JP2006075716A - 排ガス浄化用触媒、排ガス浄化装置および内燃機関を備えるシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属から成る活性成分と、周囲の窒素酸化物濃度に応じて窒素酸化物を吸放出するNOx吸蔵材と、A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる化合物とを備える排ガス浄化用触媒を用いる。
【選択図】 図1
Description
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属と、
周囲の窒素酸化物濃度に応じて窒素酸化物を吸放出するNOx吸蔵材と、
A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる化合物と
を備えることを要旨とする。
請求項1または2記載の排ガス浄化用触媒を備えることを要旨とする。
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属と、周囲の窒素酸化物濃度に応じて窒素酸化物を吸放出するNOx吸蔵材と、を備える触媒部と、
A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる化合物を備える酸素吸放出部と
を備え、
浄化すべき前記排ガスが、前記酸素吸放出部を通過した後に前記触媒部に供給されるように、前記酸素吸放出部と前記触媒部とが直列に接続されていることを要旨とする。
前記内燃機関から排出される排ガスが導入される請求項3ないし5いずれか記載の排ガス浄化装置を備え、
前記内燃機関の運転モードとして、該内燃機関における燃焼反応の空燃比がストイキとなるように制御する第1のモードと、前記内燃機関における燃焼反応の空燃比が酸素過剰となるように制御する第2のモードとを有することを要旨とする。
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属と、
比較的高温の条件下において酸素の吸放出を行なう第1の酸素吸放出材と、該第1の酸素吸放出材が酸素の吸放出を行なう温度よりも低温の条件下において酸素の吸放出を行なう第2の酸素吸放出材と、
を備えることを要旨とする。
請求項7ないし9いずれか記載の排ガス浄化用触媒を備えることを要旨とする。
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属を備える触媒部と、
比較的高温の条件下において酸素の吸放出を行なう第1の酸素吸放出材を備える第1の酸素吸放出部と、
前記第1の酸素吸放出材が酸素の吸放出を行なう温度よりも低温の条件下において酸素の吸放出を行なう第2の酸素吸放出材を備える第2の酸素吸放出部と
を備え、
浄化すべき前記排ガスの流れに対して前記触媒部の上流側に、前記第1および第2の酸素吸放出部が配設されていることを要旨とする。
A.第1の排ガス浄化用触媒:
B.第1の排ガス浄化装置:
C.第1の排ガス浄化用触媒および排ガス浄化装置の変形例:
D.第2の排ガス浄化用触媒:
E.第2の排ガス浄化装置:
F.第2の排ガス浄化用触媒および排ガス浄化装置の変形例:
本発明の実施の形態としての第1の排ガス浄化用触媒は、酸化還元反応に関わる触媒活性を示す活性成分と、A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる酸素吸放出材と、NOx吸蔵材とを備えている。図1は、第1の排ガス浄化用触媒の構成の概略を模式的に現わす説明図である。図1に示すように、第1の排ガス浄化用触媒では、微粒子状の酸素吸放出材上に、活性成分と、NOx吸蔵材とが担持されている。なお、酸素吸放出材は、実際には多数の微細孔を備えており、その表面に、活性成分およびNOx吸蔵材が分散担持されている。
図3は、第1の排ガス浄化用触媒を備える第1の排ガス浄化装置15と、内燃機関であるエンジン20とを備えるシステム10の構成を表わす概略図である。システム10は、さらに、エンジン20の駆動制御を行なう制御部28を備えている。このようなシステム10を、例えば車両に搭載すれば、エンジン20によって車両の駆動力を発生させると共に、エンジン20から排出される排ガスを排ガス浄化装置15によって浄化することができる。
上記第1の排ガス浄化用触媒では、A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる酸素吸放出材を触媒担体として、この触媒担体上に、活性成分である金属とNOx吸蔵材とを担持させているが、異なる構成としても良い。例えば、A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる酸素吸放出材に加えて、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、シリカ(SiO2)等の多孔質酸化物をさらに触媒担体として用いても良い。このような場合には、図2に示した活性成分を担持させるステップS120に先だって、A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)の微粒子に、上記した多孔質酸化物の微粒子を混合し、混合した微粒子を触媒担体として、排ガス浄化用触媒を製造すればよい。
第2の排ガス浄化用触媒は、第1の排ガス浄化用触媒と同様にA2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる酸素吸放出材を第1の酸素吸放出材として備え、この第1の酸素吸放出材を触媒担体として、触媒担体上に活性成分である金属を担持している。さらに、第2の排ガス浄化用触媒では、上記第1の酸素吸放出材に加えて、第1の酸素吸放出材が酸素の吸放出を行なう温度よりも低温の条件下で酸素の吸放出を行なう第2の酸素吸放出材を備えている。
上記第2の排ガス浄化用触媒を備える第2の排ガス浄化装置は、図3に示したシステム10において、第1の排ガス浄化装置15に代えて用いることができる。このような第2の排ガス浄化装置を備えるシステムでは、制御部28は、排ガスの温度に関わらず、常にストイキ運転制御を行なう。第2の排ガス浄化装置では、排ガス温度が約500℃以下のときには、第2の酸素吸放出材が、過剰な酸素の吸収および不足する酸素の放出を行なう。また、排ガス温度が約500℃を超えるときには、第1の酸素吸放出材が、過剰な酸素の吸収および不足する酸素の放出を行なう。
上記第2の排ガス浄化用触媒では、活性成分を担持した第1の酸素吸放出材と第2の酸素吸放出材とが混合されているが、異なる構成としても良い。例えば、触媒担体である第1の酸素吸放出材上に、活性成分に加えて第2の酸素吸放出材を担持させることとしても良い。また、第1の酸素吸放出材に加えて、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、シリカ(SiO2)等の多孔質酸化物をさらに触媒担体として用いても良い。
(A−1)実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材:
実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材は、それぞれ、ランタン(La)、プラセオジウム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)を備え、A2O2SO4(Aは上記各元素)と表される。実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材を製造する際には、上記各元素の硫酸塩(A2(SO4)3・nH2O)を用い、この硫酸塩を窒素気流中、900℃で5時間焼成し、上記実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材の粉末を得た。この実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材は、本発明の実施の態様としての第1の排ガス浄化触媒における酸素吸放出材、あるいは、本発明の実施の態様としての第2の排ガス浄化触媒における第1の酸素吸放出材に対応する。
比較例(1)の酸素吸放出材は、CeO2−ZrO2複合酸化物であり、硝酸二アンモニウムセリウム、オキシ硝酸ジルコニウムを用いた溶液合成法により作製した。すなわち、上記試薬の水溶液の混合液を中和して水酸化物の沈殿を得て、この水酸化物を焼成することによって複合酸化物を作製した。ここでは、CeとZrのモル比が1:1となるように上記試薬を混合した。CeO2−ZrO2複合酸化物は、三元触媒において酸素吸放出能を高める助触媒として従来用いられてきたCeO2よりも酸素吸放出量が多い酸化物として知られている。このような比較例(1)の酸素吸放出材は、本発明の実施の態様としての第2の排ガス浄化触媒における第2の酸素吸放出材に対応する。
実施例(1)〜(4)の触媒は、それぞれ、上記実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材を触媒担体として、この触媒担体上に活性成分であるPdを担持させたものである。実施例(1)〜(4)の触媒を作製するには、上記実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材の粉末を、触媒担体量の1wt%に相当するPdを含有する硝酸パラジウム溶液中に分散させて攪拌・乾燥し、蒸発乾固によりPdを触媒担体上に担持させた。このとき、400℃で2時間焼成を行なった。さらに、この焼成物を圧縮後に粉砕し、粉砕物をふるいにかけて、粒径が0.5mm〜1mmであるペレット状に成形して、実施例(1)〜(4)の触媒を完成した。これら実施例(1)〜(4)の触媒に、さらにNOx吸蔵材を加えることで、本発明の実施の態様としての第1の排ガス浄化触媒が得られる。また、実施例(1)〜(4)の触媒に、さらにCeを含有する第2の酸素吸放出材を加えることで、本発明の実施の態様としての第2の排ガス浄化触媒が得られる。
比較例(1)の触媒は、上記比較例(1)の酸素吸放出材を触媒担体として、この触媒担体上に活性成分であるPtを担持させたものである。比較例(1)の触媒を作製するには、上記比較例(1)の酸素吸放出材の粉末を、触媒担体量の1wt%に相当するPtを含有する硝酸白金溶液中に分散させて攪拌・乾燥し、蒸発乾固によりPtを触媒担体上に担持させた。このとき、400℃で2時間焼成を行なった。さらに、この焼成物を圧縮後に粉砕し、粉砕物をふるいにかけて、粒径が0.5mm〜1mmであるペレット状に成形して、比較例(1)の触媒を完成した。
図5は、実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材について、酸素放出能を調べた結果を表わす説明図である。酸素放出能を調べるには、実施例(1)〜(4)の酸素吸放出材のそれぞれを、4重極型質量分析器のリアクター部に1gずつ充填し、試験ガス(10%H2、Heバランス)を供給しつつ、1分間あたり10℃ずつ、900℃まで昇温させた。このように水素を含有する試験ガスを供給すると、酸素吸放出材から酸素が放出されたときには、放出された酸素は試験ガス中の水素と反応して水を生じる。したがって、触媒から放出される酸素量が多いほど試験ガス中の水素が多く消費されて、出ガス中の水素量は減少する。図5において、横軸はリアクター温度を示し、縦軸はイオン強度から算出される出ガス中の水素量を示す。
15…第1の排ガス浄化装置
20…エンジン
21…排気弁
22…吸気弁
23…点火プラグ
25…インジェクタ
28…制御部
30…吸気マニホールド
32…排気マニホールド
34…スロットルバルブ
Claims (13)
- 酸化還元反応を利用して排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒であって、
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属と、
周囲の窒素酸化物濃度に応じて窒素酸化物を吸放出するNOx吸蔵材と、
A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる化合物と
を備える排ガス浄化用触媒。 - 請求項1記載の排ガス浄化用触媒であって、
前記NOx吸蔵材は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素のうちの少なくとも1種以上の元素を含む
排ガス浄化用触媒。 - 酸化還元反応を利用して排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
請求項1または2記載の排ガス浄化用触媒を備える
排ガス浄化装置。 - 酸化還元反応を利用して排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属と、周囲の窒素酸化物濃度に応じて窒素酸化物を吸放出するNOx吸蔵材と、を備える触媒部と、
A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる化合物を備える酸素吸放出部と
を備え、
浄化すべき前記排ガスが、前記酸素吸放出部を通過した後に前記触媒部に供給されるように、前記酸素吸放出部と前記触媒部とが直列に接続されている
排ガス浄化装置。 - 請求項4記載の排ガス浄化装置であって、
前記NOx吸蔵材は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素のうちの少なくとも1種以上の元素を含む
排ガス浄化装置。 - 内燃機関を備えるシステムであって、
前記内燃機関から排出される排ガスが導入される請求項3ないし5いずれか記載の排ガス浄化装置を備え、
前記内燃機関の運転モードとして、該内燃機関における燃焼反応の空燃比がストイキとなるように制御する第1のモードと、前記内燃機関における燃焼反応の空燃比が酸素過剰となるように制御する第2のモードとを有する
システム。 - 酸化還元反応を利用して排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒であって、
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属と、
比較的高温の条件下において酸素の吸放出を行なう第1の酸素吸放出材と、該第1の酸素吸放出材が酸素の吸放出を行なう温度よりも低温の条件下において酸素の吸放出を行なう第2の酸素吸放出材と、
を備える排ガス浄化用触媒。 - 請求項7記載の排ガス浄化用触媒であって、
前記第1の酸素吸放出材は、A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる化合物である
排ガス浄化用触媒。 - 請求項7または8記載の排ガス浄化用触媒であって、
前記第2の酸素吸放出材は、少なくともセリウム(Ce)を含有する酸化物である
排ガス浄化用触媒。 - 酸化還元反応を利用して排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
請求項7ないし9いずれか記載の排ガス浄化用触媒を備える
排ガス浄化装置。 - 酸化還元反応を利用して排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
貴金属および遷移金属のうちの少なくとも一種の金属を備える触媒部と、
比較的高温の条件下において酸素の吸放出を行なう第1の酸素吸放出材を備える第1の酸素吸放出部と、
前記第1の酸素吸放出材が酸素の吸放出を行なう温度よりも低温の条件下において酸素の吸放出を行なう第2の酸素吸放出材を備える第2の酸素吸放出部と
を備え、
浄化すべき前記排ガスの流れに対して前記触媒部の上流側に、前記第1および第2の酸素吸放出部が配設されている
排ガス浄化装置。 - 請求項11記載の排ガス浄化装置であって、
前記第1の酸素吸放出材は、A2O2SO4および/またはA2O2S(Aは希土類元素)と表わされる化合物である
排ガス浄化装置。 - 請求項11または12記載の排ガス浄化装置であって、
前記第2の酸素吸放出材は、少なくともセリウム(Ce)を含有する酸化物である
排ガス浄化装置。
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