JP2010017694A - NOx ABSORBING CATALYST FOR REDUCTION - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リーン雰囲気で該NOx 吸蔵材にNOx を吸蔵し、間欠的にリッチ雰囲気とすることでNOx を還元浄化するNOx 吸蔵還元触媒に関する。 The present invention occludes NO x in the the NO x storage material in a lean atmosphere, to the NO x storage reduction catalyst for purifying NO x by the intermittently rich atmosphere.
近年、希薄燃焼ガソリンエンジンからの排ガスを浄化する触媒として、NOx 吸蔵還元触媒が実用化されている。このNOx 吸蔵還元触媒は、アルカリ金属、アルカリ土類金属などのNOx 吸蔵材と貴金属をアルミナ( Al2O3)などの多孔質酸化物担体に担持したものである。このNOx 吸蔵還元触媒を自動車の排気系に搭載し、常時は空燃比を酸素過剰のリーン雰囲気で運転し、パルス状に燃料過剰のストイキ〜リッチ雰囲気となるように制御する。リーン雰囲気では、触媒上でNOが酸化されることでNO2 が生成し、それがNOx となってNOx 吸蔵材に吸蔵される。そして吸蔵されたNOx はストイキ〜リッチ雰囲気で放出され、貴金属の触媒作用によりHCやCOなどの還元性成分と反応して浄化される。したがって、リーン雰囲気においてもNOx の排出が抑制されるので、全体として高いNOx 浄化能が発現する。 In recent years, NO x storage reduction catalysts have been put into practical use as catalysts for purifying exhaust gas from lean burn gasoline engines. The NO x storage-and-reduction catalysts are alkali metal, the NO x storage material and the noble metal and alumina, such as alkaline earth metals (Al 2 O 3) is obtained by carrying on a porous oxide support, such as. This NO x storage reduction catalyst is mounted on the exhaust system of an automobile, and the air-fuel ratio is always operated in an oxygen-excess lean atmosphere, and is controlled so that a fuel-rich stoichiometric to rich atmosphere is pulsed. In the lean atmosphere, NO is oxidized on the catalyst to generate NO 2 , which becomes NO x and is stored in the NO x storage material. The occluded NO x is released in stoichiometric-rich atmosphere, it is purified by reacting with reducing components such as HC and CO by the catalytic action of the noble metal. Accordingly, since NO x emission is suppressed even in a lean atmosphere, high NO x purification ability is exhibited as a whole.
NOx 吸蔵還元触媒においては、貴金属として、酸化活性の高いPtあるいはPdと、水蒸気改質反応などによってH2を生成でき還元活性が高いRhとの両方が用いられるのが一般的である。ところが例えばPtとRhとを共存して担持した場合には、リーン雰囲気におけるNOの酸化活性が低下し、NOx 吸蔵量が低下するという不具合があった。これは、RhがPtへ固溶し、リーン雰囲気においてPtより安定なRhがPt表面に存在してPtの酸化活性を低下させることに起因する。 In the NO x storage reduction catalyst, it is common to use both Pt or Pd having a high oxidation activity and Rh having a high reduction activity that can generate H 2 by a steam reforming reaction or the like as a noble metal. However, for example, when Pt and Rh are supported together, there is a problem in that the NO oxidation activity in a lean atmosphere decreases and the NO x storage amount decreases. This is because Rh is dissolved in Pt, and Rh, which is more stable than Pt in a lean atmosphere, is present on the Pt surface and reduces the oxidation activity of Pt.
そこで特開平11−138021号公報には、アルミナにPtを担持した触媒粉末と、ジルコニアにRhを担持した触媒粉末との混合粉末から触媒コート層を形成することが記載されている。このようにPtとRhとをそれぞれ異なる担体粉末に担持することで、RhのPtへの固溶を抑制することができる。しかしながらPtとRhとをそれぞれ異なる担体粉末に担持したとしても、これらの混合物中ではPtとRhとが接触する確率が低いとは云えず、RhがPtに固溶する場合がある。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-138021 describes forming a catalyst coat layer from a mixed powder of a catalyst powder supporting Pt on alumina and a catalyst powder supporting Rh on zirconia. Thus, by carrying Pt and Rh on different carrier powders, solid solution of Rh in Pt can be suppressed. However, even if Pt and Rh are supported on different carrier powders, the probability that Pt and Rh are in contact with each other is not low in these mixtures, and Rh may be dissolved in Pt.
ところで排ガス中には、燃料中に含まれる硫黄(S)が燃焼して生成したSO2 が含まれ、それが酸素過剰のリーン雰囲気中で貴金属により酸化されてSO3 となる。そしてこれが排ガス中に含まれる水蒸気により容易に硫酸となり、これらがNOx 吸蔵材と反応して亜硫塩や硫塩が生成し、これによりNOx 吸蔵材が被毒劣化することが明らかとなった。この現象は硫黄被毒と称されている。このようにNOx 吸蔵材が亜硫酸塩や硫酸塩となると、もはやNOx を吸蔵することができなくなり、その結果、耐久後のNOx 浄化能が低下する。 By the way, the exhaust gas contains SO 2 produced by combustion of sulfur (S) contained in the fuel, which is oxidized by a noble metal into SO 3 in a lean atmosphere containing excess oxygen. And it became clear that this is easily converted into sulfuric acid by the water vapor contained in the exhaust gas, and these react with the NO x storage material to produce sulfites and sulfates, which causes the NO x storage material to be poisoned and deteriorated. This phenomenon is called sulfur poisoning. When the NO x storage material becomes sulfite or sulfate as described above, it is no longer possible to store NO x , and as a result, the NO x purification ability after durability is lowered.
この硫黄被毒を抑制するために、従来より種々の提案がなされている。例えば特開2001−000863号公報には、硫黄吸着し易いNOx 吸蔵材を担持した触媒を排ガス上流側に配置し、硫黄吸着しにくいNOx 吸蔵材を担持した触媒を排ガス下流側に配置してなるNOx 吸蔵還元触媒が記載されている。しかしながら同公報に記載の技術では、上流側の触媒で積極的に硫黄被毒を生じさせることで下流側の触媒の硫黄被毒を防止するものである。また一般に、硫黄被毒し易いNOx 吸蔵材は、還元雰囲気においても硫黄酸化物を放出しにくい。したがって上流側の触媒における硫黄被毒が回復しにくい場合には、下流側の触媒にも硫黄被毒が生じてしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、NOx 吸蔵還元触媒において、担持されている貴金属どうしの固溶あるいは合金化を抑制するとともに、硫黄被毒を抑制することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the NO x storage reduction catalyst, it is a problem to be solved while suppressing solid solution or alloying of supported noble metals and suppressing sulfur poisoning. And
上記課題を解決する本発明のNOx 吸蔵還元触媒の特徴は、排ガス通路をもつ担体基材と、排ガス通路の表面に形成され酸化物担体に貴金属とNOx 吸蔵材とを担持してなる触媒コート層と、よりなり、リーン雰囲気でNOx 吸蔵材にNOx を吸蔵し、間欠的にリッチ雰囲気とすることでNOx を還元浄化するNOx 吸蔵還元触媒であって、
触媒コート層は、排ガス通路の表面に形成された下触媒層と、下触媒層の表面に形成された上触媒層との二層構造をなし、下触媒層には少なくともRhが担持され、上触媒層にはPt及びPdから選ばれる少なくとも一種が担持され、触媒コート層の平均厚さに対する下触媒層の平均厚さの割合が35〜90%の範囲にあることにある。
Features of the NO x storage-reduction catalyst of the present invention to solve the above problems is obtained by carrying the support substrate having an exhaust gas passage, the formed on the surface of the exhaust gas channel oxide support and a noble metal and the NO x storage material catalyst and coating layer, becomes more occludes NO x in the NO x storage material in a lean atmosphere, a NO x storage-and-reduction catalysts that reduce and purify NO x by the intermittently rich atmosphere,
The catalyst coat layer has a two-layer structure of a lower catalyst layer formed on the surface of the exhaust gas passage and an upper catalyst layer formed on the surface of the lower catalyst layer, and at least Rh is supported on the lower catalyst layer. At least one selected from Pt and Pd is supported on the catalyst layer, and the ratio of the average thickness of the lower catalyst layer to the average thickness of the catalyst coat layer is in the range of 35 to 90%.
本発明のNOx 吸蔵還元触媒によれば、上触媒層には酸化活性の高いPt及びPdの少なくとも一種が担持されている。また下触媒層にはRhが担持され、上触媒層と分離されているためRhのPt又はPdへの固溶が抑制される。したがってPtやPdの酸化活性が低下することなく、リーン雰囲気では上触媒層においてNOがNO2 に効率よく酸化されるため、十分なNOx 吸蔵量が発現される。 According to the NO x storage reduction catalyst of the present invention, the upper catalyst layer carries at least one of Pt and Pd having high oxidation activity. Further, Rh is supported on the lower catalyst layer and separated from the upper catalyst layer, so that solid solution of Rh in Pt or Pd is suppressed. Therefore, since NO is efficiently oxidized to NO 2 in the upper catalyst layer in a lean atmosphere without reducing the oxidation activity of Pt and Pd, a sufficient NO x storage amount is expressed.
また本発明のNOx 吸蔵還元触媒では、Rhを担持した下触媒層の平均厚さが、触媒コート層の平均厚さに対して35〜90%の範囲にある。下触媒層の平均厚さをこの範囲とすることで、リッチ雰囲気の排ガスが上触媒層を通過して下触媒層に到達可能であり、Rhによって生成したH2が上触媒層を通過可能となる。これにより硫黄被毒したNOx 吸蔵材からSOx が放出されるため、NOx 吸蔵材はNOx 吸蔵能を回復する。さらに下触媒層にPtやPdを担持させる必要性が小さいため、下触媒層におけるRhのPtやPdへの固溶が抑制される。 In the NO x storage reduction catalyst of the present invention, the average thickness of the lower catalyst layer supporting Rh is in the range of 35 to 90% with respect to the average thickness of the catalyst coat layer. By setting the average thickness of the lower catalyst layer within this range, exhaust gas in a rich atmosphere can pass through the upper catalyst layer and reach the lower catalyst layer, and H 2 generated by Rh can pass through the upper catalyst layer. Become. As a result, SO x is released from the sulfur-poisoned NO x storage material, so that the NO x storage material recovers the NO x storage capacity. Furthermore, since it is less necessary to support Pt and Pd on the lower catalyst layer, solid solution of Rh in Pt and Pd in the lower catalyst layer is suppressed.
本発明のNOx 吸蔵還元触媒は、担体基材と、触媒コート層とを有している。担体基材としては、ハニカム形状、フォーム形状などとすることができ、その材質はコージェライト、SiC などのセラミックスあるいはメタルなど特に制限されず、排ガス通路をもつ従来と同様のものを用いることができる。 The NO x storage reduction catalyst of the present invention has a carrier substrate and a catalyst coat layer. The carrier base material can have a honeycomb shape, a foam shape, etc., and the material is not particularly limited, such as cordierite, ceramics such as SiC, or metal, and the same material having an exhaust gas passage can be used. .
触媒コート層は、担体基材の排ガス通路の表面に形成されている。本発明の一つの特色は、排ガス通路の表面に形成された下触媒層と、下触媒層の表面に形成された上触媒層とから触媒コート層を構成し、下触媒層に少なくともRhを担持し、上触媒層にPt及びPdから選ばれる少なくとも一種を担持したことにある。このようにRhをPtあるいはPdと分離したことで、RhがPtあるいはPdに固溶するのが抑制される。したがってPtあるいはPdの高い酸化活性の低下が抑制され、かつRhの高い還元活性の低下が抑制されるため、耐久性が向上する。 The catalyst coat layer is formed on the surface of the exhaust gas passage of the carrier substrate. One feature of the present invention is that a catalyst coat layer is composed of a lower catalyst layer formed on the surface of the exhaust gas passage and an upper catalyst layer formed on the surface of the lower catalyst layer, and at least Rh is supported on the lower catalyst layer. In addition, at least one selected from Pt and Pd is supported on the upper catalyst layer. By separating Rh from Pt or Pd in this way, Rh is prevented from dissolving in Pt or Pd. Therefore, since the fall of the oxidation activity with high Pt or Pd is suppressed, and the fall of the reduction activity with high Rh is suppressed, durability improves.
そしてPtあるいはPdを上触媒層に担持したことで、排ガスとの接触性が良好となり、リーン雰囲気においてNOがNO2 に酸化されNOx 吸蔵材に吸蔵される。またRhを下触媒層に担持したことで、リッチ雰囲気においてRhによって生成したH2が上触媒層を通過し、NOx が還元浄化されるとともに硫黄被毒したNOx 吸蔵材も還元されNOx 吸蔵能が回復する。つまり硫黄被毒が抑制される。 By supporting Pt or Pd on the upper catalyst layer, the contact with the exhaust gas is improved, and NO is oxidized to NO 2 in a lean atmosphere and stored in the NO x storage material. Further, by carrying Rh on the lower catalyst layer, H 2 generated by Rh is passed over the catalyst layer in a rich atmosphere, NO x storage material that sulfur poisoning with NO x is reduced and purified also reduced NO x The storage capacity is restored. That is, sulfur poisoning is suppressed.
下触媒層は、多孔質酸化物からなる酸化物担体と、酸化物担体に担持された少なくともRhとを含む。酸化物担体を構成する多孔質酸化物としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、シリカ−アルミナ、セリアなどが例示され、このうちの一種でもよいし複数種類の混合物あるいは複合酸化物を用いることもできる。中でも、Rhを担持することで高いH2生成活性が発現するジルコニアを含むことが望ましい。またジルコニアには、Caなどで安定化された安定化ジルコニアを用いることも好ましい。 The lower catalyst layer includes an oxide support made of a porous oxide and at least Rh supported on the oxide support. Examples of the porous oxide constituting the oxide carrier include alumina, silica, zirconia, titania, silica-alumina, ceria, etc., and one of them may be used, or a plurality of types of mixtures or composite oxides may be used. it can. Among them, it is desirable to include zirconia that expresses high H 2 generation activity by supporting Rh. It is also preferable to use stabilized zirconia stabilized with Ca or the like as zirconia.
上触媒層は、多孔質酸化物からなる酸化物担体と、酸化物担体に担持されたPt及びPdから選ばれる少なくとも一種とを含む。酸化物担体を構成する多孔質酸化物としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、シリカ−アルミナ、セリアなどが例示され、このうちの一種でもよいし複数種類の混合物あるいは複合酸化物を用いることもできる。中でも、比表面積が高いγ−アルミナを含むことが望ましい。 The upper catalyst layer includes an oxide carrier made of a porous oxide and at least one selected from Pt and Pd supported on the oxide carrier. Examples of the porous oxide that constitutes the oxide carrier include alumina, silica, zirconia, titania, silica-alumina, and ceria, and one of these may be used, or a mixture of a plurality of types or a composite oxide may be used. it can. Among these, it is desirable to include γ-alumina having a high specific surface area.
触媒コート層には、NOx 吸蔵材が担持されている。このNOx 吸蔵材としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。少なくともアルカリ金属とアルカリ土類金属とを含むことが望ましい。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムなどが例示される。アルカリ土類金属としては、バリウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムなどが例示される。また希土類元素としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、ジスプロシウム、イッテルビウムなどが例示される。 The catalyst coat layer carries a NO x storage material. As this NO x storage material, at least one selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements can be used. It is desirable to contain at least an alkali metal and an alkaline earth metal. Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium and the like. Examples of the alkaline earth metal include barium, beryllium, magnesium, calcium and strontium. Examples of rare earth elements include scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, dysprosium, ytterbium, and the like.
NOx 吸蔵材は、担体基材の嵩容積の1リットルあたり0.01〜1モルの範囲で担持することが望ましい。担持量がこの範囲より少ないとNOx 吸蔵量が低下するためNOx 浄化能が低下し、この範囲より多くなると貴金属がNOx 吸蔵材に覆われて活性が低下するようになる。 The NO x storage material is desirably supported in the range of 0.01 to 1 mol per liter of the bulk volume of the carrier substrate. If the loading amount is less than this range, the NO x storage amount decreases, so the NO x purification ability decreases, and if it exceeds this range, the noble metal is covered with the NO x storage material and the activity decreases.
NOx 吸蔵材は、下触媒層と上触媒層とに均一に担持してもよいが、少なくとも上触媒層に担持することが望ましい。上触媒層は排ガスと接触しやすく、担持されているPtあるいはPdは酸化活性が高い。したがって主として上触媒層にNOx 吸蔵材を担持することで、NOが酸化して生成したNO2 が直ちにNOx 吸蔵材に吸蔵されるため、NOx 吸蔵性能が向上する。 The NO x storage material may be uniformly supported on the lower catalyst layer and the upper catalyst layer, but is desirably supported at least on the upper catalyst layer. The upper catalyst layer easily comes into contact with the exhaust gas, and the supported Pt or Pd has a high oxidation activity. Therefore, mainly by supporting the NO x storage material on the upper catalyst layer, NO 2 generated by oxidation of NO is immediately stored in the NO x storage material, so that the NO x storage performance is improved.
本発明のもう一つの特色は、触媒コート層の平均厚さに対する下触媒層の平均厚さの割合が35〜90%の範囲にあることにある。触媒コート層の平均厚さは、排気圧損との兼ね合いから最大厚さが決められている。したがって下触媒層の平均厚さが触媒コート層の平均厚さの35%未満であると、上触媒層が相対的に厚くなる結果、リッチ雰囲気の排ガスが下触媒層まで拡散しにくくなり、H2の生成量が低下する。したがってNOx 浄化性能が低下するとともに、硫黄被毒の抑制も困難となる。 Another feature of the present invention is that the ratio of the average thickness of the lower catalyst layer to the average thickness of the catalyst coat layer is in the range of 35 to 90%. The average thickness of the catalyst coat layer is determined in consideration of the exhaust pressure loss. Therefore, when the average thickness of the lower catalyst layer is less than 35% of the average thickness of the catalyst coat layer, the upper catalyst layer becomes relatively thick, so that the exhaust gas in a rich atmosphere hardly diffuses to the lower catalyst layer. the amount of 2 drops. Therefore, the NO x purification performance is lowered and it is difficult to suppress sulfur poisoning.
また貴金属の担持量には、必要最低量が存在する。そして貴金属の担持密度が高くなりすぎると、使用中の高温時に粒成長して活性が低下するという問題が発生する。したがって上触媒層の厚さが薄い場合には、下触媒層にもPtあるいはPdを担持する必要がある。しかし、そうなるとRhがPtあるいはPdと固溶し活性低下が生じる。 In addition, there is a necessary minimum amount of noble metal supported. If the noble metal loading density becomes too high, there is a problem that the activity is lowered due to grain growth at a high temperature during use. Therefore, when the upper catalyst layer is thin, Pt or Pd must be supported on the lower catalyst layer. However, when this happens, Rh dissolves with Pt or Pd and the activity decreases.
そこで下触媒層の平均厚さは、触媒コート層の平均厚さの90%以下とした。この範囲であれば、下触媒層に担持されるPtあるいはPdが僅かとなるためRhの固溶が抑制され、NOx の浄化性能あるいは硫黄被毒の抑制性能にほとんど影響がない。 Therefore, the average thickness of the lower catalyst layer is 90% or less of the average thickness of the catalyst coat layer. Within this range, the solid solution of Rh for Pt or Pd carried is slightly suppressed to lower catalyst layer, there is little effect on the purification performance or control performance of sulfur poisoning of the NO x.
PtあるいはPdの担持量は、担体基材の嵩容積1リットルあたり合計で 0.1〜10gの担持量とするのが好ましい。大部分を上触媒層に担持することが望ましいが、合計で0〜3g/Lの範囲であれば下触媒層に担持することもできる。 The amount of Pt or Pd supported is preferably 0.1 to 10 g in total per liter of the bulk volume of the carrier substrate. Although it is desirable that most of the catalyst is supported on the upper catalyst layer, it can be supported on the lower catalyst layer as long as it is in the range of 0 to 3 g / L in total.
Rhの担持量は、担体基材の嵩容積1リットルあたり0.01〜5gとするのが好ましい。Rhの全量が下触媒層に担持されていることが望ましいが、性能を損なわない範囲で上触媒層にも担持されていてもよい。 The amount of Rh supported is preferably 0.01 to 5 g per liter of bulk volume of the carrier substrate. Although it is desirable that the entire amount of Rh is supported on the lower catalyst layer, it may be supported on the upper catalyst layer as long as the performance is not impaired.
以下、参考例、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference examples, examples and comparative examples.
図1に本発明の一実施例のNOx 吸蔵還元触媒を示す。このNOx 吸蔵還元触媒は、セル隔壁10で区画された多数のセル通路11をもつハニカム基材1と、セル隔壁10の表面に形成された触媒コート層2とからなり、触媒コート層2はセル隔壁10の表面に形成された下触媒層20と、下触媒層20の表面に形成された上触媒層21とから構成されている。
FIG. 1 shows an NO x storage reduction catalyst according to an embodiment of the present invention. This NO x storage reduction catalyst comprises a
(参考例)
本参考例のNOx 吸蔵還元触媒は、触媒コート層2の平均厚さに対する下触媒層20の平均厚さが異なること以外は実施例の触媒と同様の構造である。以下、参考例のNOx 吸蔵還元触媒の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。
(Reference example)
The NO x storage-reduction catalyst of this reference example has the same structure as the catalyst of the example except that the average thickness of the
ZrO2粉末に所定濃度の硝酸ロジウム水溶液の所定量を含浸させ、1時間撹拌後、乾燥、焼成して、Rhを1質量%担持したRh/ZrO2触媒粉末を調製した。このRh/ZrO2触媒粉末をバインダとしての所定量のアルミナゾル及び所定量のイオン交換水と混合してスラリーを調製した。 A ZrO 2 powder was impregnated with a predetermined amount of an aqueous rhodium nitrate solution having a predetermined concentration, stirred for 1 hour, dried and fired to prepare an Rh / ZrO 2 catalyst powder supporting 1% by mass of Rh. This Rh / ZrO 2 catalyst powder was mixed with a predetermined amount of alumina sol as a binder and a predetermined amount of ion-exchanged water to prepare a slurry.
次にコージェライト製のハニカム基材1(容量 1.3L、長さ 155mm)を用意し、上記スラリーをウォッシュコートし、乾燥、焼成して下触媒層20を形成した。このとき、下触媒層20に含まれるRh量が、ハニカム基材1の嵩容積1リットルあたり 0.5gとなるようにコート量を調整した。
Next, a cordierite honeycomb substrate 1 (capacity 1.3 L, length 155 mm) was prepared, the slurry was washcoated, dried and fired to form the
続いて、γ-Al2O3粉末と、CeO2−ZrO2複合酸化物粉末(質量比CeO2/ZrO2=85/15)と、ZrO2−TiO2複合酸化物粉末(質量比ZrO2/TiO2=70/30)と、所定量のアルミナゾル及びイオン交換水を混合してスラリーを調製した。下触媒層20が形成されたハニカム基材1に対して、このスラリーをウォッシュコートし、乾燥、焼成して下触媒層20の表面にコート層を形成した。
Subsequently, γ-Al 2 O 3 powder, CeO 2 —ZrO 2 composite oxide powder (mass ratio CeO 2 / ZrO 2 = 85/15), ZrO 2 —TiO 2 composite oxide powder (mass ratio ZrO 2) / TiO 2 = 70/30), a predetermined amount of alumina sol and ion-exchanged water were mixed to prepare a slurry. This slurry was wash-coated on the
下触媒層20とコート層とをもつハニカム基材1を、所定濃度のジニトロジアンミン白金溶液に浸漬し、引き上げて余分な液滴を吹き払った後、乾燥、焼成してPtを吸着担持した。Ptの担持量は、ハニカム基材1の嵩容積1リットルあたり2gである。さらに、酢酸バリウムと酢酸カリウムとが溶解した混合水溶液の所定量を含浸させ、乾燥、焼成してBa及びKを担持し、上触媒層21を形成した。ハニカム基材1の嵩容積1リットルあたり、Ba及びKはそれぞれ 0.3モル担持された。
The
得られたNOx 吸蔵還元触媒は、下触媒層20と上触媒層21とからなる触媒コート層2を有し、触媒コート層2はハニカム基材1の嵩容積1リットルあたり 300g形成されている。また断面を画像解析し、触媒コート層2の平均厚さ(下触媒層20と上触媒層21との合計の平均厚さ)と下触媒層20の平均厚さを測定したところ、触媒コート層2の平均厚さに対する下触媒層20の平均厚さの値は18.5%であった。
The obtained NO x storage reduction catalyst has a catalyst coat layer 2 composed of a
なお触媒コート層2における各酸化物の構成比率は、質量比でZrO2:γ-Al2O3:CeO2−ZrO2:ZrO2−TiO2=35:70:14:70である。 The composition ratio of each oxide in the catalyst coat layer 2 is ZrO 2 : γ-Al 2 O 3 : CeO 2 —ZrO 2 : ZrO 2 —TiO 2 = 35: 70: 14: 70 in mass ratio.
(実施例1)
参考例と同様のRh/ZrO2触媒粉末(35)と、参考例と同様のγ-Al2O3粉末(17.8)と、参考例と同様のCeO2−ZrO2複合酸化物粉末( 3.5)と、参考例と同様のZrO2−TiO2複合酸化物粉末(17.8)と、所定量のアルミナゾル及びイオン交換水を混合してスラリーを調製した。
Example 1
Rh / ZrO 2 catalyst powder (35) similar to the reference example, γ-Al 2 O 3 powder (17.8) similar to the reference example, and CeO 2 —ZrO 2 composite oxide powder (3.5) similar to the reference example Then, the same ZrO 2 —TiO 2 composite oxide powder (17.8) as in the reference example, a predetermined amount of alumina sol and ion-exchanged water were mixed to prepare a slurry.
参考例と同様のハニカム基材1を用意し、このスラリーを用いたこと以外は参考例と同様にして下触媒層20を形成した。このとき、下触媒層20に含まれるRh量が、ハニカム基材1の嵩容積1リットルあたり 0.5gとなるようにコート量を調整した。
The
続いて参考例と同様のγ-Al2O3粉末(54)と、参考例と同様のCeO2−ZrO2複合酸化物粉末(10.5)と、参考例と同様のZrO2−TiO2複合酸化物粉末(54)と、所定量のアルミナゾル及びイオン交換水を混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いたこと以外は参考例と同様にしてコート層を形成した。 Subsequently, the same γ-Al 2 O 3 powder (54) as in the reference example, the CeO 2 —ZrO 2 composite oxide powder (10.5) as in the reference example, and the ZrO 2 —TiO 2 composite oxidation as in the reference example. A slurry was prepared by mixing the product powder (54), a predetermined amount of alumina sol and ion-exchanged water, and a coating layer was formed in the same manner as in the Reference Example except that this slurry was used.
得られた下触媒層20とコート層とをもつハニカム基材1を用い、参考例と同様にしてPtを担持するとともにBa及びKを同量担持し、上触媒層21を形成した。
Using the obtained
得られたNOx 吸蔵還元触媒は、下触媒層20と上触媒層21とからなる触媒コート層2を有し、触媒コート層2はハニカム基材1の嵩容積1リットルあたり 300g形成されている。また断面を画像解析し、触媒コート層2の平均厚さと下触媒層20の平均厚さを測定したところ、触媒コート層2の平均厚さに対する下触媒層20の平均厚さの値は37%であった。
The obtained NO x storage reduction catalyst has a catalyst coat layer 2 composed of a
なお触媒コート層2における各酸化物の構成比率は、質量比でZrO2:γ-Al2O3:CeO2−ZrO2:ZrO2−TiO2=35:70:14:70であり、上記の括弧内には下触媒層20及び上触媒層21に含まれる各酸化物の質量比を示している。
The composition ratio of each oxide in the catalyst coat layer 2 is ZrO 2 : γ-Al 2 O 3 : CeO 2 —ZrO 2 : ZrO 2 —TiO 2 = 35: 70: 14: 70 in terms of mass ratio, In parentheses, the mass ratio of each oxide contained in the
(実施例2、3、4)
下触媒層20及び上触媒層21の形成時に用いるスラリー中の各酸化物の質量比を変化させたこと以外は参考例及び実施例1と同様にして、下触媒層20の平均厚さがそれぞれ異なるNOx 吸蔵還元触媒を製造した。触媒コート層2の形成量と各触媒金属の担持量は全て参考例と同一であり、触媒コート層2における各酸化物の構成比率は、質量比でZrO2:γ-Al2O3:CeO2−ZrO2:ZrO2−TiO2=35:70:14:70である。
(Examples 2, 3, and 4)
The average thickness of the
触媒コート層2の平均厚さに対する下触媒層20の平均厚さの値は、それぞれ56%、74%、90%であった。
The values of the average thickness of the
(実施例5)
上触媒層20の形成時に、Ptの担持後に硝酸パラジウム水溶液を用いてPdを担持したこと以外は実施例3と同様である。なおハニカム基材1の嵩容積1リットルあたりの担持量は、Ptが 1.2g、Pdが 0.8gである。
(Example 5)
Example 3 is the same as Example 3 except that, when the
(比較例)
参考例と同様のRh/ZrO2触媒粉末と、参考例と同様のγ-Al2O3粉末と、参考例と同様のCeO2−ZrO2複合酸化物粉末と、参考例と同様のZrO2−TiO2複合酸化物粉末と、所定量のアルミナゾル及びイオン交換水を混合してスラリーを調製した。
(Comparative example)
Rh / ZrO 2 catalyst powder similar to the reference example, γ-Al 2 O 3 powder similar to the reference example, CeO 2 —ZrO 2 composite oxide powder similar to the reference example, and ZrO 2 similar to the reference example A slurry was prepared by mixing —TiO 2 composite oxide powder, a predetermined amount of alumina sol and ion-exchanged water.
参考例と同様のハニカム基材1を用意し、このスラリーを用いたこと以外は参考例の下触媒層20の形成と同様にして触媒層を形成した。このとき、触媒層に含まれるRh量が、ハニカム基材1の嵩容積1リットルあたり 0.5gとなるようにコート量を調整した。
A
続いて参考例と同様にして、Pt、Ba、Kを触媒層に同量担持し、比較例のNOx 吸蔵還元触媒を得た。一層のみからなる触媒層の形成量は参考例の触媒コート層2と同一であり、触媒層における各酸化物の構成比率は、質量比でZrO2:γ-Al2O3:CeO2−ZrO2:ZrO2−TiO2=35:70:14:70である。 Subsequently, in the same manner as in the reference example, the same amount of Pt, Ba, and K was supported on the catalyst layer to obtain a NOx storage reduction catalyst of a comparative example. The formation amount of the catalyst layer consisting of only one layer is the same as that of the catalyst coat layer 2 of the reference example, and the composition ratio of each oxide in the catalyst layer is ZrO 2 : γ-Al 2 O 3 : CeO 2 —ZrO in mass ratio. 2 : ZrO 2 —TiO 2 = 35: 70: 14: 70.
<試験・評価>
参考例、各実施例及び比較例の触媒をリーンバーンエンジンの排気系に装着し、触媒入りガス温度 750℃にてリーン雰囲気とリッチ雰囲気とが交互に繰り返される条件下で50時間保持する耐久試験を行った。
<Test and evaluation>
Endurance test in which the catalyst of the reference example, each example and the comparative example is mounted on the exhaust system of a lean burn engine, and maintained for 50 hours under a condition where a lean atmosphere and a rich atmosphere are alternately repeated at a catalyst gas temperature of 750 ° C. Went.
耐久試験後の各触媒に対して、一定量の硫黄含有排ガスを流通させ、NOx 吸蔵材を硫黄被毒した。硫黄被毒した各触媒を上記と同様の排気系に装着し、リッチ運転したときの硫黄脱離量をそれぞれ測定した。結果を比較例の硫黄脱離量を1とした相対値で図2に示す。 A certain amount of sulfur-containing exhaust gas was circulated for each catalyst after the durability test, and the NO x storage material was sulfur poisoned. Each sulfur-poisoned catalyst was mounted in the same exhaust system as above, and the amount of sulfur desorption when the rich operation was performed was measured. The results are shown in FIG. 2 as relative values with the sulfur desorption amount of the comparative example as 1.
次に、上記試験によって硫黄が脱離された各触媒を耐久試験と同じ排気系に装着し、一定時間リーン運転した後に数秒間のリッチパルスを導入する条件下にて、触媒入りガス温度が 300℃、 400℃、 450℃の各温度におけるリッチパルス導入時のNOx 浄化率をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。 Next, each catalyst from which sulfur was desorbed by the above test was installed in the same exhaust system as in the durability test, and the gas temperature with catalyst was set to 300 under the condition that a rich pulse for several seconds was introduced after lean operation for a certain period of time. The NO x purification rates at the time of introducing rich pulses at temperatures of ℃, 400 ℃, and 450 ℃ were measured. The results are shown in Table 1.
さらに参考例及び実施例1〜4の触媒について、触媒コート層2の平均厚さに対する下触媒層20の平均厚さの比率と、上記で測定されたNOx 浄化率との関係を図3〜5に示す。
Furthermore, regarding the catalysts of Reference Examples and Examples 1 to 4, the relationship between the ratio of the average thickness of the
図2より、実施例1〜4の触媒は比較例に比べて硫黄脱離量が多く、硫黄被毒が抑制されていることが明らかである。そして参考例及び実施例1〜4の触媒は、下触媒層20と上触媒層21の厚さの比率が異なること以外は同一の構造であり、各棒グラフの頂点を結ぶ曲線は山状をなしているので、実施例1及び実施例4の触媒の構成がほぼ限界と考えられる。したがって、触媒コート層2の平均厚さに対する下触媒層20の平均厚さの割合は、35〜90%の範囲にあることが必要であることが明らかである。
From FIG. 2, it is clear that the catalysts of Examples 1 to 4 have a larger amount of sulfur desorption than the comparative examples, and sulfur poisoning is suppressed. The catalysts of the reference examples and Examples 1 to 4 have the same structure except that the thickness ratios of the
また、図3〜5より、触媒コート層2の平均厚さに対する下触媒層20の平均厚さの割合が35〜90%の範囲にあれば、各温度におけるNOx 浄化率も高い範囲にあることがわかる。
3 to 5, if the ratio of the average thickness of the
1:ハニカム基材 2:触媒コート層
20:下触媒層 21:上触媒層
1: Honeycomb substrate 2: Catalyst coating layer
20: Lower catalyst layer 21: Upper catalyst layer
Claims (3)
該触媒コート層は、該排ガス通路の表面に形成された下触媒層と、該下触媒層の表面に形成された上触媒層との二層構造をなし、
該下触媒層には少なくともRhが担持され、該上触媒層にはPt及びPdから選ばれる少なくとも一種が担持され、該触媒コート層の平均厚さに対する該下触媒層の平均厚さの割合が35〜90%の範囲にあることを特徴とするNOx 吸蔵還元触媒。 A carrier base material having an exhaust gas passage; and a catalyst coat layer formed on the surface of the exhaust gas passage and carrying a noble metal and an NO x storage material on an oxide carrier; and in the lean atmosphere, the NO x storage material. occludes NO x, a NO x storage-and-reduction catalysts that reduce and purify NO x in intermittently be rich atmosphere,
The catalyst coat layer has a two-layer structure of a lower catalyst layer formed on the surface of the exhaust gas passage and an upper catalyst layer formed on the surface of the lower catalyst layer,
At least Rh is supported on the lower catalyst layer, and at least one selected from Pt and Pd is supported on the upper catalyst layer, and the ratio of the average thickness of the lower catalyst layer to the average thickness of the catalyst coat layer is NO x storage reduction catalyst characterized by being in the range of 35 to 90%.
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