JP2001212464A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents
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Abstract
してNOxを高効率で浄化し、且つ、未浄化で排出され
ていたHC、CO成分、特にエンジン始動後の低温域で
のHCを著しく低減し、しかも燃費向上効果の高い排気
ガス浄化用触媒を提供すること。 【解決手段】 一体構造型担体上にHC吸着層を積層
し、この上にH2生成・NOx浄化触媒層を積層して成
る排気ガス浄化用触媒であって、HC吸着層がゼオライ
トを含有し、H2生成・NOx浄化触媒層が、炭化水素
及び/又は一酸化炭素から水素を生成し、生成した水素
を用いて窒素酸化物を浄化する。
Description
に係り、更に詳細には、酸素過剰排ガス中の窒素酸化物
(NOx)を高効率で浄化する排気ガス浄化用触媒に関
する。
化用触媒として、一酸化炭素(CO)及び炭化水素(H
C)の酸化とNOxの還元とを同時に行う触媒が汎用さ
れている。このような触媒としては、耐火性担体上のア
ルミナコート層に、パラジウム(Pd)、白金(Pt)
やロジウム(Rh)等の貴金属を担持させたもの及び必
要に応じて助触媒成分としてセリウム(Ce)、ランタ
ン(La)等の希土類金属やニッケル(Ni)等のベー
スメタル酸化物を添加したもの等が開示されている(特
開昭58−20307号公報)。上記公報に開示されて
いる触媒は、排ガス温度及びエンジンの設定空燃比の影
響を強く受け、特に内燃機関の排ガスが酸素過剰のとき
には、NOxを浄化することができない。このような内
燃機関の排ガスが酸素過剰の時に窒素酸化物を浄化する
方法として、特許掲載2600429号公報に、排ガス
が酸素過剰のときにNOxを吸蔵させ、その後酸素濃度
を低下させて一時的にリッチ雰囲気にすることにより、
吸蔵されたNOxを放出して浄化処理する、いわゆるリ
ッチスパイクによる方法が開示されている。
報で開示されているような、リッチスパイクによる方法
では、酸素過剰の運転領域においても定期的に排ガス中
の酸素濃度を低下させる必要があり、更に、酸素濃度が
低下した条件下でNOxを還元反応させるために、還元
剤として多量のHC、COを供給する必要があり、酸素
過剰で走行することによる燃費向上の効果が十分に得ら
れないという課題があった。
蔵させるために多量のアルカリ金属元素やアルカリ土類
金属元素を含有させるが、このために活性金属であるP
t、Pd及びRhの低温時の酸化活性が十分に得られな
くなる。また、NOx浄化反応で消費されなかったH
C、CO成分を十分に浄化するためには、酸化反応で浄
化させるか、NOx浄化触媒の後段に三元触媒を配置し
て浄化する必要がある。しかしながら、このような触媒
システムでは、HC、COを浄化する触媒が排気流路の
後段に配置されるため、十分なHC、COの浄化性能が
得られず、特にエンジン始動直後に排出されるHC、C
O成分浄化が困難であるという課題もあった。
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、酸素過剰雰囲気下において、NOxを高効率で浄化
し、且つ、未浄化で排出されていたHC、CO成分、特
にエンジン始動後の低温域でのHCを著しく低減し、し
かも燃費向上効果の高い排気ガス浄化用触媒を提供する
ことにある。
解決すべく、鋭意検討を行った結果、特定のHC改質処
理とCO水蒸気改質処理等を行ってH2を生成し、この
H2をNOx還元剤とすることにより、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。
体構造型担体上にHC吸着層を積層し、この上にH2生
成・NOx浄化触媒層を積層して成る排気ガス浄化用触
媒であって、上記H2生成・NOx浄化触媒層が、炭化
水素及び/又は一酸化炭素から水素を生成し、生成した
水素を用いて窒素酸化物を浄化することを特徴とする。
形態は、上記H2生成・NOx浄化触媒層が、対象とす
る内燃機関のコールド運転時に上記HC吸着層に吸着し
暖機運転過程で脱離する炭化水素と、内燃機関の暖機運
転後に排出される炭化水素及び/又は一酸化炭素から水
素を生成し、これら水素と排気ガス中の炭化炭素及び/
又は一酸化炭素を用いて窒素酸化物を浄化することを特
徴とする。
好適形態は、上記H2生成・NOx浄化触媒層がH2生
成触媒成分とNOx浄化触媒成分とを含み、上記H2生
成触媒成分は、炭化水素を改質して水素を生成するHC
改質成分と、COを水蒸気改質して水素を生成するCO
改質成分とを含有し、上記HC改質成分は、パラジウム
を担持したセリウム酸化物を含有し、上記CO改質成分
は、ロジウムを担持したジルコニウム酸化物を含有し、
上記H2生成・NOx浄化触媒層が、上記HC改質成分
と上記CO改質成分とが混合されて同一層を形成するこ
と、上記HC改質成分の上に上記CO改質成分が積層さ
れること、又は排気ガスの流れ方向の上流側に上記HC
改質成分が配置され且つ下流側に上記CO改質成分が配
置されることのいずれかから構成されていることを特徴
とする。
他の好適形態は、上記H2生成・NOx浄化触媒層の触
媒入口側部分が、パラジウムを担持したアルミナを含有
する触媒層を含むことを特徴とする。
他の好適形態は、上記窒素酸化物を浄化するときの触媒
入口の排気ガスが、水素量/全還元成分量≧0.3で表
されるガス組成を満足することを特徴とする。
他の好適形態は、上記ロジウムを担持したジルコニウム
酸化物が、アルカリ土類金属を含有し、その組成が次式
[X]aZrbOc… (式中のXは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチ
ウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なくとも1
種の元素、a及びbは、原子比率、cは、X及びZrの
原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示し、a=
0.01〜0.5、b=0.5〜0.99、a+b=1
を満たす)で表されることを特徴とする。
好適形態は、上記HC吸着層、上記HC改質成分を含有
する触媒層、上記CO改質成分を含有する触媒層及び上
記パラジウムを担持したアルミナを含有する触媒層から
成る群より選ばれた少なくとも1つの触媒層が、NOx
浄化触媒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吸着層、上記HC改質成分を
含有する触媒層、上記CO改質成分を含有する触媒層及
び上記パラジウムを担持したアルミナを含有する触媒層
から成る群より選ばれた少なくとも1つの触媒層が、パ
ラジウム、白金、ロジウム、アルミナ、アルカリ金属及
びアルカリ土類金属から成る群より選ばれた少なくとも
1種のNOx還元成分を含有することを特徴とする。
他の好適形態は、上記HC吸着層が、Si/2Al比=
10〜500のH型β−ゼオライトを含有することを特
徴とする。
他の好適形態は、上記HC吸着層が、H型β−ゼオライ
トと、MFI、Y型、USY及びモルデナイトから成る
群より選ばれた少なくとも1種のゼオライトとを含有す
ることを特徴とする。
好適形態は、上記HC吸着層のゼオライトが、パラジウ
ム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウム、銀、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジ
ム、リン、ホウ素及びジルコニウムから成る群より選ば
れた少なくとも1種の元素を含有することを特徴とす
る。
媒について詳細に説明する。なお、「%」は特記しない
限り、質量百分率を示す。本発明の排気ガス浄化用触媒
は、一体構造型担体上に、HC吸着層を積層し、この上
に、H2生成・NOx浄化触媒層を積層して成る。
持つゼオライトを主成分とし、対象とする内燃機関のコ
ールド運転時、即ちエンジン始動直後で触媒がまだ低温
であるときにはHCを吸着し、触媒暖機過程(150〜
300℃)にあるときにはHCを脱離する。次に、上記
HC吸着層に積層されているH2生成・NOx浄化触媒
層は、後述するHC・CO改質反応により、脱離HCか
らH2を生成し、更に、内燃機関の定常運転時に排出さ
れるHC及び/又はCOからもH2を生成することがで
きる。これらの生成されたH2は、NOx還元剤として
排ガス中のNOxとよく反応する。このとき、H2生成
・NOx浄化触媒層に含まれるNOx浄化触媒成分は、
温度が上昇しておらず十分に活性化してはいないが、H
2とNOxとの反応性が高いため、エンジン始動直後か
ら酸素過剰雰囲気の運転制御に到達するまでの触媒暖機
過程中に排出されるNOxを効率よく浄化することがで
きると推察される。
行われる上記HC・CO改質反応は、一般的には、HC
の改質反応とCO水蒸気改質反応に分けることができ、
このHC改質反応は、次式及び HC+O2→HC(O)+CO+CO2+H2O+H2… HC+H2O→HC(O)+CO+CO2+H2… (式中のHC(O)は改質反応後のHCを示す)で表さ
れ、また上記CO水蒸気改質反応は、次式 CO+H2O→CO2+H2… で表されると考えられている。
させるに際し、上記H2生成・NOx浄化触媒層は、上
記HC吸着層上に積層される。この層は、HCを改質し
てH 2を生成するHC改質成分とCOを水蒸気改質して
H2を生成するCO改質成分とが混合されて一つの層を
形成し、又はHC改質成分を含むHC改質成分層と、C
O改質成分を含むCO水蒸気改質層とが積層されている
多層を形成するが、特に、HC改質成分層の上にCO水
蒸気改質成分層を積層した構造を採ることが好ましい。
図1に示したように、エンジン始動直後に上記HC吸着
層に吸着され、触媒暖機過程で上記HC吸着層から放出
されたHCは、まず、上記HC改質成分層で部分酸化
物、HC(O)、CO及びH2に改質され、更に上記C
O水蒸気改質成分層でCOがH2に変成される。このよ
うな構造を採ることにより、上述の如く触媒暖機過程中
においても、排気ガス中に含まれるHC及びCOを改質
しH2を生成できるので、酸素過剰運転領域において
も、H2を供給し、触媒暖機後もNOxを浄化処理でき
る。なお、HCがHC改質反応、CO水蒸気改質反応の
順で変成されればよいので、上記HC改質成分層と上記
CO水蒸気改質成分層が排気ガス流路に沿ってタンデム
配置を採ってもよく、上記多層構造に特に限定されるも
のではない。
更に、HCを改質しH2を生成するためには、上記
HC改質成分層にPdを担持したセリウム酸化物を含有
させることが好ましく、COを水蒸気改質してH2を生
成するためには、上記CO水蒸気改質成分層にRhを担
持したジルコニウム酸化物を含有させることが好まし
い。これらの貴金属や酸化物を含有させることにより、
排ガスを本発明の排ガス浄化用触媒内に通過させた場
合、上記HC改質成分層においては、主に次式〜 HC+O2→HC(O)+CO+CO2+H2… HC+H2O→HC(O)+CO+CO2+H2… CO+H2O→CO2+H2… の反応が起こり、上記CO水蒸気改質成分層において
は、主に次式、及び CO+H2O→CO2+H2… HC+H2O→HC(O)+CO+CO2+H2… HC(O)+H2O→HC(O)‘+CO2+CO+H2… の反応が起こり、H2が生成されるとともに排ガス成
分、特にHCとCOが浄化される。
層が上述のようなH2生成触媒成分だけではなく、NO
x浄化触媒成分をも含むことにより、1つの触媒でNO
x還元剤であるH2を生成するとともに、NOxを効率
よく浄化することができる。
も、排ガス中のHC、COからH2を有意に生成させる
ために、本発明の排気ガス浄化用触媒は、上流側の上記
H2生成触媒の一部、即ち該触媒入口側部分が、Pdを
担持したアルミナを含有する触媒層を含むことが好まし
い。例えば、本発明の排気ガス浄化用触媒の好適な一形
態として、触媒入口側には上記HC吸着触媒層の上にP
d担持アルミナを含有するHC部分酸化触媒が積層され
ており、その下流側には上記HC吸着層の上にPd担持
セリウム酸化物を含有するHC改質成分層とRh担持ジ
ルコニウム酸化物を含有するCO水蒸気改質成分層とが
積層されている構造が挙げられる。図2に、上記構造を
示すが、本発明の排ガス浄化用触媒は特にこれに限定さ
れるものではない。
おいては、上記該触媒入口側部分に配置したPdを担持
したアルミナを含有する触媒層で、部分酸化反応により
排気ガス中に含まれるHCがHC(O)・COに変成さ
れ、次に、上記HC改質成分層でHC(O)の改質反応
によりH2生成が促進され、次いで上記CO水蒸気改質
成分層で水蒸気改質反応によりCOとH2OからCO2
とH2が生成されていると推察される。従って、本発明
においては、上述の触媒暖機過程に引き続いて、触媒暖
機後もH2を供給でき、酸素過剰雰囲気下であってもN
Oxを還元浄化できると考えられる。
においては、NOx浄化に用いる還元成分として、従来
から主として用いられていたHC及びCOの代わりに又
はこれに加えてH2を用いるこができるが、更に、NO
x浄化するときの触媒入口の排気ガスは、H2量/全還
元成分量≧0.3で表されるガス組成を満足することが
好ましい。かかるガス組成を満足すれば、排気ガス中の
H2濃度が高くなるので、更に高いNOx浄化性能を得
ることができる。
スや排ガス触媒を用いた場合の排ガス中のH2比率はH
2量/全還元成分量<0.3であり、H2の比率が低
く、H 2を還元成分として有効利用することが不可能で
あったが、本発明ではこの比率を増大し、H2を有効利
用しているのである。なお、上記排ガス組成は、H2量
/全還元成分量≧0.3を満足すれば十分であるが、H
2量/全還元成分量≧0.5とすることが更に好まし
い。
て、上記Rhの酸化状態をCO水蒸気改質反応に適した
状態に維持するために、上記Rh担持ジルコニウム酸化
物がアルカリ土類金属を含有して成ることが好ましく、
その組成は、次式 [X]aZrbOc… で表される。上記式のXは、Mg、Ca、Sr又はB
a及びこれらの任意の組み合わせに係る元素を示し、a
は、該元素の原子比率、bは、Zrの原子比率、cは、
該元素及びZrの原子価を満足するのに必要な酸素原子
数を示し、また、a=0.01〜0.5、b=0.5〜
0.99、a+b=1を満たす。上記アルカリ土類金属
を含有させれば、初期から耐久後まで高い触媒活性を得
ることができる。
Ox浄化触媒層又は上記Pdを担持したアルミナを含有
する触媒層及びこれらの任意の組み合わせに係る触媒層
は、NOx浄化触媒成分を含有することが好ましい。即
ち、上記HC吸着層、HC改質成分層、CO水蒸気改質
成分層及び該触媒入口側部分に配置されたPdを担持し
たアルミナを含有する触媒層のいずれにもNOx浄化触
媒成分であるPd、PtやRh等を含有させることがで
きる。NOx浄化触媒成分を含有させることによって、
触媒暖機過程でH2を生成させると同時に、触媒暖機過
程で排出されるNOxを効率よく浄化することができ、
更には、触媒暖機後も酸素過剰雰囲気下での運転制御時
に排出されるNOxを効率よく浄化することができる。
なお、上述のように各触媒層にNOx浄化触媒成分を含
有させるだけでなく、上記H2生成・NOx浄化触媒層
の上に更にNOx浄化触媒層を積層してもよいし、各触
媒層にNOx浄化触媒成分を含有させずにNOx浄化触
媒層を積層してもよい。更には、排ガス流路上流側に本
発明の排ガス浄化用触媒を、下流側にNOx浄化用触媒
をタンデム配置してもかまわない。
層、CO水蒸気改質成分層又は上記触媒入口側部分に配
置されているPdを担持したアルミナを含有する触媒層
及びこれらの任意の組み合わせに係る触媒層は、Pd、
Pt、Rh、アルミナ、アルカリ金属又はアルカリ土類
金属及びこれらの任意の組み合わせに係るNOx浄化触
媒成分を含有することができる。これらのNOx浄化成
分を含有することによって、エンジン始動直後から酸素
過剰雰囲気の定常運転制御時まで、エンジンから排出さ
れるNOxを効率よく浄化できる。なお、上記アルカリ
金属及び/又はアルカリ土類金属としては、カリウム
(K)、セシウム(Ce)、マグネシウム(Mg)、カ
ルシウム(Ca)又はバリウム(Ba)及びこれらの任
意の組み合せに係る金属を挙げることができるが、これ
らに限定されるものではない。
カリ金属及びアルカリ土類金属含有量が、本発明の排ガ
ス浄化用触媒における該金属含有総量の80重量%以上
になると、コールドリーン域において排出されるNOx
を吸収できるが、80重量%未満になると、十分なNO
x吸収能が得られない。また、上記各触媒層全体がアル
カリ金属及びアルカリ土類金属の総量の80重量%以上
を含有するためには、アルカリ金属及び/又はアルカリ
土類金属が、不溶性の化合物及び/又は難溶性の化合物
であることが好ましい。
トは、公知のゼオライトの中から適宜選択して使用する
ことができるが、特に、常温から比較的高い温度で、し
かも、水存在雰囲気下であっても十分なHC吸着能を有
し、且つ、高い耐久性を有するものを選択することが好
ましい。このようなゼオライトとしては、代表的に、S
i/2Al比が10〜500のH型β−ゼオライトが挙
げられるが、特にこれに限定されるものではない。Si
/2Al比が10未満のゼオライトでは、排ガス中に共
存する水分の吸着阻害が大きいため、有効にHCを吸着
することができず、Si/2Al比が500を超えるゼ
オライトでは、HC吸着能が低下してしまうことがあ
る。
に合わせて、細孔径や細孔構造の異なるMFI、Y型、
USY又はモルデナイト及びこれらの任意の組み合わせ
に係るゼオライトを選択して、上記H型β−ゼオライト
に混合して用いれば、排ガス中のHCを効率よく吸着す
ることができる。
HC吸着能を有するが、上記各種ゼオライトに、Pd、
Mg、Ca、ストロンチウム(Sr)、Ba、銀(A
g)、イットリウム(Y)、La、Ce、ネオジム(N
d)、リン(P)、ホウ素(B)又はジルコニウム(Z
r)及びこれらの任意の組み合わせに係る元素を、イオ
ン交換法、含浸法及び浸漬法等の通常の方法を用いて担
持することにより、HC吸着性能やHC脱離抑制能を更
に向上することができる。
一体構造型触媒担体には、例えばハニカム担体があり、
ハニカム材料としては、一般にセラミック等のコージェ
ライト質のものが多く用いられる。しかし、これに限ら
れず、フェライト系ステンレス等の金属材料から成るハ
ニカム材料を用いてもよく、更には触媒成分粉末そのも
のをハニカム形状に成形してもよい。
詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。
Pd水溶液をセリウム酸化物(CeO2)粉末に含浸
し、乾燥・焼成してPd担持セリウム酸化物粉末Aを得
た。この粉末のPd担持濃度は10%であった。また、
CeO2の代わりに、Zr0.1Ce0.9O2とした
以外は、粉末Aと同様の操作を繰り返して得た粉末を、
粉末Bとし、Zr0.2Ce0.8O2としたものを粉
末C、Zr0.5Ce0.5O2としたものを粉末D、
Zr0. 9Ce0.1O2としたものを粉末Eとした。
更に、Pd担持濃度を5%とした以外は、粉末Aと同様
の操作を繰り返して得た粉末を粉末Fとした。
製]硝酸Rh水溶液をCa0.2Zr0.8O2粉末に
含浸し、乾燥・焼成してRh担持ジルコニウム酸化物粉
末Gを得た。この粉末のRh担持濃度は6%であった。
また、Ca0.2Zr0.8O2の代わりに、Mg
0.1Zr0.9O2とした以外は、粉末Gと同様の操
作を繰り返して得た粉末を粉末Hとし、Ba0.1Zr
0.9O2としたものを粉末I、Sr0.2Zr0.8
O2としたものを粉末J、Ca0.1Mg0.1Zr
0.8O2としたものを粉末K、Ca0.1Ba
0.05Mg0.05Zr0.8O2としたものを粉末
L、Ca0.01Zr 0.99O2としたものを粉末
M、Ca0.5Zr0.5O2としたものを粉末Nとし
た。
層の触媒粉末の調製]硝酸Pd水溶液を活性アルミナ
(Al2O3)粉末に含浸し、乾燥・焼成してPd担持
アルミナ粉末Oを得た。この粉末のPd担持濃度は15
%であった。また、Al2O3の代わりに、Ceを3%
含有するAl2O3とした以外は、粉末Oと同様の操作
を繰り返して得た粉末を粉末Pとし、Zrを3%含有す
るAl2O3としたものを粉末Q、Laを3%含有する
Al2O3としたものを粉末R、Zrを10%含有する
Al2O3としたものを粉末Sとした。
の調製]硝酸Pd水溶液を、Al2O3粉末に含浸し、
乾燥・焼成してPd担持アルミナ粉末Tを得た。この粉
末TのPd担持濃度は8%であった。ジニトロジアンミ
ンPt酸水溶液を、Al2O3粉末に含浸し、乾燥・焼
成してPt担持アルミナ粉末Uを得た。この粉末UのP
t担持濃度は6%であった。硝酸Rh水溶液を、Al2
O3粉末に含浸し、乾燥・焼成してRh担持アルミナ粉
末Vを得た。この粉末VのRh担持濃度は4%であっ
た。
Al=25)900gとシリカゾル100gと純水10
00gを混合粉砕してスラリーとし、コージェライト質
モノリス担体(900セル/4ミル、1.3L)に付着
させ、乾燥・焼成したのち、ゼオライトコート量100
g/Lのゼオライト触媒を得た。次いで、粉末A706
gと硝酸性アルミナバインダー12gと純水800gと
を混合粉砕してスラリーとし、ゼオライト触媒に付着さ
せ、乾燥・焼成し、ゼオライト触媒に72g/Lをコー
トした触媒Aを得た。この触媒AのPd担持量は、7.
06g./Lであった。更に、粉末G588gと硝酸性
アルミナバインダー12gと純水600gとを混合粉砕
してスラリーとし、触媒Aに付着させ、乾燥・焼成し、
触媒Aに60g/Lをコートした触媒AG1を得た。こ
の触媒AG1のRh担持量は、3.53g/Lであっ
た。触媒AG1は、図3に示す三層構造とした。また、
β−ゼオライト(Si/2Al=25)の代わりに表2
に示したHC吸着材を用いて、同様の操作を繰り返し、
触媒AG2〜7を得た。
ルミナバインダー14gと純水800gを混合粉砕して
スラリーとし、触媒調整1と同様の操作を繰り返して調
製したゼオライト触媒に付着させ、乾燥・焼成し、ゼオ
ライト触媒に72g/Lをコートした触媒Bを得た。こ
の触媒BのPd担持量は、7.06g/Lであった。次
に、粉末G588gと硝酸性アルミナバインダー12g
と純水600gを混合粉砕してスラリーとし、触媒Bに
付着させ、乾燥・焼成し、触媒Bに60g/Lをコート
した触媒BGを得た。この触媒BGのRh担持量は、
3.53g/Lであった。触媒BGは、図3に示す三層
構造とした。また、粉末Bの代わりに粉末C〜Fを用い
て、同様の操作を繰り返して、触媒CG、DG、EG、
FGを得た。
Al=25)の代わりに表2に示したHC吸着材とした
以外は、触媒調整1と同様の操作を繰り返し、ゼオライ
ト触媒を得た。次に、粉末B706gと粉末A706g
と硝酸性アルミナバインダー28gと純水1500gを
混合粉砕してスラリーとし、ゼオライト触媒に付着さ
せ、乾燥・焼成し、ゼオライト触媒に144g/Lをコ
ートした触媒BAを得た。この触媒BAのPd担持量
は、14.12g/Lであった。更に、粉末H588g
と硝酸性アルミナバインダー12gと純水600gとを
混合粉砕してスラリーとし、触媒BAに付着させ、乾燥
・焼成し、触媒BAに60g/Lをコートした触媒BA
Hを得た。この触媒BAHのRh担持量は、3.53g
/Lであった。触媒BAHは、図3に示す三層構造とし
た。また、粉末Hの代わりに粉末I〜Nを用いて、同様
の操作を繰り返して、触媒BAI、BAJ、BAK、B
AL、BAM、BANを得た。
Al=25)900gとシリカゾル100gと純水10
00gを混合粉砕してスラリーとし、コージェライト質
モノリス担体(900セル/4ミル、1.3L)に付着
させ、乾燥・焼成したのち、ゼオライトコート量50g
/Lのゼオライト触媒を得た。これに、粉末O471g
と硝酸性アルミナバインダー9gと純水500gとを混
合粉砕してスラリーとし、ゼオライト触媒の排気ガス入
口側の1/4部分に付着させ、乾燥・焼成し、ゼオライ
ト触媒に48g/Lをコートした触媒O1を得た。この
触媒O1のPd担持量は、7.06g/Lであった。次
いで、粉末B706gと粉末A706gと硝酸性アルミ
ナバインダー28gと純水1000gとを混合粉砕して
スラリーとし、触媒O1をコートしていない3/4部分
に付着させ、乾燥・焼成し、144g/Lをコートした
触媒OBAを得た。この触媒OBAの総Pd担持量は、
21.18g/Lであった。更に、粉末L588gと硝
酸性アルミナバインダー12gと純水600gとを混合
粉砕してスラリーとし、触媒O1をコートしていない3
/4部分に付着させ、乾燥・焼成し、触媒OBAに60
g/Lをコートした触媒OBALを得た。この触媒OB
ALのRh担持量は、3.53g/Lであった。触媒O
BALは、図4に示す構造とした。また、β−ゼオライ
ト(Si/2Al=25)の代わりに表2に示すHC吸
着材を用いてゼオライトコート量50g/Lのゼオライ
ト触媒を作成し、粉末Oの代わりに粉末P〜Sを、粉末
Aの代わりに粉末B〜Fを、粉末Lの代わりに粉末G〜
Kを用いて、同様の操作を繰り返して、触媒PBBK、
QBCJ、RBDI、SBEH、OBFGを得た。
ルミナバインダー14gと純水1000gとを混合粉砕
してスラリーとし、触媒調製4と同様の操作を繰り返し
て得たゼオライト触媒に付着させ、乾燥・焼成し、72
g/Lをコートした触媒B2を得た。この触媒B2のP
d担持量は、7.06g/Lであった。次いで、粉末G
588gと硝酸性アルミナバインダー12gと純水60
0gとを混合粉砕してスラリーとし、触媒B2に付着さ
せ、乾燥・焼成し、触媒B2に60g/Lをコートした
触媒BGを得た。この触媒BGのRh担持量は、3.5
3g/Lであった。更に、粉末T618gと、粉末U5
30gと、粉末V88gと、水酸化ナトリウムをNa2
O換算で20gと、酢酸バリウムをBaO換算で20g
と、硝酸性アルミナバインダー14gと、純水1500
gとを混合粉砕してスラリーとし、触媒BGに付着さ
せ、乾燥・焼成し、触媒BGに147g/Lをコートし
た触媒BGN1を得た。この触媒BGN1のPd担持量
は12.0g/L、Pt担持量は3.18g/L、Rh
担持量は、3.88g/Lであった。触媒BGN1は、
図5に示す構造とした。
gと、粉末U530gと、粉末V88gと、水酸化ナト
リウムをNa2O換算で20gと、酢酸バリウムをBa
O換算で20gと、硝酸性アルミナバインダー14g
と、純水1500gとを混合粉砕してスラリーとし、コ
ージェライト質モノリス担体(400セル/6ミル、
1.3L)に付着させ、乾燥・焼成し、147g/Lを
コートした触媒N1を得た。この触媒N1のPd担持量
は4.94g/L、Pt担持量は3.18g/L、Rh
担持量は、0.35g/Lであった。触媒N1は、単層
構造とした。また、水酸化ナトリウムの代わりに酢酸マ
グネシウムを用い、同様の操作を繰り返して、MgOと
して10g/L、BaOとして10g/Lを担持した触
媒を触媒N2を得た。
末F226gと、酢酸バリウムをBaO換算で10g
と、硝酸性アルミナバインダー9gと、純水1000g
とを混合粉砕してスラリーとし、コージェライト質モノ
リス担体(900セル/2ミル、1.3L)に付着さ
せ、乾燥・焼成し、90g/Lをコートした触媒T0を
得た。更に、粉末V128gと、Ce0.2Zr0.8
O2粉末200gと、硝酸性アルミナバインダー12g
と、純水500gとを混合粉砕してスラリーとし、触媒
T0に付着させ、乾燥・焼成し、触媒T0に34g/L
をコートした二層構造の触媒T1を得た。この触媒T1
のPd担持量は5.65g/L、Rh担持量は、0.5
1g/Lであった。
な触媒成分等を示し、また表2に、上記各触媒調製によ
り作成した触媒の仕様を示した。
を行い、北米でのテストモードであるFTP−75モー
ド(LA−4)にて走行した時の各排気ガス成分の排出
量の測定を行った。本性能評価に用いた排気ガス浄化シ
ステムの構成を図6に示す。該システムは、触媒1及び
2、エンジン10、燃料噴射装置11、O2センサー1
2、ECU13から成る。車両には排ガス流路上流側の
触媒1に表3に示した触媒を配置し、その下流側の触媒
2に上記NOx浄化用触媒であるN1又はN2を配置
し、実施例1〜30及び比較例1とした。排気ガスを上
記システムにより浄化し、HC、CO及びNOxの残存
率を次式 残存率={1−(NOx浄化触媒出口の排出ガス中のHC、CO、NO x排出量)/(エンジンアウトの排出ガス中のHC、CO、NOx排出量)}× 100(%)… (上記排出ガス中のHC、CO、NOx排出量は、上記
の車両評価モードを走行したときの排出量を示す)で表
される計算式で調べた。また、表3は、上記の車両評価
モードで走行する場合のスタート直後の走行部分、具体
的にはFTP−75モードのスタート後、約200秒ま
での走行部分を除いた部分のNOx、HCの各成分の平
均濃度を用いて計算した値である。また、HC濃度も同
様にして平均濃度を用いて計算した。スタート直後の走
行部分を除いたのは、エンジンスタート直後に未燃焼の
HCが排出され、HC濃度が高くなってしまい、正しく
評価できないからである。なお、性能評価は、以下に示
す条件で行った。
ば、特定のHC改質処理とCO水蒸気改質処理等を行っ
てH2を生成し、このH2をNOx還元剤とすることに
より、酸素過剰雰囲気下において、H2を還元剤として
NOxを高効率で浄化し、且つ、未浄化で排出されてい
たHC、CO成分、特にエンジン始動後の低温域でのH
Cを著しく低減し、しかも燃費向上効果の高い排気ガス
浄化用触媒を提供することができる。
面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
ステム構成図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 一体構造型担体上にHC吸着層を積層
し、この上にH2生成・NOx浄化触媒層を積層して成
る排気ガス浄化用触媒であって、 上記H2生成・NOx浄化触媒層が、炭化水素及び/又
は一酸化炭素から水素を生成し、生成した水素を用いて
窒素酸化物を浄化することを特徴とする排気ガス浄化用
触媒。 - 【請求項2】 上記H2生成・NOx浄化触媒層が、対
象とする内燃機関のコールド運転時に上記HC吸着層に
吸着し暖機運転過程で脱離する炭化水素と、内燃機関の
暖機運転後に排出される炭化水素及び/又は一酸化炭素
から水素を生成し、これら水素と排気ガス中の炭化炭素
及び/又は一酸化炭素を用いて窒素酸化物を浄化するこ
とを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項3】 上記H2生成・NOx浄化触媒層がH2
生成触媒成分とNOx浄化触媒成分とを含み、 上記H2生成触媒成分は、炭化水素を改質して水素を生
成するHC改質成分と、COを水蒸気改質して水素を生
成するCO改質成分とを含有し、 上記HC改質成分は、パラジウムを担持したセリウム酸
化物を含有し、上記CO改質成分は、ロジウムを担持し
たジルコニウム酸化物を含有し、 上記H2生成・NOx浄化触媒層が、上記HC改質成分
と上記CO改質成分とが混合されて同一層を形成するこ
と、上記HC改質成分の上に上記CO改質成分が積層さ
れること、又は排気ガスの流れ方向の上流側に上記HC
改質成分が配置され且つ下流側に上記CO改質成分が配
置されることのいずれかから構成されていることを特徴
とする請求項1又は2記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項4】 上記H2生成・NOx浄化触媒層の触媒
入口側部分が、パラジウムを担持したアルミナを含有す
る触媒層を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれ
か1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項5】 上記窒素酸化物を浄化するときの触媒入
口の排気ガスが、水素量/全還元成分量≧0.3で表さ
れるガス組成を満足することを特徴とする請求項1〜4
のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項6】 上記ロジウムを担持したジルコニウム酸
化物が、アルカリ土類金属を含有し、その組成が次式 [X]aZrbOc… (式中のXは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチ
ウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なくとも1
種の元素、a及びbは、原子比率、cは、X及びZrの
原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示し、a=
0.01〜0.5、b=0.5〜0.99、a+b=1
を満たす)で表されることを特徴とする請求項3〜5の
いずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項7】 上記HC吸着層、上記HC改質成分を含
有する触媒層、上記CO改質成分を含有する触媒層及び
上記パラジウムを担持したアルミナを含有する触媒層か
ら成る群より選ばれた少なくとも1つの触媒層が、NO
x浄化触媒成分を含有することを特徴とする請求項4〜
6のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項8】 上記HC吸着層、上記HC改質成分を含
有する触媒層、上記CO改質成分を含有する触媒層及び
上記パラジウムを担持したアルミナを含有する触媒層か
ら成る群より選ばれた少なくとも1つの触媒層が、パラ
ジウム、白金、ロジウム、アルミナ、アルカリ金属及び
アルカリ土類金属から成る群より選ばれた少なくとも1
種のNOx還元成分を含有することを特徴とする請求項
4〜7のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触
媒。 - 【請求項9】 上記アルカリ金属及び/又はアルカリ土
類金属が、カリウム、セシウム、マグネシウム、カルシ
ウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なくとも1
種の元素を含有することを特徴とする請求項8記載の排
気ガス浄化用触媒。 - 【請求項10】 上記HC吸着層が、Si/2Al比=
10〜500のH型β−ゼオライトを含有することを特
徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の排気
ガス浄化用触媒。 - 【請求項11】 上記HC吸着層が、H型β−ゼオライ
トと、MFI、Y型、USY及びモルデナイトから成る
群より選ばれた少なくとも1種のゼオライトとを含有す
ることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項
に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項12】 上記HC吸着層のゼオライトが、パラ
ジウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、
バリウム、銀、イットリウム、ランタン、セリウム、ネ
オジム、リン、ホウ素及びジルコニウムから成る群より
選ばれた少なくとも1種の元素を含有することを特徴と
する請求項10又は11記載の排気ガス浄化用触媒。
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