JP5416497B2 - Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、二輪車等の内燃機関から排出する空燃比(A/F)が14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対して用いられる排気ガス浄化用触媒及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst used for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio (A / F) of less than 14.5 discharged from an internal combustion engine such as a motorcycle and a method for manufacturing the same.

自動車や二輪車等に搭載された内燃機関から排出される排気ガスには、一酸化炭素(CO)、炭化水素(THC)、窒素酸化物(NOx)といった有害成分が含まれている。これらの有害成分を、排気ガスを排出する前に分解し、浄化するため、白金族元素や耐火性無機酸化物等を含有する排気ガス浄化用触媒を内燃機関の排出口に装着することが行われている(例えば特許文献1を参照)。   Exhaust gas discharged from an internal combustion engine mounted on an automobile or a motorcycle includes harmful components such as carbon monoxide (CO), hydrocarbon (THC), and nitrogen oxide (NOx). In order to decompose and purify these harmful components before exhaust gas is discharged, an exhaust gas purifying catalyst containing a platinum group element, a refractory inorganic oxide, or the like may be mounted on the exhaust port of the internal combustion engine. (For example, refer to Patent Document 1).

二輪車に関しては、近年、排気ガス中の有害成分濃度の規制が強化される動きが高まっており、これに加えて、将来的には、数万キロメートルを走行した後でも所定の規制値を満たすよう、浄化性能について耐久性の要件も課せられる見通しとなっている。   As for motorcycles, in recent years, there has been an increase in regulations on the concentration of harmful components in exhaust gas. In addition to this, in the future, even after driving several tens of thousands of kilometers, the regulations will be met. In addition, durability requirements are expected to be imposed on purification performance.

しかしながら二輪車では自動車と比較して搭載スペースが限られているため、これに搭載する排気ガス浄化用触媒としては小容量でありながら、高度の浄化能力を発揮することが求められている。   However, since the mounting space of a motorcycle is limited compared to that of an automobile, the exhaust gas purification catalyst to be mounted on the motorcycle is required to exhibit a high degree of purification ability while having a small capacity.

二輪車では出力を重視する傾向があることから、燃料を多く使用し、それに応じて排気ガス中の酸素濃度が低下するため、排気ガスにおける空燃比(A/F)が、理論空燃比14.5未満になる場面が多くなる。   Since motorcycles tend to focus on output, a large amount of fuel is used, and the oxygen concentration in the exhaust gas decreases accordingly, so that the air-fuel ratio (A / F) in the exhaust gas is 10.5 in the theoretical air-fuel ratio. There are many scenes that become less than.

自動車からの排気ガスでの空燃比は理論空燃比付近(14.5〜14.7)であるため、従来使用されている排気ガス浄化用触媒は、基本的にそのような空燃比での浄化を想定しており、その濃度範囲でのみ、一酸化炭素及び炭化水素を酸化し、かつ窒素酸化物を還元することで、有害成分を効率的に除去できるものであった。   Since the air-fuel ratio of exhaust gas from automobiles is near the stoichiometric air-fuel ratio (14.5 to 14.7), conventionally used exhaust gas purification catalysts are basically purified at such an air-fuel ratio. In the concentration range, harmful components can be efficiently removed by oxidizing carbon monoxide and hydrocarbons and reducing nitrogen oxides.

しかしながら、二輪車の内燃機関から排出される理論空燃比未満の排気ガスでは、酸素濃度が低いため、従来の排気ガス浄化用触媒では、一酸化炭素及び炭化水素を酸化する性能が著しく低下し、このために、一酸化炭素及び炭化水素を効率よく浄化することが極めて困難であった。以上から、二輪車が排出する排気ガスを浄化するのに特化した浄化用触媒を調製することが必要となってきた。   However, the exhaust gas with less than the stoichiometric air-fuel ratio discharged from the internal combustion engine of the two-wheeled vehicle has a low oxygen concentration. Therefore, the conventional exhaust gas purifying catalyst has a significantly reduced ability to oxidize carbon monoxide and hydrocarbons. For this reason, it has been extremely difficult to efficiently purify carbon monoxide and hydrocarbons. From the above, it has become necessary to prepare a purifying catalyst specialized for purifying exhaust gas discharged from a motorcycle.

特許第3235640号公報Japanese Patent No. 3235640

本発明は、上記現状に鑑み、二輪車等が排出する、空燃比(A/F)が14.5未満の燃料リッチな排気ガスにおいても、窒素酸化物だけではなく、一酸化炭素及び炭化水素も効率よく浄化することが可能であり、しかも耐久性を兼ね備えた排気ガス浄化用触媒及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above situation, the present invention is not limited to nitrogen oxides, but also carbon monoxide and hydrocarbons, even in fuel-rich exhaust gas with an air-fuel ratio (A / F) of less than 14.5, which is emitted by motorcycles and the like. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying catalyst that can be efficiently purified and also has durability, and a method for producing the same.

本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、特定濃度の酸化イットリウム及び/又は酸化マグネシウム、貴金属を含有する排気ガス浄化用触媒によると、空燃比14.5未満の燃料リッチな排気ガスにおいて、窒素酸化物の浄化効率は維持したまま、一酸化炭素及び炭化水素の浄化効率が向上することを見出し、本発明に至った。   As a result of various studies to solve the above problems, the present inventors have found that according to an exhaust gas purification catalyst containing cerium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, a specific concentration of yttrium oxide and / or magnesium oxide, and a noble metal. The present inventors have found that in fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio of less than 14.5, the purification efficiency of carbon monoxide and hydrocarbons is improved while maintaining the purification efficiency of nitrogen oxides.

すなわち本発明は、空燃比(A/F)が14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対して用いられる排気ガス浄化用触媒であって、
(1)酸化セリウム、
(2)酸化ジルコニウム、
(3)酸化アルミニウム、
(4)酸化イットリウム及び/又は酸化マグネシウム、並びに
(5)貴金属を含有し、
イットリウム及び/又はマグネシウムの総濃度が、触媒総量に対して2.0重量%〜5.0重量%である、排気ガス浄化用触媒に関する。
That is, the present invention is an exhaust gas purification catalyst used for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio (A / F) of less than 14.5,
(1) cerium oxide,
(2) zirconium oxide,
(3) Aluminum oxide,
(4) yttrium oxide and / or magnesium oxide, and
(5) contains noble metals,
The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst in which the total concentration of yttrium and / or magnesium is 2.0 wt% to 5.0 wt% with respect to the total amount of the catalyst.

本発明の排気ガス浄化用触媒は、前記(1)-(4)が均一に混合された複合酸化物に対して、(5)を含浸させることで製造されたものが好ましい。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is preferably produced by impregnating (5) with a complex oxide in which (1) to (4) are uniformly mixed.

前記貴金属が、白金、ロジウム及びパラジウムからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。   The noble metal is preferably at least one selected from the group consisting of platinum, rhodium and palladium.

また本発明は、金属担体と、
当該金属担体の表面にコーティングされた前記排気ガス浄化用触媒と、を有する、
空燃比(A/F)が14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対して用いられる排気ガス浄化材に関する。
The present invention also includes a metal carrier,
The exhaust gas purifying catalyst coated on the surface of the metal carrier,
The present invention relates to an exhaust gas purification material used for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio (A / F) of less than 14.5.

さらに本発明は、(1)酸化セリウム、(2)酸化ジルコニウム、(3)酸化アルミニウム、並びに、(4)酸化イットリウム及び/又は酸化マグネシウム、を含む複合酸化物に対して、(5)貴金属を含浸させる工程を含む、イットリウム及び/又はマグネシウムの総濃度が、触媒総量に対して2.0重量%〜5.0重量%である排気ガス浄化用触媒の製造方法にも関する。   Furthermore, the present invention provides (5) a noble metal to a composite oxide containing (1) cerium oxide, (2) zirconium oxide, (3) aluminum oxide, and (4) yttrium oxide and / or magnesium oxide. The present invention also relates to a method for producing a catalyst for purifying exhaust gas, wherein the total concentration of yttrium and / or magnesium including the impregnation step is 2.0% by weight to 5.0% by weight with respect to the total amount of the catalyst.

前記製造方法は、前記(1)-(4)の各成分と水を混合して懸濁液を作製した後、該懸濁液から共沈法により共沈物を生成させ、この共沈物を焼成して前記(1)-(4)を含む複合酸化物を得る工程をさらに含むことが好ましい。   In the production method, each of the components (1) to (4) and water are mixed to prepare a suspension, and then a coprecipitate is generated from the suspension by a coprecipitation method. Preferably, the method further includes a step of obtaining a composite oxide containing the above (1)-(4) by firing the above.

本発明によって、二輪車等に搭載される、空燃比の変動幅が大きい内燃機関が排出する空燃比14.5未満の燃料リッチな排気ガスにおいて、有害成分である一酸化炭素及び炭化水素、並びに、窒素酸化物を同時に効率よく除去することができる。   According to the present invention, in a fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio of less than 14.5, which is mounted on a motorcycle or the like and exhausted by an internal combustion engine having a large air-fuel ratio fluctuation range, carbon monoxide and hydrocarbons that are harmful components, and Nitrogen oxide can be efficiently removed at the same time.

また、本発明に係る触媒は単独で十分な除去性能を発揮するので、例えば特許文献1のように異なる触媒層を積層した二層構造とする必要がないため、簡便に製造することができる。   Moreover, since the catalyst according to the present invention exhibits sufficient removal performance by itself, it is not necessary to have a two-layer structure in which different catalyst layers are laminated as in Patent Document 1, for example, and can be easily manufactured.

さらに、本発明に係る触媒は簡易な構成を有するので、二輪車で発生しやすい振動に対して耐性があり、耐久性に優れている。   Furthermore, since the catalyst according to the present invention has a simple configuration, it is resistant to vibrations that are likely to occur in a two-wheeled vehicle and is excellent in durability.

実験例1で測定した、種々のイットリウム濃度を持つ触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst with various yttrium density | concentrations measured in Experimental example 1 実験例1で測定した、種々のイットリウム濃度を持つ触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst with various yttrium density | concentrations measured in Experimental example 1 実験例1で測定した、種々のイットリウム濃度を持つ触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst with various yttrium density | concentrations measured in Experimental example 1 実験例2で測定した、種々のマグネシウム濃度を持つ触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst with various magnesium concentration measured in Experimental example 2 実験例2で測定した、種々のマグネシウム濃度を持つ触媒による有害成分のOf harmful components by catalysts having various magnesium concentrations measured in Example 2 実験例2で測定した、種々のマグネシウム濃度を持つ触媒による有害成分のOf harmful components by catalysts having various magnesium concentrations measured in Example 2 実験例3で測定した、イットリウム又は他の元素を含む触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst containing the yttrium or other element measured in Experimental example 3 実験例3で測定した、イットリウム又は他の元素を含む触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst containing the yttrium or other element measured in Experimental example 3 実験例3で測定した、イットリウム又は他の元素を含む触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst containing the yttrium or other element measured in Experimental example 3 実験例5で測定した、共沈法により調製した触媒、又は、同時含浸法により調製した触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst prepared by the coprecipitation method measured in Experimental Example 5, or the catalyst prepared by the simultaneous impregnation method 実験例5で測定した、共沈法により調製した触媒、又は、同時含浸法により調製した触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst prepared by the coprecipitation method measured in Experimental Example 5, or the catalyst prepared by the simultaneous impregnation method 実験例5で測定した、共沈法により調製した触媒、又は、同時含浸法により調製した触媒による有害成分の浄化率を示すグラフThe graph which shows the purification rate of the harmful | toxic component by the catalyst prepared by the coprecipitation method measured in Experimental Example 5, or the catalyst prepared by the simultaneous impregnation method イットリウムを含まない触媒についての透過型電子顕微鏡写真Transmission electron micrograph of a catalyst containing no yttrium イットリウムを含む触媒についての透過型電子顕微鏡写真Transmission electron micrograph of catalyst containing yttrium

本発明の排気ガス浄化用触媒は、次の5つの成分:(1)酸化セリウム、(2)酸化ジルコニウム、(3)酸化アルミニウム、(4)酸化イットリウム及び/又は酸化マグネシウム、並びに、(5)貴金属、から構成される。成分(4)に関しては、酸化イットリウムのみを含有してもよいし、酸化マグネシウムのみを含有してもよいし、酸化イットリウムと酸化マグネシウムの双方を含有してもよい。浄化効率の観点から、酸化マグネシウムよりも酸化イットリウムが好ましい。酸化イットリウムや酸化マグネシウム以外の酸化物(例えば、酸化鉄や、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル等)では、燃料リッチな排気ガスに対する浄化性能の向上は図れない。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention has the following five components: (1) cerium oxide, (2) zirconium oxide, (3) aluminum oxide, (4) yttrium oxide and / or magnesium oxide, and (5) Consists of precious metals. Regarding component (4), it may contain only yttrium oxide, may contain only magnesium oxide, or may contain both yttrium oxide and magnesium oxide. From the viewpoint of purification efficiency, yttrium oxide is preferable to magnesium oxide. With oxides other than yttrium oxide and magnesium oxide (for example, iron oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, etc.), the purification performance for fuel-rich exhaust gas cannot be improved.

本発明の排気ガス用触媒において、イットリウム及び/又はマグネシウムの総濃度は、触媒総量に対して2.0重量%以上5.0重量%以下である。この範囲内において、空燃比14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対する優れた浄化性能を発揮することができる。この範囲外では、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物いずれの浄化性能も顕著に低下する。一酸化炭素と炭化水素の浄化性能がより優れていることから、下限は3.0重量%以上が好ましい。また、窒素酸化物の浄化性能がより優れているため、上限は4.0重量%以下が好ましい。   In the exhaust gas catalyst of the present invention, the total concentration of yttrium and / or magnesium is 2.0 wt% or more and 5.0 wt% or less with respect to the total amount of the catalyst. Within this range, it is possible to exhibit excellent purification performance for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio of less than 14.5. Outside this range, the purification performance of carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides is significantly reduced. Since the purification performance of carbon monoxide and hydrocarbons is more excellent, the lower limit is preferably 3.0% by weight or more. Moreover, since the purification performance of nitrogen oxide is more excellent, the upper limit is preferably 4.0% by weight or less.

成分(5)の貴金属としては、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)が挙げられるが、排気ガスに対する浄化性能の観点から、白金、ロジウム及びパラジウムからなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。特に、白金及び/又はロジウムが好適である。本発明の排気ガス用触媒における貴金属の総濃度は、触媒全量に対して、およそ0.1〜10重量%程度が適当である。   Examples of the noble metal of component (5) include gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), ruthenium (Ru), and osmium (Os). However, at least one selected from the group consisting of platinum, rhodium and palladium is preferable from the viewpoint of purification performance against exhaust gas. In particular, platinum and / or rhodium are suitable. The total concentration of noble metals in the exhaust gas catalyst of the present invention is suitably about 0.1 to 10% by weight based on the total amount of the catalyst.

このように5つの成分のうち、(4)酸化イットリウム及び/又は酸化マグネシウム、並びに、(5)貴金属は微量成分であり、(1)酸化セリウム、(2)酸化ジルコニウム、及び(3)酸化アルミニウムが主要成分であって、触媒全体の大部分を占める。これら三成分の重量割合は、浄化性能の観点から、およそ1:0.1〜2.0:0.1〜2.0程度が適当である。   Of these five components, (4) yttrium oxide and / or magnesium oxide, and (5) noble metals are minor components, (1) cerium oxide, (2) zirconium oxide, and (3) aluminum oxide. Is the main component and occupies most of the entire catalyst. The weight ratio of these three components is appropriately about 1: 0.1 to 2.0: 0.1 to 2.0 from the viewpoint of purification performance.

本発明の排気ガス浄化用触媒では、酸化イットリウム又は酸化マグネシウムを特定濃度で配合することによって、貴金属の粒子がより細かく分散されることになり、その結果として排気ガスに対する浄化性能が向上すると考えられる。   In the exhaust gas purification catalyst of the present invention, precious metal particles are more finely dispersed by blending yttrium oxide or magnesium oxide at a specific concentration. As a result, it is considered that the purification performance for exhaust gas is improved. .

本発明の排気ガス浄化用触媒は、前記(1)-(4)を含む複合酸化物に対して、(5)貴金属を含浸させることで製造されたものが好ましい。これにより、触媒の表面近傍において、浄化能力の高い貴金属を配置することが可能となるので、空燃比14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対する浄化性能の向上が可能となる。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is preferably one produced by impregnating (5) a noble metal into the composite oxide containing the above (1)-(4). As a result, it is possible to arrange a precious metal having a high purification capacity in the vicinity of the surface of the catalyst, and thus it is possible to improve the purification performance for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio of less than 14.5.

前記(1)-(4)を含む複合酸化物は、酸化物の状態の前記(1)-(4)の各成分、又は、前記(1)-(4)の前駆体と水を混合して懸濁液を作製した後、該懸濁液から共沈法により共沈物を生成させ、この共沈物を焼成することにより得ることができる。   The composite oxide containing (1)-(4) is a mixture of each component of (1)-(4) in the oxide state or the precursor of (1)-(4) and water. After preparing a suspension, a coprecipitate is produced from the suspension by a coprecipitation method, and the coprecipitate can be fired.

前記(1)-(4)の前駆体としては、各金属の有機塩や、無機塩等が挙げられる。無機塩としては、例えば、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物、水酸化物等が挙げられるが、特に限定されない。これらを水と混合して十分に撹拌して懸濁液を調製した後、この懸濁液に、アンモニア水等のアルカリを添加する共沈法により、前記(1)-(4)の各成分又は前駆体が均一に混合してなる共沈物を生成させる。   Examples of the precursors (1) to (4) include organic salts and inorganic salts of each metal. Examples of inorganic salts include nitrates, sulfates, carbonates, chlorides, hydroxides, and the like, but are not particularly limited. After mixing these with water and stirring sufficiently to prepare a suspension, each component of the above (1)-(4) is prepared by a coprecipitation method in which an alkali such as aqueous ammonia is added to this suspension. Or the coprecipitate which a precursor mixes uniformly is produced | generated.

分離した共沈物を次に焼成することで、前記(1)-(4)を含む複合酸化物からなる焼成物が得られる。この焼成により、前記(1)-(4)の前駆体も各々の酸化物に変換する。この焼成の温度は前駆体の種類等により適宜調整可能であるが、例えば400〜800℃程度であればよい。   The separated coprecipitate is then fired to obtain a fired product made of the composite oxide containing (1)-(4). By this firing, the precursors (1) to (4) are also converted into respective oxides. The firing temperature can be adjusted as appropriate depending on the type of the precursor, but may be, for example, about 400 to 800 ° C.

得られた焼成物は、後述する担体にコーティングするため、水と再度混合してスラリー状にすることができる。この際には、成分(3)又はその前駆体をさらに補充添加してもよい。このスラリーにより、担体へのコーティングが容易になる。コーティング後は、再度焼成することが好ましい。   Since the obtained fired product is coated on the carrier described later, it can be mixed with water again to form a slurry. At this time, component (3) or a precursor thereof may be further replenished. This slurry facilitates coating on the carrier. It is preferable to fire again after coating.

以上のようにして得られた前記(1)-(4)が均一に混合された複合酸化物からなる焼成物(焼成物を担体にコーティングしてなるコーティング層も含む)に対して、(5)貴金属を含浸させることで本発明の排気ガス浄化用触媒が製造される。   With respect to the fired product (including the coating layer formed by coating the fired product on the support) made of the composite oxide in which the above (1) to (4) are uniformly mixed, obtained as described above, (5 ) The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is produced by impregnating with a noble metal.

貴金属を含浸させるには、貴金属又はその前駆体を水に溶解させたものを前記(1)-(4)を含む複合酸化物からなる焼成物にコーティングすればよい。貴金属の前駆体としては、各金属の有機塩や、無機塩等が挙げられる。無機塩としては、例えば、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物、酸化物、水酸化物等が挙げられるが、特に限定されない。   In order to impregnate the noble metal, a fired product made of the complex oxide containing the above (1) to (4) may be coated with a noble metal or a precursor thereof dissolved in water. Examples of the noble metal precursor include organic salts and inorganic salts of each metal. Examples of inorganic salts include, but are not limited to, nitrates, sulfates, carbonates, chlorides, oxides, hydroxides, and the like.

コーティング後、乾燥させる。この乾燥温度についても貴金属の前駆体の種類等に応じて適宜調整すればよいが、例えば100〜200℃程度であればよい。   Dry after coating. The drying temperature may be appropriately adjusted according to the type of the noble metal precursor, and may be, for example, about 100 to 200 ° C.

以上説明した製造方法は、最初に前記(1)-(4)の各成分又は前駆体が均一に混合してなる共沈物を生成させるものである。別法として、共沈物にはイットリウム(又はマグネシウム)を含めず、後工程で貴金属を含浸させる際にイットリウムも同時に含浸させる方法(同時含浸法)も可能である。この同時含浸法では、3成分:酸化セリウム、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムが均一に混合されている系に対して、酸化イットリウム(又は酸化マグネシウム)及び貴金属を含浸させるものであるが、この場合、空燃比14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対する浄化性能が十分なレベルに到達しなかった。従って、共沈法により得られる、4成分:酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化イットリウム(又は酸化マグネシウム)が均一に混合されている系に対して、貴金属を含浸してなる構成が、十分な浄化性能を発揮するのに重要と考えられる。   In the production method described above, first, a coprecipitate formed by uniformly mixing the components or precursors (1) to (4) is generated. Alternatively, yttrium (or magnesium) is not included in the coprecipitate, and yttrium is impregnated at the same time when impregnating the noble metal in a subsequent step (simultaneous impregnation method). In this simultaneous impregnation method, a system in which three components: cerium oxide, zirconium oxide and aluminum oxide are uniformly mixed is impregnated with yttrium oxide (or magnesium oxide) and a noble metal. The purification performance for fuel-rich exhaust gas with a fuel ratio of less than 14.5 did not reach a sufficient level. Therefore, a structure obtained by impregnating a noble metal into a system in which four components obtained by coprecipitation method: cerium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide and yttrium oxide (or magnesium oxide) are uniformly mixed is sufficient. It is considered to be important for exerting a good purification performance.

本発明の排気ガス浄化用触媒は、空燃比が14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対する浄化性能に特に優れている。空燃比が14.5未満の領域では空気の割合が少なく還元雰囲気下にあるため、一酸化炭素と炭化水素は酸化されにくく、これらの浄化率が低下する傾向がある。しかし、本発明の排気ガス用触媒では、従来の排気ガス用触媒と比較して、空燃比が14.5未満の領域での一酸化炭素と炭化水素の浄化率が改善される。さらに、同領域での窒素酸化物の浄化率についても、従来の排気ガス用触媒と比較して同等か、あるいは、改善されている。すなわち、本発明の排気ガス用触媒は、空燃比が14.5未満の領域において3種類の有害成分の浄化率すべてにおいて優れている。そのため、本発明の排気ガス用触媒は、自動車と比較して空燃比の変動幅が大きく理論空燃比の14.5に満たない領域での運転が多い二輪車に対して好適に搭載することができる。   The exhaust gas purification catalyst of the present invention is particularly excellent in purification performance for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio of less than 14.5. In the region where the air-fuel ratio is less than 14.5, since the proportion of air is small and the atmosphere is in a reducing atmosphere, carbon monoxide and hydrocarbons are not easily oxidized and their purification rate tends to decrease. However, the exhaust gas catalyst of the present invention improves the purification rate of carbon monoxide and hydrocarbons in the region where the air-fuel ratio is less than 14.5, as compared with the conventional exhaust gas catalyst. Further, the purification rate of nitrogen oxides in the same region is equal to or improved as compared with the conventional exhaust gas catalyst. That is, the exhaust gas catalyst of the present invention is excellent in all three types of harmful component purification rates when the air-fuel ratio is less than 14.5. Therefore, the exhaust gas catalyst of the present invention can be suitably mounted on a two-wheeled vehicle having a large fluctuation range of the air-fuel ratio as compared with an automobile and a large number of operations in a region where the theoretical air-fuel ratio is less than 14.5. .

さらに、二輪車は今後の規制強化に伴い耐久要件が課され、搭載する排気ガス用触媒に対して現状よりも高レベルの耐久性が求められる。特許文献1に記載のような二種類の触媒組成を積層してなる二層構造の触媒とは異なり、本発明の排気ガス浄化用触媒は単一層からなるものなので、二輪車で発生し易い振動に対して、耐久性に優れている。   Furthermore, durability requirements are imposed on motorcycles as regulations are tightened in the future, and a higher level of durability than the current level is required for the exhaust gas catalyst to be mounted. Unlike the two-layered catalyst formed by laminating two kinds of catalyst compositions as described in Patent Document 1, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is composed of a single layer, so that vibrations that are likely to occur in two-wheeled vehicles are avoided. On the other hand, it has excellent durability.

本発明の排気ガス浄化用触媒は担体に担持させて、浄化材とすることにより、二輪車等に対し簡易に搭載することが可能になる。担体は三次元の構造体であることが好ましく、なかでも、ハニカム形状を持つ担体が浄化効率の観点から好ましい。使用する担体としては、セラミック担体や金属担体が知られているが、耐久性の観点から、金属担体を使用することが好ましい。金属担体を構成する金属としては特に限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等が使用できる。   The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is supported on a carrier and used as a purifying material, so that it can be easily mounted on a motorcycle or the like. The carrier is preferably a three-dimensional structure, and among them, a carrier having a honeycomb shape is preferred from the viewpoint of purification efficiency. As the carrier to be used, a ceramic carrier and a metal carrier are known, but it is preferable to use a metal carrier from the viewpoint of durability. Although it does not specifically limit as a metal which comprises a metal support | carrier, Aluminum, aluminum alloy, stainless steel, etc. can be used.

本発明の排気ガス浄化用触媒を担体、特に金属担体に担持する際には、まず、成分(1)-(4)を含む複合酸化物をスラリー状に形成し、これを担体表面にコーティングする。乾燥後、複合酸化物の表面に貴金属又はその前駆体の水溶液をさらにコーティングすることで、貴金属を含浸させる。その後、焼成することにより、本発明の排気ガス浄化用触媒が担体表面にコーティングされた排気ガス浄化材を製造することができる。これによると、きわめて簡便な手法で、シンプルな構造でありながら、空燃比が14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対する浄化能力が優れた排気ガス浄化材を構成することができる。   When the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is supported on a carrier, particularly a metal carrier, first, a composite oxide containing the components (1) to (4) is formed into a slurry, and this is coated on the surface of the carrier. . After drying, the surface of the composite oxide is further coated with an aqueous solution of a noble metal or a precursor thereof to impregnate the noble metal. After that, by firing, an exhaust gas purification material in which the exhaust gas purification catalyst of the present invention is coated on the surface of the carrier can be produced. According to this, it is possible to configure an exhaust gas purifying material having a simple structure and an excellent purifying ability for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio of less than 14.5 with a simple structure.

担体に対する本発明の排気ガス浄化触媒のコーティング量は、要求される浄化性能に応じて適宜決定可能であるが、例えば、50〜300g/L程度が適当である。   The coating amount of the exhaust gas purification catalyst of the present invention on the carrier can be appropriately determined according to the required purification performance. For example, about 50 to 300 g / L is appropriate.

以下に実施例を掲げて本発明をさら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。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

1.触媒調製方法(共沈法)
(1)酸化物換算、すなわち酸化セリウムと酸化ジルコニウムの合計で30g、酸化セリウム:酸化ジルコニウムがモル比で1:1となるように以下の原料を混合した。この組成では、最終的に得られる触媒全量に対するイットリウムの濃度は2.0重量%になる。
硝酸セリウム六水和物(Ce(NO3)3×6H2O) 37.8g
オキシ硝酸ジルコニウム二水和物(ZrO(NO3)2×2H2O) 32.6g
硝酸イットリウム六水和物(Y(NO3)3×6H2O) 6.4g
γ−アルミナ(TM−300D) 45.0g
得られた混合物を水300mLに添加して、撹拌し、懸濁液を調製した。
(2)当該懸濁液に、5.0重量%のアンモニア水を滴下して懸濁液のpHを9まで上昇させることで、共沈物を形成させた。
(3)この共沈物を15時間静置して熟成させた後、ろ過により分離し、水洗した。分離した共沈物を、オーブンにて120℃で4時間乾燥させ、さらに600℃で2時間、空気中で焼成し、焼成粉末77.3gを得た。
(4)得られた焼成粉末を以下の原料と混合した。
前記焼成粉末 77.3g
アルミナゾル(20重量%) 51.6g
硝酸アルミニウム(Al(NO3)3)水溶液 6.4g
10%硝酸(HNO3)溶液 6.4g
イオン交換水 96.7g
各原料を混合し、ボールミルによる粉砕混合を15時間行い、スラリーを得た。
(5)得られたスラリーを蒸発皿に移し取り、500℃で1時間、空気中で焼成して焼成物90.7gを得た。得られた焼成物は、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化イットリウムからなり、焼成物中に占める各酸化物の重量比はそれぞれ、16.5重量%、16.6重量%、64.4重量%、2.5重量%であった。
(6)得られた焼成物を、乳鉢内に投入してすりつぶして均一にした後、5g秤量した。
(7)別途、テトラアンミンジクロロ白金一水和物(Pt(NH3)4Cl2×H2O)を0.0361g、硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)を0.0140g秤量して純水100mLに溶解して水溶液を得た。なお、前記焼成物(5g)に対する白金及びロジウムの重量比はそれぞれ、0.4重量%(0.02g)及び0.1重量%(0.005g)である。
(8)上記で秤量した焼成物5gを、(7)で得た貴金属水溶液に混合し、2〜3時間かけて十分に混合した。
(9)混合液を、ロータリーエバポレーターにかけて水分を留去した。
(10)留去後に得られた触媒粉末を、乾燥機中にて110℃で十分に乾燥した。
(11)得られた触媒粉末を、2g程度秤量した。
(12)秤量した触媒粉末を1000℃で5時間、大気中でエージング焼成した。なお、この焼成操作は、触媒の耐久性を評価することを目的として触媒を強制劣化させるために行った操作である。
(13)焼成された触媒を400℃で30分間、水素気流中に放置して還元した。
1. Catalyst preparation method (coprecipitation method)
(1) The following raw materials were mixed so that the oxide conversion, that is, 30 g in total of cerium oxide and zirconium oxide, and the molar ratio of cerium oxide: zirconium oxide was 1: 1. In this composition, the concentration of yttrium with respect to the total amount of catalyst finally obtained is 2.0% by weight.
Cerium nitrate hexahydrate (Ce (NO3) 3 × 6H2O) 37.8g
Zirconium oxynitrate dihydrate (ZrO (NO3) 2 × 2H2O) 32.6g
Yttrium nitrate hexahydrate (Y (NO3) 3 × 6H2O) 6.4g
γ-Alumina (TM-300D) 45.0g
The resulting mixture was added to 300 mL of water and stirred to prepare a suspension.
(2) A coprecipitate was formed by dropping 5.0 wt% aqueous ammonia into the suspension to raise the pH of the suspension to 9.
(3) The coprecipitate was left to mature for 15 hours, then separated by filtration and washed with water. The separated coprecipitate was dried in an oven at 120 ° C. for 4 hours, and further calcined in air at 600 ° C. for 2 hours to obtain 77.3 g of a calcined powder.
(4) The obtained fired powder was mixed with the following raw materials.
77.3 g of the calcined powder
Alumina sol (20 wt%) 51.6g
6.4g of aluminum nitrate (Al (NO3) 3) aqueous solution
6.4g of 10% nitric acid (HNO3) solution
Ion exchange water 96.7g
Each raw material was mixed and pulverized and mixed with a ball mill for 15 hours to obtain a slurry.
(5) The obtained slurry was transferred to an evaporating dish and baked in the air at 500 ° C. for 1 hour to obtain 90.7 g of a baked product. The obtained fired product was composed of cerium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, and yttrium oxide, and the weight ratio of each oxide in the fired product was 16.5% by weight, 16.6% by weight, and 64.4%, respectively. % By weight and 2.5% by weight.
(6) The obtained fired product was put into a mortar and ground to make it uniform, and then 5 g was weighed.
(7) Separately, 0.0361 g of tetraamminedichloroplatinum monohydrate (Pt (NH3) 4Cl2 × H2O) and 0.0140 g of rhodium nitrate (Rh (NO3) 3) were weighed and dissolved in 100 mL of pure water to prepare an aqueous solution. Got. The weight ratio of platinum and rhodium to the fired product (5 g) is 0.4 wt% (0.02 g) and 0.1 wt% (0.005 g), respectively.
(8) 5 g of the calcined product weighed above was mixed with the aqueous noble metal solution obtained in (7), and thoroughly mixed for 2 to 3 hours.
(9) The mixed solution was subjected to a rotary evaporator to remove water.
(10) The catalyst powder obtained after the distillation was sufficiently dried at 110 ° C. in a dryer.
(11) About 2 g of the obtained catalyst powder was weighed.
(12) The weighed catalyst powder was subjected to aging calcination in the air at 1000 ° C. for 5 hours. This calcination operation is an operation performed for forced deterioration of the catalyst for the purpose of evaluating the durability of the catalyst.
(13) The calcined catalyst was reduced by leaving it in a hydrogen stream at 400 ° C. for 30 minutes.

以上により、イットリウム濃度が2.0重量%の排気ガス浄化用触媒を得た。この触媒による有害成分の浄化率を、以下の試験方法により評価した。   As a result, an exhaust gas purification catalyst having an yttrium concentration of 2.0% by weight was obtained. The purification rate of harmful components by this catalyst was evaluated by the following test method.

2.試験方法
(1)排気ガス浄化用触媒を1g秤量した。
(2)秤量した触媒をペレット化した後、粉砕し、約1.0〜1.5mmの範囲に粒径を調整した。
(3)粒状の触媒を20gの石英ビーズで希釈して、常圧流通式固定層反応器に充填した。
(4)各気体のガスボンベから各気体を引き出し混合することで、実車の排気ガスを模擬した濃度成分の混合ガスを調製し、前記反応器の反応管に流通させた。
(5)電気炉にて前記反応器を昇温し、触媒層入口温度が400℃に到達した後、触媒層入口及び出口の一酸化炭素(CO)濃度、炭化水素(THC)濃度、及び窒素酸化物(NOx)濃度を計測した。
(6)以下の算出式に基づき、一酸化炭素(CO)、炭化水素(THC)、及び窒素酸化物(NOx)の浄化率を算出した。
浄化率=(触媒層入口の濃度−触媒層出口の濃度)/触媒層入口の濃度
2. Test Method (1) 1 g of exhaust gas purification catalyst was weighed.
(2) The weighed catalyst was pelletized and then pulverized to adjust the particle size in the range of about 1.0 to 1.5 mm.
(3) The granular catalyst was diluted with 20 g of quartz beads and charged into an atmospheric pressure fixed bed reactor.
(4) A gas mixture of concentration components simulating the exhaust gas of an actual vehicle was prepared by drawing and mixing each gas from a gas cylinder of each gas, and circulated through the reaction tube of the reactor.
(5) The reactor is heated in an electric furnace, and after the catalyst layer inlet temperature reaches 400 ° C., the carbon monoxide (CO) concentration, hydrocarbon (THC) concentration, and nitrogen of the catalyst layer inlet and outlet The oxide (NOx) concentration was measured.
(6) The purification rate of carbon monoxide (CO), hydrocarbon (THC), and nitrogen oxide (NOx) was calculated based on the following calculation formula.
Purification rate = (concentration at catalyst layer inlet−concentration at catalyst layer outlet) / concentration at catalyst layer inlet

(実験例1)
上記の触媒調製方法で得られた触媒(イットリウム濃度:2.0重量%)を用いて、上記の試験方法により、各ガスの浄化率を測定した。ただし、試験対象の混合ガスとしては、A/F値が14.0〜15.6の範囲の数値になるよう空気と燃料の使用比を調整したものを使用した。
(Experimental example 1)
Using the catalyst (yttrium concentration: 2.0% by weight) obtained by the above catalyst preparation method, the purification rate of each gas was measured by the above test method. However, as a mixed gas to be tested, an air / fuel usage ratio was adjusted so that the A / F value was in the range of 14.0 to 15.6.

さらに、硝酸イットリウム六水和物の使用量を変更して、イットリウムの濃度が0重量%、6.0重量%又は10重量%としたこと以外は、上記の触媒調製方法と同様にしてさらに3種類の触媒を調製した。これらについても同様に各ガスの浄化率を測定した。   Furthermore, except that the amount of yttrium nitrate hexahydrate was changed so that the concentration of yttrium was 0% by weight, 6.0% by weight, or 10% by weight, the same procedure as in the above catalyst preparation method was performed. Different types of catalysts were prepared. The purification rate of each gas was measured in the same manner.

以上の結果を図1に示す。図1(a)及び(b)より、A/Fが14.5未満の範囲において、イットリウムが含まれていない触媒と比較して、イットリウム濃度が2.0重量%の触媒は一酸化炭素及び炭化水素の浄化率が向上しているが、イットリウム濃度が6.0重量%又は10重量%と高濃度の触媒はこれらの浄化率が低下していることが分かる。なお、A/Fが14.0以上、14.3以下の範囲において、イットリウム濃度が2.0重量%の触媒は、一酸化炭素及び炭化水素の浄化率の向上が顕著であることが分かる。また、図1(c)より、イットリウム濃度が2.0重量%の触媒は、A/Fが14.5未満の範囲で窒素酸化物の浄化率が他の触媒と同等であることが分かる。   The above results are shown in FIG. From FIGS. 1 (a) and (b), in the range where A / F is less than 14.5, the catalyst having an yttrium concentration of 2.0% by weight is compared with the catalyst containing no yttrium and carbon monoxide and Although the purification rate of hydrocarbons is improved, it can be seen that the purification rate of the catalyst having a high concentration of yttrium concentration of 6.0% by weight or 10% by weight is lowered. It can be seen that, in the range of A / F of 14.0 or more and 14.3 or less, the catalyst having an yttrium concentration of 2.0% by weight has a remarkable improvement in the purification rate of carbon monoxide and hydrocarbons. Further, FIG. 1 (c) shows that the catalyst having an yttrium concentration of 2.0% by weight has a nitrogen oxide purification rate equivalent to that of the other catalyst in the range where A / F is less than 14.5.

(実験例2)
上記の触媒調製方法で硝酸イットリウム六水和物の代わりに硝酸マグネシウム六水和物(Mg(NO3)2・6H2O)を使用して、イットリウムは含まずマグネシウムを触媒全量に対し2.0重量%、6.0重量%、又は10.0重量%の濃度で含有する触媒を調製した。これらについて実験例1と同様に各ガスの浄化率を測定した。
(Experimental example 2)
In the above catalyst preparation method, magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO3) 2 · 6H2O) is used instead of yttrium nitrate hexahydrate, magnesium is not included in yttrium and is 2.0% by weight based on the total amount of catalyst. , 6.0 wt%, or 10.0 wt% catalyst was prepared. About these, the purification rate of each gas was measured like Experimental example 1. FIG.

以上の結果を図2に示す。図2では、実験例1で調製したイットリウムもマグネシウムも含まない触媒に関する結果もあわせて示した。   The above results are shown in FIG. In FIG. 2, the result regarding the catalyst containing neither yttrium nor magnesium prepared in Experimental Example 1 is also shown.

図2(a)及び(c)より、A/Fが14.5未満の範囲において、マグネシウム濃度が2.0重量%の触媒による一酸化炭素及び窒素酸化物の浄化率は、マグネシウムが含まれていない触媒のそれと同等であるが、2.0重量%濃度の触媒による炭化水素の浄化率は、マグネシウムを含まない触媒のそれよりも向上しており、6.0重量%又は10重量%濃度の触媒による炭化水素浄化率は低下していることが分かる。   2 (a) and 2 (c), in the range where A / F is less than 14.5, the purification rate of carbon monoxide and nitrogen oxides by the catalyst having a magnesium concentration of 2.0% by weight includes magnesium. The purification rate of hydrocarbons by the 2.0 wt% concentration catalyst is higher than that of the catalyst not containing magnesium, and is 6.0 wt% or 10 wt% concentration. It can be seen that the hydrocarbon purification rate by this catalyst is decreasing.

(実験例3)
上記の触媒調製方法で硝酸イットリウム六水和物の代わりに硝酸鉄(III)九水和物([Fe(H2O)6](NO3)3・3H2O)、酢酸マンガン(II)四水和物(Mn(CH3COO)2・4H2O)(酸化マンガン原料)、硝酸コバルト(II)六水和物(Co(NO3)2・6H2O)又は硝酸ニッケル(II)六水和物(Ni(NO3)2・6H2O)を使用して、イットリウムは含まず鉄、マンガン、コバルト又はニッケルを2.0重量%の濃度で含有する触媒を調製した。これらについて実験例1と同様に各ガスの浄化率を測定した。
(Experimental example 3)
In the above catalyst preparation method, instead of yttrium nitrate hexahydrate, iron (III) nitrate nonahydrate ([Fe (H2O) 6] (NO3) 3 · 3H2O), manganese (II) acetate tetrahydrate ( Mn (CH3COO) 2, 4H2O) (manganese oxide raw material), cobalt nitrate (II) hexahydrate (Co (NO3) 2, 6H2O) or nickel nitrate (II) hexahydrate (Ni (NO3) 2, 6H2O) ) Was used to prepare a catalyst containing 2.0% by weight of iron, manganese, cobalt or nickel without yttrium. About these, the purification rate of each gas was measured like Experimental example 1. FIG.

結果を図3に示す。図3では、上記の触媒調製方法で調製したイットリウムを2.0重量%濃度で含む触媒、及び、実験例1で調製したイットリウムも鉄等も含まない触媒に関する結果もあわせて示した。   The results are shown in FIG. FIG. 3 also shows the results regarding the catalyst containing 2.0% by weight of yttrium prepared by the above catalyst preparation method and the catalyst containing neither yttrium nor iron or the like prepared in Experimental Example 1.

また、図3の中から、各触媒によるA/F値が14.1である時の各気体の浄化率を抜粋して表1に示した。   Further, from FIG. 3, the purification rate of each gas when the A / F value by each catalyst is 14.1 is extracted and shown in Table 1.

図3及び表1より、イットリウムを含む触媒は、無添加の触媒と比較して一酸化炭素及び炭化水素の浄化率が顕著に向上しているが、他の元素を含む触媒は全て低下していることが分かる。また、窒素酸化物の浄化率に関しても、イットリウムを含む触媒は高レベルに達していることが分かる。   From FIG. 3 and Table 1, the catalyst containing yttrium has significantly improved the purification rate of carbon monoxide and hydrocarbons as compared with the additive-free catalyst, but the catalysts containing other elements all decreased. I understand that. It can also be seen that the catalyst containing yttrium has reached a high level with respect to the purification rate of nitrogen oxides.

(実験例4)
上記の触媒調製方法に準じてイットリウムの濃度を0〜6.0重量%まで、1.0重量%刻みで変更した触媒を調製した。これら触媒を用いて、上記の試験方法により、各ガスの浄化率を測定した。試験対象の混合ガスとしては、A/F値が14.1になるよう空気と燃料の使用比を調整したものを使用した。
(Experimental example 4)
A catalyst was prepared by changing the yttrium concentration from 0 to 6.0% by weight in steps of 1.0% by weight according to the above catalyst preparation method. Using these catalysts, the purification rate of each gas was measured by the above test method. As the mixed gas to be tested, an air / fuel ratio was adjusted so that the A / F value was 14.1.

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

表2より、イットリウムの濃度が2.0重量%〜5.0重量%の範囲では、イットリウムを含まない触媒と比較して、一酸化炭素及び炭化水素の浄化率が顕著に向上しており、また、窒素酸化物の浄化率は少なくとも同等であるか、又は向上していることが分かる。   From Table 2, when the concentration of yttrium is in the range of 2.0 wt% to 5.0 wt%, the purification rate of carbon monoxide and hydrocarbons is remarkably improved as compared with the catalyst not containing yttrium, It can also be seen that the purification rate of nitrogen oxides is at least equivalent or improved.

(実験例5)
上記の触媒調製方法の工程(1)で硝酸イットリウム六水和物を加えずに、工程(7)で白金塩及びロジウム塩と共に硝酸イットリウム六水和物を含む水溶液を調製した(同時含浸法)こと以外は、上記の触媒調製方法と同様にして、イットリウム濃度が2.0重量%の触媒を調製した。
(Experimental example 5)
An aqueous solution containing yttrium nitrate hexahydrate together with platinum salt and rhodium salt was prepared in step (7) without adding yttrium nitrate hexahydrate in step (1) of the catalyst preparation method (simultaneous impregnation method). Except for this, a catalyst having an yttrium concentration of 2.0% by weight was prepared in the same manner as in the catalyst preparation method described above.

これについて、実験例1と同様に各ガスの浄化率を測定した。結果を図4に示す。図4では、共沈法による上記の触媒調製方法で調製した同濃度の触媒による浄化率についてもあわせて示した。   About this, the purification rate of each gas was measured similarly to Experimental example 1. FIG. The results are shown in FIG. FIG. 4 also shows the purification rate of the catalyst having the same concentration prepared by the above-described catalyst preparation method by the coprecipitation method.

図4より、同時含浸法により調製した触媒によると、A/Fが14.5未満の範囲では、共沈法により調整した触媒と比較して、十分な浄化率を発揮できないことが判明した。   From FIG. 4, it was found that the catalyst prepared by the simultaneous impregnation method cannot exhibit a sufficient purification rate in the range where A / F is less than 14.5, compared with the catalyst prepared by the coprecipitation method.

(実験例6)
上記の触媒調製方法で調製したイットリウム濃度が2.0重量%の触媒、及び、同方法で硝酸イットリウム六水和物を添加せずに調製したイットリウムを含まない触媒それぞれについて、透過型電子顕微鏡観察(TEM)を行った。
(Experimental example 6)
Observation with a transmission electron microscope for each of the catalyst having the yttrium concentration of 2.0% by weight prepared by the above catalyst preparation method and the catalyst not containing yttrium nitrate prepared by adding the yttrium nitrate hexahydrate by the same method. (TEM) was performed.

図5では、イットリウムを含まない触媒についてのBF−STEP像を示し、図6では、イットリウム濃度が2.0重量%の触媒についてのBF−STEP像を示した。なお、BF−STEM像はSTEM像の明視野(Bright Field)を示す。エネルギー分散型X線分析(EDX)を併せて使用することにより、以下のことが判明した。   FIG. 5 shows a BF-STEP image for a catalyst containing no yttrium, and FIG. 6 shows a BF-STEP image for a catalyst having an yttrium concentration of 2.0 wt%. The BF-STEM image indicates a bright field of the STEM image. By using energy dispersive X-ray analysis (EDX) together, the following was found.

図5のBF−STEM像で観察された視野中で、分析位置1,2,3,4,5,6で示した約30〜300nm程度の大きさの黒色粒子は、白金からなるものであった。分析位置7で示した黒色の微粒子凝集体からはジルコニウムとセリウムが検出された。分析位置8で示した灰色の微粒子凝集体からは酸素とアルミニウムが検出された。   In the field of view observed in the BF-STEM image of FIG. 5, the black particles having a size of about 30 to 300 nm indicated by the analysis positions 1, 2, 3, 4, 5, 6 are made of platinum. It was. Zirconium and cerium were detected from the black fine particle aggregate shown at the analysis position 7. Oxygen and aluminum were detected from the gray fine particle aggregate shown at the analysis position 8.

図6のBF−STEM像で観察された視野中で、分析位置1,2で示した約50〜200nm程度の大きさの黒色粒子は、白金からなるものであった。分析位置3,4で示した黒色の微粒子凝集体からはジルコニウムとセリウムが検出された。分析位置5で示した灰色の微粒子凝集体からは酸素とアルミニウムが検出された。   In the visual field observed with the BF-STEM image in FIG. 6, the black particles having a size of about 50 to 200 nm shown at the analysis positions 1 and 2 were made of platinum. Zirconium and cerium were detected from the black fine particle aggregates shown at analysis positions 3 and 4. Oxygen and aluminum were detected from the gray fine particle aggregate shown at the analysis position 5.

以上のTEM観察結果から、本発明のイットリウム含有触媒の内部では、イットリウムを含まない触媒と比較して、貴金属から構成される粒子の大きさが顕著に小さくなっていることが分かる。このことから、イットリウムの添加により貴金属の凝集が抑制される傾向が生じ、このために燃料リッチな排気ガスにおける有害成分の浄化率が向上するものと考えられる。   From the above TEM observation results, it can be seen that the size of the particles composed of the noble metal is remarkably reduced in the inside of the yttrium-containing catalyst of the present invention as compared with the catalyst not containing yttrium. From this, it is considered that the addition of yttrium tends to suppress the aggregation of the noble metal, and thus the purification rate of harmful components in the fuel-rich exhaust gas is improved.

(実験例7)
上記の触媒調製方法で調製した酸化イットリウム濃度が2.0重量%の触媒に対してX線光電子分析法(XPS)を適用した。
(Experimental example 7)
X-ray photoelectron analysis (XPS) was applied to the catalyst having the yttrium oxide concentration of 2.0% by weight prepared by the above catalyst preparation method.

それによると、156〜159eV付近で酸化イットリウム(Y)に起因する大きなピークが観察されたのに対し、155.8eV付近のイットリウムに起因するピークはほぼ観察されなかった。このことから、本発明の触媒では、イットリウムの大部分は酸化物の形態で存在するものと推定された。また、156〜159eV付近で観察されたピークは(Y10(ZrO90を示している可能性もあることから、その場合、イットリウムは、酸化イットリウムの状態で酸化セリウム中よりも酸化ジルコニウム中に存在し、酸化ジルコニウムと複合化していると推察される。 According to this, a large peak due to yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was observed in the vicinity of 156 to 159 eV, whereas a peak due to yttrium in the vicinity of 155.8 eV was hardly observed. From this, in the catalyst of this invention, it was estimated that most of yttrium exists in the form of an oxide. Moreover, since the peak observed in the vicinity of 156 to 159 eV may indicate (Y 2 O 3 ) 10 (ZrO 2 ) 90 , in that case, yttrium is more in the state of yttrium oxide than in cerium oxide. Is also present in zirconium oxide and is presumed to be complexed with zirconium oxide.

本発明に係る排気ガス浄化用触媒及び排気ガス浄化材は、二輪車等の内燃機関から排出される空燃比が14.5未満の燃料リッチな排気ガスから有害成分を除去するために、当該内燃機関の排出口に装着して使用できる。   The exhaust gas purifying catalyst and the exhaust gas purifying material according to the present invention are used to remove harmful components from fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio of less than 14.5 discharged from an internal combustion engine such as a motorcycle. Can be used by attaching to the outlet of

Claims (6)

空燃比(A/F)が14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対して用いられる排気ガス浄化用触媒であって、
(1)酸化セリウム、
(2)酸化ジルコニウム、
(3)酸化アルミニウム、
(4)酸化イットリウム及び/又は酸化マグネシウム、並びに
(5)貴金属を含有し、
イットリウム及び/又はマグネシウムの総濃度が、触媒総量に対して3.0重量%〜5.0重量%である、排気ガス浄化用触媒。
An exhaust gas purifying catalyst used for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio (A / F) of less than 14.5,
(1) cerium oxide,
(2) zirconium oxide,
(3) Aluminum oxide,
(4) yttrium oxide and / or magnesium oxide, and
(5) contains noble metals,
An exhaust gas purifying catalyst, wherein the total concentration of yttrium and / or magnesium is 3.0 wt% to 5.0 wt% with respect to the total amount of the catalyst.
前記(1)-(4)が均一に混合された複合酸化物に対して、(5)を含浸させることで製造された、請求項1記載の排気ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1, which is produced by impregnating (5) with a composite oxide in which (1)-(4) is uniformly mixed. 前記貴金属が、白金、ロジウム及びパラジウムからなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1記載の排気ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1, wherein the noble metal is at least one selected from the group consisting of platinum, rhodium and palladium. 金属担体と、
当該金属担体の表面にコーティングされた請求項1〜3のいずれかに記載の排気ガス浄化用触媒と、を有する、
空燃比(A/F)が14.5未満の燃料リッチな排気ガスに対して用いられる排気ガス浄化材。
A metal carrier;
The exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 3 coated on the surface of the metal carrier.
An exhaust gas purification material used for fuel-rich exhaust gas having an air-fuel ratio (A / F) of less than 14.5.
(1)酸化セリウム、(2)酸化ジルコニウム、(3)酸化アルミニウム、並びに、(4)酸化イットリウム及び/又は酸化マグネシウム、を含む複合酸化物に対して、(5)貴金属を含浸させる工程を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。 (5) a step of impregnating a noble metal with a composite oxide containing (1) cerium oxide, (2) zirconium oxide, (3) aluminum oxide, and (4) yttrium oxide and / or magnesium oxide. The manufacturing method of the catalyst for exhaust gas purification in any one of Claims 1-4 . 前記(1)-(4)の各成分と水を混合して懸濁液を作製した後、該懸濁液から共沈法により共沈物を生成させ、この共沈物を焼成して前記(1)-(4)を含む複合酸化物を得る工程をさらに含む、請求項5記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。   After preparing each suspension of (1)-(4) and water to prepare a suspension, a coprecipitate is produced from the suspension by a coprecipitation method, and the coprecipitate is baked to produce the suspension. The method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to claim 5, further comprising a step of obtaining a composite oxide containing (1)-(4).
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