JP2008023428A - Catalyst for exhaust gas purification - Google Patents

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Hisaya Kawabata
久也 川端
Kenji Suzuki
研二 鈴木
Seiji Miyoshi
誠治 三好
Koichiro Harada
浩一郎 原田
Masaaki Akamine
真明 赤峰
Koji Minoshima
浩二 蓑島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for an exhaust gas purification, which suppresses an aggregation and sintering of a catalytic metal, and at the same time, enables an increase in purification capability of an exhaust gas at a low temperatures, in particular, NOx and HC. <P>SOLUTION: The catalyst for the exhaust gas purification has a constitution that a permanent magnet or a magnetic field generating device is arranged on the periphery of a honeycomb carrier, and at the same time, a catalyst layer 12 formed on the honeycomb carrier includes a magnetic material 14 and a catalytic metal 13. The catalyst is characterized in that the catalyst layer includes further a porous material 15 provided with a fine pore 16 having a specific pore size, and the magnetic material and the catalytic metal are coexistently supported by the fine pore of the porous material. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst for purifying exhaust gas.

例えば自動車等の車両においては、HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)等の大気汚染物質を含んだ排気ガスを浄化するために、排気ガス浄化用触媒がエンジンの排気系に備えられている。そして、かかる排気ガス浄化用触媒を用いて、HC及びCOが酸化されて浄化され、NOxが還元されて浄化される。   For example, in vehicles such as automobiles, an exhaust gas purifying catalyst is used in an engine to purify exhaust gas containing air pollutants such as HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), NOx (nitrogen oxide). Is provided in the exhaust system. Then, using the exhaust gas purification catalyst, HC and CO are oxidized and purified, and NOx is reduced and purified.

従来、このような排気ガス浄化用触媒として、例えば高比表面積を有するアルミナや酸素吸蔵放出能を有するCeZr系複合酸化物などの酸化物担体表面に、例えばPtなどの触媒金属を高分散状態で担持させた排気ガス浄化用触媒が用いられ、排気ガスの浄化が行われている。   Conventionally, as such an exhaust gas purifying catalyst, for example, a catalyst metal such as Pt is highly dispersed on the surface of an oxide carrier such as alumina having a high specific surface area or a CeZr-based composite oxide having oxygen storage / release capability. A supported exhaust gas purification catalyst is used to purify the exhaust gas.

しかし、前記排気ガス浄化用触媒においては、高温の排気ガスに曝されることにより触媒金属が次第に凝集しシンタリングすることが問題となっている。触媒金属がシンタリングすると、触媒金属の比表面積が低下し触媒金属が失活することにより、排気ガスの浄化性能の低下を招くこととなる。   However, the exhaust gas purifying catalyst has a problem that the catalyst metal gradually aggregates and sinters when exposed to high temperature exhaust gas. When the catalyst metal is sintered, the specific surface area of the catalyst metal is reduced and the catalyst metal is deactivated, thereby deteriorating the exhaust gas purification performance.

これに対し、排気ガス浄化用触媒に磁性材料を含有させ触媒金属のシンタリングを抑制することが知られており、例えば特許文献1には、触媒金属粒子に作用する磁力を発生させる強磁性粒子を含む排気ガス浄化用触媒を備えるとともに該排気ガス浄化用触媒の外周に永久磁石帯を備えた排気ガス浄化装置が開示されている。また、例えば特許文献2には、排気ガス浄化用触媒の周辺に磁場を存在させた内燃機関の排ガス浄化装置が開示されている。
特開2006ー29138号公報 特開2003ー301715号公報
On the other hand, it is known to contain a magnetic material in the exhaust gas purification catalyst to suppress sintering of the catalyst metal. For example, Patent Document 1 discloses a ferromagnetic particle that generates a magnetic force acting on the catalyst metal particle. And an exhaust gas purification device including a permanent magnet band on the outer periphery of the exhaust gas purification catalyst. Further, for example, Patent Document 2 discloses an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a magnetic field is present around an exhaust gas purification catalyst.
JP 2006-29138 A JP 2003-301715 A

しかし、前記特許文献1では、触媒金属が磁性粒子の磁力によって吸引される排気ガス浄化用触媒が開示されているが、前記排気ガス浄化用触媒では、高温の排気ガスに曝されることにより磁性粒子の磁力が次第にその効力を弱め、所定の浄化性能を得ることができない畏れがある。   However, Patent Document 1 discloses an exhaust gas purification catalyst in which the catalyst metal is attracted by the magnetic force of the magnetic particles. However, the exhaust gas purification catalyst is magnetic when exposed to high-temperature exhaust gas. There is a possibility that the magnetic force of the particles gradually weakens its effectiveness and a predetermined purification performance cannot be obtained.

また、前記特許文献2では、排気ガス中のNOxが、排気ガス浄化用触媒の周辺に存在する磁場によって除去される排気ガス浄化用触媒が開示されているが、排気ガス浄化用触媒においては、NOxに加えて、HCについても浄化性能の向上が求められる。特に、エンジン始動時など排気ガスの温度が低い場合には、排気ガス浄化用触媒の浄化性能が十分に発揮されないので、かかる場合における排気ガスの浄化性能の更なる向上が望まれる。   Further, in Patent Document 2, an exhaust gas purification catalyst in which NOx in the exhaust gas is removed by a magnetic field existing around the exhaust gas purification catalyst is disclosed, but in the exhaust gas purification catalyst, In addition to NOx, improvement in purification performance is also required for HC. In particular, when the temperature of the exhaust gas is low, such as when the engine is started, the purification performance of the exhaust gas purification catalyst is not sufficiently exerted. Therefore, further improvement of the exhaust gas purification performance in such a case is desired.

そこで、この発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制するとともに、低温時の排気ガス、特にNOx及びHCの浄化性能を高めることができる排気ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above technical problem, and suppresses the aggregation and sintering of the catalyst metal and improves the purification performance of exhaust gas, particularly NOx and HC, at low temperatures. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying catalyst.

このため、本願の請求項1に係る排気ガス浄化用触媒は、ハニカム担体の外周に永久磁石又は磁場発生装置が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料と触媒金属とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒であって、前記触媒層に、特定の細孔径を有する細孔を備えた多孔質材が更に含有され、前記磁性材料と前記触媒金属とは、前記多孔質材の前記細孔に共存担持されていることを特徴としたものである。   Therefore, in the exhaust gas purifying catalyst according to claim 1 of the present application, a permanent magnet or a magnetic field generator is disposed on the outer periphery of the honeycomb carrier, and a magnetic material and a catalyst are formed on the catalyst layer formed on the honeycomb carrier. An exhaust gas purifying catalyst containing a metal, wherein the catalyst layer further contains a porous material having pores having a specific pore diameter, and the magnetic material and the catalyst metal are: It is characterized by being coexistingly supported in the pores of the porous material.

また、本願の請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記多孔質材が、ゼオライト又はメソポーラスシリカであることを特徴としたものである。   The invention according to claim 2 of the present application is characterized in that, in the invention according to claim 1, the porous material is zeolite or mesoporous silica.

本願の請求項1に係る排気ガス浄化用触媒によれば、磁性材料と触媒金属とが、触媒層に含有された多孔質材の細孔に共存担持されていることにより、磁性材料が磁力によって触媒金属を吸引し触媒金属の移動を抑制するとともに細孔壁によって細孔間への触媒金属の移動が抑制されるので、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、低温時の排気ガスに多く含まれる未燃炭化水素(HC)成分を多孔質材の細孔内にトラップさせるとともに、排気ガス中のNO成分を磁性材料や触媒金属に引き寄せ吸着させることができ、低温時の排気ガス、特にNOx及びHCの浄化性能を高めることができる。かかるNO成分は、排気ガスの温度が上昇すると細孔壁から脱離する前記未燃炭化水素成分(HC成分)と反応し、還元されてNになるとともにHC成分を酸化浄化させることができる。
According to the exhaust gas purifying catalyst according to claim 1 of the present application, the magnetic material and the catalytic metal are coexistingly supported in the pores of the porous material contained in the catalyst layer, so that the magnetic material is magnetized. Since the catalyst metal is sucked to suppress the movement of the catalyst metal and the movement of the catalyst metal between the pores is suppressed by the pore walls, the catalyst metal can be prevented from aggregating and sintering.
The exhaust gas purifying catalyst traps unburned hydrocarbon (HC) components contained in a large amount of exhaust gas at a low temperature in the pores of the porous material, and removes NO components in the exhaust gas from magnetic materials and catalytic metals. The exhaust gas at low temperatures, particularly NOx and HC purification performance can be enhanced. Such NO component reacts with the unburned hydrocarbon component (HC component) desorbed from the pore walls when the temperature of the exhaust gas rises, and is reduced to N 2 and oxidatively purifies the HC component. .

また、本願の請求項2の発明によれば、前記多孔質材が、ゼオライト又はメソポーラスシリカであることにより、前記効果を有効に実現し得る多孔質材を提供することができる。   Further, according to the invention of claim 2 of the present application, the porous material can be provided with a porous material that can effectively realize the above-described effect by being zeolite or mesoporous silica.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。図1に示すように、例えば自動車等の車両の排気系には、矢印の方向(図1において右方向)へ流れる排気ガスGを浄化するための排気ガス浄化用触媒装置1が配設される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic explanatory view schematically showing an exhaust gas purifying catalyst device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an exhaust system for purifying exhaust gas for purifying exhaust gas G flowing in the direction of the arrow (rightward in FIG. 1) is disposed in an exhaust system of a vehicle such as an automobile, for example. .

排気ガス浄化用触媒装置1は、排気ガスGを浄化する触媒層がハニカム担体に形成された排気ガス浄化用触媒10と、該排気ガス浄化用触媒10の外周を覆うインターラムマット20と備えており、前記排気ガス浄化用触媒10の外周には、具体的にはインターラムマット20の外周には非磁性耐熱合金製キャニングケース21を介して永久磁石30が配設されている。   The exhaust gas purification catalyst device 1 includes an exhaust gas purification catalyst 10 in which a catalyst layer for purifying the exhaust gas G is formed on a honeycomb carrier, and an interlam mat 20 that covers the outer periphery of the exhaust gas purification catalyst 10. A permanent magnet 30 is disposed on the outer periphery of the exhaust gas purification catalyst 10, specifically, on the outer periphery of the interram mat 20 via a nonmagnetic heat-resistant alloy canning case 21.

インターラムマット20は、例えばセラミックファイバ等から成形されており、排気ガス浄化用触媒10を保温、及び保持・固定するとともに排気ガスGからの熱が永久磁石30に伝熱されることを抑制するように、排気ガス浄化用触媒10の外周に、具体的にはハニカム担体の外周に巻かれている。また、インターラムマット20は、前記ハニカム担体を排気ガス浄化用触媒装置1内に保持している。   The interlam mat 20 is formed from, for example, ceramic fiber, etc. so as to keep the exhaust gas purification catalyst 10 warm, hold and fix, and suppress the heat from the exhaust gas G from being transferred to the permanent magnet 30. Further, it is wound around the outer periphery of the exhaust gas purifying catalyst 10, specifically, the outer periphery of the honeycomb carrier. Further, the interlam mat 20 holds the honeycomb carrier in the exhaust gas purification catalyst device 1.

インターラムマット20の外周に配設される永久磁石30としては、例えばFe−Al−Ni−Co磁石、Fe−Cr−Co磁石又はCu−Ni−Co磁石等の鋳造磁石、例えばBaフェライト磁石又はSrフェライト磁石等のフェライト磁石、例えばSm−Co磁石又はNd−Fe−B磁石等の希土類磁石等を使用することができる。この永久磁石30は、前記ハニカム担体の外周全体にわたって設けてもよく、あるいは前記ハニカム担体の外周の一部に設けるようにしてもよい。   As the permanent magnet 30 disposed on the outer periphery of the interlam mat 20, for example, a cast magnet such as a Fe—Al—Ni—Co magnet, a Fe—Cr—Co magnet, or a Cu—Ni—Co magnet, for example, a Ba ferrite magnet or Ferrite magnets such as Sr ferrite magnets, for example, rare earth magnets such as Sm—Co magnets or Nd—Fe—B magnets can be used. The permanent magnet 30 may be provided over the entire outer periphery of the honeycomb carrier, or may be provided on a part of the outer periphery of the honeycomb carrier.

図2は、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の要部断面図である。図2に示すように、排気ガス浄化用触媒10は、例えばコージェライトなどから成形されるハニカム担体11上に触媒層12が形成される。本実施形態では、触媒層12に、触媒金属と磁性材料と多孔質材とが含有されており、触媒金属としてPt、磁性材料としてFe、多孔質材としてゼオライトが用いられる。また、触媒層12に、アルミナやCeZr系複合酸化物などの酸素吸蔵材を含有させるようにしてもよい。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the exhaust gas purifying catalyst according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the exhaust gas purifying catalyst 10, a catalyst layer 12 is formed on a honeycomb carrier 11 formed from, for example, cordierite. In the present embodiment, the catalyst layer 12 contains a catalyst metal, a magnetic material, and a porous material. Pt is used as the catalyst metal, Fe 2 O 3 is used as the magnetic material, and zeolite is used as the porous material. The catalyst layer 12 may contain an oxygen storage material such as alumina or CeZr-based composite oxide.

前記排気ガス浄化用触媒10の調製に際しては、先ず触媒金属Ptを含む水溶液とFe成分を含む水溶液とを混合し、この混合溶液を多孔質材であるゼオライトに含浸させた後に、例えば250℃〜400℃等の温度に加熱して乾燥させ、該乾燥後に、例えば500℃の温度に2時間保持する焼成を行うことにより、多孔質材であるゼオライトの細孔に磁性材料Feと触媒金属Ptとが共存担持された触媒粉末が得られる。 When preparing the exhaust gas purification catalyst 10, first, an aqueous solution containing a catalytic metal Pt and an aqueous solution containing an Fe component are mixed, and after impregnating the mixed solution into a porous material zeolite, for example, 250 ° C to The magnetic material Fe 2 O 3 and the catalyst are formed in the pores of the porous zeolite by performing heating and drying at a temperature of 400 ° C. and the like, followed by firing, for example, holding at a temperature of 500 ° C. for 2 hours. A catalyst powder in which the metal Pt is co-supported is obtained.

次に、前記触媒粉末に、バインダーと水とを混合し、本実施形態ではアルミナ及び酸素吸蔵材を更に混合し、スラリーを調製する。このスラリーにハニカム担体を浸漬させ、前記ハニカム担体を引き上げて余分なスラリーをエアブローにより除去した後に、例えば250℃〜400℃等の温度に加熱して乾燥させ、該乾燥後に、例えば500℃の温度に2時間保持する焼成を行うことにより、少なくとも触媒金属Ptと多孔質材ゼオライトと磁性材料Feとが含有された触媒層12がハニカム担体11上に形成されてなる排気ガス浄化用触媒10が得られる。 Next, the catalyst powder is mixed with a binder and water, and in this embodiment, alumina and an oxygen storage material are further mixed to prepare a slurry. The honeycomb carrier is immersed in this slurry, the honeycomb carrier is pulled up, and excess slurry is removed by air blowing. Then, the honeycomb carrier is heated to a temperature of, for example, 250 ° C. to 400 ° C. and dried. The catalyst for exhaust gas purification in which the catalyst layer 12 containing at least the catalyst metal Pt, the porous material zeolite, and the magnetic material Fe 2 O 3 is formed on the honeycomb carrier 11 by performing the firing for 2 hours. 10 is obtained.

なお、排気ガス浄化用触媒10では、好ましくは、触媒金属は、例えば0.1〜1.0g/L程度の範囲で含有され、磁性材料は、例えば10〜80g/L程度の範囲で含有され、多孔質材は、例えば80〜150g/L程度の範囲で含有される。また、多孔質材は、特定の細孔径を有しており、かかる細孔径としては、好ましくは約0.5nm以上10nm以下程度のサイズを有する。   In the exhaust gas purification catalyst 10, the catalyst metal is preferably contained in a range of, for example, about 0.1 to 1.0 g / L, and the magnetic material is contained in a range of, for example, about 10 to 80 g / L. The porous material is contained, for example, in the range of about 80 to 150 g / L. Moreover, the porous material has a specific pore diameter, and the pore diameter is preferably about 0.5 nm to 10 nm.

このようにして得られた排気ガス浄化用触媒10の外周に、具体的にはハニカム担体11の外周にインターラムマット20を巻き、これをキャニングケース21内に収納し、その外周に永久磁石30が配設される。なお、排気ガス浄化用触媒10について、触媒層12に触媒金属と多孔質材と磁性材料とを含有させる方法は前述した方法に限定されるものではない。   The interlam mat 20 is wound around the outer periphery of the exhaust gas purification catalyst 10 thus obtained, specifically, the outer periphery of the honeycomb carrier 11, and is housed in the canning case 21, and the permanent magnet 30 is disposed on the outer periphery thereof. Is disposed. In the exhaust gas purifying catalyst 10, the method of causing the catalyst layer 12 to contain the catalyst metal, the porous material, and the magnetic material is not limited to the method described above.

図3は、前記排気ガス浄化用触媒に含有される多孔質材の要部を模式的に示した説明図である。前述したように、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒10は、ハニカム担体11に触媒層12が形成され、該触媒層12には、触媒金属13と磁性材料14とが含有されるとともに多孔質材15が含有されている。触媒金属13と磁性材料14とは、図3に示すように、多孔質材15の細孔16に共存担持される。   FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the main part of the porous material contained in the exhaust gas purification catalyst. As described above, in the exhaust gas purifying catalyst 10 according to the present embodiment, the catalyst layer 12 is formed on the honeycomb carrier 11, and the catalyst layer 12 contains the catalyst metal 13 and the magnetic material 14 and is porous. A material 15 is contained. As shown in FIG. 3, the catalyst metal 13 and the magnetic material 14 are co-supported on the pores 16 of the porous material 15.

排気ガス浄化用触媒10では、排気ガスG中に含まれ分子サイズの小さいNO成分が多孔質材15の細孔16内に侵入し、該細孔16内に担持されている磁性材料14や触媒金属13に吸引される。これは、NO成分が常磁性であることによる。かかるNO成分は、磁性材料14上ではNOとして吸着され、触媒金属13上ではNO として吸着される。これにより、例えばエンジン始動時など、低温状態にある排気ガスGに含まれるNO成分が大気中に排出されることを抑制することができる。 In the exhaust gas purification catalyst 10, the NO component having a small molecular size contained in the exhaust gas G enters the pores 16 of the porous material 15, and the magnetic material 14 or catalyst supported in the pores 16. It is sucked into the metal 13. This is because the NO component is paramagnetic. Such NO component is adsorbed as NO 2 on the magnetic material 14 and adsorbed as NO 3 on the catalyst metal 13. Thereby, for example, the NO component contained in the exhaust gas G in a low temperature state such as when the engine is started can be suppressed from being discharged into the atmosphere.

また、排気ガス浄化用触媒10では、排気ガスG中に含まれる未燃炭化水素(HC)成分、特にエンジンの始動時など、低温状態にある排気ガスG中に多く含まれるベンゼン(C)、トルエン(CCH)又はメタン(CH)等のHC成分が、多孔質材15の細孔壁17によってトラップされ、低温状態にある排気ガスGに含まれるHC成分が大気中に排出されることを抑制することができる。 Further, in the exhaust gas purifying catalyst 10, unburned hydrocarbon (HC) components contained in the exhaust gas G, particularly benzene (C 6 H) contained in the exhaust gas G in a low temperature state such as when the engine is started. 6 ), HC components such as toluene (C 6 H 5 CH 3 ) or methane (CH 4 ) are trapped by the pore walls 17 of the porous material 15, and the HC components contained in the exhaust gas G in a low temperature state are Exhaust into the atmosphere can be suppressed.

このように、HC成分が多孔質材15の細孔壁17にトラップされNO成分が磁性材料14や触媒金属13に吸引された排気ガス浄化用触媒10では、排気ガスGの温度が上昇すると、細孔壁17にトラップされていたHC成分が、細孔壁17から脱離する。かかるHC成分は、磁性材料14上に吸着されているNO及び/又は触媒金属13上に吸着されているNO と反応することにより、前記NO成分が還元されNとして浄化されるとともに前記HC成分が酸化されCOとして浄化される。 Thus, in the exhaust gas purifying catalyst 10 in which the HC component is trapped in the pore wall 17 of the porous material 15 and the NO component is sucked into the magnetic material 14 or the catalytic metal 13, when the temperature of the exhaust gas G rises, The HC component trapped in the pore wall 17 is desorbed from the pore wall 17. The HC component reacts with NO 2 adsorbed on the magnetic material 14 and / or NO 3 adsorbed on the catalytic metal 13, whereby the NO component is reduced and purified as N 2. The HC component is oxidized and purified as CO 2 .

本実施形態では、ハニカム担体11上に形成される触媒層12に、多孔質材15としてゼオライトが含有されているが、かかるゼオライトとして、MFI型(ZSM−5)ゼオライト、β−ゼオライト、Y型ゼオライト等のゼオライトを使用することができる。また、別の多孔質材として、細孔径の比較的大きいメソポーラスシリカなどを用いることも可能である。前記多孔質材について、細孔径及び該細孔径を有する細孔を備えた多孔質材によりトラップされるHC成分の一例を以下の表1に示す。   In the present embodiment, the catalyst layer 12 formed on the honeycomb carrier 11 contains zeolite as the porous material 15. As such zeolite, MFI type (ZSM-5) zeolite, β-zeolite, Y type are used. Zeolite such as zeolite can be used. As another porous material, mesoporous silica having a relatively large pore diameter can be used. Table 1 below shows an example of the HC component trapped by the porous material having the pore diameter and the pores having the pore diameter.

Figure 2008023428
Figure 2008023428

表1に示すように、多孔質材としてMFI型(ZSM−5)ゼオライトを使用する際には、例えば細孔径が0.5nmであるものを用いることができ、かかるゼオライトを用いることで、例えばプロピレン(C)、プロパン(C)、n−ブタン(n−C10)又はn−ヘプタン(n−C16)などを細孔内にトラップさせることができる。また、β−ゼオライトを使用する際には、例えば細孔の長径が0.7nmであり細孔の短径が0.55nmであるものを用いることができ、例えばC、イソブタン(iso−C10)、CCH又はシクロヘキサン(C12)などを細孔内にトラップさせることができる。また、Y型ゼオライトを使用する際には、例えば細孔径が0.7nmであるものを用いることができ、例えばC、iso−C10、CCH又はシクロヘキサンなどを細孔内にトラップさせることができる。 As shown in Table 1, when using MFI type (ZSM-5) zeolite as the porous material, for example, one having a pore diameter of 0.5 nm can be used. By using such zeolite, for example, propylene (C 3 H 6), can be trapped propane (C 3 H 8), n- butane and (n-C 4 H 10) or n- heptane (n-C 7 H 16) in the pores . In addition, when β-zeolite is used, for example, those having a long diameter of 0.7 nm and a short diameter of 0.55 nm can be used, for example, C 6 H 6 , isobutane (iso -C 4 H 10), C 6 H 5 CH 3 or cyclohexane (C 6 H 12) can be trapped in the pores and the like. Further, when using a Y-type zeolite, for example, the pore diameter can be used those which are 0.7 nm, for example, C 6 H 6, iso-C 4 H 10, C 6 H 5 CH 3 or cyclohexane Can be trapped in the pores.

一方、多孔質材としてメソポーラスシリカを使用する際には、例えば細孔径が2.7nmであるFSM−16(豊田中央研究所R&Dレビュー、Vol.36、NO.2、p57−62(2001.6)参照)などを用いることができ、かかるメソポーラスシリカを用いることで、例えば1,3,5−トリエチルベンゼン(C(C)、又は複数のベンゼン環が結合したベンゼン多員環などを細孔内にトラップさせることができる。また、メソポーラスシリカとして、例えば細孔径が8.0〜10.0nmであるMCM−41(豊田中央研究所R&Dレビュー、Vol.36、NO.2、p57−62(2001.6)参照)などを用いることができ、例えばベンゼン多員環などを細孔内にトラップさせることができる。 On the other hand, when mesoporous silica is used as the porous material, for example, FSM-16 having a pore diameter of 2.7 nm (Toyota Central R & D Review, Vol. 36, NO. 2, p57-62 (2001.6 For example, 1,3,5-triethylbenzene (C 6 H 3 (C 2 H 5 ) 3 ), or benzene in which a plurality of benzene rings are bonded to each other by using such mesoporous silica. Multi-membered rings can be trapped in the pores. Further, as mesoporous silica, for example, MCM-41 (refer to Toyota Central R & D Review, Vol. 36, No. 2, p57-62 (2001.6)) having a pore diameter of 8.0 to 10.0 nm, etc. For example, a benzene multi-membered ring can be trapped in the pores.

なお、表1では、多孔質材について、細孔径とトラップ可能なHC成分の一例が示されているが、これに限定されるものではなく、その他の細孔径を有する多孔質材を使用することができ、前記細孔径より小さい分子サイズを有するHC成分を細孔内に捕捉することが可能である。また、多孔質材として、HC成分をトラップすることができるその他の好適な多孔質材を使用することができる。   In Table 1, an example of the pore size and trappable HC component is shown for the porous material. However, the present invention is not limited to this, and a porous material having other pore size should be used. HC components having a molecular size smaller than the pore diameter can be trapped in the pores. Further, as the porous material, other suitable porous materials capable of trapping HC components can be used.

本実施形態では、触媒金属としてPtが用いられているが、Pd、Rhなどの触媒金属を用いてもよい。特に、多孔質材の細孔内に排気ガス中のNO成分を酸化状態で吸着させるためには、触媒金属としてPt又はPdを用いることが好ましい。また、磁性材料としては、フェライト系材料、具体的にはγ−フェライト(γ−Fe)が好ましいが、その他の磁性材料を用いることも可能である。 In this embodiment, Pt is used as the catalyst metal, but a catalyst metal such as Pd or Rh may be used. In particular, it is preferable to use Pt or Pd as the catalyst metal in order to adsorb the NO component in the exhaust gas in the pores of the porous material in an oxidized state. The magnetic material is preferably a ferrite material, specifically γ-ferrite (γ-Fe 2 O 3 ), but other magnetic materials can also be used.

このように、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒10によれば、磁性材料14と触媒金属13とが、触媒層12に含有された多孔質材15の細孔16に共存担持されていることにより、磁性材料が磁力によって触媒金属を吸引し触媒金属の移動を抑制するとともに細孔壁によって細孔間への触媒金属の移動が抑制されるので、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、低温時の排気ガスに多く含まれる未燃炭化水素(HC)成分を多孔質材の細孔内にトラップさせるとともに、排気ガス中のNO成分を磁性材料Feや触媒金属Ptに引き寄せ、磁性材料Fe上ではNOの状態にて吸着させ、また触媒金属上ではNO の状態にて吸着させることができ、低温時の排気ガス、特にNOx及びHCの浄化性能を高めることができる。かかるNO及び/又はNO は、排気ガスの温度が上昇すると細孔壁から脱離する前記未燃炭化水素成分(HC成分)と反応し、還元されてNになるとともにHC成分を酸化浄化させることができる。
なお、磁性材料Feは、Feが3価の状態であり酸化された状態であることから、その表面にO原子が存在していると考えられる。そこに、NOが近づくことでNOとして吸着する。一方、触媒金属Ptは、Feよりも酸素分解能力が強いため、より酸素が結合したNO という状態になりやすい。
Thus, according to the exhaust gas purifying catalyst 10 according to the present embodiment, the magnetic material 14 and the catalytic metal 13 are co-supported on the pores 16 of the porous material 15 contained in the catalyst layer 12. As a result, the magnetic material attracts the catalytic metal by magnetic force and suppresses the movement of the catalytic metal, and the pore wall suppresses the movement of the catalytic metal between the pores. Can be suppressed.
In the exhaust gas purifying catalyst, unburned hydrocarbon (HC) components contained in the exhaust gas at a low temperature are trapped in the pores of the porous material, and NO components in the exhaust gas are trapped in the magnetic material Fe 2 O. 3 and the catalyst metal Pt, and can be adsorbed in the state of NO 2 on the magnetic material Fe 2 O 3 , and adsorbed in the state of NO 3 on the catalyst metal. The purification performance of NOx and HC can be enhanced. Such NO 2 and / or NO 3 reacts with the unburned hydrocarbon component (HC component) desorbed from the pore walls when the temperature of the exhaust gas rises, and is reduced to N 2 and converts the HC component. It can be oxidized and purified.
The magnetic material Fe 2 O 3 is considered to have O atoms on its surface because Fe is in a trivalent state and is in an oxidized state. There is adsorbed as NO 2 by NO approaches. On the other hand, since the catalytic metal Pt has a higher oxygen decomposition capability than Fe 2 O 3 , it tends to be in a state of NO 3 in which oxygen is further bonded.

また、前記多孔質材15が、ゼオライト又はメソポーラスシリカであることにより、前記効果を有効に実現し得る多孔質材を提供することができる。   Moreover, the porous material 15 can provide the porous material which can implement | achieve the said effect effectively because it is a zeolite or mesoporous silica.

なお、排気ガス浄化用触媒装置1の外周には永久磁石30が配設されているので、ハニカム担体11上に形成された触媒層12に含有される磁性材料14の磁力の劣化を抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の浄化性能を確保することができる。   In addition, since the permanent magnet 30 is disposed on the outer periphery of the exhaust gas purifying catalyst device 1, the deterioration of the magnetic force of the magnetic material 14 contained in the catalyst layer 12 formed on the honeycomb carrier 11 is suppressed. And the purification performance of the exhaust gas purification catalyst can be ensured.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。なお、以下の説明において、第1の実施形態と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては、同一符号を付し、それ以上の説明は省略する。   FIG. 4 is a schematic explanatory view schematically showing an exhaust gas purifying catalyst device according to a second embodiment of the present invention. In the following description, components having the same configuration as those of the first embodiment and having the same functions are denoted by the same reference numerals, and further description thereof is omitted.

図4に示すように、排気ガス浄化用触媒装置40は、第1の実施形態と同様に、排気ガス浄化用触媒10とインターラムマット20とを備えているが、排気ガス浄化用触媒10の外周には、具体的にはインターラムマット20の外周にはキャニングケース21を介して、永久磁石30に代え磁場発生装置50が配設されている。   As shown in FIG. 4, the exhaust gas purification catalyst device 40 includes the exhaust gas purification catalyst 10 and the interlam mat 20 as in the first embodiment. On the outer periphery, specifically, a magnetic field generator 50 is disposed on the outer periphery of the interlam mat 20 via a canning case 21 instead of the permanent magnet 30.

磁場発生装置50は、略断面コ字状に形成され排気ガス浄化用触媒10に含有された磁性材料14に磁力を与える鉄心51と、該鉄心51に巻き付けられたコイル52を含む励磁回路53と、該励磁回路53に電流を供給する電源54とを備えている。磁場発生装置50では、電源54からコイル52に電流が流れることにより、鉄心51が磁化され該鉄心51の端部に磁極55a、55bが形成され、磁性材料14に磁力が与えられる。なお、前記磁場発生装置50を用いる場合に限らず、先に説明した永久磁石30を用いる場合においても、触媒金属13は、極微小粒子になっていること並びに磁性材料14に近接していることにより、磁場が与えられると磁力を有するようになる。   The magnetic field generator 50 includes an iron core 51 that has a substantially U-shaped cross section and applies a magnetic force to the magnetic material 14 contained in the exhaust gas purification catalyst 10, and an excitation circuit 53 that includes a coil 52 wound around the iron core 51. And a power supply 54 for supplying a current to the excitation circuit 53. In the magnetic field generator 50, when a current flows from the power source 54 to the coil 52, the iron core 51 is magnetized, and magnetic poles 55 a and 55 b are formed at the ends of the iron core 51, and a magnetic force is applied to the magnetic material 14. In addition, not only when using the magnetic field generator 50 but also when using the permanent magnet 30 described above, the catalyst metal 13 is in the form of ultrafine particles and close to the magnetic material 14. Thus, when a magnetic field is applied, it has a magnetic force.

また、磁場発生装置50とキャニングケース21との間には、排気ガス浄化用触媒10を冷却する冷却管部41が配設されている。冷却管部41は、例えば空気や水などの冷却媒体を導入する導入部42と、前記冷却媒体を排出する排出部43と、前記導入部42と前記排出部43との間に設けられる空洞部44とを備え、略円筒状の二重管構造にて形成されている。なお、キャニングケース21自体が、前記冷却構造を有するようにしてもよい。   A cooling pipe 41 for cooling the exhaust gas purifying catalyst 10 is disposed between the magnetic field generator 50 and the canning case 21. The cooling pipe portion 41 includes, for example, an introduction portion 42 that introduces a cooling medium such as air and water, a discharge portion 43 that discharges the cooling medium, and a hollow portion provided between the introduction portion 42 and the discharge portion 43. 44, and is formed in a substantially cylindrical double tube structure. The canning case 21 itself may have the cooling structure.

また、冷却管部41は、非磁性材料から形成され、磁場発生装置50によって形成される磁場に影響を与えないように構成されている。この冷却管部41は、排気ガス浄化用触媒10が高温状態にある場合に、空洞部44内に前記冷却媒体を流すことにより、排気ガス浄化用触媒10の過昇温を防止し、磁性材料14の磁力の低下を抑制することができる。   Further, the cooling pipe portion 41 is made of a nonmagnetic material and is configured not to affect the magnetic field formed by the magnetic field generator 50. When the exhaust gas purification catalyst 10 is in a high temperature state, the cooling pipe portion 41 prevents the overheating of the exhaust gas purification catalyst 10 by flowing the cooling medium in the cavity 44, thereby providing a magnetic material. 14 can be suppressed.

このように、第2の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒においても、排気ガス浄化用触媒10の外周に磁場発生装置50が配設されているので、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第2の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒では、磁場発生装置50により磁性材料の磁力の劣化をより有効に抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の浄化性能をより有効に確保することができる。   Thus, also in the exhaust gas purifying catalyst according to the second embodiment, the magnetic field generator 50 is disposed on the outer periphery of the exhaust gas purifying catalyst 10, so that the same effect as in the first embodiment is obtained. Can play. Further, in the exhaust gas purification catalyst according to the second embodiment, the magnetic field generator 50 can more effectively suppress the deterioration of the magnetic force of the magnetic material, and more effectively ensure the purification performance of the exhaust gas purification catalyst. can do.

なお、本実施形態では、排気ガス浄化用触媒に含有された磁性材料に磁力を与えるために、排気ガス浄化用触媒の外周に、永久磁石又は磁力発生装置が配設されているが、その他の好適な着磁手段を用いて排気ガス浄化用触媒に磁場を作用させ、前記磁性材料に磁力を与えるようにしてもよい。   In this embodiment, in order to give a magnetic force to the magnetic material contained in the exhaust gas purification catalyst, a permanent magnet or a magnetic force generator is disposed on the outer periphery of the exhaust gas purification catalyst. A magnetic field may be applied to the exhaust gas purifying catalyst using a suitable magnetizing means to apply a magnetic force to the magnetic material.

以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。   As described above, the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and it goes without saying that various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明は、ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料と触媒金属とが含有されるとともに多孔質材が更に含有された排気ガス浄化用触媒であり、例えば自動車等の車両の排気系に好適に適用できる。   The present invention is an exhaust gas purifying catalyst in which a magnetic layer and a catalytic metal are contained in a catalyst layer formed on a honeycomb carrier and a porous material is further contained. For example, in an exhaust system of a vehicle such as an automobile. It can be suitably applied.

本発明の第1の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。1 is a schematic explanatory diagram schematically showing an exhaust gas purifying catalyst device according to a first embodiment of the present invention. 本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the exhaust gas purification catalyst which concerns on this embodiment. 前記排気ガス浄化用触媒に含有される多孔質材の要部を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the principal part of the porous material contained in the said exhaust gas purification catalyst. 本発明の第2の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows roughly the exhaust gas purification catalyst apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 排気ガス浄化用触媒
11 ハニカム担体
12 触媒層
13 触媒金属
14 磁性材料
15 多孔質材
16 細孔
30 永久磁石
50 磁場発生装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhaust gas purification catalyst 11 Honeycomb carrier 12 Catalyst layer 13 Catalyst metal 14 Magnetic material 15 Porous material 16 Pore 30 Permanent magnet 50 Magnetic field generator

Claims (2)

ハニカム担体の外周に永久磁石又は磁場発生装置が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料と触媒金属とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒であって、
前記触媒層に、特定の細孔径を有する細孔を備えた多孔質材が更に含有され、
前記磁性材料と前記触媒金属とは、前記多孔質材の前記細孔に共存担持されている、
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
A catalyst for purifying exhaust gas, wherein a permanent magnet or a magnetic field generator is disposed on the outer periphery of the honeycomb carrier, and a magnetic material and a catalyst metal are contained in a catalyst layer formed on the honeycomb carrier,
The catalyst layer further contains a porous material having pores having a specific pore diameter,
The magnetic material and the catalyst metal are co-supported in the pores of the porous material,
An exhaust gas purifying catalyst characterized by that.
前記多孔質材が、ゼオライト又はメソポーラスシリカであることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purification catalyst according to claim 1, wherein the porous material is zeolite or mesoporous silica.
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