JP2022075041A - 排ガス浄化触媒装置 - Google Patents

排ガス浄化触媒装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2022075041A
JP2022075041A JP2020185568A JP2020185568A JP2022075041A JP 2022075041 A JP2022075041 A JP 2022075041A JP 2020185568 A JP2020185568 A JP 2020185568A JP 2020185568 A JP2020185568 A JP 2020185568A JP 2022075041 A JP2022075041 A JP 2022075041A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coat layer
upstream
downstream
layer
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020185568A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7061655B1 (ja
Inventor
哲大 平尾
Tetsuhiro Hirao
陽介 戸田
Yosuke Toda
大樹 齊藤
Daiki Saito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cataler Corp
Original Assignee
Cataler Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cataler Corp filed Critical Cataler Corp
Priority to JP2020185568A priority Critical patent/JP7061655B1/ja
Priority to EP21889051.5A priority patent/EP4241880A1/en
Priority to PCT/JP2021/038987 priority patent/WO2022097498A1/ja
Priority to CN202180074874.XA priority patent/CN116419797A/zh
Priority to US18/032,614 priority patent/US20230381748A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7061655B1 publication Critical patent/JP7061655B1/ja
Publication of JP2022075041A publication Critical patent/JP2022075041A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0244Coatings comprising several layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56Platinum group metals
    • B01J23/63Platinum group metals with rare earths or actinides
    • B01J35/19
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1023Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1025Rhodium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/204Alkaline earth metals
    • B01D2255/2042Barium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206Rare earth metals
    • B01D2255/2065Cerium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209Other metals
    • B01D2255/2092Aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/40Mixed oxides
    • B01D2255/407Zr-Ce mixed oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/902Multilayered catalyst
    • B01D2255/9025Three layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/903Multi-zoned catalysts
    • B01D2255/9032Two zones
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/908O2-storage component incorporated in the catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/40Nitrogen compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/502Carbon monoxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/70Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702Hydrocarbons
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/01Engine exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00Surface coverings
    • F01N2510/06Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
    • F01N2510/068Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings
    • F01N2510/0682Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings having a discontinuous, uneven or partially overlapping coating of catalytic material, e.g. higher amount of material upstream than downstream or vice versa
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00Surface coverings
    • F01N2510/06Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
    • F01N2510/068Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings
    • F01N2510/0684Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings having more than one coating layer, e.g. multi-layered coatings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

【課題】ホットNOxの低減とコールドHCの低減とが両立された排ガス浄化触媒装置の提供。【解決手段】基材110と、上流側下層コート層121と、上流側上層コート層122と、下流側下層コート層131と、下流側上層コート層132とを有し、(i)及び(ii)を満たす、排ガス浄化触媒装置:(i)上流側上層コート層122及び下流側下層コート層131中のPt及び/又はPdの濃度が、上流側下層コート層121中のPt及び/又はPdの濃度よりも高く、かつ、下流側上層コート層132中のPt及び/又はPdの濃度よりも高いこと;並びに、(ii)上流側下層コート層121及び下流側上層コート層132中のRhの濃度が、上流側上層コート層122中のRhの濃度よりも高く、かつ、下流側下層コート層131中のRhの濃度よりも高いこと。【選択図】図1

Description

本発明は、排ガス浄化触媒装置に関する。
自動車エンジン等の内燃機関からの排ガス中には、窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等が含まれる。これらの排ガスは、CO及びHCを酸化し、かつNOxを還元する排ガス浄化触媒によって浄化したうえで、大気中に放出されている。
排ガス中に含まれる、CO、HC、及びNOxの3成分については、大気汚染緩和等の観点から、各国において、自動車の単位走行距離当たりの排出重量が規制されている。
排ガス規制は、年々強化されている。現在、米国ではLEV III規制が、欧州では、Euro 6規制が、それぞれ、適用されている。欧州では、近い将来にEuro 7規制に移行するものと考えられている。
このような状況下で、例えば特許文献1には、基材と、基材上に堆積されたPdを含む第1の層と、第1の層上に堆積されたRhを含む第2の層と、第2の層上に堆積されたPdを含む第3の層とを含む、層状触媒複合装置が記載されており、第3の層が、基材の上流側部分だけに堆積されて、高Pd含有領域を生成する態様が例示されている。
特表2010-501337号公報
上記の規制では、試験モードに、コールドスタートを含む運転モードが採用されており、コールド時のHC排出量(コールドHC)の低減と、ホット時のNOx排出量(ホットNOx)の低減との高度の両立が、喫緊の課題である。
これらのうち、コールドHCは、排出量全体に占める割合が大きいため、上記の特許文献1では、コールドHCの低減を重視した設計の排ガス浄化触媒装置が提案されている。
しかしながら、特許文献1に記載の層状触媒複合装置を含め、従来技術の排ガス浄化触媒装置では、ホットNOxの低減と、コールドHCの低減との両立が不十分である。
そこで本発明は、ホットNOxの低減と、コールドHCの低減とが、高度に両立された排ガス浄化触媒装置の提供を目的とする。
本発明は、以下のとおりである。
《態様1》基材と、前記基材上の触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒装置であって、
前記触媒コート層は、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層とを有し、
前記上流側コート層は、前記基材上に配置された、上流側下層コート層と、前記上流側下層コート層上に配置された、上流側上層コート層とを有し、
前記下流側コート層は、前記基材上に配置された、下流側下層コート層と、前記下流側下層コート層上に配置された、下流側上層コート層とを有し、
前記上流側下層コート層、前記上流側上層コート層、前記下流側下層コート層、及び前記下流側上層コート層は、それぞれ、Pt、Pd、及びRhから選択される触媒貴金属を含み、
下記の(i)及び(ii)を双方とも満たす、排ガス浄化触媒装置:
(i)前記上流側上層コート層及び前記下流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度が、いずれも、
前記上流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高く、かつ、
前記下流側上層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高いこと;並びに、
(ii)前記上流側下層コート層及び前記下流側上層コート層中のRhの濃度が、いずれも、
前記上流側上層コート層中のRhの濃度よりも高く、かつ、
前記下流側下層コート層中のRhの濃度よりも高いこと。
《態様2》少なくとも前記下流側下層コート層は、セリアを含み、
前記上流側下層コート層中のセリア濃度、前記上流側上層コート層中のセリア濃度、及び前記下流側上層コート層中のセリア濃度が、いすれも、前記下流側下層コート層中のセリア濃度の70%以下である、
態様1に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様3》前記上流側下層コート層中のセリアの量が、前記上流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、10g/L以下であり、
前記下流側上層コート層中のセリアの量が、前記下流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、10g/L以下である、
態様1又は2に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様4》前記上流側上層コート層及び前記下流側下層コート層が、それぞれ、Pdを含み、
前記上流側上層コート層中の、前記上流側上層コート層形成部分の基材1L当たりのPd量が、
前記下流側下層コート層中の、前記下流側下層コート層形成部分の基材1L当たりのPd量の2.0倍以上である、
態様1~3のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様5》前記上流側下層コート層と、前記下流側上層コート層との合計の長さが、基材長さの80%以上である、態様1~4のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様6》排ガス流れ上流側の端部付近に、前記上流側上層コート層が、前記上流側下層コート層を介さずに、基材上に直接配置された領域を有さない、態様1~5のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様7》前記上流側コート層の長さが、基材長さの20%以上50%以下である、態様1~6のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様8》前記上流側コート層のコート量が、前記上流側コート層形成部分の基材1L当たり、240g/L以下である、態様1~7のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様9》前記上流側上層コート層のコート量が、前記上流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、160g/L以下である、態様1~8のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
本発明によると、ホットNOxの低減と、コールドHCの低減とが、高度に両立された、排ガス浄化触媒装置が提供される。
図1は、本発明の排ガス浄化触媒装置の構成の一例を示す概略図である。 図2は、本発明の排ガス浄化触媒装置の構成の別の一例を示す概略図である。 図3は、本発明の排ガス浄化触媒装置の構成の更に別の一例を示す概略図である。 図4は、本発明の排ガス浄化触媒装置の構成の更に別の一例を示す概略図である。 図5は、実施例1及び比較例1~5でそれぞれ製造された排ガス浄化触媒装置の構成を示す概略図である。 図6は、実施例1、9、及び10でそれぞれ製造された排ガス浄化触媒装置の構成を示す概略図である。 図7は、実施例11~16でそれぞれ製造された排ガス浄化触媒装置の構成を示す概略図である。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、
基材と、前記基材上の触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒装置であって、
前記触媒コート層は、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層とを有し、
前記上流側コート層は、前記基材上に配置された、上流側下層コート層と、前記上流側下層コート層上に配置された、上流側上層コート層とを有し、
前記下流側コート層は、前記基材上に配置された、下流側下層コート層と、前記下流側下層コート層上に配置された、下流側上層コート層とを有し、
前記上流側下層コート層、前記上流側上層コート層、前記下流側下層コート層、及び前記下流側上層コート層は、それぞれ、Pt、Pd、及びRhから選択される触媒貴金属を含み、
下記の(i)及び(ii)を双方とも満たす、排ガス浄化触媒装置である:
(i)前記上流側上層コート層及び前記下流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度が、いずれも、
前記上流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高く、かつ、
前記下流側上層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高いこと;並びに、
(ii)前記上流側下層コート層及び前記下流側上層コート層中のRhの濃度が、いずれも、
前記上流側上層コート層中のRhの濃度よりも高く、かつ、
前記下流側下層コート層中のRhの濃度よりも高いこと。
以下に、図を参照しながら、本発明の排ガス浄化触媒装置の代表的な構成について説明する。
図1~図4は、それぞれ、本発明の排ガス浄化触媒装置の構成例を示す概略図である。
図1の排ガス浄化触媒装置(100)は、基材(110)と、基材(110)上の触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒装置である。排ガス浄化触媒装置(100)の触媒コート層は、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層(120)と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層(130)とを有する。
上流側コート層は、基材(110)上に配置された、上流側下層コート層(121)と、上流側下層コート層(121)上に配置された、上流側上層コート層(122)とを有する。下流側コート層は、基材(110)上に配置された、下流側下層コート層(131)と、下流側下層コート層(131)上に配置された、下流側上層コート層(132)とを有する。
これら上流側下層コート層(121)、上流側上層コート層(122)、下流側下層コート層(131)、及び下流側上層コート層(132)は、それぞれ、Pt、Pd、及びRhから選択される触媒貴金属を含む。
そして、排ガス浄化触媒装置(100)は、下記の(i)及び(ii)を双方とも満たす:
(i)上流側上層コート層(122)及び下流側下層コート層(131)中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度が、いずれも、
上流側下層コート層(121)中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高く、かつ、
下流側上層コート層(132)中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高いこと;並びに、
(ii)上流側下層コート層(121)及び下流側上層コート層(132)中のRhの濃度が、いずれも、
上流側上層コート層(122)中のRhの濃度よりも高く、かつ、
下流側下層コート層(131)中のRhの濃度よりも高いこと。
上記の(i)及び(ii)の要件は、
上流側コート層では、上層がPt及びPdから選択される1種又は2種を高濃度で含み、下層がRhを高濃度で含み、かつ、
下流側コート層では、上層がRhを高濃度で含み、下層がPt及びPdから選択される1種又は2種を高濃度で含む
ことを示している。
図1の排ガス浄化触媒装置(100)は、このような構成により、ホットNOxの低減と、コールドHCの低減とを、高度に両立することができる。
すなわち、最も早く暖機される排ガス流れの上流側コート層の上層に、Pt及びPdから選択される1種又は2種の触媒貴金属が高濃度で含まれている。そのため、HCの酸化浄化が促進されて、コールドHCが大幅に低減される。また、上流側コート層の下層には、Rhが高濃度で含まれている。そのため、上流側コート層では、上層の触媒貴金属による酸化反応とともに、下層のRhによる還元反応も進行するので、三元触媒作用の全体を促進することができ、これによってコールドHCの低減がアシストされ、コールドHCを更に低減することができる。
一方の下流側コート層では、排ガスと接触し易い上層に、Rhが高濃度で含まれている。これにより、ホットNOxが効率的に低減される。また、下流側コート層の下層には、Pt及びPdから選択される1種又は2種の触媒貴金属が高濃度で含まれており、ホットHCの低減に資するのである。
図2に示す排ガス浄化触媒装置(200)は、本発明の排ガス浄化触媒装置の別の構成例である。
図2の排ガス浄化触媒装置(200)は、
基材(210)と、基材(210)上の触媒コート層とを有すること;
触媒コート層が、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層(220)と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層(230)とを有すること;
上流側コート層が、基材(210)上に配置された、上流側下層コート層(221)と、上流側下層コート層(221)上に配置された、上流側上層コート層(222)とを有すること;及び
下流側コート層が、基材(210)上に配置された、下流側下層コート層(231)と、下流側下層コート層(231)上に配置された、下流側上層コート層(232)とを有すること;並びに
各コート層中に含まれる触媒貴金属の種類及び濃度の大小関係
については、図1の排ガス浄化触媒装置(100)と同じである。
しかしながら、図2の排ガス浄化触媒装置(200)では、上流側下層コート層(221)と、下流側上層コート層(232)とが、連結されて一体になっており、排ガス流れ方向に連続的に存在するRh層(240)を形成している。
この排ガス浄化触媒装置(200)でも、
上流側コート層では、上層に、Pt及びPdから選択される1種又は2種の触媒貴金属が含まれ、下層には、Rhが高濃度で含まれ;
下流側コート層では、上層に、Rhが高濃度で含まれ、下層には、Pt及びPdから選択される1種又は2種の触媒貴金属がRhが高濃度で含まれている。
したがって、図2の排ガス浄化触媒装置(200)は、図1の排ガス浄化触媒装置(100)と同様の機構により、コールドHCが大幅に低減され、三元触媒作用が促進されて、ホットNOx及びホットHCが低減されるのである。
図3に示す排ガス浄化触媒装置(300)は、本発明の排ガス浄化触媒装置の更に別の構成例である。
図3の排ガス浄化触媒装置(300)は、
基材(310)と、基材(310)上の触媒コート層とを有すること;
触媒コート層が、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層(320)と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層(330)とを有すること;
上流側コート層が、基材(310)上に配置された、上流側下層コート層(321)と、上流側下層コート層(321)上に配置された、上流側上層コート層(322)とを有すること;及び
下流側コート層が、基材(310)上に配置された、下流側下層コート層(331)と、下流側下層コート層(331)上に配置された、下流側上層コート層(332)とを有すること;並びに
各コート層中に含まれる触媒貴金属の種類及び濃度の大小関係
については、図1の排ガス浄化触媒装置(100)と同じである。
しかしながら、図3の排ガス浄化触媒装置(300)では、上流側上層コート層(322)の長さと、上流側下層コート層(321)の長さとが異なっている。具体的には、上流側上層コート層(322)の長さが、上流側下層コート層(321)の長さよりも短くなっており、そのため、上流側下層コート層(321)の一部が、排ガスと直接接するように構成されている。
この排ガス浄化触媒装置(300)でも、
上流側コート層では、上層に、Pt及びPdから選択される1種又は2種の触媒貴金属が含まれ、下層には、Rhが高濃度で含まれ;
下流側コート層では、上層に、Rhが高濃度で含まれ、下層には、Pt及びPdから選択される1種又は2種の触媒貴金属がRhが高濃度で含まれている。
したがって、図3の排ガス浄化触媒装置(300)は、図1の排ガス浄化触媒装置(100)と同様の機構により、コールドHCが大幅に低減され、三元触媒作用が促進されて、ホットNOx及びホットHCが低減される。
図4に示す排ガス浄化触媒装置(400)は、本発明の排ガス浄化触媒装置の更に別の構成例である。
図4の排ガス浄化触媒装置(400)は、
基材(410)と、基材(410)上の触媒コート層とを有すること;
触媒コート層が、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層(420)と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層(430)とを有すること;
上流側コート層が、基材(410)上に配置された、上流側下層コート層(421)を有すること;及び
下流側コート層が、基材(410)上に配置された、下流側下層コート層(431)と、下流側下層コート層(431)上に配置された、下流側上層コート層(432)とを有すること
については、図1の排ガス浄化触媒装置(100)と同じである。
しかしながら、図4の排ガス浄化触媒装置(400)では、上流側上層コート層(422)が、上流側下層コート層(421)上に配置された、上流側上層コート層上流部(422(a))から、下流側に更に延在しており、下流側上層コート層(432)の上流側の一部を被覆する、上流側上層コート層下流部(422(b))を含んでいる。
この図4の排ガス浄化触媒装置(400)でも、各コート層中に含まれる触媒貴金属の種類及び濃度の大小関係は、図1の排ガス浄化触媒装置(100)と同じであり、したがって、図1の排ガス浄化触媒装置(100)と同様の機構により、コールドHCが大幅に低減され、三元触媒作用が促進されて、ホットNOx及びホットHCが低減される。
以下、本発明の排ガス浄化触媒装置を構成する各要素について、順に詳説する。
《《排ガス浄化触媒装置》》
上述したとおり、本発明の排ガス浄化触媒装置は、基材と、基材上の触媒コート層とを有する。
《基材》
本発明の排ガス浄化触媒装置における基材としては、排ガス浄化触媒装置の基材として一般に使用されているものを使用することができる。例えば、コージェライト、SiC、ステンレス鋼、無機酸化物粒子等の材料から構成されている、例えばストレートフロー型のモノリスハニカム基材であってよい。
《触媒コート層》
触媒コート層は、基材上に存在する。詳しくは、触媒コート層は、基材において排ガス流れの上流端から下流端まで連通するセルを規格するセル壁の表面上に、セル側に突出する層として、存在していてよい。
触媒コート層は、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層とを有する。
〈上流側コート層〉
上流側コート層は、基材上の排ガス流れ上流側に配置されている。この上流側コート層は、上流側下層コート層と、上流側上層コート層とを有する。
上流側下層コート層は、基材上の排ガス流れ上流側において、基材上に直接配置されている。上流側上層コート層は、この上流側下層コート層上に配置されている。
〈下流側コート層〉
下流側コート層は、基材上の排ガス流れ下流側に配置されている。この下流側コート層は、下流側下層コート層と、下流側上層コート層とを有する。
下流側下層コート層は、基材上の排ガス流れ下流側において、基材上に直接配置されている。下流側上層コート層は、この下流側下層コート層上に配置されている。
(触媒コート層の長さ)
上流側コート層の長さは、コールドHCの低減を確実に行わせる観点から、基材長さの20%以上、22%以上、25%以上、27%以上、30%以上、又は32%以上であってよく、下流側コート層の三元触媒作用の発現を確保する観点から、基材長さの50%以下、48%以下、45%以下、43%以下、40%以下、38%以下、又は35%以下であってよい。
上流側コート層の長さは、典型的には、基材長さの20%以上50%以下であってよい。
上記の上流側コート層の長さは、上流側下層コート層の長さ、及び上流側上層コート層の長さとしても、そのまま妥当する。ここで、上流側下層コート層の長さと、上流側上層コート層の長さとは、同じであってもよく、異なっていてもよい。上流側上層コート層の長さは、上流側下層コート層の長さとは独立に、基材長さの25%以上、30%以上、35%以上、又は40%以上であってよく、基材長さの75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、55%以下、又は50%以下であってよい。
上流側上層コート層の長さは、典型的には、上流側下層コート層の長さとは独立に、基材長さの30%以上60%以下であってよい。
上流側下層コート層の長さと、上流側上層コート層の長さとが異なっている場合、本明細書における上流側コート層の長さとは、基材上で、上流側下層コート層と上流側上層コート層とが、積層して存在している部分の長さとして定義される。
また、三元触媒作用によるコールドHC低減のアシスト効果を担保するため、本発明の排ガス浄化触媒装置は、排ガス流れ上流側の端部付近に、上流側上層コート層が、上流側下層コート層を介さずに、基材上に直接配置された領域を有さなくてよい。
下流側コート層の長さは、三元触媒作用の発現を確保する観点から、基材長さの50%以上、52%以上、55%以上、60%以上、62%以上、又は65%以上であってよく、上流側コート層によるコールドHCの低減を確実に行わせる観点から、基材長さの80%以下、78%以下、75%以下、73%以下、70%以下、又は68%以下であってよい。
下流側コート層の長さは、典型的には、基材長さの50%以上80%以下であってよい。
上記の下流側コート層の長さは、下流側下層コート層の長さ、及び下流側上層コート層の長さとしても、そのまま妥当する。ここで、下流側下層コート層の長さと、下流側上層コート層の長さとは、同じであってもよく、異なっていてもよい。下流側下層コート層の長さと、下流側上層コート層の長さとが異なっている場合、本明細書における下流側コート層の長さとは、基材上で、下流側下層コート層と下流側上層コート層とが、積層して存在している部分の長さとして定義される。
また、触媒貴金属としてRhを高濃度で含む層の配置長さを確保して、ホットNOxの低減を効果的に行わせる観点から、上流側下層コート層と、下流側上層コート層との合計の長さは、基材長さの70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、又は95%以上であってよく、100%であってもかまわない。
上述したように、上流側上層コート層の長さが上流側下層コート層の長さよりも長く、上流側上層コート層が、下流側コート層の一部を被覆している態様も、本発明の排ガス浄化触媒装置に包含される。この場合、ホットNOxの効果的な低減のために、下流側コート層、特に下流側上層コート層の少なくとも一部は、上流側上層コート層に被覆されず、排ガスと直接接し得るように構成されていてよい。
この観点から、下流側上流コート層は、基材長さの30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、又は50%以上の範囲において、上流側上層コート層に被覆されておらずに、排ガスと直接接することができてよい。
(触媒コート層のコート量)
コールドHCの低減には、排ガス浄化触媒装置のうち、特に、排ガス流れ上流側の熱容量を低く設定して、昇温性を高くしておくことが望まれる。この観点から、上流側コート層のコート量は、上流側コート層形成部分の基材1L当たり、250g/L以下、240g/L以下、230g/L以下、220g/L、210g/L以下、200g/L、190g/L以下、又は180g/L以下であってよい。一方で、上流側コート層によるコールドHCの低減効果を確保する観点から、上流側コート層のコート量は、上流側コート層形成部分の基材1L当たり、160g/L以上、170g/L以上、180g/L以上、190g/L以上、又は200g/L以上であってよい。
同様に、排ガス流れ上流側の昇温性を高くする観点から、上流側上層コート層のコート量は、上流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、160g/L以下、150g/L以下、140g/L以下、120g/L以下、110g/L以下、100g/L以下、又は90g/L以下であってよい。一方で、上流側上層コート層によるコールドHCの低減効果を確保する観点から、上流側上層コート層のコート量は、上流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、60g/L以上、70g/L以上、80g/L以上、90g/L以上、100g/L以上、又は110g/L以上であってよい。
更に、排ガス流れ上流側の昇温性を高くする観点から、上流側下層コート層のコート量は、上流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、140g/L以下、130g/L以下、120g/L以下、110g/L以下、100g/L以下、又は90g/L以下であってよい。一方で、三元触媒作用によるコールドHC低減のアシスト効果を担保するため、上流側下層コート層のコート量は、上流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、60g/L以上、65g/L以上、70g/L以上、又は75g/L以上であってよい。
また、排気背圧の無用な上昇を回避しつつ、下流側コート層による三元触媒作用を確保して、ホットHC及びホットNOxの低減を図る観点から、下流側上層コート層のコート量は、下流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、120g/L以下、110g/L以下、100g/L以下、又は90g/L以下であってよく、60g/L以上、65g/L以上、70g/L以上、75g/L以上、80g/L以上、又は85g/L以上であってよい。
同様の観点から、下流側下層コート層のコート量は、下流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、200g/L、190g/L以下、185g/L以下、又は180g/L以下であってよく、150g/L以上、160g/L以上、170g/L以上、又は175g/L以上であってよい。
〈触媒コート層の成分〉
(触媒貴金属)
上流側下層コート層、上流側上層コート層、下流側下層コート層、及び下流側上層コート層は、それぞれ、Pt、Pd、及びRhから選択される触媒貴金属を含み、下記の(i)及び(ii)を双方とも満たす:
(i)上流側上層コート層及び下流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度が、いずれも、
上流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高く、かつ、
下流側上層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高いこと;並びに、
(ii)上流側下層コート層及び下流側上層コート層中のRhの濃度が、いずれも、
上流側上層コート層中のRhの濃度よりも高く、かつ、
下流側下層コート層中のRhの濃度よりも高いこと。
上記(i)の要件は、具体的には、
上流側上層コート層及び下流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度が、それぞれ、
上流側下層コート層中のPt及びPdから選択される1種又は2種の濃度、並びに下流側上層コート層中のPt及びPdから選択される1種又は2種の濃度に対して、
2倍以上、5倍以上、10倍以上、50倍以上、100倍以上、500倍以上、若しくは1,000倍以上であることをいい、又は、上流側下層コート層及び下流側上層コート層がPt及びPdから選択される1種又は2種を含まず、したがって、この倍率が無限大であってもよい。
上記(ii)の要件は、具体的には、
上流側下層コート層及び下流側上層コート層中のRhの濃度が、それぞれ、
上流側上層コート層中のRhの濃度、及び下流側下層コート層中のRhの濃度に対して、
2倍以上、5倍以上、10倍以上、50倍以上、100倍以上、500倍以上、若しくは1,000倍以上であることをいい、又は、上流側上層コート層及び下流側下層コート層がRhを含まず、したがって、この倍率が無限大であってもよい。
上述したとおり、これら(i)及び(ii)の要件は、
上流側コート層では、上層がPt及びPdから選択される1種又は2種を高濃度で含み、下層がRhを高濃度で含み、かつ、
下流側コート層では、上層がRhを高濃度で含み、下層がPt及びPdから選択される1種又は2種を高濃度で含む
ことを意味している。
ここで、各コート層中の触媒貴金属の濃度とは、当該コート層中の触媒貴金属量の、当該コート層形成部分の基材1L当たりの質量割合(g/L)をいう。
上流側上層コート層及び下流側下層コート層は、それぞれ、Pt及びPdから選択される1種又は2種を含んでいてよく、特にPdを含んでいてよい。この場合、これらのコート層は、Ptを含んでいなくてよい。
上流側上層コート層及び下流側下層コート層が、それぞれ、Pdを含み、かつ、Ptを含まない場合、これらのコート層におけるPdの含有量は、それぞれ、以下のとおりであってよい。
上流側上層コート層中のPd量は、上流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、1.0g/L以上、2.0g/L以上、3.0g/L以上、又は4.0g/L以上であってよく、8.0g/L以下、7.0g/L以下、6.0g/L以下、5.5g/L以下、5.0g/L以下、4.5g/L以下、又は4.0g/L以下であってよい。
上流側下層コート層中のPd量は、上流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、0.25g/L以上、0.50g/L以上、0.75g/L以上、又は1.00g/L以上であってよく、2.00g/L以下、1.75g/L以下、1.50g/L以下、1.25g/L以下、又は1.00g/L以下であってよい。
上流側上層コート層による、コールドHCの低減を効果的に行わせ、これによってトータルのHC量の低減を図るためには、上流側上層コート層及び下流側下層コート層のうちの上流側上層コート層に、Pdを集中的に配置することが望ましい。一方で、下流側コート層の三元触媒作用を確保して、ホットHCの低減を図る必要もある。
上記の観点から、
上流側上層コート層中の、上流側上層コート層形成部分の基材1L当たりのPd量は、
下流側下層コート層中の、下流側下層コート層形成部分の基材1L当たりのPd量の
1.5倍以上、2.0倍以上、2.5倍以上、3.0倍以上、3.5倍以上、又は4.0倍以上であってよく、10.0倍以下、8.0倍以下、7.0倍以下、6.0倍以下、又は5.0倍以下であってよい。
上流側上層コート層及び下流側下層コート層は、それぞれ、実質的にRhを含まなくてよい。これらのコート層が、実質的にRhを含まないとは、これらのコート層中のRhの量が、当該コート層形成部分の基材1L当たり、0.020g/L以下、0.010g/L以下、0.005g/L以下、0.003g/L以下、又は0.001g/L以下である場合をいい、Rhを全く含まなくてもよい。
上流側下層コート層及び下流側上層コート層は、それぞれ、Rhを含んでいてよい。
これらのコート層中のRh量は、各コート層形成部分の基材1L当たりのRh量として、0.05g/L以上、0.10g/L以上、0.15g/L以上、又は0.20g/L以上であってよく、0.40g/L以下、0.35g/L以下、0.30g/L以下、0.25g/L以下、又は0.20g/L以下であってよい。
上流側下層コート層中の、上流側下層コート層形成部分の基材1L当たりのRh量と、
下流側上層コート層中の、下流側上層コート層形成部分の基材1L当たりのRh量と
の比(重量比)は、1.0:2.0~2.0:1.0の範囲であってよく、1.0:1.5~1.5:1.0の範囲であってよく、1.0:1.2~1.2:1.0の範囲であってよい。
上流側下層コート層及び下流側上層コート層は、それぞれ、実質的にPt及びPdを含まなくてよい。これらのコート層が、実質的にPt及びPdを含まないとは、これらのコート層中のPt及びPdの合計量が、当該コート層形成部分の基材1L当たり、0.020g/L以下、0.010g/L以下、0.005g/L以下、0.003g/L以下、又は0.001g/L以下である場合をいい、Pt及びPdを全く含まなくてもよい。
各コート層中の触媒貴金属は、後述する無機酸化物の1種又は2種以上に担持されていてよい。典型的には、コート層中の触媒貴金属は、微粒子として、無機酸化物粒子の1種又は2種以上に担持されていてよい。
(任意成分)
上流側下層コート層、上流側上層コート層、下流側下層コート層、及び下流側上層コート層は、それぞれ、上述の触媒貴金属以外の任意成分を含んでいてよい。これらのコート層における任意成分は、例えば、無機酸化物、助触媒、バインダー等であってよい。
-無機酸化物-
無機酸化物は、例えば、Al、Si、Ti、Zr、Ce、La、Pr、Nd、Y等から選択される、1種、又は2種以上の元素の酸化物であってよい。無機残化物が2種以上の元素の酸化物であるとき、複数種の無機酸化物の混合物であっても、複数種の元素を含む複合酸化物であっても、これらの双方を含む形態の無機酸化物であってもよい。具体的には、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、シリカ-アルミナ複合酸化物、セリア、ジルコニア、セリア-ジルコニア複合酸化物(CZ)等であってよい。これらの無機酸化物は、Ce以外の希土類元素(La、Pr、Nd、Y等)でドープされた複合酸化物であってもよい。
各コート層は、酸素貯蔵能を有する材料(OSC材)を含んでいてよい。コート層がOSC材を含んでいると、OSC材の雰囲気緩和能によって、リッチ時でもHCを触媒浄化することが可能となり、特に、ホットHCの低減に資する。
OSC材は、典型的にはセリアである。セリアは、単独のセリアとして、又はセリアを含む複合酸化物の形態で、各コート層中に含まれていてよい。セリアを含む複合酸化物は、例えばCZであってよく、希土類元素でドープされたCZであってもよい。
少なくとも下流側下層コート層は、セリアを含んでいてよい。下流側下層コート層がセリアを含んでいると、下流側上層コート層中のRhのメタル化を阻害せずに雰囲気を緩和することができるから、下流側コート層による三元触媒作用を促進させて、ホットHC及びホットNOxの低減に資する。
十分な雰囲気緩和能を発揮するために、下流側下層コート層のセリアの量は、下流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、10g/L超、20g/L以上、30g/L以上、40g/L以上、45g/L以上、50g/L以上、又は55g/L以下であってよい。一方で、基材の実効セル容量を維持し、排気背圧の無用な上昇を避けるため、下流側下層コート層のセリアの量は、下流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、100g/L以下、90g/L以下、80g/L以下、75g/L以下、70g/L以下、又は65g/L以下であってよい。
下流側上層コート層中に存在するRhのメタル化を阻害しないように、下流側上層コート層中のセリアの量は、下流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、12g/L以下、10g/L以下、9g/L以下、又は8g/L以下であってよい。一方で、リーン時にもRhの還元浄化活性を維持するために、下流側上層コート層にも一定の雰囲気緩和能を付与する目的で、下流側上層コート層中のセリアの量は、下流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、1g/L以上、2g/L以上、3g/L以上、4g/L以上、又は5g/L以上であってよい。
下流側上層コート層中に存在するRhのメタル化を阻害しない範囲で、下流側コート層の雰囲気緩和能を高めるために、下流側上下層の合計のセリア量は、下流側コート層形成部分の基材1L当たり、12g/L以上、20g/L以上、30g/L以上、40g/L以上、50g/L以上、55g/L以上、60g/L以上、又は65g/L以上であってよく、110g/L以下、100g/L以下、90g/L以下、80g/L以下、75g/L以下、又は70g/L以下であってよい。
上流側下層コート層中に存在するRhのメタル化を阻害せず、かつ、上流側コート層の酸化活性を維持し、特にコールドエミッションの効果的な低減を図るために、上流側下層コート層中のセリアの量は、上流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、10g/L以下、9g/L以下、又は8g/L以下であってよい。一方で、リーン時に、Rhの還元浄化活性を発揮させるために、上流側下層コート層にも一定の雰囲気緩和能を付与する目的で上流側下層コート層中のセリアの量は、上流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、1g/L以上、2g/L以上、3g/L以上、4g/L以上、又は5g/L以上であってよい。
上流側コート層に雰囲気緩和能を付与するために、上流側上層コート層は、セリアを含んでいてもよい。しかしながら、上流側コート層の酸化活性を維持し、コールドエミッションの効果的な低減を図るために、上流側上層コート層中のセリアの量は制限されてよく、例えば、上流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、60g/L以下、50g/L以下、40g/L以下、30g/L以下、20g/L以下、15g/L以下、10g/L以下、5g/L以下、3g/L以下、若しくは1g/L以下であってよく、又は上流側上層コート層がセリアを含有していなくてもよい。
下流側上層コート層及び上流側下層コート層中に存在するRhのメタル化を阻害せず、かつ、上流側コート層の酸化活性を維持し、コールドHCの効果的な低減を図るために、上流側下層コート層中のセリア濃度、上流側上層コート層中のセリア濃度、及び下流側上層コート層中のセリア濃度は、それぞれ独立に、下流側下層コート層中のセリア濃度の、70%以下、60%以下、50%以下、40%以下、30%以下、25%以下、20%以下、15%以下、又は10%以下であってよい。特に、上流側上層コート層は、これに含まれるセリアの濃度は、下流側下層コート層中のセリア濃度の、8%以下、5%以下、3%以下、1%以下、若しくは0.5%以下であってもよく、又は0%であってもよい。上記において、コート層中のセリア濃度とは、当該コート層中のセリア量の、当該コート層形成部分の基材1L当たりの質量割合をいう。
上流側コート層の酸化活性を維持し、コールドHCの効果的な低減を図るために、上流側コート層中のセリア濃度は、下流側コート層中のセリア濃度に対して、65%以下、60%以下、50%以下、40%以下、25%以下、30%以下、20%以下、又は15%以下であってよい。一方で、上流側コート層に必要な雰囲気酸化能を付与して、上流側コート層が三元触媒機能を介してコールドHCの低減に寄与できるように、上流側コート層中のセリア濃度は、下流側コート層中のセリア濃度の1%以上、3%以上、5%以上、7%以上、又は10%以上であってよい。上記において、コート層中のセリア濃度とは、当該コート層の上下層合計のセリア量の、当該コート層形成部分の基材1L当たりの質量割合をいう。
上流側下層コート層、上流側上層コート層、下流側下層コート層、及び下流側上層コート層は、それぞれ、アルミナを含んでいてよい。アルミナは、単独のアルミナとして、又はアルミナを含む複合酸化物の形態で、各コート層中に含まれていてよい。アルミナを含む複合酸化物は、例えばシリカ-アルミナ複合酸化物であってよく、希土類元素でドープされたアルミナであってもよい。アルミナにドープされる希土類は、例えば、La、Pr、Nd、Y等であってよく、特にLaであってよい。
各コート層に含まれる触媒貴金属は、上述の無機酸化物の1種又は2種以上に担持されていてよい。触媒貴金属は、典型的には、微粒子の状態で、無機酸化物の1種又は2種以上の粒子の表面上に担持されてよい。
-助触媒-
各コート層は、助触媒を含んでいてよい。
本発明の排ガス浄化触媒装置のコート層に含まれる助触媒は、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等であってよい。典型的には、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の強酸塩であってよく、例えば、硫酸バリウムであってよい。
-バインダー-
本発明の排ガス浄化触媒装置のコート層に含まれるバインダーは、例えば、無機酸化物のゾルであってよく、典型的には、アルミナゾル、ジルコニアゾル、チタニアゾル等であってよい。
《《排ガス浄化触媒装置の製造方法》》
本発明の排ガス浄化装置は、公知の方法、若しくはこれに当業者による適宜の変更を加えた方法により、又はこれらを組み合わせた方法により、製造することができる。
以下、図1に示した排ガス浄化触媒装置(100)、及び図2に示した排ガス浄化触媒装置(200)を例にとり、その製造方法の具体例を説明する。しかしながら、本発明の排ガス浄化装置を製造する方法は、これに限定されない。
図1に示した排ガス浄化触媒装置(100)を製造する場合、先ず、所望の排ガス浄化触媒装置(100)の基材に対応する基材(110)を準備する。
次に、この基材(110)上に、上流側下層コート層(121)及び下流側下層コート層(131)を形成する。上流側下層コート層(121)及び下流側下層コート層(131)の形成順は、任意の順であってよい。次いで、上流側下層コート層(121)上に上流側上層コート層(122)を、下流側下層コート層(131)上に下流側上層コート層(132)を、それぞれ形成することにより、所望の排ガス浄化触媒装置(100)が得られる。上流側上層コート層(122)及び下流側上層コート層(132)の形成順は、任意の順であってよい。
各コート層を形成するには、基材上又は下層コート層上に、各コート層形成用塗工液を所定のコート範囲にてコートし、必要に応じて乾燥した後、焼成する方法によってよい。各コート層形成用塗工液は、所定の種類及び量の触媒金属前駆体、無機酸化物、その他の任意成分を含む、例えば水分散体であってよい。触媒貴金属前駆体は、所望の触媒貴金属の硝酸塩、硫酸塩、塩化物、錯体等の中から、溶媒(例えば水)に可溶のものを適宜選択して使用してよい。
焼成は、全コート層の塗工液を塗布した後にまとめて行ってもよいし、一部のコート層の塗工液を塗布して焼成した後に、他のコート層の塗工液を塗布して焼成するというように、複数回に分けて行ってもよい。
図2に示した排ガス浄化触媒装置(200)を製造する場合、先ず、所望の排ガス浄化触媒装置(200)の基材に対応する基材(210)を準備する。
次に、この基材(210)上に、下流側下層コート層(231)を形成する。
次いで、下流側下層コート層(231)が形成された基材上に、Rh層(240)を形成する。このRh層(240)は、排ガス流れ上流側では、基材(210)上に直接形成された上流側下層コート層(221)を構成し、排ガス流れ下流側では、下流側下層コート層(231)上に形成された下流側上層コート層(232)を構成し、これらが連結された1つのコート層である。
その後、Rh層(240)のうちの排ガス流れ上流側である、上流側下層コート層(221)上に、上流側上層コート層(222)を形成することにより、図2の排ガス浄化触媒装置(200)が得られる。
各コート層の形成は、図1に示した排ガス浄化触媒装置(100)を製造する場合と同様に、又はこれに当業者による適宜の変更を加えた方法によって、行われてよい。
以下の実施例及び比較例において、基材としては、容量約1Lの円柱形状のコージェライト製ストレートフロー型ハニカム基材を使用した。
塗工液の調製に用いた成分は、以下のとおりである。
Rh前駆体:塩化ロジウム
Pd前駆体:硝酸パラジウム
アルミナ:Laを含む複合化Al
OSC材A:La、Pr、Nd、及びYを含むCZ複合酸化物(セリア含量60質量%)
OSC材B:La、Pr、Nd、及びYを含むCZ複合酸化物(セリア含量20質量%)
助触媒:硫酸バリウム
バインダー:アルミナゾル
《実施例1》
1.排ガス浄化触媒装置の製造
(1)塗工液の調製
硝酸パラジウム1.45g(金属Pd換算0.67g相当)、アルミナ40.20g、OSC材A67.00g(セリア40.20g相当)、硫酸バリウム6.70g、及びアルミナゾル3.35gを、蒸留水中で混合し、ビーズミルで湿式粉砕することにより、下流側下層Pd層形成用塗工液を調製した。
使用した成分の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は、上記の下流側下層Pd層形成用塗工液の調製と同様の手法により、上流側下層Rh層形成用塗工液、下流側上層Rh層形成用塗工液、及び上流側上層Pd層形成用塗工液を、それぞれ、調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた下流側下層Pd層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、基材の下流端から基材長さの67%の領域に、下流側下層Pd層形成用塗工液をコートした。次いで、下流側下層Pd層形成用塗工液コート後の基材の、排ガス流れ上流端に、上流側下層Rh層形成用塗工液を配置し、下流端から吸引器で吸引して、基材の上流端から基材長さの33%の領域に、上流側下層Rh層形成用塗工液をコートした。その後、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成することにより、基材上に、下流側Pd層及び上流側Rh層から成る下層を形成した。
下層形成後の基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた下流側上層Rh層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、下層を有する基材の下流端から基材長さの67%の領域に、下流側上層Rh層形成用塗工液をコートした。次いで、下流側上層Rh層形成用塗工液コート後の基材の、排ガス流れ上流端に、上流側上層Pd層形成用塗工液を配置し、下流端から吸引器で吸引して、基材の上流端から基材長さの33%の領域に、上流側上層Pd層形成用塗工液をコートした。その後、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成して、基材の下層上に、下流側Rh層及び上流側Pd層から成る上層を形成することにより、実施例1の排ガス浄化触媒装置を得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置では、触媒コート層のうちの上流側ゾーン(上流端から基材長さの33%の領域)における上層(上流側上層Pd層)のPd密度(上流側上層Pd層形成部分の基材1L当たりのPd量)は、4.00g/L-ゾーンである。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図5(A)に示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置について、リッチ及びリーンの交互条件の耐久試験により、15万マイル走行相当の耐久処理を行った。
耐久後の排ガス浄化触媒装置を、排気量2,000mLのガソリンエンジンを搭載したULEV70基準適合車両に到着し、FTP75走行モードにて試験を行い、Bag1~Bag3の各フェーズにおけるNMOG(非メタン有機ガス)及びNOxのエミッション量を測定した。
排ガス浄化触媒装置試料は、エンジン直下に搭載され、各試料の比較を容易化するため、床下触媒は搭載しなかった。
なお、Bag1フェーズはコールドスタートフェーズを示し、Bag2フェーズはトランジェントフェーズを示し、Bag3フェーズはホットスタートフェーズを示す。したがって、Bag1フェーズのNMOGエミッションは、コールドHCエミッションに相当し、Bag2フェーズのNOxエミッション量とBag3フェーズのNOxエミッション量との合計は、ホットNOxエミッションに相当する。
排ガス浄化触媒装置の評価結果を、表2に示す。
《比較例1及び2》
(1)塗工液の調製
使用した成分の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は、実施例1と同様の手法により、下層形成用塗工液及び上層形成用塗工液を、それぞれ調製した。
ここで調製した下層形成用塗工液は、
比較例1では、下層Pd層形成用塗工液であり、
比較例2では、下層Rh層形成用塗工液であり、
上層形成用塗工液は、
比較例1では、上層Rh層形成用塗工液であり、
比較例2では、上層Pd層形成用塗工液である。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた下層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、基材長さの100%の領域に、下層形成用塗工液をコートした。次いで、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成することにより、基材上に、下層を形成した。
下層形成後の基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた上層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、下層を有する基材の下流端から基材長さの100%の領域に、上層形成用塗工液をコートした。次いで、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成して、基材の下層上に、上層を形成することにより、比較例1及び2の排ガス浄化触媒装置を、それぞれ得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図5(B)及び図5(C)に、それぞれ示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置をそれぞれ用いて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を、表2に示す。
《比較例3》
(1)塗工液の調製
使用した成分の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は、実施例1と同様の手法により、下下流側層Pd層形成用塗工液、上流側下層Pd層形成用塗工液、及び上層Rh層形成用塗工液を、それぞれ調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた下流側下層Pd層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、基材の下流端から基材長さの67%の領域に、下流側下層Pd層形成用塗工液をコートした。次いで、下流側下層Pd層形成用塗工液コート後の基材の、排ガス流れ上流端に、上流側下層Pd層形成用塗工液を配置し、下流端から吸引器で吸引して、基材の上流端から基材長さの33%の領域に、上流側下層Pd層形成用塗工液をコートした。その後、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成することにより、基材上に、下流側Pd層及び上流側Pd層から成る下層を形成した。
下層形成後の基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた上層Rh層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、下層を有する基材の下流端から基材長さの100%の領域に、上層Rh層形成用塗工液をコートした。次いで、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成して、基材の下層上に、上層Rh層を形成することにより、比較例3の排ガス浄化触媒装置を得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図5(D)に示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を、表2に示す。
《比較例4》
(1)塗工液の調製
使用した成分の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は、実施例1と同様の手法により、下層Pd層形成用塗工液、下流側上層Rh層形成用塗工液、及び上流側上層Pd層形成用塗工液を、それぞれ調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた下層Pd層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、基材長さの100%の領域に、下層Pd層形成用塗工液をコートした。次いで、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成することにより、基材上に、Pd層である下層を形成した。
下層形成後の基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた上下流側層Rh層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、下層を有する基材の下流端から基材長さの67%の領域に、下流側上層Rh層形成用塗工液をコートした。次いで、下流側上層Rh層形成用塗工液コート後の基材の、排ガス流れ上流端に、上流側上層Pd層形成用塗工液を配置し、下流端から吸引器で吸引して、基材の上流端から基材長さの33%の領域に、上流側上層Pd層形成用塗工液をコートした。その後、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成して、基材の下層上に、下流側Rh層及び上流側Pd層から成る上層を形成することにより、比較例4の排ガス浄化触媒装置を得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図5(E)に示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を、表2に示す。
《比較例5》
(1)塗工液の調製
使用した成分の種類及び量を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は、実施例1と同様の手法により、下層Pd層形成用塗工液、上層Rh層形成用塗工液、及び上流側最上層Pd層形成用塗工液を、それぞれ調製した。
を、それぞれ、調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
上記で得られた、下層Pd層形成用塗工液及び上層Rh層形成用塗工液を用いて、比較例1と同様の手法により、基材上に、Pd層である下層、及びRh層である上層を、この順に形成した。
下層及び上層を形成した後の基材の、排ガス流れ上流端に、上流側最上層Pd層形成用塗工液を配置し、下流端から吸引器で吸引して、基材の上流端から基材長さの33%の領域に、上流側最上層Pd層形成用塗工液をコートした。次いで、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成して、基材の上層上に、上流側最上層Pd層を形成することにより、比較例5の排ガス浄化触媒装置を得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図5(F)に示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を、表2に示す。
Figure 2022075041000002
Figure 2022075041000003
Figure 2022075041000004
触媒コート層が、下層のPd層及び上層のRh層の2層構成であり、触媒コート層の成分が基材長さの100%にわたって均一に配置された、比較例1の排ガス浄化触媒装置では、耐久後エミッションのうち、ホットNOxエミッションの低減効果は認められるが、コールドHCエミッションの低減が不十分であった。
また、触媒コート層が、下層のRh層及び上層のPd層の2層構成であり、触媒コート層の成分が基材長さの100%にわたって均一に配置された、比較例2の排ガス浄化触媒装置では、比較例1の装置と比べて、コールドHCエミッションは低減されたものの、ホットNOxエミッションが、大きく増大した。これは、触媒反応の反応熱によって、触媒コート層の排ガス流れ下流側が高温化して、耐熱性の低いPdが熱劣化したこと、及びNOxの還元浄化活性を有するRhが下層に配置されたため、排ガスとの接触効率に劣ることとなって、反応効率が低くなったことに起因すると考えられる。
比較例3の排ガス浄化触媒装置は、比較例1の装置において、下層のPd層を、排ガス流れ上流側と下流側とにゾーン化し、上流側のPd濃度を高くした構成を有する。この排ガス浄化装置では、比較例1の装置のホットNOxエミッションの低減効果を維持しつつ、コールドHCエミッションを低減することが期待された。しかしながら、比較例3の装置では、コールドHCエミッションを低減効果は不十分であった。下層に配置されたPdと、HCとの反応効率が低かったためと考えられる。
比較例4の排ガス浄化触媒装置は、比較例1の装置において、上層をゾーン化し、排ガス流れ上流側にPd層を配置した構成を有する。上流側にPd層を配置した分、上層Rh層の長さは短くなっている。この比較例4の装置では、上流側上層にPdを配置したことにより、コールドHCエミッションは、ある程度は低減された。しかしながら、比較例1の装置と比べて、ホットNOxエミッションは増大した。上層Rh層の長さが短くなったことによると考えられる。
比較例5の排ガス浄化触媒装置は、比較例1の装置において、上流側の最上層に、Pd層を追加した構成を有する。この比較例5の装置では、コールドHCエミッションは、ある程度低減された。しかしながら、比較例1の装置と比べて、ホットNOxエミッションは増大した。これは、上流側最上層へのPd層の追加配置により、触媒コート層の熱容量が増大して、昇温性が損なわれたことによると考えられる。
これらの比較例に対して、本発明所定の構成を有する実施例1の排ガス浄化触媒装置では、コールドHCエミッション及びホットNOxエミッション双方が有意に低減された。また、これらのエミッションが低減されたことにより、NMOG及びNOx合計のエミッションも、大幅に低減された。
《実施例2~5》
(1)塗工液の調製
上流側上層Pd層形成用塗工液に含まれるOSC材Aの量を表3に記載のとおりに変更した他は、実施例1と同様にして、各層形成用塗工液を調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
上記で得られた各層形成用塗工液を用いて、実施例1と同様にして、基材上に、下流側Pd層及び上流側Rh層から成る下層、並びに下流側Rh層及び上流側Pd層から成る上層を、この順に形成することにより、実施例2~5の排ガス浄化触媒装置をそれぞれ得た。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた各排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。コールドHCエミッションの評価結果(Bag1フェーズのNMOGエミッション)を、実施例1の評価結果とともに、表4に示す。
Figure 2022075041000005
Figure 2022075041000006
表3及び表4の結果からは、実施例1~5の排ガス浄化触媒装置のコールドHCエミッション量は、総じて低い値を示した。これらの中でも、上流側上層中のセリア濃度の、下流側下層中のセリア濃度に対する比が小さくなるほど、コールドHCエミッション量がより低減される傾向が見られた。特に、上流側上層中のセリア濃度の下流側下層中のセリア濃度に対する比が、0.45を下回る実施例1~3の排ガス浄化触媒装置では、コールドHCエミッション量が極めて低かった。これは、上流側ゾーン、特に上流側上層Pd層中のOSC材の量が少なくなって、OSC材による酸素吸収が制限されたため、リッチ時であってもPdの酸化触媒活性が、高い状態に維持されたことによると考えられる。
《実施例6~8》
(1)塗工液の調製
上流側上層Pd層形成用塗工液に含まれるアルミナの量を表5に記載のとおりに変更した他は、実施例1と同様にして、各層形成用塗工液を調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
上記で得られた各層形成用塗工液を用いて、実施例1と同様にして、基材上に、下流側Pd層及び上流側Rh層から成る下層、並びに下流側Rh層及び上流側Pd層から成る上層を、この順に形成することにより、実施例2~5の排ガス浄化触媒装置をそれぞれ得た。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた各排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。コールドHCエミッションの評価結果(Bag1フェーズのNMOGエミッション)を、実施例1の評価結果とともに、表6に示す。
Figure 2022075041000007
Figure 2022075041000008
表5及び表6の結果からは、実施例1及び6~8の排ガス浄化触媒装置のコールドHCエミッション量は、総じて低い値を示した。これらの中でも、上流側上層の触媒層のコート量(全固形分量)が少なくなるほど、コールドHCエミッション量がより低減される傾向が見られた。特に、上流側上層の触媒コート層が、130g/L程度を下回る実施例1及び6の排ガス浄化触媒装置では、コールドHCエミッション量が極めて低かった。これは、上流側上層の触媒コート層のコート量が少なくなって、熱容量が下がったため、上流側上層であるPd層の暖機性の点で特に有利になったことによると考えられる。
《実施例9》
(1)塗工液の調製
使用した成分の種類及び量を、それぞれ、表7に記載のとおりとした他は、実施例1と同様の手法により、下流側下層Pd層形成用塗工液、Rh層形成用塗工液、及び上流側上層Pd層形成用塗工液を、それぞれ調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
基材の、排ガス流れ下流端に、上記で得られた下流側下層Pd層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、基材の下流端から基材長さの67%の領域に、下流側下層Pd層形成用塗工液をコートした。次いで、下流側下層Pd層形成用塗工液コート後の基材の、排ガス流れ上流端に、Rh層形成用塗工液を配置し、下流端から吸引器で吸引して、基材の上流端から基材長さの80%の領域に、Rh層形成用塗工液をコートした。更に、下流側下層Pd層形成用塗工液及びRh層形成用塗工液コート後の基材の、排ガス流れ上流端に、上流側上層Pd層形成用塗工液を配置し、下流端から吸引器で吸引して、基材の上流端から基材長さの33%の領域に、上流側上層Pd層形成用塗工液をコートした。その後、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成することにより、基材上に、下流側下層Pd層、上流端から基材長さの80%の長さのRh層、及び上流側上層Pd層をこの順に有する、実施例9の排ガス浄化触媒装置を得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図6(B)に示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を、実施例1の評価結果とともに、表8に示す。
《実施例10》
(1)塗工液の調製
実施例9と同様にして、表7に記載の各層形成用塗工液を調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
Rh層形成用塗工液の配置位置を、排ガス流れ下流端とし、次いで上流端から吸引器で吸引して、基材の下流端から基材長さの80%の領域に、Rh層形成用塗工液をコートした他は、実施例9と同様にして、基材上に、下流側下層Pd層、下流端から基材長さの80%の長さのRh層、及び上流側上層Pd層をこの順に有する、実施例10の排ガス浄化触媒装置を得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図6(C)に示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を、実施例1の評価結果とともに、表8に示す。
Figure 2022075041000009
Figure 2022075041000010
表7及び8の結果から、以下のことが分かった。
Rh層が、基材の上流端から基材長さの80%の領域に存在する実施例9の排ガス浄化触媒装置のエミッションは、NMOG及びNOx双方とも、実施例1の装置と同等であった。実施例9の排ガス浄化触媒装置は、基材の下流端から基材長さの20%の領域にRh層を有さないことから、ホットNOxのエミッション量が多くなるかとも思われた。しかしながら、Rh層が、基材長さの80%程度の長さで存在すれば、下流側にRh層を有さないことの影響は小さかった。
一方、Rh層が、基材の下流端から基材長さの80%の領域に存在する実施例10の排ガス浄化触媒装置では、特に、コールドHCエミッション及びコールドNOxエミッションが増加した。実施例10の排ガス浄化触媒装置は、基材の上流端から基材長さの20%の領域にRh層を有さない。このことが、コールドHCエミッションの増加、及びコールドNOxエミッションの増加双方に影響していると考えられる。
《実施例11~16》
(1)塗工液の調製
実施例1において、対応する塗工液とそれぞれ同じ組成の、下流側下層Pd層形成用塗工液、上流側下層Rh層形成用塗工液、下流側上層Rh層形成用塗工液、及び上流側上層Pd層形成用塗工液を、それぞれ、調製した。
(2)触媒コート層の形成(排ガス浄化触媒装置の製造)
上記で調製した、下流側下層Pd層形成用塗工液、及び上流側下層Rh層形成用塗工液を用いて、実施例1と同様にして、基材上に、下流側Pd層及び上流側Rh層から成る下層を形成した。更に、下流側上層Rh層形成用塗工液を用いて、実施例1と同様にして、基材の下層上に、下流側上層Rh層形成用塗工液をコートした。
下層上に下流側上層Rh層形成用塗工液をコートした後の基材の、排ガス流れ上流端に、上記で得られた上流側上層Pd層形成用塗工液を配置し、上流端から吸引器で吸引して、上流側上層Pd層形成用塗工液をコートした。このとき、基材長さに対する上流側上層Pd層形成用塗工液のコート長さ(d(%))が、それぞれ、表9に記載の長さとなるように、吸引の程度を調整した。その後、塗工後の基材を、大気中、500℃にて2時間焼成して、実施例11~16の排ガス浄化触媒装置を、それぞれ、得た。
ここで得られた排ガス浄化触媒装置の触媒コート層の構成を、図7(A)~(C)にそれぞれ示した。
(3)排ガス浄化触媒装置の評価
上記で得られた排ガス浄化触媒装置を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を、実施例1の評価結果とともに、表9に示す。
表9には、上流側上層Pd層のコート長さ、及び下流側上層Rh層のうちの、上流側上層Pd層に被覆されず、排ガスと直接接し得る部分の長さを、それぞれ、基材長さに対する比(「対基材長(%)」)で、合わせて示した。
Figure 2022075041000011
表9の結果から、以下の傾向が見られた。
実施例1、及び実施例11~16の排ガス浄化触媒装置は、いずれも、コールドHC及びホットNoxの低減に優れていた。
特に、上流側上層Pd層の長さが、基材長さの30%以上60%以下(したがって、下流側上層Rh層のうちの、上流側上層Pd層に被覆されず、排ガスと直接接し得る部分の長さが、基材長さの40%以上70%以下)の実施例1、及び実施例12~14の場合に、コールドHC及びホットNOxのエミッション双方が、極めて低減された。
100、200、300、400 排ガス浄化触媒装置
110、210、310、410 基材
120、220、320、420 上流側コート層
121、221、321、421 上流側下層コート層
122、222、322、422 上流側上層コート層
130、230、330、430 下流側コート層
131、231、331、431 下流側下層コート層
132、232、332、432 下流側上層コート層
240 Rh層
422(a) 上流側上流コート層上流部
422(b) 上流側上流コート層下流部
100、200、300、400 排ガス浄化触媒装置
110、210、310、410 基材
120、220、320、420 上流側コート層
121、221、321、421 上流側下層コート層
122、222、322、422 上流側上層コート層
130、230、330、430 下流側コート層
131、231、331、431 下流側下層コート層
132、232、332、432 下流側上層コート層
240 Rh層
422(a) 上流側上コート層上流部
422(b) 上流側上コート層下流部

Claims (9)

  1. 基材と、前記基材上の触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒装置であって、
    前記触媒コート層は、排ガス流れ上流側に配置された、上流側コート層と、排ガス流れ下流側に配置された、下流側コート層とを有し、
    前記上流側コート層は、前記基材上に配置された、上流側下層コート層と、前記上流側下層コート層上に配置された、上流側上層コート層とを有し、
    前記下流側コート層は、前記基材上に配置された、下流側下層コート層と、前記下流側下層コート層上に配置された、下流側上層コート層とを有し、
    前記上流側下層コート層、前記上流側上層コート層、前記下流側下層コート層、及び前記下流側上層コート層は、それぞれ、Pt、Pd、及びRhから選択される触媒貴金属を含み、
    下記の(i)及び(ii)を双方とも満たす、排ガス浄化触媒装置:
    (i)前記上流側上層コート層及び前記下流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度が、いずれも、
    前記上流側下層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高く、かつ、
    前記下流側上層コート層中の、Pt及びPdから選択される1種又は2種の濃度よりも高いこと;並びに、
    (ii)前記上流側下層コート層及び前記下流側上層コート層中のRhの濃度が、いずれも、
    前記上流側上層コート層中のRhの濃度よりも高く、かつ、
    前記下流側下層コート層中のRhの濃度よりも高いこと。
  2. 少なくとも前記下流側下層コート層は、セリアを含み、
    前記上流側下層コート層中のセリア濃度、前記上流側上層コート層中のセリア濃度、及び前記下流側上層コート層中のセリア濃度が、いすれも、前記下流側下層コート層中のセリア濃度の70%以下である、
    請求項1に記載の排ガス浄化触媒装置。
  3. 前記上流側下層コート層中のセリアの量が、前記上流側下層コート層形成部分の基材1L当たり、10g/L以下であり、
    前記下流側上層コート層中のセリアの量が、前記下流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、10g/L以下である、
    請求項1又は2に記載の排ガス浄化触媒装置。
  4. 前記上流側上層コート層及び前記下流側下層コート層が、それぞれ、Pdを含み、
    前記上流側上層コート層中の、前記上流側上層コート層形成部分の基材1L当たりのPd量が、
    前記下流側下層コート層中の、前記下流側下層コート層形成部分の基材1L当たりのPd量の2.0倍以上である、
    請求項1~3のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
  5. 前記上流側下層コート層と、前記下流側上層コート層との合計の長さが、基材長さの80%以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
  6. 排ガス流れ上流側の端部付近に、前記上流側上層コート層が、前記上流側下層コート層を介さずに、基材上に直接配置された領域を有さない、請求項1~5のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
  7. 前記上流側コート層の長さが、基材長さの20%以上50%以下である、請求項1~6のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
  8. 前記上流側コート層のコート量が、前記上流側コート層形成部分の基材1L当たり、240g/L以下である、請求項1~7のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
  9. 前記上流側上層コート層のコート量が、前記上流側上層コート層形成部分の基材1L当たり、160g/L以下である、請求項1~8のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
JP2020185568A 2020-11-06 2020-11-06 排ガス浄化触媒装置 Active JP7061655B1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020185568A JP7061655B1 (ja) 2020-11-06 2020-11-06 排ガス浄化触媒装置
EP21889051.5A EP4241880A1 (en) 2020-11-06 2021-10-21 Exhaust gas purification catalyst device
PCT/JP2021/038987 WO2022097498A1 (ja) 2020-11-06 2021-10-21 排ガス浄化触媒装置
CN202180074874.XA CN116419797A (zh) 2020-11-06 2021-10-21 排气净化催化剂装置
US18/032,614 US20230381748A1 (en) 2020-11-06 2021-10-21 Exhaust gas purification catalyst device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020185568A JP7061655B1 (ja) 2020-11-06 2020-11-06 排ガス浄化触媒装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP7061655B1 JP7061655B1 (ja) 2022-04-28
JP2022075041A true JP2022075041A (ja) 2022-05-18

Family

ID=81448166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020185568A Active JP7061655B1 (ja) 2020-11-06 2020-11-06 排ガス浄化触媒装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230381748A1 (ja)
EP (1) EP4241880A1 (ja)
JP (1) JP7061655B1 (ja)
CN (1) CN116419797A (ja)
WO (1) WO2022097498A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024075420A1 (ja) * 2022-10-06 2024-04-11 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015087872A1 (ja) * 2013-12-13 2015-06-18 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
JP2017200677A (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 三菱自動車工業株式会社 排ガス浄化触媒の製造方法及び排ガス浄化触媒
WO2017204008A1 (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7550124B2 (en) 2006-08-21 2009-06-23 Basf Catalysts Llc Layered catalyst composite

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015087872A1 (ja) * 2013-12-13 2015-06-18 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
JP2017200677A (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 三菱自動車工業株式会社 排ガス浄化触媒の製造方法及び排ガス浄化触媒
WO2017204008A1 (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024075420A1 (ja) * 2022-10-06 2024-04-11 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒

Also Published As

Publication number Publication date
JP7061655B1 (ja) 2022-04-28
WO2022097498A1 (ja) 2022-05-12
CN116419797A (zh) 2023-07-11
US20230381748A1 (en) 2023-11-30
EP4241880A1 (en) 2023-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5021188B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP4833605B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
KR101844864B1 (ko) 디젤 산화 촉매, 및 디젤 및 고급 연소 디젤 엔진 시스템에서의 그의 용도
JP5386121B2 (ja) 排気ガス浄化触媒装置、並びに排気ガス浄化方法
JP7043398B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP6964580B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP4838258B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP5841160B2 (ja) 上流単層触媒を有する三元触媒系
WO2015087872A1 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP5664918B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP5310767B2 (ja) 排ガス浄化触媒
JP7195995B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
WO2015005423A1 (ja) 排気ガス浄化用触媒
JP2012035206A (ja) 排ガス浄化触媒
JP2021528247A (ja) 燃料カットNOx制御用TWCシステム
JP6748590B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP2005334801A (ja) 排ガス浄化用触媒
US10408102B2 (en) Oxidation catalyst device for exhaust gas purification
JP2023106415A (ja) 卑金属をドープした酸化ジルコニウム触媒担体材料
WO2018199249A1 (ja) 排気ガス浄化用触媒およびそれを用いた排気ガス浄化方法
JP6735912B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒およびそれを用いた排気ガス浄化方法
WO2022097498A1 (ja) 排ガス浄化触媒装置
JP6775052B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP7123698B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP7245613B2 (ja) 排ガス浄化触媒装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220128

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220128

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20220128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220418

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7061655

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150