体としたことによる効果であること
が明らかである。図3より、比較例1のペレット触媒で
は担体の結晶粒径の成長が著しく、Ptの粒径も大きい。
したがってγ−Al2O3 を担体とすると、熱処理時に担体
の粒成長が生じ、それに伴ってPtにも粒成長が生じてい
ることがわかる。また比較例2及び比較例3のペレット
触媒では、担体の結晶粒径の成長は見られないがPtの粒
径は大きくなっている。したがって粒径が5μmのZSM-
5を担体とするとPtに粒成長が生じ、Si/Alモル比が30
と小さいZSM-5を担体としてもPtに粒成長が生じている
ことがわかる。しかし各実施例のペレット触媒では熱処
理後もゼオライトの結晶粒径の成長がなく、熱処理後も
Pt粒径は20nm以下と好ましい範囲にあり、これはSi/Al
モル比が40以上で結晶粒径が1μm以下のゼオライトを
担体としたことによる効果であることが明らかである。 【0031】このように実施例の触媒が好ましい結果を
示す理由は、以下のように考えられる。すなわち図1に
示すように、実施例の触媒ではZSM-5結晶粒子1が細密
充填状態となり、結晶粒子1どうしの間にnm単位の細孔
2が形成され、全体として高い比表面積を有している。
したがってPt3が細孔2内に存在する確率が高く、細孔
2内に存在するPt3は移動が困難となるので、高温時に
おけるPt3の粒成長が抑制される。またSi/Alモル比が
40以上のZSM-5結晶粒子1は、1000℃程度の高温におい
ても変化がなく、耐熱性に優れている。したがって担体
の粒成長によるPt3の粒成長もない。 【0032】 【発明の効果】すなわち本発明の排ガス浄化用触媒によ
れば、高温時における貴金属の粒成長が抑制されるた
め、耐久性にきわめて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の排ガス浄化用触媒の構成を
示す模式的説明図である。 【図2】実施例及び比較例の触媒の50%浄化温度を示す
棒グラフである。 【図3】実施例及び比較例の触媒の熱処理後の担体の粒
径とPtの粒径を示すグラフである。 【符号の説明】 1:ZSM-5結晶粒子 2:細孔 3:Pt
示す模式的説明図である。 【図2】実施例及び比較例の触媒の50%浄化温度を示す
棒グラフである。 【図3】実施例及び比較例の触媒の熱処理後の担体の粒
径とPtの粒径を示すグラフである。 【符号の説明】 1:ZSM-5結晶粒子 2:細孔 3:Pt
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
B01D 53/36 102H
104A
Fターム(参考) 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02
AB05 BA11X BA30X BA31Y
BA32Y BA33Y BB01 BB02
BB17 EA04
4G069 AA03 AA12 BA07A BA07B
BB02A BB02B BC69A BC75B
CA03 CA07 CA08 CA09 CA13
DA05 EA02Y EB18Y ED06
ZA01A ZA11B ZA35A ZA36B
ZC04 ZC06 ZD03 ZD06 ZE01
ZF05A ZF05B ZF08B
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 Si/Alモル比が40以上で結晶粒径が1μ
m以下のゼオライトを担体とし、該担体に貴金属が担持
されていることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10233142A JP2000061311A (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 排ガス浄化用触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10233142A JP2000061311A (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 排ガス浄化用触媒 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000061311A true JP2000061311A (ja) | 2000-02-29 |
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ID=16950391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10233142A Withdrawn JP2000061311A (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 排ガス浄化用触媒 |
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Country | Link |
---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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