JP4960709B2 - 軸方向で変化する貴金属濃度を有する排ガス浄化触媒および該触媒の製造法 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排ガス浄化の分野に関する。特に本発明は、被毒および熱による損傷に関して優れた性能を示す改善された触媒を提供する。本発明はまた、この触媒の製造法も提供する。
本発明は、触媒コートの熱による損傷および被毒が排ガス浄化触媒の上流端で始まるという観察に基づく。触媒担体の上流端で貴金属成分の濃度を低下させ、かつ同時にさらに下流で濃度を増大させることにより、触媒寿命が改善されうることを発見した。
これから本発明を、有利な実施態様に関してかつ添付している図に関して記載する。各図は以下のことを示す:
図1: 15000、30000〜60000キロメートルの自動車の総走行マイル数による触媒に沿った触媒活性の劣化
図2: 均一のかつ通常のゾーン触媒における、触媒活性全体の劣化−対−自動車の総走行マイル数
図3: 実施例1の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布
図4: 実施例2の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布
図5: 実施例3の単層のロジウム勾配触媒中のロジウムの濃度分布
図1は図式的に、自動車の排ガス曝露による通常の均一のモノリシックハネカム(monolithic honeycomb)担体触媒の軸寸法に沿った触媒活性を示す。「均一の」という用語は、ここではその軸方向に沿って一定の貴金属濃度を有する触媒を示すのに使用される。15000キロメールの運転の後、触媒活性は殆ど影響を受けなかった。しかしながら総走行マイル数の増大にともない、触媒活性は触媒入口から劣化し始める。図1は、この挙動を例示的に30000〜60000キロメートルの総走行マイル数について示す。
a)ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも1種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
b)担体の第一の上流領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
c)担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも1種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
d)含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
e)か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
工程d)における加熱空気流は、排ガス入口側から排ガス出口側へかまたはその逆方向において触媒に通して処理してよい。含浸において使用される貴金属前駆物質が支持体層に向かって不十分にまたは強く吸着する能力に依存して、異なった貴金属分布を触媒の軸寸法に沿って獲得することができる。最適な分布は考えられる用途に依存し、かつ実験を通して当業者により決定されうる。
a)ハネカム担体を、少なくとも1種の高表面積の支持体材料および貴金属成分を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して、すでに触媒活性化された支持体層を獲得する工程、
b)担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
c)担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも1種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
d)含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
e)か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
a)ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも1種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
b)担体の第一および第三領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
c)1工程で貴金属成分の少なくとも1種の前駆化合物の溶液に担体全部を含浸するかまたは第一の含浸工程で担体の第一および第二領域を、かつ第二の含浸工程で第三および第二領域を含浸する工程、
d)含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
e)か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
実施例1:
パラジウム勾配を有する単層触媒の製造。
パラジウム勾配を有する単層触媒の製造。
ロジウム勾配を有する単層触媒の製造。
TWC用途のための二重層触媒を製造した。触媒は、第一層においてパラジウム勾配と、均一に分布されたロジウムおよび白金を含有する第二層とを有していた。
TWC用途のための二重層触媒を製造し、該触媒中、第一層は均一に分布されたパラジウムを含有し、かつ第二層は均一に分布されたロジウムおよび白金を含有していた。
2種の触媒の触媒活性を自動車試験において比較した。均一にコーティングされた触媒(実施例5)の排出量が100%に設定されている、エフティピーテストサイクルにおいて観察された相対排出量を以下の表で示す。触媒は、160000キロメートル(100000マイル)の通常の運転サイクルに相応する処理手順を有する内燃機関において老化した。
Claims (18)
- ハネカム担体上に触媒コートを有し、該ハネカム担体が上流端および下流端および上流端から下流端へ流れる多数の流路を有する排ガス浄化触媒であって、
触媒コートが、該ハネカム担体の長手軸方向に沿って触媒活性成分の濃度分布を有する少なくとも1種の触媒活性貴金属成分を含み、
その際、該ハネカム担体が、触媒コート部分に対応して、第一領域中では担体の入口面で低濃度を有し、かつ第二領域中ではピーク濃度への上昇を有し、かつ第三領域中では第二領域中のピーク濃度と等しいかまたはそれより低い貴金属成分の濃度を有する3つの隣接する領域に分けられて、
第一領域中での貴金属成分の平均濃度が、第二領域中のピーク濃度の10〜60%であり、かつ第三領域中の平均濃度が第二領域中のピーク濃度の0〜100%である、
排ガス浄化触媒。 - ハネカム担体の全長が30〜300mmであり、かつ第一領域が5〜20mmの長さを有し、かつ第一領域に隣接する第二領域が10〜100mmの長さを有する、請求項1記載の排ガス浄化触媒。
- 貴金属の濃度が第三領域内で一定である、請求項2記載の排ガス浄化触媒。
- 前記貴金属成分がパラジウムであり、かつ第二領域中のそのピーク濃度が0.1〜100(g/(ハネカム担体の体積l))である、請求項2記載の排ガス浄化触媒。
- 触媒コートがさらに、白金、ロジウム、イリジウムまたはそれらの混合物からなる群から選択される付加的な貴金属成分を有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の排ガス浄化触媒。
- 付加的な貴金属成分が、パラジウムと同じ濃度分布であるが、異なった絶対濃度を有することを示す、請求項5記載の排ガス浄化触媒。
- 付加的な貴金属成分が触媒の全ての3つの領域内で同じ一定の濃度を有する、請求項5記載の排ガス浄化触媒。
- 付加的な貴金属成分が白金およびロジウムであり、白金およびロジウムが0.05〜5(g/(ハネカム担体の体積l))の濃度で存在する、請求項7記載の排ガス浄化触媒。
- 変化する濃度分布を有する触媒コートが、上部に第二の触媒コートが施与されている第一コーティングを形成し、かつ第二の該触媒コートがハネカム担体に沿った一定の濃度を有する付加的な貴金属成分を有する、請求項8記載の排ガス浄化触媒。
- 請求項1記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
a)ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも1種の高表面積の支持体材料を有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
b)担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
c)担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも1種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
d)含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
e)か焼する工程
を有する、請求項1記載の排ガス浄化触媒の製造法。 - 請求項1記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
a)ハネカム担体を、少なくとも1種の高表面積の支持体材料および貴金属成分を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して、すでに触媒活性化された支持体層を獲得する工程、
b)担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
c)担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも1種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
d)含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
e)か焼する工程
を有する、請求項1記載の排ガス浄化触媒の製造法。 - 請求項1記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
a)ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも1種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
b)担体の第一および第三領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
c)1工程で貴金属成分の少なくとも1種の前駆化合物の溶液に担体全部を含浸するかまたは第一の含浸工程で担体の第一および第二領域を、かつ第二の含浸工程で第三および第二領域を含浸する工程、
d)含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
e)か焼する工程
を有する、請求項1記載の排ガス浄化触媒の製造法。 - 湿潤剤が水または有機化合物の水溶液である、請求項10から12までのいずれか1項記載の方法。
- 湿潤剤が、ポリエチレングリコール、クエン酸、ポリビニルアルコール、イソプロパノールまたはそれらの混合物からなる群から選択される有機化合物の水溶液である、請求項13記載の方法。
- 含浸溶液が、吸着性が不十分な貴金属成分の前駆物質を含有する、請求項10から12までのいずれか1項記載の方法。
- 吸着性が不十分な前駆化合物が硝酸テトラアンミンパラジウムPd(NH3)4(NO3)2である、請求項15記載の方法。
- 含浸溶液が、吸着性が強い貴金属成分の前駆物質を含有する、請求項10から12までのいずれか1項記載の方法。
- 吸着性が強い前駆化合物が硝酸パラジウムPd(NO3)2である、請求項17記載の方法。
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