JP2009178675A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】組成が異なる酸化物複合体をそれぞれ含有する2種類以上のNOx吸蔵部を備え、
前記酸化物複合体が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第一金属元素と、希土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第二金属元素とを含有するものであり、
前記酸化物複合体の表面上の10nm角の20点以上の測定点におけるTEM−EDX分析から求められる第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積との和に対する第一金属元素のピーク面積の比([第一金属元素のピーク面積]/[第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積の和])の分布の標準偏差が10%以下であり、且つ、
前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比([第一金属]/[第二金属])の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順に排ガスに接触するように配置されていること、
を特徴とする排ガス浄化用触媒。
【選択図】なし
Description
前記酸化物複合体が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第一金属元素と、希土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第二金属元素とを含有するものであり、
前記酸化物複合体の表面上の10nm角の20点以上の測定点におけるTEM−EDX分析から求められる第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積との和に対する第一金属元素のピーク面積の比([第一金属元素のピーク面積]/[第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積の和])の分布の標準偏差が10%以下であり、且つ、
前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比([第一金属]/[第二金属])の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順に排ガスに接触するように配置されていること、
を特徴とするものである。
前記2種類以上のNOx吸蔵部が触媒基材の表面上に積層されてなる多層構造を有し、且つ
前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順に外表面側から前記触媒基材の表面側に向かって配置されている排ガス浄化用触媒が好ましい。
前記酸化物複合体が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第一金属元素と、希土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第二金属元素とを含有するものであり、
前記酸化物複合体の表面上の10nm角の20点以上の測定点におけるTEM−EDX分析から求められる第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積との和に対する第一金属元素のピーク面積の比([第一金属元素のピーク面積]/[第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積の和])の分布の標準偏差が10%以下であり、且つ、
前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比([第一金属]/[第二金属])の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順に排ガスに接触するように配置されていること、
を特徴とするものである。
[ピーク面積比(%)]=[第一金属元素のピーク面積]/[第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積の和]×100
を計算することにより算出できる。ここにいう「ピーク」とは、前記スペクトルのベースラインからピークトップまでの高さの強度差が1cts以上のものをいう。また、「ピーク面積」とは、ベースラインとピークとの間の面積をいい、市販のソフト(例えば、OriginLab社製の商品名「Origin」等)を利用して求めることができる。なお、このようなピークは、例えば、金属元素がバリウムである場合にはエネルギーが4.5KeVの位置(BaLα線)に現れ、金属元素がセリウムの場合には、4.8KeVの位置(CeLα線)に現れる。
(ii)前記2種類以上のNOx吸蔵部が触媒基材の表面上に積層されてなる多層構造を形成し、且つ、前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順に外表面側から前記触媒基材の表面側に向かって配置されていること、
が好ましい。
クエン酸(和光純薬工業製)0.9molをイオン交換水165mlに溶解させ、28質量%のNH3水170mlを加えてクエン酸アンモニウム水溶液を調製した。次に、得られたクエン酸アンモニウム水溶液に、酢酸バリウム(和光純薬工業製)0.15mol及び酢酸セリウム(和光純薬工業製)0.3molを加えて撹拌してBaとCeを含有する酸化物複合体前駆体水溶液(I)を調製した。前記水溶液(I)中のBa/Ceモル比は0.5である。
クエン酸(和光純薬工業製)0.9molをイオン交換水165mlに溶解させ、28質量%のNH3水170mlを加えてクエン酸アンモニウム水溶液を調製した。次に、得られたクエン酸アンモニウム水溶液に、酢酸バリウム(和光純薬工業製)0.3mol、及び酢酸セリウム(和光純薬工業製)0.15molを加えて撹拌してBaとCeを含有する酸化物複合体前駆体水溶液(II)を調製した。前記水溶液(II)中のBa/Ceモル比は2である。
アルミナ、チタニア−ジルコニア複合酸化物、1.0質量%のRhが担持されたRh担持ジルコニア及びセリア−ジルコニア複合酸化物を含有する担体を用い、前記担体をイオン交換水500ml中に分散させた後、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液を加えて、白金(Pt)の担持量が担体200gに対して2gとなるようにして、担体にジニトロジアンミン白金硝酸溶液を吸着担持せしめた。その後、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液を担持させた担体を大気中300℃の温度条件で3時間焼成して白金担持担体を調製した。なお、前記担体としては、アルミナ100gに対して、それぞれ、チタニア−ジルコニア複合酸化物が100g、Rh担持ジルコニアが50g、セリア−ジルコニア複合酸化物が20gの割合で含有されたものを用いた。
合成例3で得られた白金担持担体に、合成例1で得られた酸化物複合体前駆体水溶液(I)を、白金担持担体200gに対して酸化物複合体中のBa及びCeのモル数の和が0.4molとなるようにして含浸担持させた後、100℃に加熱して水分を除去し、大気中、300℃の温度条件で3時間焼成して、前記白金担持担体上に第一の酸化物複合体を担持せしめ、酸化物複合体担持担体(I)を調製した。なお、第一の酸化物複合体中のCe(第二金属元素)に対するBa(第一金属元素)の含有モル比([第一金属]/[第二金属])の値は0.5である。
合成例1で得られた酸化物複合体前駆体水溶液(I)の代わりに、合成例2で得られた酸化物複合体前駆体水溶液(II)を用いた以外は、合成例4と同様にして、前記白金担持担体上に第二の酸化物複合体を担持せしめ、酸化物複合体担持担体(II)を調製した。なお、第二の酸化物複合体中のCe(第二金属元素)に対するBa(第一金属元素)の含有モル比([第一金属]/[第二金属])の値は2である。
先ず、直径30mm×25mmL(17.5cc)の六角セルコージェライトモノリス基材に、合成例4で得られた酸化物複合体担持担体(I)を270g/Lとなるようにしてコートし、第一のNOx吸蔵部(酸化物複合体担持担体(I))が担持された触媒基材(I)を得た。なお、第一のNOx吸蔵部が担持された触媒基材(I)中において、Ba及びCeの担持量はそれぞれ0.13mol/L及び0.27mol/Lであった。
図2に示すような排ガス浄化用触媒を製造した。すなわち、先ず、触媒基材20として直径30mm×50mmL(35cc)の六角セルコージェライトモノリス基材を用い、合成例5で得られた酸化物複合体担持担体(II)を135g/Lとなるようにコートし、大気中、500℃の温度条件で焼成して、酸化物複合体担持担体(II)からなる層状のNOx吸蔵部21を触媒基材20上に形成せしめた。次に、NOx吸蔵部21が担持された触媒基材20に対して、合成例4で得られた酸化物複合体担持担体(I)を135g/Lとなるようにコートし、大気中、500℃の温度条件で焼成して、NOx吸蔵部21の上層にNOx吸蔵部22を積層せしめ、外表面に酸化物複合体担持担体(I)からなるNOx吸蔵部22が配置され、内側に酸化物複合体担持担体(II)からなるNOx吸蔵部21が配置された多層構造の排ガス浄化用触媒を得た。なお、このような排ガス浄化用触媒は、触媒容量が35ccであり、触媒中のBa及びCeの全担持量はいずれも0.2mol/Lである。
図1に示す排ガス流路の上流側の触媒基材11の位置(前段)に、第二のNOx吸蔵部が担持された触媒基材(II)を配置し、図1に示す排ガス流路の下流側の触媒基材12の位置(後段)に、第一のNOx吸蔵部が担持された触媒基材(I)を配置した以外は実施例1と同様にして比較のための排ガス浄化用触媒を製造した。なお、このような排ガス浄化用触媒は、触媒容量が35ccであり、触媒中のBa及びCeの全担持量はいずれも0.2mol/Lである。
酸化物複合体担持担体(I)と酸化物複合体担持担体(II)の担持させる順番を逆にした以外は実施例2と同様にして、外表面側に酸化物複合体担持担体(II)からなるNOx吸蔵部22が配置され、内側に酸化物複合体担持担体(I)からなるNOx吸蔵部21が配置された比較のための多層構造の排ガス浄化用触媒を得た。なお、このような排ガス浄化用触媒は、触媒容量が35ccであり、触媒中のBa及びCeの全担持量はいずれも0.2mol/Lである。
クエン酸(和光純薬工業製)0.9molをイオン交換水165mlに溶解させ、28質量%のNH3水170mlを加えてクエン酸アンモニウム水溶液を調製した。次に、得られたクエン酸アンモニウム水溶液に、酢酸バリウム(和光純薬工業製)0.3mol及び酢酸セリウム(和光純薬工業製)0.3molを加えて撹拌してBaとCeを含有する酸化物複合体前駆体水溶液(III)を調製した。
合成例1で得られた酸化物複合体前駆体水溶液(I)の代わりに、合成例6で得られた酸化物複合体前駆体水溶液(III)を用いた以外は、合成例4と同様にして、合成例3で得られた白金担持担体上に酸化物複合体を担持せしめ、酸化物複合体担持担体(III)を調製した。
直径30mm×50mmL(35cc)の六角セルコージェライトモノリス基材に、合成例7で得られた酸化物複合体担持担体(III)を270g/Lとなるようにしてコートし、モノリス基材上に酸化物複合体担持担体(III)が担持された比較のための排ガス浄化用触媒を得た。なお、このような排ガス浄化用触媒は、触媒容量が35ccであり、触媒中のBa及びCeの全担持量はいずれも0.2mol/Lである。
イオン交換水300mlに酢酸バリウム(和光純薬工業製)0.1mol及び酢酸セリウム(和光純薬工業製)0.1molを加えて撹拌し、BaとCeを含有する酸化物複合体前駆体水溶液(IV)を調製した。
合成例6で得られた酸化物複合体前駆体水溶液(I)の代わりに、合成例8で得られた酸化物複合体前駆体水溶液(IV)を用いた以外は合成例4と同様にして、前記白金担持担体上にBaとCeの複合体を担持せしめ、酸化物複合体担持担体(IV)を調製した。
合成例7で得られた酸化物複合体担持担体(III)の代わりに、合成例9で得られた酸化物複合体担持担体(IV)を用いた以外は比較例3と同様にして、モノリス基材上に酸化物複合体担持担体(IV)が担持された比較のための排ガス浄化用触媒を得た。なお、このような排ガス浄化用触媒は、触媒容量が35ccであり、触媒中のBa及びCeの全担持量はいずれも0.2mol/Lである。
[TEM−EDX分析]
実施例1〜2及び比較例1〜4で得られた排ガス浄化用触媒中の各コート層から掻き採った各酸化物複合体担持担体の粉末を用いて、透過型電子顕微鏡(TEM)により各粉末を観察し、前記粉末中の酸化物複合体の表面上の10nm角の32点の測定点に対して、EDX分析を行った。なお、このようなEDX分析には、日本電子社製の商品名「JEM−2010FES」を測定装置として用いた。このようなEDX分析結果から、各測定点におけるBaのピーク面積(BaLα線のピーク面積)とCeのピーク面積(CeLα線のピーク面積)とを割り出し、式:
[ピーク面積比]=([Baのピーク面積]/[Baのピーク面積とCeのピーク面積の和])×100
を計算して、各粉末中の酸化物複合体の各測定点におけるBaのピーク面積とCeのピーク面積の和に対するBaのピーク面積の面積比を算出した。そして、このようにして算出された面積比の値から、各粉末中の酸化物複合体の面積比の分布の標準偏差を求めた。得られた結果を表1に示す。なお、表1には、実施例1〜2及び比較例1〜4で得られた触媒中のBa及びCeの全担持量と、各酸化物複合体中のCe(第二金属元素)に対するBa(第一金属元素)の含有モル比(Ba/Ce比)の値とも併せて示す。
実施例1〜2及び比較例1〜4で得られた排ガス浄化用触媒を用い、各触媒に対して、それぞれ750℃の温度条件下において、表2に示す組成のリーンガス及びリッチガスをリーン/リッチ=110秒/10秒の間隔で変動させながら5時間流通させる高温耐久試験を行った。
高温耐久試験後の実施例1〜2及び比較例1〜4で得られた排ガス浄化用触媒を用い、各触媒に対して、650℃の温度条件下において表3に示す組成の前処理用のリッチガスを30L/minの流量で10分間流通させて前処理を行った。次に、このような前処理後の各触媒に対して、それぞれ400℃の温度条件下において表3に示す硫黄被毒処理(S被毒処理)用のリッチガス及びリーンガスをリーン/リッチ=120秒/3秒の間隔で変動させながら30L/minの流量で41分間流通させ、触媒2Lあたり硫黄を3g供給してS被毒処理を行った。次いで、S被毒処理後の各触媒に対して、600℃の温度条件下において、表4に示す組成のS再生処理用のリーンガスを30L/minの流量で5分間流通させた後に、表3に示す組成のS再生処理用のリッチガスを30L/minの流量で10分間流通させて、被毒した硫黄を脱離させ、触媒の再生処理を行った。
硫黄被毒耐久試験後の実施例1〜2及び比較例1〜4で得られた排ガス浄化用触媒を用い、各触媒に対して、300℃の温度条件下において、表4に示す組成のリッチガス及びリーンガスをリーン/リッチ=120秒/3秒の間隔で変動させながら30L/minの流量で流通させ、定常状態におけるNOx浄化率を測定した。なお、空間速度(SV)はすべて51400h−1とした。また、NOx浄化率は、各触媒について、それぞれ触媒に接触する前後のガス中に含有されるNOxの濃度を測定し、そのNOx濃度の値に基づいて求めた。得られた結果を表5及び図3に示す。
表4に示す組成のリッチガス及びリーンガスを流通させる際の温度条件を300℃から400℃に変更した以外はNOx浄化試験1と同様の方法を採用して、各触媒のNOx浄化率を測定した。得られた結果を表5に示す。
表4に示す組成のリッチガス及びリーンガスを流通させる際の温度条件を300℃から500℃に変更した以外はNOx浄化試験1と同様の方法を採用して、各触媒のNOx浄化率を測定した。得られた結果を表5及び図4に示す。
Claims (4)
- 組成が異なる酸化物複合体をそれぞれ含有する2種類以上のNOx吸蔵部を備え、
前記酸化物複合体が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第一金属元素と、希土類金属からなる群から選択される少なくとも1種の第二金属元素とを含有するものであり、
前記酸化物複合体の表面上の10nm角の20点以上の測定点におけるTEM−EDX分析から求められる第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積との和に対する第一金属元素のピーク面積の比([第一金属元素のピーク面積]/[第一金属元素のピーク面積と第二金属元素のピーク面積の和])の分布の標準偏差が10%以下であり、且つ、
前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比([第一金属]/[第二金属])の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順に排ガスに接触するように配置されていること、
を特徴とする排ガス浄化用触媒。 - 前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順にガス流路の上流側から下流側に向かって配置されていることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記2種類以上のNOx吸蔵部が触媒基材の表面上に積層されてなる多層構造を有し、且つ
前記2種類以上のNOx吸蔵部が、前記第二金属元素に対する前記第一金属元素の含有モル比の値が小さい前記酸化物複合体を含有するNOx吸蔵部から順に外表面側から前記触媒基材の表面側に向かって配置されていることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。 - 前記第一金属元素の含有モル比の最大値が、前記第一金属元素の含有モル比の最小値の2倍以上であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
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