JP4999331B2 - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents
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Description
前記触媒層は、前記ハニカム担体直上に設けられた下層と、該下層直上に設けられた上層との上下2層からなり、この上下2層各々がアルミナ粒子と酸素吸蔵材粒子とを含有し、
前記上下2層の前記アルミナ粒子及び前記酸素吸蔵材粒子各々は、前記複数種の触媒貴金属のうちの1種のみをそれぞれ担持しており、
前記複数種の触媒貴金属としてパラジウムとロジウムとを備え、
前記複数種の触媒貴金属のうちの前記パラジウムは、前記下層が含有する前記アルミナ粒子及び前記酸素吸蔵材粒子の両方に担持され、
前記複数種の触媒貴金属のうちの前記ロジウムは、前記上層が含有する前記アルミナ粒子及び前記酸素吸蔵材粒子の両方に担持されていることを特徴とする。
前記パラジウムを担持している酸素吸蔵材粒子は、少なくともセリウムと複合化されたアルミナであることを特徴とする。
前記セリウムと複合化されたアルミナは、さらに、セリウムを除く1種以上の希土類元素及びジルコニウムと複合化されていることを特徴とする。
前記パラジウムとロジウムとの質量比Pd/Rhが4/1以上7/1以下であることを特徴とする。
図2に示すように、三元触媒11は、コージェライト製のハニカム担体11aの排気ガス通路壁に触媒層11bが形成された構成である。
図3に示すように、触媒層11bは、パラジウムを担持した第1アルミナと、白金を担持した第2アルミナと、ロジウムを担持した第3アルミナと、ロジウムを担持したCe・Zr・Nd複酸化物(その構造は図8を参照して後述する)と、Ce・Zr・Nd複酸化物と、パラジウムを担持したCe・Zr・La・Y・アルミナ複合化物(その構造は図9を参照して後述する)と、酸化セリウムと、バインダー(酸化ジルコニウム:ZrO2)とを含有している。前記第1アルミナ、第2アルミナ、第3アルミナ、Ce・Zr・Nd複酸化物、Ce・Zr・La・Y・アルミナ複合化物及び酸化セリウムはいずれも粒子状になっている(以下、同じ。)。
前記三元触媒11の製法はおよそ次の通りである。
ランタンを4質量%添加してなる活性アルミナの粉末(第1アルミナ)に、硝酸パラジウム水溶液を滴下し、500℃で乾燥・焼成することにより、パラジウムを担持した第1アルミナを得る。このパラジウムを担持した第1アルミナと、酸化セリウムと、Ce・Zr・Nd複酸化物と、パラジウムを担持したCe・Zr・La・Y・アルミナ複合化物(その製法は後述する)と、バインダーとを混合し、これに水を加え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。このスラリーにコージェライト製ハニカム担体11aを浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを前記担体11aにコーティングする。しかる後、このハニカム担体11aを常温から500℃になるまで一定の昇温速度で1.5時間をかけて昇温し、その温度に2時間保持して乾燥・焼成することにより、下側触媒層を形成する。
ランタンを4質量%添加してなる活性アルミナの粉末(第2アルミナ)に、ジニトロジアミン白金硝酸塩の水溶液を滴下し、500℃で乾燥・焼成することにより、白金を担持した第2アルミナを得る。また、ランタンを4質量%添加してなる活性アルミナ粒子の表面を10質量%の酸化ジルコニウムで被覆してなる粉末(第3アルミナ)に、硝酸ロジウム水溶液を滴下し、500℃で乾燥・焼成することにより、ロジウムを担持した第3アルミナを得る。さらに、Ce・Zr・Nd複酸化物に、硝酸ロジウム水溶液を滴下し、500℃で乾燥・焼成することにより、ロジウムを担持したCe・Zr・Nd複酸化物を得る。これらの白金を担持した第2アルミナと、ロジウムを担持した第3アルミナと、ロジウムを担持したCe・Zr・Nd複酸化物と、バインダーとを混合し、これに水を加え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。このスラリーに前記のように下側触媒層を形成したコージェライト製ハニカム担体11aを浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを前記担体11aにコーティングする。しかる後、このハニカム担体11aを常温から500℃になるまで一定の昇温速度で1.5時間をかけて昇温し、その温度に2時間保持して乾燥・焼成することにより、上側触媒層を形成する。
下側触媒層に含有される、パラジウムを担持したCe・Zr・La・Y・アルミナ複合化物は、オートクレーブを用いる水熱合成法又は酸アルカリ中和処理による共沈法のいずれによっても調製することができる。共沈法で説明すると、まず、セリウム、ジルコニウム、ランタン、イットリウム(Y)及びアルミニウムの各硝酸塩を混合し、水を加えて室温で約1時間攪拌する。次に、この硝酸塩混合溶液とアルカリ性溶液(好ましくは28%アンモニア水)とを室温〜80℃で混合して中和処理を行う。この中和処理をディスパーサを用いて行う場合は、その回転数をおよそ4000rpm以上6000rpm以下とする。また、硝酸塩混合溶液の添加速度は約53mL/分、アルカリ性溶液の添加速度は約3mL/分が好ましい。
前記製法に従い、次の構成の三元触媒を製造した(図3〜図7参照)。なお、担持量は、ハニカム担体の1L当たりの量である。
図3に示すように、上下2層の触媒層を備えている(図6,図7参照)。
・Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量5.7g/L
・Pd/第1アルミナ:担持量50.0g/L(Pd担持量0.7g/L)
・Pd/Ce・Zr・La・Yアルミナ複合化物:担持量25.0g/L(Pd担持量0.35g/L)
・酸化セリウム:担持量5.7g/L
・ジルコニアバインダー:担持量8.5g/L
・Pt/第2アルミナ:担持量25.5g/L(Pt担持量0.08g/L)
・Rh/Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量56.0g/L(Rh担持量0.1g/L)
・Rh/第3アルミナ:担持量17.0g/L(Rh担持量0.04g/L)
・ジルコニアバインダー:担持量11.0g/L
図4に示すように、触媒層を上下2層構造に代えて単層とした他は実施例1と同じとした(図6参照)。
図5に示すように、下層のPdの担持量の半量(0.525g/L)を上層のRhを担持している2種類の担体成分に共存担持させ、かつ、上層のRhの担持量の半量(0.07g/L)を下層のPdを担持している2種類の担体成分に共存担持させた他は実施例1と同じとした(図6参照)。
実施例1及び比較例1,2について、各触媒を、2%O2及び10%H2Oの雰囲気中で、1100℃×24時間の条件で、エージングした後、リグテストにより、各触媒のHC、CO及びNOxの浄化性能の指標であるT50(℃)及びC500(%)を測定した。
CO2:13.9%、O2:0.6%、CO:0.6%、H2:0.2%、C3H6:0.056%、NO:0.1%、H2O:10%、残り:N2
図11は実施形態2に係る三元触媒の触媒層構成を模式的に示す。この三元触媒も図2及び図3に示すハニカム担体の排気ガス通路壁に上下2層の触媒層が形成されたものである。下側触媒層は、Pdを担持したアルミナと、Pdを担持したCe・Zr・La・Y・アルミナ複合化物(図9参照)と、Ce・Zr・Nd複酸化物(図8参照)と、酸化セリウム(CeO2)と、バインダー(酸化ジルコニウム:ZrO2)を含有する。上側触媒層は、Rhを担持したCe・Zr・Nd複酸化物と、Rhを担持したZrO2被覆アルミナ(実施形態1でいう第3アルミナ)と、バインダー(酸化ジルコニウム:ZrO2)とを含有している。前記アルミナ、ZrO2被覆アルミナ、Ce・Zr・Nd複酸化物、Ce・Zr・La・Y・アルミナ複合化物及び酸化セリウムは、実施形態1と同じくいずれも粒子状になっている。
前記三元触媒の製法はおよそ次の通りである。
実施形態1で説明した方法によって調製したPdを担持したLa4質量%含有の活性アルミナの粉末と、Pdを担持したCe・Zr・La・Y・アルミナ複合化物の粉末と、Ce・Zr・Nd複酸化物の粉末と、CeO2粉末と、バインダーとを混合し、これに水を加え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。このスラリーにコージェライト製ハニカム担体を浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを前記担体にコーティングする。しかる後、このハニカム担体を常温から500℃になるまで一定の昇温速度で1.5時間をかけて昇温し、その温度に2時間保持して乾燥・焼成することにより、下側触媒層を形成する。
実施形態1で説明した方法によって調製したRhを担持したCe・Zr・Nd複酸化物の粉末と、Rhを担持したZrO2被覆アルミナの粉末と、バインダーとを混合し、これに水を加え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。このスラリーに前記のように下側触媒層を形成したコージェライト製ハニカム担体を浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを前記担体にコーティングする。しかる後、このハニカム担体を常温から500℃になるまで一定の昇温速度で1.5時間をかけて昇温し、その温度に2時間保持して乾燥・焼成することにより、上側触媒層を形成する。
前記製法に従い、次の構成の三元触媒を得た。下側触媒層の全Pd担持量と上側触媒層の全Rh担持量との質量比はPd/Rh=4/1である。
・Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量5.7g/L
・Pd/第1アルミナ:担持量50.0g/L(Pd担持量0.75g/L)
・Pd/Ce・Zr・La・Yアルミナ複合化物:担持量25.0g/L(Pd担持量0.37g/L)
・酸化セリウム:担持量5.7g/L
・ジルコニアバインダー:担持量8.5g/L
・Rh/Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量56.0g/L(Rh担持量0.20g/L)
・Rh/ZrO2被覆アルミナ:担持量42.5g/L(Rh担持量0.08g/L)
・ジルコニアバインダー:担持量11.0g/L
前記製法に従い、次の構成の三元触媒を得た。下側触媒層の全Pd担持量と上側触媒層の全Rh担持量との質量比はおよそPd/Rh=5/1である。
・Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量5.7g/L
・Pd/第1アルミナ:担持量50.0g/L(Pd担持量0.78g/L)
・Pd/Ce・Zr・La・Yアルミナ複合化物:担持量25.0g/L(Pd担持量0.39g/L)
・酸化セリウム:担持量5.7g/L
・ジルコニアバインダー:担持量8.5g/L
・Rh/Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量56.0g/L(Rh担持量0.17g/L)
・Rh/ZrO2被覆アルミナ:担持量42.5g/L(Rh担持量0.07g/L)
・ジルコニアバインダー:担持量11.0g/L
前記製法に従い、次の構成の三元触媒を得た。下側触媒層の全Pd担持量と上側触媒層の全Rh担持量との質量比はおよそPd/Rh=7/1である。
・Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量5.7g/L
・Pd/第1アルミナ:担持量50.0g/L(Pd担持量0.82g/L)
・Pd/Ce・Zr・La・Yアルミナ複合化物:担持量25.0g/L(Pd担持量0.40g/L)
・酸化セリウム:担持量5.7g/L
・ジルコニアバインダー:担持量8.5g/L
・Rh/Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量56.0g/L(Rh担持量0.13g/L)
・Rh/ZrO2被覆アルミナ:担持量42.5g/L(Rh担持量0.05g/L)
・ジルコニアバインダー:担持量11.0g/L
前記製法に従い、次の構成の三元触媒を得た。下側触媒層の全Pd担持量と上側触媒層の全Rh担持量との質量比はPd/Rh=3/1である。
・Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量5.7g/L
・Pd/第1アルミナ:担持量50.0g/L(Pd担持量0.70g/L)
・Pd/Ce・Zr・La・Yアルミナ複合化物:担持量25.0g/L(Pd担持量0.35g/L)
・酸化セリウム:担持量5.7g/L
・ジルコニアバインダー:担持量8.5g/L
・Rh/Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量56.0g/L(Rh担持量0.25g/L)
・Rh/ZrO2被覆アルミナ:担持量42.5g/L(Rh担持量0.10g/L)
・ジルコニアバインダー:担持量11.0g/L
前記製法に従い、次の構成の三元触媒を得た。下側触媒層の全Pd担持量と上側触媒層の全Rh担持量との質量比はおよそPd/Rh=10/1である。
・Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量5.7g/L
・Pd/第1アルミナ:担持量50.0g/L(Pd担持量0.85g/L)
・Pd/Ce・Zr・La・Yアルミナ複合化物:担持量25.0g/L(Pd担持量0.42g/L)
・酸化セリウム:担持量5.7g/L
・ジルコニアバインダー:担持量8.5g/L
・Rh/Ce・Zr・Nd複酸化物:担持量56.0g/L(Rh担持量0.09g/L)
・Rh/ZrO2被覆アルミナ:担持量42.5g/L(Rh担持量0.04g/L)
・ジルコニアバインダー:担持量11.0g/L
実施例2〜6について、各触媒を、2%O2及び10%H2Oの雰囲気中で、1000℃×24時間の条件で、エージングした後、リグテストにより、各触媒のHC、CO及びNOxの浄化性能の指標であるT50及びC500を測定した。この評価は実施形態1と同じ条件及び方法によって行なった。結果を図12及び図13に示す。
上述の如く上側触媒層にPt担持アルミナを含有しない実施例3は、Pt担持アルミナを含有する実施例1よりも触媒の活性が高い。この点について考察する。
10 触媒コンバータ
11 三元触媒(排気ガス浄化用触媒)
11a ハニカム担体
11b 触媒層
Claims (4)
- ハニカム担体上に、複数種の触媒貴金属とアルミナ粒子と酸素吸蔵材粒子とを含有する触媒層が備えられた排気ガス浄化用触媒であって、
前記触媒層は、前記ハニカム担体直上に設けられた下層と、該下層直上に設けられた上層との上下2層からなり、この上下2層各々がアルミナ粒子と酸素吸蔵材粒子とを含有し、
前記上下2層の前記アルミナ粒子及び前記酸素吸蔵材粒子各々は、前記複数種の触媒貴金属のうちの1種のみをそれぞれ担持しており、
前記複数種の触媒貴金属としてパラジウムとロジウムとを備え、
前記複数種の触媒貴金属のうちの前記パラジウムは、前記下層が含有する前記アルミナ粒子及び前記酸素吸蔵材粒子の両方に担持され、
前記複数種の触媒貴金属のうちの前記ロジウムは、前記上層が含有する前記アルミナ粒子及び前記酸素吸蔵材粒子の両方に担持されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 前記請求項1に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記パラジウムを担持している酸素吸蔵材粒子は、少なくともセリウムと複合化されたアルミナであることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 前記請求項2に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記セリウムと複合化されたアルミナは、さらに、セリウムを除く1種以上の希土類元素及びジルコニウムと複合化されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 前記請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記パラジウムとロジウムとの質量比Pd/Rhが4/1以上7/1以下であることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
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