JP2009125707A - Exhaust gas cleaning catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスに含まれる炭化水素(HC)等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 that purifies hydrocarbon (HC) and the like contained in exhaust gas.
エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒は、例えば、エンジン排気マニホールドの直下に配設されていることが多い。このことは、エンジンの始動時等の排気ガス温度が低いときには、排気通路に設けられた排気ガス浄化用触媒に含まれる触媒貴金属が充分に活性化しておらず、HCや一酸化炭素(CO)の酸化反応、又は窒素酸化物(NOx)の還元反応等による排気ガスの浄化が起こりにくいためである。かかる位置に排気ガス浄化用触媒を配設することによって、可能な限り早期に排気ガス浄化用触媒中の触媒貴金属を活性化させることができ、HC等の未燃排気ガスの浄化を早期に開始させることができる。 An exhaust gas purifying catalyst that purifies exhaust gas discharged from an engine is often disposed, for example, immediately below an engine exhaust manifold. This means that when the exhaust gas temperature is low, such as when the engine is started, the catalyst noble metal contained in the exhaust gas purification catalyst provided in the exhaust passage is not sufficiently activated, and HC and carbon monoxide (CO) This is because it is difficult to purify the exhaust gas by the oxidation reaction of NOx or the reduction reaction of nitrogen oxide (NOx). By disposing the exhaust gas purification catalyst at such a position, the catalyst precious metal in the exhaust gas purification catalyst can be activated as early as possible, and the purification of unburned exhaust gas such as HC is started early. Can be made.
しかしながら、かかる位置に排気ガス浄化用触媒を配設しても、エンジン始動後、数秒から20秒くらいの間は、排気ガス浄化用触媒中の触媒貴金属がHC成分を酸化できる温度に到達していないため、排気ガスを充分に浄化できないという問題があった。 However, even if the exhaust gas purifying catalyst is disposed at such a position, the catalyst precious metal in the exhaust gas purifying catalyst has reached a temperature at which the HC component can be oxidized for several seconds to 20 seconds after the engine is started. Therefore, there is a problem that exhaust gas cannot be sufficiently purified.
この問題を解決するために、HC成分を吸着するゼオライトを含有した排気ガス浄化用触媒が知られている。ゼオライトは、結晶構造内に数Å〜数十Åの範囲において所定サイズの細孔を有し、該細孔にHC成分を吸着でき、ゼオライトを温めると、その吸着したHC成分を脱離することが知られている。ゼオライトを含有するによって、エンジン始動直後は、排気ガス中のHC成分をゼオライトが吸着する。そして、排気ガス浄化用触媒が温められると、ゼオライトに吸着されていたHC成分が徐々に脱離して、活性化された触媒貴金属によって浄化される。 In order to solve this problem, exhaust gas purifying catalysts containing zeolite that adsorbs HC components are known. Zeolite has pores of a predetermined size in the range of several to tens of thousands in the crystal structure, and can adsorb HC components in the pores, and when the zeolite is warmed, the adsorbed HC components are desorbed. It has been known. By containing zeolite, immediately after the engine is started, the zeolite adsorbs the HC component in the exhaust gas. When the exhaust gas purification catalyst is warmed, the HC component adsorbed on the zeolite is gradually desorbed and purified by the activated catalytic noble metal.
このようなHC成分を一時的に吸着する排気ガス浄化用触媒の一例としては、例えば、特許文献1に、担体上にゼオライトを主成分とする第1触媒層と、その上に酸化還元能を備えた貴金属触媒を主成分とする第2触媒層を設けてなる触媒が開示されている。
As an example of such an exhaust gas purifying catalyst that temporarily adsorbs HC components, for example,
また、特許文献2には、ゼオライト吸着剤、Ag、Cu、Co、Ni、SrおよびMgの少なくとも1種を含む脱離温度向上成分および燃焼触媒活性成分を含む触媒組成物Aと、前記ゼオライト吸着剤および燃焼触媒活性成分を含む触媒組成物Bとの混合体が、ハニカム担体上に担持されている排気ガス浄化用触媒が開示されている。
特許文献3には、排気ガス流路の上流側から下流側に向かって、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群から選ばれるアルカリ土類金属とZrとを含むZr酸化物を有する水素富化手段、NOx触媒、及びゼオライトを含む炭化水素吸着材層を有するHCトラップ触媒を順次配置してなる排気ガス浄化システムを開示している。
上記のようなHC成分を一時的に吸着する排気ガス浄化用触媒は、触媒貴金属がHC成分を浄化できる温度に到達するまで、HC成分が吸着されていることが求められる。すなわち、HC成分の脱離温度の高い排気ガス浄化用触媒が求められる。 The exhaust gas purification catalyst that temporarily adsorbs the HC component as described above is required to have the HC component adsorbed until it reaches a temperature at which the catalytic noble metal can purify the HC component. That is, an exhaust gas purification catalyst having a high HC component desorption temperature is required.
特許文献1に記載されているゼオライトは、約60℃以下の低温でHC成分を吸着できるものの、排気ガス温度が250℃程度となったときに、吸着していたHC成分の大半が脱離される。この250℃程度の排気ガス温度では、排気ガス浄化用触媒中の触媒貴金属が充分に活性化されておらず、脱離したHC成分を充分に浄化できなかった。
Although the zeolite described in
また、特許文献2によれば、SrやBa等の脱離温度向上成分の使用により、高級炭化水素の脱離温度を上昇させることができることが記載されている。しかしながら、SrやBa等の脱離温度向上成分は、SrやBa等を含有する溶液を用いてゼオライトに担持させていることから、ゼオライトに担持されている脱離温度向上成分は、SrOやBaO等のアルカリ土類金属の酸化物であると推察される。このようなアルカリ土類金属の酸化物は、排気ガスの空燃比がリッチ状態の場合には炭酸塩化合物となり、一方、排気ガスの空燃比がリーン状態の場合には硝酸塩化合物となる。したがって、エンジンを停止するときの排気ガスの空燃比に応じて、脱離温度向上成分の化合物種が異なり、脱離温度向上成分の化合物種によっては、次のエンジン始動時に脱離温度の向上を充分に果たせない場合がある。
特許文献3によれば、リーンバーン条件下において、排気ガス中のNOx及びHCをより効率的に浄化しうることが記載されている。しかしながら、Zr酸化物を有する水素富化手段と、ゼオライトを含む炭化水素吸着材層を有するHCトラップ触媒とが、NOx触媒を介する離間した配置であることから、Zr酸化物がゼオライトに直接作用して、ゼオライトのHC脱離温度を向上させるとは考えられない。さらに、水素富化手段で用いられるZr酸化物は、水素を生成する機能を有するものであって、ゼオライトのHC脱離温度を向上させるものではない。
According to
本発明は、吸着されたHC成分の脱離温度の高い排気ガス浄化用触媒を提供することである。 The present invention is to provide an exhaust gas purifying catalyst having a high desorption temperature of the adsorbed HC component.
本発明の排気ガス浄化用触媒は、エンジンの排気通路に配設される排気ガス浄化用触媒であって、ハニカム状担体と、ハニカム状担体のセル壁表面に形成された触媒層とを備え、前記触媒層が、ゼオライトと、ジルコニウム(Zr)及びアルカリ土類金属を含むZr系複合酸化物とを含有することを特徴とする。 The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is an exhaust gas purifying catalyst disposed in an exhaust passage of an engine, and includes a honeycomb-shaped carrier and a catalyst layer formed on a cell wall surface of the honeycomb-shaped carrier, The catalyst layer contains zeolite and a Zr-based composite oxide containing zirconium (Zr) and an alkaline earth metal.
この構成によれば、Zr系複合酸化物が、アルカリ土類金属を含むので、塩基性が高い。この塩基性の高いZr系複合酸化物が、触媒層に接触したHC成分に作用することによって、排気ガス中のHC成分をゼオライトに吸着されやすい状態に変化させることができる。そして、ゼオライトに吸着されやすい状態に変化したHC成分が、近傍のゼオライトに強固に吸着される。また、Zr系複合酸化物は、アルカリ土類金属単体と比較して、排気ガスの空燃比によって、化学種が変化しにくいので、排気ガスの空燃比にかかわらず、排気ガス中のHC成分をゼオライトに吸着されやすい状態に変化させることができる。 According to this configuration, since the Zr-based composite oxide includes an alkaline earth metal, the basicity is high. This highly basic Zr-based composite oxide acts on the HC component in contact with the catalyst layer, whereby the HC component in the exhaust gas can be changed to a state that is easily adsorbed by the zeolite. Then, the HC component that has been changed to a state in which it is easily adsorbed by the zeolite is firmly adsorbed by the nearby zeolite. In addition, since the chemical species of Zr-based composite oxides are less likely to change depending on the air-fuel ratio of the exhaust gas compared to the alkaline earth metal alone, the HC component in the exhaust gas is not affected by the air-fuel ratio of the exhaust gas. It can be changed to a state in which it is easily adsorbed on zeolite.
従って、排気ガスの空燃比にかかわらず、HC成分がゼオライトに強固に吸着されるので、吸着されたHC成分の脱離温度の高い排気ガス浄化用触媒が得られる。 Therefore, regardless of the air-fuel ratio of the exhaust gas, the HC component is firmly adsorbed on the zeolite, so that an exhaust gas purification catalyst having a high desorption temperature of the adsorbed HC component can be obtained.
このことは、触媒層に接触したHC成分が、塩基性の高いZr系複合酸化物によって、カルバニオンに変化し、そのカルバニオンがゼオライトのルイス酸点と結合するためであると考えられる。 This is presumably because the HC component in contact with the catalyst layer is changed to carbanion by the highly basic Zr-based composite oxide, and the carbanion is bonded to the Lewis acid point of the zeolite.
また、前記触媒層が、前記ゼオライトと前記Zr系複合酸化物とを含有する混合物からなることが好ましい。この構成によれば、ゼオライトとZr系複合酸化物とが近接している状態の触媒層を容易に形成される。また、このような触媒層は、Zr系複合酸化物によって、ゼオライトに吸着されやすい状態に変化したHC成分が、Zr系複合酸化物に近接するゼオライトに吸着されやすい。 Moreover, it is preferable that the said catalyst layer consists of a mixture containing the said zeolite and the said Zr type complex oxide. According to this configuration, the catalyst layer in a state where the zeolite and the Zr-based composite oxide are close to each other can be easily formed. Further, in such a catalyst layer, the HC component that has been changed to a state in which it is easily adsorbed to the zeolite by the Zr-based composite oxide is easily adsorbed to the zeolite in the vicinity of the Zr-based composite oxide.
また、前記触媒層が、前記セル壁表面に形成された、ゼオライトを含有するゼオライト層と、該ゼオライト層表面に形成された、前記Zr系複合酸化物を含有する酸化物層とからなることが好ましい。この構成によれば、ゼオライト層上に酸化物層が積層されていることより、HC成分の多くが、酸化物層内のZr系複合酸化物に接触してから、ゼオライト層内のゼオライトに吸着されるので、HC成分がゼオライトにより強固に吸着される。したがって、吸着されたHC成分の脱離温度をより高めることができる。 The catalyst layer may be composed of a zeolite layer containing zeolite formed on the surface of the cell wall and an oxide layer containing the Zr-based composite oxide formed on the surface of the zeolite layer. preferable. According to this configuration, since the oxide layer is laminated on the zeolite layer, most of the HC components are adsorbed on the zeolite in the zeolite layer after coming into contact with the Zr-based composite oxide in the oxide layer. Therefore, the HC component is strongly adsorbed by the zeolite. Therefore, the desorption temperature of the adsorbed HC component can be further increased.
また、前記Zr系複合酸化物における、ZrO2と前記アルカリ土類金属の酸化物との合計量に対する前記アルカリ土類金属の酸化物の含有率が、1質量%以上であることが好ましい。この構成によれば、高温時のHC脱離量のより多い排気ガス浄化用触媒が得られる。 Also, in the Zr-based composite oxide, the content of the oxide of the alkaline earth metal to the total amount of the oxide of the alkaline earth metal and ZrO 2 is preferably 1 mass% or more. According to this configuration, an exhaust gas purifying catalyst having a larger amount of HC desorption at a high temperature can be obtained.
このことは、Zr系複合酸化物の塩基性がより高まるので、HC成分をカルバニオンに変化させやすく、HC成分がゼオライトにより強固に吸着されるためであると考えられる。 This is considered to be because the basicity of the Zr-based composite oxide is further increased, so that the HC component is easily changed to carbanion, and the HC component is strongly adsorbed by the zeolite.
また、前記ゼオライトと前記Zr系複合酸化物との合計量に対する前記Zr系複合酸化物の含有率が、1〜50質量%であることが好ましい。この構成によれば、ゼオライトの相対量が多いので、HC吸着量のより多い排気ガス浄化用触媒が得られる。 Moreover, it is preferable that the content rate of the said Zr type complex oxide with respect to the total amount of the said zeolite and the said Zr type complex oxide is 1-50 mass%. According to this configuration, since the relative amount of zeolite is large, an exhaust gas purification catalyst having a larger HC adsorption amount can be obtained.
本発明によれば、排気ガスの空燃比にかかわらず、HC成分がゼオライトに強固に吸着されるので、吸着されたHC成分の脱離温度が高い排気ガス浄化用触媒が得られる。 According to the present invention, since the HC component is firmly adsorbed to the zeolite regardless of the air-fuel ratio of the exhaust gas, an exhaust gas purification catalyst having a high desorption temperature of the adsorbed HC component can be obtained.
本発明の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒について説明する。 An exhaust gas purifying catalyst according to an embodiment of the present invention will be described.
図1は、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒を備えた触媒コンバータ1を模式的に示す断面図である。触媒コンバータ1は、エンジンに接続される排気通路に配置され、この触媒コンバータ1において排気ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)が浄化されて排出されるように構成されている。この触媒コンバータ1は、耐熱容器2の中に浄化触媒(排気ガス浄化用触媒)3が内蔵されることにより構成されている。なお、図示を省略しているが、耐熱容器2には、浄化触媒3の温度を検出する温度センサが設けられていてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
図2は、浄化触媒3の一部を拡大して示す断面図である。浄化触媒3は、隔壁で区画した多数のセルを有する略円柱状のハニカム状担体のセル壁5表面に触媒層6が形成されることにより構成され、排気ガスは上流側から下流側に向かってセルを通過する間にそのセル表面に形成された触媒層6中に拡散して、触媒層6に含まれる触媒貴金属と接触することにより有害成分(HC,CO,NOx)を浄化させるようになっている。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the
前記浄化触媒3は、そのハニカム状担体として、例えば、コージェライト製のセラミック担体、あるいはステンレス鋼製のメタル担体を用いることができる。また、浄化触媒3の触媒層6は、ゼオライト、及びジルコニウム(Zr)とアルカリ土類金属とを含むZr系複合酸化物等がセル壁の表面にコーティングされることにより形成されている。すなわち、触媒層6は、ゼオライトとZr系複合酸化物とを含有し、ゼオライトの少なくとも一部とZr系複合酸化物の少なくとも一部とが近接している。また、触媒層6に含まれる材料としては、本発明の効果を損なわない範囲で、ゼオライト及びZr系複合酸化物以外に、従来から触媒材料として用いられているもの、例えば、アルミナ、Ceを含む複合酸化物からなる酸素吸蔵材、硫黄(S)成分による被毒の抑制のためのニッケル(Ni)、及びリン(P)成分による被毒の抑制のためのバリウム(Ba)等を含んでいてもよい。
In the
次に、触媒層6の具体的構成について説明する。図3は、セル壁5上に形成されている触媒層6を模式的に示す断面図である。触媒層6としては、図3(a)に示すように、ゼオライト11とZr系複合酸化物12とを含む混合物からなる触媒層や、図3(b)に示すように、ゼオライト11を含有する吸着材層上にZr系複合酸化物12を含有する酸化物層を積層してなる触媒層等が挙げられる。なお、触媒層6としては、ゼオライト11とZr系複合酸化物12とを含み、ゼオライト11の少なくとも一部とZr系複合酸化物12の少なくとも一部とが近接していればよく、上記2つの構成に限定されない。また、触媒層6には、触媒貴金属13が含有されていてもよく、例えば、前記ゼオライト11又は前記Zr系複合酸化物12等に触媒貴金属13が担持されていてもよい。さらに、触媒層6としては、ゼオライト11とZr系複合酸化物12とを含む吸着層と、前記吸着層より排気ガス下流側に形成された、触媒貴金属を含有する三元触媒層とからなっていてもよい。
Next, a specific configuration of the
前記ゼオライト11としては、HC成分が吸着される多数の細孔を有するものであれば、特に限定されなく用いられ、例えば、β−ゼオライト、MFI−ゼオライト(ZSM−5)及び超安定化Y(USY)−ゼオライト等が挙げられる。また、ケイバン(SiO2/Al2O3)比が、20〜100であるものが好ましい。
The
前記Zr系複合酸化物12は、後述のように、ゼオライト11に吸着されているHCの脱離温度を高める性能を有するものである。また、前記Zr系複合酸化物12としては、Zrとアルカリ土類金属とを含むものであれば、特に限定なく用いられる。アルカリ土類金属としては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)が挙げられ、Ca及びSrが好ましく用いられる。Zr系複合酸化物の具体例としては、例えば、ZrとSrとの酸化物からなるZrSr複合酸化物やZrとCaとの酸化物からなるZrCa複合酸化物等が挙げられる。
The Zr-based
また、前記Zr系複合酸化物12における、ZrO2とアルカリ土類金属の酸化物との合計量に対するアルカリ土類金属の酸化物の含有率が、1質量%以上であることが好ましい。また、前記含有率が高いほど、Zr系複合酸化物12の塩基性が高まるので、HC脱離温度が高まり、高温時におけるHC脱離量が多くなる点で好ましいが、Zr系複合酸化物の結晶構造が崩壊されやすくなる。よって、前記含有率の上限値は、Zr系複合酸化物の製造限界により定まる。例えば、ZrSr複合酸化物の場合、ZrO2とSrOとの合計量に対するSrOの含有率が約15質量%(ZrとSrとの合計量に対するSrの含有率が約21.0モル%)が、製造限界であり、前記含有率の上限値である。
Also, in the Zr-based
Zr系複合酸化物12は、例えば、以下のようにして調製される。Zrの硝酸塩とSrの硝酸塩とを所定量、イオン交換水等に溶解させ、アンモニア共沈法による複合酸化物前駆体を調製する。そして、この複合酸化物前駆体を水洗し、所定の温度で加熱乾燥させ、最後に焼成することにより、Zr系複合酸化物12が得られる。なお、Zr系複合酸化物12の中には、ZrO2やアルカリ土類金属の酸化物の他、他の金属酸化物が含まれているものであってもよい。
The Zr-based
また、ゼオライト11とZr系複合酸化物12との合計量に対するZr系複合酸化物12の含有率が、1〜50質量%であることが好ましい。前記含有率が少なすぎると、Zr系複合酸化物12を含有する効果が発揮できない傾向があり、また多すぎると、ゼオライト11の量が減ってしまうので、HC成分の最大吸着量が減少してしまう。
Moreover, it is preferable that the content rate of Zr type
触媒層6は、例えば、以下のようにして調製される。
The
図3(a)に示すようなゼオライト11とZr系複合酸化物12とを含有する混合物からなる触媒層の場合、ゼオライト11、Zr系複合酸化物12、水及びバインダ原料とを混合してスラリーを生成する。そして、このスラリーをハニカム状担体上にコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去した後、乾燥、焼成する。このようにして、ハニカム状担体のセル壁5上に、ゼオライト11とZr系複合酸化物12とを含有する混合物の焼成物からなる触媒層6を形成する。
In the case of a catalyst layer made of a
また、図3(b)に示すような吸着材層上に酸化物層を積層してなる触媒層の場合、まず、ゼオライト11、水及びバインダ原料とを混合して吸着材層形成用スラリーを生成する。そして、この吸着材層形成用スラリーをハニカム状担体上にコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去した後、乾燥、焼成する。このようにして、ハニカム状担体のセル壁5上に吸着材層を形成する。次に、Zr系複合酸化物12、水及びバインダ原料とを混合して酸化物層形成用スラリーを生成する。そして、この酸化物層形成用スラリーを、吸着材層を形成させたハニカム状担体上にコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去した後、乾燥、焼成する。このようにして、ハニカム状担体のセル壁5上に、吸着材層上に酸化物層を積層してなる触媒層6を形成する。
In the case of a catalyst layer formed by laminating an oxide layer on an adsorbent layer as shown in FIG. 3 (b), first, the
なお、この触媒層6の層厚等は、スラリーの粘度や濃度等により調整可能である。また、バインダ原料としては、例えば、硝酸ジルコニルやアルミナゾル等を用いることができ、焼成条件としては、450〜550℃の温度で、大気中にて1〜3時間程度保持するのが好ましい。
The layer thickness of the
触媒層6に含まれるZr系複合酸化物12は、ゼオライト11に吸着されているHCの脱離温度を高める性能(HC脱離温度を向上させる性能)を有する。この性能を発揮するメカニズムは、次のように推測される。図4は、HC脱離温度を向上させるメカニズムを示す説明図である。
The Zr-based
エンジンから排気ガスが排出されると、排気ガス中のHC成分が浄化触媒3の触媒層6に接触する。触媒層6中のZr系複合酸化物12は、アルカリ土類金属を含むので、塩基性が強い。よって、塩基性の強いZr系複合酸化物12が、触媒層6に接触したHC成分に作用することによって、炭素上に負電荷を有するカルバニオンが発生する。具体的には、例えば、HC成分であるオレフィンが、触媒層6に接触すると、図4(a)に示すように、オレフィンのアリル位のHが、H+として引き抜かれ、アリルカルバニオンとなる。
When the exhaust gas is discharged from the engine, the HC component in the exhaust gas comes into contact with the
カルバニオンは、炭素上に負電荷を有するので、図4(b)に示すように、ゼオライト11のルイス酸点(Al+)と相互作用して、引き付けられる。この相互作用によって、Zr系複合酸化物12は、ゼオライト11へのHC成分の吸着を強化している。したがって、ゼオライト11に吸着されたHC成分の脱離温度が高まると推定される。
Since the carbanion has a negative charge on the carbon, as shown in FIG. 4B, the carbanion interacts with the Lewis acid point (Al + ) of the
また、図4では、HC成分として、オレフィン(ブテン)を例示したが、オレフィンに限らず、HC成分であれば、Zr系複合酸化物12によって、炭素上に負電荷を有するカルバニオンが発生し、上記メカニズムと同様に作用し、HC成分の脱離温度が高まると推定される。
In FIG. 4, olefin (butene) is exemplified as the HC component. However, the HC component is not limited to the olefin, and a carbanion having a negative charge is generated on the carbon by the Zr-based
また、Zr系複合酸化物12における、アルカリ土類金属の酸化物の含有率が高いと、塩基性がより高まるので、HC成分をカルバニオンに変化させやすく、HC成分がゼオライト11により強固に吸着されると推察される。
Further, when the content of the alkaline earth metal oxide in the Zr-based
また、Zr系複合酸化物12ではなく、アルカリ土類金属単体であっても、塩基性が強いので、上記メカニズムと同様の効果を達成できるように思われるが、アルカリ土類金属単体では、排気ガスの空燃比によって、酸化物、炭酸塩化合物、硝酸塩化合物と化学種が変化しやすい。これに対して、Zr系複合酸化物12は、排気ガスの空燃比にかかわらず安定であるので、上記のHC脱離温度を向上させる性能を充分に発揮できると考えられる。
Further, it seems that even if the alkaline earth metal alone is not the Zr-based
なお、Zr系複合酸化物12単独では、HC成分の吸着は見られない。このことからも、Zr系複合酸化物12は、ゼオライト11のHC脱離温度向上に作用することがわかる。
Note that adsorption of HC components is not observed with the Zr-based
以上のように、本発明に係る浄化触媒は、吸着されたHC成分の脱離温度が高いので、脱離されたHC成分は、充分に加熱されて活性化された触媒貴金属によって、浄化することができる。 As described above, since the purification catalyst according to the present invention has a high desorption temperature of the adsorbed HC component, the desorbed HC component is purified by a catalytic noble metal that is sufficiently heated and activated. Can do.
以下に、本発明の実施形態である浄化触媒3の実施例について説明するが、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。
Below, although the Example of the
[実施例A]
まず、浄化触媒のHC脱離温度特性を検討した。
[Example A]
First, the HC desorption temperature characteristics of the purification catalyst were examined.
(実施例1)
本実施例のハニカム状担体としては、直径25.4mm、長さ50mm、セル壁4mil、セル数400cpsi(1平方インチあたりのセル数が400)のコージェライト製の担体を用いた。
Example 1
As the honeycomb-shaped carrier of this example, a cordierite carrier having a diameter of 25.4 mm, a length of 50 mm, a cell wall of 4 mil, and a cell count of 400 cpsi (400 cells per square inch) was used.
次に、ZrSr複合酸化物を調製した。具体的には、まず、イオン交換水に、Zrの硝酸塩とSrの硝酸塩とを所定量溶解させた。そして、その溶液に、アンモニアにより調整した塩基性溶液を滴下することによって、各金属元素を含む沈殿を生成させ、ろ過、水洗、乾燥、500℃で2時間の焼成を行った。そうすることによって、ZrSr複合酸化物を調製した。ここで、Zrの硝酸塩とSrの硝酸塩とをイオン交換水に溶解させる所定量は、得られるZrSr複合酸化物において、ZrとSrとの合計量に対するSrの含有率が6.25モル%(ZrO2とSrOとの合計量に対するSrOの含有率が5.31質量%)となるようにした。ここで得られたZrSr複合酸化物は、以下、ZrSr複合酸化物(Sr/Zr+Sr=6.25モル%)とも記載する。 Next, a ZrSr composite oxide was prepared. Specifically, first, a predetermined amount of Zr nitrate and Sr nitrate was dissolved in ion-exchanged water. And the basic solution adjusted with ammonia was dripped at the solution, the precipitation containing each metal element was produced | generated, it filtered, washed with water, dried, and baked at 500 degreeC for 2 hours. By doing so, a ZrSr composite oxide was prepared. Here, the predetermined amount for dissolving the nitrate of Zr and the nitrate of Sr in ion-exchanged water is such that, in the obtained ZrSr composite oxide, the content of Sr with respect to the total amount of Zr and Sr is 6.25 mol% (ZrO SrO content with respect to the total amount of 2 and SrO was 5.31% by mass). The ZrSr composite oxide obtained here is hereinafter also referred to as ZrSr composite oxide (Sr / Zr + Sr = 6.25 mol%).
一方、ゼオライトとしてβ−ゼオライト(ゼオリスト製、ケイバン比40)を用いた。 On the other hand, β-zeolite (manufactured by Zeolis, Keiban ratio 40) was used as the zeolite.
そして、得られたZrSr複合酸化物を、β−ゼオライト、水及びバインダ原料である硝酸ジルコニアとともに混合してスラリーを生成した。このスラリーをハニカム状担体上にコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去し、乾燥させた後、500℃で2時間の焼成を行った。そうすることによって、ハニカム状担体のセル壁5上に、β−ゼオライトとZrSr複合酸化物とを含む混合物からなる触媒層6を形成した。ここで、β−ゼオライトとZrSr複合酸化物との混合比は、β−ゼオライトとZrSr複合酸化物との合計量に対するZrSr複合酸化物の含有率が25質量%となるようにした。また、ハニカム状担体1リットル当たりの触媒層6の担持量が、160g/Lとなるようにした。
The obtained ZrSr composite oxide was mixed with β-zeolite, water, and zirconia nitrate as a binder raw material to produce a slurry. This slurry was coated on a honeycomb-shaped carrier, excess slurry was removed by air blowing, dried, and then fired at 500 ° C. for 2 hours. By doing so, a
(実施例2)
ZrSr複合酸化物の代わりに、ZrCa複合酸化物を用いたこの以外、実施例1と同様である。
(Example 2)
Example 1 is the same as Example 1 except that a ZrCa composite oxide is used instead of the ZrSr composite oxide.
ここで用いたZrCa複合酸化物は、以下のように調製した。具体的には、まず、イオン交換水に、Zrの硝酸塩とCaの硝酸塩とを所定量溶解させた。そして、その溶液に、アンモニアにより調整した塩基性溶液を滴下することによって、各金属元素を含む沈殿を生成させ、ろ過、水洗、乾燥、500℃で2時間の焼成を行った。そうすることによって、ZrCa複合酸化物を調製した。ここで、Zrの硝酸塩とCaの硝酸塩とをイオン交換水に溶解させる所定量は、得られるZrCa複合酸化物において、ZrとCaとの合計量に対するCaの含有率が6.5モル%(ZrO2とCaOとの合計量に対するCaOの含有率が2.9質量%)となるようにした。 The ZrCa composite oxide used here was prepared as follows. Specifically, first, a predetermined amount of Zr nitrate and Ca nitrate was dissolved in ion-exchanged water. And the basic solution adjusted with ammonia was dripped at the solution, the precipitation containing each metal element was produced | generated, it filtered, washed with water, dried, and baked at 500 degreeC for 2 hours. By doing so, a ZrCa composite oxide was prepared. Here, the predetermined amount for dissolving Zr nitrate and Ca nitrate in ion-exchanged water is such that, in the obtained ZrCa composite oxide, the Ca content relative to the total amount of Zr and Ca is 6.5 mol% (ZrO The content of CaO with respect to the total amount of 2 and CaO was 2.9% by mass).
(実施例3)
ZrとSrとの比率を変えたZrSr複合酸化物を用いた以外、実施例1と同様である。
(Example 3)
Example 1 is the same as Example 1 except that a ZrSr composite oxide in which the ratio of Zr and Sr is changed is used.
ここで用いたZrSr複合酸化物は、ZrとSrとの合計量に対するSrの含有率が10.88モル%(ZrO2とSrOとの合計量に対するSrOの含有率が9.31質量%)となるように、Zrの硝酸塩とSrの硝酸塩とをイオン交換水に溶解させたこと以外、実施例1と同様に調製した。ここで得られたZrSr複合酸化物は、以下、ZrSr複合酸化物(Sr/Zr+Sr=10.88モル%)とも記載する。 In the ZrSr composite oxide used here, the Sr content relative to the total amount of Zr and Sr was 10.88 mol% (the content of SrO relative to the total amount of ZrO 2 and SrO was 9.31% by mass). Thus, it was prepared in the same manner as in Example 1 except that Zr nitrate and Sr nitrate were dissolved in ion-exchanged water. The ZrSr composite oxide obtained here is hereinafter also referred to as ZrSr composite oxide (Sr / Zr + Sr = 10.88 mol%).
(実施例4)
β−ゼオライト、水及びバインダ原料である硝酸ジルコニアとともに混合してゼオライト層形成用スラリーを生成した。このゼオライト層形成用スラリーをハニカム状担体上にコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去し、乾燥させた後、500℃で2時間の焼成を行った。そうすることによって、ハニカム状担体のセル壁5上に、ゼオライト層が形成された。
Example 4
It mixed with β-zeolite, water and zirconia nitrate as a binder raw material to produce a zeolite layer forming slurry. This zeolite layer forming slurry was coated on a honeycomb-shaped carrier, excess slurry was removed by air blowing, and the slurry was dried, followed by firing at 500 ° C. for 2 hours. By doing so, a zeolite layer was formed on the cell wall 5 of the honeycomb-shaped carrier.
次に、ZrSr複合酸化物(Sr/Zr+Sr=10.88モル%)、水及びバインダ原料とを混合して酸化物層形成用スラリーを生成した。この酸化物層形成用スラリーを、ゼオライト層を形成させたハニカム状担体上にコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去した後、500℃で2時間の焼成を行った。そうすることによって、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を形成した。 Next, a ZrSr composite oxide (Sr / Zr + Sr = 10.88 mol%), water and a binder raw material were mixed to produce an oxide layer forming slurry. This oxide layer forming slurry was coated on a honeycomb-shaped carrier on which a zeolite layer was formed, and excess slurry was removed by air blowing, followed by firing at 500 ° C. for 2 hours. By doing so, a ZrSr composite oxide layer was formed on the zeolite layer.
以上より、ハニカム状担体のセル壁5上に、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を積層してなる触媒層6を形成した。
As described above, the
ここで、β−ゼオライトの担持量とZrSr複合酸化物の担持量との比は、β−ゼオライトとZrSr複合酸化物との合計量に対するZrSr複合酸化物の含有率が25質量%となるようにした。また、ハニカム状担体1リットル当たりの触媒層6の担持量が、160g/Lとなるようにした。
Here, the ratio of the supported amount of β-zeolite and the supported amount of ZrSr composite oxide is such that the content of ZrSr composite oxide with respect to the total amount of β-zeolite and ZrSr composite oxide is 25% by mass. did. Further, the supported amount of the
(比較例)
β−ゼオライト、水及びバインダ原料である硝酸ジルコニアとともに混合してゼオライト層形成用スラリーを生成した。このスラリーをハニカム状担体上にコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去し、乾燥させた後、500℃で2時間の焼成を行った。そうすることによって、ハニカム状担体のセル壁5上に、ゼオライト層が形成された。ここで、ハニカム状担体1リットル当たりのゼオライト層の担持量が、160g/Lとなるようにした。
(Comparative example)
It mixed with β-zeolite, water and zirconia nitrate as a binder raw material to produce a zeolite layer forming slurry. This slurry was coated on a honeycomb-shaped carrier, excess slurry was removed by air blowing, dried, and then fired at 500 ° C. for 2 hours. By doing so, a zeolite layer was formed on the cell wall 5 of the honeycomb-shaped carrier. Here, the supported amount of the zeolite layer per liter of the honeycomb-shaped carrier was set to 160 g / L.
[HC脱離温度特性]
実施例1〜4及び比較例に係る浄化触媒は、以下のようにして、HC脱離温度特性を評価した。
[HC desorption temperature characteristics]
The purification catalysts according to Examples 1 to 4 and the comparative example were evaluated for HC desorption temperature characteristics as follows.
まず、得られた各浄化触媒にトルエンを飽和するまで吸着させた。具体的には、各浄化触媒をそれぞれ耐熱容器の中に配設することによって、触媒コンバータを作製した。そして、浄化触媒の温度を50℃に加熱したまま、触媒コンバータの下流側でのトルエン濃度が2000ppmCとなるまで、触媒コンバータの上流側から、トルエン濃度2000ppmCの気体を流入した。そうすることによって、トルエンを飽和するまで浄化触媒に吸着させた。 First, toluene was adsorbed on each of the obtained purification catalysts until saturation. Specifically, a catalytic converter was produced by disposing each purification catalyst in a heat-resistant container. Then, while the temperature of the purification catalyst was heated to 50 ° C., a gas having a toluene concentration of 2000 ppmC was introduced from the upstream side of the catalytic converter until the toluene concentration at the downstream side of the catalytic converter reached 2000 ppmC. By doing so, toluene was adsorbed on the purification catalyst until it was saturated.
トルエンを飽和するまで吸着させた後、触媒コンバータの上流側から、トルエンを含まない気体を流入した。その際、浄化触媒の温度を30℃/分間の速度で昇温させ、触媒コンバータの下流側から排出される気体のトルエン濃度(脱離トルエン濃度)を測定した。 After adsorbing toluene until saturation, a gas not containing toluene was introduced from the upstream side of the catalytic converter. At that time, the temperature of the purification catalyst was raised at a rate of 30 ° C./min, and the toluene concentration (desorbed toluene concentration) of the gas discharged from the downstream side of the catalytic converter was measured.
図5及び図6は、浄化触媒の温度と脱離トルエン濃度との関係を示したグラフである。横軸は、浄化触媒の温度(℃)を示し、縦軸は、脱離トルエン濃度(ppmC)を示す。なお、実施例1の結果は、図5のグラフ21に示し、実施例2の結果は、図5のグラフ22に示し、実施例3の結果は、図6のグラフ24に示し、実施例4の結果は、図6のグラフ25に示し、比較例の結果は、図5のグラフ23に示す。
5 and 6 are graphs showing the relationship between the temperature of the purification catalyst and the desorbed toluene concentration. The horizontal axis indicates the temperature (° C.) of the purification catalyst, and the vertical axis indicates the desorbed toluene concentration (ppmC). The results of Example 1 are shown in
図5から、ゼオライトとZr系複合酸化物とを含む触媒層が形成された実施例1及び実施例2は、Zr系複合酸化物を含まない触媒層を形成された比較例と比較して、高温時、例えば、300℃以上で浄化触媒から脱離するトルエン量が多いことがわかる。このことから、実施例1及び実施例2は、比較例より、トルエンの脱離温度が高いことがわかる。 From FIG. 5, Example 1 and Example 2 in which a catalyst layer containing zeolite and a Zr-based composite oxide was formed were compared with a comparative example in which a catalyst layer not containing a Zr-based composite oxide was formed. It can be seen that the amount of toluene desorbed from the purification catalyst is high at a high temperature, for example, at 300 ° C. or higher. From this, it can be seen that Example 1 and Example 2 have higher toluene desorption temperatures than Comparative Examples.
さらに、図6から、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を積層した触媒層が形成された実施例4は、ゼオライトとZrSr複合酸化物とを含む混合物の焼結物からなる触媒層が形成された実施例3より、高温時での脱離トルエン量が多いことがわかる。このことは、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層が積層されていることより、トルエンの多くが、ZrSr複合酸化物に接触してから、ゼオライトに吸着されることによると考えられる。 Furthermore, from FIG. 6, in Example 4 in which a catalyst layer in which a ZrSr composite oxide layer was laminated on a zeolite layer was formed, a catalyst layer made of a sintered product of a mixture containing zeolite and ZrSr composite oxide was formed. From Example 3, it can be seen that the amount of desorbed toluene at a high temperature is large. This is presumably due to the fact that a large amount of toluene is adsorbed on the zeolite after contacting the ZrSr composite oxide because the ZrSr composite oxide layer is laminated on the zeolite layer.
また、ゼオライトとZr系複合酸化物とを含む触媒層が形成された実施例1〜4は、浄化触媒から脱離する総トルエン量に対する300℃以上で浄化触媒から脱離するトルエン量の比率が、15%以上と高い。これらに対して、Zr系複合酸化物を含まない触媒層が形成された比較例は、浄化触媒から脱離する総トルエン量に対する300℃以上で浄化触媒から脱離するトルエン量の比率が、1.5%と低い。すなわち、実施例1〜4は、高温時、300℃以上で浄化触媒から脱離するトルエン量が比較例より多い。 In Examples 1 to 4 in which the catalyst layer containing zeolite and the Zr-based composite oxide was formed, the ratio of the amount of toluene desorbed from the purification catalyst at 300 ° C. or higher to the total amount of toluene desorbed from the purification catalyst was 15% or higher. On the other hand, in the comparative example in which the catalyst layer containing no Zr-based composite oxide was formed, the ratio of the amount of toluene desorbed from the purification catalyst at 300 ° C. or higher to the total amount of toluene desorbed from the purification catalyst was 1 As low as 5%. That is, in Examples 1 to 4, the amount of toluene desorbed from the purification catalyst at a high temperature at 300 ° C. or higher is higher than that in the comparative example.
また、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を積層した触媒層が形成された実施例4は、浄化触媒から脱離する総トルエン量に対する300℃以上で浄化触媒から脱離するトルエン量の比率が、46.1%と非常に高い。 Further, in Example 4 in which the catalyst layer in which the ZrSr composite oxide layer was laminated on the zeolite layer was formed, the ratio of the amount of toluene desorbed from the purification catalyst at 300 ° C. or higher to the total amount of toluene desorbed from the purification catalyst was 46.1%, very high.
[実施例B]
次に、浄化触媒の300℃以上でのHC脱離量に対するZr系複合酸化物の組成の影響を検討した。
[Example B]
Next, the influence of the composition of the Zr-based composite oxide on the HC desorption amount at 300 ° C. or higher of the purification catalyst was examined.
Zr系複合酸化物として、ZrO2とSrOとの合計量に対するSrOの含有率が所定の比率となるように調製したZrSr複合酸化物を用いたこと以外、実施例Aと同様にして、浄化触媒を調製した。 As the Zr-based composite oxide, a purification catalyst was obtained in the same manner as in Example A, except that a ZrSr composite oxide prepared so that the SrO content with respect to the total amount of ZrO 2 and SrO had a predetermined ratio was used. Was prepared.
図7は、300℃以上でのトルエン脱離量に対するZrSr複合酸化物の組成の影響を示したグラフである。横軸は、ZrO2とSrOとの合計量に対するSrOの含有率(質量%)を示し、縦軸は、300℃以上でのトルエン脱離量を示す。なお、ゼオライトとZrSr複合酸化物とを含む混合物からなる触媒層を形成した浄化触媒の結果は、グラフ31に示し、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を積層した触媒層を形成した浄化触媒の結果は、グラフ32に示した。
FIG. 7 is a graph showing the influence of the composition of the ZrSr composite oxide on the toluene desorption amount at 300 ° C. or higher. The abscissa indicates the SrO content (% by mass) with respect to the total amount of ZrO 2 and SrO, and the ordinate indicates the toluene desorption amount at 300 ° C. or higher. The result of the purification catalyst in which a catalyst layer made of a mixture containing zeolite and a ZrSr composite oxide was formed is shown in
グラフ31から、ZrO2とSrOとの合計量に対するSrOの含有率が高いほど、300℃以上でのトルエン脱離量が多くなることがわかる。このことは、SrOの含有率が高いほど、ZrSr複合酸化物の塩基性がより高まるので、トルエンをカルバニオンに変化させやすく、トルエンがゼオライトにより強固に吸着されるためであると考えられる。
From the
なお、SrOの含有率が高いほど、ZrSr複合酸化物の結晶構造が崩壊されやすくなり、ZrO2とSrOとの合計量に対するSrOの含有率が約15質量%(ZrとSrとの合計量に対するSrの含有率が約21.0モル%)が、製造限界である。 The higher the SrO content, the more easily the crystal structure of the ZrSr composite oxide is destroyed, and the SrO content relative to the total amount of ZrO 2 and SrO is about 15% by mass (relative to the total amount of Zr and Sr). Sr content is about 21.0 mol%) is the production limit.
さらに、グラフ31とグラフ32とを比較することによって、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を積層した触媒層が形成された浄化触媒は、ゼオライトとZrSr複合酸化物とを混合してなる触媒層が形成された浄化触媒より、高温時での脱離トルエン量が多いことがわかる。
Further, by comparing the
[実施例C]
次に、浄化触媒のHC吸着量に対する、ゼオライトとZr系複合酸化物との含有比の影響を検討した。
[Example C]
Next, the influence of the content ratio of zeolite and Zr-based composite oxide on the HC adsorption amount of the purification catalyst was examined.
Zr系複合酸化物として、ZrSr複合酸化物(Sr/Zr+Sr=6.25モル%)を用い、ゼオライトとZrSr複合酸化物との含有比が所定の比率となるようにしたこと以外、実施例Aと同様にして、浄化触媒を調製した。 Example A, except that a ZrSr composite oxide (Sr / Zr + Sr = 6.25 mol%) was used as the Zr-based composite oxide, and the content ratio of zeolite to the ZrSr composite oxide was set to a predetermined ratio. In the same manner as above, a purification catalyst was prepared.
図8は、トルエン吸着量に対するゼオライトとZrSr複合酸化物との含有比の影響を示したグラフである。横軸は、β−ゼオライトとZrSr複合酸化物との合計量に対するZrSr複合酸化物の含有率(質量%)を示し、縦軸は、トルエン吸着量を示す。なお、ゼオライトとZrSr複合酸化物とを含む混合物からなる触媒層を形成した浄化触媒の結果は、グラフ41に示し、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を積層した触媒層を形成した浄化触媒の結果は、グラフ42に示した。
FIG. 8 is a graph showing the influence of the content ratio of zeolite and ZrSr composite oxide on toluene adsorption. The horizontal axis represents the content (mass%) of the ZrSr composite oxide with respect to the total amount of β-zeolite and ZrSr composite oxide, and the vertical axis represents the toluene adsorption amount. The result of the purification catalyst in which the catalyst layer made of the mixture containing zeolite and the ZrSr composite oxide was formed is shown in
グラフ41から、β−ゼオライトとZrSr複合酸化物との合計量に対するZrSr複合酸化物の含有率が低いほど、トルエンの吸着量が多くなることがわかる。このことは、ゼオライト量が減ることによると考えられる。このことから、β−ゼオライトとZrSr複合酸化物との合計量に対するZrSr複合酸化物の含有率が50質量%以上であることが好ましいことがわかる。
From
さらに、グラフ41とグラフ42とを比較することによって、ゼオライト層上にZrSr複合酸化物層を積層した触媒層が形成された浄化触媒は、ゼオライトとZrSr複合酸化物とを含む混合物からなる触媒層が形成された浄化触媒より、トルエン吸着量が多いことがわかる。
Further, by comparing the
1 触媒コンバータ
2 耐熱容器
3 浄化触媒
5 セル壁
6 触媒層
11 ゼオライト
12 Zr系複合酸化物
13 触媒貴金属
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ハニカム状担体と、前記ハニカム状担体のセル壁表面に形成された触媒層とを備え、
前記触媒層が、ゼオライトと、ジルコニウム(Zr)及びアルカリ土類金属を含むZr系複合酸化物とを含有することを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 An exhaust gas purifying catalyst disposed in an exhaust passage of an engine,
A honeycomb carrier, and a catalyst layer formed on the cell wall surface of the honeycomb carrier,
The exhaust gas purification catalyst, wherein the catalyst layer contains zeolite and a Zr-based composite oxide containing zirconium (Zr) and an alkaline earth metal.
Priority Applications (1)
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JP2007305915A JP2009125707A (en) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Exhaust gas cleaning catalyst |
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KR101372565B1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-03-13 | 자동차부품연구원 | Internal combustion engine and manufacturing method thereof |
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- 2007-11-27 JP JP2007305915A patent/JP2009125707A/en active Pending
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