JP2002239389A - 触媒の製造方法 - Google Patents

触媒の製造方法

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JP2002239389A
JP2002239389A JP2001041824A JP2001041824A JP2002239389A JP 2002239389 A JP2002239389 A JP 2002239389A JP 2001041824 A JP2001041824 A JP 2001041824A JP 2001041824 A JP2001041824 A JP 2001041824A JP 2002239389 A JP2002239389 A JP 2002239389A
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zeolite
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Hisaya Kawabata
久也 川端
Masahiko Shigetsu
雅彦 重津
Kazuo Misonoo
和夫 御園生
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Mazda Motor Corp
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Mazda Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】Agゼオライト層11と、Pd触媒層12とが
担体10の上に層状に形成されたHC吸着触媒の耐熱性
を高める。 【解決手段】担体10にゼオライト層を形成し、その上
にPd触媒層12を形成した後、Ag溶液を両層11,
12に含浸させて乾燥及び焼成を行なうことにより、P
d触媒層12へのAgの担持量を少なくし、吸着触媒が
高温の排気ガスにさらされたときにPdがAgと反応し
て劣化する絶対量を少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は触媒の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】自動車等のエンジンや各種燃焼器の排気
ガスを浄化するために、特開平7−174017号公報
には、排気ガス温度が低いときに排気ガス中のHC(炭
化水素)を吸着し、HCが脱離し始める温度になると、
この脱離するHCを酸化浄化することができるHC吸着
触媒を用いることが記載されている。
【0003】この公報には、HC吸着触媒として、担体
の上に、ZSM−5(ゼオライトの一種)にAgをイオ
ン交換担持させたAg/ZSM−5を含有する層を形成
し、その上にAl23にPdを担持させてなる触媒の層
を形成し、その上にAl23にRhを担持させてなる触
媒の層を形成したものが記載されている。その製造方法
は、Ag/ZSM−5を含有するスラリー、Al23
Pdを担持させてなる触媒粉を含有するスラリー、並び
にAl23にRhを担持させてなる触媒粉を含有するス
ラリーを準備し、これらスラリーについて、担体へのウ
ォッシュコート・乾燥・焼成を順に行なう、というもの
である。
【0004】特開平11−076826号公報には、活
性金属成分を担持したゼオライト触媒粒子を、層状ケイ
酸塩を原料とするシリカ微粒子で覆うことにより、触媒
の熱的安定性を高めることが記載されている。また、そ
のようなゼオライト触媒粒子として、ケイバン比(Al
23に対するSiO2のモル比)40のプロトン型のβ
型ゼオライトにAgを担持させたものが記載されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ゼオライトは排気ガス
中のHCを吸着するが、排気ガス温度が150℃ぐらい
になると吸着していたHCの放出量が多くなる。Pd触
媒はこのHCの酸化浄化に働くが、150℃程度の温度
では当該触媒が活性を呈する状態になっていない。従っ
て、HCが浄化されないまま大気中に放出される状態を
生ずる。これに対して、Agをゼオライトに担持させる
と、HCの放出温度が高温側にずれ、触媒によるHCの
浄化に有利になる。
【0006】しかし、上記Agを担持させたゼオライト
と、上記Pd触媒とを組み合わせた吸着触媒は、高温の
排気ガスに晒されると、劣化してHC浄化性能が低下す
るという問題がある。本発明はこの問題を解決するもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題に
ついて研究をした結果、ゼオライトに担持されるべきA
gがPd触媒のPdと反応して該Pd触媒の劣化を招い
ていることを見出した。図5は、β型ゼオライトにAg
を担持させてなるAgゼオライト層とPd触媒層とが担
体上に層状に形成されている吸着触媒に熱エージング処
理を施したときの、Pd触媒層をみた電子顕微鏡写真で
ある。同写真中央の直径80nm程度の黒く丸くなった
部分はAgとPdとの化合物である。
【0008】また、本発明者はさらに研究を進めた結
果、当該吸着触媒の製造時にAgゼオライト層のAgが
Pd触媒層に多く移動し、そのために上記Ag・Pdの
化合物を生じ易くなっていることを見出した。
【0009】図6(a)は、担体上のAgゼオライト層
とPd触媒層とを走査電子顕微鏡でみた写真である。同
図(b)はこの両層のAg分布をみた特性X線写真であ
り、Agの存在割合が高くなるほど白くなっている。同
写真から、Agゼオライト層よりもPd触媒層の方にA
gが多く存在していることがわかる。
【0010】上記吸着触媒の製造方法は、担体にβ型
ゼオライトのスラリーをコーティングして乾燥・焼成す
る、得られたゼオライト層にAgNO3水溶液を含浸
させて乾燥・焼成することによりAgゼオライト層を形
成する、活性アルミナ及びセリウムとプラセオジウム
との複酸化物(CeO2−PrO2化合物)にPdを担持
させてなる触媒粉を含有するスラリーを上記Agゼオラ
イト層の上にコーティングして乾燥・焼成することによ
りPd触媒層を形成する、というものである。
【0011】そこで、本発明は、上記吸着触媒の製造方
法に工夫を加えて、Pd触媒層のAg量が少ない吸着触
媒を製造することができるようにしたものである。
【0012】本発明は、Agをゼオライトに担持させた
Agゼオライト層と、Pdをゼオライト以外のサポート
材に担持させた触媒層とが担体上に層状に形成されてい
る触媒の製造方法であって、上記担体上に、上記ゼオラ
イトと、上記Pd及びサポート材を含有する触媒材料と
を、いずれか一方を先にして順次コーティングし、得ら
れたコーティング層に上記Agの溶液を含浸させ、しか
る後に焼成をすることを特徴とする。
【0013】このような触媒の製造方法によれば、Ag
量は、Agゼオライト層の方が、Pd触媒層よりも多く
なる。その理由は明確ではない。
【0014】すなわち、上記〜の手順をとる従来法
において、Agゼオライト層のAgがPd触媒層側に移
動する原因としては、上記のアルミナ含有スラリーへ
のAgの溶出が考えられる。
【0015】これに対して、本発明方法では、2種類の
触媒材料をコーティングした後、すなわち、最後にAg
の含浸を行なうから、上記Ag溶出の問題はない。ゼオ
ライトの方がPd触媒層のサポート材よりもAgを吸着
するサイトが多いため、Agゼオライト層のAg量が多
くなると考えられる。
【0016】但し、その吸着サイトの多少は従来法でも
同じであるから、そのことだけで当該両方法におけるA
g分布量の違いを説明することはできない。従来法のよ
うに、ゼオライトに担持されているAgにアルミナ含有
スラリーが接触すると、Pd触媒層の吸着サイトが少な
いにも拘わらず、Agゼオライト層のAgがPd触媒層
側へ多く移動してしまう何らかの理由があると考えられ
るが、不明である。
【0017】いずれにしても、本発明によれば、Pd触
媒層のAg量が少なくなるから、当該触媒が高温の排気
ガスに晒された場合でも、PdがAgと反応して劣化す
る絶対量が少なくなって、耐熱性の高い触媒を得ること
ができる、ということができる。
【0018】上記Pd触媒層を構成するゼオライト以外
のサポート材としては、Pdの助触媒として働いてHC
の酸化に有利になる活性アルミナと、セリウムとプラセ
オジウムとの複酸化物との組み合わせが好ましい。
【0019】上記Agゼオライト層のゼオライトとして
は、MFI、USY等のY型ゼオライト、フォージャサ
イト等も用いることができるが、HCの吸着能に優れた
β型ゼオライトが好ましい。
【0020】上記担体1L当たりのAgの担持量は7g
以上であることがゼオライトからのHCの脱離を比較的
高い温度まで抑制する上で好ましい。
【0021】上記ゼオライトと、上記Pd及びサポート
材を含有する触媒材料とは、前者を先に上記担体にコー
ティングすることが好ましい。これにより、Agゼオラ
イト層のゼオライトからHCが脱離すると、そのHCは
Pd触媒層を通ることになるため、これをPd触媒で酸
化浄化する上で有利になる。
【0022】上記本発明の製造方法で得られる触媒は、
HCを含有する種々の排気ガスの浄化に適用することが
できるが、車両用エンジン(ガソリンエンジン又はディ
ーゼルエンジン)の排気通路に配置してその排気ガスを
浄化することに適する。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、担体上
に、ゼオライトと、Pd及びサポート材を含有する触媒
材料とを、いずれか一方を先にして順次コーティング
し、得られたコーティング層にAgの溶液を含浸させ、
しかる後に焼成をするようにしたから、Ag量は、Ag
ゼオライト層の方がPd触媒層よりも多くなる、すなわ
ち、Pd触媒層のAg量が少なくなるから、当該触媒が
高温の排気ガスに晒された場合でも、PdがAgと反応
して劣化する絶対量が少なくなり、HC浄化能の低下防
止に有利になる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0025】図1において、符号1は車両用ガソリンエ
ンジン、2はその吸気通路、3は排気通路である。この
排気通路3を構成する排気マニホールド4の集合部に触
媒容器5が直結されてその中に三元触媒6が収容され、
触媒容器5に連結された排気管7の途中に触媒容器8が
介設されてそのなかに吸着触媒9が収容されている。
【0026】<吸着触媒9の構造>図2は吸着触媒9の
触媒層構造を示すものであり、同図において、符号10
はハニカム担体の一部を示し、この担体10の上にAg
ゼオライト層11とPd触媒層12とが、前者が内側に
後者が外側になるように層状に形成されている。図中、
13はハニカム孔である。
【0027】Agゼオライト層11は、サポート材とし
てのβ型ゼオライトにAgを担持させてなるHC吸着材
の層である。β型ゼオライトのケイバン比は120以上
が好ましい。β型ゼオライトの担持量(担体1L当たり
の担持量のこと。以下、同じ。)は例えば100〜20
0g/L程度とすればよい。Ag担持量は7〜30g/
L程度とすればよい。
【0028】Pd触媒層12は、サポート材としての活
性アルミナ及びセリウムとプラセオジウムとの複酸化物
にPdを担持せてなる触媒の層である。活性アルミナの
担持量は例えば50〜100g/L程度とすればよい。
セリウムとプラセオジウムとの複酸化物の担持量は25
〜50g程度とすればよい。Pdの担持量は2〜8g/
L程度とすればよい。
【0029】各層11,12にはバインダが含まれ、A
gゼオライト層11のバインダとしては水和アルミナが
用いられ、Pd触媒層のバインダとしてはジルコニアが
用いられている。各々バインダ担持量はサポート材担持
量の10〜30質量%程度とすればよい。
【0030】<実施例>以下、具体的な実施例を説明す
る。
【0031】担体10としては、断面積約6.45cm
2 (1平方インチ)当たりのセル数が400、相隣るセ
ルを隔てる壁厚が約0.15mm(6ミリインチ)、容
量1.3Lのコージェライト製ハニカム担体を採用し
た。
【0032】Agゼオライト層11は、β型ゼオライト
とベーマイト構造の水和アルミナバインダとの混合層に
Agを溶液にして含浸担持させてなる。β型ゼオライト
の担持量は160g/L、水和アルミナバインダの担持
量はβ型ゼオライト担持量の20質量%となるようにし
た。β型ゼオライトのケイバン比は300であり、Ag
担持量は10g/Lである。
【0033】Pd触媒層12は、サポート材(活性アル
ミナ(γ−アルミナ)及びセリウムとプラセオジウムと
の複酸化物の混合物)にPdを担持させた触媒粉と、ジ
ルコニアバインダとの混合層である。活性アルミナの担
持量は70g/L、セリウムとプラセオジウムとの複酸
化物の担持量は35g/L、ジルコニアバインダの担持
量16g/L、Pdの担持量は5.7g/Lである。ジ
ルコニアバインダとしては酢酸ジルコニルを採用した。
水酸化ジルコニウム又は酢酸ジルコニウムを採用しても
よい。
【0034】上記吸着触媒9の製法は次の通りである。
【0035】−ゼオライト層の形成− β型ゼオライトと水和アルミナバインダとを上述の担持
量の比率で混合し、これに水と硝酸とを加え、ディスパ
ーサで混合撹拌し、スラリーを得る。硝酸はβ型ゼオラ
イト1kg当たり30gとした。
【0036】常温において、上記スラリーにハニカム担
体を浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除
去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを
当該担体にコーティングする。しかる後、当該ハニカム
担体を常温から500℃になるまで一定の昇温速度で
1.5時間をかけて昇温し、その温度に2時間保持した
(乾燥・焼成)。
【0037】−Pd担持触媒粉の調製− 活性アルミナ粉末と、セリウムとプラセオジウムとの複
酸化物の粉末とを上述の担持量の比率で混合し、これに
イオン交換水に硝酸パラジウムを溶解してなる溶液を滴
下し、500℃で乾燥・焼成することにより、Pd担持
触媒粉を得る。
【0038】−Pd触媒層の形成− 上記Pd担持触媒粉とジルコニアバインダとを混合し、
これに上記ゼオライト層の場合と同様に水と硝酸とを加
え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。この
スラリーをハニカム担体の上記ゼオライト層の上に同様
にしてコーティングし、同様の乾燥・焼成処理を行な
う。
【0039】−Ag溶液の含浸担持− 硝酸銀をイオン交換水に溶解し、これを、上記Pdを担
持させたハニカム担体のコーティング層に含浸させる。
しかる後、当該ハニカム担体を常温から200℃まで略
一定の昇温速度で1.5時間をかけて昇温し、その温度
に2時間保持し(乾燥)、200℃から500℃になる
まで略一定の昇温速度で4時間をかけて昇温し、その温
度に2時間保持する(焼成)。
【0040】<Agの分布について>図3(a)は、上
記実施例の吸着触媒のAgゼオライト層とPd触媒層と
を走査電子顕微鏡でみた写真であり、同図(b)はこの
両層のAg分布をみた特性X線写真である。同写真か
ら、Agゼオライト層の方にPd触媒層よりもAgが多
く存在していることがわかる。
【0041】<Ag−Pd化合物の生成について>図4
は、本発明法による実施例の吸着触媒と従来法(先に説
明した〜の手順)による吸着触媒とについて、各々
のベンチエージング後のPd触媒層のXRD(X線回折
分析)プロフィールを示す。ベンチエージングは、最高
850℃となる温度状態(1分間)と570℃となる温
度状態(1分間)とを交互に繰り返すという熱サイクル
を300時間続けるというものである。
【0042】同図によれば、本発明法による場合は、従
来法に比べてAg−Pd化合物の生成量が格段に少なく
なっており、AgがAgゼオライト層に多く存在し、P
d触媒層では少なくなっていること、そうして、触媒の
熱劣化が抑制されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る触媒を車両用エンジンの排気ガス
の浄化に用いる場合の触媒の配置を示す図。
【図2】本発明に係る触媒構造を示す断面図。
【図3】(a)は本発明に係る吸着触媒の走査電子顕微
鏡写真である。(b)は同触媒のAg分布をみた特性X
線写真である。
【図4】本発明法及び従来法の各々に係る吸着触媒のベ
ンチエージング後のPd触媒層のXRDプロフィール
図。
【図5】従来法による吸着触媒のベンチエージング後の
Pd触媒層の電子顕微鏡写真。
【図6】(a)は従来法に係る吸着触媒の走査電子顕微
鏡写真である。(b)は同触媒のAg分布をみた特性X
線写真である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 吸気通路 3 排気通路 6 三件触媒 9 吸着触媒 10 担体 11 Agゼオライト層 12 Pd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) F01N 3/10 B01D 53/36 C (72)発明者 御園生 和夫 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G091 AA02 AA17 AA18 AA28 AB02 AB03 AB10 BA07 BA14 BA15 BA19 BA39 FB03 FC08 GA06 GA07 GA16 GB01X GB04X GB05X GB05Y GB07W GB09X GB09Y GB10X GB16X HA08 HA18 HA19 4D048 AA18 AB01 BA03X BA08X BA10X BA11X BA18X BA19X BA31X BA34X BA42X BB02 4G066 AA15B AA61B CA51 DA02 FA12 FA37 4G069 AA03 AA08 AA09 AA11 BA01B BA05B BA07A BA07B BA13B BB06A BB06B BC32A BC32B BC32C BC72A BC72B BC72C CA03 CA07 CA15 DA06 EC29 ED06 EE09 FA02 FA03 FB14 ZA19A ZA19B

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Agをゼオライトに担持させたAgゼオ
    ライト層と、Pdをゼオライト以外のサポート材に担持
    させたPd触媒層とが担体上に層状に形成されている触
    媒の製造方法であって、 上記担体上に、上記ゼオライトと、上記Pd及びサポー
    ト材を含有する触媒材料とを、いずれか一方を先にして
    順次コーティングし、得られたコーティング層に上記A
    gの溶液を含浸させ、しかる後に焼成をすることを特徴
    とする触媒の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の触媒の製造方法におい
    て、 上記サポート材が活性アルミナ及びセリウムとプラセオ
    ジウムとの複酸化物であることを特徴とする触媒の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の触媒の製造方法におい
    て、 上記ゼオライトがβ型ゼオライトであることを特徴とす
    る触媒の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の触媒の製造方法におい
    て、 上記担体1L当たりのAgの担持量が7g以上であるこ
    とを特徴とする触媒の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の触媒の製造方法におい
    て、 上記ゼオライトと、上記Pd及びサポート材を含有する
    触媒材料とは、前者を先に上記担体にコーティングする
    ことを特徴とする触媒の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一に記
    載の触媒の製造方法において、 上記触媒は車両用エンジンの排気通路に配置されて排気
    ガスを浄化するものであることを特徴とする触媒の製造
    方法。
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