JP2007237023A - 芳香族炭化水素吸着材、及び芳香族炭化水素低減システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス中の芳香族炭化水素を有意に吸着する芳香族ＨＣ吸着材、及びこれを用いた芳香族ＨＣ低減システムを提供すること。
【解決手段】排気ガス中の芳香族系炭化水素を吸着する芳香族ＨＣ吸着材である。ケイ素−アルミニウム系の酸化中間体を含有する。酸化中間体におけるケイ素の含有量が化学量論量よりも大きい。酸化中間体に、ストロンチウム、銀、チタン酸化物及びカリウムなどをドープしてもよい。 排ガス中の芳香族炭化水素を低減する芳香族ＨＣ低減システムである。排気ガス流路の上流側に芳香族ＨＣ吸着材を配置し、その下流側に酸化触媒を配置して成る。
【選択図】図３

Description

本発明は、芳香族炭化水素吸着材に係り、更に詳細には、特に自動車排ガス中のベンゼンを有意に吸着する芳香族炭化水素吸着材、及びこれを用いた芳香族炭化水素低減システムに関する。

従来、低温始動時に放出される炭化水素（ＨＣ）を浄化すべく、ゼオライトを主成分とするＨＣ吸着材を排気ガス流路に配置し、かかるコールドＨＣをＨＣ吸着材に吸着させ、排気ガス浄化触媒が暖機されて活性化された後に、吸着させたＨＣを排ガス浄化触媒に流通させて浄化することが行われていた（例えば、特許文献１参照）。
特許第３４１９３１０号公報

しかしながら、かかる従来のＨＣ吸着・浄化にあっては、各国の自動車排出ガス規制で定められている全炭化水素（ＴＨＣ）を吸着して浄化することを目的としており、広範囲のＨＣを対象としているため、芳香族炭化水素に特化したＨＣの吸着・浄化の検討は未だ十分とは言えない。

かかる芳香族炭化水素でも、特にベンゼンは自動車排ガス中に大気中の１００〜１０００倍も含まれており、その放出量を低減することは環境保護的な見地からも大きな要請であるにも拘わらず、あまり検討されていないのが実状である。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ガス中の芳香族炭化水素を有意に吸着する芳香族ＨＣ吸着材、及びこれを用いた芳香族ＨＣ低減システムを提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の酸化中間体を用いることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の芳香族ＨＣ吸着材は、排気ガス中の芳香族系炭化水素を吸着する芳香族ＨＣ吸着材であって、ケイ素−アルミニウム系の酸化中間体を含有することを特徴とする。

また、本発明の芳香族ＨＣ吸着材の好適形態は、上記酸化中間体に、ストロンチウム、銀、チタン酸化物及びカリウムから成る群より選ばれた少なくとも１種の材料をドープして成ることを特徴とする。

一方、本発明の芳香族ＨＣ低減システムは、排ガス中の芳香族炭化水素を低減する芳香族ＨＣ低減システムであって、
排気ガス流路の上流側に上述の如き芳香族ＨＣ吸着材を配置し、その下流側に酸化触媒を配置して成る、ことを特徴とする。

本発明によれば、所定の酸化中間体を用いることとしたため、排気ガス中の芳香族炭化水素を有意に吸着する芳香族ＨＣ吸着材、及びこれを用いた芳香族ＨＣ低減システムを提供することができる。

以下、本発明の芳香族ＨＣ吸着材につき詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度や含有量、充填量などについての「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。

上述の如く、本発明の芳香族ＨＣ吸着材は、ケイ素（Ｓｉ）−アルミニウム（Ａｌ）系の酸化中間体を含有する。
ここで、かかるＳｉ−Ａｌ系酸化中間体としては、Ａ型やＹ型等のゼオライトの他、Ｓｉ−Ａｌ系を材料とする網目構造をとる結晶であればよいが、本発明では、ゼオライトを好適に使用することができる。

また、Ｓｉ−Ａｌ系酸化中間体としては、Ｓｉが化学量論量よりも多く含まれているものが好ましく、例えば、ゼオライトについてはＳｉ／Ａｌ比（重量比）が２５〜５００程度のものが好ましい。

このように、Ｓｉ含有量が大きな酸化中間体では、Ｓｉが持つ共有電子対とベンゼン等の芳香族炭化水素が作用して、一時的に中間体が生成し、ベンゼン等を吸着し易くなる。
図１は、Ｓｉ−Ａｌ酸化中間体の結晶構造を概略的に示す概念図であるが、Ｓｉ量が大きくなると、網目状構造を採り易くなり、芳香族炭化水素を吸着し易くなるものと思われる。

更に、上記のＳｉ−Ａｌ酸化中間体には、ストロンチウム（Ｓｒ）、銀（Ａｇ）、チタン酸化物若しくはカリウム（Ｋ）、又はこれらの任意の混合物に係る材料をドープすることが好ましい。
図２は、ＳｒをドープしたＳｉ−Ａｌ酸化中間体の結晶構造を示す概念図である。同図に示すように、Ｓｒがドープされて結晶格子を構成する酸素原子やＳｉ、Ａｌと置換されることにより、この中間体の有する細孔形状が変化して、芳香族炭化水素を吸着し易くなるものと思われる。

本発明の芳香族ＨＣ吸着材は、芳香族炭化水素を吸着の対象とする。かかる芳香族炭化水素としては、特に限定されるものではないが、ベンゼン、トルエン及びキシレンを挙げることができる。
なお、本発明において、Ｓｉ−Ａｌ系酸化中間体の有する細孔と、吸着対象とする芳香族炭化水素の分子径との比率は、その温度雰囲気で変動するが、代表的には、中間体細孔／芳香族分子径＝１０〜０．７程度である。

本発明の芳香族ＨＣ吸着材は、ハニカム型担体などの一体構造型担体に担持して使用するのが好ましく、これにより、圧力損失などを低減できるので、自動車排出ガスの芳香族炭化水素を吸着するのに適切なものとなる。
かかるハニカム型担体としては、コージェライト製などのセラミックス製ハニカム担体と、鋼製などのメタル製ハニカム担体があるが、いずれも好適に使用できる。

なお、本発明の芳香族ＨＣ吸着材は、白金、パラジウム及びＲｈなどの貴金属触媒と併用することが可能であり、この場合、ハニカム担体に芳香族ＨＣ吸着材層と貴金属触媒層を別個に積層してもよいし、芳香族ＨＣ吸着材と貴金属とを混合した混合層を形成するようにしてもよい。

次に、本発明の芳香族ＨＣ低減システムについて説明する。
上述の如く、本発明の芳香族ＨＣ低減システムは、以上に説明した芳香族ＨＣ吸着材を用いたシステムである。排気ガス流路の上流側に上記芳香族ＨＣ吸着材を配置し、その下流側に酸化触媒を配置して構成される。

図３は、本発明の芳香族ＨＣ低減システムの一実施形態を示すシステム構成図である。
図３（Ａ）において、この芳香族ＨＣ低減システムは、芳香族ＨＣ吸着材を有する芳香族ＨＣ吸着触媒１０と、酸化触媒２０を備え、これらを自動車エンジン１０の排気ガス流路１２の設置して構成されている。

また、排気ガス流路１２において、芳香族ＨＣ吸着触媒１０は酸化触媒２０の上流側に配置されており、いずれもハニカム担体を用いて形成されている。
更に、排気ガス流路１２には、芳香族ＨＣ吸着触媒１０を迂回できるようにバイパス１００が設けられており、バイパスの入口と出口には切替弁３０がそれぞれ設けられている。

この芳香族ＨＣ低減システムにおいて、エンジン始動時のような冷気時には、排気ガスＥｇを芳香族ＨＣ吸着触媒１０及び酸化触媒２０をこの順に通過させ、いわゆるコールドＨＣ、特にベンゼンなどのコールドアロマＨＣを芳香族ＨＣ吸着触媒１０に吸着させる（図３（Ｂ）参照。）。
これにより、酸化触媒２０や芳香族ＨＣ吸着触媒１０の触媒成分が活性化していなくとも、ＨＣ、特に芳香族ＨＣは触媒１０の芳香族ＨＣ吸着材に吸着されるので、大気中に殆ど放出されない。

その後、エンジンが暖機されると、切替弁３０を作動させて、排気ガスＥｇがバイパス１００を通過するように制御するが、この時点では、酸化触媒２０が活性化されているので、芳香族ＨＣなどのＨＣはＣＯ_２に転化されて無害化され、大気中に放出される（図３（Ｂ）参照。）。

なお、このような暖機時において、適当な時間間隔で切替弁を作動させて、排気ガスＥｇがバイパスを通過しないようにすれば、芳香族ＨＣ吸着触媒１０に吸着されていたＨＣが排気ガス中に放出され、下流の活性化した酸化触媒２０によって浄化されるので、芳香族ＨＣ吸着触媒１０のＨＣ吸着能が飽和するのを回避できる。

上述のようなバイパスを利用した切替制御は、具体的には、芳香族ＨＣ吸着触媒１０や排気ガス温度を指標して行うことができる。
例えば、Ｓｉ−Ａｌ系酸化中間体としてゼオライトを用い、吸着・浄化対象がベンゼンの場合には、約２００℃（芳香族ＨＣ吸着触媒の温度）を基準にし、この温度以上でバイパス１００を通過させるように制御すればよい。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［芳香族ＨＣ吸着材の調製］
（実施例１）
ゼオライトとシリカゾルを含有するゼオライトスラリーに、Ｓｒ、Ａｇ、チタン酸化物、Ｋなどを含有する耐熱性無機酸化物又は耐熱性無機塩（例えば、硝酸塩）を添加して、ＨＣ吸着材層形成用のスラリーを作成し、得られたスラリーをゼオライトにコートし、芳香族ＨＣ吸着材を得た。

［芳香族ＨＣ低減システムの構築］
図３において、エンジン１として４気筒ガソリンエンジン、芳香族ＨＣ吸着触媒１０として実施例１の芳香族ＨＣ吸着材、酸化触媒２０として三元触媒を採用し、芳香族ＨＣ低減システムを構築した。

［性能評価］
国土交通省や米国ＥＰＡの定める自動車排ガス測定手順（全ＨＣ測定法、個別ＨＣ測定法）で、芳香族ＨＣの低減率を算出する。
エンジン仕様や走行条件によっても変動するが、上記の芳香族ＨＣ吸着触媒を用いることにより、芳香族ＨＣを１／１０以下に低減できる。

以上、本発明を若干の好適実施形態及び好適実施例により説明したが、本発明はこれらの限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、酸化触媒２０は酸化機能を有していれば十分であり、いわゆる三元触媒であってもよい。また、芳香族ＨＣ吸着触媒１０は触媒機能を有することが必須ではなく、芳香族ＨＣを吸着できれば十分である。

Ｓｉ−Ａｌ酸化中間体の結晶構造を概略的に示す概念図である ＳｒをドープしたＳｉ−Ａｌ酸化中間体の結晶構造を示す概念図である。 本発明の芳香族ＨＣ低減システムの一実施形態を示すシステム構成図である。

符号の説明

１ エンジン
１２ 排気ガス流路
１０ 芳香族ＨＣ吸着触媒
２０ 酸化触媒
３０ 切替弁
１００ バイパス

Claims (6)

1. 排気ガス中の芳香族系炭化水素を吸着する芳香族ＨＣ吸着材であって、ケイ素−アルミニウム系の酸化中間体を含有することを特徴とする芳香族ＨＣ吸着材。
2. 上記酸化中間体におけるケイ素の含有量が化学量論量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の芳香族ＨＣ吸着材。
3. 上記酸化中間体に、ストロンチウム、銀、チタン酸化物及びカリウムから成る群より選ばれた少なくとも１種の材料をドープして成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の芳香族ＨＣ吸着材。
4. 一体構造型担体に担持して成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の芳香族ＨＣ吸着材。
5. 排ガス中の芳香族炭化水素を低減する芳香族ＨＣ低減システムであって、
   排気ガス流路の上流側に請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の芳香族ＨＣ吸着材を配置し、その下流側に酸化触媒を配置して成る、ことを特徴とする芳香族ＨＣ低減システム。
6. 上記排気ガス流路に、排ガスが上記芳香族ＨＣ吸着材を迂回するバイパスを付加して成り、
   上記酸化触媒の活性化前には、排ガスを上記芳香族ＨＣ吸着及び上記酸化触媒の順に流通させ、
   上記酸化触媒の活性化後には、排ガスが上記バイパスを通り、上記芳香族ＨＣ吸着材を迂回して上記酸化触媒に流通するように制御する、ことを特徴とする請求項５に記載の芳香族ＨＣ低減システム。

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