JP2000135419A - 排ガス浄化システム - Google Patents
排ガス浄化システムInfo
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Abstract
るリーンバーン排ガスに対して優れた浄化性能を有し、
NOx還元浄化効率を大幅に向上させた排ガス浄化シス
テムを提供すること。 【解決手段】 酸素過剰排ガスを浄化するための触媒を
用いたシステムである。 次式 2NO+O2→2NO2… で表される反応が進行するNO2生成温度域で、NOx
を吸着でき、且つNOxを還元できるNOx吸着還元触
媒を用い、該NO2生成温度域において、該NOx吸着
還元触媒部の入口における炭化水素類及び/又は一酸化
炭素の濃度を変動させる。排ガス通路の上流側にHC吸
着放出材を配置し、その下流側にNOx吸着還元材を配
置することが望ましい。
Description
ムに係り、更に詳細には、内燃機関や燃焼器等から排出
される排ガスを浄化するシステムであって、特に酸素を
過剰に含むリーンバーン排ガス中の窒素酸化物を高効率
で浄化するシステムに関するものである。
酸化成分と還元成分がほぼ等しく含まれる排気ガスを浄
化するための触媒としては、三元触媒が広く用いられて
いる。この三元触媒は、白金(Pt)、パラジウム(P
d)及びロジウム(Rh)等の貴金属成分並びにセリア
(Ce)成分をはじめとする各種成分を担持した活性ア
ルミナを主成分とする触媒であり、排気ガス中の有害成
分である炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒
素酸化物(NOx)を高効率で浄化することができる。
出量の削減の観点から、理論空燃比より高い空燃比でも
運転するリーンバーンエンジンが普及してきている。こ
のリーンバーンエンジンの排気ガス(以下、「リーンバ
ーン排ガス」という)は、理論空燃比近傍で運転する従
来のエンジンの排気ガス(以下、「ストイキ排ガス」と
いう)に比較して、酸素含有率が高く、上記三元触媒で
はNOxの浄化が不十分となる。かかる状況から、リー
ンバーン排ガス中のNOxを高効率で浄化できる新触媒
が望まれており、各種のNOx還元触媒の開発が試みら
れている。
をY型、L型、モルデナイト、MFIゼオライト等のゼ
オライトに担持したゼオライト系触媒が提案されてお
り、このゼオライト系触媒は、リーンバーン排ガス中に
おいて、HCの共存下でNOxを比較的効率良く浄化で
きる能力を有していることが知られている。また、担持
する金属成分としては、銅(Cu)、コバルト(C
o)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)及び鉄(Fe)等
の遷移金属成分が有効であり、貴金属成分では白金も有
効であることが認められているが、中でも銅を担持した
Cu−ゼオライト系触媒は、高流速ガス条件下でも比較
的優れたNOx浄化能を示し、自動車のような小型移動
発生源や定置型の自家発電用エンジン等の排気ガス浄化
への適用に期待が掛けられている。
ト系触媒には、次の問題点があるため、リーン条件で運
転される自動車排気ガス浄化用触媒としては実用化に至
っていない。まず、NOxを比較的効率良く浄化できる
温度範囲が狭く、特に150〜300℃の比較的低い温
度領域では、十分なNOx浄化能力が得られない。ま
た、排気ガス中に炭化水素が比較的少ない場合、特にH
C/NOx比が5〜6以下となる条件では、NOx浄化
能力が急激に低下する。更には、水蒸気を含む600℃
以上の高温条件下(水熱条件下)では、極めて劣化が大
きいという根本的な問題点がある。
Ox浄化能力の向上については、例えば、Cu−ゼオラ
イト系触媒層の下層に貴金属触媒層を設け、この貴金属
触媒層での反応熱を利用することによって、上層のCu
−ゼオライト系触媒をより低温から作動させることが既
に提案されている(特開平1−127044号公報及び
特開平5−68888号公報)。しかし、この場合は、
下層の貴金属触媒層における酸化反応熱のために劣化が
大きくなったり、更には、貴金属触媒層の強い酸化活性
のためにHC類が優先的に酸化消費されてしまうので、
NOx還元浄化率の低下を招くことが懸念される。な
お、この影響は、Cu−ゼオライト系触媒層と貴金属成
分を共存させる場合(特開平1−31074号公報、特
開平5−168939号公報)には特に大きくなること
が予想される。
50℃の比較的低温域でもNOxを転化できるが、N2
への転化のみではなく、N2Oへも転化するため、N2
Oの生成も無視できず、周囲環境への悪影響から、その
ままでは使用できない状況にある。このように、Cu−
ゼオライト系触媒、Pt系触媒のいずれの触媒でも、低
HC/NOx比の排ガス条件では、NOx浄化能が不十
分となっていた。
媒以外の触媒系として、リン酸塩を用いた触媒も提案さ
れている。例えば、リン酸コバルトとリン酸ガリウムが
NOx還元活性を示すことが知られている(第80回触
媒討論会、大分大工、木村秀治他)が、これは空間速度
(SV)が小さく、排ガスの処理量が極めて少ない条件
下でのNOx還元活性であり、実際のエンジン排ガスへ
適用できるか否かは不明である。また、特定のリン酸塩
に貴金属成分を担持することにより、浄化性能が改善で
きることも知られている(木村、西口、石原、滝田、平
成9年度触媒研究発表会講演予稿集3A01)。しか
し、水が共存したり、酸素濃度が高い場合には活性が低
く、この手法でも実エンジン排ガスで十分な性能が得ら
れるか否かは不明である。
リン酸塩を担体として、白金、パラジウム、ロジウム及
び金等の活性金属を担持した触媒が記載されているが、
該提案では、ディーゼルへの適用の記載があるものの、
具体的なデータを記載すべき実施例には、ストイキ排ガ
スでの性能が示されているに過ぎず、酸素濃度の高いリ
ーン排ガスでの性能は全く不明である。
シリカ、チタニア、ゼオライト及びアルミナから成る群
より選ばれた少なくとも1種の無機酸化物をHC改質材
として配置させ、後段に銅(Cu)、コバルト(C
o)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)及びパラジウム
(Pd)から成る群より選ばれた少なくとも1種のNO
x還元触媒を含むリーンNOx還元触媒を配置すること
が提案されている。本提案は前段触媒によりHC成分を
改質させ、後段触媒がNOx還元に利用しやすい形態の
HCを供給するという提案であるが、例えば150〜3
00℃程度の低排気温度条件で必ずしも前段HC改質材
が働くかは疑問であり、その場合には白金、パラジウム
のような比較的低温域でNOx還元活性を発揮する触媒
には効果が期待できず、かつ、該温度域では、銅、コバ
ルト、ニッケルのような比較的高温域で働くNOx還元
触媒では還元能が作用しないことが懸念される。
は、HC吸着作用とNOx還元作用とをあわせ持つ触媒
が提案されているが、本提案では、排ガス上流側にNO
x還元触媒を、下流側にHCを吸着して除去する吸着剤
を備える構成である。本提案では、上流側にHC吸着剤
を、下流側にNOx還元触媒を配置するとNOx還元触
媒が活性温度域にある場合にHCが吸着され、NOx還
元触媒にHCが供給されなくなるとして、上記構成を提
案している。即ち、HC吸着効果を生かすには、HCの
放出、供給のタイミングが重要であり、単純に組み合わ
せるだけでは逆効果となる場合もある。上記特開平4−
83516号公報の場合も、前段HC改質材がチタニ
ア、シリカ及びアルミナといった比較的HC吸着能が低
い材料の場合には、このようなHC吸着作用による逆効
果は考慮する必要はないと思われるが、ゼオライトはH
C吸着能が高いため、後段触媒のNOx還元能を阻害す
る可能性がある。
吸着層の上に触媒担持層を形成して、触媒担持層の触媒
作用を促進させることが提案されている。本提案は、低
HC/NO比排ガスに対する1つの改善策だが、リーン
NOx還元触媒の低排温対策にはならない。
のHC及びCOのライトオフ特性を有するCu−結晶性
シリケートと3元触媒を組み合わせた排気浄化方法が提
案されている。本提案ではHCのライトオフ性能が重要
な因子とされているものの、HC吸着放出効果には言及
されておらず、実施例として排気中にHCを添加する例
が述べられていることから、本触媒による低HC/NO
x比対応は難しいことが懸念される。
HC吸着材(ゼオライト)、後段にNOx還元触媒(C
u−ゼオライト系)を配置する排気ガス浄化装置が提案
されている。本提案では、さらにHCを排気中に供給で
きるようになっているが、結局HC/NOx比の改善に
よるNOx還元触媒の性能向上を狙いとしている。しか
し、本法では、低排温時のNOx浄化に対しては有効と
は言えない。
7−144134号公報には、リンと銅の化合物をゼオ
ライトに担持して、耐久性能の高いNOx還元触媒を得
ることが記載されているが、低温且つHC/NOx比の
低い実エンジン排ガス条件でのNOx転化率は必ずしも
高いとは言い難く、よりいっそうの改善が必要である。
t系触媒、その他いずれの触媒でも、低HC/NOx比
の排ガス条件では、NOx浄化能が不十分となる。そこ
で、還元剤となるHC類、アルコール類等を触媒層の入
口に2次的に供給する浄化方法も提案されている。この
場合、還元剤のタンクを車載する方法、あるいは燃料を
還元剤に直接利用する方法等が提案されているが、前者
の場合にはタンク搭載場所の確保や重量増という問題が
あり、後者の場合にはエンジンの燃費が犠牲になるとい
う問題が生ずる。
は、リーンバーン排ガス中の窒素酸化物を高効率で浄化
するための浄化装置として、流入する排気ガスの空燃比
がリーンであるときにNOxを吸収し、流入する排気ガ
スの酸素濃度を低下させるとNOxを放出する、NOx
吸収剤を使った装置が記載されている。しかしながら、
この装置では、吸収したNOxを放出し、還元浄化する
ために、エンジンを理論空燃比又はリッチで運転した
り、炭化水素を還元剤として排気通路に供給することが
必要であり、上記同様、エンジンの燃費が犠牲になった
り、還元剤を貯えるタンク搭載場所の確保や重量の増加
から、結局、エンジンの燃費が犠牲になるという問題が
生ずる。
のCu−ゼオライト系触媒、Pt系触媒その他いずれの
触媒においても、低HC/NOx比の排ガス条件では、
NOx浄化能が不十分となるという課題があった。一
方、従来の排ガス浄化用触媒装置では、低排ガス温度及
び低HC/NOx比条件のリーンバーン排ガスにおいて
NOxの還元浄化が進み難く、また、NOx還元浄化率
を高めるために、還元剤を供給したり、エンジンを理論
空燃比又はリッチ条件で運転する必要があり、この結
果、燃費悪化が避けられないという課題があった。
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、特に、低排ガス温度及び低HC/NOx比条件に係
るリーンバーン排ガスに対して優れた浄化性能を有し、
NOx還元浄化効率を大幅に向上させた排ガス浄化シス
テムを提供することにある。
を解決すべく鋭意検討を行った結果、リーンバーン排ガ
スの浄化につき、NO2の生成とその触媒表面への吸着
及び還元ガス成分(HC及び/又はCO)の濃度変動が
重要な要因となることを知見し、このNO2の生成温度
域に着目して触媒機能を調整することなどにより、上記
課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至
った。
素過剰排ガスを浄化するための触媒を用いたシステムで
あって、次式 2NO+O2→2NO2… で表される反応が進行する温度域(以下、NO2生成温
度域と称する)において、NOxを吸着でき、かつNO
xを還元できるNOx吸着還元触媒を用い、該NO2生
成温度域において、該NOx吸着還元触媒部の入口にお
ける炭化水素類及び/又は一酸化炭素の濃度を変動させ
ることを特徴とする。
適形態は、上記排ガス通路の上流側にNO2生成温度域
にある特定温度T℃未満でHCを吸着し、T℃以上の温
度域でHCを放出するHC吸着放出材を配置し、その下
流側に上記NOx吸着還元材を配置して成ることを特徴
とする。
好適形態は、上記HC吸着放出材が、MFIゼオライ
ト、Y型ゼオライト、モルデナイト及びβゼオライトか
ら成る群より選ばれた少なくとも1種のゼオライトを含
有し、上記NOx吸着還元材が、白金及び/又はロジウ
ムのNOx還元成分を含有することを特徴とする。
他の好適形態は、上記HC吸着放出材に、銅、コバル
ト、銀、インジウム、イリジウム及びロジウムから成る
群より選ばれた少なくとも1種のNOx還元成分と、リ
ン酸塩とを添加して成り、このHC吸着放出材が、上記
NOx還元成分を含む層に上記リン酸塩を含む層を積層
して成る多層構造を採ることを特徴とする。
他の好適形態は、上記NOx吸着還元材が、カリウム、
ナトリウム、セシウム、リチウム、バリウム、カルシウ
ム、ランタン、イットリウム及びセリウムから成る群よ
り選ばれた少なくとも1種のNOx吸着成分を含有する
ことを特徴とする。
ムについて詳細に説明する。上述の如く、本発明の排ガ
ス浄化システムは、酸素過剰排ガスの通路に設置された
HC吸着放出材と、NOx還元吸着材とを備える。
が過剰に含まれている排ガスを意味し、HC、CO及び
NOx等を含み空燃比A/Fが理論空燃比14.7より
大きい排ガスが該当するが、本発明では、特にA/F=
18以上で、ガス温度が100〜450℃程度の低排気
温度を含むリーンバーン排ガスを浄化することが可能で
ある。
ては、リーンバーン排ガスを一時的とは言え意図的に理
論空燃比又はリッチに雰囲気調整したり、炭化水素を還
元剤として該リーンバーン排ガスに付加することは不要
であり、この点において、上記特許掲載2600492
号公報に記載の装置とは構成が全く異なる。換言すれ
ば、本発明の排ガス浄化システムは、具体的には、A/
Fが常時18以上のリーン域にある排ガスを有効に浄化
し得るシステムであり、かかる浄化のために、強制的な
ストイキ〜リッチへの雰囲気制御や還元剤の添加を必要
とせず、利便性に優れ、且つ低コスト化及び省スペース
化を図れるシステムである。但し、自動車排ガスに適用
した場合、急加速運転時などに排ガスがストイキ〜リッ
チになることも考えられ、このような排ガスにも本発明
のシステムを適用でき、浄化できるのは勿論であるが、
本発明はかかる運転等を必須条件としないのは言うまで
もない。
温度T℃未満でHCを吸着し、これより高温域でHCを
放出する機能を果たす。一方、NOx吸着還元材は、上
記特定温度T℃未満でNOxを吸着し、これより高温域
でNOxを還元する機能を果たすが、かかるNOx還元
能は、NO2生成温度域に依存するものではなく、NO
2生成温度域内やそれ未満の温度域でも保持される。
℃未満の温度域であるが、特定温度T℃は300℃以下
となるようにHC吸着材を選定することが好ましく、排
ガス中のHC種に応じて適宜選定、調製される。
還元材の排ガス通路の設置は、特に限定されるものでは
ないが、HC吸着放出材及びNOx吸着還元材を、後述
する一体構造型の担体、例えばハニカム状モノリス型担
体にコートし、HC吸着放出材を排ガスの上流側、NO
x吸着還元材をその下流側に配置し、両者を排気ガスの
流れに直列に配置して行うことが好ましい。なお、かか
るHC吸着放出材及びNOx吸着還元材の個数は、特に
限定されるものではなく、各1個以上の合計2個(1
対)以上とすればよく、HC吸着放出材1個に対しNO
x吸着還元材2個としてもよく、更には、2対以上とし
てもよい。
ムの好適形態は、排ガス通路の上流側に、流入するリー
ンバーン排ガスが300℃未満の温度域でHCを吸着
し、300℃以上の温度域でHCを放出するHC吸着放
出材を設置し、排ガス通路内の下流側に、流入するリー
ンバーン排ガスが300℃未満の温度域でNOxを吸着
し、300℃以上の温度域でNOxを還元浄化するNO
x吸着還元材を設置して成る。
00℃未満である温度域では、HC吸着材によるHC吸
着除去効果により、下流側へのHC流入量が減少する。
そして、このようなHCの少ない条件下では、下流に設
けたNOx吸着還元材のNOx吸着効果が大幅に強化さ
れ、低排気温度のエンジン運転条件時に排出されるNO
xを極めて高い効率で除去できる。次いで、排ガスが3
00℃以上の温度域になると、上流側のHC吸着放出材
から脱離したHCが、下流のNOx吸着還元材に流入し
て濃縮され、吸着されたNOxに接触してNOxを還元
浄化するが、この際、NOx吸着還元材の表面において
高いHC/NOx比が確保されるため、効率の良いNO
x還元浄化率を実現できるのである。更には、この高い
還元浄化率には、触媒表面上に吸着されたNOxの反応
性が高くなっていることも起因していると思われる。
300℃未満の比較的低温域の条件下では、専らNOx
吸着によって排ガスを浄化するため、Pt系触媒を用い
た場合であっても、地球温暖化ガスの1つであるN2O
の生成を抑えることができる。
吸着還元材の材質等について説明する。まず、HC吸着
放出材としては、MFIゼオライト、Y型ゼオライト、
モルデナイト又はβゼオライト及びこれらの任意の混合
物を含む材料を用いることができ、これらがHCを高い
効率で吸着する機能を果たす。
u)、コバルト(Co)、銀(Ag)、インジウム(I
n)、イリジウム(Ir)又はロジウム(Rh)及びこ
れらの任意の混合物を添加することができ、これらのN
Ox還元成分を添加することにより、HC吸着放出材に
NOx還元浄化能をも付加し、排ガスの浄化効率をより
一層高めることができる。
加することが可能であり、これにより、HC放出能の強
化及びNOx還元浄化の促進を可能にする。かかるリン
酸塩としては、銅(Cu)、銀(Ag)、マグネシウム
(Mg)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、クロム(C
r)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マン
ガン(Mn)、コバルト(Co)又はニッケル(Ni)
及びこれらの任意の組合せに係る元素のリン酸塩を例示
できる。なお、上記リン酸塩は、吸着したHC、特にカ
ーボン数の多い重質HCに対しては部分酸化反応、又は
酸化的脱水素反応のような改質反応を起こし、これらを
NOx還元反応に対して利用し易いHC種に変換する機
能をも果たすものと考えられる。
元成分やリン酸塩は、比表面積が60m2/g以上の耐
火性無機担体に担持して用いることが好ましく、これに
より、各成分の分散性を向上できるので、各成分の機能
をいっそう有効に発揮させることが可能になる。かかる
耐火性無機担体としては、アルミナ、シリカ、ゼオライ
ト、マグネシア、チタニア又はジルコニア及びこれらの
任意の混合物に係る無機酸化物を挙げることができる
が、2元化した無機酸化物として、シリカ−アルミナ、
アルミナ−ジルコニア又はアルミナ−マグネシアを用い
るのも効果的である。なお、上記NOx還元成分用の無
機酸化物としては、ゼオライトが特に有効であり、特に
好ましいゼオライト種としては、MFIゼオライト又は
モルデナイトが挙げられる。
は、上記リン酸塩を担持した耐火性無機酸化物層を形成
し、この上に、上記NOx還元成分を担持した耐火性無
機酸化物層を積層した構成を挙げることができ、かかる
構成を採用することにより、各成分の機能を効果的に働
かせることができる。即ち、リン酸塩を含有する下層に
吸着されたHCは、改質されながら下層を脱離し、上層
を通過する際にNOxを還元浄化するのである。層の構
成を逆にし、リン酸塩の層を上層に設けると、改質され
たHCが、上記NOx還元成分を担持した耐火性無機酸
化物層を通過せずに、そのまま気相に流出するため、N
Ox還元に利用される確率が向上せず、HC改質の効果
が得られなくなる。
t)及び/又はロジウム(Rh)を含有し、これらがN
Ox還元浄化を担う。また、NOx吸着還元材には、カ
リウム(K)、ナトリウム(Na)、セシウム(C
s)、リチウム(Li)、バリウム(Ba)、カルシウ
ム(Ca)、ランタン(La)、イットリウム(Y)又
はセリウム(Ce)及びこれらの任意の混合物に係るN
Ox吸着成分を添加することができ、これにより、NO
xの吸着効率を高めることができる。なお、これらNO
x還元成分やNOx吸着成分は、上述のHC吸着放出材
の場合と同様に、上記耐火性無機担体、即ち所定の無機
酸化物に担持することができ、各成分の機能を向上する
ことができるが、詳細な説明は省略する。
システムの好適形態及び構成は、排ガス上流側にHC吸
着放出材を、下流側にNOx吸着還元材を配置するもの
であり、見掛け上は、従来例(例えば、特開平4−83
516号公報、特開平6−146869号公報及び特開
平7−19031号公報等)と類似している。しかしな
がら、HC吸着放出機能によるHC(還元剤)濃度の変
動とNOx吸着機能とを組み合わせて、NOx還元反応
を促進させるという発想、特に、触媒表面上にNOxを
吸着させておき、そこにHCを接触させることによりA
/Fが18以上の酸素過剰条件下でもNOx還元反応が
大幅に促進されるという現象は、従来知られていなかっ
たものであり、この現象を利用したのが本発明の特徴で
ある。即ち、触媒としては、排ガス下流側のNOx還元
触媒にNOx吸着能を付与したことが特徴の1つでもあ
る。
説明したHC吸着放出材及びNOx還元材は、一体構造
型の担体にコートして使用することが好ましい。かかる
一体構造型担体としては、通常、ハニカム状の担体が広
く用いられており、上述した各種成分はこのハニカム担
体に被覆して用いることが好ましく、このような被覆使
用により、異なる機能を有する各種成分層を簡易に多層
化することが可能となる。
ェライト質のものが広く用いられているが、これに限定
されるものではなく、金属材料から成るハニカム担体も
有効である。なお、触媒の形状、即ちHC吸着放出材及
びNOx吸着還元材の形状をハニカム状とすることによ
り、触媒と排ガスとの接触面積が大きくなり、圧力損失
も抑えられるため、振動があり、且つ限られた空間内で
多量の排ガスを処理することが要求される自動車用触媒
として用いる場合に有利となる。
詳細に説明するが、本発明はこれに実施例に限定される
ものではない。
面積が約280m2/gのベーマイトアルミナを添加し
て良く撹拌した後、120℃で24時間以上乾燥した。
次いで、500℃で2時間焼成してリン酸銅を担持した
アルミナ粉を得た。
ルミナ比が約100のH型MFIゼオライトの粉末と
1:1で混合し、更にアルミナゾル及び水とを混合し、
磁性ボールミルポットに入れてから、約30分間混合・
粉砕してスラリーを得た。この際、アルミナゾルの添加
量は、Al2O3としてリン酸銅/アルミナ粉末とH型
MFIゼオライトの粉末の混合粉に対して10wt%と
した。このスラリーを、1平方インチ断面当たり約60
0個の流路を持つコージェライト質ハニカム担体0.8
L上にコーティングし、次いで、150℃で熱風乾燥
し、500℃で1時間焼成して該混合粉末のコート量が
約120g/Lのハニカム触媒体1Aを得た。
水を添加し、溶液のpHを9.5とした。この溶液の中
に、SiO2/Al2O3比が約45のNH4型MFI
ゼオライトの粉末を添加して良く撹拌し、次いで、濾過
することにより固液を分離した。上記の撹拌・濾過操作
を3回繰り返すことにより、Cuをイオン交換担持した
MFIゼオライトの触媒ケーキを得た。このケーキを、
乾燥器を用いて120℃で24時間以上乾燥し、次い
で、電気で大気雰囲気下600℃で4時間焼成すること
により、Cuが3.6wt%担持されたCu−MFIゼ
オライト触媒粉を得た。
ミナゾル及び水とを混合し、磁性ボールミルポットに入
れ、約20分間混合・粉砕してスラリーを得た。この
際、アルミナゾルの添加量は、Al2O3としてCu−
MFIゼオライト触媒粉末の混合粉に対して10w%と
した。このスラリーを上記ハニカム触媒体1Aにコーテ
ィングし、次いで、150℃で熱風乾燥し、500℃で
1時間焼成して該Cu−MFIゼオライト触媒粉末のコ
ート量が約100g/Lのハニカム触媒体(1−1)を
得た。
の製造 ランタンとアルミニウムがモル比で3:97となるよう
に硝酸ランタンと比表面積が約280m2/gのベーマ
イトアルミナを用意した。該硝酸ランタンを溶解した水
溶液に該ベーマイトアルミナを添加して良く撹拌した
後、120℃で24時間以上乾燥した。次いで、500
℃で4時間焼成してランタンを担持したアルミナ粉(L
a/Al2O3)を得た。更に、このLa/Al2O3
粉をPt濃度が約4wt%のジニトロジアンミンPt水
溶液に添加して良く撹拌した後、120℃で24時間以
上乾燥し、650℃で4時間焼成して、Ptが2wt%
担持されたPt−La/Al2O3粉を得た。
酸酸性アルミナゾル及び水と混合し、磁性ボールミルポ
ットで30分間粉砕してスラリーとした。この際、硝酸
酸性アルミナゾルの添加量はPt−La/Al2O3粉
に対して、2wt%とした。このスラリーを約400個
の流路を持つコージェライト質ハニカム担体1.2L上
にコーティングし、次いで、150℃で熱風乾燥し、5
00℃で1時間焼成して該混合粉末のコート量が約16
0g/Lのハニカム触媒体(1−2)を得た。
ハニカム触媒体(1−2)を直列に組み込み、触媒容量
2.0Lの排ガス浄化装置1を得た。
l2O3モル比が約100のH型MFIゼオライトをS
iO2/Al2O3モル比が約40のH型モルデナイト
とY型ゼオライトの2:1(重量比)混合粉に代え、更
に、硝酸銅水溶液を同濃度の硝酸銀と硝酸コバルトの混
合水溶液に代えた以外は、実施例1と同様の操作を繰り
返し、ハニカム触媒体(2−1)を得た。なお、得られ
たAg−Co−MFIゼオライトにおいて、Ag及びC
oの担持量はそれぞれ3.2wt%、0.3wt%であ
った。
の製造 実施例1のランタンをカルシウム:ナトリウム:セリウ
ム=0.5:2:1のモル比の混合物に代え、ベーマイ
トアルミナを比表面積が約90m2/gのチタニア−シ
リカ混合物に代えた以外は、実施例1と同様の操作を繰
り返しハニカム触媒体(2−2)を得た。
ハニカム触媒体(2−2)を直列に組み込み、触媒容量
2.0Lの排ガス浄化装置2を得た。
ン酸モリブデンの4:1:1(重量比)混合物に代え、
SiO2/Al2O3モル比が約100のH型MFIゼ
オライト粉をSiO2/Al2O3モル比が約150の
H型βゼオライト粉に代え、更に、硝酸銅水溶液を同濃
度の硝酸コバルト、硝酸インジウム及び硝酸イリジウム
の混合水溶液に代えた以外は、実施例1と同様の操作を
繰り返し、ハニカム触媒体(3−1)を得た。尚、得ら
れたCo−In−Ir−MFIゼオライトにおいて、C
o、In及びIrの担持量はそれぞれ2.0wt%、
0.5wt%、0.8wt%であった。
の製造 実施例1のランタンをカリウム:バリウム:ランタン=
0.1:0.2:3のモル比の混合物に代え、ベーマイ
トアルミナを比表面積が約240m2/gのアルミナ−
ジルコニア−マグネシア(Al:Zr:Mg=95:
3:2モル比)混合物に代えた以下は、実施例1と同様
の操作を繰り返し、ハニカム触媒体(3−2)を得た。
ハニカム触媒体(3−2)を直列に組み込み、触媒容量
2.0Lの排ガス浄化装置3を得た。
ンガン、リン酸コバルトの3:1:1(重量比)混合物
に代え、硝酸銅水溶液を同濃度の硝酸イリジウム、硝酸
ロジウムの混合水溶液に代えた以外は、実施例1と同様
の操作を繰り返し、ハニカム触媒体(4−1)を得た。
尚、得られたIr−Rh−MFIゼオライトにおいて、
Ir及びRhの担持量はそれぞれ0.5wt%、0.8
wt%であった。
の製造 実施例1のランタンをセシウム:リチウム:ランタン=
0.1:0.1:3のモル比の混合物に代え、ベーマイ
トアルミナを比表面積が約270m2/gのアルミナ−
ジルコニア(Al:Zr=97:3モル比)混合物に代
えた以下は、実施例1と同様の操作を繰り返し、ハニカ
ム触媒体(4−2)を得た。
ハニカム触媒体(4−2)を直列に組み込み、触媒容量
2.0Lの排ガス浄化装置4を得た。
粉末及びシリカ/アルミナ比が約50のH型βゼオライ
ト粉末の3:5重量比混合粉末をアルミナゾル及び水と
を混合し、磁性ボールミルポットに入れてから、約60
分間混合・粉砕してスラリーを得た。アルミナゾルの添
加量は、Al2O3としてH型MFIゼオライトの粉末
の混合粉に対して10wt%とした。このスラリーを、
1平方インチ断面当たり約600個の流路を持つコージ
ェライト質ハニカム担体0.8L上にコーティングし、
次いで、150℃で熱風乾燥し、500℃で1時間焼成
して該混合粉末のコート量が約180g/Lのハニカム
触媒体(5−1)を得た。
の製造 実施例1と同様の操作を繰り返し、容量1.2Lのハニ
カム触媒体(5−2)を得た。
ハニカム触媒体(5−2)を直列に組み込み、触媒容量
2.0Lの排ガス浄化装置5を得た。
(1−1)の製造に当たり、ハニカム容量を2.0Lと
して触媒体を得た。触媒コンバーターに、該ハニカム触
媒体のみを組み込み、比較例1の排ガス浄化装置Re
f.1を得た。
(1−2)の製造に当たり、ハニカム容量を2.0Lと
して触媒体を得た。触媒コンバーターに、該ハニカム触
媒体のみを組み込み、比較例2の排ガス浄化装置Re
f.2を得た。
触媒の配置を反対にした以外は、実施例1と同様の操作
を繰り返し、比較例3の排ガス浄化装置Ref.3を得
た。
ディーゼルエンジンを備えたエンジンダイナモ装置を用
いて、上述のようにして得られた各種排ガス浄化装置の
排ガス浄化性能を評価した。
は、エンジンの負荷を変えることにより制御できるよう
になっている。排ガス浄化装置性能評価では、触媒入り
口温度を150℃で5分間保持した後、約3分間で45
0℃に昇温し、450℃で5分間保持した。この間の排
ガス浄化装置の入り口及び出口のNOx濃度をディーゼ
ル排ガス用NOxモニターで測定し、昇温過程でのNO
xの転化率を算出した。
中の平均HC/NOx比は、150℃で約4、昇温過程
では約1.2であった。排ガスの触媒への流入量(空間
速度)は約35000h−1とした。同時にN2Oモニ
ターを用いてN2O生成量も測定した。なお、実施例及
び比較例の各排ガス浄化装置は、NOx浄化性能を評価
する前に、予め該2.5L直噴型ディーゼルエンジンの
排ガス中で600℃×100hrの前処理を行った。実
施例及び比較例の浄化装置によるNOx浄化性能を表1
に示し、各触媒装置における触媒の構成も併記した。
〜5の浄化装置では、極めて高い効率でNOxを浄化し
ていることが分かる。また、Pt系触媒を用いた場合の
難点とされてきたN2O生成量は極めて少なく、地球温
暖化防止にも効果的であることが分かる。
媒のHC吸着−脱離の温度特性及びNOx吸着還元触媒
のNOx吸着−脱離の温度特性を示す。同図に示したよ
うに、HC吸着については、250℃までは比較的高い
HC吸着除去率を示し、300℃を超えるとHCを脱離
し、更に高温で燃焼を起こして再びHC浄化率が高まる
ことが分かる。一方、NOxの脱離については、300
℃以上から徐々に脱離が開始され、400℃付近で脱離
量が最大となる。従って、このようなHC吸着−脱離特
性とNOx吸着−脱離特性及びNOx還元特性を組み合
わせた本発明の浄化システムでは、HCの脱離がNOx
の脱離よりも低い温度域で起こり、高い浄化率を実現し
ている。
明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
なく、本発明の開示の範囲内において種々の変形が可能
である。例えば、実施例において、HC吸着触媒とNO
x吸着還元触媒は、各種成分をそれぞれ別個のハニカム
状担体にコートすることにより作製したが、各種成分を
1個のハニカム状担体にコートし、その際、当該ハニカ
ム担体の上流側部分にHC吸着触媒成分をコートし、残
りの下流側にNOx吸着還元触媒成分をコートすること
により、1個のハニカム状担体にHC吸着放出触媒とN
Ox吸着還元触媒を形成することも可能である。
NO2の生成温度域に着目して触媒機能を調整すること
などとしたため、特に、低排ガス温度及び低HC/NO
x比条件に係るリーンバーン排ガスに対して優れた浄化
性能を有し、NOx還元浄化効率を大幅に向上させた排
ガス浄化システムを提供することができる。即ち、本発
明によれば、150℃程度の低温を含む低排気温度及び
低HC/NOx比条件の排ガスの浄化が、高効率で浄化
可能となるため、地球温暖化を含めて環境汚染が少な
い、経済性(燃費)に優れた自動車を提供することがで
きる。
及びNOx吸着還元触媒のNOx吸着−脱離の温度特性
を示すグラフである。
Claims (15)
- 【請求項1】 酸素過剰排ガスを浄化するための触媒を
用いたシステムであって、次式 2NO+O2→2NO2… で表される反応が進行する温度域(NO2生成温度域)
において、NOxを吸着でき、且つNOxを還元できる
NOx吸着還元触媒を用い、該NO2生成温度域におい
て、該NOx吸着還元触媒部の入口における炭化水素類
及び/又は一酸化炭素の濃度を変動させることを特徴と
する排ガス浄化システム。 - 【請求項2】 酸素過剰排ガスの通路に設置され、上記
で表される反応が進行するNO2生成温度域にある特
定温度T℃未満でHCを吸着し、T℃以上の高温域でH
Cを放出するHC吸着放出材と、上記NO2生成温度域
でNOxを吸着し、該特定温度T℃及びこれより高温域
でNOx還元能を有するNOx吸着還元材とを備えるこ
とを特徴とする請求項1記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項3】 上記排ガス通路の上流側に上記HC吸着
放出材を配置し、その下流側に上記NOx吸着還元材を
配置して成ることを特徴とする請求項1又は2記載の排
ガス浄化システム。 - 【請求項4】 上記特定温度Tが、300℃未満である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記
載の排ガス浄化システム。 - 【請求項5】 上記HC吸着放出材が、MFIゼオライ
ト、Y型ゼオライト、モルデナイト及びβゼオライトか
ら成る群より選ばれた少なくとも1種のゼオライトを含
有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの
項に記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項6】 上記HC吸着放出材に、銅、コバルト、
銀、インジウム、イリジウム及びロジウムから成る群よ
り選ばれた少なくとも1種のNOx還元成分を添加して
成ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項
に記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項7】 上記HC吸着放出材に、リン酸塩を添加
して成ることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つ
の項に記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項8】 上記HC吸着放出材が、上記リン酸塩を
含む層に上記NOx還元成分を含む層を積層して成る多
層構造を採ることを特徴とする請求項7記載の排ガス浄
化システム。 - 【請求項9】 上記リン酸塩が、銅、銀、マグネシウ
ム、亜鉛、錫、モリブデン、タングステン、マンガン、
コバルト及びニッケルから成る群より選ばれた少なくと
も1種の元素のリン酸塩であることを特徴とする請求項
7又は8記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項10】 上記NOx還元成分及び/又はリン酸
塩は、比表面積が60m2/g以上の耐火性無機担体に
担持されていることを特徴とする請求項6〜9のいずれ
か1つの項に記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項11】 上記耐火性無機担体が、アルミナ、シ
リカ、ゼオライト、マグネシア、チタニア及びジルコニ
アから成る群より選ばれた少なくとも1種の無機酸化物
であることを特徴とする請求項10記載の排ガス浄化シ
ステム。 - 【請求項12】 上記NOx吸着還元材が、白金及び/
又はロジウムのNOx還元成分を含有することを特徴と
する請求項1〜11のいずれか1つの項に記載の排ガス
浄化システム。 - 【請求項13】 上記NOx吸着還元材が、カリウム、
ナトリウム、セシウム、リチウム、バリウム、カルシウ
ム、ランタン、イットリウム及びセリウムから成る群よ
り選ばれた少なくとも1種のNOx吸着成分を含有する
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つの項に
記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項14】 上記NOx還元成分及び/又はNOx
吸着成分は、比表面積が60m2/g以上の耐火性無機
担体に担持されていることを特徴とする請求項12又は
13記載の排ガス浄化システム。 - 【請求項15】 上記耐火性無機担体が、アルミナ、シ
リカ、ゼオライト、マグネシア、チタニア及びジルコニ
アから成る群より選ばれた少なくとも1種の無機酸化物
であることを特徴とする請求項14記載の排ガス浄化シ
ステム。
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