JP2002001130A - 排気ガス浄化触媒 - Google Patents

排気ガス浄化触媒

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JP2002001130A
JP2002001130A JP2000182611A JP2000182611A JP2002001130A JP 2002001130 A JP2002001130 A JP 2002001130A JP 2000182611 A JP2000182611 A JP 2000182611A JP 2000182611 A JP2000182611 A JP 2000182611A JP 2002001130 A JP2002001130 A JP 2002001130A
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catalyst
alumina
exhaust gas
earth metal
supporting
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Ruri Higuchi
ルリ 樋口
Yukio Yamamoto
幸生 山本
Nobutoshi Konagai
信寿 小長井
Fumikazu Kimata
文和 木俣
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Suzuki Motor Corp
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Suzuki Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い浄化性能を有すると共に、長時間高温に
晒されても熱安定性に優れ、かつ、製造が短時間で容易
な触媒を提供する。 【解決手段】 活性アルミナに助触媒としてアルカリ土
類金属もしくは希土類金属を担持させ、1000℃以上
で1時間以内の熱処理を行った後のアルミナ粉末に、1
種又は2種以上の貴金属が担持されていることを特徴と
する排気ガス浄化触媒、並びに、活性アルミナに助触媒
としてアルカリ土類金属もしくは希土類金属を担持さ
せ、1000℃以上で1時間以内の熱処理を行ったアル
ミナ粉末を主成分として含有することを特徴とする排気
ガス浄化触媒用アルミナスラリー。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス浄化触媒
および排気ガス浄化触媒用アルミナスラリーに関し、よ
り詳しくは、二輪、四輪、特機などの燃焼によって発生
する排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒の技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車などに使用されている2ス
トロークエンジン、4ストロークエンジンの排気ガス浄
化触媒には、ウォッシュコート層(アルミナ)に貴金属
を担持させた、三元触媒が知られている。このような触
媒には、耐久性に優れていることが要求される。この要
求を満たすためには、貴金属を担持させるウォッシュコ
ートにおいて表面積が大きいこと、貴金属などを高分散
に担持させること、排気ガスに長時間晒されても熱的に
安定であること、などが必要である。
【0003】以前に本発明者らは、γ−アルミナの熱的
安定性を得るために、予め相転移温度付近で短時間加熱
する方法を提案した。現状の2ストロークエンジンで
は、マフラー内に触媒を設置しており、排気ガス温度が
最高800℃程度までしか上昇しないため、排ガス規制
に十分に対応可能である。しかしながら、今後要求され
る一層高い浄化性能に対応するには、触媒位置をよりエ
ンジン側に近づける必要があり、このため一層高い熱安
定性が要求されることとなる。よって、現状のアルミナ
の更なる高温耐久性が必要である。
【0004】一般的には、ウォッシュコートとして用い
られているγ−アルミナは高温下に晒されると相転移を
起こしてα−アルミナになり、比表面積が著しく低下し
てしまう。このような相転移を防いで、熱安定性を向上
させる方法としては、助触媒としてアルカリ土類金属等
を担持する方法が知られている。しかしながら、自動車
触媒のように1000℃以上の高温下に晒される可能性
のある触媒としては、アルカリ土類金属などの添加だけ
では十分な熱安定性を得ることができない。
【0005】また、その他には上記方法を使用して、助
触媒の添加濃度を最適化し、担持させて600℃で10
時間の焼成を行うことで、耐久後の性能を維持する方法
も知られている。ところが、この方法においても、十分
な熱安定性等の性能は得られず、また、製造に時間がか
かるという問題点を有していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、ウォッシュコートにおいて表面積が大き
く、活性成分が高分散に担持されて高い浄化性能を有す
ると共に、長時間高温に晒されても熱安定性に優れ、か
つ、製造工程が短時間で容易な触媒を開発すべく、鋭意
検討した。その結果、本発明者らは、ランタン等の特定
金属を担持させて特定の条件でγ−アルミナを焼成させ
ることにより、かかる課題が解決されることを見い出し
た。本発明は、かかる見地より完成されたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、γ
−アルミナなどの活性アルミナに助触媒としてアルカリ
土類金属もしくは希土類金属を担持させ、1000℃以
上で1時間以内の熱処理を行った後のアルミナ粉末に、
1種又は2種以上の貴金属が担持されていることを特徴
とする排気ガス浄化触媒を提供するものである。前記助
触媒としては、例えばランタン(La)を挙げることが
できる。このような本発明の触媒は、1000℃以上で
1時間以内の熱処理により、50〜2000Åの細孔を
多くでき、炭化水素(HC)浄化性能に優れる触媒を提
供でき、特に、HC濃度の高い2ストロークエンジン用
の触媒として有効である。そして、本発明の排気ガス浄
化触媒は上記のような焼成条件によって、La担持熱処
理後にα−アルミナに相転移していないアルミナを作製
できる。
【0008】本発明では、50〜2000Åの範囲の細
孔を最も多く有するアルミナ粉末を用いることにより、
HC浄化に優れる触媒が提供できる。また、前記貴金属
として、第9族又は第10族の遷移金属を少なくとも1
種含むことが好ましく、例えば、白金,ロジウムおよび
パラジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元
素を含むものが好適に挙げられる。アルミナにこれらの
貴金属を担持することによって、HC浄化に有効な活性
点が得られる。上記のような本発明によれば、耐久前後
を通じて50〜2000Åの細孔が0.5cc/g以上
であり且つ全体の85%以上を占め、さらに該範囲の細
孔容積の耐久前後における変化率が5%以下であるよう
な触媒を提供できる。耐久後も50〜2000Å範囲の
細孔容積、割合を維持することで、アルミナ細孔への貴
金属の埋没を少なくでき、耐久性が向上する。
【0009】また、本発明は、γ−アルミナなどの活性
アルミナに助触媒としてアルカリ土類金属もしくは希土
類金属(ランタンなど)を担持させ、1000℃以上で
1時間以内の熱処理を行ったアルミナ粉末を主成分とし
て含有することを特徴とする排気ガス浄化触媒用アルミ
ナスラリーを提供するものである。このような本発明の
スラリーは、スラリー粘度の経時変化が少なく安定して
おり、作業性や生産性の向上に資するものである。以
下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、ランタン等を助触媒と
して担持する排気ガス浄化触媒において、加熱処理(温
度・時間)工程を制御することにより、助触媒によるア
ルミナシンタリング抑制効果に加えて、高温においても
α−アルミナへの相転移を抑制し、かつ高比表面積、高
浄化性能を維持し、触媒として有効な細孔容積をもつ、
耐熱性に優れた触媒を提供するものである。本発明の方
法では、触媒として有効な50〜2000Åにピークを
持つ細孔径を有しつつ、アルミナへの相転移を抑制し、
γ−アルミナ相転移温度付近で短時間加熱処理のみを行
う従来の方法で得られるものよりも、遙かに大きい細孔
容積を有し、耐久後も性能を十分に維持することのでき
る触媒を提供することができる。これは、予めアルミナ
の細孔を制御しておくことなど、意図的に比表面積を低
下させたウォッシュコートを使用すると、使用の際に熱
を受けた場合、既にアルミナがシンタリングしているの
で、アルミナのシンタリングに伴う担持金属の埋没、凝
集、粗大化が起こりにくいことを利用したものである。
【0011】ランタン等は原子半径が大きいので、予め
熱処理せずに担持しても、埋没することはない。助触媒
担持後に、例えば約900℃、3時間程度の熱処理を行
うことで貴金属埋没の可能性のある細孔を処理し、高温
下においてもシンタリングの少ないアルミナを製造でき
る。そして、助触媒の担持量が適当であれば、貴金属と
ガスとの接触を妨げることなく金属酸化物となった助触
媒が立体障害の役割を持ち、アルミナや、貴金属のシン
タリングを抑制することができ、排気ガス浄化率の向上
に有効に働く。また、こうして比表面積の低下が抑えら
れると低温活性の低下防止ともなる。
【0012】本発明により、ランタン等の助触媒担持後
の熱処理において、アルミナの相転移温度付近で1時間
以内の短時間の処理により、更なる浄化性能の向上が図
れることが見出された。相転移温度付近にすることで、
アルミナ表面上での各元素の移動が活発となり助触媒と
の反応が促進されるとともに、処理時間を短くすること
で触媒活性に有効な細孔の減少を抑制することができ
る。そして、細孔の大きさに合わせて助触媒や貴金属の
担持条件、ウォッシュコートの制御方法を変えることに
よって、所望の触媒能力や耐久性を有する触媒を、短時
間に効率良く、製造することができる。
【0013】本発明は、特に2ストロークエンジンにつ
いての適用が好適であるが、4ストロークエンジンでも
炭化水素浄化性能の向上の面で有効である。本発明の触
媒に用いられる貴金属の種類としては、白金,ロジウ
ム,パラジウムをはじめとする第9族や第10族の遷移
金属などが挙げられる。また、助触媒として用いられる
のは、ランタンをはじめとするアルカリ土類金属や希土
類金属などが挙げられる。
【0014】
【実施例】〔触媒の調製〕 実施例1 未処理のγ−アルミナ粉末に硝酸La溶液を含浸し、1
20℃,0.5時間で乾燥後、1120℃,6分間の焼
成を行った。製造した粉末を用いてスラリーを調製し、
金属プレートに塗布、乾燥、焼成(500℃、1時間)
を行い、総貴金属担持量2.0g/m2、Pt/Rh=
5/1となるように貴金属を担持した。
【0015】比較例1〜4 上記実施例1における触媒と比較するために、実施例1
において、La含浸アルミナの焼成温度を900℃、3
時間として製造した触媒を、比較例1とした。同様に、
実施例1において、γ−アルミナ粉末を1120℃、6
分間加熱処理した後、Laを担持し、900℃、3時間
で焼成を行った触媒を、比較例2とした。また、未処理
のγ−アルミナ粉末をそのまま用いてスラリーを調製
し、実施例1のようにプレート上で焼成後、貴金属を担
持した触媒を、比較例3とした。さらに、未処理のγ−
アルミナ粉末を1120℃、6分間加熱処理し、スラリ
ーを調製し、プレート上で焼成後、貴金属を担持した触
媒を、比較例4とした。耐久条件としては、1050
℃,10時間,大気雰囲気中で加熱した。下記表1に、
実施例1および比較例1〜4による触媒の比較を示す。
【0016】
【表1】
【0017】〔測定評価方法〕以下の測定項目によっ
て、実施例1および比較例1〜4の各触媒の性能を評価
・確認した。 (i) 比表面積、細孔分布、細孔容積 カンタクローム(Quantachrome)社製の全自動ガス吸着装
置オートソーブ−1(Autosorb-1)により測定した。液体
窒素温度における窒素ガスの物理吸着を利用して、定容
法で測定した。前処理温度は350℃,4時間、吸着ガ
スは窒素、測定温度は液体窒素温度である77Kであっ
た。 (ii) 浄化率測定 触媒をコーティングしたステンレス製パンチングパイプ
を、排気量1.6L、排気ガス温度460℃、SV77
000h-1、塗布パイプ径φ22×80mm、の浄化率
測定条件で評価した。 (iii) ウォッシュコートのα化(X線回折) 理学電機社製のX線回折装置RU-200BEにより行った。X
線は、Cu,Kα1,40kV,100mAであった。
【0018】〔触媒の評価結果〕上記実施例および比較
例で得られた触媒の評価結果を、以下に示す。 (i) 比表面積、細孔容積、細孔分布 図1および下記表2,3から明らかなように、実施例1
の触媒は、比較例2〜4に比べて、耐久前の総細孔容積
が大きくなっていた。さらに、実施例1の触媒は比較例
1に比べて、耐久後においても細孔分布の変化が少な
く、細孔容積も維持していた。なお、表2の数値は、耐
久前後の50〜2000Åの範囲における細孔容積の変
化を示し、表3の数値は、50〜2000Åの範囲にお
ける細孔容積が全体に占める割合の変化を示す。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】(ii) 浄化率 図2および下記表4に示されるように、耐久前の浄化率
は大差ないが、耐久後の浄化率の減少は実施例1が最も
少なく、熱耐久性に優れることがわかった。
【0022】
【表4】 表中、α化しない場合を○、α化が見られた場合を△、
α化した場合を×として示した。
【0023】(iii) γ−アルミナのα化 図3から明らかなように、実施例1の触媒では、耐久前
後においてアルミナのαピークは検出されなかった。こ
れに対して、比較例2〜4の触媒にはαピークが現れて
おり、アルミナのα化が確認された。
【0024】このように実施例1のようなランタン添
加、相転移温度付近の短時間焼成により、γ−アルミナ
の形態を維持しつつ(表4)、効果的な細孔半径(50
〜2000Å)を持つ細孔を多く持ち(図1)、細孔容
積が大きく(表2)、耐久後もピーク位置、細孔状態の
変化が少ない、熱耐久性のある、ウォッシュコートを調
製することができた。以上の結果から、実施例1のよう
にLa担持後、相転移温度付近で短時間焼成すること
で、ランタンとアルミナとの結合、表面上での反応が起
こり、表面コーティングのような状態が生じて、900
℃,3時間程度の焼成よりも耐久前後のα化や細孔容積
について優れた特性を維持することがわかった。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、表面積が大きく、活性
成分が高分散に担持されて高い浄化性能を有すると共
に、長時間高温に晒されても熱安定性に優れ、かつ、製
造が短時間で容易な触媒を提供できる。すなわち、本発
明の触媒は、貴金属を担持させるウォッシュコートにお
いて表面積が大きく、貴金属を高分散に担持させること
ができるので、高い排気ガス浄化性能を有する。また、
排気ガス等による高温に長時間晒されても熱的に極めて
安定であり、高温耐久性に優れる。さらに、短時間で製
造・調製することができるので、生産効率にも優れると
いう特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における各触媒についての細孔分布を示
すチャート図である。図1中、1bは実施例1の耐久前
の測定値、1aは実施例1の耐久後の測定値を表わし、
同様に、11は比較例1、12は比較例2、13は比較
例3、14は比較例4のそれぞれの耐久前後の触媒につ
いての測定値を示す。
【図2】実施例における各触媒のX線回折の結果を示す
チャート図である。図2中、実1bは実施例1耐久前、
実1aは同耐久後、以下同様に比1〜4は比較例1〜4
を表わす。
【図3】実施例における各触媒による耐久前後での浄化
率変化を、グラフとして表わした図である。図3中、実
1bは実施例1耐久前、実1aは耐久後、以下同様に比
1〜4は比較例1〜4を表わす。
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) B01J 37/08 F01N 3/28 301A F01N 3/10 B01D 53/36 C 3/28 301 B01J 23/56 301A (72)発明者 小長井 信寿 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 (72)発明者 木俣 文和 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 Fターム(参考) 3G091 AA02 AA03 AA15 BA15 BA39 GB03W GB04W GB05W GB06W GB07W GB17X 4D048 BA01Y BA02Y BA03X BA15Y BA18X BA30X BA30Y BA31Y BA32Y BA33X BA33Y BA41X BB01 CC38 4G069 AA01 AA03 AA08 AA12 BA01A BA01B BC08A BC38A BC42A BC42B BC69A BC71B BC75B DA06 EA01X EA01Y EC14X EC14Y EC15X EC15Y EC16X EC16Y EC17X EC17Y ED05 ED06 FB30

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性アルミナに助触媒としてアルカリ土
    類金属もしくは希土類金属を担持させ、1000℃以上
    で1時間以内の熱処理を行った後のアルミナ粉末に、1
    種又は2種以上の貴金属が担持されていることを特徴と
    する排気ガス浄化触媒。
  2. 【請求項2】 前記助触媒として、ランタンを担持させ
    たことを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化触媒。
  3. 【請求項3】 助触媒担持熱処理後のアルミナが、α−
    アルミナに相転移していないことを特徴とする請求項1
    又は2に記載の排気ガス浄化触媒。
  4. 【請求項4】 50〜2000Åの範囲の細孔を最も多
    く有するアルミナ粉末を用いたことを特徴とする請求項
    1〜3のいずれかに記載の排気ガス浄化触媒。
  5. 【請求項5】 前記貴金属として、第9族又は第10族
    の遷移金属を少なくとも1種含むことを特徴とする請求
    項1〜4のいずれかに記載の排気ガス浄化触媒。
  6. 【請求項6】 活性アルミナに助触媒としてアルカリ土
    類金属もしくは希土類金属を担持させ、1000℃以上
    で1時間以内の熱処理を行ったアルミナ粉末を主成分と
    して含有することを特徴とする排気ガス浄化触媒用アル
    ミナスラリー。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017200013A1 (ja) * 2016-05-20 2017-11-23 株式会社キャタラー 2ストローク汎用エンジン用排ガス浄化触媒

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017200013A1 (ja) * 2016-05-20 2017-11-23 株式会社キャタラー 2ストローク汎用エンジン用排ガス浄化触媒
JPWO2017200013A1 (ja) * 2016-05-20 2019-02-14 株式会社キャタラー 2ストローク汎用エンジン用排ガス浄化触媒

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