JP2002028488A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

排ガス浄化用触媒

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JP2002028488A JP2000216973A JP2000216973A JP2002028488A JP 2002028488 A JP2002028488 A JP 2002028488A JP 2000216973 A JP2000216973 A JP 2000216973A JP 2000216973 A JP2000216973 A JP 2000216973A JP 2002028488 A JP2002028488 A JP 2002028488A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温耐久時においても良好な触媒活性を発現
し、かつ、低温特性に優れる、排ガス浄化用触媒を提供
すること。 【解決手段】 触媒担体1の上に、内側層2および外側
層3を有するコート層4を形成し、外側層3に、予め耐
熱性酸化物に担持されている貴金属と、セリウム系耐熱
性酸化物とを含有させるとともに、内側層2に、貴金属
が担持されていない耐熱性酸化物を含有させるようにす
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、自動車用エンジン
などの排気ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化
水素(HC)および窒素酸化物(NOx)を効率よく浄
化する排ガス浄化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】排気ガス中に含まれる一酸化炭素(C
O)、炭化水素(HC)および窒素酸化物(NOx)を
同時に浄化できる三元触媒である排ガス浄化用触媒は、
Pt、Rh、Pdなどの貴金属を活性物質としている。
このような排ガス浄化用触媒において、近年、酸化セリ
ウム(CeO)の有する気相中の酸素を吸藏または放
出する機能(酸素ストレージ能)に着目して、酸化セリ
ウムを三元触媒に含有させて、COおよびHCの酸化反
応およびNOxの還元反応における気相雰囲気を調整し
て、浄化効率の向上を図ることが知られている。そのた
め、例えば、酸化セリウムを貴金属とともにアルミナな
どに担持した排ガス浄化用触媒が種々提案されている。
【0003】しかし、酸化セリウムと貴金属とを共存さ
せると、貴金属の分散性が低下し、低温特性(低温始動
時における浄化性能)が低下してしまうことから、例え
ば、特開昭62−71543号公報では、ハニカム触媒
担体上に、酸化セリウムを含有するアルミナのコート層
を形成し、さらに、そのコート層上に、貴金属からなる
触媒層を形成することにより、低温特性に優れる排ガス
浄化用触媒を得ることが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭62−
71543号公報に記載される排ガス浄化用触媒では、
耐熱性に劣り、また、低温特性の改善も十分に満足すべ
きものではない。
【0005】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、その目的とするところは、高温耐久時において
も良好な触媒活性を発現し、かつ、低温特性に優れる、
排ガス浄化用触媒を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の排ガス浄化用触媒は、触媒担体上に担持さ
れるコート層を有し、前記コート層は、表面に形成され
る外側層と、その外側層の内側に形成される内側層とを
含み、前記外側層は、予め耐熱性酸化物に担持されてい
る貴金属と、セリウム系複合酸化物とを含み、前記内側
層は、貴金属が担持されていない耐熱性酸化物を含んで
いることを特徴としている。
【0007】また、前記外側層において、貴金属を担持
する耐熱性酸化物が、セリウム系複合酸化物、ジルコニ
ウム系複合酸化物およびアルミナからなる群から選ばれ
る少なくとも1種であり、前記内側層の耐熱性酸化物
が、セリウム系複合酸化物、ジルコニウム系複合酸化物
およびアルミナからなる群から選ばれる少なくとも1種
であることが好ましい。
【0008】また、前記セリウム系複合酸化物が、下記
一般式(1) Ce1−(x+y)Zr2−z (1) (式中、Mはアルカリ土類金属または希土類金属を、z
は酸素欠陥量を示し、xは0.20〜0.70の原子割
合を、yは0〜0.20の原子割合を、1−(x+y)
は0.10〜0.80の原子割合をそれぞれ示す。)で
表される耐熱性酸化物であり、また、前記ジルコニウム
系複合酸化物が、下記一般式(2) Zr1−(a+b)Ce2−c (2) (式中、Nはアルカリ土類金属または希土類金属を、c
は酸素欠陥量を示し、aは0.10〜0.35の原子割
合を、bは0〜0.20の原子割合を、1−(a+b)
は0.45〜0.90の原子割合をそれぞれ示す。)で
表される耐熱性酸化物であることが好ましい。
【0009】また、前記貴金属が、Pt、Rh、Pdか
らなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ま
しく、また、前記外側層および/または前記内側層は、
さらに、Ba、Ca、Sc、Mg、Laの硫酸塩、炭酸
塩、硝酸塩および/または酢酸塩を含んでいることが好
ましい。
【0010】さらに、前記触媒担体における排ガス流入
側のコート層上に、さらに、貴金属からなる触媒層が形
成されていることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の排ガス浄化用触媒は、触
媒担体上に担持されるコート層を有し、コート層には、
表面に形成される外側層と、その外側層の内側に形成さ
れる内側層とが含まれている。
【0012】触媒担体は、特に限定されず、例えば、コ
ージェライトなどからなるハニカム状のモノリス担体な
ど、公知の触媒担体が用いられる。
【0013】外側層は、予め耐熱性酸化物に担持されて
いる貴金属と、セリウム系複合酸化物とを含んでいる。
【0014】予め担持される貴金属としては、例えば、
Pt(白金)、Rh(ロジウム)、Pd(パラジウ
ム)、Ru(ルテニウム)、Os(オスミウム)、Ir
(イリジウム)などの白金族元素が挙げられ、好ましく
は、Pt、Rh、Pdが挙げられる。
【0015】また、貴金属を担持する耐熱性酸化物とし
ては、セリウム系複合酸化物、ジルコニウム系複合酸化
物およびアルミナのいずれかであることが好ましい。
【0016】セリウム系複合酸化物としては、下記一般
式(1) Ce1−(x+y)Zr2−z (1) (式中、Mはアルカリ土類金属または希土類金属を、z
は酸素欠陥量を示し、xは0.20〜0.70の原子割
合を、yは0〜0.20の原子割合を、1−(x+y)
は0.10〜0.80の原子割合をそれぞれ示す。)で
表される耐熱性酸化物が好ましい。
【0017】Mで示されるアルカリ土類金属としては、
例えば、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、
Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba
(バリウム)、Ra(ラジウム)が挙げられ、好ましく
は、Mg、Ca、Sr、Baが挙げられる。また、Mで
示される希土類金属としては、例えば、Y(イットリウ
ム)、Sc(スカンジウム)、La(ランタン)、Pr
(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチ
ウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユーロビウム)、
Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジ
スプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウ
ム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、L
u(ルテチウム)が挙げられ、好ましくは、Y、Sc、
La、Pr、Ndが挙げられる。これらアルカリ土類金
属または希土類金属は、単独で用いてもよく、また、2
種以上併用してもよい。
【0018】また、yで示されるMの原子割合は0〜
0.20の範囲、すなわち、Mが耐熱性酸化物の成分と
して含まれていないか、あるいは、含まれている場合に
は、0.20以下の範囲である。
【0019】また、xで示されるZr(ジルコニウム)
の原子割合は、0.20〜0.70の範囲である。0.
20に満たないと、耐熱性が低下する場合があり、ま
た、0.70を超えると、Ce(セリウム)の不足によ
り酸素ストレージ能が低下する場合がある。
【0020】したがって、1−(x+y)で示されるC
eの原子割合は、0.10〜0.80の範囲である。な
お、Ceの原子割合は、0.35〜0.70の範囲であ
ることが、さらに好ましい。
【0021】また、Zは酸素欠陥量を示し、これは、C
e、ZrおよびMの酸化物が通常形成するホタル石型の
結晶格子において、その結晶格子にできる空孔の割合を
意味する。
【0022】このようなセリウム系複合酸化物は、公知
の方法を用いて製造することができる。例えば、酸化セ
リウム粉末に水を加えてスラリーとした後、このスラリ
ーに、ジルコニウム塩およびアルカリ土類金属塩および
/または希土類金属塩を所定の化学量論比で混合した水
溶液を加えて、十分に攪拌した後、酸化処理を行なえば
よい。
【0023】酸化セリウム粉末は、市販品でよいが、酸
素ストレージ能を向上させるため、比表面積の大きいも
のが好ましく、結晶粒径が0.1μm以下のものが好ま
しい。この酸化セリウム粉末1重量部に約10〜50重
量部の水を加えてスラリーとする。
【0024】また、ジルコニウム塩およびアルカリ土類
金属塩および/または希土類金属塩の塩としては、例え
ば、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、りん酸塩等の無機塩、例
えば、酢酸塩、しゅう酸塩等の有機酸塩が挙げられ、好
ましくは、硝酸塩が挙げられる。これらジルコニウム塩
およびアルカリ土類金属塩および/または希土類金属塩
は、化学量論比で上記した所定の原子割合の範囲となる
割合で、それぞれ1重量部に対し0.1〜10重量の水
に溶解して混合水溶液とする。
【0025】そして、この混合水溶液を、上記のスラリ
ーに加えて十分に攪拌混合した後、酸化処理を行なう。
この酸化処理は、先ず、真空乾燥機などを用いて減圧乾
燥を行なった後、好ましくは、約50〜200℃で約1
〜48時間乾燥し乾燥物を得て、得られた乾燥物を、約
350〜1000℃、好ましくは、約400〜700℃
で約1〜12時間、好ましくは、約2〜4時間焼成すれ
ばよい。この焼成において、耐熱性酸化物の少なくとも
一部が、複合酸化物および/または固溶体となるように
して、耐熱性酸化物の耐熱性を向上させることが好まし
い。複合酸化物および/または固溶体を形成するための
好適な焼成条件は、耐熱性酸化物の組成およびその割合
において適宜決定される。
【0026】また、このセリウム系複合酸化物は、所定
の化学量論比となるように、セリウム、ジルコニウムお
よびアルカリ土類金属および/または希土類金属を含む
塩の溶液を調製して、この溶液にアルカリ性水溶液を加
え、セリウム、ジルコニウムおよびアルカリ土類金属お
よび/または希土類金属を含む塩を共沈させた後、この
共沈物を酸化処理するようにしてもよい。この場合、用
いる塩としては、上記した例示の塩が挙げられ、また、
アルカリ性水溶液としては、例えば、ナトリウム、カリ
ウムなどのアルカリ金属塩やアンモニアなどの水溶液の
他、適宜公知の緩衝剤が挙げられ、アルカリ水溶液を加
えた後の溶液のPHが8〜11程度となるように調製す
ることが好ましい。また、酸化処理は、共沈物を濾過洗
浄後、上記と同様の酸化処理を行なえばよい。
【0027】また、このセリウム系複合酸化物は、所定
の化学量論比となるように、セリウム、ジルコニウムお
よびアルカリ土類金属および/または希土類金属を含む
混合アルコキシド溶液を調製して、この混合アルコキシ
ド溶液に脱イオン水を加えて、共沈あるいは加水分解さ
せて、この共沈物あるいは加水分解生成物を酸化処理す
るようにしてもよい。この場合、混合アルコキシド溶液
の調製は、セリウム、ジルコニウムおよびアルカリ土類
金属および/または希土類金属の各アルコラート体を、
トルエン、キシレンなどの有機溶媒中で混合することに
より調製すればよい。各アルコラート体を形成するアル
コキシドとしては、メトキシド、エトキシド、プロポキ
シド、ブトキシドなどや、これらのエトキシエチレート
あるいはメトシキプロピレートなどのアルコキシアルコ
ラートなどが挙げられる。また、酸化処理は、共沈物あ
るいは加水分解生成物を濾過洗浄後、上記と同様の酸化
処理を行なえばよい。
【0028】また、ジルコニウム系複合酸化物として
は、下記一般式(2) Zr1−(a+b)Ce2−c (2) (式中、Nはアルカリ土類金属または希土類金属を、c
は酸素欠陥量を示し、aは0.10〜0.35の原子割
合を、bは0〜0.20の原子割合を、1−(a+b)
は0.45〜0.90の原子割合をそれぞれ示す。)で
表される耐熱性酸化物が好ましい。
【0029】Nで示されるアルカリ土類金属または希土
類金属としては、上記したアルカリ土類金属または希土
類金属と同様のものが挙げられる。アルカリ土類金属と
して、好ましくは、Mg、Ca、Sr、Baが挙げら
れ、また、希土類金属として、好ましくは、Y、Sc、
La、Pr、Ndが挙げられる。これらアルカリ土類金
属または希土類金属は、単独で用いてもよく、また、2
種以上併用してもよい。
【0030】また、bで示されるNの原子割合は0〜
0.20の範囲、すなわち、Nが耐熱性酸化物の成分と
して含まれていないか、あるいは、含まれている場合に
は、0.20以下の範囲である。0.20を超えると、
比表面積が低下する場合がある。
【0031】また、aで示されるCeの原子割合は、
0.10〜0.35の範囲である。0.10に満たない
と、比表面積が低下する場合がある。
【0032】したがって、1−(a+b)で示されるZ
rの原子割合は、0.45〜0.90の範囲である。こ
の範囲を満足しない場合には、目的とする比表面積にな
らない場合があり、また、目的とする耐熱性が得られな
い場合がある。なお、Zrの原子割合は、0.65〜
0.90の範囲であることが、さらに好ましい。
【0033】また、cは酸素欠陥量を示し、これは、Z
r、CeおよびNの酸化物が通常形成するホタル石型の
結晶格子において、その結晶格子にできる空孔の割合を
意味する。
【0034】このようなジルコニウム系複合酸化物は、
上記と同様の方法を用いるなど、公知の方法を用いて製
造することができる。
【0035】また、アルミナとしては、主としてγ−ア
ルミナなど、市販品を用いることができる。
【0036】そして、貴金属は、これらセリウム系複合
酸化物、ジルコニウム系複合酸化物およびアルミナのい
ずれかの耐熱性酸化物に担持されていることが好まし
い。耐熱性酸化物に貴金属を担持させるには、特に制限
されず、公知の方法を用いることができる。例えば、貴
金属を含む塩の溶液を調製し、この含塩溶液を耐熱性酸
化物に含浸させた後、焼成すればよい。
【0037】この場合、含塩溶液としては、上記した例
示の塩の溶液を用いてもよく、また実用的には、硝酸塩
水溶液、ジニトロジアンミン硝酸溶液、塩化物水溶液な
どが用いられる。より具体的には、白金塩溶液として、
例えば、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液、塩化白金酸
溶液、4価白金アンミン溶液などが、パラジウム塩溶液
として、例えば、硝酸パラジウム水溶液、ジニトロジア
ンミンパラジウム硝酸溶液、4価パラジウムアンミン硝
酸溶液などが、ロジウム塩溶液として、例えば、硝酸ロ
ジウム溶液、塩化ロジウム溶液などが好ましく用いられ
る。耐熱性酸化物に貴金属を含浸させた後は、好ましく
は、約50〜200℃で約1〜48時間乾燥し、さら
に、約350〜1000℃で約1〜12時間焼成する。
【0038】また、耐熱性酸化物に貴金属を担持させる
他の方法として、上記した耐熱性酸化物の製造工程にお
いて、セリウム、ジルコニウムおよびアルカリ土類金属
および/または希土類金属を含む塩の溶液や混合アルコ
キシド溶液を共沈あるいは加水分解する時に、貴金属塩
の溶液を加えて、耐熱性酸化物の各成分とともに貴金属
塩を共沈させて、その後、酸化処理を行なってもよい。
【0039】そして、外側層には、このようにして得ら
れた貴金属が担持される耐熱性酸化物と、セリウム系複
合酸化物とが含まれている。外側層の好ましい組成の形
態としては、例えば、貴金属がセリウム系複合酸化物に
担持されている場合には、その貴金属が担持されている
セリウム系複合酸化物のみによって構成されていてもよ
く、また、これに、さらに、貴金属が担持されているジ
ルコニウム系複合酸化物、貴金属が担持されているアル
ミナ、セリウム系複合酸化物、ジルコニウム系複合酸化
物およびアルミナのいずれが配合されていてもよい。ま
た、貴金属がジルコニウム系複合酸化物および/または
アルミナに担持されている場合には、その貴金属が担持
されているジルコニウム系複合酸化物および/または貴
金属が担持されているアルミナに、セリウム系複合酸化
物が配合されていればよく、また、これらに、さらに、
ジルコニウム系複合酸化物およびアルミナのいずれが配
合されていてもよい。
【0040】また、内側層は、貴金属が担持されていな
い耐熱性酸化物を含んでいる。内側層を構成する耐熱性
酸化物としては、セリウム系複合酸化物、ジルコニウム
系複合酸化物およびアルミナのいずれかであることが好
ましい。
【0041】なお、セリウム系複合酸化物は、触媒全体
としての酸素ストレージ能を向上させるべく、内側層に
も含まれていることが好ましい。また、ジルコニウム系
複合酸化物は、貴金属に耐熱性を付与すべく、外側層に
含まれていることが好ましい。さらに、アルミナは、耐
熱性の向上および排気ガスの吸着能の向上を図るべく、
内側層および外側層の両方に含まれていることが特に好
ましい。
【0042】したがって、外側層のより好ましい組成と
しては、セリウム系複合酸化物、必要によりジルコニウ
ム系複合酸化物およびアルミナが含まれており、その少
なくとも1種に貴金属が担持されている形態が挙げられ
る。この場合において、各耐熱性酸化物が含まれる割合
は、例えば、触媒担体1Lあたり、セリウム系複合酸化
物が50〜150g、ジルコニウム系複合酸化物が20
〜80g、アルミナが50〜180gであることが好ま
しい。
【0043】なお、外側層において、担持される貴金属
の割合は、例えば、触媒担体1Lあたり0.1〜15
g、さらには、0.5〜10gであることが好ましい。
【0044】また、内側層のより好ましい組成として
は、必要によりセリウム系複合酸化物およびアルミナが
含まれている形態が挙げられる。この場合において、各
耐熱性酸化物が含まれる割合は、例えば、触媒担体1L
あたり、セリウム系複合酸化物が20〜80g、アルミ
ナが20〜90gであることが好ましい。
【0045】次に、触媒担体上に、このような外側層お
よび内側層からなるコート層を形成する方法について説
明する。
【0046】例えば、内側層の形成は、まず、各耐熱性
酸化物に水を加えてスラリーとした後、これらスラリー
を混合して、触媒担体上にコーティングし、約50〜2
00℃で約1〜48時間乾燥し、さらに、約350〜1
000℃で約1〜12時間焼成すればよい。
【0047】次いで、外側層の形成は、まず、貴金属が
担持される耐熱性酸化物および各耐熱性酸化物に水を加
えてスラリーとした後、これらスラリーを混合して、内
側層上にコーティングし、約50〜200℃で約1〜4
8時間乾燥し、さらに、約350〜1000℃で約1〜
12時間焼成すればよい。
【0048】なお、外側層と内側層との割合は、その目
的および用途によって適宜選択される。
【0049】このような方法により、触媒担体上に、外
側層および内側層からなるコート層が形成され、これに
よって、本発明の排ガス浄化用触媒が得られる。このよ
うにして得られた本発明の排ガス浄化用触媒は、低温活
性に優れ、かつ、高温耐久時においても良好な触媒活性
を発現する。そのため、自動車用の排気ガスの浄化用触
媒として好適に用いることができる。
【0050】また、本発明の排ガス浄化用触媒におい
て、外側層および/または内側層は、さらに、Ba、C
a、Sc、Mg、Laの硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩および
/または酢酸塩を含んでいることが好ましい。外側層お
よび/または内側層に、このような硫酸塩、炭酸塩、硝
酸塩および/または酢酸塩を含ませれば、例えば、Pd
の炭化水素(HC)などの被毒を抑制することができ、
触媒活性の低下を防止することができる。このような硫
酸塩、炭酸塩、硝酸塩および/または酢酸塩を含ませる
割合は、その目的および用途によって適宜選択される。
【0051】なお、このような硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩
および/または酢酸塩を含む外側層および/または内側
層の形成は、例えば、内側層の形成においては、上記し
た耐熱性酸化物のスラリーに、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩
および/または酢酸塩を混合すればよく、また、外側層
の形成においては、上記した貴金属が担持される耐熱性
酸化物のスラリーに、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩および/
または酢酸塩を混合すればよい。なお、貴金属としてP
dが耐熱性酸化物に担持されている場合に、このような
硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩および/または酢酸塩を配合す
ると、その効果がより発揮される。
【0052】さらに、本発明の排ガス浄化用触媒におい
ては、触媒担体における排ガス流入側のコート層上に、
さらに、貴金属からなる触媒層が形成されていることが
好ましい。触媒層を形成する貴金属としては、上記と同
様の貴金属が挙げられ、好ましくは、Pt、Rh、Pd
が挙げられる。また、触媒層を形成するには、上記した
貴金属を含む含塩溶液に、コート層が形成された触媒担
体における排ガス流入側の先端部を浸漬して含浸させ、
その後、上記と同様に乾燥および焼成すればよい。好ま
しくは、触媒担体における排ガス流入側の先端から5〜
40mm、好ましくは、20〜30mm程度を含塩溶液
に浸漬し、触媒担体1Lあたり、3〜20g/l、さら
には、5〜10g/lの濃度で貴金属を担持させる。
【0053】このような触媒層を形成することによっ
て、排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素
(HC)および窒素酸化物(NOx)を、排ガス流入口
近傍で、浄化することができるので、触媒全体の劣化を
抑制することができ、効率のよい浄化を実現することが
できる。
【0054】なお、以上の説明に述べた本発明の排ガス
浄化用触媒を、模式的に示すと、例えば、図1のように
なる。すなわち、図1においては、触媒担体1が、略円
筒形のハニカム状のモノリス担体として形成されてお
り、その各セルおよび外側の表面には、内側層2および
外側層3を有するコート層4が形成され、さらに、触媒
担体1における排ガス流入側のコート層4上には、貴金
属からなる触媒層5が形成される。
【0055】なお、以上の説明においては、排ガス浄化
用触媒のコート層を、内側層および外側層の2層として
形成したが、これら内側層および外側層を含んでいれ
ば、3層以上の多層として形成してもよい。
【0056】
【実施例】以下に、実施例および比較例を挙げて本発明
をさらに具体的に説明するが、本発明は、これら実施例
および比較例に何ら限定されるものではない。
【0057】セリウム系複合酸化物Aの調製 セリウムメトキシプロピレート0.1mol、ジルコニ
ウムメトキシプロピレート0.09mol、イットリウ
ムメトキシプロピレート0.01molをトルエン20
0mlに加えて攪拌溶解することにより、混合アルコキ
シド溶液を調製した。この溶液に脱イオン水80mlを
滴下して、アルコキシドを加水分解した。加水分解され
た溶液から、トルエンおよび脱イオン水を留去乾固し
て、Ce0. 50Zr0.450.051.97前駆体を得た。これ
を、60℃、24時間通風乾燥した後、電気炉にて、4
50℃、3時間焼成を行ない、Ce0.50Zr0.450.05
1. 97の組成を有するセリウム系複合酸化物A粉末を得
た。
【0058】耐熱性酸化物B〜Hの調製 セリウム系複合酸化物Aの調製と同様の方法に従って、
下記の組成を有する耐熱性酸化物B〜Hの粉末を得た。
【0059】セリウム系複合酸化物B:Ce0.48Zr
0.450.071.96 セリウム系複合酸化物C:Ce0.60Zr0.320.08
1.96 ジルコニウム系複合酸化物D:Zr0.80Ce0.16La
0.041.98 ジルコニウム系複合酸化物E:Zr0.78Ce0.16La
0.02Nd0.041.97 ジルコニウム系複合酸化物F:Zr0.80Ce0.16La
0.02Nd0.021.97 セリウム−ジルコニウム系複合酸化物G:Ce0.50Zr
0.502.00 セリウム系複合酸化物H:Ce0.80Zr0.202.00 実施例1 内側層:セリウム系複合酸化物A粉末およびAl23
末を、ボールミルにて混合および粉砕し、これに蒸留水
を加えてスラリーを調製した。このスラリーを、モノリ
ス担体(直径105.3mm、長さ123mm、容量
1.08L、4ミル、600セルタイプ、以下同じ)の
各セルの内表面に付着させて、乾燥後、600℃、3時
間焼成することにより内側層を形成した。なお、この内
側層は、モノリス担体1Lあたり、セリウム系複合酸化
物Aが35g、Al23が50gとなるように形成し
た。
【0060】外側層:まず、セリウム系複合酸化物A粉
末に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液を含浸させ、乾
燥後、電気炉にて、600℃、3時間焼成を行ない、P
tをセリウム系複合酸化物Aに担持し、さらにこのPt
担持セリウム系複合酸化物Aに、硝酸ロジウム溶液を含
浸させ、乾燥後、電気炉にて、600℃、3時間焼成を
行ない、Pt−Rh担持耐熱性酸化物A粉末を調製し
た。
【0061】次いで、ジルコニウム系複合酸化物E粉末
に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液を含浸させ、乾燥
後、電気炉にて、600℃、3時間焼成を行ない、Pt
をジルコニウム系複合酸化物Eに担持し、さらにこのP
t担持ジルコニウム系複合酸化物Eに、硝酸ロジウム溶
液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、600℃、3時間
焼成を行ない、Pt−Rh担持ジルコニウム系複合酸化
物E粉末を調製した。
【0062】そして、Pt−Rh担持セリウム系複合酸
化物A粉末、Al23粉末およびPt−Rh担持ジルコ
ニウム系複合酸化物E粉末を、ボールミルにて混合およ
び粉砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。
このスラリーを、既に内側層が形成されているモノリス
担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、600
℃、3時間焼成することにより外側層を形成した。な
お、この外側層は、モノリス担体1Lあたり、Pt−R
h担持セリウム系複合酸化物Aが50g(Pt担持量
0.65g、Rh担持量0.25g)、Al23が55
g、Pt−Rh担持ジルコニウム系複合酸化物Eが50
g(Pt担持量0.65g、Rh担持量0.75g)と
なるように形成した。
【0063】触媒層:さらに、このようなコート層が形
成されたモノリス担体を、硝酸パラジウム溶液に、その
モノリス担体における排ガス流入側の先端から20mm
までを浸漬して含浸させ、乾燥後、600℃、3時間焼
成することによりPdからなる触媒層を形成した。な
お、この触媒層は、モノリス担体1Lあたり5gであっ
た。
【0064】実施例2 内側層:セリウム系複合酸化物A粉末、Al23粉末お
よびBaSO4粉末を、ボールミルにて混合および粉砕
し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。このス
ラリーを、モノリス担体の各セルの内表面に付着させ
て、乾燥後、600℃、3時間焼成することにより内側
層を形成した。なお、この内側層は、モノリス担体1L
あたり、セリウム系複合酸化物Aが40g、Al23
70g、BaSO4が20gとなるように形成した。
【0065】外側層:まず、セリウム系複合酸化物B粉
末に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液を含浸させ、乾
燥後、電気炉にて、600℃、3時間焼成を行ない、P
t担持セリウム系複合酸化物B粉末を調製した。
【0066】次いで、ジルコニウム系複合酸化物D粉末
に、硝酸ロジウム溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉に
て、600℃、3時間焼成を行ない、Rh担持ジルコニ
ウム系複合酸化物D粉末を調製した。
【0067】そして、Pt担持セリウム系複合酸化物B
粉末、Rh担持ジルコニウム系複合酸化物D粉末および
Al23粉末を、ボールミルにて混合および粉砕し、こ
れに蒸留水を加えてスラリーを調製した。このスラリー
を、既に内側層が形成されているモノリス担体の各セル
の内表面に付着させて、乾燥後、600℃、3時間焼成
することにより外側層を形成した。なお、この外側層
は、モノリス担体1Lあたり、Pt担持セリウム系複合
酸化物Bが70g(Pt担持量1.00g)、Rh担持
ジルコニウム系複合酸化物Dが20g(Rh担持量1.
00g)、Al23が50gとなるように形成した。
【0068】触媒層:さらに、このようなコート層が形
成されたモノリス担体を、ジニトロジアンミン白金硝酸
溶液に、そのモノリス担体における排ガス流入側の先端
から20mmまでを浸漬して含浸させ、乾燥後、600
℃、3時間焼成することによりPtからなる触媒層を形
成した。なお、この触媒層は、モノリス担体1Lあたり
5gであった。
【0069】実施例3 内側層:Al23粉末を、ボールミルにて混合および粉
砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。この
スラリーを、モノリス担体の各セルの内表面に付着させ
て、乾燥後、600℃、3時間焼成することにより内側
層を形成した。なお、この内側層は、モノリス担体1L
あたり、Al23が70gとなるように形成した。
【0070】外側層:まず、アルミナ粉末に、ジニトロ
ジアンミン白金硝酸溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉に
て、600℃、3時間焼成を行ない、Ptをアルミナに
担持し、さらにこのPt担持アルミナに、硝酸ロジウム
溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、600℃、3時
間焼成を行ない、Pt−Rh担持アルミナ粉末を調製し
た。
【0071】そして、Pt−Rh担持アルミナ粉末およ
びセリウム系複合酸化物C粉末を、ボールミルにて混合
および粉砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製し
た。このスラリーを、既に内側層が形成されているモノ
リス担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、60
0℃、3時間焼成することにより外側層を形成した。な
お、この外側層は、モノリス担体1Lあたり、Pt−R
h担持アルミナが65g(Pt担持量1.30g、Rh
担持量0.30g)、セリウム系複合酸化物Cが80g
となるように形成した。
【0072】触媒層:さらに、このようなコート層が形
成されたモノリス担体を、硝酸ロジウム溶液に、そのモ
ノリス担体における排ガス流入側の先端から20mmま
でを浸漬して含浸させ、乾燥後、600℃、3時間焼成
することによりRhからなる触媒層を形成した。なお、
この触媒層は、モノリス担体1Lあたり5gであった。
【0073】実施例4 内側層:セリウム系複合酸化物A粉末、Al23粉末
を、ボールミルにて混合および粉砕し、これに蒸留水を
加えてスラリーを調製した。このスラリーを、モノリス
担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、600
℃、3時間焼成することにより内側層を形成した。な
お、この内側層は、モノリス担体1Lあたり、セリウム
系複合酸化物Aが30g、Al23が30gとなるよう
に形成した。
【0074】外側層:まず、セリウム系複合酸化物A粉
末に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液を含浸させ、乾
燥後、電気炉にて、600℃、3時間焼成を行ない、P
t担持セリウム系複合酸化物A粉末を調製した。
【0075】次いで、ジルコニウム系複合酸化物F粉末
に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液を含浸させ、乾燥
後、電気炉にて、600℃、3時間焼成を行ない、Pt
をジルコニウム系複合酸化物Fに担持し、さらにこのP
t担持ジルコニウム系複合酸化物Fに、硝酸ロジウム溶
液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、600℃、3時間
焼成を行ない、Pt−Rh担持ジルコニウム系複合酸化
物F粉末を調製した。
【0076】そして、Pt担持セリウム系複合酸化物A
粉末、Pt−Rh担持ジルコニウム系複合酸化物F粉末
およびAl23粉末を、ボールミルにて混合および粉砕
し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。このス
ラリーを、既に内側層が形成されているモノリス担体の
各セルの内表面に付着させて、乾燥後、600℃、3時
間焼成することにより外側層を形成した。なお、この外
側層は、モノリス担体1Lあたり、Pt担持セリウム系
複合酸化物Aが40g(Pt担持量0.65g)、Pt
−Rh担持ジルコニウム系複合酸化物Fが40g(Pt
担持量0.65g、Rh担持量0.40g)、Al23
が55gとなるように形成した。
【0077】実施例5 内側層:セリウム系複合酸化物A粉末、Al23粉末
を、ボールミルにて混合および粉砕し、これに蒸留水を
加えてスラリーを調製した。このスラリーを、モノリス
担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、600
℃、3時間焼成することにより内側層を形成した。な
お、この内側層は、モノリス担体1Lあたり、耐熱性酸
化物Aが20g、Al23が30gとなるように形成し
た。
【0078】外側層:まず、セリウム系複合酸化物A粉
末に、硝酸パラジウム溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉
にて、600℃、3時間焼成を行ない、Pd担持セリウ
ム系複合酸化物A粉末を調製した。
【0079】次いで、ジルコニウム系複合酸化物Dに、
硝酸ロジウム溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、6
00℃、3時間焼成を行ない、Rh担持ジルコニウム系
複合酸化物D粉末を調製した。
【0080】そして、Pd担持セリウム系複合酸化物A
粉末、Rh担持ジルコニウム系複合酸化物D粉末、Al
23粉末およびBaSO4粉末を、ボールミルにて混合
および粉砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製し
た。このスラリーを、既に内側層が形成されているモノ
リス担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、60
0℃、3時間焼成することにより外側層を形成した。な
お、この外側層は、モノリス担体1Lあたり、Pd担持
セリウム系複合酸化物Aが50g(Pt担持量1.00
g)、Rh担持ジルコニウム系複合酸化物Dが30g
(Rh担持量0.60g)、Al23が50g、BaS
4 が15gとなるように形成した。
【0081】比較例1 内側層:Al23粉末およびセリウム−ジルコニウム系
複合酸化物G粉末を、ボールミルにて混合および粉砕
し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。このス
ラリーを、モノリス担体の各セルの内表面に付着させ
て、乾燥後、600℃、3時間焼成することにより内側
層を形成した。なお、この内側層は、モノリス担体1L
あたり、Al23が50g、セリウム−ジルコニウム系
複合酸化物Gが35gとなるように形成した。さらに、
この内側層を、硝酸パラジウム溶液に浸漬して、乾燥
後、600℃、3時間焼成することにより、内側層にP
dを含浸担持した。なお、モノリス担体1Lあたり、P
dの担持量は、0.81gであった。
【0082】外側層:Al23粉末およびセリウム−ジ
ルコニウム系複合酸化物G粉末を、ボールミルにて混合
および粉砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製し
た。このスラリーを、既に内側層が形成されているモノ
リス担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、60
0℃、3時間焼成することにより外側層を形成した。な
お、この外側層は、モノリス担体1Lあたり、Al23
が55g、セリウム−ジルコニウム系複合酸化物Gが5
0gとなるように形成した。さらに、この外側層を、ジ
ニトロジアンミン白金硝酸溶液に浸漬して、乾燥後、6
00℃、3時間焼成した後、硝酸ロジウム溶液に浸漬
し、乾燥後、600℃、3時間焼成することにより、外
側層にPt−Rhを含浸担持した。なお、モノリス担体
1Lあたり、Ptの担持量は、1.30g、Rhの担持
量は、1.00gであった。
【0083】比較例2 内側層:Al23粉末およびセリウム系複合酸化物H粉
末を、ボールミルにて混合および粉砕し、これに蒸留水
を加えてスラリーを調製した。このスラリーを、モノリ
ス担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、600
℃、3時間焼成することにより内側層を形成した。な
お、この内側層は、モノリス担体1Lあたり、Al 23
が60g、セリウム系複合酸化物Hが70gとなるよう
に形成した。
【0084】外側層:Al23粉末を、ボールミルにて
混合および粉砕し、これに蒸留水を加えてスラリーを調
製した。このスラリーを、既に内側層が形成されている
モノリス担体の各セルの内表面に付着させて、乾燥後、
600℃、3時間焼成することにより外側層を形成し
た。なお、この外側層は、モノリス担体1Lあたり、A
23が55gとなるように形成した。さらに、この外
側層を、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液に浸漬して、
乾燥後、600℃、3時間焼成した後、硝酸ロジウム溶
液に浸漬し、乾燥後、600℃、3時間焼成することに
より、外側層にPt−Rhを含浸担持した。なお、モノ
リス担体1Lあたり、Ptの担持量は、1.30g、R
hの担持量は、0.80gであった。
【0085】比較例3 まず、セリウム系複合酸化物H粉末に、ジニトロジアン
ミン白金硝酸溶液を含浸させ、乾燥後、電気炉にて、6
00℃、3時間焼成を行ない、Ptをセリウム系複合酸
化物Hに担持し、さらにこのPt担持セリウム系複合酸
化物Hに、硝酸ロジウム溶液を含浸させ、乾燥後、電気
炉にて、600℃、3時間焼成を行ない、Pt−Rh担
持耐熱性酸化物H粉末を調製した。
【0086】そして、Pt−Rh担持耐熱性酸化物H粉
末、Al23粉末を、ボールミルにて混合および粉砕
し、これに蒸留水を加えてスラリーを調製した。このス
ラリーを、モノリス担体の各セルの内表面に付着させ
て、乾燥後、600℃、3時間焼成することにより、1
層からなるコート層を形成した。なお、このコート層
は、モノリス担体1Lあたり、Pt−Rh担持耐熱性酸
化物Hが70g(Pt担持量1.30g、Rh担持量
0.40g)、Al23が120gとなるように形成し
た。
【0087】1150℃耐久試験 排気量4リッター・V型8気筒エンジンを実車に搭載
し、このエンジンの片バンク(4気筒)に、実施例およ
び比較例の排ガス浄化用触媒を連結して、図2に示すサ
イクルを1サイクル(30秒)として、このサイクルを
1800回繰り返す(計30時間)ことにより、耐久試
験を実施した。
【0088】1サイクルは、図2に示すように、0〜5
秒の間は、フィードバック制御によって、理論空燃比
(A/F=14.6)であるストイキ状態に維持された
ガソリンと空気との混合ガスをエンジンに供給するとと
もに、排ガス浄化用触媒(触媒床)の内部温度が、85
0℃近辺となるように設定した。5〜7秒の間は、フィ
ードバックをオープンにするとともに、燃料を過剰に噴
射して燃料リッチな状態(A/F=11.2)の混合ガ
スをエンジンに供給した。7〜28秒の間は、引き続い
て、フィードバックをオープンにして燃料を過剰に供給
したままで、各触媒部の上流側から導入管を介してエン
ジンの外部から二次空気を吹き込んで、触媒床内部にお
いて過剰な燃料と二次空気とを反応させて触媒床温度を
上昇させた。このときの最高温度は1150℃であり、
A/Fは、ほぼ理論空燃比である14.8に維持した。
最後の28〜30秒の間は、燃料を供給せずに二次空気
を供給し、リーン状態とした。なお、燃料は、ガソリン
にリン化合物を添加した状態で供給し、その添加量をリ
ン元素に換算して、耐久試験の合計を0.41gとし
た。また、触媒床温度は、ハニカム担体の中心部に挿入
した熱電対によって計測した。
【0089】A/F特性評価(80%浄化ウインドウ) 以上に説明した耐久試験を行なった各触媒部に対して、
まず、900℃で2時間アニーリング処理を実施した。
次いで、混合ガスを、燃料リッチな状態からリーン状態
に変化させつつエンジンに供給するとともに、これをエ
ンジンで燃焼させたときの排出ガスを、実施例および比
較例の排ガス浄化用触媒によって浄化した。この時、C
OおよびNOが浄化される割合をそれぞれ測定し、こ
れらの成分の浄化率が一致する時の浄化率をCO−NO
クロスポイント浄化率とし、また、CO、NO、H
C全ての浄化率が80%以上である幅の範囲を80%浄
化ウインドウとした。
【0090】なお、このような浄化率の測定は、エンジ
ンを自動車に実際に搭載させた状態ではなく、エンジン
のみの状態で実施した。また、各触媒部に供給する排気
ガスの温度を460℃、その空間速度SVを80000
/hとした。その結果を、表1に示す。
【0091】低温特性評価(HC50%浄化温度) エンジンにストイキ状態(A/F=14.6±0.2)
の混合ガスを供給し、この混合ガスの燃焼によって排出
される排気ガスの温度を30℃/分の割合で上昇させつ
つ、実施例および比較例の排ガス浄化用触媒の各触媒部
に供給し、排気ガス中のHCが50%浄化される時の温
度を測定した。この測定は、排気ガスの空間速度SVを
80000/hとして実施した。その結果を、表1に示
す。
【0092】
【表1】
【発明の効果】本発明の排ガス浄化用触媒は、低温活性
に優れ、かつ、高温耐久時においても良好な触媒活性を
発現する。そのため、自動車用の排気ガスの浄化用触媒
として好適に用いることができる。
【0093】さらに、本発明の排ガス浄化用触媒では、
触媒担体における排ガス流入側のコート層上に、さら
に、貴金属からなる触媒層を形成することにより、排ガ
ス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)
および窒素酸化物(NOx)を、排ガス流入口近傍で、
浄化することができ、これによって、触媒全体の劣化を
抑制することができるとともに、効率のよい浄化を実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排ガス浄化用触媒の一実施形態を模式
的に示す断面図である。
【図2】1150℃耐久試験の1サイクルの工程を示す
タイムチャートである。
【符号の説明】
1 触媒担体 2 内側層 3 外側層 4 コート層 5 貴金属からなる触媒層
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/232 B01J 31/28 A 27/25 F01N 3/10 A 31/28 3/28 301A F01N 3/10 B01D 53/36 104A 3/28 301 B01J 23/56 301A (72)発明者 田中 裕久 大阪府池田市桃園2丁目1番1号 ダイハ ツ工業株式会社内 Fターム(参考) 3G091 AA02 AB03 BA02 BA14 BA15 BA19 FA04 FB02 FB03 GA06 GA19 GB03Z GB04Z GB05Z GB06Z GB07Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 BA01Y BA02Y BA03X BA08X BA15X BA15Y BA18Y BA19X BA30X BA31X BA33X BA42X BB02 EA04 4G069 AA03 AA08 AA09 AA11 BA01B BA21A BA21B BB06A BB06B BB10A BB10B BB12A BB16A BC08A BC10A BC13A BC13B BC32A BC33A BC38A BC39A BC42A BC69A BC71A BC71B BC72A BC72B BC75A BC75B CA03 CA09 DA06 EA19 EE06 FA02 FA03 FB14 FB15

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒担体上に担持されるコート層を有
    し、 前記コート層は、表面に形成される外側層と、その外側
    層の内側に形成される内側層とを含み、 前記外側層は、予め耐熱性酸化物に担持されている貴金
    属と、セリウム系複合酸化物とを含み、 前記内側層は、貴金属が担持されていない耐熱性酸化物
    を含んでいることを特徴とする、排ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 前記外側層において、貴金属を担持する
    耐熱性酸化物が、セリウム系複合酸化物、ジルコニウム
    系複合酸化物およびアルミナからなる群から選ばれる少
    なくとも1種であり、 前記内側層の耐熱性酸化物が、セリウム系複合酸化物、
    ジルコニウム系複合酸化物およびアルミナからなる群か
    ら選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、請
    求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
  3. 【請求項3】 前記セリウム系複合酸化物が、下記一般
    式(1) Ce1−(x+y)Zr2−z (1) (式中、Mはアルカリ土類金属または希土類金属を、z
    は酸素欠陥量を示し、xは0.20〜0.70の原子割
    合を、yは0〜0.20の原子割合を、1−(x+y)
    は0.10〜0.80の原子割合をそれぞれ示す。)で
    表される耐熱性酸化物であり、前記ジルコニウム系複合
    酸化物が、下記一般式(2) Zr1−(a+b)Ce2−c (2) (式中、Nはアルカリ土類金属または希土類金属を、c
    は酸素欠陥量を示し、aは0.10〜0.35の原子割
    合を、bは0〜0.20の原子割合を、1−(a+b)
    は0.45〜0.90の原子割合をそれぞれ示す。)で
    表される耐熱性酸化物であることを特徴とする、請求項
    1または2に記載の排ガス浄化用触媒。
  4. 【請求項4】 前記貴金属が、Pt、Rh、Pdからな
    る群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とす
    る、請求項1〜3のいずれかに記載の排ガス浄化用触
    媒。
  5. 【請求項5】 前記外側層および/または前記内側層
    は、さらに、Ba、Ca、Sc、Mg、Laの硫酸塩、
    炭酸塩、硝酸塩および/または酢酸塩を含んでいること
    を特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の排ガス
    浄化用触媒。
  6. 【請求項6】 前記触媒担体における排ガス流入側のコ
    ート層上に、さらに、貴金属からなる触媒層が形成され
    ていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記
    載の排ガス浄化用触媒。
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