JP2014213269A - Exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas purification catalyst and an exhaust gas purification device capable of particularly improving an HC purification rate in a lean atmosphere, when an LNT and a noble metal/an acidic carrier are supported on the same support.SOLUTION: There is provided an exhaust gas purification catalyst for purifying an exhaust gas of an internal combustion engine which comprises a first catalyst and a second catalyst supported on the same support, wherein the first catalyst has a carrier having a solid acid and a noble metal supported on the carrier and the second catalyst has an NOx adsorbent which comprises: CeOand substantially contains neither an alkaline earth metal nor an alkali metal; and a noble metal.

Description

本発明は、排気浄化触媒及び排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust purification catalyst and an exhaust purification device.

従来、例えば予混合圧縮着火燃焼(以下、「HCCI」という。)を行う内燃機関(以下、「エンジン」という。)等のように、高負荷側ではストイキ燃焼を行い、低負荷側ではリーン燃焼を行うエンジンが知られている。このようなエンジンでは、ストイキ雰囲気及びリーン雰囲気の双方において、排気を浄化する必要がある。ストイキ雰囲気では、三元触媒を用いることで排気を浄化できるものの、リーン雰囲気では、かかる三元触媒を用いても排気を十分に浄化できない。この場合、特に、排気中に含まれる窒素酸化物(以下、「NOx」という。)及び炭化水素(以下、「HC」という。)を十分に浄化できない。   Conventionally, stoichiometric combustion is performed on the high load side and lean combustion is performed on the low load side, such as an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) that performs premixed compression ignition combustion (hereinafter referred to as “HCCI”). Engines that perform are known. In such an engine, it is necessary to purify the exhaust gas both in a stoichiometric atmosphere and a lean atmosphere. In a stoichiometric atmosphere, exhaust gas can be purified by using a three-way catalyst, but in a lean atmosphere, exhaust gas cannot be sufficiently purified even if such a three-way catalyst is used. In this case, in particular, nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) and hydrocarbons (hereinafter referred to as “HC”) contained in the exhaust gas cannot be sufficiently purified.

そこで、リーン雰囲気でもNOxを効率良く浄化できる触媒として、アルカリ金属やアルカリ土類金属で構成されるNOx吸着剤を含むリーンNOx浄化触媒(以下、「LNT」という。)が知られている(例えば、特許文献1参照)。このNOx浄化触媒によれば、リーン雰囲気のときに排気中のNOxをNOx吸着剤で吸着し、吸着したNOxをストイキ又はリッチ雰囲気のときに放出することで、NOxを浄化できるとされている。   Therefore, a lean NOx purification catalyst (hereinafter referred to as “LNT”) containing a NOx adsorbent composed of alkali metal or alkaline earth metal is known as a catalyst that can efficiently purify NOx even in a lean atmosphere (for example, “LNT”). , See Patent Document 1). According to this NOx purification catalyst, NOx in exhaust gas is adsorbed by a NOx adsorbent in a lean atmosphere, and the adsorbed NOx is released in a stoichiometric or rich atmosphere, so that NOx can be purified.

また、リーン雰囲気でHCを効率良く浄化できる触媒として、固体酸性を有する担体上にPt等の貴金属が担持された排気浄化触媒(以下、「貴金属/酸性担体」という。)が知られている(例えば、特許文献2参照)。この貴金属/酸性担体によれば、酸性担体の高い酸性度により、リーン雰囲気でもHCを効率良く浄化できるとされている。   Further, as a catalyst capable of efficiently purifying HC in a lean atmosphere, an exhaust purification catalyst (hereinafter referred to as “noble metal / acidic carrier”) in which a noble metal such as Pt is supported on a carrier having solid acidity is known (hereinafter referred to as “noble metal / acidic carrier”). For example, see Patent Document 2). According to this noble metal / acidic carrier, HC can be efficiently purified even in a lean atmosphere due to the high acidity of the acidic carrier.

従って、上記のLNTが担持された支持体と、上記の貴金属/酸性担体が担持された支持体を排気通路内に直列に配置することにより、リーン雰囲気でもNOx及びHCを効率良く浄化できる。ただし、排気レイアウト上の制約や、支持体として一般的なハニカム支持体を2つ用いることによるコストの増加の観点から、LNTと貴金属/酸性担体を同一の支持体に担持することが望まれる。   Therefore, by arranging the support supporting LNT and the support supporting the noble metal / acidic carrier in series in the exhaust passage, NOx and HC can be efficiently purified even in a lean atmosphere. However, it is desirable to support LNT and a noble metal / acidic carrier on the same support from the viewpoints of restrictions on the exhaust layout and cost increase due to the use of two general honeycomb supports as the support.

特許第2600492号公報Japanese Patent No. 2600492 特表2010−506712号公報Special table 2010-506712 gazette

しかしながら、単に従来のLNTと貴金属/酸性担体を同一の支持体に担持させても、それらの組み合わせによる効果が十分に発揮されず、特にリーン雰囲気におけるHC浄化率の向上が認められないという課題があった。これは、近年のHCエミッションの規制強化に鑑みれば、解決すべき重要課題である。   However, even if the conventional LNT and the noble metal / acidic carrier are simply supported on the same support, the effect of the combination is not sufficiently exhibited, and the improvement of the HC purification rate in a lean atmosphere is not particularly recognized. there were. This is an important issue to be solved in view of recent strict regulations on HC emissions.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、LNTと貴金属/酸性担体を同一の支持体に担持させた場合において、特にリーン雰囲気におけるHC浄化率を向上できる排気浄化触媒及び排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification catalyst and an exhaust capable of improving the HC purification rate particularly in a lean atmosphere when LNT and a noble metal / acidic carrier are supported on the same support. It is to provide a purification device.

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒であって、同一の支持体上に担持された第1触媒及び第2触媒を備え、前記第1触媒は、固体酸性を有する担体と、当該担体上に担持された貴金属と、を有し、前記第2触媒は、CeOを含み且つ実質的にアルカリ土類金属及びアルカリ金属を含まないNOx吸着剤と、貴金属と、を有することを特徴とする排気浄化触媒を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides an exhaust purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, comprising a first catalyst and a second catalyst carried on the same support, wherein the first catalyst is a solid catalyst. An NOx adsorbent containing CeO 2 and substantially free of alkaline earth metal and alkali metal, and a noble metal having a support having acidity and a noble metal supported on the support; And an exhaust purification catalyst characterized by comprising:

従来、貴金属/酸性担体を単独で用いた場合に、リーン雰囲気で高いHC浄化率が得られる理由は、次の通りである。
即ち、貴金属/酸性担体では、酸性担体の高い酸性度に基づく電子吸引作用によって、貴金属表面の電子密度が低下する。すると、リーン雰囲気中に多量に存在する酸素と貴金属との結合力が低下し、貴金属表面への酸素の吸着が抑制される。酸素の吸着が抑制されることで、貴金属表面にHCが直接吸着できるようになるため、高いHC浄化率が得られるようになる。
Conventionally, when a noble metal / acid carrier is used alone, the reason why a high HC purification rate can be obtained in a lean atmosphere is as follows.
That is, in the noble metal / acidic carrier, the electron density on the surface of the noble metal is lowered by the electron withdrawing action based on the high acidity of the acidic carrier. Then, the binding force between oxygen and noble metal present in a large amount in the lean atmosphere is reduced, and adsorption of oxygen on the surface of the noble metal is suppressed. By suppressing the adsorption of oxygen, HC can be directly adsorbed on the surface of the noble metal, so that a high HC purification rate can be obtained.

これに対して、従来、単にLNTと貴金属/酸性担体を同一の支持体に担持させてもそれらの組み合わせによる効果が十分に発揮されず、特にリーン雰囲気におけるHC浄化率の向上が認められない原因は、次の通りである。
即ち、従来では、LNT中のNOx吸着剤を構成するアルカリ金属やアルカリ土類金属が塩基性であることから、これらによる電子供与作用によって酸性担体の電子吸引作用が阻害され、貴金属表面の電子密度が高くなる。すると、貴金属と酸素との結合力が高くなり、貴金属表面への酸素の吸着が促進される。加えて、例えばリーン運転中のエンジンから排出される排気中には、ストイキ運転時と比べてHCとしてパラフィンが多く含まれており、パラフィンは構造的にオレフィンやアロマに比して反応性が低いため、特にパラフィンの浄化率が大きく低下する。これにより、HCの浄化率が低下する。
On the other hand, conventionally, even if LNT and noble metal / acidic carrier are simply supported on the same support, the effect of the combination is not sufficiently exhibited, and the improvement of the HC purification rate especially in a lean atmosphere is not recognized. Is as follows.
That is, conventionally, since the alkali metal and alkaline earth metal constituting the NOx adsorbent in LNT are basic, the electron donating action of these substances inhibits the electron withdrawing action of the acidic carrier, and the electron density on the surface of the noble metal Becomes higher. Then, the bonding force between the noble metal and oxygen is increased, and the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal is promoted. In addition, for example, exhaust discharged from an engine during lean operation contains more paraffin as HC than during stoichiometric operation, and paraffin is structurally less reactive than olefins and aromas. For this reason, the purification rate of paraffin is greatly reduced. Thereby, the purification rate of HC falls.

そこで、本発明では、貴金属/酸性担体としての、固体酸性を有する担体に貴金属が担持された第1触媒と、LNTとしての、CeOを含み且つ実質的にアルカリ土類金属及びアルカリ金属を含まないNOx吸着剤及び貴金属を有する第2触媒と、を含んで排気浄化触媒を構成する。即ち、第1触媒と第2触媒とを混合あるいは積層するとともに、LNTとしての第2触媒を構成するNOx吸着剤中に、アルカリ土類金属及びアルカリ金属を含有させず、これらの代わりにCeOを含有させる。
これにより、CeOはアルカリ金属やアルカリ土類金属に比して塩基性が低いことから、酸性担体の電子吸引作用に大きな影響を及ぼすことがなく、貴金属表面の電子密度を低下させることができる。ひいては、貴金属と酸素との結合力を低下させ、貴金属表面への酸素の吸着を抑制できるため、特にパラフィンの浄化率を向上でき、高いHC浄化率が得られる。
また、CeOは、NOx吸着能に加えて酸素吸蔵能(OSC)も有しており、所定温度以上で活性酸素を放出する。この活性酸素は非常に反応性に富んでいることから、本発明によれば、リーン雰囲気でもパラフィンの酸化浄化を促進でき、HC浄化率を向上できる。
Therefore, in the present invention, as the noble metal / acid carrier, the first catalyst in which the noble metal is supported on the carrier having solid acidity, CeO 2 as the LNT, and substantially alkaline earth metal and alkali metal are contained. And an NOx adsorbent and a second catalyst having a noble metal to constitute an exhaust purification catalyst. That is, the first catalyst and the second catalyst are mixed or stacked, and the alkaline earth metal and the alkali metal are not contained in the NOx adsorbent constituting the second catalyst as the LNT. Instead, CeO 2 Containing.
As a result, CeO 2 has a lower basicity than alkali metals and alkaline earth metals, so that it does not significantly affect the electron withdrawing action of the acidic carrier and can reduce the electron density on the surface of the noble metal. . As a result, since the bonding force between the noble metal and oxygen can be reduced and the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal can be suppressed, the purification rate of paraffin can be particularly improved, and a high HC purification rate can be obtained.
CeO 2 also has an oxygen storage capacity (OSC) in addition to the NOx adsorption capacity, and releases active oxygen at a predetermined temperature or higher. Since this active oxygen is very reactive, according to the present invention, oxidation purification of paraffin can be promoted even in a lean atmosphere, and the HC purification rate can be improved.

この場合、前記第1触媒により形成された第1触媒層と、当該第1触媒層に隣接し且つ前記第2触媒により形成された第2触媒層と、を備えることが好ましい。   In this case, it is preferable to include a first catalyst layer formed by the first catalyst and a second catalyst layer adjacent to the first catalyst layer and formed by the second catalyst.

この発明では、第1触媒を用いて第1触媒層を形成するとともに、この第1触媒層に隣接して、第2触媒を用いて第2触媒層を形成する。これにより、特に、第1触媒層と第2触媒層との界面において、上述の作用効果が奏される。   In the present invention, the first catalyst layer is formed using the first catalyst, and the second catalyst layer is formed using the second catalyst adjacent to the first catalyst layer. As a result, the above-described effects are exhibited particularly at the interface between the first catalyst layer and the second catalyst layer.

この場合、前記第1触媒層は、前記第2触媒層上に形成されていることが好ましい。   In this case, the first catalyst layer is preferably formed on the second catalyst layer.

この発明では、第1触媒層を、第2触媒層上に形成する。即ち、第1触媒層を上層とし、第2触媒層を下層として形成する。これにより、貴金属/酸性担体を含む第1触媒層を下層とした場合に比して、上層ではガス拡散性が良好であるため、特にパラフィンを効率良く浄化でき、HC浄化率を向上できる。また、貴金属/酸性担体を含む第1触媒層を上層とすることにより、排気中のNOがNOに酸化されてLNTに吸着されやすくなる結果、NOx浄化率が向上する。 In the present invention, the first catalyst layer is formed on the second catalyst layer. That is, the first catalyst layer is formed as an upper layer and the second catalyst layer is formed as a lower layer. Thereby, compared with the case where the first catalyst layer containing the noble metal / acidic carrier is used as the lower layer, the upper layer has better gas diffusibility, so that paraffin can be purified efficiently and the HC purification rate can be improved. Further, by using the first catalyst layer containing the noble metal / acidic carrier as the upper layer, NO in the exhaust is easily oxidized to NO 2 and easily adsorbed to the LNT, so that the NOx purification rate is improved.

この場合、前記固体酸性を有する担体は、ZrSi複合酸化物、SiAl複合酸化物及びZrSiYW複合酸化物、ZrSiCeW複合酸化物、メソポーラスシリカ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   In this case, the solid acid support is preferably at least one selected from the group consisting of ZrSi composite oxide, SiAl composite oxide, ZrSiYW composite oxide, ZrSiCeW composite oxide, mesoporous silica, and zeolite.

この発明では、固体酸性を有する担体として、ZrSi複合酸化物、SiAl複合酸化物及びZrSiYW複合酸化物、ZrSiCeW複合酸化物、メソポーラスシリカ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種を、第1触媒中に含有させる。ここで、ZrSi複合酸化物とは、ZrOとSiOの複合酸化物であり、SiAl複合酸化物とは、SiOとAlの複合酸化物である。また、ZrSiYW複合酸化物とは、ZrSi複合酸化物中のZr及びSiの一部がY又はWに置換されたものであり、ZrSiCeW複合酸化物とは、ZrSi複合酸化物中のZr及びSiの一部がCe又はWに置換されたものである。
これらの酸性担体は、酸性度(酸性担体を構成する構成元素のポーリング電気陰性度の平均値から2.7を減じた値)及び比表面積がいずれも高く、貴金属表面の電子密度をより低下させて貴金属と酸素との結合力をより低下させることができる。従って、この発明によれば、貴金属表面への酸素の吸着をより抑制でき、より高いHC浄化率が得られる。
In the present invention, as the carrier having solid acidity, at least one selected from the group consisting of ZrSi composite oxide, SiAl composite oxide and ZrSiYW composite oxide, ZrSiCeW composite oxide, mesoporous silica and zeolite is contained in the first catalyst. To contain. Here, the ZrSi composite oxide is a composite oxide of ZrO 2 and SiO 2 , and the SiAl composite oxide is a composite oxide of SiO 2 and Al 2 O 3 . The ZrSiYW composite oxide is one in which a part of Zr and Si in the ZrSi composite oxide is substituted with Y or W, and the ZrSiCeW composite oxide is a composition of Zr and Si in the ZrSi composite oxide. A part thereof is substituted with Ce or W.
These acidic carriers have both high acidity (the value obtained by subtracting 2.7 from the average value of the Pauling electronegativity of the constituent elements constituting the acidic carrier) and the specific surface area, and further reduce the electron density on the surface of the noble metal. Thus, the bonding strength between the noble metal and oxygen can be further reduced. Therefore, according to the present invention, the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal can be further suppressed, and a higher HC purification rate can be obtained.

この場合、前記固体酸性を有する担体は、ZrSiYW複合酸化物及びZrSiCeW複合酸化物のうち少なくとも1種であることが好ましい。   In this case, the carrier having solid acidity is preferably at least one of ZrSiYW composite oxide and ZrSiCeW composite oxide.

この発明では、固体酸性を有する担体として、ZrSiYW複合酸化物及びZrSiCeW複合酸化物のうち少なくとも1種を、第1触媒中に含有させる。
これらの酸性担体は、酸性度(酸性担体を構成する構成元素のポーリング電気陰性度の平均値から2.7を減じた値)及び比表面積が特に高く、貴金属表面の電子密度をより大きく低下させ、貴金属と酸素との結合力をより大きく低下させることができる。従って、この発明によれば、貴金属表面への酸素の吸着をさらに抑制でき、さらに高いHC浄化率が得られる。
In the present invention, at least one of ZrSiYW composite oxide and ZrSiCeW composite oxide is contained in the first catalyst as a carrier having solid acidity.
These acidic carriers have a particularly high acidity (a value obtained by subtracting 2.7 from the average value of the Pauling electronegativity of the constituent elements constituting the acidic carrier) and a specific surface area, which greatly reduces the electron density on the surface of the noble metal. In addition, the binding force between the noble metal and oxygen can be greatly reduced. Therefore, according to the present invention, the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal can be further suppressed, and a higher HC purification rate can be obtained.

この場合、前記第1触媒及び前記第2触媒は、前記貴金属としてPtを有することが好ましい。   In this case, it is preferable that the first catalyst and the second catalyst have Pt as the noble metal.

この発明によれば、第1触媒及び第2触媒にそれぞれ含まれる貴金属として、Ptを用いる。これにより、上記発明の効果がより確実に奏される。   According to this invention, Pt is used as the noble metal contained in each of the first catalyst and the second catalyst. Thereby, the effect of the said invention is show | played more reliably.

また、空燃比をリーン及びストイキに制御して運転される内燃機関の排気浄化装置であって、上記の排気浄化触媒を備えることを特徴とする排気浄化装置を提供する。   Further, the present invention provides an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is operated while controlling the air-fuel ratio to be lean and stoichiometric, and includes the above-described exhaust gas purification catalyst.

この発明によれば、上記排気浄化触媒の発明と同様の効果が奏される。   According to this invention, the same effect as the invention of the exhaust purification catalyst is exerted.

本発明によれば、LNTと貴金属/酸性担体を同一の支持体に担持させた場合において、リーン雰囲気におけるHC浄化率を向上できる排気浄化触媒及び排気浄化装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when carrying | supporting LNT and a noble metal / acid support | carrier on the same support body, the exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification apparatus which can improve the HC purification rate in a lean atmosphere can be provided.

排気中のHC組成を示す図であり、(A)はストイキ運転中のエンジンから排出される排気中のHC組成を示し、(B)はリーン(HCCI)運転中のエンジンから排出される排気中のHC組成を示す図である。It is a figure which shows HC composition in exhaust_gas | exhaustion, (A) shows HC composition in exhaust_gas | exhaustion discharged | emitted from the engine in stoichiometric operation, (B) is in exhaust_gas | exhaustion discharged | emitted from the engine in lean (HCCI) operation | movement It is a figure which shows HC composition. 三元触媒によるHC浄化率を示す図である。It is a figure which shows the HC purification rate by a three way catalyst. 貴金属表面に吸着した酸素に対するHCの吸着挙動を示す図であり、(A)はオレフィン及びアロマの吸着挙動を示し、(B)はパラフィンの吸着挙動を示す図である。It is a figure which shows the adsorption | suction behavior of HC with respect to the oxygen which adsorb | sucked to the noble metal surface, (A) shows the adsorption | suction behavior of an olefin and an aroma, (B) is a figure which shows the adsorption | suction behavior of a paraffin. 貴金属表面における酸素及びパラフィンの吸着挙動を示す図であり、(A)は貴金属がAl担体に担持された従来の排気浄化触媒の場合であり、(B)は貴金属が酸性担体に担持された本発明の一実施形態に係る排気浄化触媒の場合である。Is a diagram showing the adsorption behavior of oxygen and paraffin in a noble metal surface, (A) is a case of a conventional exhaust gas purifying catalyst in which the noble metal is supported on Al 2 O 3 carrier, (B) is supported on the noble metal is acidic carrier It is the case of the exhaust gas purification catalyst which concerns on one Embodiment of this invention. 酸性担体の酸性度×比表面積とHC浄化率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the acidity x specific surface area of an acidic support | carrier, and HC purification rate. 酸性担体の電気陰性度と比表面積との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electronegativity of an acidic support | carrier, and a specific surface area. ZrSi複合酸化物、ZrSiW複合酸化物及びZrSiYW複合酸化物のX線回折スペクトル図である。It is a X-ray diffraction spectrum figure of ZrSi complex oxide, ZrSiW complex oxide, and ZrSiYW complex oxide. Al担体とZrSiYW複合酸化物担体の性能評価結果を示す図であり、(A)は各担体に担持された貴金属表面の酸素吸着量を示す図であり、(B)は温度に応じたパラフィン吸着率を示す図である。Is a diagram showing the results of performance evaluation al 2 O 3 carrier and ZrSiYW composite oxide support, (A) is a diagram showing the oxygen adsorption amount of supported noble metal surface on each carrier, (B) is according to the temperature It is a figure which shows the paraffin adsorption rate. Pt−Rh/ZrSiYW複合酸化物、Pt/Al+AlBa複合酸化物及びこれらの組み合わせのHC平均浄化率η300℃−400℃(%)を示す図である。Pt-Rh / ZrSiYW composite oxide is a diagram illustrating Pt / Al 2 O 3 + AlBa composite oxides and HC average purification rate Ita300 ° C. These combinations -400 ° C. (percent). Pt−Rh/ZrSiYW複合酸化物、Pt/Al+CeO及びこれらの組み合わせのHC平均浄化率η300℃−400℃(%)を示す図である。Pt-Rh / ZrSiYW composite oxide is a diagram illustrating Pt / Al 2 O 3 + CeO 2 and HC average purification rate Ita300 ° C. These combinations -400 ° C. (percent). 本発明の一実施形態に係る排気浄化触媒において、Pt/酸性担体とLNTの積層順序を変更したときのHC平均浄化率η300℃−400℃(%)を示す図である。In the exhaust purification catalyst which concerns on one Embodiment of this invention, it is a figure which shows HC average purification rate (eta) 300 degreeC-400 degreeC (%) when the lamination | stacking order of Pt / acid support and LNT is changed. 本発明の一実施形態に係る排気浄化触媒において、Pt/酸性担体とLNTの積層順序を変更したときのNOx吸着率η300℃(%)を示す図である。In the exhaust purification catalyst according to one embodiment of the present invention, it is a diagram showing the NOx adsorption rate η300 ℃ (%) when the stacking order of Pt / acid carrier and LNT is changed.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
本発明の一実施形態に係る排気浄化触媒は、空燃比をリーン及びストイキに制御して運転される内燃機関の排気浄化装置に好ましく用いられる。本実施形態に係る排気浄化触媒は、同一の支持体上に担持された第1触媒及び第2触媒を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The exhaust purification catalyst according to an embodiment of the present invention is preferably used in an exhaust purification device of an internal combustion engine that is operated with the air-fuel ratio being controlled to be lean and stoichiometric. The exhaust purification catalyst according to the present embodiment includes a first catalyst and a second catalyst carried on the same support.

支持体としては、例えばコージェライト製のハニカム支持体が好ましく用いられる。本実施形態では、異なる支持体に担持された第1触媒と第2触媒を例えば直列に排気通路内に配置するものではなく、これら第1触媒及び第2触媒を同一の支持体に担持するものである。   As the support, for example, a cordierite honeycomb support is preferably used. In the present embodiment, the first catalyst and the second catalyst supported on different supports are not arranged in the exhaust passage in series, for example, but the first catalyst and the second catalyst are supported on the same support. It is.

なお、第1触媒及び第2触媒は、混合した状態で同一の支持体に担持してもよく、第1触媒を含む第1触媒層と、第2触媒を含む第2触媒層とを隣接して積層した状態で担持してもよい。本実施形態では、これら第1触媒層と第2触媒層とを隣接して積層した状態で、同一の支持体に担持するのが好ましい。
また、第1触媒層は、第2触媒層上に形成されていることが好ましい。その理由については、後段で詳述する。
The first catalyst and the second catalyst may be supported on the same support in a mixed state, and the first catalyst layer containing the first catalyst and the second catalyst layer containing the second catalyst are adjacent to each other. And may be supported in a laminated state. In the present embodiment, it is preferable that the first catalyst layer and the second catalyst layer are supported on the same support in a state where they are laminated adjacently.
Moreover, it is preferable that the 1st catalyst layer is formed on the 2nd catalyst layer. The reason will be described in detail later.

第1触媒は、固体酸性を有する担体と、当該担体上に担持された貴金属と、を有する。
固体酸性を有する担体、即ち酸性担体としては、ZrSi複合酸化物、SiAl複合酸化物及びZrSiYW複合酸化物、ZrSiCeW複合酸化物、メソポーラスシリカ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましく用いられる。これらが好ましい理由については、後段で詳述する。中でも、ZrSiYW複合酸化物及びZrSiCeW複合酸化物のうち少なくとも1種がより好ましく用いられる。
貴金属としては、Pt、Pd、Rh等の各種貴金属を単独で用いてもよく、これらを併用してもよい。中でも、Ptが好ましく用いられる。
The first catalyst includes a carrier having solid acidity and a noble metal supported on the carrier.
As the carrier having solid acidity, that is, the acidic carrier, at least one selected from the group consisting of ZrSi composite oxide, SiAl composite oxide, ZrSiYW composite oxide, ZrSiCeW composite oxide, mesoporous silica and zeolite is preferably used. The reason why these are preferable will be described in detail later. Among these, at least one of ZrSiYW composite oxide and ZrSiCeW composite oxide is more preferably used.
As the noble metal, various noble metals such as Pt, Pd, and Rh may be used alone, or these may be used in combination. Among these, Pt is preferably used.

第2触媒は、CeOを含み且つ実質的にアルカリ土類金属及びアルカリ金属を含まないNOx吸着剤と、貴金属と、を有する。
「実質的にアルカリ土類金属及びアルカリ金属を含まない」とは、積極的にこれらアルカリ土類金属及びアルカリ金属を配合しないことを意味し、不可避的に含まれてしまう場合まで排除する趣旨ではない。
貴金属は、例えばアルミナ等の担体又は上記NOx吸着剤に担持される。貴金属としては、第1触媒と同様に、Pt、Pd、Rh等の各種貴金属を単独で用いてもよく、これらを併用してもよい。中でも、Ptが好ましく用いられる。
The second catalyst includes a NOx adsorbent containing CeO 2 and substantially free of alkaline earth metal and alkali metal, and a noble metal.
“Substantially free of alkaline earth metals and alkali metals” means that these alkaline earth metals and alkali metals are not actively added, and is intended to exclude cases where they are inevitably contained. Absent.
The noble metal is supported on a carrier such as alumina or the above NOx adsorbent. As the precious metal, similarly to the first catalyst, various precious metals such as Pt, Pd, and Rh may be used alone or in combination. Among these, Pt is preferably used.

本実施形態に係る排気浄化触媒は、従来公知の方法により調製される、例えば、各触媒の構成材料を含むスラリーを調製し、そこにハニカム支持体を浸漬させた後、乾燥して焼成することで得られる。
第1触媒層を第2触媒層上に形成する場合には、先ず、第2触媒の構成材料を含むスラリー中にハニカム支持体を浸漬させた後、乾燥して焼成することで、第2触媒層を形成する。次いで、第1触媒の構成材料を含むスラリー中に、第2触媒層が形成されたハニカム支持体を浸漬させた後、乾燥して焼成することで、第2触媒層上に第1触媒層が形成された本実施形態に係る排気浄化触媒が得られる。
The exhaust purification catalyst according to the present embodiment is prepared by a conventionally known method. For example, a slurry containing constituent materials of each catalyst is prepared, a honeycomb support is immersed therein, and then dried and fired. It is obtained with.
When the first catalyst layer is formed on the second catalyst layer, first, the honeycomb support is immersed in a slurry containing the constituent material of the second catalyst, and then dried and fired, whereby the second catalyst is formed. Form a layer. Next, the honeycomb support on which the second catalyst layer is formed is immersed in the slurry containing the constituent material of the first catalyst, and then dried and fired, whereby the first catalyst layer is formed on the second catalyst layer. The formed exhaust purification catalyst according to the present embodiment is obtained.

また、ZrSiXW(X=Ce又はY)複合酸化物は、以下の方法により調製することができる。ただし、本実施形態に係るZrSiXW複合酸化物の調製方法は、以下の方法に限定されるものではない。
先ず、硝酸ジルコニウム、硝酸セリウム又は硝酸イットリウムを、所望のZr/X比になるように、純水に溶解する。その後、所望量のSiを含むケイ酸ナトリウムを添加する。次いで、必要に応じてpHが例えば10になるように水酸化ナトリウムを滴下することで、沈殿物を得る。その後、沈殿物を含む溶液を例えば60℃に加熱した状態で減圧濾過することで、溶媒を蒸発させる。次いで、残留物を抽出後、マッフル炉内において例えば500℃で2時間の仮焼を行うことで、ZrSiX複合酸化物を得る。
次いで、上記のようにして得たZrSiX複合酸化物を硝酸中に添加し、pHを例えば3とした後に、所望量のWを含むメタタングステン酸ナトリウム(NaWO)を添加する。次いで、溶液のpHが例えば10となるように、水酸化ナトリウムを滴下することで、沈殿物を得る。その後、沈殿物を含む溶液を例えば60℃に加熱した状態で減圧濾過することで、溶媒を蒸発させる。次いで、残留物を抽出後、マッフル炉内において例えば500℃で2時間の仮焼を行うことで、ZrSiXW複合酸化物を得る。
A ZrSiXW (X = Ce or Y) composite oxide can be prepared by the following method. However, the method for preparing the ZrSiXW composite oxide according to the present embodiment is not limited to the following method.
First, zirconium nitrate, cerium nitrate or yttrium nitrate is dissolved in pure water so as to have a desired Zr / X ratio. Thereafter, sodium silicate containing a desired amount of Si is added. Next, a precipitate is obtained by adding sodium hydroxide dropwise so that the pH becomes, for example, 10 if necessary. Thereafter, the solvent is evaporated by filtering the solution containing the precipitate under reduced pressure while being heated to 60 ° C., for example. Next, after extracting the residue, a ZrSiX composite oxide is obtained by performing calcination, for example, at 500 ° C. for 2 hours in a muffle furnace.
Next, the ZrSiX composite oxide obtained as described above is added to nitric acid to adjust the pH to 3, for example, and then sodium metatungstate (Na 2 WO 4 ) containing a desired amount of W is added. Next, sodium hydroxide is added dropwise so that the pH of the solution becomes 10, for example, to obtain a precipitate. Thereafter, the solvent is evaporated by filtering the solution containing the precipitate under reduced pressure while being heated to 60 ° C., for example. Next, after extracting the residue, calcination is performed at 500 ° C. for 2 hours in a muffle furnace to obtain a ZrSiXW composite oxide.

上記構成を備える本実施形態に係る排気浄化触媒の作用効果について、以下に詳しく説明する。
図1は、排気中のHC組成を示す図であり、(A)はストイキ運転中のエンジンから排出される排気中のHC組成を示し、(B)はリーン(HCCI)運転中のエンジンから排出される排気中のHC組成を示す図である。図1において、横軸はHCの炭素数を示しており、縦軸は排気中のHC濃度(ppmC)を示している。
図1(A)に示すように、ストイキ運転中のエンジンから排出される排気中には、炭素数の短いものが多く含まれ、中でもオレフィンが最も多い。これに対して、図1(B)に示すように、リーン運転中のエンジンから排出される排気中には、ストイキ運転時と比べて炭素数の長いものが多く含まれるとともに、ストイキ運転時と比べてパラフィンが多く含まれている。
The effect of the exhaust purification catalyst according to the present embodiment having the above configuration will be described in detail below.
FIG. 1 is a diagram showing the HC composition in the exhaust, where (A) shows the HC composition in the exhaust discharged from the engine during stoichiometric operation, and (B) shows the exhaust from the engine during lean (HCCI) operation. It is a figure which shows HC composition in the exhaust_gas | exhaustion to be performed. In FIG. 1, the horizontal axis indicates the number of HC carbon atoms, and the vertical axis indicates the HC concentration (ppmC) in the exhaust gas.
As shown in FIG. 1 (A), the exhaust discharged from the engine during stoichiometric operation contains a lot of short carbon atoms, and most contains olefins. On the other hand, as shown in FIG. 1 (B), the exhaust discharged from the engine during lean operation contains a lot of carbon having a longer carbon number than during stoichiometric operation, It contains a lot of paraffin.

図2は、三元触媒によるHC浄化率を示す図である。具体的には、ストイキ運転時にエンジンから排出される排気と、HCCIリーン運転時にエンジンから排出される排気とについて、従来一般的な三元触媒を用いて350℃で浄化したときのHC浄化率η350(%)を示す図である。
図2に示すように、オレフィン及びアロマの浄化率については、ストイキ雰囲気とリーン雰囲気とで差はなく、ほぼ同等である。これに対して、パラフィンの浄化率については、リーン雰囲気では、ストイキ雰囲気に比べて浄化率が大きく低下している。このことから、リーン雰囲気におけるHC浄化率の低下の原因は、パラフィンの浄化率の低下にあることが分かる。
FIG. 2 is a graph showing the HC purification rate by the three-way catalyst. Specifically, the HC purification rate η350 when the exhaust discharged from the engine during the stoichiometric operation and the exhaust discharged from the engine during the HCCI lean operation are purified at 350 ° C. using a conventional three-way catalyst. It is a figure which shows (%).
As shown in FIG. 2, there is no difference between the stoichiometric atmosphere and the lean atmosphere with respect to the purification rates of olefin and aroma, which are almost the same. On the other hand, the purification rate of paraffin is greatly reduced in the lean atmosphere as compared with the stoichiometric atmosphere. From this, it can be seen that the cause of the decrease in the HC purification rate in the lean atmosphere is the decrease in the purification rate of paraffin.

図3は、貴金属(Pt)表面に吸着した酸素に対するHCの吸着挙動を示す図であり、(A)はオレフィン及びアロマの吸着挙動を示し、(B)はパラフィンの吸着挙動を示す図である。図3では、酸素リッチなリーン雰囲気において、貴金属(Pt)表面に酸素が多量に吸着した状態を示している。
図3(A)に示すように、オレフィン及びアロマは、結合が弱く不安定で反応性の高いπ結合を有しているため、貴金属(Pt)表面に活性の低い酸素が吸着していた場合であっても、その二重結合が開裂して反応し、吸着する。これにより、オレフィン及びアロマは、リーン雰囲気でも浄化率が低下することがない。
これに対して、図3(B)に示すように、パラフィンは、結合が強く安定で反応性の低いσ結合しか有していないため、貴金属(Pt)表面に活性の低い酸素が吸着していた場合には、吸着酸素がパラフィンの貴金属への吸着を阻害し、リーン雰囲気では浄化率が大きく低下する。
FIG. 3 is a diagram showing the adsorption behavior of HC with respect to oxygen adsorbed on the surface of the noble metal (Pt), (A) shows the adsorption behavior of olefin and aroma, and (B) shows the adsorption behavior of paraffin. . FIG. 3 shows a state where a large amount of oxygen is adsorbed on the surface of the noble metal (Pt) in an oxygen-rich lean atmosphere.
As shown in FIG. 3A, since olefins and aromas have weak bonds, unstable and highly reactive π bonds, oxygen having low activity is adsorbed on the surface of the noble metal (Pt). Even so, the double bond is cleaved to react and adsorb. Thereby, the purification rate of olefin and aroma does not decrease even in a lean atmosphere.
On the other hand, as shown in FIG. 3B, paraffin has only a strong, stable, and low-reactivity σ bond, so that oxygen with low activity is adsorbed on the surface of the noble metal (Pt). In this case, the adsorbed oxygen inhibits the adsorption of paraffin to the noble metal, and the purification rate is greatly reduced in a lean atmosphere.

図4は、貴金属(Pt、Pd)表面における酸素及びパラフィンの吸着挙動を示す図であり、(A)は貴金属がAl担体に担持された従来の排気浄化触媒の場合であり、(B)は貴金属が酸性担体に担持された本発明の一実施形態に係る排気浄化触媒の場合である。
図4(A)に示すように、貴金属(Pt、Pd)がAl担体に担持された従来の排気浄化触媒では、Al担体は両性担体であることから、貴金属表面の電子密度に変化はなく、リーン雰囲気において貴金属表面に酸素が多量に吸着する。そのため、吸着酸素によりパラフィンの貴金属への吸着が阻害され、パラフィンの浄化率が低下する。
これに対して、図4(B)に示すように、貴金属(Pt、Pd)が酸性担体に担持された本実施形態に係る排気浄化触媒では、酸性担体の高い酸性度に基づく電子吸引作用によって、貴金属表面の電子密度が低下する。すると、リーン雰囲気中に多量に存在する酸素と貴金属との結合力が低下し、貴金属表面への酸素の吸着が抑制される。これにより、反応性が低いパラフィンも反応、吸着するため、パラフィンの浄化率が向上する。
FIG. 4 is a view showing the adsorption behavior of oxygen and paraffin on the surface of the noble metal (Pt, Pd), and FIG. 4A is a case of a conventional exhaust purification catalyst in which the noble metal is supported on an Al 2 O 3 support. B) shows an exhaust purification catalyst according to an embodiment of the present invention in which a noble metal is supported on an acidic carrier.
As shown in FIG. 4 (A), precious metals (Pt, Pd) in the conventional exhaust gas purification catalyst supported on Al 2 O 3 carrier, since the Al 2 O 3 carrier is a carrier ampholyte, the noble metal surface electron There is no change in density, and a large amount of oxygen is adsorbed on the surface of the noble metal in a lean atmosphere. Therefore, the adsorption of paraffin to the noble metal is inhibited by the adsorbed oxygen, and the purification rate of paraffin is reduced.
On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the exhaust purification catalyst according to this embodiment in which the noble metals (Pt, Pd) are supported on the acidic carrier, the electron withdrawing action based on the high acidity of the acidic carrier is used. , The electron density on the surface of the noble metal decreases. Then, the binding force between oxygen and noble metal present in a large amount in the lean atmosphere is reduced, and adsorption of oxygen on the surface of the noble metal is suppressed. Thereby, since the paraffin with low reactivity also reacts and adsorbs, the purification rate of paraffin improves.

図5は、酸性担体の酸性度×比表面積とHC浄化率との関係を示す図である。具体的には、図5では、酸性担体に貴金属(Pt)が担持された触媒について、酸性担体の酸性度×比表面積の値を変化させたときの300℃におけるHC浄化率と400℃におけるHC浄化率との平均浄化率η300℃−400℃(%)を示している。
ここで、本実施形態における酸性担体の酸性度とは、酸性担体を構成する構成元素のポーリング電気陰性度の平均値から2.7を減じた値を意味する。また、本実施形態における比表面積は、750℃×20時間の酸素過剰雰囲気下(O=10容量%、HO=6容量%、残りNバランスガス)でエージングを実施した後の比表面積を意味する。
図5に示すように、酸性担体の酸性度×比表面積の値とHC浄化率との間には相関があり、酸性担体の酸性度×比表面積の値が大きくなるに従い、HC浄化率が高くなる傾向にある。この結果から、酸性担体の選定に際しては、その酸性度と比表面積の積が、重要な指標となることが分かる。
なお、酸性担体の酸性度とHC浄化率との間には相関があまり無く、酸性担体の比表面積とHC浄化率との間にも相関があまり無いことが確認されている。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the acidity × specific surface area of the acidic carrier and the HC purification rate. Specifically, in FIG. 5, for a catalyst in which a noble metal (Pt) is supported on an acidic carrier, the HC purification rate at 300 ° C. and the HC at 400 ° C. when the acidity × specific surface area value of the acidic carrier is changed. The average purification rate η300 ° C.-400 ° C. (%) with the purification rate is shown.
Here, the acidity of the acidic carrier in the present embodiment means a value obtained by subtracting 2.7 from the average value of the Pauling electronegativity of the constituent elements constituting the acidic carrier. The specific surface area in the present embodiment is the ratio after aging is performed in an oxygen-excess atmosphere at 750 ° C. for 20 hours (O 2 = 10% by volume, H 2 O = 6% by volume, remaining N 2 balance gas). It means surface area.
As shown in FIG. 5, there is a correlation between the acidity × specific surface area value of the acidic carrier and the HC purification rate, and the HC purification rate increases as the acidity × specific surface area value of the acidic carrier increases. Tend to be. From this result, it is understood that the product of the acidity and the specific surface area is an important index when selecting an acidic carrier.
It has been confirmed that there is not much correlation between the acidity of the acidic carrier and the HC purification rate, and there is not much correlation between the specific surface area of the acidic carrier and the HC purification rate.

図6は、酸性担体の電気陰性度と比表面積との関係を示す図である。図6では、各酸性担体の電気陰性度として、その構成元素のポーリング電気陰性度の平均値を示している。
図6に示すように、ZrOは電気陰性度及び比表面積いずれも小さいのに対して、Alは電気陰性度が低いものの比表面積が大きく、SiOは比表面積が小さいものの電気陰性度が大きい。しかしながら、ZrOとSiOの複合化酸化物であるZrSi複合酸化物や、SiOとAlの複合酸化物であるSiAl複合酸化物は、構成元素の平均電気陰性度から2.7を減じた値である酸性度及び比表面積ともに大きな値が得られることが分かる。このことから、酸性度×比表面積の値が大きい酸性担体として、ZrSi複合酸化物やSiAl複合酸化物が好ましく用いられる。
また、図6に示すように、ZrSi複合酸化物中のZr及びSiの一部がY又はWに置換されたZrSiYW複合酸化物や、ZrSi複合酸化物中のZr及びSiの一部がCe又はWに置換されたZrSiCeW複合酸化物は、酸性度×比表面積の値がより大きい。従って、これらZrSiYW複合酸化物及びZrSiCeW複合酸化物は、酸性担体としてより好ましく用いられる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the electronegativity of the acidic carrier and the specific surface area. In FIG. 6, the average value of the Pauling electronegativity of the constituent elements is shown as the electronegativity of each acidic carrier.
As shown in FIG. 6, ZrO 2 has both a small electronegativity and a small specific surface area, whereas Al 2 O 3 has a large specific surface area although it has a low electronegativity, while SiO 2 has a small specific surface area but has an electronegativity. The degree is great. However, ZrSi composite oxide, which is a composite oxide of ZrO 2 and SiO 2 , and SiAl composite oxide, which is a composite oxide of SiO 2 and Al 2 O 3 , are 2.7 from the average electronegativity of the constituent elements. It can be seen that large values can be obtained for both the acidity and the specific surface area, which are values obtained by subtracting. For this reason, ZrSi composite oxide or SiAl composite oxide is preferably used as an acidic carrier having a large value of acidity × specific surface area.
In addition, as shown in FIG. 6, a ZrSiYW composite oxide in which a part of Zr and Si in the ZrSi composite oxide is substituted with Y or W, or a part of Zr and Si in the ZrSi composite oxide is Ce or The ZrSiCeW composite oxide substituted with W has a larger value of acidity × specific surface area. Therefore, these ZrSiYW composite oxide and ZrSiCeW composite oxide are more preferably used as acidic carriers.

酸性担体としてのZrSiYW複合酸化物及びZrSiCeW複合酸化物について、さらに詳しく説明する。
先ず、上述したように、酸性担体においては、電気陰性度(構成元素の電気陰性度の平均値)が高いものほど酸性度が高いため、貴金属表面の電子密度をより低下させ、貴金属と酸素との結合力をより低下させることができる結果、高いHC浄化率が得られる。しかしながら、電気陰性度が高く酸性度が高くても、エージング後に比表面積が低下すると、貴金属の埋没や活性点の減少により、HC浄化率が低下する。従って、酸性度の向上とエージング後の比表面積の維持の両立が、HC浄化率向上の鍵となる。
The ZrSiYW composite oxide and ZrSiCeW composite oxide as acidic carriers will be described in more detail.
First, as described above, in the acidic carrier, the higher the electronegativity (the average value of the electronegativity of the constituent elements), the higher the acidity. Therefore, the electron density on the surface of the noble metal is further reduced, and the noble metal and oxygen As a result, the HC purification rate can be increased. However, even if the electronegativity is high and the acidity is high, if the specific surface area decreases after aging, the HC purification rate decreases due to the burying of noble metals and the reduction of active sites. Therefore, both improvement of the acidity and maintenance of the specific surface area after aging are key to improving the HC purification rate.

ところで、後述の実施例で述べるように、酸性担体としてZrSiCeW複合酸化物を用いた場合の方が、ZrSiYW複合酸化物を用いた場合よりも、高いHC浄化率が得られる。この理由は、次の通りであると推察される。
即ち、図6に示すように、複合酸化物全体としての電気陰性度については、ZrSiCeW複合酸化物の方がZrSiYW複合酸化物よりも低い。これは、CeはYよりも電気陰性度が低いためである。これに対して、エージング後の比表面積については、ZrSiCeW複合酸化物の方がZrSiYW複合酸化物よりも高い。
上記の事実に鑑みれば、ZrSiCeW複合酸化物の方がZrSiYW複合酸化物よりもリーン雰囲気におけるHC浄化率が高いのは、比表面積の維持によるHC浄化率向上効果が、電気陰性度つまり酸性度の低下によるHC浄化率低下効果を上回ったためであると推察される。
By the way, as will be described later in Examples, a higher HC purification rate can be obtained when the ZrSiCeW composite oxide is used as the acidic carrier than when the ZrSiYW composite oxide is used. The reason is presumed as follows.
That is, as shown in FIG. 6, the electronegativity of the composite oxide as a whole is lower in the ZrSiCeW composite oxide than in the ZrSiYW composite oxide. This is because Ce has a lower electronegativity than Y. On the other hand, regarding the specific surface area after aging, the ZrSiCeW composite oxide is higher than the ZrSiYW composite oxide.
In view of the above fact, the HC purification rate in the lean atmosphere is higher in the ZrSiCeW composite oxide than in the ZrSiYW composite oxide. This is presumably because the effect of lowering the HC purification rate due to the reduction was exceeded.

図7は、ZrSi複合酸化物、ZrSiW複合酸化物及びZrSiYW複合酸化物のX線回折スペクトル図である。横軸は2θ角度(°)を示し、縦軸はX線強度を示している。
図7に示すように、ZrSi複合酸化物に対して電気陰性度の大きいWを加えて複合化したZrSiW複合酸化物では、そのX線回折スペクトル上において、ZrSi複合酸化物由来のピークに加えて、ZrO由来のピークが確認される。これは、結晶構造の一部が崩壊していることを意味している。
そこで、ZrSiW複合酸化物に対してさらにYを加えて複合化させたZrSiYW複合酸化物では、ZrO由来のピーク等が消滅していることが確認される一方で、他の新たなピークは確認されない。これは、結晶構造が安定化し、ZrSiYW複合酸化物が良好に生成していることを意味している。
従って、図6及び図7の結果から、酸性度×比表面積の値が大きいことに加えて、構造が安定化しているZrSiYW複合酸化物が、酸性担体としてより好ましいと言える。これについては、ZrSiYW複合酸化物中のYがCeに置換されたZrSiCeW複合酸化物についても、同様のことが言える。
FIG. 7 is an X-ray diffraction spectrum diagram of a ZrSi composite oxide, a ZrSiW composite oxide, and a ZrSiYW composite oxide. The horizontal axis indicates the 2θ angle (°), and the vertical axis indicates the X-ray intensity.
As shown in FIG. 7, in the ZrSiW composite oxide formed by adding W having high electronegativity to the ZrSi composite oxide, in addition to the peak derived from the ZrSi composite oxide on the X-ray diffraction spectrum, , A peak derived from ZrO 2 is confirmed. This means that a part of the crystal structure has collapsed.
Therefore, in the ZrSiYW composite oxide obtained by adding Y to the ZrSiW composite oxide, it was confirmed that the peaks derived from ZrO 2 disappeared, while other new peaks were confirmed. Not. This means that the crystal structure is stabilized and the ZrSiYW composite oxide is well formed.
Therefore, from the results of FIGS. 6 and 7, it can be said that the ZrSiYW composite oxide having a stabilized structure in addition to a large value of the acidity × specific surface area is more preferable as the acidic carrier. The same can be said about the ZrSiCeW composite oxide in which Y in the ZrSiYW composite oxide is substituted with Ce.

図8は、Al担体とZrSiYW複合酸化物担体の性能評価結果を示す図であり、(A)は各担体に担持された貴金属表面の酸素吸着量を示す図であり、(B)は温度に応じたパラフィン吸着率を示す図である。
図8(A)の酸素吸着量(μmol/g)は、貴金属(Pt)が担持された各担体に対して、リーン雰囲気の排気を所定時間流通させて酸素を吸着させた後、昇温したときの酸素脱離量を示している。具体的には、酸素脱離量は次のようにして測定される。先ず、貴金属(Pt)が担持された各担体を、He雰囲気にて500℃まで昇温する。次いで、酸素濃度7%の雰囲気下で500℃×15分間ホールドし、酸素を吸着させる。次いで、室温まで冷却した後、He雰囲気下で室温〜800℃まで昇温することで、吸着していた酸素を脱離させ、このときの酸素脱離量を測定する。
FIG. 8 is a view showing the performance evaluation results of the Al 2 O 3 support and the ZrSiYW composite oxide support, (A) is a view showing the oxygen adsorption amount on the surface of the noble metal supported on each support, and (B) These are figures which show the paraffin adsorption rate according to temperature.
The oxygen adsorption amount (μmol / g) in FIG. 8 (A) was raised after adsorbing oxygen by letting an exhaust gas in a lean atmosphere flow for a predetermined time with respect to each carrier on which noble metal (Pt) was supported. The amount of oxygen desorption is shown. Specifically, the oxygen desorption amount is measured as follows. First, each carrier on which a noble metal (Pt) is supported is heated to 500 ° C. in a He atmosphere. Next, oxygen is adsorbed by holding at 500 ° C. for 15 minutes in an atmosphere with an oxygen concentration of 7%. Next, after cooling to room temperature, the adsorbed oxygen is desorbed by heating to room temperature to 800 ° C. in a He atmosphere, and the amount of oxygen desorbed at this time is measured.

また、図8(B)のパラフィン吸着率(%)は、各温度にて、パラフィンを多く含むリーン雰囲気の排気を所定時間流通させたときのパラフィン吸着率を示している。具体的には、パラフィン吸着率は次のようにして測定される。先ず、貴金属(Pt)が担持された各担体を、各測定温度にて酸素濃度7%の雰囲気下で15分間ホールドする。次いで、He雰囲気に置換した後、1000ppmCのn−ペンタンをパルスにて注入する。このとき、触媒(各担体)通過後のn−ペンタン濃度を測定し、吸着量を求める。パルスを6回注入し、その合計を吸着量として、パラフィン吸着率を算出する。   Further, the paraffin adsorption rate (%) in FIG. 8B indicates the paraffin adsorption rate when exhaust gas in a lean atmosphere containing a lot of paraffin is circulated for a predetermined time at each temperature. Specifically, the paraffin adsorption rate is measured as follows. First, each support on which a noble metal (Pt) is supported is held for 15 minutes in an atmosphere having an oxygen concentration of 7% at each measurement temperature. Next, after replacing with a He atmosphere, 1000 ppmC of n-pentane is injected in pulses. At this time, the n-pentane concentration after passing through the catalyst (each carrier) is measured to determine the adsorption amount. A pulse is injected 6 times, and the paraffin adsorption rate is calculated using the total as the adsorption amount.

図8(A)に示すように、ZrSiYW複合酸化物担体に担持された貴金属表面の酸素吸着量は、Al担体に担持された貴金属表面の酸素吸着量のおよそ20%であり、ZrSiYW複合酸化物担体によれば、酸素吸着量が劇的に減少することが分かる。
また、図8(B)に示すように、ZrSiYW複合酸化物担体のパラフィン吸着率は、Al担体のパラフィン吸着率よりも大きく、その傾向は温度が高くなるほど顕著であることが分かる。
これらの結果から、酸性担体としてZrSiYW複合酸化物担体を用いることにより、リーン雰囲気において従来よりも高いHC浄化率が得られることが分かる。これについては、ZrSiYW複合酸化物中のYがCeに置換されたZrSiCeW複合酸化物についても、同様のことが言える。
As shown in FIG. 8A, the oxygen adsorption amount on the surface of the noble metal supported on the ZrSiYW composite oxide support is approximately 20% of the oxygen adsorption amount on the surface of the noble metal supported on the Al 2 O 3 support. According to the composite oxide support, it can be seen that the oxygen adsorption amount is dramatically reduced.
Further, as shown in FIG. 8B, it can be seen that the paraffin adsorption rate of the ZrSiYW composite oxide carrier is larger than that of the Al 2 O 3 carrier, and this tendency becomes more remarkable as the temperature increases.
From these results, it can be seen that by using the ZrSiYW composite oxide support as the acidic support, a higher HC purification rate than in the prior art can be obtained in a lean atmosphere. The same can be said about the ZrSiCeW composite oxide in which Y in the ZrSiYW composite oxide is substituted with Ce.

図9は、Pt−Rh/ZrSiYW複合酸化物、Pt/Al+AlBa複合酸化物及びこれらの組み合わせのHC平均浄化率η300℃−400℃(%)を示す図である。また、図10は、Pt−Rh/ZrSiYW複合酸化物、Pt/Al+CeO及びこれらの組み合わせのHC平均浄化率η300℃−400℃(%)を示す図である。図9及び図10において、計算上の組合せ浄化率とは、上層側の触媒により浄化されなかったHCを、下層側の触媒の浄化率で浄化できるとしたときのトータルの浄化率を示している。
図9に示すように、NOx吸着剤としてアルカリ土類金属のBaを用いた従来のLNTでは、貴金属/酸性担体と積層して組み合わせても、実際には計算上の浄化率よりも低い浄化率しか得られないことが分かる。この理由は次の通りである。
即ち、LNT中のNOx吸着剤を構成するアルカリ金属やアルカリ土類金属が塩基性であることから、これらによる電子供与作用によって酸性担体の電子吸引作用が阻害され、貴金属表面の電子密度が高くなる。すると、貴金属と酸素との結合力が高くなり、貴金属表面への酸素の吸着が促進される。加えて、例えばリーン運転中のエンジンから排出される排気中には、ストイキ運転時と比べてHCとしてパラフィンが多く含まれており、パラフィンは構造的にオレフィンやアロマに比して反応性が低いため、特にパラフィンの浄化率が大きく低下する。これにより、HCの浄化率が低下する。
FIG. 9 is a diagram showing the HC average purification rate η300 ° C.-400 ° C. (%) of the Pt—Rh / ZrSiYW composite oxide, Pt / Al 2 O 3 + AlBa composite oxide, and combinations thereof. FIG. 10 is a diagram showing the HC average purification rate η300 ° C.-400 ° C. (%) of the Pt—Rh / ZrSiYW composite oxide, Pt / Al 2 O 3 + CeO 2 and combinations thereof. 9 and 10, the calculated combined purification rate indicates the total purification rate when HC that has not been purified by the upper layer catalyst can be purified by the lower layer catalyst purification rate. .
As shown in FIG. 9, in the conventional LNT using the alkaline earth metal Ba as the NOx adsorbent, the purification rate is actually lower than the calculated purification rate even when combined with the noble metal / acidic carrier. You can only get it. The reason is as follows.
That is, since the alkali metal or alkaline earth metal constituting the NOx adsorbent in LNT is basic, the electron donating action of these substances inhibits the electron withdrawing action of the acidic carrier, and the electron density on the surface of the noble metal increases. . Then, the bonding force between the noble metal and oxygen is increased, and the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal is promoted. In addition, for example, exhaust discharged from an engine during lean operation contains more paraffin as HC than during stoichiometric operation, and paraffin is structurally less reactive than olefins and aromas. For this reason, the purification rate of paraffin is greatly reduced. Thereby, the purification rate of HC falls.

一方、図10に示すように、NOx吸着剤としてCeOを用いたLNTを、貴金属/酸性担体と積層して組み合わせた本実施形態に係る排気浄化触媒によれば、ほぼ計算通りの浄化率が得られることが分かる。この理由は次の通りである。
即ち、CeOはアルカリ金属やアルカリ土類金属に比して塩基性が低いことから、酸性担体の電子吸引作用に大きな影響を及ぼすことがなく、貴金属表面の電子密度を低下させることができる。ひいては、貴金属と酸素との結合力を低下させ、貴金属表面への酸素の吸着を抑制できるため、特にパラフィンの浄化率を向上でき、高いHC浄化率が得られる。
また、CeOは、NOx吸着能に加えて酸素吸蔵能(OSC)も有しており、所定温度以上で活性酸素を放出する。この活性酸素は非常に反応性に富んでいることから、本実施形態によれば、リーン雰囲気でもパラフィンの酸化浄化を促進でき、HC浄化率を向上できる。
On the other hand, as shown in FIG. 10, according to the exhaust purification catalyst according to this embodiment in which LNT using CeO 2 as a NOx adsorbent is laminated and combined with a noble metal / acid support, the purification rate almost as calculated. You can see that The reason is as follows.
That is, CeO 2 has a lower basicity than alkali metals and alkaline earth metals, so that it does not significantly affect the electron withdrawing action of the acidic carrier and can reduce the electron density on the surface of the noble metal. As a result, since the bonding force between the noble metal and oxygen can be reduced and the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal can be suppressed, the purification rate of paraffin can be particularly improved, and a high HC purification rate can be obtained.
CeO 2 also has an oxygen storage capacity (OSC) in addition to the NOx adsorption capacity, and releases active oxygen at a predetermined temperature or higher. Since this active oxygen is very reactive, according to this embodiment, oxidation purification of paraffin can be promoted even in a lean atmosphere, and the HC purification rate can be improved.

図11は、本実施形態に係る排気浄化触媒において、Pt/酸性担体とLNTの積層順序を変更したときのHC平均浄化率η300℃−400℃(%)を示す図である。また、図12は、本実施形態に係る排気浄化触媒において、Pt/酸性担体とLNTの積層順序を変更したときのNOx吸着率η300℃(%)を示す図である。
図11に示すように、Pt/酸性担体を上層としLNTを下層とした場合の方が、高いHC浄化率が得られている。また、図12に示すように、NOx吸着率についても、Pt/酸性担体を上層としLNTを下層とした場合の方が、高いNOx吸着率が得られていることが分かる。この理由は次の通りである。
即ち、貴金属/酸性担体を含む第1触媒層を下層とした場合に比して、上層ではガス拡散性が良好であるため、特にパラフィンを効率良く浄化でき、HC浄化率を向上できる。また、貴金属/酸性担体を含む第1触媒層を上層とすることにより、排気中のNOがNOに酸化されてLNTに吸着されやすくなる結果、NOx吸着率が向上する。
FIG. 11 is a diagram showing an HC average purification rate η300 ° C.-400 ° C. (%) when the stacking order of Pt / acidic carrier and LNT is changed in the exhaust purification catalyst according to the present embodiment. FIG. 12 is a graph showing the NOx adsorption rate η300 ° C. (%) when the stacking order of Pt / acidic carrier and LNT is changed in the exhaust purification catalyst according to this embodiment.
As shown in FIG. 11, a higher HC purification rate is obtained when the Pt / acid carrier is the upper layer and the LNT is the lower layer. Also, as shown in FIG. 12, it can be seen that the NOx adsorption rate is higher when the Pt / acidic carrier is the upper layer and the LNT is the lower layer. The reason is as follows.
That is, compared with the case where the first catalyst layer containing the noble metal / acidic carrier is used as the lower layer, the upper layer has better gas diffusibility, so that paraffin can be purified efficiently and the HC purification rate can be improved. In addition, by using the first catalyst layer containing the noble metal / acidic carrier as the upper layer, NO in the exhaust is easily oxidized to NO 2 and is easily adsorbed by LNT. As a result, the NOx adsorption rate is improved.

本実施形態に係る排気浄化触媒によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、貴金属/酸性担体としての、固体酸性を有する担体に貴金属が担持された第1触媒と、LNTとしての、CeOを含み且つ実質的にアルカリ土類金属及びアルカリ金属を含まないNOx吸着剤及び貴金属を有する第2触媒と、を含んで排気浄化触媒を構成した。即ち、第1触媒と第2触媒とを混合あるいは積層するとともに、LNTとしての第2触媒を構成するNOx吸着剤中に、アルカリ土類金属及びアルカリ金属を含有させず、これらの代わりにCeOを含有させた。
これにより、CeOはアルカリ金属やアルカリ土類金属に比して塩基性が低いことから、酸性担体の電子吸引作用に大きな影響を及ぼすことがなく、貴金属表面の電子密度を低下させることができる。ひいては、貴金属と酸素との結合力を低下させ、貴金属表面への酸素の吸着を抑制できるため、特にパラフィンの浄化率を向上でき、高いHC浄化率が得られる。
また、CeOは、NOx吸着能に加えて酸素吸蔵能(OSC)も有しており、所定温度以上で活性酸素を放出する。この活性酸素は非常に反応性に富んでいることから、本発明によれば、リーン雰囲気でもパラフィンの酸化浄化を促進でき、HC浄化率を向上できる。
The exhaust purification catalyst according to this embodiment has the following effects.
In the present embodiment, the first catalyst in which a noble metal is supported on a carrier having solid acidity as a noble metal / acid carrier, and CeO 2 as LNT and substantially free of alkaline earth metal and alkali metal. An exhaust purification catalyst was configured including a second catalyst having a NOx adsorbent and a noble metal. That is, the first catalyst and the second catalyst are mixed or stacked, and the alkaline earth metal and the alkali metal are not contained in the NOx adsorbent constituting the second catalyst as the LNT. Instead, CeO 2 Was included.
As a result, CeO 2 has a lower basicity than alkali metals and alkaline earth metals, so that it does not significantly affect the electron withdrawing action of the acidic carrier and can reduce the electron density on the surface of the noble metal. . As a result, since the bonding force between the noble metal and oxygen can be reduced and the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal can be suppressed, the purification rate of paraffin can be particularly improved, and a high HC purification rate can be obtained.
CeO 2 also has an oxygen storage capacity (OSC) in addition to the NOx adsorption capacity, and releases active oxygen at a predetermined temperature or higher. Since this active oxygen is very reactive, according to the present invention, oxidation purification of paraffin can be promoted even in a lean atmosphere, and the HC purification rate can be improved.

また本実施形態では、第1触媒を用いて第1触媒層を形成するとともに、この第1触媒層に隣接して、第2触媒を用いて第2触媒層を形成した。これにより、特に、第1触媒層と第2触媒層との界面において、上述の作用効果が奏される。   In the present embodiment, the first catalyst layer is formed using the first catalyst, and the second catalyst layer is formed using the second catalyst adjacent to the first catalyst layer. As a result, the above-described effects are exhibited particularly at the interface between the first catalyst layer and the second catalyst layer.

また本実施形態では、第1触媒層を、第2触媒層上に形成した。即ち、第1触媒層を上層とし、第2触媒層を下層として形成した。これにより、貴金属/酸性担体を含む第1触媒層を下層とした場合に比して、上層ではガス拡散性が良好であるため、特にパラフィンを効率良く浄化でき、HC浄化率を向上できる。また、貴金属/酸性担体を含む第1触媒層を上層とすることにより、排気中のNOがNOに酸化されてLNTに吸着されやすくなる結果、NOx浄化率が向上する。 In the present embodiment, the first catalyst layer is formed on the second catalyst layer. That is, the first catalyst layer was formed as an upper layer and the second catalyst layer was formed as a lower layer. Thereby, compared with the case where the first catalyst layer containing the noble metal / acidic carrier is used as the lower layer, the upper layer has better gas diffusibility, so that paraffin can be purified efficiently and the HC purification rate can be improved. Further, by using the first catalyst layer containing the noble metal / acidic carrier as the upper layer, NO in the exhaust is easily oxidized to NO 2 and easily adsorbed to the LNT, so that the NOx purification rate is improved.

また本実施形態では、固体酸性を有する担体として、ZrSi複合酸化物、SiAl複合酸化物及びZrSiYW複合酸化物、ZrSiCeW複合酸化物、メソポーラスシリカ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種を、第1触媒中に含有させた。これらの酸性担体は、酸性度及び比表面積がいずれも高く、貴金属表面の電子密度をより低下させて貴金属と酸素との結合力をより低下させることができる。従って、本実施形態によれば、貴金属表面への酸素の吸着をより抑制でき、より高いHC浄化率が得られる。   In the present embodiment, as the carrier having solid acidity, at least one selected from the group consisting of ZrSi composite oxide, SiAl composite oxide, ZrSiYW composite oxide, ZrSiCeW composite oxide, mesoporous silica, and zeolite is used as the first support. It was contained in the catalyst. These acidic carriers have both high acidity and specific surface area, and can lower the electron density on the surface of the noble metal to further reduce the bonding force between the noble metal and oxygen. Therefore, according to this embodiment, the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal can be further suppressed, and a higher HC purification rate can be obtained.

また本実施形態では、固体酸性を有する担体として、ZrSiYW複合酸化物及びZrSiCeW複合酸化物のうち少なくとも1種を、第1触媒中に含有させた。これらの酸性担体は、酸性度及び比表面積が特に高く、貴金属表面の電子密度をより大きく低下させ、貴金属と酸素との結合力をより大きく低下させることができる。従って、本実施形態によれば、貴金属表面への酸素の吸着をさらに抑制でき、さらに高いHC浄化率が得られる。   In the present embodiment, at least one of ZrSiYW composite oxide and ZrSiCeW composite oxide is contained in the first catalyst as a carrier having solid acidity. These acidic carriers have particularly high acidity and specific surface area, and can further reduce the electron density on the surface of the noble metal and further reduce the bonding force between the noble metal and oxygen. Therefore, according to this embodiment, the adsorption of oxygen to the surface of the noble metal can be further suppressed, and a higher HC purification rate can be obtained.

また本実施形態では、第1触媒及び第2触媒にそれぞれ含まれる貴金属として、Ptを用いた。これにより、上記効果がより確実に奏される。   In this embodiment, Pt is used as a noble metal contained in each of the first catalyst and the second catalyst. Thereby, the above-mentioned effect is more reliably achieved.

また本実施形態では、空燃比をリーン及びストイキに制御して運転される内燃機関の排気浄化装置であって、上記の排気浄化触媒を備えることを特徴とする排気浄化装置を提供した。これにより、上記排気浄化触媒の発明と同様の効果が奏される。   Further, the present embodiment provides an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is operated with the air-fuel ratio being controlled to be lean and stoichiometric, and includes the above-described exhaust gas purification catalyst. Thereby, the same effect as the invention of the exhaust purification catalyst is exhibited.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
(1)γ−Al粉末100gを、ジニトロジアンミン白金5%溶液43.0g及びイオン交換水400gと混合した混合溶液を、ロータリーエバポレーターにて水分を除去した後、200℃×12時間乾燥させた。次いで、マッフル炉にて500℃×2時間の焼成を行うことで、2.1質量%Pt担持Al粉末Aを得た。
<Example 1>
(1) A mixed solution obtained by mixing 100 g of γ-Al 2 O 3 powder with 43.0 g of a 5% dinitrodiammine platinum solution and 400 g of ion-exchanged water is dried at 200 ° C. for 12 hours after removing water with a rotary evaporator. I let you. Then, by performing the calcination of 500 ° C. × 2 hours in a muffle furnace to obtain a 2.1 wt% Pt supported Al 2 O 3 powder A.

(2)上記(1)で得た2.1質量%Pt担持Al粉末A19gと、CeO粉末19gをAlゾル(Al20質量%)10g、アルミナボール60g及び水80gと混合した。次いで、ボールミルにて15時間、湿式粉砕することで、スラリーBを得た。 (2) 2.1% by mass Pt-supported Al 2 O 3 powder A19g obtained in (1) above and 19g of CeO 2 powder were added to 10 g of Al 2 O 3 sol (Al 2 O 3 20% by mass), 60 g of alumina balls, and Mixed with 80 g of water. Next, slurry B was obtained by wet pulverization with a ball mill for 15 hours.

(3)上記(2)で得たスラリーBを、コージェライト製のハニカム支持体(径φ25.4mm×長さL30mm(容量15cc)、900セル/inch、3.5ミル)に浸漬し、余分なスラリーをエアー噴射にて除去した。所定量が担持されるまで、この操作を繰り返し、所定量に達したハニカム支持体を、マッフル炉にて500℃×2時間焼成することで、下層コート触媒Cを得た。下層コート量は200g/L、Pt担持量は2g/Lとした。   (3) The slurry B obtained in the above (2) is immersed in a cordierite honeycomb support (diameter φ25.4 mm × length L30 mm (capacity 15 cc), 900 cells / inch, 3.5 mil), and extra Slurry was removed by air jet. This operation was repeated until a predetermined amount was supported, and the honeycomb support that had reached the predetermined amount was fired in a muffle furnace at 500 ° C. for 2 hours to obtain a lower layer coat catalyst C. The lower layer coating amount was 200 g / L, and the Pt carrying amount was 2 g / L.

(4)先ず、硝酸ジルコニウムと硝酸イットリウムを、ZrとYのモル比率がZr:Y=77%:10%となるように、純水に溶解した。その後、所望量のSiを含むケイ酸ナトリウムを添加した。次いで、必要に応じてpHが10になるように水酸化ナトリウムを滴下することで、沈殿物を得た。その後、沈殿物を含む溶液を60℃に加熱した状態で減圧濾過することで、溶媒を蒸発させた。次いで、残留物を抽出後、マッフル炉内において500℃で2時間の仮焼を行うことで、ZrSiY複合酸化物を得た。
次いで、上述のようにして得たZrSiY複合酸化物を硝酸中に添加し、pHを3とした後に、所望量のWを含むメタタングステン酸ナトリウム(NaWO)を添加した。次いで、溶液のpHが10となるように、水酸化ナトリウムを滴下することで、沈殿物を得た。その後、沈殿物を含む溶液を60℃に加熱した状態で減圧濾過することで、溶媒を蒸発させた。次いで、残留物を抽出後、マッフル炉内において500℃で2時間の仮焼を行うことで、ZrSiYW複合酸化物(Zr:Si:Y:W=77%:3%:10%:10%(モル比率))を得た。
次いで、ZrSiYW複合酸化物(Zr:Si:Y:W=77%:3%:10%:10%(モル比率))の粉末42.3gを、ジニトロジアンミン白金5%溶液44.5g及びイオン交換水400gと混合した混合溶液を、ロータリーエバポレーターにて水分を除去した後、200℃×12時間乾燥させた。次いで、マッフル炉にて500℃×2時間の焼成を行うことで、5.3質量%Pt担持ZrSiYW複合酸化物の粉末Dを得た。
(4) First, zirconium nitrate and yttrium nitrate were dissolved in pure water so that the molar ratio of Zr to Y was Zr: Y = 77%: 10%. Thereafter, sodium silicate containing a desired amount of Si was added. Subsequently, sodium hydroxide was added dropwise so that the pH was 10 as necessary, thereby obtaining a precipitate. Then, the solvent was evaporated by filtering under reduced pressure the solution containing a precipitate at 60 degreeC. Next, after extracting the residue, a ZrSiY composite oxide was obtained by calcining at 500 ° C. for 2 hours in a muffle furnace.
Next, the ZrSiY composite oxide obtained as described above was added to nitric acid to adjust the pH to 3, and then sodium metatungstate (Na 2 WO 4 ) containing a desired amount of W was added. Subsequently, sodium hydroxide was added dropwise so that the pH of the solution was 10, thereby obtaining a precipitate. Then, the solvent was evaporated by filtering under reduced pressure the solution containing a precipitate at 60 degreeC. Next, after extracting the residue, by carrying out calcination at 500 ° C. for 2 hours in a muffle furnace, ZrSiYW composite oxide (Zr: Si: Y: W = 77%: 3%: 10%: 10%) Molar ratio)).
Next, 42.3 g of a ZrSiYW composite oxide (Zr: Si: Y: W = 77%: 3%: 10%: 10% (molar ratio)) powder was added to 44.5 g of a 5% dinitrodiammine platinum solution and ion exchange. The mixed solution mixed with 400 g of water was dried at 200 ° C. for 12 hours after removing water with a rotary evaporator. Subsequently, the powder D of 5.3 mass% Pt carrying | support ZrSiYW complex oxide was obtained by baking at 500 degreeC * 2 hours in a muffle furnace.

(5)上記(4)で得た5.3質量%Pt担持ZrSiYW複合酸化物の粉末D19gを、Alゾル(Al20質量%)5g、アルミナボール30g及び水80gと混合し、ボールミルにて15時間、湿式粉砕することで、スラリーEを得た。 (5) The powder D19 g of the 5.3 mass% Pt-supported ZrSiYW composite oxide obtained in the above (4) is mixed with 5 g of Al 2 O 3 sol (Al 2 O 3 20 mass%), 30 g of alumina balls, and 80 g of water. Then, slurry E was obtained by wet pulverization with a ball mill for 15 hours.

(6)上記(5)で得たスラリーEを、下層コート触媒C中に浸漬し、余分なスラリーをエアー噴射にて除去した。所定量が担持されるまで、この操作を繰り返し、所定量に達したハニカム支持体を、マッフル炉にて500℃×2時間焼成することで、上層コートFが形成された実施例1の排気浄化触媒を得た。上層コート量は50g/L、Pt担持量は5g/Lとした。   (6) The slurry E obtained in (5) above was immersed in the lower layer coat catalyst C, and excess slurry was removed by air injection. This operation is repeated until a predetermined amount is supported, and the honeycomb support that has reached the predetermined amount is fired in a muffle furnace at 500 ° C. for 2 hours to purify the exhaust gas of Example 1 in which the upper layer coat F is formed. A catalyst was obtained. The upper layer coat amount was 50 g / L, and the Pt carrying amount was 5 g / L.

<実施例2>
(1)実施例1の粉末DのZrSiYW複合酸化物を、ZrSiCeW複合酸化物(Zr:Si:Ce:W=77%:3%:10%:10%(モル比率))に置換した以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、実施例2の排気浄化触媒を得た。
なお、ZrSiCeW複合酸化物(Zr:Si:Ce:W=77%:3%:10%:10%(モル比率))は、硝酸イットリウムを硝酸セリウムに変更した以外は、実施例1で用いたZrSiYW複合酸化物(Zr:Si:Y:W=77%:3%:10%:10%(モル比率))と同様の調製方法により調製した。
<Example 2>
(1) The ZrSiYW composite oxide of the powder D of Example 1 was replaced with a ZrSiCeW composite oxide (Zr: Si: Ce: W = 77%: 3%: 10%: 10% (molar ratio)). The exhaust purification catalyst of Example 2 was obtained by performing the same operation as in Example 1.
The ZrSiCeW composite oxide (Zr: Si: Ce: W = 77%: 3%: 10%: 10% (molar ratio)) was used in Example 1 except that yttrium nitrate was changed to cerium nitrate. A ZrSiYW composite oxide (Zr: Si: Y: W = 77%: 3%: 10%: 10% (molar ratio)) was prepared by the same preparation method.

<比較例1>
(1)実施例1のスラリーBに加えるCeOを、アルミナバリウム(80:20)混合粉末に置換した以外は、実施例1と同様の操作を行うことで、比較例1の排気浄化触媒を得た。
<Comparative Example 1>
(1) Except that CeO 2 added to the slurry B of Example 1 was replaced with an alumina barium (80:20) mixed powder, the exhaust purification catalyst of Comparative Example 1 was obtained by performing the same operation as in Example 1. Obtained.

<HC浄化率評価1>
実施例1及び比較例1で得られた各排気浄化触媒について、エージングを実施した。エージングは、750℃×20時間の酸素過剰雰囲気(O=10容量%、残りNバランスガス)にて実施した。また、各排気浄化触媒のHC浄化率について、評価を実施した。具体的には、300℃と400℃のHC浄化率を平均したHC平均浄化率η300℃−400℃(%)を求めた。なお、HC浄化率の評価条件は以下の通りとした。評価結果を表1に示した。
<HC purification rate evaluation 1>
Aging was performed on each exhaust purification catalyst obtained in Example 1 and Comparative Example 1. Aging was performed in an oxygen excess atmosphere (O 2 = 10% by volume, remaining N 2 balance gas) at 750 ° C. for 20 hours. In addition, the HC purification rate of each exhaust purification catalyst was evaluated. Specifically, an HC average purification rate η300 ° C.-400 ° C. (%) obtained by averaging the HC purification rates at 300 ° C. and 400 ° C. was obtained. The evaluation conditions for the HC purification rate were as follows. The evaluation results are shown in Table 1.

[評価条件]
モデルガス組成:CO=0.3%、C12=1200ppmC、NO=50ppm、O=7%、CO=8%、HO=7%、N=バランスガス
線速度SV:100,000/時
温度範囲:室温〜450℃
昇温速度:20℃/分
[Evaluation conditions]
Model gas composition: CO = 0.3%, C 5 H 12 = 1200 ppmC, NO = 50 ppm, O 2 = 7%, CO 2 = 8%, H 2 O = 7%, N 2 = balance gas linear velocity SV: 100,000 / hour Temperature range: Room temperature to 450 ° C
Temperature increase rate: 20 ° C / min

Figure 2014213269
Figure 2014213269

<NOx浄化率評価1>
実施例1及び比較例1で得られた各排気浄化触媒について、エージングを実施した。エージングは、750℃×20時間の酸素過剰雰囲気(O=10容量%、残りNバランスガス)にて実施した。また、各排気浄化触媒のNOx浄化率について、評価を実施した。具体的には、300℃における1分間のNOx平均吸着率η300℃(%)を求めた。なお、測定前にリッチ雰囲気のガスを流通させることにより、触媒に吸着しているNOxを全て脱離させた。また、NOx浄化率の評価条件は以下の通りとした。評価結果を表2に示した。
<NOx purification rate evaluation 1>
Aging was performed on each exhaust purification catalyst obtained in Example 1 and Comparative Example 1. Aging was performed in an oxygen excess atmosphere (O 2 = 10% by volume, remaining N 2 balance gas) at 750 ° C. for 20 hours. In addition, the NOx purification rate of each exhaust purification catalyst was evaluated. Specifically, the NOx average adsorption rate η300 ° C. (%) for 1 minute at 300 ° C. was determined. In addition, all NOx adsorbed on the catalyst was desorbed by circulating a gas in a rich atmosphere before the measurement. The evaluation conditions for the NOx purification rate were as follows. The evaluation results are shown in Table 2.

[評価条件]
モデルガス組成:CO=0.3%、C=1200ppmC、NO=70ppm、O=7%、CO=8%、HO=7%、N=バランスガス
線速度SV:100,000/時
温度範囲:300℃
[Evaluation conditions]
Model gas composition: CO = 0.3%, C 3 H 8 = 1200 ppmC, NO = 70 ppm, O 2 = 7%, CO 2 = 8%, H 2 O = 7%, N 2 = balance gas linear velocity SV: 100,000 / hour Temperature range: 300 ° C

Figure 2014213269
Figure 2014213269

表1及び表2に示す通り、実施例1は比較例1に比して、HC平均浄化率η300℃−400℃(%)においておよそ6%及びNOx平均吸着率η300℃(%)においておよそ3%高いことが分かった。この結果から、本発明に係る排気浄化触媒によれば、従来に比して、リーン雰囲気におけるHC浄化率及びNOx吸着率(NOx浄化率)を向上できることが確認された。   As shown in Table 1 and Table 2, compared with Comparative Example 1, Example 1 is about 6% at an HC average purification rate η300 ° C.-400 ° C. (%) and about 3 at an NOx average adsorption rate η300 ° C. (%). It turned out to be expensive. From these results, it was confirmed that the exhaust purification catalyst according to the present invention can improve the HC purification rate and NOx adsorption rate (NOx purification rate) in a lean atmosphere as compared with the conventional case.

<HC浄化率評価2>
実施例1及び2で得られた各排気浄化触媒について、エージングを実施した。エージングは、750℃×20時間の酸素過剰雰囲気下(O=10容量%、残りNバランスガス)にて実施した。また、各排気浄化触媒のHC浄化率について、評価を実施した。具体的には、300℃のHC浄化率η300℃を求めた。なお、HC浄化率の評価条件は以下の通りとした。評価結果を表3に示した。
<HC purification rate evaluation 2>
Aging was performed on each exhaust purification catalyst obtained in Examples 1 and 2. Aging was performed in an oxygen-excess atmosphere at 750 ° C. for 20 hours (O 2 = 10% by volume, remaining N 2 balance gas). In addition, the HC purification rate of each exhaust purification catalyst was evaluated. Specifically, an HC purification rate η300 ° C. of 300 ° C. was obtained. The evaluation conditions for the HC purification rate were as follows. The evaluation results are shown in Table 3.

[評価条件]
モデルガス組成:CO=0.3%、C12=1200ppmC、NO=50ppm、O=7%、CO=8%、HO=7%、N=バランスガス
空間速度SV:100,000/時
温度範囲:室温〜450℃
昇温速度:20℃/分
[Evaluation conditions]
Model gas composition: CO = 0.3%, C 5 H 12 = 1200 ppmC, NO = 50 ppm, O 2 = 7%, CO 2 = 8%, H 2 O = 7%, N 2 = balance gas space velocity SV: 100,000 / hour Temperature range: Room temperature to 450 ° C
Temperature increase rate: 20 ° C / min

Figure 2014213269
Figure 2014213269

<NOx浄化率評価2>
実施例1及び2で得られた各排気浄化触媒について、エージングを実施した。エージングは、750℃×20時間の酸素過剰雰囲気下(O=10容量%、残りNバランスガス)にて実施した。また、各排気浄化触媒のNOx浄化率について、評価を実施した。具体的には、300℃及び400℃における1分間のNOx平均吸着率η300℃(%)、η400℃(%)を求めた。なお、測定前にリッチ雰囲気のガスを流通させることにより、触媒に吸着しているNOxを全て脱離させた。また、NOx浄化率の評価条件は以下の通りとした。評価結果を表4に示した。
<NOx purification rate evaluation 2>
Aging was performed on each exhaust purification catalyst obtained in Examples 1 and 2. Aging was performed in an oxygen-excess atmosphere at 750 ° C. for 20 hours (O 2 = 10% by volume, remaining N 2 balance gas). In addition, the NOx purification rate of each exhaust purification catalyst was evaluated. Specifically, the NOx average adsorption rates η300 ° C (%) and η400 ° C (%) for 1 minute at 300 ° C and 400 ° C were determined. In addition, all NOx adsorbed on the catalyst was desorbed by circulating a gas in a rich atmosphere before the measurement. The evaluation conditions for the NOx purification rate were as follows. The evaluation results are shown in Table 4.

[評価条件]
モデルガス組成:CO=0.3%、C=1200ppmC、NO=70ppm、
=7%、CO=8%、HO=7%、N=バランスガス
空間速度SV:100,000/時
温度範囲:300℃、400℃
[Evaluation conditions]
Model gas composition: CO = 0.3%, C 3 H 8 = 1200 ppmC, NO = 70 ppm,
O 2 = 7%, CO 2 = 8%, H 2 O = 7%, N 2 = balance gas space velocity SV: 100,000 / hour Temperature range: 300 ° C., 400 ° C.

Figure 2014213269
Figure 2014213269

表3及び表4に示す通り、実施例2は、実施例1に対してNOx浄化率は同等であるものの、HC浄化率がより向上していることが分かった。この結果から、ZrSiCeW複合酸化物及びZrSiYW複合酸化物いずれも、酸性担体として用いることで高いNOx浄化率及びHC浄化率が得られることが確認された。また、酸性担体として、ZrSiCeW複合酸化物を用いた場合の方が、ZrSiYW複合酸化物を用いた場合よりも、リーン雰囲気におけるHC浄化率をさらに向上できることも確認された。   As shown in Tables 3 and 4, it was found that Example 2 has an improved HC purification rate, although the NOx purification rate is equivalent to Example 1. From this result, it was confirmed that both the ZrSiCeW composite oxide and the ZrSiYW composite oxide can obtain a high NOx purification rate and HC purification rate by using them as acidic carriers. It was also confirmed that the HC purification rate in the lean atmosphere can be further improved when the ZrSiCeW composite oxide is used as the acidic carrier, compared with the case where the ZrSiYW composite oxide is used.

Claims (7)

内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒であって、
同一の支持体上に担持された第1触媒及び第2触媒を備え、
前記第1触媒は、固体酸性を有する担体と、当該担体上に担持された貴金属と、を有し、
前記第2触媒は、CeOを含み且つ実質的にアルカリ土類金属及びアルカリ金属を含まないNOx吸着剤と、貴金属と、を有することを特徴とする排気浄化触媒。
An exhaust purification catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine,
Comprising a first catalyst and a second catalyst supported on the same support,
The first catalyst has a carrier having solid acidity and a noble metal supported on the carrier,
The exhaust gas purifying catalyst, wherein the second catalyst includes a NOx adsorbent containing CeO 2 and substantially free of alkaline earth metal and alkali metal, and a noble metal.
前記第1触媒により形成された第1触媒層と、当該第1触媒層に隣接し且つ前記第2触媒により形成された第2触媒層と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化触媒。   The first catalyst layer formed by the first catalyst, and a second catalyst layer adjacent to the first catalyst layer and formed by the second catalyst, according to claim 1, Exhaust purification catalyst. 前記第1触媒層は、前記第2触媒層上に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の排気浄化触媒。   The exhaust purification catalyst according to claim 2, wherein the first catalyst layer is formed on the second catalyst layer. 前記固体酸性を有する担体は、ZrSi複合酸化物、SiAl複合酸化物、ZrSiYW複合酸化物、ZrSiCeW複合酸化物、メソポーラスシリカ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の排気浄化触媒。   The support having solid acidity is at least one selected from the group consisting of ZrSi composite oxide, SiAl composite oxide, ZrSiYW composite oxide, ZrSiCeW composite oxide, mesoporous silica, and zeolite. The exhaust purification catalyst according to any one of 1 to 3. 前記固体酸性を有する担体は、ZrSiYW複合酸化物及びZrSiCeW複合酸化物のうち少なくとも1種であることを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の排気浄化触媒。   The exhaust purification catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the carrier having solid acidity is at least one of a ZrSiYW composite oxide and a ZrSiCeW composite oxide. 前記第1触媒及び前記第2触媒は、前記貴金属としてPtを有することを特徴とする請求項1から5いずれかに記載の排気浄化触媒。   The exhaust purification catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein the first catalyst and the second catalyst have Pt as the noble metal. 空燃比をリーン及びストイキに制御して運転される内燃機関の排気浄化装置であって、
請求項1から6いずれかに記載の排気浄化触媒を備えることを特徴とする排気浄化装置。
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine operated by controlling the air-fuel ratio to lean and stoichiometric,
An exhaust purification device comprising the exhaust purification catalyst according to any one of claims 1 to 6.
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