JP2009050789A

JP2009050789A - 排ガス浄化用触媒

Info

Publication number: JP2009050789A
Application number: JP2007219750A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Fujita; 克幸藤田
Original assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】低温活性を維持しつつ、耐久性を向上させることが可能な排ガス浄化用触媒を提供する。
【解決手段】ハニカム担体５０の全体にＰｄ層がコーティングされており、当該Ｐｄ層にＲｈ層５がコーティングされてなる排ガス浄化用触媒１０であって、前記Ｐｄ層は、前記ハニカム担体５０の上流部５１にコーティングされた上流部Ｐｄ層２１，２２と、当該ハニカム担体５０の下流部５２にコーティングされた下流部Ｐｄ層１とで構成されるとともに、前記上流部Ｐｄ層２１，２２は、前記ハニカム担体５０側にコーティングされた下層２１と、前記Ｒｈ層５側にコーティングされた上層２２とで構成されており、前記下層２１のＰｄ濃度は、前記上層２２のＰｄ濃度よりも高濃度であり、且つ前記上層２２のＰｄ濃度は、前記下流部Ｐｄ層１のＰｄ濃度よりも高濃度である。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒に関する。

自動車等から排出された排ガスには、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の環境汚染物質が含まれている。近年、これらの環境汚染物質を除去するために、各種の排ガス浄化用触媒が開発されており、その一例として三元触媒が知られている。三元触媒は、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の環境汚染物質を酸化若しくは還元させて、水（Ｈ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ_２）等の環境にやさしい物質にするための排ガス浄化用触媒である。このような三元触媒として、従来、ハニカム担体の全体にＰｄ層がコーティングされており、さらに当該Ｐｄ層にＲｈ層がコーティングされたものが知られており、これらのＰｄ層及びＲｈ層は、それぞれ触媒成分であるパラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含有している。その一例を図４，５に示す。図４は、従来の排ガス浄化用触媒４０を示す模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はその長手方向断面図である。また、図５は、図４（ｂ）のＶ部拡大図である。

図４,５に示すように、従来の排ガス浄化用触媒４１にあっては、ハニカム担体５０の全体にＰｄ層１がコーティングされており、さらに、このＰｄ層１にＲｈ層５がコーティングされている。Ｐｄ層１は、ハニカム担体５０の上流部と下流部とにおいて、Ｐｄ濃度が同じ状態でコーティングされている。また、Ｒｈ層５は、ハニカム担体５０の上流部と下流部とにおいて、Ｒｈ濃度が同じ状態でコーティングされている（その他、図１（ｂ）の比較例１参照）。なお、このＲｈ層５は、触媒としての機能を有するとともに、Ｐｄ層１を保護する機能をも有する。そして、これらのＰｄ層１及びＲｈ層５により、排ガス中に含まれている炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）が浄化されることとなる。

ところで、自動車等のエンジンを始動させた直後には、排ガスが低温状態にある。そのため、上記の排ガス浄化用触媒においては、排ガス浄化効率（例えば、ＥＣモード始動時のＨＣ浄化率、ＮＯｘ浄化効率等）が低下してしまう。そこで、排ガス浄化用触媒の低温活性を向上させるために、各種の技術が開発されており、かかる技術の一例として、ハニカム担体の上流側端面の近傍に、Ｐｄを偏在させる技術が知られている（例えば、下記特許文献１，２等参照）。そして、この技術を用いて排ガス浄化用触媒を製造した場合には、前述したＰｄ層１は、ハニカム担体５０の上流部５１と下流部５２とにおいて、Ｐｄ濃度が異なる状態でコーティングされることとなる。また、上流部５１にコーティングされたＰｄ層のＰｄ濃度は、下流部５２にコーティングされたＰｄ層のＰｄ濃度よりも高濃度となる。なお、前述したＲｈ層５は、図４，５と同様に、ハニカム担体５０の上流部５１と下流部５２とにおいて、Ｒｈ濃度が同じ状態でコーティングされたままである（例えば、図１（ｃ）の比較例２等参照）。このようにして、ハニカム担体の上流側端面の近傍にＰｄを偏在させた場合には、このＰｄが低温活性に優れていることから、排ガス浄化用触媒の低温活性が向上することとなる。
特開平６−２０５９８３号公報特開平８−３３２３５０号公報

しかしながら、前述したパラジウム（Ｐｄ）は、低温活性に優れているものの、被毒劣化しやすいという性質を有する。そのため、従来の排ガス浄化用触媒の如く、ハニカム担体の上流部５１にＰｄを偏在させた場合には、低温活性が向上するものの、Ｐｄが排ガス中の毒性成分に接触しやすくなり、耐久性が低下してしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、低温活性を維持しつつ、耐久性を向上させることが可能な排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ハニカム担体の全体にＰｄ層がコーティングされており、当該Ｐｄ層にＲｈ層がコーティングされてなる排ガス浄化用触媒であって、前記Ｐｄ層は、前記ハニカム担体の上流部にコーティングされた上流部Ｐｄ層と、当該ハニカム担体の下流部にコーティングされた下流部Ｐｄ層とで構成されるとともに、前記上流部Ｐｄ層は、前記ハニカム担体側にコーティングされた下層と、前記Ｒｈ層側にコーティングされた上層とで構成されており、前記下層のＰｄ濃度は、前記上層のＰｄ濃度よりも高濃度であり、且つ前記上層のＰｄ濃度は、前記下流部Ｐｄ層のＰｄ濃度よりも高濃度であることを特徴とする。

なお、ハニカム担体の上流部とは、ハニカム担体の上端部を含み、排ガスの流れに関してハニカム担体の上端部から当該ハニカム担体の中心部よりも上流側の所定箇所までの領域を意味し、所定箇所は適宜設計された箇所をいう。ハニカム担体の下流部とは、ハニカム担体の全領域から上流部を除いた領域を意味する。また、上層とは、上流部にコーティングされたＰｄ層のうち、その積層方向に関して上層側の１／２までの領域を意味し、下層とは、上流部にコーティングされたＰｄ層から上層を除いた領域を意味する。

本発明の如く、Ｐｄ濃度を偏在させた排ガス浄化用触媒にあっては、次のような理由により、従来の排ガス浄化用触媒と比べて、低温活性が向上する。すなわち、排ガス浄化用触媒にあっては、排ガスの温度は、ハニカム担体の下流部側よりも上流部側の方が高い状態にある。一方、Ｐｄの触媒活性は、排ガスの温度が高いほど高い傾向にある。特に、排ガスの温度が低温状態にある場合には、ハニカム担体の上流部ではＰｄが触媒活性を有するものの、ハニカム担体の下流部ではＰｄが触媒活性を有しないことがある。そこで、このような排ガスの温度状態及びＰｄの触媒活性の特質に鑑みて、本発明の如く、排ガスの温度が高温状態にあるハニカム担体の上流部に、高濃度のＰｄを偏在させた場合には、Ｐｄによる触媒効率が向上し、従来の排ガス浄化用触媒と比べて、低温活性が向上する。また、本発明の排ガス浄化用触媒にあっては、ハニカム担体の上流部にコーティングされたＰｄ層は、ハニカム担体側の下層及びＲｈ層側の上層にそれぞれＰｄ濃度が異なる状態でコーティングされており、下層にコーティングされたＰｄ層のＰｄ濃度が、上層にコーティングされたＰｄ層のＰｄ濃度よりも高濃度である。そのため、高濃度のＰｄが排ガス中に含まれる毒性成分と接触しにくくなり、従来の排ガス浄化用触媒と比べて、耐久性が向上する。

本発明の排ガス浄化用触媒によれば、低温活性を維持しつつ、耐久性を向上させることが可能となる。

まず、図１を参照しながら、実施例及び比較例１，２の構成について説明する。
図１は、実施例及び比較例１，２の排ガス浄化用触媒を示す拡大図であり、（ａ）は実施例の排ガス浄化用触媒１０を示し、（ｂ）は比較例１の排ガス浄化用触媒４１を示し、（ｃ）は比較例２の排ガス浄化用触媒４２を示す。なお、図１において、図５と同一若しくは類似の箇所には、同一の符号を付している。

図１（ａ）に示すように、実施例の排ガス浄化用触媒１０にあっては、ハニカム担体５０の上流部５１に、Ｐｄ層２１，２２がそれぞれ下層及び上層としてコーティングされており、同ハニカム担体５０の下流部５２には、Ｐｄ層１がコーティングされている。また、Ｐｄ層１及びＰｄ層２２には、Ｒｈ層５がコーティングされており、Ｐｄ／Ｒｈ＝５／１＝０．７ｇ／Ｌである。そして、Ｐｄ層２１，２２の各Ｐｄ濃度は、いずれもＰｄ層１のＰｄ濃度よりも高濃度である。また、Ｐｄ層２１のＰｄ濃度は、Ｐｄ層２２のＰｄ濃度よりも高濃度である。すなわち、各Ｐｄ層１，２１，２２のＰｄ濃度の大小は、Ｐｄ層２１のＰｄ濃度＞Ｐｄ層２２のＰｄ濃度＞Ｐｄ層１のＰｄ濃度、という関係にある。

ところで、同図においては、ハニカム担体５０の上流側端面から１０ｍｍの領域にＰｄ全量の１／２を偏在させており、Ｐｄ層２１のＰｄ濃度がＰｄ層２２のＰｄ濃度の１４．８倍となるように設計されている。また、ハニカム担体５０の上流部５１と下流部５２の長さの比率、すなわち上流部５１の長さ／下流部５２の長さは、１／１４に設計されている。さらに、Ｐｄ層２１とＰｄ層２２の厚み比率は、コート量換算で１７／８３≒０．２５に設計されている。

但し、本発明において、これらの設計事項は、いずれも適宜変更し得るものであり、本実施例の設計例に限定されるものではない。例えば、ハニカム担体５０の上流側端面から１０ｍｍ〜２０ｍｍの領域にＰｄ全量の１／２以上を偏在させることとしてもよい。また、前述したＰｄ層２１のＰｄ濃度がＰｄ層２２のＰｄ濃度の１０倍以上となるように設計されたものであってもよく、さらには、前述したＰｄ層２１とＰｄ層２２の厚み比率が５／９５〜２０／８０となるように設計されたものであってもよい。

各Ｐｄ層１，２１，２２は、いずれも触媒成分であるＰｄがγアルミナに担持された状態でコーティングされており、Ｐｄ／γアルミナの比率をコントロールすることにより、各Ｐｄ層１，２１，２２のＰｄ濃度が上記の如く調節されている。具体的には、実施例の排ガス浄化用触媒１０は、次のようにして製造されたものである。まず、ハニカム担体５０の上流部５１及び下流部５２に、それぞれＰｄ層をセパレートした状態でコーティングし、さらに、上流部５１にコーティングしたＰｄ層にＰｄを集中させて、当該Ｐｄ層をＰｄリッチにした。続いて、このＰｄ層を積層方向に対して上下層にセパレートし、下層側のＰｄ層にＰｄを集中させて、当該Ｐｄ層をＰｄリッチにした。その上で、Ｒｈ層５をコーティングした。このようにして、実施例の排ガス浄化用触媒１０、すなわち、ハニカム担体５０にＰｄ層１,２１,２２及びＲｈ層５がコーティングされてなる排ガス浄化用触媒１０が得られた。

他方、図１（ｂ）に示すように、比較例１の排ガス浄化用触媒４１にあっては、図５に示した排ガス浄化用触媒４１と同一の構成を有する。すなわち、比較例１の排ガス浄化用触媒４１にあっては、ハニカム担体５０にＰｄ層１がコーティングされており、このＰｄ層１にＲｈ層５がコーティングされている。Ｐｄ層１は、ハニカム担体５０の上流部と下流部とにおいて、Ｐｄ濃度が同じ状態でコーティングされている。また、Ｒｈ層５は、ハニカム担体５０の上流部と下流部とにおいて、Ｒｈ濃度が同じ状態でコーティングされている。また、図１（ｃ）に示すように、比較例２の排ガス浄化用触媒４２にあっては、ハニカム担体５０の上流部５１には、Ｐｄ層２０がコーティングされており、同ハニカム担体５０の下流部５２には、Ｐｄ層１がコーティングされている。そして、Ｐｄ層２０のＰｄ濃度は、Ｐｄ層２２のＰｄ濃度よりも高濃度であり、且つＰｄ層２１のＰｄ濃度よりも低濃度である。なお、これらのＰｄ層２０及びＰｄ層１には、Ｒｈ層５がコーティングされている。

次に、図２，３を参照しながら、実施例及び比較例１，２の効果について説明する。本実施例及び比較例１，２では、図１に示した排ガス浄化用触媒１０、４１，４２を対象にして、それぞれＥＣモード始動時のＨＣ浄化率及びＮＯｘ浄化率を測定した。その際、エンジンベンチ（入口温度：８５０℃）にて２０時間耐久処理したものをＥＣモードにて実走評価した。その測定結果を図２，３に示す。図２はＨＣ浄化率を示すグラフ、図３はＮＯｘ浄化率を示すグラフである。なお、測定条件は、次の（１）〜（５）に示す通りであり、（１）触媒サイズ：φ９３×１４７．５；３．５／６００、（２）車両：マツダアクセラ（対米仕様）、（３）触媒位置：Ｃ／Ｃ、（４）走行モード：ＥＣＥ１５、（５）耐久モード：ＦＳエンジン（４０００ｒｐｍ⇔ｉｄｌｅ１分切り替え）２０ｈ、とした。

図２に示すように、ＥＣモード始動時のＨＣ浄化率は、比較例１よりも比較例２の方が優れた値を示し、この比較例２よりも実施例の方が優れた値を示した。また、図３に示すように、ＥＣモード始動時のＮＯｘ浄化率についても、比較例１よりも比較例２の方が優れた値を示し、この比較例２よりも実施例の方が優れた値を示した。とりわけ、実施例と比較例１，２との差異は、ＨＣ浄化率及びＮＯｘ浄化率の双方について、ＥＣモード始動時から約２０〜８０秒間において顕著となった。これらの結果により、実施例の排ガス浄化用触媒１０によれば、比較例１，２の排ガス浄化用触媒４１，４２と比べて、低温活性を維持しつつ、耐久性をより向上させ得ることが判明した。

実施例及び比較例１，２の排ガス浄化用触媒を示す拡大図である。ＥＣモード始動時のＨＣ浄化率（％）を示すグラフである。ＥＣモード始動時のＮＯｘ浄化率（％）を示すグラフである。従来の排ガス浄化用触媒を示す模式図である。図４（ｂ）のＶ部拡大図である。

符号の説明

１,２１,２２Ｐｂ層
５Ｒｈ層
１０排ガス浄化用触媒
５０ハニカム担体
５１ハニカム担体の上流部
５２ハニカム担体の下流部

Claims

ハニカム担体の全体にＰｄ層がコーティングされており、当該Ｐｄ層にＲｈ層がコーティングされてなる排ガス浄化用触媒であって、
前記Ｐｄ層は、前記ハニカム担体の上流部にコーティングされた上流部Ｐｄ層と、当該ハニカム担体の下流部にコーティングされた下流部Ｐｄ層とで構成されるとともに、前記上流部Ｐｄ層は、前記ハニカム担体側にコーティングされた下層と、前記Ｒｈ層側にコーティングされた上層とで構成されており、前記下層のＰｄ濃度は、前記上層のＰｄ濃度よりも高濃度であり、且つ前記上層のＰｄ濃度は、前記下流部Ｐｄ層のＰｄ濃度よりも高濃度であることを特徴とする排ガス浄化用触媒。