JP2007038073A

JP2007038073A - 排ガス浄化用触媒

Info

Publication number: JP2007038073A
Application number: JP2005223068A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Ishii; 伴和石井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】高いＣＯ酸化活性を達成する排ガス浄化用触媒を提供する。
【解決手段】ＣｕとＭｎの複合酸化物とアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物を含み、Ｃｕ、Ｍｎ及びアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の総量100wt％に対し、Ｃｕを２２〜３０wt％、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を２〜１０wt％、及びＭｎを残余含む排ガス浄化用触媒。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒に関し、詳細には、ＣＯ酸化能に優れた排ガス浄化用触媒に関する。

従来より自動車の排ガス浄化用触媒として、理論空燃比（ストイキ）において排ガス中のＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯxの還元とを同時に行って浄化する三元触媒が用いられている。このような三元触媒としては、例えばコーディエライトなどからなる耐熱性基材にγ−アルミナからなる多孔質担体層を形成し、その多孔質担体層に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）などの触媒貴金属を担持させたものが広く知られている。

一方、近年、地球環境保護の観点から、自動車などの内燃機関から排出される排ガス中の二酸化炭素（ＣＯ₂）が問題とされ、その解決策として酸素過剰雰囲気において希薄燃焼させるいわゆるリーンバーンが有望視されている。このリーンバーンにおいては、燃費が向上するために燃料の使用が低減され、その燃焼排ガスであるＣＯ₂の発生を抑制することができる。

これに対し、従来の三元触媒は、空燃比が理論空燃比（ストイキ）において排ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯxを同時に酸化・還元し、浄化するものであって、前記三元触媒はリーンバーン時の排ガスの酸素過剰雰囲気下においては、ＮＯxの還元除去に対しては充分な浄化性能を示さない。このため、酸素過剰雰囲気下においてもＮＯxを浄化しうる触媒が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第２７７２１１７号公報

上記の特許文献１に記載の触媒は、結晶性シリケートに活性金属として銅又は銅と他の金属の混合物を担持させてなるものであり、脱硝活性を示すが、ＣＯの浄化性能には改善の余地がある。本発明は、ＣＯ酸化能に優れた排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するため本発明によれば、ＣｕとＭｎの複合酸化物とアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物を含み、Ｃｕ、Ｍｎ及びアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の総量100wt％に対し、Ｃｕを２２〜３０wt％、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を２〜１０wt％、及びＭｎを残余含む排ガス浄化用触媒が提供される。

本発明の排ガス浄化用触媒では、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が排ガス中のＣＯを炭酸塩として蓄え、活性種であるＣｕとＭｎの複合酸化物が炭酸塩から脱離してきたＣＯを酸化しやすいため、ＣＯ酸化能が向上する。

本発明の排ガス浄化用触媒は、ＣｕとＭｎの複合酸化物とアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物を含む。それぞれの成分の量は、Ｃｕ、Ｍｎ及びアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の総量100wt％に対し、Ｃｕが２２〜３０wt％、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が２〜１０wt％、及びＭｎが残余である。好ましくは、Ｃｕが２２wt％より多く２９wt％未満、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が３wt％より多く１０wt％未満、Ｍｎが６２wt％より多く６９wt％未満である。

アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属はＣＯと炭酸塩を形成するものであればよく、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｂａを用いることができる。これらのうち、Ｋ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉを用いることが好ましい。

本発明の触媒は、共沈法、ゾルゲル法等の従来より公知の金属の酸化物の製造法を用いて製造することができる。この触媒の原料として用いるＣｕ、Ｍｎ、及びアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の化合物としては、水溶性化合物であればいずれの化合物も用いることができる。そのような化合物としては、様々な無機塩、有機塩が挙げられ、例えば炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩酸塩等が挙げられる。特に好ましくは硝酸塩であり、すなわち硝酸銅、硝酸マンガン、硝酸カリウム等である。

本発明の触媒は、銅化合物、マンガン化合物、及びアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の化合物を所定量含有する水溶液を、必要によりアルカリ性にした後、形成した沈殿を乾燥させ、得られた固体を焼成することにより得られる。この焼成温度は通常３００〜６００℃であり、焼成時間は２〜５時間程度である。

また、本発明の触媒は、ＣｕとＭｎの複合酸化物にアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物を物理混合することによっても製造される。ＣｕとＭｎの複合酸化物としては、従来より銅−マンガン触媒として用いられている、Ｃｕを２８〜３０wt％、Ｍｎを７０〜７２wt％含む複合酸化物を用いることができる。

本発明の触媒は、粉末状に粉砕して用いてもよく、又は様々な形状に成形して用いてもよい。例えば、顆粒状、ペレット状、ハニカム状、ボール状等に成形してもよい。あるいは担体にコーティングして用いることもできる。

触媒の製造
Ｃｕ(ＮＯ₃)₂・３Ｈ₂Ｏ（分子量241.60）24.16g、Ｍｎ(ＮＯ₃)₂・６Ｈ₂Ｏ（分子量287.04）58.84g、及びＫＮＯ₃（分子量101.10）4.61gを水300mLに溶解した。この溶液にＮａ₂ＣＯ₃溶液（0.5mol/L）を、ｐＨが９になるまで滴下した。次いで遠心分離し、上澄みを捨て、残渣に80℃の温水を入れ攪拌し、再び遠心分離を行った。この洗浄を５回繰り返した後、得られた残渣を120℃で乾燥させた。得られた固体を400℃で５時間焼成し、触媒（Ｃｕ：25wt％、Ｍｎ：68wt％、Ｋ：７wt％）を得た。

上記と同様にして、Ｋ量、Ｃｕ量、及びＭｎ量を変え、触媒を製造した。また、ＫＮＯ₃に代えてＢａ(ＮＯ₃)₂を用いることを除き、上記と同様にして触媒を製造した。

ＣＯ酸化能評価
得られた触媒について、以下の組成
リッチ：Ｃ₃Ｈ₆：2500ppm、ＮＯ：2200ppm、ＣＯ：2.8vol％、ＣＯ₂：10vol％、Ｏ₂：0.77vol％、Ｈ₂Ｏ：10vol％、Ｈ₂：2700ppm、Ｎ₂：残余
リーン：Ｃ₃Ｈ₆：2500ppm、ＮＯ：2200ppm、ＣＯ：0.81vol％、ＣＯ₂：10vol％、Ｏ₂：1.7vol％、Ｈ₂Ｏ：10vol％、Ｈ₂：０ppm、Ｎ₂：残余
のモデルガスを用い、リッチ１秒−リーン１秒を繰り返し、25℃／分の昇温速度で昇温させ、500℃に10分保持して前処理し、次いで室温まで冷却した後、同じモデルガスを用いてリッチ１秒−リーン１秒を繰り返し、25℃／分の昇温速度で昇温させ、500℃に５分保持した。最後に、以下の組成
ＣＯ：２vol％、Ｏ₂：１vol％、Ｎ₂：残余
のＣＯ酸化活性評価ガスを用い、25℃／分の昇温速度で昇温させ、ＣＯが50％以下となる温度ＣＯ−Ｔ５０を測定した。Ｋ量、Ｂａ量、Ｃｕ量、及びＭｎ量と、ＣＯ−Ｔ５０の測定結果を以下の表１〜表３２示す。また、表１及び表２の結果をグラフにしたものを図１及び図２に示す。

この結果から明らかなように、Ｋを一定量含むことにより、ＣＯ−Ｔ５０を低減させ、ＣＯ酸化活性が向上する。

本発明の排ガス浄化用触媒のＫ量とＣＯ酸化活性の関係を示すグラフである。本発明の排ガス浄化用触媒のＫ量とＣＯ酸化活性の関係を示すグラフである。

Claims

ＣｕとＭｎの複合酸化物とアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物を含み、Ｃｕ、Ｍｎ及びアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の総量100wt％に対し、Ｃｕを２２〜３０wt％、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を２〜１０wt％、及びＭｎを残余含む排ガス浄化用触媒。
前記アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属がＫである、請求項１記載の排ガス浄化用触媒。