JP3500400B2 - 排気ガス浄化触媒 - Google Patents

排気ガス浄化触媒

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JP3500400B2 JP29142693A JP29142693A JP3500400B2 JP 3500400 B2 JP3500400 B2 JP 3500400B2 JP 29142693 A JP29142693 A JP 29142693A JP 29142693 A JP29142693 A JP 29142693A JP 3500400 B2 JP3500400 B2 JP 3500400B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車エンジン
等の内燃機関から放出される排気ガス中の窒素酸化物を
除去する排気ガス浄化触媒に関し、特に、酸素過剰の燃
焼排気ガスを浄化する触媒に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、窒素酸化物を除去する触媒として
は、アンモニア選択還元法やPt−Pd−Rh系のいわ
ゆる3元系触媒が用いられている。しかし、アンモニア
選択還元法では危険物であるNH3 を用いて脱硝を行わ
なければならない点が実用上大きな障害となっており、
また3元系触媒においては、排ガス中に共存する酸素に
より被毒を受け、活性が著しく低下するという欠点を有
していた。 【0003】現在では、こうした方法の他に、アルミ
ナ,ジルコニアといった酸化物を用いて、プロピレン,
プロパン等の炭化水素を還元剤として窒素酸化物を除去
する触媒が提案されている(触媒,33,(2),61−64
(1991))。また、窒素酸化物を炭化水素を用いずに分解
する触媒としては、酸素欠陥を活性点として利用するペ
ロブスカイト型酸化物が提案されている(日本化学会
誌,(5), 604−610(1991))。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来提
案されている触媒は、長期の使用に対しては触媒性能が
充分ではなく、未だ実用化には至っていない。 【0005】本発明は、上記の点を解決し、自動車の内
燃機関から排出される酸素過剰の排気ガスから窒素酸化
物を除去するチタン酸系プリデライト型触媒を提供する
ものである。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明では、酸素共存下
においても排ガスから窒素酸化物を除去する特性を有
し、耐久性に優れた触媒を開発するべく鋭意研究を続け
た結果、一般式: A Ga Ti8−y16 (式中、A:カリウムまたはルビジュウムあるいはバリ
ウム, 0.7<x<2.0 及び 0.7<y<2.0 )で表され、
プリデライト結晶相からなる触媒が、排ガス中の窒素酸
化物除去能力が高く、耐久性にすぐれるものであること
を見い出し、本発明を完成させるに至った。 【0007】 次に本発明を更に詳細に説明する。本発
明の排気ガス浄化触媒の組成は、一般式: A Ga Ti8−y16 (式中、A:カリウムまたはルビジュウムあるいはバリ
ウム, 0.7<x<2.0 及び 0.7<y<2.0 )で表され、
プリデライト結晶相からなる触媒でなければならない。
プリデライト結晶は一次元トンネル構造を有する化合物
であり、このトンネル内にアルカリ金属がイオン結合に
より配置されることが特徴の化合物である。 【0008】 【0009】またx及びyの値はそれぞれ 0.7<x<0.
2 及び 0.7<y<2.0 でなければならず、この値を下回
る場合にはプリデライト結晶相以外にチタニア,酸化ガ
リウムなどが生成し特性を低下させ、触媒の熱安定性や
耐久性が低下するので好ましくない。また、この値を上
回る場合には、アルカリ金属が局在化するため、結晶系
がプリデライト相以外の結晶形となることから活性が低
下するために好ましくない。 【0010】また、AがBa元素の場合はプリデライト
結晶相となるが、その他のアルカリ土類金属元素ではペ
ロブスカイト型結晶構造になり触媒活性が著しく低下し
てしまう。しかしこの場合にもK,Rb,Csといった
アルカリ金属元素と複合化することによりプリデライト
相となりうるので、Ba以外のアルカリ土類金属元素は
K,Rb,Csといったアルカリ金属元素と組み合わせ
る場合に限り用いることができる。また、Baを用いる
場合にはイオン半径の制約からyの値は、y=2xとす
ることが好ましい。アルカリ金属とアルカリ土類金属元
素を組み合わせる場合にもイオン半径の制約から 0.7<
x<1.2 が好ましい。 【0011】 A Ga Ti8−y16(A:
カリウムまたはルビジュウムあるいはバリウム, 0.7<
x<2.0 及び 0.7<y<2.0 )で表されるプリデライト
は種々の方法により合成できることが知られているが、
本発明の触媒を構成するプリデライトの製造方法は特に
限定されるものではなく、例えばアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属元素の炭酸塩,酸化チタン及び酸化ガリ
ウムをエタノール中においてボールミル混合後乾燥及び
焼成を行う固相合成法,アルカリ金属またはアルカリ土
類金属元素の硝酸塩,四塩化チタン及び硝酸ガリウムな
どの無機塩水溶液を用いて、液相混合したのち、アンモ
ニア水またはアンモニア水とシュウ酸アンモニウム水溶
液の(1:1)混合溶液により沈殿物を得たのち水洗,
濾過,乾燥及び焼成工程を経ることにより触媒を合成す
る共沈法,出発原料にアルカリ金属またはアルカリ土類
金属元素,チタン及びガリウムのメトキシド,エトキシ
ド,ブトキシドなどのアルコキシドを非水溶液中におい
て混合し、加水分解,乾燥,焼成工程を経て触媒を合成
するアルコキシド法などにより合成されたものが使用で
きる。 【0012】各合成法における焼成温度は固相法では、
1000℃以上1400℃以下,液相法またはアルコキシド法に
おいては 800℃以上1200℃以下の温度において1時間以
上4時間以下焼成すればよい。 【0013】焼成温度は1400℃以上においてもプリデラ
イト結晶相は安定に生成するが、あまり高温において焼
成すると触媒の比表面積が低下し、触媒性能が低下する
ので好ましくない。また焼成時間はあまり長時間として
も比表面積の低下を生じさせるだけであることから、4
時間以下が好ましい。 【0014】プリデライト系触媒のBET値(比表面
積)は大きいほど触媒活性は高まるが、低SV下におい
ては1m2 /g以上であれば排気ガス浄化触媒能力、す
なわち窒素酸化物の除去効率は良いが高SV下において
は、この値が大きい方が好ましい。 【0015】また多孔質状の触媒担体のうえにプリデラ
イトをコーティングしてプリデライト膜として用いる場
合には、プリデライトを分散させた水溶液または非水溶
液に多孔質な触媒担体を漬けたのち焼成するか、または
CVDまたはスパッタリング法を用いて、表面にプリデ
ライト膜を形成させてもよい。 【0016】本発明のプリデライト系排気ガス浄化触媒
は、酸素過剰の排気ガスから、窒素酸化物を除去するた
めに用いられる。酸素過剰排気ガス中の窒素酸化物の除
去方法は、本発明の排気ガス除去触媒と、窒素酸化物、
一酸化炭素及び炭化水素を含む酸素過剰排気ガスを接触
させることにより行うことができる。 【0017】本発明が対象とする排気ガスとは、排気ガ
ス中に含まれる一酸化炭素,炭化水素及び水素を完全に
酸化するのに必要な酸素量よりも過剰な酸素が含まれて
いる排気ガスをいい、このような排気ガスとしては例え
ば、自動車等の内燃機関から排出される排気ガス、特に
空燃比が大きい状態(いわゆるリーン領域)での排気ガ
ス等が具体的に例示される。触媒の使用条件は特に限定
されないが、温度範囲としては、 100℃〜1000℃、更に
は 500℃〜800 ℃が好ましい。またSVについては、 5
00h-1〜500000h-1であれば良い。 【0018】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は酸素過剰
の排気ガス中においても窒素酸化物を除去する特性を有
する触媒を提供するものである。 【0019】 【実施例】以下、実施例により、本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 【0020】(実施例1)K1.6 Ga1.6 Ti6.4 16
になるように酸化チタン(和光純薬工業製,アナターゼ
型) 51.14g,酸化ガリウム(キシダ科学株式会社製)
9.42g及び炭酸カリウム(キシダ科学株式会社製) 11.
06gをエタノール中においてボールミルにより12時間湿
式混合したのちロータリーエバポレーターを用いて80℃
においてエタノールを除去した後 100℃において乾燥し
た。得られた乾燥粉末は1200℃,2時間空気中において
焼成することにより一次元トンネル構造を有するプリデ
ライト単相粉末を合成した。こうして得られたプリデラ
イト単相粉末のX線回折図を図1に示す。 【0021】この単相粉末を 500kg/cm2 の圧力におい
て一軸加圧成型したのち、12メッシュ以上20メッシュ以
下の粒度にそろえ、常圧固定床流通反応装置により、N
O=1300ppm ,プロピレン800ppm及び酸素4%の反応ガ
スを用いて、SV=2500/hにおいて排気ガス浄化触媒
活性を 300℃〜 800℃の温度範囲において測定した。結
果を表1に示す。 【0022】なお排気ガス浄化触媒活性は次式で示され
る式により窒素酸化物除去率として算出した。 窒素酸化物除去率(%)=(NOxin −NOxout)/N
xin ×100 ここでNOxin :固定床反応管入口NOx 濃度 NOxout:固定床反応管出口NOx 濃度である。 【0023】 【表1】 【0024】(実施例2)Rb1.6 Ga1.6 Ti6.4
16になるように酸化チタン 51.14g,酸化ガリウム9.42
g及び炭酸ルビジウム(キシダ科学株式会社製) 18.48
gをエタノール中においてボールミルにより12時間湿式
混合したのちロータリーエバポレーターを用いて80℃に
おいてエタノールを除去した後 100℃において乾燥し
た。得られた乾燥粉末は1250℃,2時間空気中において
焼成することにより一次元トンネル構造を有するプリデ
ライト単相粉末を合成した。この粉末のX線回折図は図
1と同様の回折パターンを示していた。 【0025】こうして得られたプリデライト単相粉末は
500kg/cm2 の圧力において一軸加圧成型したのち、12
メッシュ以上20メッシュ以下の粒度にそろえ、常圧固定
床流通反応装置により、NO=1300ppm ,プロピレン80
0ppm及び酸素4%の反応ガスを用いて、SV=2500/h
において窒素酸化物除去活性を 300℃〜800 ℃の温度範
囲において測定した。 【0026】排気ガス浄化触媒活性の算出方法は実施例
1と同じ方法を用いた。結果を表2に示す。 【0027】 【表2】 【0028】(実施例3) Ba1.0Ga 1.6 Ti6.4 8 になるように酸化チタン 5
1.14g,酸化ガリウム14.99 及び炭酸バリウム(キシ
ダ科学株式会社製) 19.73gをエタノール中においてボ
ールミルにより12時間湿式混合したのちロータリーエバ
ポレーターを用いて80℃においてエタノールを除去した
後 100℃において乾燥した。得られた乾燥粉末は1250
℃,2時間空気中において焼成することによりプリデラ
イト単相粉末を合成した。この粉末のX線回折図は図1
と同様の回折パターンを示していた。 【0029】こうして得られたプリデライト単相粉末は
500kg/cm2 の圧力において一軸加圧成型したのち、12
メッシュ以上20メッシュ以下の粒度にそろえ、常圧固定
床流通反応装置により、NO=1300ppm ,プロピレン80
0ppm及び酸素4%の反応ガスを用いて、SV=2500/h
において排気ガス浄化触媒活性を 300℃〜 850℃の温度
範囲において測定した。 【0030】排気ガス浄化触媒活性の算出方法は実施例
1と同じ方法を用いた。結果を表3に示す。 【0031】 【表3】 【0032】(比較例1)Na1.6 Ga1.6 Ti6.4
16になるように酸化チタン 51.14g,酸化ガリウム9.42
g及び炭酸ナトリウム(キシダ科学株式会社製)8.48g
をエタノール中においてボールミルにより12時間湿式混
合したのちロータリーエバポレーターを用いて80℃にお
いてエタノールを除去した後 100℃において乾燥した。
得られた乾燥粉末は1250℃,2時間空気中において焼成
することにより粉末を合成した。こうして得られた粉末
はプリデライト相ではなく、フロイデバージャイト相に
属するものであった。 【0033】この粉末は 500kg/cm2 の圧力において一
軸加圧成型したのち、12メッシュ以上20メッシュ以下の
粒度にそろえ、常圧固定床流通反応装置により、NO=
1300ppm ,プロピレン800ppm及び酸素4%の反応ガスを
用いて、SV=2500/hにおいて排気ガス浄化触媒活性
を 300℃〜 800℃の温度範囲において測定した。 【0034】排気ガス浄化触媒活性の算出方法は実施例
1と同じ方法を用いた。結果を表4に示す。 【0035】 【表4】
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例1で得られたプリデライト単相
粉末のX線回折図である。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 一般式: A Ga Ti8−y16 (式中、A:カリウムまたはルビジュウムあるいはバリ
    ウム 0.7<x<2.0 及び 0.7<y<2.0 )で表され、プ
    リデライト結晶相からなることを特徴とする排気ガス浄
    化触媒。
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US5898015A (en) * 1995-09-19 1999-04-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Material for absorbing nitrogen oxides comprising hollandite-type complex oxide

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