JP3488487B2 - 排気ガス浄化方法 - Google Patents

排気ガス浄化方法

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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は排気ガスの浄化方法に関
し、詳しくは、排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）
や炭化水素（ＨＣ）を酸化するのに必要な量より過剰な
酸素が含まれている排気ガス中の、窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を効率よく浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、自動車の排気ガス浄化用触媒
として、ＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを同時に
行って排気ガスを浄化する三元触媒が用いられている。
このような触媒としては、例えばコージェライトなどの
耐熱性担体にγ−アルミナからなる担持層を形成し、そ
の担持層にＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属触媒を担持さ
せたものが広く知られている。
【０００３】ところで、このような排気ガス浄化用触媒
の浄化性能は、エンジンの空燃比（Ａ／Ｆ）によって大
きく異なる。すなわち、空燃比の大きい、つまり燃料濃
度が希薄なリーン側では排気ガス中の酸素量が多くな
り、ＣＯやＨＣを浄化する酸化反応が活発である反面Ｎ
Ｏｘを浄化する還元反応が不活発になる。逆に空燃比の
小さい、つまり燃料濃度が濃いリッチ側では排気ガス中
の酸素量が少なくなり、酸化反応は不活発となるが還元
反応は活発になる。
【０００４】一方、自動車の走行において、市街地走行
の場合には発進・停止が頻繁に行われ、空燃比はストイ
キ（理論空燃比）近傍からリッチ状態までの範囲内で頻
繁に変化する。このような走行における低燃費化の要請
に応えるには、なるべく酸素過剰の混合気を供給するリ
ーン側での運転が必要となる。したがってリーン側にお
いてもＮＯｘを十分に浄化できる触媒の開発が望まれて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本願出願人は、
先にアルカリ土類金属酸化物とＰｔを担持した触媒を提
案している（特願平４−１３０９０４号）。この触媒に
よれば、ＮＯｘはアルカリ土類金属に吸着し、それがＨ
Ｃなどの還元性ガスと反応して浄化されるため、リーン
側においてもＮＯｘの浄化性能に優れている。
【０００６】特願平４−１３０９０４号に開示された触
媒では、例えばバリウムが単独酸化物として担体に担持
され、それがＮＯｘと反応して硝酸バリウム（Ｂａ（Ｎ
Ｏ3）2 ）を生成することでＮＯｘを吸着するものと考
えられている。ところが排気ガス中には、燃料中に含ま
れる硫黄（Ｓ）が燃焼して生成したＳＯ2 が含まれ、そ
れが酸素過剰雰囲気中で触媒金属によりさらに酸化され
てＳＯ 3 となる。そしてそれがやはり排気ガス中に含ま
れる水蒸気により容易に硫酸となり、バリウムと反応し
て硫酸バリウム（ＢａＳＯ4 ）が生成し、バリウムが被
毒劣化することが明らかとなった。このようにバリウム
が硫酸塩となると、もはやＮＯｘを吸着することができ
なくなり、その結果上記触媒では、耐久試験後のＮＯｘ
の浄化性能が低下するという不具合があった。
【０００７】また、バリウムを始めとするアルカリ土類
金属は、高温下でアルミナと反応しやすく、その結果上
記触媒では、耐熱性が劣るという不具合もあった。本発
明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、酸素
過剰の排気ガス中のＮＯｘをさらに効率よく浄化すると
ともに、耐久試験後のＮＯｘの浄化性能を向上させるこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の排気ガス浄化方法は、酸素過剰雰囲気下における
排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘを同時に浄化して排
気ガスを浄化する方法において、酸素過剰の排気ガス
を、多孔質体からなる担体に（ｉ）アルカリ土類金属か
ら選ばれる少なくとも２種の金属と(ii)Ｐｔ及びＰｄの
少なくとも一方を担持してなる排気ガス浄化用触媒と接
触させ、（ｉ）アルカリ土類金属から選ばれる少なくと
も２種の金属を含む複合硫酸塩を生じさせることを特徴
とする。
【０００９】また第２発明の排気ガス浄化方法は、酸素
過剰雰囲気下における排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯ
ｘを同時に浄化して排気ガスを浄化する方法において、
酸素過剰の排気ガスを、金属含有シリケートを除く多孔
質体からなる担体に（ｉ）アルカリ土類金属から選ばれ
る少なくとも１種の金属と(ii)セリウムを除く希土類金
属から選ばれる少なくとも１種の金属と (iii)Ｐｔ及び
Ｐｄの少なくとも一方を担持してなる排気ガス浄化用触
媒と接触させることを特徴とする。（ｉ）アルカリ土類
金属から選ばれる少なくとも１種の金属と(ii)セリウム
を除く希土類金属から選ばれる少なくとも１種の金属と
を含む複合硫酸塩を生じさせることが望ましい。
【００１０】また第３発明の排気ガス浄化方法は、酸素
過剰雰囲気下における排気ガス中の一酸化炭素、炭化水
素及び窒素酸化物を同時に浄化して排気ガスを浄化する
方法において、酸素過剰の排気ガスを、多孔質体からな
る担体に（ｉ）Ｂａと(ii)Ｌｉと(iii) Ｌａと(iv)Ｃｅ
と（ｖ）Ｚｒと(vi)白金及びパラジウムの少なくとも一
方を担持してなる排気ガス浄化用触媒と接触させること
を特徴とする。
【００１１】多孔質体としては、アルミナ、ジルコニ
ア、シリカなどが例示される。これらの多孔質体自体か
ら担体を形成してもよいし、コージェライト、耐熱金属
などから形成されたハニカム体にコートして用いてもよ
い。また第３発明において、（ｉ）〜（ｖ）の５種類の
金属の添加量は特に制限されないが、多孔質体がアルミ
ナの場合アルミナに対して、Ｂａ：８〜４５ｍｏｌ％、
Ｌｉ：４〜１８ｍｏｌ％、Ｌａ：４〜１２ｍｏｌ％、Ｃ
ｅ：１７〜４５ｍｏｌ％、Ｚｒ：４〜９ｍｏｌ％である
ことが望ましい。
【００１２】
【作用】第１発明では、担体に少なくとも２種のアルカ
リ土類金属が複合担持されている。この少なくとも２種
のアルカリ土類金属は、排気ガス中に含まれるＳＯ2 を
触媒中に複合硫酸塩として取り込む。また第２発明で
は、担体にアルカリ土類金属の少なくとも１種と希土類
金属の少なくとも１種が複合担持されている。これらの
金属は、排気ガス中に含まれるＳＯ2 を触媒中に複合硫
酸塩として取り込む。
【００１３】さらに第３発明では、ＢａとともにＬｉ，
Ｌａ，Ｃｅ及びＺｒの５種類の金属が複合担持されてい
る。これにより排気ガス中に含まれるＳＯ2 は触媒中に
複合硫酸塩として取り込まれる。このようにして生成し
た複合硫酸塩は、単独の金属によって生成する硫酸塩に
比べてストイキ〜リッチ雰囲気で低温度で分解しやすい
ため、分解されたＢａを主とするアルカリ土類金属はＮ
Ｏｘの吸着に寄与する。そして、リーン雰囲気時にアル
カリ土類金属に吸着されたＮＯｘは、ストイキ〜リッチ
雰囲気時に逆スピルオーバーしてＰｔやＰｄ上に移動し
排気ガス中のＣＯ，ＨＣなどと反応してＮ 2 に還元浄化
され、このときＣＯ，ＨＣなども酸化浄化される。
【００１４】このような機構により、ＮＯｘ吸着能が長
時間維持され、高活性が維持されるものと考えられる。
さらに、２種以上の金属を複合担持することにより、ア
ルカリ土類金属や希土類金属の粒子径が細かくなり、か
つ硫酸塩としての結晶成長がないので、耐久後でもＰｔ
やＰｄと高分散状態を維持できることも高活性を維持で
きる理由の一つと推察される。
【００１５】なお第３発明において、５種の金属の複合
作用は必ずしも明らかではないが、ＢａはＮＯX を吸着
する主成分であり、他の４成分はＢａと複合化して生成
する複合硫酸塩の分解を容易としているか、あるいは担
体の例えばアルミナに作用してアルミナとＢａの反応を
抑制して耐久性を向上させているものと考えられる。
【００１６】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。な
お、以下の例において「部」は特にことわらない限り
「重量部」を示す。 （第１実施例） ＜触媒の調製＞アルミナ粉末１００部と、アルミナゾル
（アルミナ含有率１０ｗｔ％）７０部と、４０ｗｔ％硝
酸アルミニウム水溶液１５部及び水３０部を混合し、コ
ーティング用スラリーを調製した。
【００１７】そのスラリーにコージェライト質ハニカム
担体を浸漬後余分なスラリーを吹き払い、乾燥後６００
℃で１時間焼成してアルミナコート層を形成した。コー
ト量はハニカム担体の体積１リットル当たり１２０ｇで
ある。このアルミナコート層をもつハニカム担体をジニ
トロジアンミン白金水溶液又は硝酸パラジウム水溶液に
浸漬し、余分な水滴を吹き払った後２５０℃で乾燥して
Ｐｔ及び／又はＰｄを担持させた。Ｐｔ及び／又はＰｄ
の担持量は表１に示すとおりである。
【００１８】次に、表１に示す担持量となるように調製
された所定濃度の酢酸バリウムと硝酸マグネシウムの混
合水溶液に上記Ｐｔ及び／又はＰｄ担持ハニカム担体を
浸漬し、余分な水滴を吹き払って乾燥後６００℃で１時
間焼成して、Ｎｏ．１の触媒を調製した。なおこのＮ
ｏ．１触媒には、バリウムが金属バリウムとして担体体
積１リットル当たり０．３ｍｏｌ、マグネシウムが金属
マグネシウムとして担体体積１リットル当たり０．１ｍ
ｏｌ担持されている。
【００１９】また、ハニカム担体に担持されるアルカリ
土類金属の種類と量を表１に示すように変化させたこと
以外は上記と同様にして、Ｎｏ．２〜１４の触媒を調製
した。さらに比較触媒として、１種類のアルカリ土類金
属のみを担持させたこと以外は上記と同様にしてＮｏ．
１５〜１８の触媒を調製した。 ＜浄化性能の評価＞希薄燃焼エンジン（１．６リット
ル）搭載車両の排気通路に上記それぞれの触媒を設置
し、市街地走行モード（１０・１５モード）で走行して
ＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘの浄化率を測定した。
【００２０】次に同じ型式のエンジンの排気系にその触
媒を装着し、エンジンベンチにて触媒入りガス温度６５
０℃で１００時間運転する耐久試験を行い、その後上記
と同じ条件でＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘの浄化率を測定し耐
久後の浄化率とした。それぞれの結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】＜評価＞表１より、アルカリ土類金属を２
種類担持した触媒を用いることにより、単一のアルカリ
土類金属を担持した触媒の場合に比べて、耐久後のＮＯ
ｘの浄化率が向上していることがわかる。またその効果
は、アルカリ土類金属の中でもＢａとＭｇの組合せが特
に傑出していることが明らかである。 （第２実施例） ＜触媒の調製＞第１実施例と同様にしてＰｔ及び／又は
Ｐｄを担持したハニカム担体を用意し、表２に示す担持
量となるように調製された所定濃度の酢酸バリウムと硝
酸ランタンの混合水溶液に上記Ｐｔ及び／又はＰｄ担持
ハニカム担体を浸漬し、余分な水滴を吹き払って乾燥後
６００℃で１時間焼成して、Ｎｏ．１９の触媒を調製し
た。
【００２３】なおこのＮｏ．１９触媒には、バリウムが
金属バリウムとして担体体積１リットル当たり０．３ｍ
ｏｌ、ランタンが金属ランタンとして担体体積１リット
ル当たり０．１ｍｏｌ担持されている。また、ハニカム
担体に担持されるアルカリ土類金属と希土類金属の種類
と量を表２に示すように変化させたこと以外は上記と同
様にして、Ｎｏ．２０〜３５の触媒を調製した。
【００２４】さらに比較触媒として、１種類のアルカリ
土類金属のみを担持させたこと以外は上記と同様にして
Ｎｏ．３６〜３９の触媒を調製した。 ＜浄化性能の評価＞希薄燃焼エンジン（１．６リット
ル）搭載車両の排気通路に上記それぞれの触媒を設置
し、市街地走行モード（１０・１５モード）で走行して
ＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘの浄化率を測定した。
【００２５】次に同じ型式のエンジンの排気系にその触
媒を装着し、エンジンベンチにて触媒入りガス温度６５
０℃で１００時間運転する耐久試験を行い、その後上記
と同じ条件でＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘの浄化率を測定し耐
久後の浄化率とした。それぞれの結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】＜評価＞表２より、アルカリ土類金属と希
土類金属を１種類ずつ担持した触媒を用いることによ
り、アルカリ土類金属のみを担持した触媒の場合に比べ
て、耐久後のＮＯｘの浄化率が向上していることがわか
る。 （第３実施例） ＜触媒の調製＞第１実施例と同様にしてＰｔ及び／又は
Ｐｄを担持したハニカム担体を用意し、次に表３に示す
担持量となるように調製された所定濃度の酢酸バリウム
水溶液に浸漬し、乾燥した。このあと硝酸リチウム、硝
酸ランタン、硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウムの
順に各水溶液に浸漬・乾燥を繰り返し、６００℃で１時
間焼成して、表３のＮｏ．４０〜４５の触媒を調製し
た。
【００２８】また比較触媒として、５種の金属のうち一
つを担持しないこと以外は上記と同様にして、Ｎｏ．４
６〜５０の触媒を調製した。 ＜浄化性能の評価＞希薄燃焼エンジン（１．６リット
ル）搭載車両の排気通路に上記それぞれの触媒を設置
し、市街地走行モード（１０・１５モード）で走行して
ＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘの浄化率を測定した。
【００２９】次に同じ型式のエンジンの排気系にその触
媒を装着し、エンジンベンチにて触媒入りガス温度６５
０℃で１００時間運転する耐久試験を行い、その後上記
と同じ条件でＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘの浄化率を測定し耐
久後の浄化率とした。それぞれの結果を表３に示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】＜評価＞表３より、５種の金属を全て担持
した触媒を用いることにより、耐久後のＮＯｘの浄化率
が向上していることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化方法によ
れば、用いられる触媒は耐久試験後にも良好なＮＯｘ浄
化性能を示し、酸素過剰のリーン側で安定して効率よく
ＮＯｘを浄化することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 伸一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 谷沢 恒幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 井口 哲 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 俊明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 竹島 伸一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 斎木 基久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 堂前 和彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 笠原 光一 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャ タラー工業株式会社内 (72)発明者 立石 修士 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャ タラー工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−77543（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−317721（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165920（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−327945（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/00 - 53/96 B01J 21/00 - 38/74

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素過剰雰囲気下における排気ガス中の
    一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物を同時に浄化して
    排気ガスを浄化する方法において、 酸素過剰の排気ガスを、多孔質体からなる担体に（ｉ）
    アルカリ土類金属から選ばれる少なくとも２種の金属と
    (ii)白金及びパラジウムの少なくとも一方を担持してな
    る排気ガス浄化用触媒と接触させ、（ｉ）アルカリ土類
    金属から選ばれる少なくとも２種の金属を含む複合硫酸
    塩を生じさせることを特徴とする排気ガス浄化方法。
  2. 【請求項２】 酸素過剰雰囲気下における排気ガス中の
    一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物を同時に浄化して
    排気ガスを浄化する方法において、 酸素過剰の排気ガスを、金属含有シリケートを除く多孔
    質体からなる担体に（ｉ）アルカリ土類金属から選ばれ
    る少なくとも１種の金属と(ii)セリウムを除く希土類金
    属から選ばれる少なくとも１種の金属と (iii)白金及び
    パラジウムの少なくとも一方を担持してなる排気ガス浄
    化用触媒と接触させることを特徴とする排気ガス浄化方
    法。
  3. 【請求項３】 酸素過剰雰囲気下における排気ガス中の
    一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物を同時に浄化して
    排気ガスを浄化する方法において、 酸素過剰の排気ガスを、多孔質体からなる担体に（ｉ）
    Ｂａと(ii)Ｌｉと(iii) Ｌａと(iv)Ｃｅと（ｖ）Ｚｒと
    (vi)白金及びパラジウムの少なくとも一方を担持してな
    る排気ガス浄化用触媒と接触させることを特徴とする排
    気ガス浄化方法。
  4. 【請求項４】 （ｉ）アルカリ土類金属から選ばれる少
    なくとも１種の金属と(ii)セリウムを除く希土類金属か
    ら選ばれる少なくとも１種の金属とを含む複合硫酸塩を
    生じさせる請求項２に記載の排気ガス浄化方法。
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