JP2012035206A - 排ガス浄化触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の排ガス浄化触媒1は、排ガス流入側から流出側に貫通する排ガス流路を有する基材2の排ガス流路5内に、触媒成分を担持した耐火性無機化合物を含む二層の触媒層6、7を設けた排ガス浄化触媒であって、各触媒層6、7は異なる耐火性無機化合物に触媒成分が担持されているとともに、排ガス流入口3側から流出口4側に向かって設けられた触媒層と、排ガス流出口4側から流入口3側に向かって設けられた触媒層とが相互に重なり合うように設けられると共に、排ガス流入口側及び排ガス流出口側は、それぞれ一方の触媒層のみで構成されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
(1)排ガス流入側から流出側に貫通する排気流路を有する基材の排気流路内に、触媒成分を担持した耐火性無機化合物を含む二層の触媒層を設けた排気浄化触媒であって、各触媒層は異なる耐火性無機化合物に触媒成分が担持されているとともに、排ガス流入口側から流出口側に向かって設けられた触媒層と、排ガス流出口側から流入口側に向かって設けられた触媒層とが相互に重なり合うように設けられると共に、排ガス流入口側及び排ガス流出口側は、それぞれ一方の触媒層のみで構成されていることを特徴とする排ガス浄化触媒、
(2)排ガス流入口側から流出口側に向かって排ガス流路長の40%以上、100%未満の長さに亘って設けられた触媒層と、排ガス流出口側から流入口側に向かって排ガス流路長の40%以上、100%未満の長さに亘って設けられた触媒層とが相互に重なり合うように設けられている上記(1)の排ガス浄化触媒、
(3)排ガス流入口側から排ガス流出口側に向かって第一の触媒層を設けた後、排ガス流出口側から排ガス流入口側に向かって第二の触媒層が形成されている上記(2)の排ガス浄化触媒、
(4)排ガス流出口側から排ガス流入口側に向かって第一の触媒層を設けた後、排ガス流入口側から排ガス流出口側に向かって第二の触媒層が形成されている上記(2)の排ガス浄化触媒、
(5)第一の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、パラジウムとプラチナより選ばれた貴金属を含み、第二の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、ロジウムとプラチナ、ロジウムとパラジウムの群より選ばれた貴金属を含む上記(3)又は(4)の排ガス浄化触媒、
(6)第一の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、ロジウムとプラチナ、ロジウムとパラジウムより選ばれた貴金属を含み、第二の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、パラジウムとプラチナの群より選ばれた貴金属を含む上記(3)又は(4)の排ガス浄化触媒、
を要旨とするものである。
図1は本発明の排ガス浄化触媒1の一実施例示し、2は筒状の基材で、該基材2は、排ガス流入口3から流出口4側に貫通する複数の排ガス流路5が設けられている。基材2としては、コージェライト、金属、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ等からなるものが用いられる。
実施例1
γ−アルミナ粉末10重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量65重量%)16重量部、水酸化バリウム2.1重量部、硝酸パラジウム溶液を水30重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第一の触媒層形成用のスラリーAを調製した。またγ−アルミナ粉末4重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量35重量%)12重量部、硝酸白金溶液、硝酸ロジウム溶液を水40重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第二の触媒層形成用のスラリーBを調製した。上記スラリーAをコージェライト製のハニカム基材(容量0.875L)の排ガス流入口側の端部から、排ガス流出口側に向かって排ガス流路長の80%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に、触媒成分としてパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。次いで第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流出口側端部から、排ガス流入口側に向かって排ガス流路長の80%の長さにスラリーBを塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分として白金及びロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し、排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが0.75g、第二の触媒層における白金が0.75g、ロジウムが0.25gであった。
実施例1と同様のスラリーAを、同様のハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さに塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成してパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに実施例1と同様のスラリーBを塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さにスラリーBを塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成して白金とロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが0.75g、第二の触媒層における白金が0.75g、ロジウムが0.25gであった。
排ガス浄化触媒を触媒収納缶に収納し、排気量4000ccのガソリンエンジンの排気系に設置した。燃料にはレギュラーガソリンを使用し、触媒を通過する排ガスの空燃比(A/F)を、ストイキ(A/F=14.5)48秒、リッチ(A/F=12.5)6秒、リーン(A/F=30)6秒の60秒周期で変動させた。触媒床内温度は1000℃で、100時間放置した。その後、排ガス触媒を触媒収納缶から取り出して直径15cm、長さ40cmの円筒体内に収納し、排気量2400ccのガソリンエンジンを搭載したエンジンベンチに装着し、排ガスの組成を理論空燃比で運転しながら熱交換機を介して排ガス温度を200℃から400℃まで30℃/分の速度で昇温し、その間の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)の浄化率を連続的に測定し、HC、CO、NOx成分の50%浄化を迎える温度(50%浄化温度)を算出した。50%浄化温度が低い程、優れた触媒であることを示している。
排ガス浄化触媒を触媒収納缶に収納し、排気量4000ccのガソリンエンジンの排気系に設置した。燃料にはレギュラーガソリンを使用し、触媒を通過する排ガスの空燃比(A/F)を、ストイキ(A/F=14.5)48秒、リッチ(A/F=12.5)6秒、リーン(A/F=30)6秒の60秒周期で変動させた。触媒床内温度は1000℃で、100時間放置した。その後、排ガス触媒を別の触媒収納缶に収納し直し、排気量2400ccのガソリンエンジン直下に設置し、Phase−2ガソリンを燃焼させ、ノンメタン炭化水素(NMHC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)の浄化性能を対米LA#4モードで評価した。評価装置は堀場製作所製「MEXA9000(商品名)」を使用した。数値は小さい程、優れた触媒であることを示している。
γ−アルミナ粉末10重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量65重量%)16重量部、水酸化バリウム2.1重量部、硝酸パラジウム溶液を水30重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第一の触媒層形成用のスラリーAを調製した。またγ−アルミナ粉末4重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量35重量%)12重量部、硝酸白金溶液、硝酸ロジウム溶液を水40重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第二の触媒層形成用のスラリーBを調製した。上記スラリーAを、実施例1と同様のハニカム基材の排ガス流出口側の端部から、排ガス流入口側に向かって排ガス流路長の90%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。次いで第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側端部から、排ガス流出口側に向かって排ガス流路長の90%の長さにスラリーBを塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてプラチナ及びロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し、排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが0.75g、第二の触媒層における白金が0.75g、ロジウムが0.30gであった。
実施例2と同様のスラリーAを、同様のハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さに塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成してパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに実施例1と同様のスラリーBを塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さにスラリーBを塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成して白金とロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが0.75g、第二の触媒層における白金が0.75g、ロジウムが0.30gであった。
γ−アルミナ粉末12重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量65重量%)8重量部、水酸化バリウム2.1重量部、硝酸パラジウム溶液を水25重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第一の触媒層形成用のスラリーAを調製した。またγ−アルミナ粉末4重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量5重量%)12重量部、硝酸ロジウム溶液を水40重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第二の触媒層形成用のスラリーBを調製した。上記スラリーAを、実施例1と同様のハニカム基材の排ガス流出口側の端部から、排ガス流入口側に向かって排ガス流路長の90%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。次いで第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側端部から、排ガス流出口側に向かって排ガス流路長の90%の長さにスラリーBを塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し、排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが1.75g、第二の触媒層におけるロジウムが0.15gであった。
実施例3と同様のスラリーAを、実施例1と同様のハニカム基材の排ガス流出口側の端部から、排ガス流入口側に向かって排ガス流路長の90%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。次いで第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側端部から、排ガス流出口側に向かって排ガス流路長の70%の長さに、実施例3と同様のスラリーBを塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し、排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが1.75g、第二の触媒層におけるロジウムが0.15gであった。
実施例3と同様のスラリーAを、実施例1と同様のハニカム基材の排ガス流出口側の端部から、排ガス流入口側に向かって排ガス流路長の70%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。次いで第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側端部から、排ガス流出口側に向かって実施例3と同様のスラリーBを排ガス流路長の90%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し、排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが1.75g、第二の触媒層におけるロジウムが0.15gであった。
実施例3と同様のスラリーAを、同様のハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さに塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成してパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側から、実施例3と同様のスラリーBを排ガス流路の50%の長さに塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さにスラリーBを塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成してロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが1.75g、第二の触媒層におけるロジウムが0.15gであった。
γ−アルミナ粉末12重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量45重量%)8重量部、水酸化バリウム2.1重量部、硝酸パラジウム溶液を水25重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第一の触媒層形成用のスラリーAを調製した。またγ−アルミナ粉末4重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量5重量%)12重量部、硝酸ロジウム溶液を水40重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第二の触媒層形成用のスラリーBを調製した。上記スラリーAを、実施例1と同様のハニカム基材の排ガス流入口側の端部から、排ガス流出口側に向かって排ガス流路長の80%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。次いで第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流出口側端部から、排ガス流入口側に向かって上記スラリーBを排ガス流路長の80%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し、排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが1.75g、第二の触媒層におけるロジウムが0.15gであった。
実施例6と同様のスラリーAを、同様のハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さに塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成してパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに実施例3と同様のスラリーBを塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さにスラリーBを塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成してロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが1.75g、第二の触媒層におけるロジウムが0.15gであった。
γ−アルミナ粉末3.5重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量58重量%)9重量部、水酸化バリウム2.1重量部、硝酸パラジウム溶液を水15重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第一の触媒層形成用のスラリーAを調製した。またγ−アルミナ粉末4重量部、セリア−ジルコニア複合酸化物(セリア含有量20重量%)12重量部、硝酸白金溶液、硝酸ロジウム溶液を水40重量部に添加し、大気中で30分間高速攪拌して第二の触媒層形成用のスラリーBを調製した。上記スラリーAを、実施例1と同様のハニカム基材の排ガス流入口側の端部から、排ガス流出口側に向かって排ガス流路長の50%の長さに塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分としてパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。次いで第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流出口側端部から、排ガス流入口側に向かって排ガス流路長の90%の長さにスラリーBを塗布し、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成し、γ−アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物よりなる耐火性無機化合物に触媒成分として白金とロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し、排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが2.6g、第二の触媒層における白金が0.16g、ロジウムが0.32gであった。
実施例7と同様のスラリーAを、同様のハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さに塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成してパラジウムを担持させた第一の触媒層を形成した。第一の触媒層を形成したハニカム基材の排ガス流入口側から排ガス流路の50%の長さに実施例1と同様のスラリーBを塗布し、次いで排ガス流出口側から排ガス流路の50%の長さにスラリーBを塗布した後、大気雰囲気下にて500℃で1時間焼成して白金とロジウムを担持させた第二の触媒層を形成し排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の触媒担持量は、ハニカム基材1L当たり、第一の触媒層におけるパラジウムが2.6g、第二の触媒層における白金が0.16g、ロジウムが0.32gであった。
排ガス浄化触媒を触媒収納缶に収納し、排気量4000ccのガソリンエンジンの排気系に設置した。燃料にはレギュラーガソリンを使用し、触媒を通過する排ガスの空燃比(A/F)を、リッチ(A/F=13.5)5秒と、リーン(A/F=15.5)5秒の10秒周期で変動させた。触媒床内温度は950℃で50時間放置した。更に、空燃比を上記と同様にして10秒周期で変動させたまま、触媒床内温度600℃で10時間放置した。その後、排ガス触媒を別の触媒収納缶に収納し直し、排気量1500ccのガソリンエンジン直下に設置し、レギュラーガソリンを燃焼させ、ノンメタン炭化水素(NMHC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)の浄化性能をEUモード(実車排ガスモード)で評価した。評価装置は堀場製作所製「MEXA9000(商品名)」を使用した。表3の数値は小さい程、優れた触媒であることを示している。
2 基材
3 排ガス流入口
4 排ガス流出口
5 排ガス流路
6 第一の触媒層
7 第二の触媒層
A 第一の触媒層と第二の触媒層の重なり合う部分
B 第一の触媒層のみからなる部分
C 第二の触媒層のみからなる部分
Claims (6)
- 排ガス流入側から流出側に貫通する排ガス流路を有する基材の排ガス流路内に、触媒成分を担持した耐火性無機化合物を含む二層の触媒層を設けた排ガス浄化触媒であって、各触媒層は異なる耐火性無機化合物に触媒成分が担持されているとともに、排ガス流入口側から流出口側に向かって設けられた触媒層と、排ガス流出口側から流入口側に向かって設けられた触媒層とが相互に重なり合うように設けられると共に、排ガス流入口側及び排ガス流出口側は、それぞれ一方の触媒層のみで構成されていることを特徴とする排ガス浄化触媒。
- 排ガス流入口側から流出口側に向かって排ガス流路長の40%以上、100%未満の長さに亘って設けられた触媒層と、排ガス流出口側から流入口側に向かって排ガス流路長の40%以上、100%未満の長さに亘って設けられた触媒層とが相互に重なり合うように設けられている請求項1記載の排ガス浄化触媒。
- 排ガス流入口側から排ガス流出口側に向かって第一の触媒層を設けた後、排ガス流出口側から排ガス流入口側に向かって第二の触媒層が形成されている請求項2記載の排ガス浄化触媒。
- 排ガス流出口側から排ガス流入口側に向かって第一の触媒層を設けた後、排ガス流入口側から排ガス流出口側に向かって第二の触媒層が形成されている請求項2記載の排ガス浄化触媒。
- 第一の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、パラジウムとプラチナより選ばれた貴金属を含み、第二の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、ロジウムとプラチナ、ロジウムとパラジウムの群より選ばれた貴金属を含む請求項3又は4記載の排ガス浄化触媒。
- 第一の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、ロジウムとプラチナ、ロジウムとパラジウムより選ばれた貴金属を含み、第二の触媒層が触媒成分としてプラチナ、パラジウム、ロジウム、パラジウムとプラチナの群より選ばれた貴金属を含む請求項3又は4記載の排ガス浄化触媒。
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