JP2014226651A - Exhaust gas purification catalyst and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス浄化用触媒及びその製造方法に関し、特に、ＮＯｘ吸蔵材を含む排気ガス浄化用触媒及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst and a method for producing the same, and more particularly to an exhaust gas purification catalyst containing a NO x storage material and a method for producing the same.
ディーゼルエンジンの排気ガス処理装置は、一般にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）とその下流に配設されたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）によって構成されている。ＤＯＣによって、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）及びＣＯが酸化浄化され、ＮＯｘ（窒素酸化物）のうちのＮＯがＮＯ２に酸化される。ＤＯＣでの触媒反応熱によりＤＰＦの昇温が図れ、ＮＯ２の有する強い酸化力によりＤＰＦに堆積したパティキュレートマター（ＰＭ）の燃焼が促進される。エンジン始動直後はＤＯＣの活性が低いことから、ＨＣが未浄化のまま排出されないように、ＤＯＣにゼオライトをＨＣトラップ材として設けることが行われている。 An exhaust gas treatment device for a diesel engine is generally constituted by a diesel oxidation catalyst (DOC) and a diesel particulate filter (DPF) disposed downstream thereof. By DOC, HC (hydrocarbon) and CO in the exhaust gas are oxidized and purified, and NO of NO x (nitrogen oxide) is oxidized to NO 2 . The temperature of the DPF can be increased by the catalytic reaction heat in the DOC, and the combustion of particulate matter (PM) deposited on the DPF is promoted by the strong oxidizing power of NO 2 . Since the activity of DOC is low immediately after the engine is started, zeolite is provided in the DOC as an HC trap material so that HC is not discharged without being purified.
一方、ＮＯｘの浄化のために、リーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンではリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ触媒）も利用されている。このＬＮＴ触媒は、ＮＯｘ吸蔵材によって排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸蔵する。そして、エンジンの空燃比をリッチに変調するリッチパージにより、ＮＯｘ吸蔵材からのＮＯｘの放出、及び未燃ガスによるＮＯｘの還元が行なわれる。ＮＯｘ吸蔵材としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属を利用することが可能である。但し、アルカリ金属は触媒担体を形成するコージェライトの粒界にガラス相を形成して担体強度を低下させることから、実際にはそのような問題がないアルカリ土類金属が一般に採用されている。 On the other hand, in order to purify the NO x, lean NO x trap catalyst is lean burn gasoline engine or a diesel engine (LNT catalyst) has also been utilized. The LNT catalyst occludes NO x when the air-fuel ratio of the exhaust gas by the NO x storage material is lean. By rich purge modulating the air-fuel ratio of the engine to rich, NO x emissions from the NO x storage material, and the reduction of the NO x by unburned gas is performed. As the NO x storage material, an alkali metal or an alkaline earth metal can be used. However, since an alkali metal reduces the support strength by forming a glass phase at the cordierite grain boundary forming the catalyst support, an alkaline earth metal that does not have such a problem is generally employed.
ところで、特許文献１に記載されているように、ガソリンエンジンの排気ガス浄化用触媒においては、一体構造型担体にゼオライト含有するＨＣ吸着材層とＮＯｘ吸蔵材を含有する触媒金属層とを積層状態に設けるという提案がある。この提案では、ＨＣ吸着材層にもＮＯｘ吸蔵材が含まれ、重量比でＨＣ吸着材層のＮＯｘ吸着材量が触媒金属層のＮＯｘ吸着材量の４０／６０から１／９９とされている。
By the way, as described in
ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化においても、一体構造型担体に、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＬＮＴ触媒層とゼオライトを含有するＤＯＣ層とを層状に設けることが考えられる。しかし、特許文献１でも示唆されているが、排気ガス浄化用触媒の製造過程でＮＯｘ吸蔵材がスラリー中に溶出してＬＮＴ触媒層からＤＯＣ層に浸透すると、そのＤＯＣ層の触媒性能低下を招く。例えば、ＮＯｘ吸蔵材の浸透によって、ＤＯＣ層に含まれるゼオライトのＨＣ吸着性能が低下し、或いは酸化触媒性能が低下する。
In purifying exhaust gas from a diesel engine, it is conceivable that an LNT catalyst layer containing a NO x storage material and a DOC layer containing zeolite are provided in a layered structure on a monolithic structure type carrier. However, although it has been suggested even
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ吸蔵材を含有する積層型の排気ガス浄化触媒において、そのＮＯｘ吸蔵材がゼオライトなど他の触媒成分に悪影響を及ぼさないようにすることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, its object is in the stacked type exhaust gas purifying catalyst containing the NO x storage material, adverse effect that the NO x storage material is the other catalyst components such as zeolites It is to prevent it from affecting.
前記の目的を達成するために、本発明は、排気ガス浄化用触媒において、ＮＯｘ吸蔵材とゼオライトとを互いに別の触媒層に設けるようにした。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in the exhaust gas purifying catalyst, the NO x storage material and the zeolite are provided in separate catalyst layers.
具体的に、本発明に係る排気ガス浄化用触媒は、ＮＯｘ吸蔵材とゼオライトとを含む排気ガス浄化用触媒であって、担体上に、ゼオライト、アルミナ、Ｃｅ含有酸化物及び触媒金属を含み且つＮＯｘ吸蔵材を含まない酸化触媒層が形成され、酸化触媒層の上に、ＮＯｘ吸蔵材、アルミナ、Ｃｅ含有酸化物及び触媒金属を含むＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ）層が形成されていることを特徴とする。 Specifically, the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention is an exhaust gas purifying catalyst containing NO x storage material and zeolite, and includes zeolite, alumina, Ce-containing oxide and catalytic metal on a support. An oxidation catalyst layer that does not contain NO x storage material is formed, and an LNT (lean NO x trap) layer that contains NO x storage material, alumina, Ce-containing oxide and catalyst metal is formed on the oxidation catalyst layer. It is characterized by being.
本発明に係る排気ガス浄化用触媒において、触媒温度が低いときは排気ガス中のＨＣが酸化触媒層のゼオライトに吸着され、触媒温度が上昇すると、ゼオライトからＨＣが放出される。放出されたＨＣは、排気ガス中のＣＯと共に温度上昇によって活性が高くなっている触媒金属により酸化浄化される。また、排気ガスの空燃比がリーンであるときは、ＮＯｘがＬＮＴ層のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵され、その空燃比が理論空燃比近傍又はリッチになったときにＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘが放出される。放出されたＮＯｘは、触媒金属により還元浄化される。また、Ｃｅ含有酸化物によるＮＯｘの吸着によって全体のＮＯｘ吸蔵、吸着量が増大するとともに、Ｃｅ含有酸化物を介する水性ガスシフト反応によってＮＯｘ還元剤としての水素が生成し、ＮＯｘの還元が促進される。さらに、空燃比をリッチ側にしたときに、Ｃｅ含有酸化物に吸蔵された酸素と還元剤（ＨＣ及びＣＯ）との反応熱による触媒の活性促進が図れ、ＮＯｘ浄化率が向上する。 In the exhaust gas purification catalyst according to the present invention, when the catalyst temperature is low, HC in the exhaust gas is adsorbed on the zeolite in the oxidation catalyst layer, and when the catalyst temperature rises, HC is released from the zeolite. The released HC is oxidized and purified by the catalytic metal whose activity is increased by the temperature rise together with the CO in the exhaust gas. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NO x is occluded in the NO x storage material of LNT layer, NO x from the NO x storage material when the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio near or rich Is released. The released NO x is reduced and purified by the catalytic metal. Further, the whole of the NO x storage by adsorption of the NO x by Ce-containing oxide, together with the adsorption amount increases, the hydrogen as the NO x reduction agent produced by the water gas shift reaction over a Ce-containing oxide, the reduction of the NO x Is promoted. Further, when the air-fuel ratio to the rich side, Hakare activity promotion of the catalyst with reaction heat of Ce-containing oxide occluded in the oxygen and the reducing agent (HC and CO), NO x purification ratio is improved.
また、本発明に係る排気ガス浄化用触媒によると、ＮＯｘ吸蔵材とゼオライトとは、それぞれＬＮＴ層と酸化触媒層とに分離して設けられており、混合されていないため、ＮＯｘ吸蔵材とゼオライトとの相互作用によるＮＯｘ吸蔵性能及びＨＣ吸着性能の少なくとも一方の低下を防止できる。 Further, according to the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, since NO The x storage material and the zeolite, is provided by separated into the LNT layer and the oxidation catalyst layer, respectively, which are not mixed, NO x storage material Decrease in at least one of NO x storage performance and HC adsorption performance due to the interaction between zeolite and zeolite can be prevented.
本発明に係る排気ガス浄化用触媒において、担体は、セル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造であることが好ましい。 In the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, the carrier preferably has a hexagonal cell honeycomb structure having a hexagonal cell cross-sectional shape.
このようにすると、六角セルでは、セルの角部の角度が大きくなる（１２０度前後になる）から、三角セルや四角セルに比べて、触媒層がセルの角部（隅部）において局部的に厚くなる度合が小さくなる。つまり、触媒層厚さの均一化に有利になり、排気ガスを触媒層に効率良く接触させることができる。また、このことは、所期の触媒効果を得るに必要な触媒量を減らすことができることを意味する。これにより、コスト低減が図れるとともに、セルにおける排気ガス流路が広くなり、エンジンの背圧上昇（エンジン出力の低下）防止に有利になる。 In this case, in the hexagonal cell, the angle of the cell corner becomes large (around 120 degrees), so that the catalyst layer is localized at the corner (corner) of the cell compared to the triangular cell or the square cell. The degree of thickening becomes smaller. That is, it is advantageous for making the thickness of the catalyst layer uniform, and the exhaust gas can be efficiently brought into contact with the catalyst layer. This also means that the amount of catalyst required to obtain the desired catalytic effect can be reduced. As a result, the cost can be reduced and the exhaust gas flow path in the cell is widened, which is advantageous for preventing an increase in engine back pressure (decrease in engine output).
本発明に係る排気ガス浄化用触媒の製造方法は、ＮＯｘ吸蔵材とゼオライトとを含む排気ガス浄化用触媒の製造方法であって、担体上に、ゼオライト、アルミナ、Ｃｅ含有酸化物及び触媒金属を含み且つＮＯｘ吸蔵材を含まない酸化触媒層を形成する工程と、アルミナとＣｅ含有酸化物との混合物に、ＮＯｘ吸蔵材と触媒金属とを担持する工程と、担持された混合物にＳＯ２ガスを処理することにより、ＮＯｘ吸蔵材の表層部を硫酸塩化する工程と、ＳＯ２ガス処理された混合物をスラリー化し、酸化触媒層にコーティングすることによりＬＮＴ層を形成する工程と、ＮＯｘ吸蔵材をＣＯガスにより炭酸塩化する工程とを備えていることを特徴とする。 The method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention is a method for producing an exhaust gas purifying catalyst containing NO x storage material and zeolite, on the carrier, zeolite, alumina, Ce-containing oxide and catalytic metal a step and forming the oxidation catalyst layer containing no the nO x storage material comprises, a mixture of alumina and Ce-containing oxide, and a step of carrying the catalyst metal the nO x storage material, SO the supported mixture The step of sulfating the surface layer portion of the NO x storage material by treating 2 gases, the step of forming an LNT layer by slurrying the SO 2 gas treated mixture and coating the oxidation catalyst layer, NO characterized by comprising the step of carbonating the CO gas x storage material.
本発明に係る排気ガス浄化用触媒の製造方法によると、ＮＯｘ吸蔵材は予めその表層部が硫酸塩化されているので、スラリー中の酸成分に対して安定となり、ＮＯｘ吸蔵材がコーティング用のスラリー分散媒に溶出することを防止できる。このため、その分散媒が酸化触媒層に浸透しても、ＮＯｘ吸蔵材が酸化触媒層に混入した状態とはならない。また、ＮＯｘ吸蔵材は、前記スラリーが酸化触媒層上にコーティングされた後に炭酸塩化されるため、本来のＮＯｘ吸蔵性能を有する状態となる。また、ＮＯｘ吸蔵材は、その表層部が硫酸塩化されているため、ＮＯｘ吸蔵材の炭酸塩化を容易にでき、ＮＯｘ吸蔵性能の確保に有利となる。 According to the method for manufacturing an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, since the surface layer portion of the NO x storage material is sulfated in advance, the NO x storage material is stable against acid components in the slurry, and the NO x storage material is used for coating. Elution to the slurry dispersion medium can be prevented. For this reason, even if the dispersion medium permeates the oxidation catalyst layer, the NO x storage material does not enter the oxidation catalyst layer. Further, since the NO x storage material is carbonated after the slurry is coated on the oxidation catalyst layer, the NO x storage material has the original NO x storage performance. In addition, since the surface layer of the NO x storage material is sulfated, the carbonization of the NO x storage material can be facilitated, which is advantageous in ensuring the NO x storage performance.
本発明に係る排気ガス浄化用触媒の製造方法において、担体として、セル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造の担体を用いることが好ましい。 In the method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, it is preferable to use a hexagonal cell honeycomb structure carrier having a hexagonal cell cross-sectional shape as the carrier.
このようにすると、上述の通り、触媒層厚さの均一化に有利になり、排気ガスを触媒層に効率良く接触させることができ、所期の触媒効果を得るに必要な触媒量を減らすことができる。これにより、コスト低減が図れるとともに、セルにおける排気ガス流路が広くなり、エンジンの背圧上昇の防止に有利になる。 In this way, as described above, it is advantageous for making the thickness of the catalyst layer uniform, the exhaust gas can be efficiently brought into contact with the catalyst layer, and the amount of catalyst necessary for obtaining the desired catalytic effect can be reduced. Can do. As a result, the cost can be reduced and the exhaust gas flow path in the cell is widened, which is advantageous for preventing an increase in the back pressure of the engine.
本発明に係る排気ガス浄化用触媒によると、ＮＯｘ吸蔵材とゼオライトとは、それぞれＬＮＴ層と酸化触媒層とに分離して設けられており、混合されていないため、ＮＯｘ吸蔵材とゼオライトとの相互作用によるＮＯｘ吸蔵性能及びＨＣ吸着性能の低下を防止できる。 According to the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, and is the NO x storage material and the zeolite, is provided by separated into the LNT layer and the oxidation catalyst layer, respectively, because they are not mixed, the NO x storage material and zeolite It is possible to prevent the NO x storage performance and the HC adsorption performance from being lowered due to the interaction with the.
本発明に係る排気ガス浄化用触媒の製造方法によると、ＮＯｘ吸蔵材は予めその表層部が硫酸塩化されているので、ＮＯｘ吸蔵材がコーティング用のスラリー分散媒に溶出することを防止できる。これにより、その分散媒が酸化触媒層に浸透しても、ＮＯｘ吸蔵材が酸化触媒層に混入することを防止できる。 According to the method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, since the surface layer portion of the NO x storage material is sulfated in advance, it is possible to prevent the NO x storage material from eluting into the slurry dispersion medium for coating. . Thereby, even if the dispersion medium permeates the oxidation catalyst layer, it is possible to prevent the NO x storage material from being mixed into the oxidation catalyst layer.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用方法或いはその用途を制限することを意図するものでない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its method of application, or its application.
まず、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の構成について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の一部を示す断面図であり、図２は該排気ガス浄化用触媒の触媒層構成を示す断面図である。 First, the configuration of an exhaust gas purifying catalyst according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of an exhaust gas purification catalyst according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a catalyst layer structure of the exhaust gas purification catalyst.
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒は、不図示のディーゼルエンジンから排出される排気ガス浄化用触媒であり、ハニカム担体のセル壁１の上に、酸化触媒層であるＤＯＣ層２及びリーンＮＯｘトラップ触媒層であるＬＮＴ層３が順次形成されてなり、その内側の空間が排気ガス通路４となっている。ハニカム担体は、そのセル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造となっている。図１では、図の簡略化のため、１つのセルにのみ上記触媒層を描いているが、全てのセルに上記触媒層が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust gas purifying catalyst according to the present embodiment is an exhaust gas purifying catalyst discharged from a diesel engine (not shown), and is oxidized on the
ＤＯＣ層２は、担体のセル壁１の上に形成されており、それはゼオライト、活性アルミナ及びＣｅ含有酸化物の混合物にＰｔ及びＰｄ等の触媒金属が担持されてなる。ここで、ＤＯＣ層２にはＮＯｘ吸蔵材が含まれていない。また、ＤＯＣ層２の上に形成されたＬＮＴ層３は、活性アルミナ及びＣｅ含有酸化物にＮＯｘ吸蔵材並びに触媒金属としてＰｔ及びＲｈ等が担持されてなる。
The
次に、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の製造方法について図３を参照しながら説明する。図３は本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の製造方法を示すフローチャート図である。 Next, the manufacturing method of the exhaust gas purifying catalyst according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the exhaust gas purifying catalyst according to the present embodiment.
まず、担体のセル壁の上に形成するＤＯＣ層２の材料となるＤＯＣ粉末の調製について説明する。ＤＯＣ粉末の調製としては、まず、ゼオライト、活性アルミナ及びＣｅ含有酸化物を混合し、その混合物にＰｔ及びＰｄ等の触媒金属を蒸発乾固法により担持する。具体的に、ゼオライト、活性アルミナ及びＣｅ含有酸化物の混合物に水を加え、撹拌してスラリー状にする。このスラリーを撹拌しながら、これに触媒金属の硝酸塩水溶液を滴下する。その後、加熱しながらさらに撹拌を続けて、水分を完全に蒸発させる。得られた乾固物を大気中で焼成し、粉砕することにより、ＤＯＣ粉末が得られる。
First, preparation of the DOC powder used as the material of the
上記のように調製したＤＯＣ粉末を用いて、ハニカム担体のセル壁１の上にＤＯＣ層２を形成する。そのために、まず、得られたＤＯＣ粉末をバインダー及び水と混合し、さらにスラリー粘度調整用の硝酸水溶液を添加して撹拌することにより、スラリー状にする（スラリー化）。このスラリーをハニカム担体のセル壁１の上にコーティングし、乾燥し、その後に焼成する。これにより、担体のセル壁の上にＤＯＣ層２が形成される。
A
次に、ＤＯＣ層２の上に形成するＬＮＴ層３の材料となるＬＮＴ粉末の調製について説明する。ＬＮＴ粉末の調製のために、まず、活性アルミナとＣｅ含有酸化物とを混合し、その混合物にＰｔ及びＲｈ等の触媒金属とアルカリ土類金属であるＮＯｘ吸蔵材を、上記と同様に蒸発乾固法により担持する。なお、このとき、ＮＯｘ吸蔵材は、アルカリ土類金属の酢酸塩又は硝酸塩の水溶液を用いる。その後、上記と同様に、焼成及び粉砕を行うことにより、ＬＮＴ粉末が得られる。得られたＬＮＴ粉末におけるＮＯｘ吸蔵材の少なくとも一部は、大気中での焼成により炭酸塩となっている。
Next, preparation of the LNT powder used as the material of the
次に、そのＬＮＴ粉末のＮＯｘ吸蔵材の表層部を硫酸塩化する。この硫酸塩化は、ＬＮＴ粉末にＳＯ２ガスを流通し、加熱することによって行う（ＳＯ２処理）。 Next, the surface layer portion of the NO x storage material of the LNT powder sulfated. This sulfation is performed by circulating SO 2 gas through the LNT powder and heating (SO 2 treatment).
次に、上記ＳＯ２ガスで処理されたＬＮＴ粉末をバインダー及び水と混合し、さらにスラリー粘度調整用の硝酸水溶液を添加して撹拌することにより、スラリー状にする（スラリー化）。このスラリーをＤＯＣ層２の上にコーティングし、乾燥し、その後に焼成する。これにより、ＤＯＣ層２の上にＬＮＴ層３が形成される。
Next, the LNT powder treated with the SO 2 gas is mixed with a binder and water, and a nitric acid aqueous solution for adjusting the slurry viscosity is further added and stirred to form a slurry (slurry). This slurry is coated on the
次に、形成したＬＮＴ層３のＮＯｘ吸蔵材を炭酸塩化する。この炭酸塩化は、上記触媒層が形成されたハニカム担体にＣＯガスを流通させ、加熱することによって行う（ＣＯ処理）。以上のようにして、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒を得ることができる。
Next, the NO x storage material of the formed
上記のような排気ガス浄化用触媒の製造方法によると、ＳＯ２ガス処理によりＬＮＴ粉末のＮＯｘ吸蔵材の表層部を硫酸塩化するため、ＬＮＴ粉末をスラリー化した際に硝酸水溶液を含む酸性の分散媒中に溶出することを防止できる。このため、その分散媒がＤＯＣ層に浸透しても、ＮＯｘ吸蔵材がＤＯＣ層に混入した状態とはならない。その結果、ＤＯＣ層に含まれるゼオライトのＨＣ吸着性能が低下し、或いは酸化触媒性能が低下することを防止できる。 According to the manufacturing method of the exhaust gas purifying catalyst as described above, to sulfation of the surface layer portion of the NO x storage material of LNT powder by SO 2 gas treatment, the acidic containing nitric acid solution upon slurrying LNT powder Elution into the dispersion medium can be prevented. For this reason, even if the dispersion medium permeates the DOC layer, the NO x storage material does not enter the DOC layer. As a result, it is possible to prevent the HC adsorption performance of zeolite contained in the DOC layer from decreasing or the oxidation catalyst performance from decreasing.
以下に、本発明に係る排気ガス浄化用触媒を詳細に説明するための実施例を示す。本実施例では、セル壁の厚さが４．５ｍｉｌ（１．１４３×１０−１ｍｍ）であり、１平方インチ（６４５．１６ｍｍ２）当たりのセル数が４００のコージェライト製六角セルハニカム担体（直径２４．５ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を用いて、上記排気ガス浄化用触媒の製造方法により排気ガス浄化用触媒を調製した。その触媒に対して、ＨＣ浄化性能及びＮＯｘ吸蔵性能を評価した。 Examples for explaining the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention in detail are shown below. In this example, the cordierite hexagonal cell honeycomb carrier having a cell wall thickness of 4.5 mil (1.143 × 10 −1 mm) and 400 cells per square inch (645.16 mm 2 ). An exhaust gas purification catalyst was prepared by the above method for producing an exhaust gas purification catalyst using (diameter 24.5 mm, length 50 mm). The catalyst was evaluated for HC purification performance and NO x storage performance.
以下に、実施例１〜５及び比較例１に係る排気ガス浄化用触媒の構成について説明する。実施例１〜５において、ＤＯＣ層の触媒成分の担持量は、１００ｇ／Ｌのゼオライト、６０ｇ／Ｌの活性アルミナ、４０ｇ／ＬのＣｅ含有酸化物、１．６ｇ／ＬのＰｔ、０．８ｇ／ＬのＰｄである。また、ＬＮＴ層の触媒成分の担持量は、５０ｇ／Ｌの活性アルミナ、５０ｇ／ＬのＣｅ含有酸化物、４．３ｇ／ＬのＰｔ、０．５ｇ／ＬのＲｈ、ＮＯｘ吸蔵材として３０ｇ／ＬのＢａ及び１０ｇ／ＬのＳｒである。ここで、Ｃｅ含有酸化物としては、Ｃｅ−Ｐｒ複合酸化物（質量比で、ＣｅＯ２：Ｐｒ６Ｏ１１＝９０：１０）を用い、ゼオライトとしては、β−ゼオライトを用いた。 Below, the structure of the exhaust gas purifying catalyst which concerns on Examples 1-5 and Comparative Example 1 is demonstrated. In Examples 1 to 5, the supported amount of the catalyst component in the DOC layer was 100 g / L zeolite, 60 g / L activated alumina, 40 g / L Ce-containing oxide, 1.6 g / L Pt, 0.8 g. / L Pd. Further, the supported amount of the catalyst component in the LNT layer was 50 g / L of activated alumina, 50 g / L of Ce-containing oxide, 4.3 g / L of Pt, 0.5 g / L of Rh, and 30 g of NO x storage material. / L Ba and 10 g / L Sr. Here, Ce—Pr composite oxide (by mass ratio, CeO 2 : Pr 6 O 11 = 90: 10) was used as the Ce-containing oxide, and β-zeolite was used as the zeolite.
実施例１〜５において、各触媒粉末の調製における焼成、及び触媒粉末のコーティング後の焼成は、いずれも大気中で行い、いずれも焼成温度を５００℃、焼成時間を２時間とした。 In Examples 1 to 5, the calcination in the preparation of each catalyst powder and the calcination after coating of the catalyst powder were both performed in the atmosphere, and the calcination temperature was 500 ° C. and the calcination time was 2 hours.
ＬＮＴ粉末に対するＳＯ２ガス処理は、ＬＮＴ粉末にＳＯ２濃度が５０ｐｐｍのガス（残部は窒素）を３０Ｌ／ｍｉｎで流通させながら（１時間当たりのＳＯ２流通量は４．０２ｍｍｏｌ）、３００℃で１時間保持した。ＳＯ２ガスの流通時間は、実施例１では１時間、実施例２では８時間２０分、実施例３では２５時間、実施例４では５０時間、実施例５では６６時間４０分とした。 The SO 2 gas treatment for the LNT powder is performed at 300 ° C. while flowing a gas having a SO 2 concentration of 50 ppm (the balance is nitrogen) through the LNT powder at 30 L / min (the amount of SO 2 flowed per hour is 4.02 mmol). Hold for 1 hour. The flow time of SO 2 gas was 1 hour in Example 1, 8 hours and 20 minutes in Example 2, 25 hours in Example 3, 50 hours in Example 4, and 66 hours and 40 minutes in Example 5.
実施例１〜５において、上記の通りＮＯｘ吸蔵材量は、Ｂａが３０ｇ／Ｌであり、Ｓｒが１０ｇ／Ｌであるため、トータルで３３２ｍｍｏｌ／Ｌである。ＬＮＴ粉末に対するＳＯ２の反応量（吸着した量を含む）は、ＬＮＴ粉末へのＳＯ２の流入量から流出量を差し引くことによって求めることができる。このようにして、ＮＯｘ吸蔵材量に対するＳＯ２の反応量をモル比で算出すると、実施例１は１．２％、実施例２は９．８％、実施例３は２６．４％、実施例４は４３．８％、実施例５は５２．２％であった。このモル比を以下ではＳＯ２処理率と呼ぶ。 In Examples 1 to 5, as described above, the amount of the NO x storage material is 332 mmol / L in total because Ba is 30 g / L and Sr is 10 g / L. The reaction amount (including the adsorbed amount) of SO 2 with respect to the LNT powder can be obtained by subtracting the outflow amount from the inflow amount of SO 2 into the LNT powder. Thus, when the reaction amount of SO 2 with respect to the amount of the NO x storage material is calculated as a molar ratio, Example 1 is 1.2%, Example 2 is 9.8%, Example 3 is 26.4%, Example 4 was 43.8% and Example 5 was 52.2%. This molar ratio is hereinafter referred to as the SO 2 treatment rate.
また、ＬＮＴ層形成後のＣＯガス処理は、触媒層が形成されたハニカム担体にＣＯ濃度が１％のガス（残部はＮ２）を３０Ｌ／ｍｉｎで流通させた。ガス温度を６００℃とし、ガス流通時間を２時間とした。 Further, in the CO gas treatment after the LNT layer was formed, a gas having a CO concentration of 1% (the balance was N 2 ) was circulated at 30 L / min through the honeycomb carrier on which the catalyst layer was formed. The gas temperature was 600 ° C. and the gas flow time was 2 hours.
比較例１は、上記各実施例と比較して、上記ＳＯ２ガス処理及びＣＯガス処理を行っていないことが異なり、その他は上記各実施例と同一の材料を用いて同一の方法でＤＯＣ層及びＬＮＴ層を形成した。 Comparative Example 1 is different from the above Examples in that the SO 2 gas treatment and the CO gas treatment are not performed, and the others are the same method using the same material as the above Examples, and the DOC layer. And an LNT layer was formed.
これらの実施例１〜５及び比較例１の触媒に対して行ったＨＣ浄化性能の測定試験及びＮＯｘ吸蔵量の測定試験とそれらの結果とについて、以下に説明する。 For the measurement test and the results of their measurement test and the NO x storage amount of HC purification performance was performed on these Examples 1-5 and Comparative Example 1 the catalyst will be described below.
ＨＣ浄化性能の測定試験において、まず、実施例１〜５及び比較例１の各ハニカム触媒に対して、Ｏ２が２％、Ｈ２Ｏが１０％、残部がＮ２のガス雰囲気において７５０℃の温度に２４時間保持するエージング処理を行なった。そのハニカム触媒をモデルガス流通反応装置に取り付け、ハニカム触媒にＮ２ガスを流通させた状態で触媒入口ガス温度を１００℃に保持し、次いでＨＣ浄化性能評価用のモデルガスを導入した。 In the measurement test of the HC purification performance, first, for each of the honeycomb catalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, 750 ° C. in a gas atmosphere in which O 2 is 2%, H 2 O is 10%, and the balance is N 2. Aging treatment was carried out at this temperature for 24 hours. The honeycomb catalyst was attached to a model gas flow reactor, the catalyst inlet gas temperature was maintained at 100 ° C. with N 2 gas flowing through the honeycomb catalyst, and then a model gas for evaluating HC purification performance was introduced.
モデルガス組成は、ｎ−オクタンが６００ｐｐｍＣ、エチレンが１５０ｐｐｍＣ、プロピレンが５０ｐｐｍＣ、ＣＯが１５００ｐｐｍ、ＮＯが３０ｐｐｍ、Ｏ２が１０％、Ｈ２Ｏが１０％、残部がＮ２であり、空間速度は７２０００／ｈである。 Model gas composition, n- octane 600PpmC, ethylene 150PpmC, propylene 50PpmC, CO is 1500 ppm, NO is 30 ppm, O 2 10%, H 2 O 10%, balance being N 2, space velocity 72000 / h.
モデルガス導入開始後、２分を経過した時点から触媒入口ガス温度を上昇させていき、ハニカム触媒から流出するガスのトータルのＨＣ濃度（ＴＨＣ）を測定した。その結果の一例を図４に示す。 The catalyst inlet gas temperature was raised from the time when 2 minutes passed after the start of the model gas introduction, and the total HC concentration (THC) of the gas flowing out from the honeycomb catalyst was measured. An example of the result is shown in FIG.
モデルガスの導入開始から暫くは触媒温度が低いため、モデルガス中のＨＣがゼオライトに吸着される。そのため、流出ガスのＴＨＣは、モデルガスのＴＨＣである８００ｐｐｍＣよりも低い。そうして、触媒温度の上昇に伴ってゼオライトによるＨＣの吸着量が漸減する。触媒入口ガス温度が２００℃近くになると、ゼオライトへのＨＣの吸着量よりＨＣの脱離量が多くなり、ＴＨＣが急増して８００ｐｐｍＣよりも高くなる。触媒温度が上昇していくと、触媒が活性を呈するようになり、脱離するＨＣのＤＯＣ層による浄化が始まる。このため、ＴＨＣが急減して８００ｐｐｍＣよりも低くなる。 Since the catalyst temperature is low for a while after the introduction of the model gas, HC in the model gas is adsorbed on the zeolite. Therefore, the THC of the outflow gas is lower than 800 ppmC, which is the THC of the model gas. Thus, as the catalyst temperature rises, the amount of HC adsorbed by the zeolite gradually decreases. When the catalyst inlet gas temperature is close to 200 ° C., the amount of HC desorbed is larger than the amount of HC adsorbed on the zeolite, and THC increases rapidly and becomes higher than 800 ppmC. As the catalyst temperature rises, the catalyst becomes active, and purification of the desorbed HC by the DOC layer starts. For this reason, THC decreases rapidly and becomes lower than 800 ppmC.
そうして、上記実施例１〜５及び比較例１の各ハニカム触媒の、モデルガス導入開始から当該ガス温度が３００℃になるまでのＨＣ浄化率を求めた。ＨＣ浄化率は、図４に示すＨＣの吸着に伴うＴＨＣ低減量（Ａ）とＨＣの浄化に伴うＴＨＣ低減量（Ｂ）との和から、ＨＣ脱離量（Ｃ）を差し引いて計算した。その結果を図５に示す。 Thus, the HC purification rates of the honeycomb catalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 from the start of model gas introduction until the gas temperature reached 300 ° C. were determined. The HC purification rate was calculated by subtracting the HC desorption amount (C) from the sum of the THC reduction amount (A) accompanying HC adsorption and the THC reduction amount (B) accompanying HC purification shown in FIG. The result is shown in FIG.
図５に示すように、実施例１〜５及び比較例１の触媒のＨＣ浄化率をみると、ＳＯ２処理率が高くなるにつれて、ＨＣ浄化率も高くなることがわかる。但し、実施例４と実施例５とのＨＣ浄化率は同等の結果となっている。 As shown in FIG. 5, when the HC purification rates of the catalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 are seen, it can be seen that the HC purification rate increases as the SO 2 treatment rate increases. However, the HC purification rates of Example 4 and Example 5 are equivalent.
ＳＯ２処理によってＨＣ浄化率が高くなっているのは、ＬＮＴ層を形成するスラリーへのＮＯｘ吸蔵材の溶出が抑制されたためであると考えられる。つまり、スラリーに溶出したＮＯｘ吸蔵材がコーティングする際に、ＤＯＣ層に混入することによるＤＯＣ性能、特にゼオライトのＨＣ吸着性能の低下が抑制されたということである。 It is considered that the HC purification rate is increased by the SO 2 treatment because the elution of the NO x storage material into the slurry forming the LNT layer is suppressed. That is, when the NO x storage material eluted in the slurry is coated, the decrease in the DOC performance, particularly the HC adsorption performance of zeolite, due to mixing in the DOC layer is suppressed.
一方、ＮＯｘ吸蔵性能の測定試験においては、実施例１〜５及び比較例１の各ハニカム触媒に対して、上記ＨＣ浄化率測定の場合と同じエージング処理を行なった後、ハニカム触媒をモデルガス流通反応装置に取り付けた。ハニカム触媒に空燃比リッチのモデルガスを流通させた状態で触媒入口ガス温度を２００℃に保持し、該温度を保った状態で空燃比リーンのモデルガスに切り替え、このモデルガスの切替えから１８０秒間のＮＯｘ吸蔵量を測定した。また、触媒入口ガス温度を２５０℃として、同様に空燃比リッチのモデルガスから空燃比リーンのモデルガスに切り替えてから１８０秒間のＮＯｘ吸蔵量を測定した。 On the other hand, in the measurement test of NO x storage performance, the honeycomb catalyst of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 was subjected to the same aging treatment as in the case of measuring the HC purification rate, and then the honeycomb catalyst was used as a model gas. Attached to the flow reactor. The catalyst inlet gas temperature is maintained at 200 ° C. with the air-fuel ratio rich model gas being circulated through the honeycomb catalyst, and is switched to the air-fuel ratio lean model gas while maintaining the temperature, and this model gas is switched for 180 seconds. the NO x storage amount was measured. Similarly, the catalyst inlet gas temperature was set to 250 ° C., and the NO x occlusion amount was measured for 180 seconds after the air-fuel ratio rich model gas was similarly switched to the air-fuel ratio lean model gas.
リッチモデルガスの組成は、ＮＯが２２０ｐｐｍ、ＨＣが３４００ｐｐｍＣ、ＣＯが１．０％、Ｏ２が０．５％、ＣＯ２が６％、Ｈ２Ｏが１０％、残部がＮ２である。リーンモデルガスの組成は、ＮＯが２２０ｐｐｍ、ＨＣが４００ｐｐｍＣ、ＣＯが０．１５％、Ｏ２が１０％、ＣＯ２が６％、Ｈ２Ｏが１０％、残部がＮ２である。ＮＯｘ吸蔵性能の測定試験の結果を図６に示す。 The composition of the rich model gas is 220 ppm NO, 3400 ppm HC, 1.0% CO, 0.5% O 2 , 6% CO 2 , 10% H 2 O and the balance N 2 . The composition of the lean model gas is 220 ppm NO, 400 ppm HC, 0.15% CO, 10% O 2 , 6% CO 2 , 10% H 2 O, and the balance N 2 . The results of the NO x storage performance measurement test are shown in FIG.
図６に示すように、実施例１〜５及び比較例１の触媒のＮＯｘ吸蔵量をみると、ＳＯ２処理を行うことでＮＯｘ吸蔵量が高くなっている。これも、ＳＯ２処理によるＮＯｘ吸蔵材の溶出抑制効果によるものと考えられる。また、ＳＯ２処理率が９．８％をピークとして、それよりもＳＯ２処理率が高くなるにつれてＮＯｘ吸蔵量が低くなっていく傾向が見られる。これは、ＮＯｘ吸蔵材の硫酸塩化が進みすぎ、その後のＣＯ処理によっても、ＮＯｘ吸蔵材が完全に炭酸塩にならず、一部が所謂硫黄被毒の状態で残るためであると考えられる。図６に示す結果から、ＳＯ２処理率は１％以上５０％以下にすることが好ましいということができる。 As shown in FIG. 6, when the NO x storage amounts of the catalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 are seen, the NO x storage amount is increased by performing the SO 2 treatment. This is also considered to be due to the elution suppression effect of the NO x storage material by the SO 2 treatment. Moreover, the SO 2 treatment rate has a peak at 9.8%, and the NO x storage amount tends to decrease as the SO 2 treatment rate becomes higher than that. This is thought to be because the sulfation of the NO x storage material has progressed too much, and even after the subsequent CO treatment, the NO x storage material does not completely become carbonate, and a part of it remains in a so-called sulfur poisoning state. It is done. From the results shown in FIG. 6, it can be said that the SO 2 treatment rate is preferably 1% or more and 50% or less.
なお、上記実施例においては、ゼオライトとしてβ−ゼオライトを用いたが、これにかがらずＺＳＭ−５を初めとするアルミノシリケート化合物等も用いることが可能である。 In the above examples, β-zeolite is used as the zeolite. However, it is possible to use an aluminosilicate compound such as ZSM-5.
以上の通り、本発明に係る排気ガス浄化用触媒の製造方法を用いると、高い酸化触媒性能及びＮＯｘ吸蔵性能の両方を有する触媒を得ることができる。 As described above, when the method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention is used, a catalyst having both high oxidation catalyst performance and NO x storage performance can be obtained.
１ 担体（セル壁）
２ ＤＯＣ（酸化触媒）層
３ ＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ）層
４ 排気ガス通路
1 Carrier (cell wall)
2 DOC (oxidation catalyst)
Claims (4)
担体上に、ゼオライト、アルミナ、Ｃｅ含有酸化物及び触媒金属を含み且つＮＯｘ吸蔵材を含まない酸化触媒層が形成され、
前記酸化触媒層の上に、ＮＯｘ吸蔵材、アルミナ、Ｃｅ含有酸化物及び触媒金属を含むＬＮＴ層が形成されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 An exhaust gas purifying catalyst containing NO x storage material and zeolite,
On a support, zeolites, alumina, oxidation catalyst layer containing no Ce-containing oxide and and the NO x storage material comprises a catalytic metal is formed,
An exhaust gas purifying catalyst, wherein an LNT layer containing a NO x storage material, alumina, a Ce-containing oxide and a catalytic metal is formed on the oxidation catalyst layer.
担体上に、ゼオライト、アルミナ、Ｃｅ含有酸化物及び触媒金属を含み且つＮＯｘ吸蔵材を含まない酸化触媒層を形成する工程と、
アルミナとＣｅ含有酸化物との混合物に、ＮＯｘ吸蔵材と触媒金属とを担持する工程と、
前記担持された混合物にＳＯ２ガスを処理することにより、前記ＮＯｘ吸蔵材の表層部を硫酸塩化する工程と、
前記ＳＯ２ガス処理された混合物をスラリー化し、前記酸化触媒層にコーティングすることによりＬＮＴ層を形成する工程と、
前記ＮＯｘ吸蔵材をＣＯガスにより炭酸塩化する工程とを備えていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。 A method for producing an exhaust gas purifying catalyst comprising NO x storage material and zeolite,
Forming an oxidation catalyst layer on a support containing zeolite, alumina, Ce-containing oxide and catalyst metal and not containing NO x storage material;
Supporting a NO x storage material and a catalyst metal on a mixture of alumina and Ce-containing oxide;
Sulfating the surface layer portion of the NO x storage material by treating the supported mixture with SO 2 gas;
Slurrying the SO 2 gas treated mixture and coating the oxidation catalyst layer to form an LNT layer;
A method of producing an exhaust gas purifying catalyst, characterized by comprising the step of carbonating by the the NO x storage material and CO gas.
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