JP2008100230A - 希薄混合気燃焼エンジンからの排出ガスにおける窒素酸化物の量を低減するための触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】希薄混合気燃焼エンジンからの排出ガスにおける窒素酸化物の量を低減するための触媒であって、少なくとも1つの白金族の貴金属、ならびに酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムの均一なMg/Al混合酸化物と組み合わせた少なくとも1つの窒素酸化物貯蔵材料を含み、ここで、この酸化マグネシウムが、このMg/Al混合酸化物の総重量に基づいて、約1〜約40重量%の濃度で存在する、触媒。
【選択図】なし
Description
本発明は、希薄混合気燃焼エンジンからの排出ガス中の窒素酸化物の量を低減するための触媒に関する。この触媒は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、および少なくとも1つの窒素酸化物貯蔵物質ならびに元素の周期表の白金族からの少なくとも1つの貴金属を含む。
ガソリンエンジンの分野において、いわゆる、希薄混合気燃焼エンジンが、燃料消費を減少するために開発され、このエンジンは、部分負荷で作動する場合に、燃料の分率が低い空気/燃料混合物で燃料供給される。燃料の分率が低い空気/燃料混合物は、燃料の完全な燃焼に必要とされるよりも高い濃度の酸素を含む。次いで、対応する排出ガスは、還元排出ガス成分(一酸化炭素(CO)、水素(H2)および炭化水素(HC))と比較して、過剰の、酸化成分(酸素(O2)、窒素酸化物(NOx))を含む。燃料の分率が低い排出ガスは、通常、3〜15容量%の酸素を含む。しかし、負荷または全負荷での操作の間に、化学量論的なまたは化学量論未満の(すなわち、燃料分率が高い(rich))空気/燃料混合物が、希薄混合気燃焼エンジンにおいてさえ使用される。
他およびさらなる利点および実施形態と一緒に、本発明のより良い理解のために、実施例と組合せて、以下の説明に参照がなされ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載される。
(濃厚混合気/希薄混合気サイクルのパラメータ)
空間速度: 30,000h−1
温度範囲: 50℃の増分で150〜500℃
濃厚混合気/希薄混合気サイクルの数: 温度増分につき8
希薄混合気段階の持続時間: 80秒間
濃厚混合気段階の持続時間: 20秒間
均一なMg/Al混合酸化物粉末を、異なる酸化マグネシウム/酸化アルミニウム比で、以下の実施例および比較例のために調製した。最初に、マグネシウムアルコキシドとアルミニウムアルコキシドとの混合物を、文献DE 195 03 522 A1に従って調製し、そしてこの混合物を水で加水分解した。得られた水酸化物混合物を乾燥させ、そして700℃で24時間、空気中でか焼して、均一な混合酸化物の調製を完了した。
貯蔵材料、白金およびパラジウムでコーティングした酸化アルミニウム、ならびにロジウムでコーティングした酸化アルミニウムを含む、従来の貯蔵触媒を調製した。
表3に与えるような組成を有する、別の比較触媒(CC2)を調製した。白金のみを、触媒的に活性な貴金属として使用し、そして比較例1とは対照的に、この白金を、安定化した酸化アルミニウムではなく均一なMg/Al混合酸化物IIに堆積させた。このMg/Al混合酸化物IIをまた、貯蔵材料BaO/Ce/Zr酸化物の代わりに使用した。
2種類の貯蔵触媒を、本発明に従って調製した。これらを、以下においてC1aおよびC1bと称する。
触媒C2aの調製のために、Mg/Al混合酸化物IIを、最初に、比較例2において記載したように白金でコーティングし、次いで水に懸濁させた。硝酸パラジウムを、この懸濁物に撹拌しながら入れた。硝酸パラジウムが、白金で触媒化されたMg/Al混合酸化物に吸着した後に、貯蔵材料BaO/Ce/Zr酸化物をこの懸濁物に添加し、そしてハニカム状キャリアを、得られた懸濁物でコーティングした。
表3に列挙される触媒組成が得られるように、パラジウムをロジウムで置き換えたことを除いて、実施例2を繰り返した。硝酸ロジウムを、ロジウムの前駆体化合物として使用した。
触媒C4aのコーティングは、触媒C1aとまったく同様に、貯蔵材料BaO/Ce/Zr酸化物に加えて、白金で触媒化されたMg/Al混合酸化物IIを含む。さらに、このコーティングは、比較触媒CC1と同様に、ロジウムで触媒化されたLa/Al2O3を含む。
均一なMg/Al混合酸化物における酸化マグネシウム対酸化アルミニウムの混合比の、貯蔵効率に対する影響を試験するために、触媒C4bによる触媒組成におけるMg/Al混合酸化物IIを、混合酸化物I、IIIおよびIVで置き換えた。
比較触媒CC3を、触媒C4bと類似して調製したが、均一なMg/Al混合酸化物IIを、酸化マグネシウムをドープした酸化アルミニウムで置き換えた。この材料を、γ−Al2O3を酢酸マグネシウムで含浸し、乾燥させ、そして900℃で2時間か焼することによって得た。表3において、この材料は、均一なMg/Al「混合」酸化物IIと区別するために、Mg/Al酸化物IIと記載される。Mg/Al混合酸化物IIとまったく同様に、そのMgO/Al2O3の比は20/80であった。
A=55重量%
B=50重量%
C=84重量%
D= 5重量%。
比較触媒CC4を、触媒C5aと類似して調製したが、均一なMg/Al混合酸化物IIIを、酸化マグネシウムでドープした酸化アルミニウムで置き換えた。この材料を、γ−Al2O3を酢酸マグネシウムで含浸し、乾燥させ、そして900℃で2時間か焼することによって得た。表3において、この材料は、均一なMg/Al「混合」酸化物IIIと区別するために、Mg/Al酸化物IIIと記載される。Mg/Al混合酸化物IIIと全く同じに、そのMgO/Al2O3の比は10/90であった。
比較触媒CC5を、触媒C4aと類似して調製したが、均一なMg/Al混合酸化物IIを、900℃で2時間か焼したハイドロタルサイトで置き換えた。このハイドロタルサイトのMgO/Al2O3比は、50:50であった。
比較触媒CC6を、触媒C4bと類似して調製したが、均一なMg/Al混合酸化物IIを、80/20の混合比のランタン安定化酸化γ−アルミニウムおよび酸化マグネシウムの物理的混合物で置き換えた。これら2種の粉末物質の混合物を、公知の孔隙量含浸のプロセスによって、2.5重量%の白金で含浸した。エタノールアミン中のヘキサヒドロキシ白金酸(H2Pt(OH)6)の水溶液(これは、他の実施例において既に使用された)を、白金の前駆体化合物として使用した。含浸した材料を乾燥させ、そして500℃で2時間、空気中でか焼した。
触媒6aおよび6bをまた、触媒4bと同様に調製した。
触媒7aを、触媒6aと同様に調製した。酸化プラセオジムを用いる代わりに、白金によって触媒されるMg/Al混合酸化物IIを、硝酸セリウムで含浸し、乾燥し、そしてか焼することによって、10gの酸化セリウムを用いて改変した。
比較例1の触媒CC1および実施例6のC6bを、強化した熱的エージングに供した。この目的のために、この触媒を、空気中、850℃、900℃、および950℃の温度で各々24時間貯蔵した。
Claims (22)
- 希薄混合気燃焼エンジンからの排出ガスにおける窒素酸化物の量を低減するための触媒であって、少なくとも1つの白金族の貴金属、ならびに少なくとも1つの窒素酸化物貯蔵材料を酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムの均一なMg/Al混合酸化物と組み合わせて含み、ここで、該酸化マグネシウムは、該Mg/Al混合酸化物の総重量に基づいて、約5〜約28重量%の濃度で存在する、触媒。
- 前記酸化マグネシウムが、前記混合酸化物の総重量に基づいて、約10〜25重量%の濃度で存在する、請求項1に記載の触媒。
- 前記貴金属が、白金、パラジウム、ロジウムまたはこれらの混合物からなる群より選択され、そして該貴金属が、前記Mg/Al混合酸化物上に完全にかまたは部分的に堆積される、請求項1または2に記載の触媒。
- 前記Mg/Al混合酸化物の表面に、1つ以上の希土類酸化物が付着されている、請求項3に記載の触媒。
- 前記Mg/Al混合酸化物に、酸化プラセオジムおよび/または酸化セリウムが付着されている、請求項4に記載の触媒。
- 前記窒素酸化物貯蔵成分が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルカリ金属、希土類金属またはこれらの混合物からなる群より選択される元素の酸化物、炭酸塩、あるいは水酸化物である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記窒素酸化物貯蔵成分のための前記支持材料が、1つ以上の高融点金属酸化物からなる、請求項6に記載の触媒。
- 前記高融点金属酸化物が、酸化セリウム、セリウム混合酸化物、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、均一なMg/Al混合酸化物、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化ネオジム、酸化イットリウム、およびマンガン酸ランタンまたはこれらの混合物からなる群より選択される、請求項7に記載の触媒。
- 前記窒素酸化物貯蔵成分が、酸化セリウムまたはセリウム混合酸化物の支持材料上に固定されたストロンチウムまたはバリウムの酸化物、炭酸塩、あるいは水酸化物である、請求項8に記載の触媒。
- 前記窒素酸化物貯蔵成分のための前記支持材料が、ジルコニウム、ケイ素、スカンジウム、イットリウム、ランタンおよび希土類金属またはこれらの混合物からなる群より選択される元素のうち少なくとも1つの酸化物の、前記貯蔵材料の総重量に基づいて約0.5〜80重量%でドープ処理したセリウム混合酸化物である、請求項9に記載の触媒。
- 前記窒素酸化物貯蔵成分のための前記支持材料が、セリウム/ジルコニウム混合酸化物であり、酸化ジルコニウム含有量が、該混合酸化物の総重量に基づいて約1〜約25重量%である、請求項10に記載の触媒。
- 前記セリウム/ジルコニウム混合酸化物が、該セリウム/ジルコニウム混合酸化物ならびに酸化ランタンおよび/または酸化プラセオジムの総重量に基づいて、約0.5〜約10重量%の酸化ランタンおよび/または酸化プラセオジムでドープ処理される、請求項11に記載の触媒。
- 前記貴金属白金および/またはパラジウムが、前記均一なMg/Al混合酸化物に適用される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒。
- 白金がまた、前記窒素酸化物貯蔵材料上に堆積される、請求項13に記載の触媒。
- 前記触媒が、活性な、必要に応じて安定化された酸化アルミニウムを含み、この上にさらなる支持材料としてロジウムが堆積される、請求項14に記載の触媒。
- 前記触媒が、酸化セリウムまたはセリウム/ジルコニウム混合酸化物を含み、この上にさらなる支持材料として白金が堆積される、請求項15に記載の触媒。
- 前記貴金属白金および/またはロジウムが前記均一なMg/Al混合酸化物上に適用される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒。
- 白金がまた、前記窒素酸化物貯蔵材料上に堆積される、請求項17に記載の触媒。
- 前記触媒が、活性な、必要に応じて安定化された酸化アルミニウムを含み、この上にさらなる支持材料としてロジウムが堆積される、請求項18に記載の触媒。
- 前記触媒が、酸化セリウムまたはセリウム/ジルコニウム混合酸化物を含み、この上にさらなる支持材料として白金が堆積される、請求項18に記載の触媒。
- 前記触媒が、不活性なセラミックまたは金属キャリア上に、コーティングの形態で適用される、請求項1〜20のいずれか一項に記載の触媒。
- 希薄混合気燃焼エンジンからの排出ガスの浄化のための、請求項1〜21のいずれか一項に記載の触媒の使用。
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