JP2013226538A - 排ガス浄化触媒 - Google Patents

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Abstract

【課題】 脱貴金属排ガス浄化触媒の開発あるいは脱貴金属排ガス浄化触媒を従来の貴金属含有排ガス浄化触媒と併用した排ガス浄化触媒の開発により、全体の貴金属の使用量を削減した排ガス浄化触媒を提供すること。
また、酸化触媒と還元触媒とをそれぞれ別に設置する必要のない、酸化および還元の両反応に対して同所で触媒作用を及ぼすことができる触媒を提供すること。
【解決手段】 還元機能に優れた脱貴金属還元触媒と、酸化機能に優れた脱貴金属酸化触媒を組み合わせることで得られた両機能が低減しない複合触媒。またこの触媒組み合わせを、Ce−Zr系複合酸化物に担持させた、酸化および還元触媒の浄化開始温度が低温化した、酸化反応および還元反応の両反応に対して同所で触媒作用を及ぼすことができる触媒。
【選択図】なし

Description

本発明は、内燃機関から生じる排ガスを浄化するために用いられる排ガス浄化触媒において、貴金属(Rh、Pt、Pd)を含まない排ガス浄化触媒に関する。
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関から生じる排ガスには、窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)および炭化水素(HC)が含まれている。これらを同時に浄化する排ガス浄化触媒(三元触媒)としては、Rh、Pt、Pdなどの貴金属の使用が従来不可欠であった。
貴金属を使用しない触媒としては、1970年にLa0.8Sr0.2CoOがアルカリ溶液中で酸素還元電極触媒としてPtに匹敵する触媒活性を有することが報告された(非特許文献1参照)。さらに、1971年にはLaCoOが気相でブテンの水素化・水素化分解触媒として有効であることが報告されたことにより、希土類ペロブスカイトが自動車の排ガス浄化触媒としても有効である可能性が指摘された(非特許文献2参照)。
また、プロパン、メタン、一酸化炭素の酸化に対する触媒活性がLaCoOよりLaSrCoOの方が高いことが報告されている(非特許文献3)。これはLaサイトにSrなどの2価金属をドープすることにより、LaSrCoOペロブスカイト中のCoが2〜4価で混在すること、酸素の格子欠陥量が増大することが触媒活性を増加させていると推定されている。
しかしながら、これらの報告は自動車の排ガス浄化を想定した、高温の酸化・還元雰囲気下(過酷な条件)でのペロブスカイトの構造安定性については考慮されていない。
なお、貴金属を使用する触媒については、Ce−Zr系複合酸化物に貴金属を担持させ、触媒性能の低下を防ぐことは行なわれていた(特許文献1および特許文献2参照)が、脱貴金属複合酸化物を担持させ、酸化および還元触媒の浄化開始温度を低温化させることは行なわれていなかった。
また、触媒搭載場面の制約から、上記触媒は酸化触媒と還元触媒とをそれぞれ別に設置する必要のない三元触媒と同様に、酸化および還元の両反応に対して同所で触媒作用を及ぼすことができる触媒であることが望ましいとされている。
特開平10−218620号公報 特開平11−207183号公報
D.B.Meadowcroft、「Nature」、1970年、第226巻、第847頁 W.F.Libby、「Science」、1971年、第171巻、第499頁 中村悌二、御園生誠、内島俊雄、米田幸夫、「日本化学会誌」、1980年、第1679頁
排ガス浄化触媒に通常使用されているRh、Pt、Pdなどの貴金属は、非常に高価な材料であることから、使用量の削減あるいは貴金属を使用しない脱貴金属の排ガス浄化触媒の開発が望まれている。
また内燃機関から排出される排ガスは高温であり、酸化と還元の雰囲気変動を繰り返している。このような環境において、触媒性能を発揮し、耐久劣化を起こさない触媒の開発が望まれている。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、脱貴金属排ガス浄化触媒の開発あるいは脱貴金属排ガス浄化触媒を従来の貴金属含有排ガス浄化触媒と併用することにより、全体の貴金属の使用量を削減することにある。
また、触媒搭載場面の制約から、酸化触媒と還元触媒とをそれぞれ別に設置する必要のない、酸化および還元の両反応に対して同所で触媒作用を及ぼすことができる触媒を提供することにある。
排ガス浄化触媒には、排ガス中に含まれるNOをNに還元する機能、またCOおよびHCをCOに酸化する機能を併せ持つことが必要とされる。本発明者らは、還元機能に優れた脱貴金属還元触媒と酸化機能に優れた脱貴金属酸化触媒を組み合わせることで両機能を両立させ、また両機能を低減させない複合触媒を開発することにより、本発明を完成させた。またこれら複合触媒を、Ce−Zr系複合酸化物に担持させることにより、酸化および還元触媒の浄化開始温度の低温化を見出し、本発明をさらに優れたものに完成させた。
還元機能については、鋭意探索を行なった結果、Cu含有イルメナイト型複合酸化物〔A Cu1−XTiO、式中、AはMgあるいはNiを示し、Xは、0.6≦X<1の原子割合であることが好ましい〕とCu含有ペロブスカイト型複合酸化物〔A Cu1−YTiO3−δ、式中、AはCa,Ba,Srを示し、δは酸素過少分を示し、Yは、0.6≦Y<1の原子割合であることが好ましい。〕とCu含有層状ペロブスカイト型複合酸化物〔A CuO4−δ、式中、Aは、希土類元素を示し、Laであることが好ましい。δは酸素過少分を示す。〕とCu含有層状ペロブスカイト型複合酸化物〔A NiCu1−Z4−δ、式中、Aは、希土類元素を示し、Laであることが好ましい。δは酸素過少分を示し、Zは、0.6≦Z<1の原子割合であることが好ましい。〕が優れていることを見出した。
酸化触媒については、ペロブスカイト型複合酸化物〔A 1−WFeO3−δ、式中、Aは、希土類元素を示し、Laであることが好ましい。Aはアルカリ土類元素を示し、SrあるいはBaであることが好ましい。Wは、0.6≦W<1の原子割合であることが好ましく、δは酸素過少分を示す。〕が優れていることを見出した。
前記還元触媒と酸化触媒をそれぞれの還元あるいは酸化機能として単独で使用することも可能であるが、本願においては、これら還元触媒と酸化触媒を組み合わせても、それぞれの機能が低下しないことを見出し、これら還元触媒と酸化触媒を組み合わせること(混合)を提案した。またこれら還元触媒と酸化触媒を耐熱性に優れたCe−Zr系複合酸化物に担持させることにより、酸化および還元触媒の浄化開始温度の低温化を見出し、本発明をさらに優れたものに完成させた。
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)下記一般式(1)で表されるCu(銅)含有イルメナイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
(式中、Aは、MgあるいはNiを示し、Xは、0.6≦X<1の原子割合を示す。)
(2)下記一般式(2)で表されるCu(銅)含有ペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
(式中、AはCa,Ba,Srを示し、Yは、0.6≦Y<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
(3)下記一般式(3)で表されるCu(銅)含有層状ペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
(式中、Aは、希土類元素を示し、δは酸素過少分を示す。)
(4)一般式(3)のAが、La(ランタン)であることを特徴とする、(3)に記載の排ガス浄化触媒。
(5)下記一般式(4)で表されるCu(銅)含有層状ペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
(式中、Aは、希土類元素を示し、Zは、0.6≦Z<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
(6)一般式(4)のAが、La(ランタン)であることを特徴とする、(5)に記載の排ガス浄化触媒。
(7)下記一般式(5)で表されるペロブスカイト型複合酸化物と、(1)から(6)のいずれかに記載された化合物とを混合して含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
(式中、Aは、希土類元素を示し、Aはアルカリ土類元素を示し、Wは、0.6≦W<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
(8)一般式(5)において、Aが、La(ランタン)であり、AがSrあるいはBaであることを特徴とする、(7)に記載の排ガス浄化触媒。
(9)(1)から(8)のいずれかに記載された排ガス浄化触媒を、酸素吸蔵性材料に担持させることを特徴とする排ガス浄化触媒。
(10)(9)に記載の酸素吸蔵性材料がCeO/ZrO(〔15/85〕〜〔85/15〕重量比)であることを特徴とする、排ガス浄化触媒。
本発明を実施することにより、還元機能に優れた脱貴金属還元触媒および酸化機能に優れた脱貴金属酸化触媒を得ることができる。さらに、これらを組み合わせて用いることにより、還元機能および酸化機能の両機能を低減させない複合触媒ができ、触媒全体の貴金属の使用量を削減することができる。
また、これらの触媒の組み合わせを、Ce−Zr系複合酸化物に担持させることにより、酸化および還元触媒の浄化開始温度が低温化され、さらに酸化触媒と還元触媒とをそれぞれ別に設置する必要のない、酸化および還元の両反応に対して同所で触媒作用を及ぼすことができる触媒を得ることができる。
実施例1−1および実施例1−2のNO−TPR曲線 実施例2−1および実施例2−2のNO−TPR曲線 実施例2−1と比較例1のNO−TPR曲線比較 実施例3−1および実施例3−2のNO−TPR曲線 実施例4−1および実施例4−2のNO−TPR曲線 実施例5−1および実施例5−2のNO−TPR曲線 実施例4−1および実施例5−1と比較例2のNO−TPR曲線比較 実施例6−1のCO−TPO曲線 実施例6−2のCO−TPO曲線 実施例7−1−Aおよび実施例7−1−BのNO−TPR曲線 実施例7−1−Aおよび実施例7−1−BのCO−TPO曲線 実施例7−1−Aおよび実施例7−1−BのHC−TPO曲線 実施例7−2−Aおよび実施例7−2−BのNO−TPR曲線 実施例7−2−Aおよび実施例7−2−BのCO−TPO曲線 実施例7−2−Aおよび実施例7−2−BのHC−TPO曲線 実施例7−3−Aおよび実施例7−3−BのNO−TPR曲線 実施例7−3−Aおよび実施例7−3−BのCO−TPO曲線 実施例7−3−Aおよび実施例7−3−BのHC−TPO曲線 実施例7−4−Aおよび実施例7−4−BのNO−TPR曲線 実施例7−4−Aおよび実施例7−4−BのCO−TPO曲線 実施例7−4−Aおよび実施例7−4−BのHC−TPO曲線 実施例7−5−Aおよび実施例7−5−BのNO−TPR曲線 実施例7−5−Aおよび実施例7−5−BのCO−TPO曲線 実施例7−5−Aおよび実施例7−5−BのHC−TPO曲線 実施例7−6−Aおよび実施例7−6−BのNO−TPR曲線 実施例7−6−Aおよび実施例7−6−BのCO−TPO曲線 実施例7−6−Aおよび実施例7−6−BのHC−TPO曲線
(触媒活性成分)
本願において、触媒活性成分とは、直接的に排ガス中に含まれるNOをNに還元する機能、またCOおよびHCをCOに酸化する機能を持つ成分を示す。
還元触媒と酸化触媒の分類であるが、本願で分類する還元触媒とは、特に還元性能に優れていることを示し、酸化性能がないということではない。酸化触媒についても同様であり、還元性能がないということではない。
本願発明の還元触媒には、下記一般式(1)〜(4)で示されるCu(銅)含有複合酸化物が好適に使用される。
〔銅(Cu)含有イルメナイト型複合酸化物〕
(式中、AはMgあるいはNiを示し、Xは、0.6≦X<1の原子割合を示す。)
〔銅(Cu)含有ペロブスカイト型複合酸化物〕
(式中、AはCa,Ba,Srを示し、Yは、0.6≦Y<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
〔銅(Cu)含有層状ペロブスカイト型複合酸化物〕
(式中、Aは、希土類元素を示し、δは酸素過少分を示す。)
(式中、Aは、希土類元素を示し、Zは、0.6≦Z<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
(酸化触媒活性成分)
本願発明の酸化触媒には、下記一般式(5)で示される酸素欠損ペロブスカイト型複合酸化物が好適に使用される。
(式中、Aは、希土類元素を示し、Aはアルカリ土類元素を示し、Wは、0.6≦W<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
(触媒活性成分の調製)
前記触媒活性成分の合成方法としては、特に制限されることはなく、例えば共沈法、アルコキシド法、クエン酸錯体法、メカノケミカル法など適宜の方法で製造することができる。得られた粉末の熱処理は、大気中600〜1000℃で行なった。
(還元触媒と酸化触媒および酸素吸蔵性材料の混合)
耐熱性に優れた酸化還元反応を促進する作用のある酸素吸蔵性材料(例えば特許文献1)としてはCe−Zr系複合酸化物(CeOとZrOの固溶体)が代表として挙げられ、一般的に市販されているものを使用することができる。またCe−Zr系複合酸化物にアルカリ土類金属やLaなどを添加して、耐熱性を向上させたものも使用可能である。Ce−Zr系複合酸化物としては、CeO/ZrO=〔15/85〕〜〔85/15〕(重量比)であることが好ましい。
還元触媒と酸化触媒および酸素吸蔵性材料の混合であるが、少量であれば乳鉢などを使用して混合することもできるが、工業的に好ましくは、転動ボールミル、振動ボールミル、撹拌ボールミル、遊星ボールミル等のボールミルが好適である。湿式混合と乾式混合については、特に制限はない。
(耐久処理)
自動車などの排ガス浄化触媒は、高温で酸化雰囲気と還元雰囲気が繰り返される過酷な状態にさらされる。従って、排ガス浄化触媒には、このような環境下においても排ガス浄化性能が低下しないことが要求されている。本願排ガス浄化触媒は、以下に示すような耐久試験を行なって、排ガス浄化性能を評価した。実際に排ガス浄化触媒として使用する場合には、耐久処理後の排ガス浄化触媒を使用してもよい。また耐久処理前のものを使用しても、実使用場面で耐久が掛かった場合の触媒性能を評価しているので、問題はない。
耐久処理は、次のように行なった。混合後の酸化・還元耐久処理は、酸化と還元を繰り返す処理を1000℃で5時間行ない、1000℃からの降温雰囲気は還元雰囲気、酸化雰囲気、大気雰囲気など適宜選択した。耐久安定性は、耐久後の結晶相をX線回折により評価し、耐久後の触媒活性の評価は、触媒分析装置を用い昇温還元反応(TPR)および昇温酸化反応(TPO)における浄化対象ガスの浄化率を測定することで行なった。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]Cu(銅)含有イルメナイト型複合酸化物〔Mg0.8Cu0.2TiO
(触媒活性成分粉末の調製)
マグネシウム−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Mg[OCH(CH)CHOCH)]〕16.2g(0.08モル)と銅−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Cu(OCH(CH)CHOCH)〕4.8g(0.02モル)とチタンイソプロポキシド〔Ti[OCH(CH)〕28.4g(0.10モル)をトルエン200gに加え、均一な混合アルコキシド溶液を調製した。次いでこの混合アルコキシド溶液に、脱イオン水432gを滴下し、加水分解することにより、沈殿を生成させた。減圧下トルエンを留去し、ろ過により沈殿物を得た。得られた沈殿物を脱イオン水により洗浄後、80℃で一晩乾燥させることにより前駆体粉末を得た。更に前駆体粉末を大気中800℃で1時間熱処理することにより、結晶性Mg0.8Cu0.2TiOの単一相を得た(実施例1−1)。
このMg0.8Cu0.2TiOをCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕と重量比で1:4で秤量して、アセトン(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら1時間湿式混合した。混合スラリーをろ過により固形分を分離し、80℃で一晩乾燥することにより、Mg0.8Cu0.2TiO/CeZrO(1/4)を得た(実施例1−2)。
(耐久処理)
得られた実施例1−1および実施例1−2の粉末を雰囲気炉中、1000℃で5時間、下記表1に示すような排ガスを模擬した還元雰囲気ガス、酸化雰囲気ガスおよび中性雰囲気ガスを流す耐久試験を行なった。
各雰囲気ガスの流通速度は毎分5Lとし、耐久試験のガス流通は還元雰囲気ガスを10分間、次いで中性雰囲気ガスを5分間、酸化雰囲気ガスを10分間、中性雰囲気ガスを5分間の順に流し、その後はこのサークルを1000℃で5時間繰り返した。また耐久試験終了時の降温過程を酸化雰囲気ガス流通下で放冷した。
(触媒活性評価)
この耐久試験品0.15gを石英反応管に詰め、下記条件の下、触媒分析装置(日本ベル株式会社製、BELCAT)を用いて、昇温還元反応(TPR)測定を行った。
・ガス組成:NO;1.0体積%、H;2.0体積%、He;バランス
・昇温条件:5℃/分で600℃まで昇温
・ガス流量:50ml/分
・検出方法:Q−mass
また以下の式(1)によりNO浄化率(%)を算出することにより性能を評価した。結果を図1に示す。
図1からわかるように、実施例1−1の触媒は、低温からNOの還元反応(NOの浄化)を起こし、酸素吸蔵性材料に担持することで(実施例1−2)、浄化開始温度がさらに低温化した。
[実施例2]Cu(銅)含有イルメナイト型複合酸化物〔Ni0.8Cu0.2TiO
ニッケル−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Ni[OCH(CH)CHOCH]〕19.0g(0.08モル)と銅−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Cu(OCH(CH)CHOCH)〕4.8g(0.02モル)とチタンイソプロポキシド〔Ti[OCH(CH)〕28.4g(0.10モル)をトルエン200gに加え、均一な混合アルコキシド溶液を調製した。次いでこの混合アルコキシド溶液に、脱イオン水432gを滴下し、加水分解することにより、沈殿を生成させた。減圧下トルエンを留去し、ろ過により沈殿物を得た。得られた沈殿物を脱イオン水により洗浄後、80℃で一晩乾燥させることにより前駆体粉末を得た。更に前駆体粉末を大気中800℃で1時間熱処理することにより、結晶性Ni0.8Cu0.2TiOの単一相を得た(実施例2−1)。
このNi0.8Cu0.2TiOをCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕と重量比で1:4で秤量して、実施例1と同様な方法で混合し、Ni0.8Cu0.2TiO/CeZrO(1/4)を得た(実施例2−2)。
(耐久処理)および(触媒活性評価)についても、実施例1と同様な方法で行なった。触媒性能評価結果を図2に示す。
[比較例1]〔NiTiO
触媒活性成分粉末の調製において、原料としてニッケル−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Ni[OCH(CH)CHOCH]〕23.7g(0.10モル)とチタンイソプロポキシド〔Ti[OCH(CH)〕28.4g(0.10モル)の混合アルコキシドのトルエン溶液を用いる以外は、前記実施例2−1と同様な操作により、NiTiOを作製した。得られた結晶性NiTiOは、実施例1と同様な耐久処理と触媒活性評価を行なった。触媒活性性能評価結果を図3に示す。
図3から、イルメナイト型複合酸化物にCuを含有させることにより、NO浄化性能が大幅に向上することがわかる。
[実施例3]Cu(銅)含有ペロブスカイト型複合酸化物〔Sr0.8Cu0.2TiO
(触媒活性成分粉末の調製)
銅−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Cu[OCH(CH)CHOCH]〕4.8g(0.02モル)とチタンイソプロポキシド〔Ti[OCH(CH)〕28.4g(0.10モル)をトルエン200gに加え、均一な混合アルコキシド溶液を調製した。次いでこの混合アルコキシド溶液に、脱イオン水317gを滴下し、加水分解することにより、沈殿を生成させた。減圧下トルエンを留去し、ろ過により沈殿物を得た。得られた沈殿物を脱イオン水により洗浄後、水酸化ストロンチウム八水和物〔Sr(OH)・8HO〕21.3g(0.08モル)と共に、脱イオン水を含有するアセトン(分散媒)に加え、ボールミルにより1時間粉砕しながら湿式混合し、スラリーを得た。混合スラリーをろ過により固形分を分離し、80℃で一晩乾燥することにより、前駆体粉末を得た。更に前駆体粉末を大気中800℃で1時間熱処理することにより、結晶性のSr0.8Cu0.2TiO単一相を得た(実施例3−1)。
このSr0.8Cu0.2TiOをCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕と重量比で1:4で秤量して、実施例1と同様な方法で混合し、Sr0.8Cu0.2TiO/CeZrO(1/4)を得た(実施例3−2)。
(耐久処理)および(触媒活性評価)についても、実施例1と同様な方法で行なった。触媒性能評価結果を図4に示す。
[実施例4] Cu(銅)含有層状ペロブスカイト型複合酸化物〔LaCuO
(触媒活性成分粉末の調製)
ランタン−1−メトキシ−2−プロポキシド〔La[OCH(CH)CHOCH]〕40.6g(0.10モル)と銅−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Cu[OCH(CH)CHOCH)] 〕12.1g(0.05モル)をトルエン200gに加え、均一な混合アルコキシド溶液を調製した。次いでこの混合アルコキシド溶液に、脱イオン水288gを滴下し、加水分解することにより、沈殿を生成させた。減圧下トルエンを留去し、ろ過により沈殿物を得た。得られた沈殿物を脱イオン水により洗浄後、80℃で一晩乾燥させることにより前駆体粉末を得た。更に前駆体粉末を大気中800℃で1時間熱処理することにより、結晶性LaCuOの単一相を得た(実施例4−1)。
このLaCuOをCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕と重量比で1:4で秤量して、実施例1と同様方法で混合し、LaCuO/CeZrO(1/4)を得た(実施例4−2)。
(耐久処理)および(触媒活性評価)についても、実施例1と同様な方法で行なった。触媒性能評価結果を図5に示す。
[実施例5] Cu(銅)含有層状ペロブスカイト型複合酸化物〔LaNi0.8Cu0.2
(触媒活性成分粉末の調製)
ランタン−1−メトキシ−2−プロポキシド〔La[OCH(CH)CHOCH]〕40.6g(0.10モル)とニッケル−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Ni[OCH(CH)CHOCH]〕9.5g(0.04モル)と銅−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Cu(OCH(CH)CHOCH)〕2.4g(0.01モル)をトルエン200gに加え、均一な混合アルコキシド溶液を調製した。次いでこの混合アルコキシド溶液に、脱イオン水288gを滴下し、加水分解することにより、沈殿を生成させた。減圧下トルエンを留去し、ろ過により沈殿物を得た。得られた沈殿物を脱イオン水により洗浄後、80℃で一晩乾燥させることにより前駆体粉末を得た。更に前駆体粉末を大気中800℃で1時間熱処理することにより、結晶性LaNi0.8Cu0.2の単一相を得た(実施例5−1)。
このLaNi0.8Cu0.2をCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕と重量比で1:4で秤量して、実施例1と同様な方法で混合し、LaNi0.8Cu0.2/CeZrO(1/4)を得た(実施例5−2)。
(耐久処理)および(触媒活性評価)についても、実施例1と同様な方法で行なった。触媒性能評価結果を図6に示す。
[比較例2]〔LaNiO
触媒活性成分粉末の調製において、原料としてランタン−1−メトキシ−2−プロポキシド〔La[OCH(CH)CHOCH]〕4.06g(0.10モル)とニッケル−1−メトキシ−2−プロポキシド〔Ni[OCH(CH)CHOCH]2〕11.8g(0.05モル)の混合アルコキシドのトルエン溶液を用いる以外は、前記実施例4−1と同様な操作により、LaNiOを作製した。得られた結晶性LaNiOは、実施例1と同様な耐久処理と触媒活性評価を行なった。触媒活性性能評価結果を図7に示す。
図7から、層状ペロブスカイト型複合酸化物にCuを含有させることにより、NO浄化性能が大幅に向上することがわかる。
[実施例6] 酸素欠損ペロブスカイト型複合酸化物〔La0.8Sr0.2FeOとLa0.6Ba0.4FeO
(触媒活性成分粉末の調製)
La0.8Sr0.2FeO(実施例6−1);
酸化ランタン〔La〕13.0g(0.04モル)
水酸化ストロンチウム八水和物〔Sr(OH)・8HO〕5.3g(0.02モル)
水酸化酸化鉄〔FeOOH〕8.9g(0.10モル)
La0.6Ba0.4FeO(実施例6−2);
酸化ランタン〔La〕9.8g(0.03モル)
水酸化バリウム八水和物〔Sr(OH)・8HO〕12.6g(0.04モル)
水酸化酸化鉄〔FeOOH〕8.9g(0.10モル)
上記それぞれの原料を脱イオン水を含有するアセトン(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら湿式混合することにより、スラリーを得た。前記スラリーをろ過により固形分を分離し、80℃で一晩乾燥させることにより前駆体粉末を得た。更に前駆体粉末を大気中800℃で1時間熱処理することにより、La0.8Sr0.2FeO(実施例6−1)とLa0.6Ba0.4FeO(実施例6−2)を得た。
(耐久処理)
還元雰囲気、中性雰囲気、酸化雰囲気、中性雰囲気のサークルを1000℃で5時間繰り返した後の降温過程を、酸化雰囲気ガス流通下と還元雰囲気ガス流通下の2種類で放冷する以外は実施例1と同様に行なった。
(触媒活性評価)
この耐久試験品について、ガラス反応管に各耐久処理後試料0.15gを設置し詰め、下記条件の下、触媒分析装置(日本ベル株式会社製、BELCAT)を用いて、CO昇温酸化反応(CO−TPO)測定を行った。
・ガス組成:CO;1.0体積%、O;0.6体積%、He;バランス
・昇温条件:5℃/分で600℃まで昇温
・ガス流量:50ml/分
・検出方法:Q−mass
以下の式(2)によりCO浄化率(%)を算出することにより性能を評価した。
触媒性能評価結果を図8と図9に示す。降温過程を還元雰囲気で放冷した方が、酸化雰囲気で放冷するより、COの浄化速度が増加しているが、浄化開始温度に差異はなかった。
[実施例7]酸化触媒と還元触媒の組み合わせ、更にCeO/ZrOへの担持効果
(還元触媒と酸化触媒の混合調製およびCeO/ZrOへの担持)
実施例1−1で作製したMg0.8Cu0.2TiO粉末と実施例6−1で作製したLa0.8Sr0.2FeOを、重量比で1:1で秤量してアセトン(分散媒)に加え、乳鉢上で粉砕しながら湿式混合した。混合後アセトンを蒸発させ、80℃で一晩乾燥することにより、〔Mg0.8Cu0.2TiO+La0.8Sr0.2FeO〕(混合比1:1)を得た(実施例7−1)。同様な割合と方法により、表2に示す還元触媒と酸化触媒の組み合わせを作製した。
さらに還元触媒と酸化触媒をCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕に担持した触媒を、以下の手順で作製した。
実施例1−1で作製したMg0.8Cu0.2TiO粉末と実施例6−1で作製したLa0.8Sr0.2FeOとCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕重量比で1:1:8で秤量して、アセトン(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら湿式混合することにより、スラリーを得た。前記スラリーから、吸引ろ過により固形分を分離し、80℃で一晩乾燥することにより、〔Mg0.8Cu0.2TiO+La0.8Sr0.2FeO〕/CeZrO(混合重量比1:1:8)を得た(実施例7−1−B)。
同様な割合と方法により、表2の組み合わせについて、Ce−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕に担持した触媒を作製した(表3)。
(耐久処理)
前記表2と表3の混合粉末を、実施例1に記載の方法と同様に耐久処理を行なった。ただし、耐久処理終了時の降温過程は、還元雰囲気ガス流通下と酸化雰囲気ガス流通下の2種類の放冷で行なった。
(触媒活性評価)
耐久処理後の試料を実施例1と同様な方法により、NO昇温還元反応(NO−TPR)測定を行った。また実施例6と同様な方法により、CO昇温酸化反応 (CO−TPO) 測定を行なった。さらに、ガス組成及び昇温条件を以下のように変更した以外は、実施例6と同じ条件下で、C(プロパン)昇温酸化反応(HC−TPO)測定を行った(表4)。
・ガス組成:C(プロパン);0.4体積%、O;2.4体積%、He;バランス
・昇温条件:5℃/分で700℃まで昇温
以下の式(3)によりC浄化率(%)を算出することにより性能を評価した。
図10〜図27からわかるように、表2に示す酸化触媒と還元触媒を組み合わせ、更にCe−Zr系複合酸化物〔CeO/ZrO=50/50(重量比)〕に担持した触媒は、NO、CO、Cのいずれについても低温から高い浄化性能を示していることがわかる。

Claims (10)

  1. 下記一般式(1)で表されるCu(銅)含有イルメナイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
    (式中、Aは、MgあるいはNiを示し、Xは、0.6≦X<1の原子割合を示す。)
  2. 下記一般式(2)で表されるCu(銅)含有ペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
    (式中、AはCa,Ba,Srを示し、Yは、0.6≦Y<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
  3. 下記一般式(3)で表されるCu(銅)含有層状ペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
    (式中、Aは、希土類元素を示し、δは酸素過少分を示す。)
  4. 一般式(3)のAが、La(ランタン)であることを特徴とする、請求項3に記載の排ガス浄化触媒。
  5. 下記一般式(4)で表されるCu(銅)含有層状ペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
    (式中、Aは、希土類元素を示し、Zは、0.6≦Z<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
  6. 一般式(4)のAが、La(ランタン)であることを特徴とする、請求項5に記載の排ガス浄化触媒。
  7. 下記一般式(5)で表されるペロブスカイト型複合酸化物と、請求項1から請求項6のいずれかに記載された化合物とを混合して含むことを特徴とする、排ガス浄化触媒。
    (式中、Aは、希土類元素を示し、Aはアルカリ土類元素を示し、Wは、0.6≦W<1の原子割合を示し、δは酸素過少分を示す。)
  8. 一般式(5)において、Aが、La(ランタン)であり、AがSrあるいはBaであることを特徴とする、請求項7に記載の排ガス浄化触媒。
  9. 請求項1から請求項8のいずれかに記載された排ガス浄化触媒を、酸素吸蔵性材料に担持させることを特徴とする、排ガス浄化触媒。
  10. 請求項9に記載の酸素吸蔵性材料がCeO/ZrO(〔15/85〕〜〔85/15〕重量比)であることを特徴とする、排ガス浄化触媒。
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