JP4412299B2 - 排ガス浄化触媒及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車(ガソリン、ディーゼル)、ボイラーなどの内燃機関から排出される排ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)を浄化する排ガス浄化触媒に係り、更に詳細には、耐火性無機担体上に、NOx吸着材と貴金属を含有する触媒層を被覆して成る排ガス浄化触媒及びその製造方法に関するものであり、本排ガス浄化触媒は、酸素過剰領域でのNOx浄化に好適に用いられる。
近年、石油資源の枯渇問題や地球温暖化問題から、低燃費自動車の需要が増加しており、ガソリン自動車については、希薄燃焼自動車の開発が注目されている。
かかる希薄燃焼自動車においては、希薄燃焼走行時、排ガス雰囲気が理論空燃状態に比べ酸素過剰雰囲気(リーン)となるが、リーン域で通常の三元触媒を用いると、過剰な酸素の影響からNOx浄化作用が不十分となることが知られていた。
このため、酸素が過剰となってもNOxを有効に浄化できる触媒が種々提案されており、例えば、白金(Pt)とランタン(La)とを多孔質担体に担持した触媒が開示されており、これに代表されるように、リーン域でNOxを吸収し、ストイキ時にNOxを放出させて浄化する触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−168860号公報
しかしながら、上述のような、PtとLaを多孔質担体に担持した触媒であっても、NOx浄化性能が未だ十分とはいえないという課題があった。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸素過剰領域でのNOx吸着性が高く、放出NOxとHCやCOなどの還元物質との反応性も良好でNOx浄化性能に優れ、更には耐久性にも優れる排ガス浄化触媒を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、触媒層に所定の貴金属及びNOx吸着材を担持し、触媒層中の白金とNOx吸着材との配置関係を制御することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の排ガス浄化触媒は、耐火性無機担体上に、白金とパラジウム及び/又はロジウムから成る貴金属と、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属から成るNOx吸着材とを含有する触媒層を被覆して成る排ガス浄化触媒であって、
上記白金が、上記触媒層の表面に近接するにつれて高濃度で含まれ、
白金総量の10〜100%が上記触媒層表面から0.1mmまでの深さに含まれ、
上記触媒層が、白金及びロジウムを含み更に上記NOx吸着材を含む上層と、白金及び/又はパラジウムを含み更に上記NOx吸着材を含む下層より成る2層構造を有することを特徴とする。
また、本発明の排ガス浄化触媒の好適形態は、上記NOx吸着材の一部が上記触媒層表面に露出していることを特徴とする。
更に、本発明の排ガス浄化触媒の他の好適形態は、上記上層に含まれる白金量が、白金総量の30〜80%であることが好ましい。
また、本発明の排ガス浄化触媒の他の好適形態は、上記触媒層にロジウムが含まれ、このロジウムは上記排ガス浄化触媒1L当たり0.1〜2.0gの割合でアルミナに担持されていることを特徴とする。
更に、本発明の排ガス浄化触媒の更に他の好適形態は、上記触媒層を構成する材料の平均粒径(メディアン径)が、4μm以下であることを特徴とする。
更にまた、本発明の排ガス浄化触媒の他の好適形態は、空燃比が10〜50の範囲で変動するリーンバーンエンジンの排ガスを浄化するのに用いられることを特徴とする。
また、本発明の排ガス浄化触媒の製造方法は、上述の排ガス浄化触媒の製造方法であって、上記耐火性無機担体上に、NOx吸着材及び貴金属を含有する触媒層を、含浸法によって被覆することを特徴とする。
本発明によれば、触媒層に所定の貴金属及びNOx吸着材を担持し、触媒層中の白金とNOx吸着材との配置関係を制御することとしたため、酸素過剰領域でのNOx吸着性が高く、放出NOxとHCやCOなどの還元物質との反応性も良好でNOx浄化性能に優れ、更には耐久性にも優れる排ガス浄化触媒を提供することができる。
以下、本発明の排ガス浄化触媒及びその製造方法について詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度、含有量、充填量などについての「%」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
本発明の排ガス浄化触媒は、耐火性無機担体に触媒層を被覆して得られ、この触媒層には、貴金属及びNOx吸着材が含まれる。
ここで、触媒層に含まれる貴金属としては、Ptを必須成分とし、これにPd(パラジウム)、Rh(ロジウム)のいずれか一方又は双方を加えたものを挙げることができる。
Ptは、NOxとの反応性が高く、NOxとHCやCOなどの還元物質との反応性を向上して、優れたNOx浄化性能を発揮するので、特に好適である。
また、Rhを添加することで、更にNOx浄化性能を向上することができる。
一方、触媒層に含まれるNOx吸着材としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属のいずれか一方又は双方を挙げることができる。例えば、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Na(ナトリウム)、K(カリウム)又はCs(セシウム)及びこれらを任意に組合せた金属などを用いることができる。
かかるNOx吸着材は、リーン域でNOxを吸着し、ストイキ〜リッチでNOxを排出することができる。
従って、本発明の排ガス浄化触媒は、リーン時に排ガス中のNOxをNOx吸着材によって吸着し、ストイキ〜リッチ時にNOxを放出し、これをPtの作用によって還元浄化する。
また、Pd、Rhのいずれか一方又は双方を担持すれば、三元触媒の機能を有効に発揮させることができ、特にRh担持により、ストイキ〜リッチ域における高いNOx浄化性能も付加される。
次に、耐火性無機担体としては、一体構造型担体、例えば耐熱性材料から成るモノリス担体を挙げることができる。
かかるモノリス担体に触媒層をコートすることにより、触媒と排ガスとの接触面積を大きくすることができ、更には圧力損失も抑制でき、振動・摩擦にも強くすることができるため、特に、自動車用触媒として用いる場合に有利となる。
上記モノリス担体としては、一般にセラミックス等のコーディエライト質で、ハニカム状のものが多く用いられるが、フェライト系ステンレス等の金属材料から成るハニカム状担体を用いることも可能であり、更には触媒材料粉末自体をハニカム状に成形してもよい。
また、上述した貴金属やNOx吸着材は、触媒活性を十分に発揮させるため、表面積の大きい材料、例えば、アルミナなどの多孔質材料に担持して上記ハニカム状担体にコートすることが望ましく、この場合、比表面積が50〜300m/g程度の活性アルミナを好ましく用いることができる。
更に、本発明の触媒においては、他の添加材を加えることも可能であり、例えば、セリウム(Ce)やLa等の希土類化合物を添加して活性アルミナの耐熱性を向上させたり、酸素ストレージ機能を持つセリア(CeO)を添加して三元触媒機能を増強したり、ジルコニア(ZrO)等を添加してRhの耐熱性を向上させたりすることが可能である。
なお、本発明の排ガス浄化触媒における貴金属やNOx吸着材の配合量は、特に限定されるものではないが、代表的に触媒1L当たり、Pt等の貴金属を2.8〜8.5g、NOx吸着材を酸化物換算で10〜70gの割合とすることが望ましい。
Pt等の貴金属が1.5g未満では、充分なNOx還元浄化性能が得られないことがあり、20gを超えて使用しても、所望の効果が得られないことがある。
また、Rhを添加する場合には、触媒1L当たり0.1〜2.0gの割合で添加することが好ましい。
一方、NOx吸着材が10g未満では、充分なNOx吸着性能が得られないことがあり、70gを超えると、添加効率が飽和してしまうことがある。
次に、触媒層におけるPtとNOx吸着材との配置関係につき説明する。
本発明の排ガス触媒に関する触媒層において、Ptは、NOx吸着材に対し、以下の式(1)
M(NO→2NO+3/2O+MO …(1)
(式中のMはNOx吸着材を示す)を満たすように、当該NOx吸着材からNOを受容するのに十分な距離に存在することが良い。
PtとNOx吸着材とが離間し過ぎて存在すると、PtがNOx吸着材からNOを受け取ることができず、還元浄化処理を行うことが困難となり易い。
また、本発明の触媒において、Ptは、触媒層表面に近接するにつれて高濃度で含有される。
かかる配置により、排ガス中のNOxやNOx吸着材から放出されるNOとPtとの接触頻度が増大するため、良好なNOx浄化性能を実現することができる。
具体的には、Pt総量の10〜100%は、触媒層表面から0.1mmまでの深さに含まれるようにする。
この深さ程度までは、排ガス、特にNOxが十分に流通するので、この深さ部分にPtが多く含まれていればNOxを有効に浄化できる。
このような触媒の一例のコート層断面を図1に示す。
なお、本発明の排ガス触媒において、Ptが触媒層の表面全体を覆ってしまうと、排ガスが触媒層に流入し難くなってNOx吸着材によるNOxの吸着が困難となり、上述のような浄化性能が得られないことがある。
従って、NOx吸着材、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属のいずれか一方又は双方の一部又は全部が触媒層表面に存在することが好ましい。
また、本発明の排ガス浄化触媒においては、触媒層を上層及び下層より成る2層構造とし、上層にPt及びRh、下層にPt、Pdのいずれか一方又は双方が含まれるようにする。
上述のようなNOx吸着材からのNOxの受容を増大するために、Ptは上層と下層の両方に含まれることが良い。また、Rhは、その優れた還元活性を効果的に得るために上層、Pdは、上層のPt活性が抑制されないよう下層に含まれることが良い。
なお、このように触媒層が2層構造を採るときは、上層に含まれるPt量が、Pt総量の30〜80%を占めることが好ましい。
30%未満では、十分な浄化性能が得られないことがあり、80%を超えても所望の改良効果が得られないことがある。
上述のように、本発明の排ガス浄化触媒は、Pt等の特定貴金属、アルカリ金属等のNOx吸着材、所要に応じて、アルミナ及びその他の添加剤によって、特定構造を有する触媒層を備えるが、この場合、触媒層を構成する各種材料の平均粒径(メディアン径)は、4μm以下に調整することが好ましい。
かかる粒径の調整により、触媒層の表面積が増加して触媒成分と排ガスとの接触頻度が増大し、その結果、触媒層内における排ガスの流速が低減するので、十分な反応時間を付与することができ、NOx吸着作用やNOx還元浄化作用を十分に発揮させることができる。
また、本発明の排ガス浄化触媒は、リーンバーンエンジンの排ガス浄化に用いるのに好適であり、空燃比が10〜50の範囲を繰り返し変動するリーンバーンエンジンに用いることが好ましい。
かかる使用態様において、本発明の排ガス浄化触媒は、空燃比の大きい領域(リーン領域)でNOxを吸着し、空燃比の小さな領域(リッチ〜ストイキ領域)でNOxを浄化して、高いNOx浄化性能を発揮する。
更に、リーン領域が10〜14.8の間、リッチ領域が15〜50の間を変動する場合に、より良好なNOx浄化性能が実現され得る。
次に、本発明の排ガス浄化触媒の製造方法について説明する。
本排ガス浄化触媒は、上述のように、耐火性無機担体上に、NOx吸着材及び貴金属を含有する触媒層を被覆して成るものであるが、このNOx吸着材及び貴金属を含浸法によって上記耐火性無機担体に被覆し、乾燥した後、焼成することにより、製造することができる。
上記含浸法により、NOx吸着材や貴金属を高分散状態で担持することができ、意図するNOx吸着性能や還元浄化性能を向上することができる。
かかる含浸担持は、上述したNOx吸着材、即ちMg、Ca、Sr、Ba、Na、K及びCsなどの金属塩水溶液を用いることにより、実施することが好ましい。
なお、本発明においては、所望の排ガス浄化触媒が得られれば十分であり、上記製造方法以外にも、沈殿法、ゲル化法、イオン交換法などを適用することも可能である。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
硝酸Pt水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持アルミナ粉末(粉末1)を得た。この粉末のPt濃度は8%であった。
ジニトロジアミンPd水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持アルミナ粉末(粉末2)を得た。この粉末のPd濃度は8%であった。
硝酸Rh水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持アルミナ粉末(粉末3)を得た。この粉末のRh濃度は2%であった。
次に、50gの粉末2、200gのアルミナ及び250gの水を磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時のスラリの平均粒径は、3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量125g/L触媒担体(A1)を得た。
100gの粉末1、50gの粉末2、50gの粉末3、50gのアルミナ及び250gの水を磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時のスラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液を触媒担体(A1)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量250g/L触媒担体(B1)を得た。
しかる後、触媒担体(B1)に、酢酸Ba水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(C1)を得た。
(実施例2)
50gの粉末1、200gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(A2)を得た。
次に、50gの粉末1、100gの粉末2、50gの粉末3、50gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(B2)を得た。
触媒担体(B2)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(C2)を得た。
(実施例3)
50gの粉末1、50gの粉末2、150gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(A3)を得た。
次に、50gの粉末1、50gの粉末2、50gの粉末3、100gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(B3)を得た。
触媒担体(B3)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(C3)を得た。
(実施例4)
90gの粉末1、50gの粉末2、110gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(A4)を得た。
次に、10gの粉末1、50gの粉末2、50gの粉末3、140gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(B4)を得た。
触媒担体(B4)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(C4)を得た。
(実施例5)
75gの粉末1、75gの粉末2、100gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(A5)を得た。
次に、27.5gの粉末1、27.5gの粉末2、50gの粉末3、147.5gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(B5)を得た。
触媒担体(B5)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(C5)を得た。
(実施例6)
62.5gの粉末1、62.5gの粉末2、125gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(A6)を得た。
次に、粉末1:37.5g、粉末2:37.5g、粉末3:50g、アルミナ:125g及び水:250gとした以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(B6)を得た。
触媒担体(B6)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(C6)を得た。
(実施例7)
100gのアルミナ及び200gの水を磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時のスラリの平均粒径は、3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量55g/L触媒担体(A7)を得た。
次に、50gの粉末2、90gのアルミナ及び140gの水を磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時のスラリの平均粒径は、3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量125g/L触媒担体(B7)を得た。
100gの粉末1、50gの粉末2、50gの粉末3、50gのアルミナ及び250gの水を磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時のスラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液を触媒担体(B7)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量250g/L触媒担体(C7)を得た。
触媒担体(C7)に、酢酸Ba水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(D7)を得た。
(実施例8)
活性アルミナ粉末と硝酸セリウム、硝酸ジルコニル、硝酸ランタンと水とを混合し、150℃で3時間乾燥後400℃で1時間焼成し、Ce−Zr−La担持アルミナ粉末を得た。粉末中に含まれる各成分の%は酸化物換算でCe:2、Zr:7、La:7であった。
硝酸Pd水溶液を上記Ce、Zr及びLaを含むアルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持アルミナ粉末(粉末10)を得た。この粉末のPd濃度は4%であった。
ジアトロジアミンPt水溶液を上記Ce、Zr及びLaを含むアルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持アルミナ粉末(粉末11)を得た。この粉末のPt濃度は4%であった。
硝酸Rh水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持アルミナ粉末(粉末12)を得た。この粉末のRh濃度は4%であった。
粉末11を70g、粉末10を30g、アルミナを100g、水を200g磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量200g/Lの触媒担体(A8)を得た。
粉末11を11g、粉末10を30g、粉末12を10g、水110gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時のスラリの平均粒径は、3.2μmであった。このスラリ液を触媒担体(A8)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃に乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量310g/Lの触媒担体(B8)を得た。
触媒担体(B8)に、炭酸Cs水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(C8)を得た。
(実施例9)
硝酸Pd水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持アルミナ粉末(粉末13)を得た。この粉末のPd濃度は4%であった。
ジアトロジアミンPt水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持アルミナ粉末(粉末14)を得た。この粉末のPt濃度は4%であった。
硝酸Rh水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持アルミナ粉末(粉末15)を得た。この粉末のRh濃度は4%であった。
粉末14を70g、粉末13を30g、アルミナを100g、水を200g磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量200g/Lの触媒担体(A9)を得た。
粉末14を70g、粉末13を30g、粉末15を10g、水を110g磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液を触媒担体(A9)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量310g/Lの触媒担体(B9)を得た。
触媒担体(B9)に、炭酸Cs水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(C9)を得た。
(実施例10)
活性アルミナ粉末と硝酸セリウム、硝酸ジルコニル、硝酸ランタンと水とを混合し、150℃で3時間乾燥後400℃で1時間焼成し、Ce−Zr−La担持アルミナ粉末を得た。粉末中に含まれる各成分の%は酸化物換算でCe:2、Zr:7、La:7であった。
ジアトロジアミンPt水溶液を上記Ce、Zr及びLaを含むアルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持アルミナ粉末(粉末16)を得た。この粉末のPd濃度は4%であった。
硝酸Rh水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持アルミナ粉末(粉末17)を得た。この粉末のRh濃度は4%であった。
粉末16を97.5g、アルミナを102.5g、水を200g磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量200g/Lの触媒担体(A10)を得た。
粉末16を97.5g、粉末17を17.5g、水115gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は、3.2μmであった。このスラリ液を触媒担体(A10)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃に乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量310g/Lの触媒担体(B10)を得た。
触媒担体(B10)に、酢酸Ba水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(C10)を得た。
(実施例11)
ジアトロジアミンPt水溶液を酸化チタン粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持アルミナ粉末(粉末18)を得た。この粉末のPd濃度は4%であった。
硝酸Rh水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持アルミナ粉末(粉末19)を得た。この粉末のRh濃度は4%であった。
粉末18を97.5g、酸化チタンを102.5g、水を200g磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量200g/Lの触媒担体(A11)を得た。
粉末18を97.5g、粉末19を17.5g、水115gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は、3.2μmであった。このスラリ液を触媒担体(A11)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃に乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量310g/Lの触媒担体(B11)を得た。
触媒担体(B11)に、酢酸Ba水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、本例の排ガス浄化触媒(C11)を得た。
(実施例12)
実施例10と同様にして得た触媒担体(B12)に、酢酸Mg水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(C12)を得た。
(実施例13)
実施例10と同様にして得た触媒担体(B13)に、炭酸Cs水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(C13)を得た。
(実施例14)
活性アルミナ粉末と硝酸セリウム、硝酸ジルコニル、硝酸ランタンと水とを混合し、150℃で3時間乾燥後400℃で1時間焼成し、Ce−Zr−La担持アルミナ粉末を得た。粉末中に含まれる各成分の%は酸化物換算でCe:2、Zr:7、La:7であった。
ジアトロジアミンPt水溶液を上記Ce、Zr及びLaを含むアルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持アルミナ粉末(粉末16)を得た。この粉末のPt濃度は2%であった。
硝酸Rh水溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持アルミナ粉末(粉末17)を得た。この粉末のRh濃度は4%であった。
粉末16を97.5g、アルミナを102.5g、水を200g磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.3L、400セル)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量200g/Lの触媒担体(A14)を得た。
粉末16を97.5g、粉末17を17.5g、水を115g磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。この時の、スラリの平均粒径は3.2μmであった。このスラリ液を触媒担体(A14)に付着して、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除き130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、総コート層重量310g/Lの触媒担体(B14)を得た。
触媒担体(B14)に、ジアトロジアミンPt水溶液をPt換算で触媒1L当たり3.9gになるよう含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し触媒担体(D14)を得た。その後、酢酸Ba水溶液を酸化物換算で触媒1L当たり30g含浸担持し、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、本例の排ガス浄化触媒(E14)を得た。
(比較例1)
100gの粉末1、50g粉末2、100gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(a1)を得た。
50gの粉末2、50gの粉末3、150gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(b1)を得た。
触媒担体(b1)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(c1)を得た。
(比較例2)
250gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(a2)を得た。
100gの粉末1、100gの粉末2、50gの粉末3及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(b2)を得た。
触媒担体(b2)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(c2)を得た。
(比較例3)
100gの粉末1、100gの粉末2、50gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(a3)を得た。
50gの粉末3、200gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(b3)を得た。
触媒担体(b3)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(c3)を得た。
(比較例4)
100gの粉末1、50gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(a4)を得た。
100gの粉末2、50gの粉末3、100gのアルミナ及び250gの水を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(b4)を得た。
触媒担体(b4)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(c4)を得た。
(比較例5)
50gの粉末2、200gのアルミナ及び250gの水を用い、スラリの平均粒径が8μmである以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(a5)を得た。
100gの粉末1、50gの粉末2、50gの粉末3、50gのアルミナ及び250gの水を用い、スラリの平均粒径が8μmである以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、総コート層重量250g/L触媒担体(b5)を得た。
触媒担体(b5)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(c5)を得た。
(比較例6)
50gの粉末2、200gのアルミナ及び250gの水を用い、コーディライト質モノリス担体(0.65L、400セル)を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(a6)を得た。
次に、触媒担体(a6)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、触媒担体(a’6)を得た。
100gの粉末1、50gの粉末2、50gの粉末3、50gのアルミナ及び250gの水を用い、コーディライト質モノリス担体(0.65L、400セル)を用いた以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、コート層重量125g/L触媒担体(b6)を得た。
触媒担体(b6)に、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の排ガス浄化触媒(b’6)を得た。
以上のようにして得られた実施例1〜14及び比較例1〜6に示す排ガス浄化触媒の、上層及び下層におけるPt、Rh及びPdの添加率、全Pt使用量に対する0.1mm深さ以内のPt使用量、使用貴金属総量に対する上層のPt量、スラリの平均粒径、Pt担持基材、及びNOx吸着材を表1に示した。
なお、ここで、上層及び下層とは、コーティング順に第1層が下層、第2層が上層を指すものである。また、比較例6では、フロント側を上層、リア側を下層とした。
また、スラリの平均粒径は、島津製作所製SALD−2000A、具体的にはレーザー回折散乱法により測定し、光源は半導体レーザーとし、波長680nm、出力3mWとした。
Figure 0004412299
(性能評価)
表1に示した各例の触媒につき、下記の性能評価を実施し、得られた結果を表2に示した。
[耐久方法]
排気量4400ccのエンジンの排気系に触媒を装着し、前段の触媒入口温度を700℃とし、50時間運転した。
[評価方法]
排気量2000ccのエンジンの排気系に1.3L触媒を装着し、A/F=14.6を60秒、A/F=22を20秒、A/F=50を20秒の順序で運転を繰り返した。前段触媒の入口温度を350℃とした。この切り替え運転1サイクルの排ガス中におけるHC、CO及びNOxの初期及び耐久後のトータル転化率を求めた。
なお、比較例6については、排ガスの流れ方向に対して、上流側に(a’6)、下流側に(b’6)を配置して行った。
また、HC、CO及びNOxの転化率は、以下の算出式より求めた。
HC転化率[%]=(1−評価モード1サイクルの触媒出口HC濃度/評価モード1サイクルの触媒入口HC濃度)×100
CO転化率[%]=(1−評価モード1サイクルの触媒出口CO濃度/評価モード1サイクルの触媒入口CO濃度)×100
NOx転化率[%]=(1−評価モード1サイクルの触媒出口NOx濃度/評価モード1サイクルの触媒入口NOx濃度)×100
Figure 0004412299
以上の試験を行った結果、表2に示すように、本発明の範囲に含まれる実施例1〜14の排ガス浄化触媒は、初期に対する耐久後のNOx転化率が約20%以上低下してしまう比較例1〜6の触媒に比べて、耐久後のNOxの転化率が約10%低下するにすぎず、また、HC及びCOの転化率の低下も比較例に比べ小さいため、より優れた排ガス浄化触媒であることがわかる。
本発明の排ガス浄化触媒の一例を示すコート層断面図である。

Claims (8)

  1. 耐火性無機担体上に、白金とパラジウム及び/又はロジウムから成る貴金属と、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属から成るNOx吸着材とを含有する触媒層を被覆して成る排ガス浄化触媒であって、
    上記白金が、上記触媒層の表面に近接するにつれて高濃度で含まれ、
    白金総量の10〜100%が上記触媒層表面から0.1mmまでの深さに含まれ、
    上記触媒層が、白金及びロジウムを含み更に上記NOx吸着材を含む上層と、白金及び/又はパラジウムを含み更に上記NOx吸着材を含む下層より成る2層構造を有し、
    かつ、上記下層が、ロジウムを含まないことを特徴とする排ガス浄化触媒。
  2. 上記NOx吸着材の一部が上記触媒層表面に露出していることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化触媒。
  3. 上記上層に含まれる白金量が、白金総量の30〜80%であることを特徴とする請求項
    1〜2のいずれか1つの項に記載の排ガス浄化触媒。
  4. 上記触媒層にロジウムが含まれ、このロジウムは上記排ガス浄化触媒1L当たり0.1〜2.0gの割合でアルミナに担持されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の排ガス浄化触媒。
  5. 上記触媒層を構成する材料の平均粒径(メディアン径)が、4μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の排ガス浄化触媒。
  6. 空燃比が10〜50の範囲で変動するリーンバーンエンジンの排ガスを浄化するのに用いられることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の排ガス浄化触媒。
  7. 空燃比が10〜14.8、15〜50の範囲で変動するリーンバーンエンジンの排ガスを浄化するのに用いられることを特徴とする請求項6に記載の排ガス浄化触媒。
  8. 請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の排ガス浄化触媒の製造方法であって、
    上記耐火性無機担体上に、NOx吸着材及び貴金属を含有する触媒層を、含浸法によって被覆することを特徴とする排ガス浄化触媒の製造方法。

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