JP5573710B2 - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、自動車、二輪車などのエンジンからの排ガス中に含まれる有害成分を除去する排ガス浄化用触媒に関し、特に排ガス流路の上流側と下流側とで異種触媒貴金属を担持した排ガス用触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst that removes harmful components contained in exhaust gas from engines such as automobiles and motorcycles, and more particularly to an exhaust gas catalyst that supports a different type of noble metal on the upstream side and downstream side of an exhaust gas passage. .
自動車などのエンジンから排出された排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒では、基材表面に触媒層が形成されている。触媒層は、Pt、Pd、Rhなどの触媒貴金属と、触媒貴金属を担持する担体とを有する。 In an exhaust gas purifying catalyst that purifies exhaust gas discharged from an engine such as an automobile, a catalyst layer is formed on the surface of the substrate. The catalyst layer includes a catalyst noble metal such as Pt, Pd, and Rh, and a carrier that supports the catalyst noble metal.
排ガス浄化用触媒は、HC、CO、NOxを同時に浄化する三元触媒が主流になっているが、材料リスク低減のため、上記触媒貴金属の使用量低減が求められている。同時に、近年、世界的に自動車の排ガス規制が強化されてきており、LEVIIIやEURO6等の規制強化に対応するための触媒性能の向上が求められている。排気ガスに含まれるHCなどは、エンジン冷間始動直後が最も多く、上記の要求を満たすためには、低温における触媒活性及び触媒暖機性の向上が必要である。これらを実現できる排ガス浄化技術の開発が求められている。 As the exhaust gas purification catalyst, a three-way catalyst that simultaneously purifies HC, CO, and NOx is mainly used. However, in order to reduce material risk, reduction of the amount of the above-mentioned catalyst noble metal is required. At the same time, in recent years, exhaust gas regulations for automobiles have been strengthened globally, and there is a demand for improvement in catalyst performance in order to respond to the tightening regulations such as LEVIII and EURO6. HC contained in the exhaust gas is most frequently immediately after engine cold start, and in order to satisfy the above requirements, it is necessary to improve catalyst activity and catalyst warm-up at low temperatures. Development of exhaust gas purification technology that can realize these is required.
触媒貴金属や担体は、材料によって性能が異なるため、その材料の性質を効果的に発揮させるように、触媒の各部位での温度及び排ガス成分などに勾配があることを考慮して、基材の上流側と下流側とに別個の材料を配置したゾーンコート触媒や、基材の内層と外層とで別個の材料を配置した触媒が開発されている。 Since the performance of catalyst precious metals and supports varies depending on the material, considering that there is a gradient in the temperature and exhaust gas components at each part of the catalyst so that the properties of the material can be effectively exhibited, Zone coat catalysts in which different materials are arranged on the upstream side and the downstream side, and catalysts in which different materials are arranged on the inner layer and the outer layer of the base material have been developed.
例えば、特許文献1には、上流部内層の担体をセリアリッチのセリア・ジルコニア複合酸化物とし、上流部外層及び下流部の担体をジルコニアリッチのジルコニア・セリア複合酸化物にすることが開示されている。上流部内層側のセリアリッチ複合酸化物が排ガス成分を吸着し、その吸着された排ガス成分を触媒層中に含まれる貴金属が分解する。これにより、排ガスの浄化性能を高め、特に着火性が高められる。
For example,
また、特許文献2には、内層がセリアと第1パラジウム触媒成分とを含み、外層がアルミナと第2パラジウム触媒成分を含む触媒が開示されている。内層では、セリアと第1パラジウム触媒成分とが密に接触していることでこのセリアが高温(例えば500℃以上)で示す酸化還元特性が助長される。外層の第2パラジウム触媒成分は初期加熱中および500℃以下の運転温度でも十分な触媒活性を示す。このように、内層と外層で担体の種類を換えることにより触媒の運転温度ウインドウを広げて、パラジウムの性能を改良する。
また、特許文献3には、上流側にRhを含み、下流側にRhとRh以外の触媒貴金属とを含みRh以外の触媒貴金属をRhよりも多く担持させている。これにより、高温となりやすい上流側では、Rhは他の貴金属との合金化を抑制できる。また、下流側では、Rh以外の触媒貴金属による浄化作用を発揮させる。
Further,
しかしながら、特許文献1〜3の排ガス浄化用触媒は、いずれも、触媒貴金属の浄化特性を十分に考慮して基材上の各部位に触媒層を配置したものではない。触媒貴金属のPt及びPdは主としてCO及びHCの酸化浄化に寄与し、Rhは主としてNOxの還元浄化に寄与する。これらの触媒貴金属の浄化特性を十分に発揮させる構成が望まれている。
However, none of the exhaust gas purifying catalysts of
また、近年、ハイブリッド車のように、エンジンの停止と運転を頻繁に繰り返す車両が多くなってきた。このため、触媒の低温浄化性能の向上が望まれている。そのためには、触媒貴金属の担持量を増やすことが考えられるが、コストアップにつながる。 In recent years, there have been an increasing number of vehicles such as hybrid vehicles that frequently stop and operate the engine. For this reason, improvement of the low-temperature purification performance of a catalyst is desired. For this purpose, it is conceivable to increase the amount of catalyst noble metal supported, but this leads to an increase in cost.
また、触媒の暖機性能は、特に上流部の触媒貴金属の活性と触媒の暖まりやすさ、すなわち熱容量によって影響を受ける。上流側と下流側とで異種成分の触媒層を配置したゾーンコート触媒では、上流側の触媒貴金属の活性は、上流側の前段触媒層の長さ及びコート量に依存すると考えられる。触媒の暖まりやすさは、前段触媒層のコート量や材料に大きく依存すると考えられる。したがって、暖機性を高めるための触媒層の最適な長さ及びコート量、並びに担体として最適な材料が存在すると考えられる。 Further, the warm-up performance of the catalyst is influenced by the activity of the catalyst noble metal in the upstream portion and the ease of warming of the catalyst, that is, the heat capacity. In the zone coat catalyst in which the catalyst layers of different components are arranged on the upstream side and the downstream side, the activity of the upstream catalyst noble metal is considered to depend on the length of the upstream upstream catalyst layer and the coating amount. It is considered that the ease of warming of the catalyst greatly depends on the coating amount and material of the previous catalyst layer. Therefore, it is considered that there is an optimum material for the optimum length and coating amount of the catalyst layer and the carrier for enhancing the warm-up property.
また、下流側の後段触媒層においては、より下流側に位置するほど、硫黄などの被毒や雰囲気劣化の影響を受けやすい。後段触媒層は、上流側に配置されるほど、触媒貴金属の利用効率が向上する。このため、後段触媒層には、最適なバランスを有する長さが存在すると考えられる。よって、ゾーンコート触媒の性能を最大限に引き出すための最適な上流側及び下流側の触媒層の長さとコート量の設定が重要である。 Moreover, the downstream downstream catalyst layer is more susceptible to sulfur poisoning and atmospheric deterioration as it is located further downstream. As the latter catalyst layer is arranged on the upstream side, the utilization efficiency of the catalyst noble metal is improved. For this reason, it is considered that the post-catalyst layer has a length having an optimal balance. Therefore, it is important to set the optimum upstream and downstream catalyst layer lengths and coat amounts in order to maximize the performance of the zone coat catalyst.
また、三元触媒においては、従来よりも高負荷域で使用される頻度が高まっているため、高Ga(高吸入空気量)域における触媒性能の向上も必要である。そのためには、触媒貴金属の担持量を増やすことが有効と考えられるが、それではコストアップにつながる。 In addition, since the frequency of use of a three-way catalyst in a high load region is higher than in the past, it is also necessary to improve the catalyst performance in a high Ga (high intake air amount) region. For this purpose, it is considered effective to increase the amount of catalyst noble metal supported, but this leads to an increase in cost.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、触媒貴金属の排ガス浄化特性を十分に発揮でき、触媒の低温浄化性能が高く且つ触媒暖機性に優れた、排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an exhaust gas purification catalyst that can sufficiently exhibit the exhaust gas purification characteristics of a catalyst noble metal, has a high low temperature purification performance of the catalyst, and is excellent in catalyst warm-up performance. With the goal.
本発明の排ガス浄化用触媒は、排ガスが流通するガス流路を形成する基材と、該基材上に形成された触媒層とからなり、該触媒層は、該基材の表面に形成された下触媒層と、該下触媒層の表面であって前記ガス流れ方向の上流側を被覆する前段上触媒層と、該下触媒層の表面であって前記前段上触媒層よりも前記ガス流れ方向の下流側を被覆する後段上触媒層とから構成されている排ガス浄化用触媒であって、前記下触媒層はPdおよびPtの少なくとも1種を担持し、前記後段上触媒層はRhを担持し、前記前段上触媒層はPdを担持しており、前記前段上触媒層のPdを担持する担体がZrO2を主成分とする複合酸化物(以下ZrO2複合酸化物)であることを特徴とする。 The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises a base material forming a gas flow path through which exhaust gas flows and a catalyst layer formed on the base material, and the catalyst layer is formed on the surface of the base material. A lower catalyst layer, a front upper catalyst layer covering the upstream side of the gas flow direction on the surface of the lower catalyst layer, and a gas flow higher than the front upper catalyst layer on the surface of the lower catalyst layer. A catalyst for exhaust gas purification comprising a downstream upper catalyst layer covering the downstream side in the direction, wherein the lower catalyst layer supports at least one of Pd and Pt, and the rear upper catalyst layer supports Rh The upstream catalyst layer supports Pd, and the carrier supporting Pd of the upstream catalyst layer is a composite oxide containing ZrO 2 as a main component (hereinafter referred to as ZrO 2 composite oxide). And
本発明の排ガス浄化用触媒は、Pd及びPtの少なくとも1種を担持した下触媒層と、Pdを含む前段上触媒層と、Rhを含む後段上触媒層とを有する。前段上触媒層では、Pdによって主として排ガス中のHCの酸化浄化が行われる。 The exhaust gas purifying catalyst of the present invention has a lower catalyst layer supporting at least one of Pd and Pt, a front upper catalyst layer containing Pd, and a rear upper catalyst layer containing Rh. In the upstream upper catalyst layer, oxidative purification of HC in the exhaust gas is mainly performed by Pd.
HC(炭化水素)は分子構造が比較的大きく、上流側触媒層の内部に拡散しにくい。また、HCは、COやNOxに比べて分子量が大きく、分解されにくいため、HCの浄化反応には、COやNOxの浄化反応に比べて、高い活性化エネルギーが必要であり、HCの反応環境は高い温度であることがよい。そこで、本発明では、HCが拡散しやすい上側(表面側)であって、しかも高温となりやすい上流側の前段上触媒層に、HCを浄化し得るPdを担持している。従って、Pdは、HCとの接触機会が多くなり、また高温下において高効率でHCを浄化することができる。 HC (hydrocarbon) has a relatively large molecular structure and is difficult to diffuse inside the upstream catalyst layer. In addition, since HC has a higher molecular weight than CO and NOx and is difficult to be decomposed, the HC purification reaction requires higher activation energy than the CO and NOx purification reaction. The temperature should be high. Therefore, in the present invention, Pd capable of purifying HC is supported on the upstream upstream catalyst layer on the upper side (surface side) on which HC tends to diffuse and also on the upstream side where it tends to become high temperature. Therefore, Pd increases the chance of contact with HC and can purify HC with high efficiency at high temperatures.
さらに、本発明においては、前段上触媒層のPdを担持する担体を、ZrO2複合酸化物としている。ZrO2は比熱が小さく暖まりやすいので、ZrO2を担体として使用することにより触媒の暖機性能が向上する。 Furthermore, in the present invention, the carrier supporting Pd in the upstream catalyst layer is a ZrO 2 composite oxide. Since ZrO 2 has a small specific heat and is easily warmed, the use of ZrO 2 as a carrier improves the warm-up performance of the catalyst.
また、前段部は高温になるため、耐熱性が要求されるが、Y2O3を所定量添加することによりZrO2の耐熱性が向上し、暖機性能の低下を防ぎ、本発明の効果を最大限に引き出すことができる。このように、Y2O3を含むZrO2複合酸化物を前段上触媒層の担体として使用することにより、触媒昇温性を向上させつつ、耐熱性も確保して、耐久性のある触媒暖機性を得ることができる。 In addition, since the front part becomes high temperature, heat resistance is required. However, the addition of a predetermined amount of Y 2 O 3 improves the heat resistance of ZrO 2 and prevents the warm-up performance from being lowered. Can be maximized. As described above, by using the ZrO 2 composite oxide containing Y 2 O 3 as the support for the upper catalyst layer in the previous stage, while improving the temperature rise of the catalyst, the heat resistance is secured and the durable catalyst warm-up is ensured. You can get functionality.
以上のように、本発明では、触媒貴金属を、触媒貴金属の特性に合わせて最適な部位に配置して、触媒貴金属の浄化特性を高効率で発揮させている。さらに、前段上触媒層のPdを担持する担体として、Y2O3を含むZrO2複合酸化物を使用することにより、触媒昇温性を向上させつつ、耐熱性も確保して、耐久性のある触媒暖機性を得ることができる。したがって、エンジン始動直後やハイブリッド車のエンジン間欠停止後などの冷間始動時でも、高い排ガス浄化性能を発揮することができる。 As described above, in the present invention, the catalytic noble metal is disposed at an optimum site in accordance with the characteristics of the catalytic noble metal, and the purification characteristics of the catalytic noble metal are exhibited with high efficiency. Furthermore, by using a ZrO 2 composite oxide containing Y 2 O 3 as the carrier for supporting Pd in the upstream catalyst layer, it is possible to improve the temperature rise of the catalyst while ensuring the heat resistance, thereby ensuring durability. A certain catalyst warm-up property can be obtained. Therefore, high exhaust gas purification performance can be exhibited even during cold start such as immediately after engine start or after intermittent engine stop of a hybrid vehicle.
好ましくは、前記ZrO2複合酸化物は、ZrO2複合酸化物の全体の質量に基づいて、20〜30質量%のY2O3を含む。Y2O3の含有量が20質量%未満の場合には、高耐熱化の効果が少なくなり、暖機性能が低下するおそれがある。Y2O3の含有量が30質量%を超える場合にも、ZrO2量が少なくなり、暖機性能が低下するおそれがある。 Preferably, the ZrO 2 composite oxide, based on the total mass of the ZrO 2 composite oxide, including 20-30 wt% Y 2 O 3. When the content of Y 2 O 3 is less than 20% by mass, the effect of increasing the heat resistance is reduced, and the warm-up performance may be reduced. Even when the content of Y 2 O 3 exceeds 30% by mass, the amount of ZrO 2 decreases and the warm-up performance may be deteriorated.
さらに、前段上触媒層のZrO2複合酸化物のかさ密度を制御することで、高い暖機性能を得られることができる。 Furthermore, high warm-up performance can be obtained by controlling the bulk density of the ZrO 2 composite oxide in the upstream catalyst layer.
好ましくは、前記ZrO2複合酸化物のかさ密度は、0.98〜1.52g/mlである。0.98g/mlよりもかさ密度が低いと、触媒昇温性が低くなるおそれがあり、1.52g/mlよりもかさ密度が高いと、Pdのシンタリングが起こりやすく触媒性能が低下するおそれがある。 Preferably, the bulk density of the ZrO 2 composite oxide is 0.98 to 1.52 g / ml. If the bulk density is lower than 0.98 g / ml, the temperature rise of the catalyst may be lowered. If the bulk density is higher than 1.52 g / ml, Pd sintering is likely to occur and the catalyst performance may be deteriorated. There is.
さらに、本発明においては、前段上触媒層に担持されるPdの担持密度を4.5〜12質量%とすることが好ましい。Pdの担持密度が4.5質量%未満の場合には、Pdにより浄化されるHC量が低下するおそれがある。Pdの担持密度が12質量%を超える場合にも、HC浄化量が低下するおそれがある。これは、Pd同士の焼結が進み、Pdの表面積が低下するためと考えられる。 Furthermore, in the present invention, it is preferable that the loading density of Pd supported on the upstream catalyst layer is 4.5 to 12% by mass. When the loading density of Pd is less than 4.5% by mass, the amount of HC purified by Pd may be reduced. Even when the Pd loading density exceeds 12% by mass, the HC purification amount may decrease. This is presumably because the sintering of Pd progresses and the surface area of Pd decreases.
このように、前段上触媒層に担持されるPdの担持密度を4.5〜12質量%と従来よりも高くすることにより、さらに触媒の低温活性を高くすることが可能となり、またコストアップも抑えられ得る。 As described above, by increasing the loading density of Pd supported on the upstream catalyst layer of 4.5 to 12% by mass as compared with the prior art, it becomes possible to further increase the low-temperature activity of the catalyst and increase the cost. Can be suppressed.
そして、下流側の後段上触媒層では、Rhにより主として排ガス中のNOxの還元浄化が行われる。Rhは、排ガス中の前段上触媒層で酸化浄化されなかった残存HCから、水素改質反応によって水素を発生させる。この水素の還元力によって、排ガス中のNOxが還元浄化される。 In the downstream upper catalyst layer on the downstream side, NOx in the exhaust gas is mainly reduced and purified by Rh. Rh generates hydrogen by a hydrogen reforming reaction from residual HC that has not been oxidized and purified in the upstream catalyst layer in the exhaust gas. Due to the reducing power of hydrogen, NOx in the exhaust gas is reduced and purified.
排ガス成分中のCOは、分子構造が比較的小さく、拡散速度が比較的速い。このため、COは、前段上触媒層及び後段上触媒層よりも内部に配置されている下触媒層に素早く拡散することができる。ゆえに、下触媒層に担持されているPt又はPdは、主としてCO及び残存HCを酸化浄化することができる。 CO in the exhaust gas component has a relatively small molecular structure and a relatively high diffusion rate. For this reason, CO can diffuse quickly into the lower catalyst layer disposed inside the upstream catalyst layer and the upstream catalyst layer. Therefore, Pt or Pd supported on the lower catalyst layer can mainly oxidize and purify CO and residual HC.
前記下触媒層の長さに対する前記前段上触媒層の長さの比率は、20〜40%であることが好ましい。この場合には、前段上触媒層の触媒活性を十分に発揮させることができ、また下流側に後段上触媒層を設けるスペースが確保される。ゆえに、後段上触媒層のRhによるNOx浄化性能を十分に発揮させつつ、前段上触媒層のHC浄化性能を高くすることができる。 The ratio of the length of the upper catalyst layer to the length of the lower catalyst layer is preferably 20 to 40%. In this case, the catalytic activity of the upstream catalyst layer can be sufficiently exhibited, and a space for providing the downstream catalyst layer on the downstream side is secured. Therefore, it is possible to enhance the HC purification performance of the upstream catalyst layer while fully exhibiting the NOx purification performance of Rh of the rear catalyst layer.
前記下触媒層の長さに対する前記後段上触媒層の長さの比率は、71〜81%であることが好ましい。この場合には、後段上触媒層に担持されているRhによるNOx浄化性能が効果的に発揮される。 The ratio of the length of the rear upper catalyst layer to the length of the lower catalyst layer is preferably 71 to 81%. In this case, the NOx purification performance by Rh supported on the rear upper catalyst layer is effectively exhibited.
前記下触媒層には、好ましくは酸素吸放出材が含まれており、さらに好ましくは該酸素吸放出材の含有量は80〜120g/Lであって、前記基材1リットル当たりの前記下触媒層のコート量は、105〜155gであることが好ましい。 The lower catalyst layer preferably contains an oxygen storage / release material, more preferably the oxygen storage / release material content is 80 to 120 g / L, and the lower catalyst layer per liter of the base material. The coating amount of the layer is preferably 105 to 155 g.
酸素吸放出材は、酸化雰囲気で酸素を貯蔵し、還元雰囲気で酸素を放出する酸素吸放出(OSC)性能をもつ材料である。好ましくは、酸素吸放出材は、CeO2を含む複合酸化物である。酸素濃度が低くなりやすい下触媒層に酸素吸放出材を含めることにより、下触媒層の浄化反応環境を安定に保持できる。酸素吸放出材が、上記の含有量であることにより、下触媒層を適度な酸素濃度に保持でき、Pd又はPtによる排ガス浄化性能を効果的に発揮させることができる。 The oxygen storage / release material is a material having oxygen storage / release (OSC) performance that stores oxygen in an oxidizing atmosphere and releases oxygen in a reducing atmosphere. Preferably, the oxygen storage / release material is a composite oxide containing CeO 2 . By including the oxygen storage / release material in the lower catalyst layer where the oxygen concentration tends to be low, the purification reaction environment of the lower catalyst layer can be stably maintained. When the oxygen storage / release material has the above content, the lower catalyst layer can be maintained at an appropriate oxygen concentration, and the exhaust gas purification performance by Pd or Pt can be effectively exhibited.
また、好ましくは、基材1リットル当たりの下触媒層のコート量を105〜155gにすると、より十分なOSC性能を維持しつつ、ガス流路の開口面積を十分に確保して圧力損失を抑えることができる。 Preferably, when the coating amount of the lower catalyst layer per liter of the substrate is 105 to 155 g, a sufficient opening area of the gas flow path is secured and pressure loss is suppressed while maintaining a more sufficient OSC performance. be able to.
触媒層をコートした後の触媒層のTotal−GSA(全幾何学的表面積)は、25〜36cm2/個であることが好ましい。この場合には、高Ga(高吸入空気量)域で高いOSC性能を得ることができ、貴金属量を増加させることなく、高Ga(高吸入空気量)域における触媒浄化性能を向上させることができる。 It is preferable that Total-GSA (total geometric surface area) of the catalyst layer after coating the catalyst layer is 25 to 36 cm 2 / piece. In this case, high OSC performance can be obtained in a high Ga (high intake air amount) region, and catalyst purification performance in a high Ga (high intake air amount) region can be improved without increasing the amount of noble metal. it can.
本発明の排ガス浄化用触媒によれば、触媒貴金属の種類に応じて各種触媒貴金属を基材上の適切な部位に配置させており、すわなち、下触媒層がPd及びPtの少なくとも1種を担持し、後段上触媒層がRhを担持し、前段上触媒層がPdを担持しているため、触媒貴金属の浄化特性を十分に発揮でき、触媒の低温浄化性能を高めることができる。また、低比熱で耐熱性に優れた、Y2O3を添加したZrO2複合材料を前段上触媒層の担体材料として使用することによって、触媒昇温性を向上させつつ耐熱性も確保することができ、耐久性を有する触媒暖機性を得ることができる。 According to the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, various catalytic noble metals are arranged at appropriate sites on the substrate in accordance with the type of catalytic noble metal, that is, the lower catalyst layer is at least one of Pd and Pt. , The rear upper catalyst layer carries Rh, and the front upper catalyst layer carries Pd, so that the catalytic precious metal purification characteristics can be sufficiently exhibited, and the low temperature purification performance of the catalyst can be enhanced. In addition, by using a ZrO 2 composite material added with Y 2 O 3 that has low specific heat and excellent heat resistance as a support material for the upper catalyst layer in the previous stage, heat resistance can be ensured while improving catalyst temperature rise. The catalyst warm-up property having durability can be obtained.
本発明の排ガス浄化用触媒は、基材と、基材の表面に形成された下触媒層と、下触媒層の表面であって上流側に形成された前段上触媒層と、下触媒層の表面であって下流側に形成された後段上触媒層とを有する。 The exhaust gas purifying catalyst of the present invention includes a base material, a lower catalyst layer formed on the surface of the base material, a front upper catalyst layer formed on the upstream side of the surface of the lower catalyst layer, and a lower catalyst layer And a rear upper catalyst layer formed on the downstream side of the surface.
基材は、ガス流路を有する構造をもち、例えば、ハニカム形状、フォーム形状、プレート形状などの形状を有するものを用いる。基材の材質は、特に限定されず、コーディエライト、SiCなどのセラミックス製のもの、あるいは金属製のものなど、公知のものを用いることができる。 The substrate has a structure having a gas flow path, and for example, a substrate having a shape such as a honeycomb shape, a foam shape, or a plate shape is used. The material of the substrate is not particularly limited, and known materials such as cordierite, ceramics such as SiC, or metals can be used.
下触媒層は、触媒貴金属と、触媒貴金属を担持する担体とを含んでなる。下触媒層の触媒貴金属は、Pt及びPdの少なくとも1種を含む。触媒貴金属は、Pt及びPdのほかに、PtやPdの性能を妨げないように、Rhなどの他の触媒貴金属を含んでいてもよい。本明細書において、「基材1リットル当たり」とは、「基材の純体積に、基材の内部に形成されている空隙の容積も含めた全体の嵩容積1リットル当たり」を意味する。基材の内部がセルに区画されている場合には、基材の純体積に、セルの容積も含めた全体の嵩容積1リットルを意味する。基材1リットル当たりの各成分の質量は、g/Lとして表記する場合がある。 The lower catalyst layer includes a catalyst noble metal and a carrier supporting the catalyst noble metal. The catalyst noble metal of the lower catalyst layer contains at least one of Pt and Pd. In addition to Pt and Pd, the catalyst noble metal may contain other catalyst noble metals such as Rh so as not to hinder the performance of Pt and Pd. In this specification, “per liter of substrate” means “per liter of the entire bulk volume including the volume of voids formed in the interior of the substrate in the pure volume of the substrate”. When the inside of the substrate is partitioned into cells, it means the total volume of 1 liter including the volume of the cell in the pure volume of the substrate. The mass of each component per liter of substrate may be expressed as g / L.
下触媒層の担体は、CeO2(セリア)を含むことが好ましい。この場合には、酸素濃度が低くなりやすい下触媒層での酸素濃度をある程度の高さに保つことができ、触媒貴金属による排ガス浄化性能が向上する。 The lower catalyst layer support preferably contains CeO 2 (ceria). In this case, the oxygen concentration in the lower catalyst layer where the oxygen concentration tends to be low can be maintained at a certain level, and the exhaust gas purification performance by the catalyst noble metal is improved.
下触媒層中のCeO2の含有量は、基材1リットル当たり、21〜30gであることが好ましい。21g未満の場合には、下触媒層中の酸素濃度を安定に維持することができないおそれがある。30gを超える場合には、下触媒層のNOx浄化性能が低下するおそれがある。 The CeO 2 content in the lower catalyst layer is preferably 21 to 30 g per liter of the base material. If it is less than 21 g, the oxygen concentration in the lower catalyst layer may not be stably maintained. If it exceeds 30 g, the NOx purification performance of the lower catalyst layer may be reduced.
下触媒層の担体は、CeO2とZrO2とが固溶したCeO2−ZrO2複合酸化物を含んでいることが好ましい。CeO2の粒成長が抑制され、耐久後のOSC性能の低下を抑制することができる。 The support of the lower catalyst layer preferably contains a CeO 2 —ZrO 2 composite oxide in which CeO 2 and ZrO 2 are dissolved. Grain growth of CeO 2 is suppressed, and deterioration of OSC performance after endurance can be suppressed.
下触媒層のコート量は、基材1リットル当たり、105〜155gであることが好ましく、更には、基材1リットル当たり、150〜155gであることが望ましい。「コート量」とは、「基材表面にコートされる下触媒層の質量を、基材1リットルにコートされる下触媒層の質量に換算した質量」をいう。基材1リットルとは、「基材の純体積に、基材の内部に形成されている空隙の容積も含めた全体の嵩容積1リットル当たり」を意味する。下触媒層のコート量が105g未満の場合には、下触媒層が薄すぎて、PdやPtの触媒活性が低下するおそれがある。155gを超える場合には、圧力損失が大きくなるおそれがある。 The coating amount of the lower catalyst layer is preferably 105 to 155 g per liter of the base material, and more preferably 150 to 155 g per liter of the base material. “Coating amount” means “a mass obtained by converting the mass of the lower catalyst layer coated on the surface of the base material into the mass of the lower catalyst layer coated on 1 liter of the base material”. The 1 liter of the base material means “per 1 liter of the entire bulk volume including the volume of voids formed inside the base material in the pure volume of the base material”. When the coating amount of the lower catalyst layer is less than 105 g, the lower catalyst layer is too thin and the catalytic activity of Pd or Pt may be reduced. If it exceeds 155 g, the pressure loss may increase.
下触媒層の厚みは、10〜30μmであることが好ましい。この場合には、下触媒層の触媒活性が高く、また圧力損失も抑制できる。 The thickness of the lower catalyst layer is preferably 10 to 30 μm. In this case, the catalytic activity of the lower catalyst layer is high, and pressure loss can be suppressed.
前段上触媒層は、触媒貴金属としてのPdと、担体としてのZrO2複合酸化物とを含んでなる。Pdは、主として排ガス中のHCを浄化する。 The upstream catalyst layer includes Pd as a catalyst noble metal and a ZrO 2 composite oxide as a support. Pd mainly purifies HC in the exhaust gas.
Pdの担持密度は4.5〜12質量%が好ましい。「Pdの担持密度」とは、前段上触媒層のコート質量に対するPdの担持質量の比率」をいう。下触媒層の表面には、前段上触媒層と後段上触媒層とが並存しており、Pdを含む前段上触媒層の長さは、下触媒層の長さよりも短い。ゆえに、Pdの反応し得る部分の容積が従来よりも狭い。狭い反応スペースで高い効率でHCを浄化するため、本発明では従来よりもPdの担持密度を高くしている。 The Pd loading density is preferably 4.5 to 12% by mass. “Pd loading density” refers to the ratio of the loading mass of Pd to the coating mass of the upper catalyst layer in the previous stage. A front upper catalyst layer and a rear upper catalyst layer coexist on the surface of the lower catalyst layer, and the length of the front upper catalyst layer containing Pd is shorter than the length of the lower catalyst layer. Therefore, the volume of the portion where Pd can react is narrower than before. In order to purify HC with high efficiency in a narrow reaction space, in the present invention, the loading density of Pd is made higher than in the prior art.
さらに、Pdの担持密度は、6〜10質量%であることが好ましい。この場合には、さらに、PdによるHCの浄化性能が高くなり、またコストアップを抑えることができる。 Furthermore, the loading density of Pd is preferably 6 to 10% by mass. In this case, the HC purification performance by Pd is further improved, and the cost increase can be suppressed.
前段上触媒層のPdを担持する担体は、ZrO2複合酸化物としている。従来、担体として、主に、大きな比表面積を有するAl2O3が用いられているが、Al2O3よりも比熱が小さいZrO2複合酸化物を担体として使用することにより、触媒の暖まりやすさを向上することができる。また、ZrO2はAl2O3よりも耐熱性が低いが、Y2O3を添加することで、ZrO2の耐熱性を向上することができる。Y2O3は、ZrO2の高温におけるモノクリニック相への変化を抑制する相安定化効果がある。このように、Y2O3を含むZrO2複合酸化物を、前段上触媒層のPdを担持する担体として使用することにより、前段上触媒層の触媒昇温性の向上及び耐熱性の向上が図れ、触媒の暖機性能を向上することができる。 The carrier for supporting Pd in the upstream catalyst layer is a ZrO 2 composite oxide. Conventionally, Al 2 O 3 having a large specific surface area is mainly used as a support. However, by using a ZrO 2 composite oxide having a specific heat smaller than that of Al 2 O 3 as a support, the catalyst can be easily warmed. Can be improved. ZrO 2 has lower heat resistance than Al 2 O 3 , but the heat resistance of ZrO 2 can be improved by adding Y 2 O 3 . Y 2 O 3 has a phase stabilization effect that suppresses the change of ZrO 2 to a monoclinic phase at high temperatures. As described above, by using the ZrO 2 composite oxide containing Y 2 O 3 as a support for supporting Pd of the upstream catalyst layer, it is possible to improve the catalyst temperature rise and heat resistance of the upstream catalyst layer. As a result, the warm-up performance of the catalyst can be improved.
Y2O3の含有量は、Y2O3を含むZrO2複合酸化物の全体の質量に対して、20〜30質量%が好ましく、さらには、23〜27質量%が望ましい。この場合には、耐熱性向上効果をさらに高くすることができる。 The content of Y 2 O 3, relative to the total mass of the ZrO 2 composite oxide containing Y 2 O 3, preferably 20 to 30 mass%, further, desirably 23 to 27 mass%. In this case, the heat resistance improvement effect can be further enhanced.
ZrO2複合酸化物は他の材料をさらに含んでもよく、例えばLa及び/またはNdを含んでもよい。La及びNdは、イオン半径が大きく粒子同士の焼結を抑制する働きがあり、ZrO2複合酸化物の耐熱性を向上することができる。ZrO2複合酸化物は、10質量%以下の、La及び/またはNdを含むことが好ましい。 The ZrO 2 composite oxide may further contain other materials, for example, La and / or Nd. La and Nd have a large ionic radius and have a function of suppressing sintering between particles, and can improve the heat resistance of the ZrO 2 composite oxide. The ZrO 2 composite oxide preferably contains 10% by mass or less of La and / or Nd.
ZrO2複合酸化物のかさ密度は0.98〜1.52g/mlが好ましく、1.06〜1.25g/mlがさらに好ましい。この場合には、NOxの50%浄化時間をさらに短縮することができる。
The bulk density of the ZrO 2 composite oxide is preferably 0.98 to 1.52 g / ml, and more preferably 1.06 to 1.25 g / ml. In this case, the
下触媒層の長さに対する前段上触媒層の長さの比率は、20〜40%であることが好ましく、更には30〜35%であることが望ましい。この場合には、前段上触媒層よりも下流側に後段上触媒層を設けるスペースが確保される。ゆえに、後段上触媒層のRhによるNOx浄化性能を十分に発揮させつつ、前段上触媒層のHC浄化性能を高くすることができる。ここで、「長さ」とは、基材のガス流れ方向の長さをいう。基材がハニカム構造を持つ場合には、基材の長手方向の長さをいう。下触媒層の長さに対する前段上触媒層の長さの比率が20%未満の場合には、Pdの絶対量が少なくなり、HC浄化性能が低下するおそれがある。40%を超える場合には、後段上触媒層を形成するスペースが狭すぎて、Rhの担持量が低下し、Rhによる排ガス浄化性能が低下するおそれがある。下触媒層の長さに対する前段上触媒層の長さの比率が30〜35%である場合には、後段上触媒層のRhによるNOx浄化性能を更に十分に発揮させつつ、前段上触媒層のHC浄化性能を更に高くすることができる。 The ratio of the length of the previous upper catalyst layer to the length of the lower catalyst layer is preferably 20 to 40%, and more preferably 30 to 35%. In this case, a space for providing the rear upper catalyst layer downstream from the front upper catalyst layer is secured. Therefore, it is possible to enhance the HC purification performance of the upstream catalyst layer while fully exhibiting the NOx purification performance of Rh of the rear catalyst layer. Here, “length” refers to the length of the base material in the gas flow direction. When the substrate has a honeycomb structure, it means the length in the longitudinal direction of the substrate. When the ratio of the length of the upper catalyst layer in the previous stage to the length of the lower catalyst layer is less than 20%, the absolute amount of Pd decreases, and the HC purification performance may be deteriorated. If it exceeds 40%, the space for forming the rear upper catalyst layer is too narrow, and the amount of Rh supported is lowered, and the exhaust gas purification performance by Rh may be lowered. When the ratio of the length of the front upper catalyst layer to the length of the lower catalyst layer is 30 to 35%, the NOx purification performance by Rh of the rear upper catalyst layer is more fully exhibited, HC purification performance can be further enhanced.
前段上触媒層のコート量は、基材1リットル当たり、40〜50gであることが好ましい。40g未満の場合には、前段上触媒層のコートの作業性が悪化するおそれがある、一方、前段上触媒層のコート量が、基材1リットル当たり、50gを超える場合には、前段上触媒層の熱容量が大きくなりすぎて早期の昇温が困難となり、エンジン冷間始動時にHCが浄化されにくくなるおそれがある。 The coat amount of the upstream catalyst layer is preferably 40 to 50 g per liter of the base material. When the amount is less than 40 g, the workability of the coating of the upstream catalyst layer may be deteriorated. On the other hand, when the coating amount of the upstream catalyst layer exceeds 50 g per liter of the base material, the upstream catalyst Since the heat capacity of the layer becomes too large, it is difficult to quickly raise the temperature, and HC may not be easily purified when the engine is cold started.
前段上触媒層の厚みは10〜30μmであることが好ましい。この場合には、HC浄化に十分なPd絶対量を確保できるとともに、前段上触媒層の熱容量が低くなり、エンジン冷間始動時に素早く前段上触媒層の温度が上昇する。 The thickness of the upstream catalyst layer is preferably 10 to 30 μm. In this case, an absolute amount of Pd sufficient for HC purification can be secured, and the heat capacity of the upstream catalyst layer becomes low, and the temperature of the upstream catalyst layer quickly rises when the engine is cold.
後段上触媒層には、Rhの性能を損なわない程度に、Pdなどの他の触媒貴金属が含まれていても良い。後段上触媒層には、Ptが含まれていないことがよい。RhとPtとの合金化による触媒活性の低下を抑えるためである。 The rear upper catalyst layer may contain other catalytic noble metal such as Pd to the extent that the performance of Rh is not impaired. The post-stage upper catalyst layer preferably does not contain Pt. This is to suppress a decrease in catalytic activity due to alloying of Rh and Pt.
後段上触媒層の厚みは10〜30μmであることが好ましい。この場合には、後段上触媒層中のRhによるNOx浄化性能が高く、また下触媒層へのガス拡散性が良いため、下触媒層中のPtやPdによる浄化性能も高くすることができる。 The thickness of the rear upper catalyst layer is preferably 10 to 30 μm. In this case, the NOx purification performance by Rh in the latter upper catalyst layer is high and the gas diffusibility to the lower catalyst layer is good, so the purification performance by Pt and Pd in the lower catalyst layer can also be enhanced.
下触媒層の長さに対する後段上触媒層の長さの比率は、70〜85%であることが好ましく、更には71〜81%であることが望ましい。この場合には、後段上触媒層よりも上流側に前段上触媒層を形成するに十分なスペースを確保しつつ、後段上触媒層でNOx浄化に十分なRh量を担持することができる。 The ratio of the length of the rear upper catalyst layer to the length of the lower catalyst layer is preferably 70 to 85%, more preferably 71 to 81%. In this case, it is possible to carry a sufficient amount of Rh for NOx purification in the rear stage upper catalyst layer while securing a sufficient space to form the front stage upper catalyst layer upstream of the rear stage upper catalyst layer.
後段上触媒層中のRh担持密度は0.1〜0.4質量%であることが好ましい。0.1質量%未満の場合には、RhによるNOx浄化性能が低下するおそれがある。0.4質量%を超える場合には、それに見合う浄化性能は期待できず、コストアップになる。 The Rh loading density in the latter upper catalyst layer is preferably 0.1 to 0.4% by mass. If it is less than 0.1% by mass, the NOx purification performance by Rh may be reduced. If it exceeds 0.4 mass%, the purification performance corresponding to that cannot be expected, resulting in an increase in cost.
後段上触媒層のコート量は、基材1リットル当たり、50〜200gであることが好ましい。この場合には、圧力損失を抑えつつ、RhによるNOx浄化性能が高くなる。 The coating amount of the rear upper catalyst layer is preferably 50 to 200 g per liter of the base material. In this case, the NOx purification performance by Rh is enhanced while suppressing pressure loss.
触媒コート後のTotal−GSAは、25〜36cm2/個であることが好ましい。25cm2/個未満の場合には、高負荷(高Ga)域にてOSC性能が低下するおそれがある。36cm2/個を超える場合には、コート厚みが薄くなり、コートできないおそれがある。 It is preferable that Total-GSA after catalyst coating is 25-36 cm < 2 > / piece. If it is less than 25 cm 2 / piece, the OSC performance may deteriorate in a high load (high Ga) region. When it exceeds 36 cm 2 / piece, the coating thickness becomes thin and there is a possibility that the coating cannot be performed.
本発明において、GSA(幾何学的表面積)とは、ハニカム基材に触媒をウォッシュコートした後の、ハニカム基材1セルの単位長さ(軸方向)当たりの触媒層の内壁の表面積であり、「Total−GSA」とは、GSAに、基材に含まれるセルの個数及び基材の長さをかけて導出した値である。 In the present invention, GSA (geometric surface area) is the surface area of the inner wall of the catalyst layer per unit length (axial direction) of one cell of the honeycomb substrate after the honeycomb substrate is washed with the catalyst. “Total-GSA” is a value derived by multiplying GSA by the number of cells included in the substrate and the length of the substrate.
後段上触媒層の下流端部は、下触媒層の下流端部の真上に配置されている。また、前段上触媒層の上流端部は、下触媒層の上流端部の真上に配置されている。後段上触媒層の上流側部分は、前段上触媒層の下流側部分と離間していてもよい。また、後段上触媒層の上流側部分は、前段上触媒層の下流側部分と重なっていてもよい。この場合、前段上触媒層及び後段上触媒層のどちらの層が上側になってもよい。前段上触媒層を優先的に機能させたい場合は前段上触媒層の下流側部分を後段上触媒層上の上流側部分に被覆させ、後段上触媒層を優先的に機能させたい場合は後段上触媒層の上流側部分を前段上触媒層の下流側部分に被覆させるとよい。 The downstream end portion of the rear upper catalyst layer is disposed directly above the downstream end portion of the lower catalyst layer. Further, the upstream end portion of the upstream catalyst layer is disposed directly above the upstream end portion of the lower catalyst layer. The upstream portion of the rear upper catalyst layer may be separated from the downstream portion of the front upper catalyst layer. Further, the upstream portion of the rear upper catalyst layer may overlap the downstream portion of the front upper catalyst layer. In this case, either the front upper catalyst layer or the rear upper catalyst layer may be on the upper side. If you want to preferentially function the upstream catalyst layer, cover the downstream part of the upstream catalyst layer with the upstream part of the upstream catalyst layer, and if you want the upstream catalyst layer to function preferentially, The upstream portion of the catalyst layer may be covered with the downstream portion of the upstream catalyst layer.
基材表面に下触媒層を形成するに当たっては、担体粉末を含むスラリーを基材の表面にウォッシュコートし、それにPd又は/及びPtを含んでなる触媒貴金属を担持してもよいし、担体粉末に予め触媒貴金属を担持した触媒粉末をスラリーとなし、これを基材表面にウォッシュコートしてもよい。 In forming the lower catalyst layer on the surface of the base material, the slurry containing the carrier powder may be wash-coated on the surface of the base material, and the catalyst noble metal containing Pd or / and Pt may be supported on the surface of the base material. Alternatively, a catalyst powder previously loaded with a catalyst noble metal may be made into a slurry, and this may be wash coated on the substrate surface.
下触媒層の表面に前段上触媒層を形成するに当たっては、ZrO2複合酸化物である担体粉末を含むスラリーを下触媒層の表面の上流側部分にウォッシュコートし、それにPdを担持してもよいし、ZrO2複合酸化物である担体粉末に予めPdを担持した触媒粉末をスラリーとなし、これを下触媒層の表面の上流側部分にウォッシュコートしてもよい。 In forming the former upper catalyst layer on the surface of the lower catalyst layer, a slurry containing a carrier powder that is a ZrO 2 composite oxide is washed on the upstream portion of the surface of the lower catalyst layer, and Pd is supported on it. Alternatively, a catalyst powder in which Pd is previously supported on a carrier powder that is a ZrO 2 composite oxide may be used as a slurry, and this may be wash coated on the upstream portion of the surface of the lower catalyst layer.
下触媒層の表面に後段上触媒層を形成するに当たっては、担体粉末を含むスラリーを下触媒層の表面の下流側部分にウォッシュコートし、それにRhを担持してもよいし、担体粉末に予めRhを担持した触媒粉末をスラリーとなし、これを下触媒層の表面の下流側部分にウォッシュコートしてもよい。 In forming the latter upper catalyst layer on the surface of the lower catalyst layer, the slurry containing the carrier powder may be wash-coated on the downstream portion of the surface of the lower catalyst layer, and Rh may be supported on the slurry, The catalyst powder supporting Rh may be made into a slurry, and this may be wash coated on the downstream portion of the surface of the lower catalyst layer.
本発明について、参考例、実施例、及び比較例を用いて具体的に説明する。 The present invention will be specifically described using reference examples, examples, and comparative examples.
(参考例1)
本例の排ガス浄化用触媒は、図1に示すように、基材1と、基材1上に形成された触媒層10とを含んでなる。触媒層10は、基材1の表面に形成された下触媒層2と、下触媒層2の表面の上流側部分に形成された前段上触媒層3と、下触媒層2の表面の下流側部分に形成された後段上触媒層4とから構成されている。
(Reference Example 1)
As shown in FIG. 1, the exhaust gas purifying catalyst of this example includes a
図2に示すように基材1は、コーディエライト製ハニカム構造をもつモノリス基材である。基材1は、直径103mmの円形断面であり、長さは105mmであって、全体容量は875ccである。基材1の内部は、隔壁11によって多数のセルに区画されている。各セルには、ガス通路6が形成されている。図1に示すように、セルを区画する隔壁11の表面には下触媒層2が形成され、下触媒層2の表面の上流側及び下流側には、前段上触媒層3及び後段上触媒層4が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
下触媒層2は、PdとAl2O3と酸素吸放出材とを含んでなる。下触媒層2の中のPdの担持量は1.0g/Lであり、Al2O3のコート量は25g/Lであり、酸素吸放出材はZrO2−CeO2の複合酸化物であり、このコート量は85g/Lである。
The
前段上触媒層3は、PdとAl2O3と酸素吸放出材とを含んでなる。前段上触媒層3の中のPdの担持量は1.73g/Lであり、前段上触媒層3の中のPdの担持密度は5.8質量%である。前段上触媒層3のコート量は30gであり、基材1リットル当たりのコート量に換算すると、34.3g/Lとなる。前段上触媒層3の中のAl2O3のコート量は、基材1リットル当たり18.6g/Lであり、酸素吸放出材はZrO2−CeO2の複合酸化物であり、酸素吸放出材のコート量は5.0g/Lである。酸素吸放出材のコート量に対するAl2O3のコート量の比率は3.7である。
The
後段上触媒層4は、RhとAl2O3と酸素吸放出材とを含んでなる。後段上触媒層4の中のRhの担持量は0.2g/Lであり、Al2O3のコート量は75.2g/Lであり、酸素吸放出材はZrO2−CeO2の複合酸化物であり、酸素吸放出材のコート量は30.1g/Lである。酸素吸放出材のコート量に対するAl2O3のコート量の比率は2.5である。
The rear
下触媒層2の長さは105mmであり、基材1の長さと同じである。前段上触媒層3は、下触媒層2の上流端部から下流側に向かって31.5mmの位置まで形成されており、下触媒層2の長さに対して30%の長さである。後段上触媒層4は、下触媒層2の下流端部から上流側に向かって84mmの位置まで形成されており、下触媒層2の長さに対して80%の長さである。
The length of the
下触媒層2の厚みは20μmであり、前段上触媒層3及び後段上触媒層4の厚みは20μmである。
The thickness of the
本例の排ガス浄化用触媒を製造するに当たっては、Al2O3粉末とZrO2−CeO2複合酸化物の粉末とからなる担体粉末を、硝酸パラジウム水溶液に浸漬し、焼成して、担体にパラジウムを担持させた。パラジウムを担持させた担体に、Al2O3バインダーを混合してスラリーを作製し、基材1表面にウォッシュコートした。コートされたスラリーを乾燥、焼成して、下触媒層2を形成した。
In producing the exhaust gas purifying catalyst of this example, a carrier powder composed of Al 2 O 3 powder and a ZrO 2 —CeO 2 composite oxide powder is immersed in an aqueous palladium nitrate solution, calcined, and palladium on the carrier. Was supported. The support on which palladium was supported was mixed with an Al 2 O 3 binder to prepare a slurry, and the surface of the
次に、Al2O3粉末とZrO2−CeO2複合酸化物の粉末とからなる担体粉末を、硝酸パラジウム水溶液に浸漬し、焼成して、担体にパラジウムを担持させた。パラジウムを担持させた担体に、Al2O3バインダーを混合してスラリーを作製し、下触媒層2表面の上流側部分にウォッシュコートした。コートされたスラリーを乾燥、焼成して、前段上触媒層3を形成した。
Next, a carrier powder composed of an Al 2 O 3 powder and a ZrO 2 —CeO 2 composite oxide powder was immersed in an aqueous palladium nitrate solution and baked to support palladium on the carrier. An Al 2 O 3 binder was mixed with the carrier on which palladium was supported to prepare a slurry, and was washed on the upstream portion of the surface of the
次に、Al2O3粉末とZrO2−CeO2複合酸化物の粉末とからなる担体粉末を、硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、担体にロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体に、Al2O3バインダーを混合してスラリーを作製し、下触媒層2表面の下流側部分にウォッシュコートした。コートされたスラリーを乾燥、焼成して、後段上触媒層4を形成した。
Next, a carrier powder composed of an Al 2 O 3 powder and a ZrO 2 —CeO 2 composite oxide powder was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and baked to support the rhodium on the carrier. A slurry on which rhodium was supported was mixed with an Al 2 O 3 binder to prepare a slurry, which was then coated on the downstream portion of the
(参考例2)
本例の排ガス浄化用触媒においては、前段上触媒層中のPdの担持密度は8.8質量%であり、前段上触媒層のコート量は20gであり、前段上触媒層の長さは21mmである。すなわち、本例は、前段上触媒層中のPdの担持量を参考例1の場合と同量とし、前段上触媒層のコート量を参考例1の場合よりも減らすことで、前段上触媒層中のPd担持密度を増加させるとともに、前段上触媒層の長さを短くしている。その他は、参考例1と同様である。
(Reference Example 2)
In the exhaust gas purifying catalyst of this example, the loading density of Pd in the upstream catalyst layer is 8.8% by mass, the coating amount of the upstream catalyst layer is 20 g, and the length of the upstream catalyst layer is 21 mm. It is. That is, in this example, the amount of Pd supported in the upstream catalyst layer is the same as that in Reference Example 1, and the coating amount of the upstream catalyst layer is reduced from that in Reference Example 1, thereby reducing the upstream catalyst layer. The Pd loading density in the inside is increased, and the length of the upstream catalyst layer is shortened. Others are the same as in Reference Example 1.
(実施例1):ZrO2複合酸化物を前段上触媒層用担体とする触媒の調製
触媒は以下の方法により製造した。まず、下触媒層用のスラリー(A)を調製した。出発原料として硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸ランタン、硝酸イットリウムを純水に溶解し、0.3Mの前駆体溶液を得た。次に、純水で薄めたアンモニア水に前駆体溶液を滴下し、ホモジナイザーで攪拌し、遠心分離機で水分を除去して沈殿物のみを回収した。これらの沈殿物を、乾燥、仮焼成した後、700℃で焼成することにより結晶化させた。その後、ブレンダーで粉砕して粉末とした。これにより、粉末状のZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物を得た。
Example 1 Preparation of Catalyst Using ZrO 2 Composite Oxide as Support for Previous Stage Catalyst Layer The catalyst was produced by the following method. First, slurry (A) for the lower catalyst layer was prepared. As starting materials, cerium nitrate, zirconium oxynitrate, lanthanum nitrate, and yttrium nitrate were dissolved in pure water to obtain a 0.3M precursor solution. Next, the precursor solution was dropped into ammonia water diluted with pure water, stirred with a homogenizer, water was removed with a centrifuge, and only the precipitate was collected. These precipitates were dried and pre-baked, and then crystallized by baking at 700 ° C. Then, it grind | pulverized with the blender and it was set as the powder. As a result, a powdery ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide was obtained.
0.5g/LのPdと、86g/LのZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物と、40g/LのLa添加Al2O3と、10g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して下触媒層用のスラリー(A)を調製した。 0.5 g / L Pd, 86 g / L ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide, 40 g / L La-added Al 2 O 3 , 10 g / L BaSO 4 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (A) for the lower catalyst layer.
次に、後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。出発原料として硝酸アルミニウム、硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸ランタンを純水に溶解し、0.3Mの前駆体溶液を得た。次に、純水で薄めたアンモニア水に前駆体溶液を滴下し、ホモジナイザーで攪拌し、遠心分離機で水分を除去して沈殿物のみを回収した。これらの沈殿物を、乾燥、仮焼成した後、700℃で焼成することにより結晶化させた。その後、ブレンダーで粉砕して粉末とした。この粉末は、La添加CeO2−ZrO2からなる第1粒子とLa添加Al2O3からなる第2粒子が一次粒子レベルで混合された複合酸化物である。 Next, a slurry (B) for the rear upper catalyst layer was prepared. As starting materials, aluminum nitrate, cerium nitrate, zirconium oxynitrate and lanthanum nitrate were dissolved in pure water to obtain a 0.3M precursor solution. Next, the precursor solution was dropped into ammonia water diluted with pure water, stirred with a homogenizer, water was removed with a centrifuge, and only the precipitate was collected. These precipitates were dried and pre-baked, and then crystallized by baking at 700 ° C. Then, it grind | pulverized with the blender and it was set as the powder. This powder is a composite oxide in which first particles made of La-added CeO 2 —ZrO 2 and second particles made of La-added Al 2 O 3 are mixed at the primary particle level.
硝酸ネオジウムを水溶化し、この粉末を混合、攪拌させた。攪拌後乾燥させ、900℃で焼成した。これにより、第1粒子及び第2粒子の表面層にNd2O3が偏析されて、粉末状の担体が得られた。 Neodymium nitrate was solubilized, and this powder was mixed and stirred. After stirring, it was dried and fired at 900 ° C. As a result, Nd 2 O 3 was segregated on the surface layer of the first particles and the second particles, and a powdery carrier was obtained.
この担体を硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、担体に、0.15g/Lのロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体46g/Lに、17g/LのLa添加Al2O3と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。 This carrier was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and baked to carry 0.15 g / L of rhodium on the carrier. A slurry (B) for the catalyst catalyst layer on the rear stage was prepared by mixing 17 g / L of La-added Al 2 O 3 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder with 46 g / L of the carrier supporting rhodium. .
次に、前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。出発原料として、オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸イットリウム、硝酸ランタンを用いたこと以外は、下触媒層用のスラリーに混合されている複合酸化物と同様に、ZrO2−Y2O3−La2O3複合酸化物を調製した。0.35g/LのPdと、9.8g/LのLa添加Al2O3と、29.4g/LのZrO2複合酸化物と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。ZrO2複合酸化物の全体の質量に対するY2O3の含有量は25質量%であった。 Next, slurry (C) for the upstream catalyst layer was prepared. Similar to the composite oxide mixed in the slurry for the lower catalyst layer, except that zirconium oxynitrate, yttrium nitrate, and lanthanum nitrate were used as starting materials, ZrO 2 —Y 2 O 3 —La 2 O 3 A composite oxide was prepared. 0.35 g / L Pd, 9.8 g / L La-added Al 2 O 3 , 29.4 g / L ZrO 2 composite oxide, and 3 g / L Al 2 O 3 binder were mixed. A slurry (C) for the upstream catalyst layer was prepared. The content of Y 2 O 3 with respect to the total mass of the ZrO 2 composite oxide was 25% by mass.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を基材にコートした。基材は、参考例1の基材と同様に、コーディエライト製のハニカム構造を有し、直径103mm、長さ105mmの円筒体である。図8に示すように、基材1の表面の全面に下触媒層用のスラリー(A)をコートし、乾燥、焼成して下触媒層2を形成した。下触媒層2の表面の前段部分に、前段上触媒層用のスラリー(C)をコートし、乾燥、焼成して、前段上触媒層3を形成した。下触媒層2の表面の後段部分に後段上触媒層用のスラリー(B)をコートし、乾燥、焼成した。後段上触媒層4の長さは85mmであり、下触媒層2の長さに対して81%の長さである。前段上触媒層3の長さは37mmであり、下触媒層2の長さに対して35%の長さである。後段上触媒層4の上流部分4aは、前段上触媒層3の表面の下流部分3aを被覆している。
The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on a substrate. Similar to the base material of Reference Example 1, the base material has a cordierite honeycomb structure and is a cylindrical body having a diameter of 103 mm and a length of 105 mm. As shown in FIG. 8, the lower catalyst layer slurry (A) was coated on the entire surface of the
前段上触媒層3の中のPdの担持密度は2.8質量%である。前段上触媒層3のコート量は30gであり、基材1リットル当たりのコート量に換算すると、34.3g/Lとなる。前段上触媒層3の中のZrO2複合酸化物のコート量は、基材1リットル当たり29.4g/Lである。
The Pd loading density in the
(実施例2):かさ密度の異なるZrO2複合酸化物を前段上触媒層用担体とする触媒の調製
下触媒層用のスラリー(A)及び後段上触媒層用のスラリー(B)を、実施例1と同様に調製した。前段上触媒層用のスラリー(C)については、ZrO2複合酸化物が、ZrO2/La2O3/Y2O3=68/7/25(質量%)の組成を有し、前段上触媒層のかさ密度が0.98、1.09、1.52(g/ml)となるようにプロセス条件を調整し、前段上触媒層中のPdの担持密度が0.5質量%となるように調製したこと以外は、実施例1と同様に調製した。
(Example 2): Preparation of a catalyst using ZrO 2 composite oxides having different bulk densities as supports for the upper catalyst layer in the front stage Slurry (A) for the lower catalyst layer and slurry (B) for the upper catalyst layer were carried out Prepared as in Example 1. For the slurry (C) for the upstream catalyst layer, the ZrO 2 composite oxide has a composition of ZrO 2 / La 2 O 3 / Y 2 O 3 = 68/7/25 (mass%). Process conditions are adjusted so that the bulk density of the catalyst layer is 0.98, 1.09, 1.52 (g / ml), and the loading density of Pd in the upstream catalyst layer is 0.5% by mass. This was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was prepared as described above.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を、実施例1と同様に基材にコートし、それぞれ120℃で2時間乾燥し、500℃で2時間焼成して、触媒を形成した。 The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on a substrate in the same manner as in Example 1, dried at 120 ° C. for 2 hours, and calcined at 500 ° C. for 2 hours, respectively. Formed.
(比較例1)
本比較例の排ガス浄化用触媒においては、前段上触媒層中のPdの担持密度は1.8質量%であり、前段上触媒層のコート量は100gであり、前段上触媒層の長さは105mmである。すなわち、本例は、前段上触媒層中のPdの担持量を参考例1の場合と同量とし、前段上触媒層のコート量を参考例1の場合よりも増加させることで、前段上触媒層中のPd担持密度を参考例1の場合よりも減少させているとともに、前段上触媒層の長さを下触媒層と同じとしている。本例においては、図3に示すように、前段上触媒層3が、下触媒層2の表面全体を被覆しており、後段上触媒層は形成していない。その他は、参考例1と同様である。
(Comparative Example 1)
In the exhaust gas purifying catalyst of this comparative example, the loading density of Pd in the upstream catalyst layer is 1.8% by mass, the coating amount of the upstream catalyst layer is 100 g, and the length of the upstream catalyst layer is 105 mm. That is, in this example, the amount of Pd supported in the upstream catalyst layer is the same as that in Reference Example 1, and the coating amount of the upstream catalyst layer is increased from that in Reference Example 1, so that the upstream catalyst is increased. The Pd carrying density in the layer is reduced as compared with the case of Reference Example 1, and the length of the upstream catalyst layer is the same as that of the lower catalyst layer. In this example, as shown in FIG. 3, the front
(比較例2、3、4)
比較例2の排ガス浄化用触媒においては、前段上触媒層中のPdの担持密度は3.5質量%であり、前段上触媒層のコート量は50gであり、前段上触媒層の長さは52.5mmである。
(Comparative Examples 2, 3, 4)
In the exhaust gas purifying catalyst of Comparative Example 2, the loading density of Pd in the upstream catalyst layer is 3.5% by mass, the coating amount of the upstream catalyst layer is 50 g, and the length of the upstream catalyst layer is 52.5 mm.
比較例3の排ガス浄化用触媒においては、前段上触媒層中のPdの担持密度は4.4質量%であり、前段上触媒層のコート量は40gであり、前段上触媒層の長さは42mmである。 In the exhaust gas purifying catalyst of Comparative Example 3, the loading density of Pd in the upstream catalyst layer is 4.4% by mass, the coating amount of the upstream catalyst layer is 40 g, and the length of the upstream catalyst layer is 42 mm.
すなわち、比較例2、3では、前段上触媒層中のPdの担持量を参考例1の場合と同量とし、前段上触媒層のコート量を参考例1の場合よりも増加させることで、前段上触媒層の中のPd担持密度を減少させているとともに、前段上触媒層の長さを参考例1の場合よりも長くしている。 That is, in Comparative Examples 2 and 3, the amount of Pd supported in the upstream catalyst layer is the same as that in Reference Example 1, and the coating amount of the upstream catalyst layer is increased compared to that in Reference Example 1, The Pd carrying density in the upstream catalyst layer is reduced, and the length of the upstream catalyst layer is made longer than that in Reference Example 1.
比較例4の排ガス浄化用触媒においては、前段上触媒層中のPdの担持密度は17.5質量%であり、前段上触媒層のコート量は10gであり、前段上触媒層の長さは10.5mmである。 In the exhaust gas purifying catalyst of Comparative Example 4, the loading density of Pd in the upstream catalyst layer is 17.5% by mass, the coating amount of the upstream catalyst layer is 10 g, and the length of the upstream catalyst layer is 10.5 mm.
すなわち、比較例4では、前段上触媒層中のPdの担持量を参考例1の場合と同量とし、前段上触媒層のコート量を参考例1の場合よりも減少させることで、前段上触媒層中のPd担持密度を増加させているとともに、前段上触媒層の長さを参考例1の場合よりも短くしている。 That is, in Comparative Example 4, the amount of Pd supported in the upstream catalyst layer is the same as that in Reference Example 1, and the coating amount of the upstream catalyst layer is reduced as compared with that in Reference Example 1, so that The Pd carrying density in the catalyst layer is increased, and the length of the upstream catalyst layer is made shorter than that in the case of Reference Example 1.
比較例2、3、4のその他の構成は、参考例1と同様である。 Other configurations of Comparative Examples 2, 3, and 4 are the same as those of Reference Example 1.
(比較例5)
比較例5の排ガス浄化用触媒においては、前段上触媒層3のスラリーを、0.35g/LのPdと、39.2g/LのLa添加Al2O3と、3g/LのAl2O3バインダーと混合して前段上触媒層3のスラリーを調製した。すなわち、前段上触媒層中のPdを担持する担体をLa添加Al2O3とした。比較例5のその他の構成は、実施例1と同様である。
(Comparative Example 5)
In the exhaust gas purifying catalyst of Comparative Example 5, the slurry of the
(比較例6)
比較例6の排ガス浄化用触媒について、前段上触媒層のかさ密度が0.98及び1.76g/mlとなるように調製したこと以外は、実施例2と同様にして構成した。
(Comparative Example 6)
The exhaust gas purifying catalyst of Comparative Example 6 was constructed in the same manner as Example 2 except that the bulk density of the upstream catalyst layer was 0.98 and 1.76 g / ml.
<浄化量の測定>
上記参考例1〜2及び比較例1〜4の触媒について排ガス浄化量を測定した。
<Measurement of purification amount>
The amount of exhaust gas purification was measured for the catalysts of Reference Examples 1-2 and Comparative Examples 1-4.
まず、各触媒を、V型8気筒エンジン(3UZ−FE)が排出する排ガス流通下に晒し、床温:1000℃×50時間の耐久試験を実施した。耐久試験を実施した各触媒を、直列4気筒の2.4Lエンジンを搭載した車両の床下にそれぞれ搭載し、理論空燃比で燃焼制御し、排ガスを入ガス温度450℃で流通させた。出ガス中のHC濃度を検出した。検出した出ガス中のHC濃度と入ガス中のHC濃度とを対照させて、1秒間あたりのHCの浄化量をもとめた。その結果を表1及び図4に示した。図4のX軸は、Pdの担持密度を示し、Y軸はHC浄化量を示す。図4中、参考例は「R」、比較例は「C」で表記した。次の図5も同様である。 First, each catalyst was exposed to an exhaust gas flow exhausted by a V-type 8-cylinder engine (3UZ-FE), and an endurance test at a bed temperature of 1000 ° C. × 50 hours was performed. Each catalyst subjected to the durability test was mounted under the floor of a vehicle equipped with an in-line 4-cylinder 2.4L engine, combustion controlled at the theoretical air-fuel ratio, and exhaust gas circulated at an inlet gas temperature of 450 ° C. The HC concentration in the outgas was detected. By comparing the detected HC concentration in the output gas with the HC concentration in the input gas, the amount of HC purified per second was determined. The results are shown in Table 1 and FIG. The X axis in FIG. 4 indicates the Pd loading density, and the Y axis indicates the HC purification amount. In FIG. 4, the reference example is represented by “R”, and the comparative example is represented by “C”. The same applies to FIG.
<触媒の圧力損失の測定>
上記参考例1〜2及び比較例1〜4の触媒についてガス圧力損失を測定した。触媒の上流側からガス流量5m3/minのガスを触媒に流入させた。触媒下流端直後で出ガスのガス圧力を測定した。入ガスの圧力と出ガスの圧力との差をもとめ、これを圧力損失として表1及び図5に示した。図5のX軸は、Pdの担持密度を示し、Y軸は圧力損失を示す。
<Measurement of catalyst pressure loss>
The gas pressure loss was measured about the catalyst of the said reference examples 1-2 and the comparative examples 1-4. A gas having a gas flow rate of 5 m 3 / min was allowed to flow into the catalyst from the upstream side of the catalyst. The gas pressure of the outgas was measured immediately after the downstream end of the catalyst. The difference between the pressure of the incoming gas and the pressure of the outgoing gas was determined, and this was shown as a pressure loss in Table 1 and FIG. The X axis in FIG. 5 indicates the loading density of Pd, and the Y axis indicates the pressure loss.
上記測定結果より、参考例1〜2の触媒の浄化量は、比較例1〜4の触媒に比べて浄化量が高かった。比較例1では、Pdの担持密度が低く、HC浄化性能が低かった。7質量%程度までは、前段上触媒層のPd担持密度が高くなるほど、HC浄化性能が高くなった。
From the above measurement results, the purification amount of the catalysts of Reference Examples 1 and 2 was higher than that of Comparative Examples 1 to 4. In Comparative Example 1, the Pd loading density was low and the HC purification performance was low. Up to about 7% by mass, the higher the Pd carrying density of the upstream catalyst layer, the higher the HC purification performance.
前段上触媒層のPd担持密度が4.5〜12質量%の場合には、HC浄化量が良好であった。前段上触媒層のPd担持密度が5.8〜8.8質量%のときにHC浄化量が最大になり、それ以上のPd担持密度になると、HC浄化量は次第に低下した。そして、また、前段上触媒層のPd担持密度が12質量%を超える場合(比較例4)には、Pdの担持密度が低い場合(比較例1)よりもHC浄化量が低下した。これは、Pd同士の焼結が進み、Pdの表面積が低下するためと考えられる。 When the Pd carrying density of the upstream catalyst layer was 4.5 to 12% by mass, the HC purification amount was good. The amount of HC purification became maximum when the Pd carrying density of the upstream catalyst layer was 5.8 to 8.8% by mass, and the amount of HC purification gradually decreased when the Pd carrying density was higher than that. In addition, when the Pd carrying density of the upstream catalyst layer exceeds 12% by mass (Comparative Example 4), the amount of HC purification is lower than when the Pd carrying density is low (Comparative Example 1). This is presumably because the sintering of Pd progresses and the surface area of Pd decreases.
また、前段上触媒層のPd担持密度が増加するほど前段上触媒層の長さが短くなっている。前段上触媒層のPd担持密度が4.5〜12質量%であって、触媒全体の長さに対する前段上触媒層の長さの比率が20〜40%、更には30〜35%である場合のように、前段上触媒層の長さを比較的短くし、この前段上触媒層に4.5〜12質量%という高い密度でPdを担持させることで、前段上触媒層での触媒活性が向上することが分かる。 In addition, the length of the upstream catalyst layer becomes shorter as the Pd carrying density of the upstream catalyst layer increases. When the Pd loading density of the upstream catalyst layer is 4.5 to 12% by mass, and the ratio of the length of the upstream catalyst layer to the total length of the catalyst is 20 to 40%, further 30 to 35% As described above, by reducing the length of the upstream catalyst layer in the previous stage and supporting Pd at a high density of 4.5 to 12% by mass on the upstream catalyst layer, the catalytic activity in the upstream catalyst layer can be increased. It turns out that it improves.
触媒の圧力損失については、参考例1〜2及び比較例1〜4のいずれも、ほぼ同等の結果が得られた。これは、参考例1〜2及び比較例1〜4の触媒では、基材表面を被覆する触媒層の厚みをほぼ同じにしたため、各触媒のガス流路の開口断面積がほぼ一定となり、触媒の圧力損失がほぼ同等となったものである。 As for the pressure loss of the catalyst, almost the same results were obtained in both Reference Examples 1-2 and Comparative Examples 1-4. This is because, in the catalysts of Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4, the thickness of the catalyst layer covering the substrate surface was made substantially the same. The pressure loss is almost the same.
<前段上触媒層用担体による、触媒の暖機性向上効果の測定>
上記実施例1及び比較例5の触媒について、冷間始動時からの排ガス浄化量を測定した。
<Measurement of catalyst warm-up improvement effect by carrier for upstream catalyst layer>
For the catalysts of Example 1 and Comparative Example 5, the amount of exhaust gas purification from the cold start was measured.
まず、各触媒を、V型8気筒エンジン(3UZ−FE)が排出する排ガス流通下に晒し、床温:1000℃×50時間の耐久試験を実施した。 First, each catalyst was exposed to an exhaust gas flow exhausted by a V-type 8-cylinder engine (3UZ-FE), and an endurance test at a bed temperature of 1000 ° C. × 50 hours was performed.
耐久試験実施後に50℃まで温度を低下させた各触媒を、直列4気筒の2.4Lエンジンを搭載した車両の床下にそれぞれ搭載し、排ガスを入ガス温度450℃で流通させ、入ガス中のHC量及び出ガス中のHC量を測定し、HC浄化率を連続的に測定した。出ガス中のHC量が、入ガス中のHC量の半分となった時間を、HC浄化率が50%に到達した時間(THC50%浄化時間)として算出し、図6に示した。空燃比(A/F)がリッチ、ストイキ、リーンのいずれにおいても、担体としてAl2O3を用いた場合よりも本発明のZrO2複合酸化物を使用した方が、HC50%浄化時間を低減する効果が得られていることが分かる。
Each catalyst whose temperature was lowered to 50 ° C after the endurance test was installed under the floor of a vehicle equipped with an in-line 4-cylinder 2.4L engine, and the exhaust gas was circulated at an inlet gas temperature of 450 ° C. The amount of HC and the amount of HC in the output gas were measured, and the HC purification rate was continuously measured. The time when the amount of HC in the output gas became half the amount of HC in the input gas was calculated as the time when the HC purification rate reached 50% (
<Y2O3含有量によるZrO2複合酸化物の耐熱性の測定>
Y2O3含有量を変更したZrO2複合酸化物の粉末試料を、それぞれ1100℃で5時間、電気炉で熱処理した後の、各試料の比表面積の値を、図7に示す。比表面積の測定を、BET1点法により行った。各試料の熱処理前の比表面積は60m2/gであった。熱処理によりZrO2の焼結が起こり比表面積が減少するが、ZrO2複合酸化物の全体の質量に対するY2O3含有量が20〜30質量%のときに熱処理後の比表面積が大きく保たれており、この場合に耐熱性が優れていることが分かる。
<Measurement of heat resistance of ZrO 2 composite oxide based on Y 2 O 3 content>
FIG. 7 shows the values of specific surface areas of the ZrO 2 composite oxide powder samples having different Y 2 O 3 contents after heat treatment in an electric furnace at 1100 ° C. for 5 hours. The specific surface area was measured by the BET single point method. The specific surface area of each sample before heat treatment was 60 m 2 / g. The heat treatment causes sintering of ZrO 2 to reduce the specific surface area, but the specific surface area after heat treatment is kept large when the Y 2 O 3 content with respect to the total mass of the ZrO 2 composite oxide is 20 to 30% by mass. In this case, it can be seen that the heat resistance is excellent.
本実施例1においては、前段上触媒層中のPd担持密度が2.8質量%であるが、4.5〜12質量%の場合にも、前記前段上触媒層のPdを担持する担体がZrO2複合酸化物であることがよく、ZrO2複合酸化物が、ZrO2複合酸化物の全体の質量に対して、20〜30質量%のY2O3を含むことが好ましいといえる。なぜならば、前段上触媒層のPd担持密度にかかわらず、前段上触媒層のPdを担持する担体材料の比熱が小さいほど触媒昇温性が向上し、前記担体の耐熱性が向上するからである。 In Example 1, the Pd support density in the upstream catalyst layer is 2.8% by mass. However, in the case of 4.5 to 12% by mass, the carrier supporting Pd in the upstream catalyst layer is often the ZrO 2 composite oxide, ZrO 2 composite oxide, with respect to the total mass of the ZrO 2 composite oxide, it can be said that preferably contains 20-30 wt% Y 2 O 3. This is because, regardless of the Pd carrying density of the upstream catalyst layer, the temperature rise of the catalyst improves as the specific heat of the carrier material carrying Pd of the upstream catalyst layer decreases, and the heat resistance of the carrier improves. .
<前段上触媒担体のかさ密度による暖機性向上効果の測定>
上記実施例2及び比較例6の触媒について、冷間始動時からの排ガス浄化量を測定した。耐久試験実施後に50℃まで温度を低下させた各触媒に対して、ガス組成:3000ppmのC3H6+3300ppmのNO+1500ppmのCO+14.1%のCO2+0〜1%のO2+N2バランスで、流量10L/minのガスを、入ガス温度500℃で流通させ、触媒床温を測定しながら、入ガス中のNOx量及び出ガス中のNOx量を測定し、NOx浄化率を連続的に測定した。
<Measurement of warm-up improvement effect by bulk density of upper catalyst support in front stage>
Regarding the catalysts of Example 2 and Comparative Example 6, the exhaust gas purification amount from the cold start was measured. For each catalyst whose temperature was lowered to 50 ° C. after the endurance test, the gas composition: 3000 ppm C 3 H 6 +3300 ppm NO + 1500 ppm CO + 14.1% CO 2 + 0-1% O 2 + N 2 balance, A gas with a flow rate of 10 L / min is circulated at an inlet gas temperature of 500 ° C., while measuring the catalyst bed temperature, the NOx amount in the inlet gas and the NOx amount in the outlet gas are measured, and the NOx purification rate is continuously measured. did.
触媒床温の結果を図18に示した。また、出ガス中のNOx量が、入ガス中のNOx量の半分となった時間を、NOx浄化率が50%に到達した時間(TNOx50%浄化時間)として算出し、図19に示した。図18に示すように、かさ密度が高いほど昇温性が高くなる傾向がみられた。図19に示すように、前段上触媒層担体のZrO2複合酸化物のかさ密度が0.98〜1.52g/mlのとき、50%NOx浄化時間が短くなる傾向がみられた。
The results of the catalyst bed temperature are shown in FIG. Further, the time when the NOx amount in the output gas becomes half of the NOx amount in the input gas was calculated as the time when the NOx purification rate reached 50% (
<ZrO2複合酸化物のかさ密度によるPdのシンタリング抑制効果の測定>
上記実施例2及び比較例6で使用したものと同様の5種類の前段上触媒用のPdを担持したZrO2複合酸化物のスラリーについて、それぞれ120℃で2時間乾燥し、500℃で2時間焼成して、触媒粉末を作成し、冷間静水等方圧プレス機(CIP成型機:100MPa、120秒、25℃)で、約1mm角の成形体を作製した。
<Measurement of sintering suppression effect of Pd by bulk density of ZrO 2 composite oxide>
The same five types of ZrO 2 composite oxide slurries supporting Pd for the upstream catalyst as used in Example 2 and Comparative Example 6 were dried at 120 ° C. for 2 hours and then at 500 ° C. for 2 hours. Firing was performed to prepare catalyst powder, and a molded body of about 1 mm square was produced with a cold isostatic pressing machine (CIP molding machine: 100 MPa, 120 seconds, 25 ° C.).
各成形体を、リッチ組成の2%CO/N2バランス、及びリーン組成の5%O2/N2バランスのガス流通下に晒し、1100℃×5時間の耐久試験を実施した。ガス流量は20L/minであり、リッチ及びリーンガスは、5分毎に切り替えた。 Each molded body was exposed to a gas flow having a rich composition of 2% CO / N 2 balance and a lean composition of 5% O 2 / N 2 balance, and an endurance test at 1100 ° C. × 5 hours was performed. The gas flow rate was 20 L / min, and the rich and lean gases were switched every 5 minutes.
各成形体の耐久試験後の試料について、CO吸着法により、Pd結晶子径を算出した。その結果を図20に示す。前段上触媒層担体のZrO2複合酸化物のかさ密度が低いほど、Pdのシンタリングが抑制される傾向がみられた。 About the sample after the durability test of each molded object, the Pd crystallite diameter was computed by CO adsorption method. The result is shown in FIG. There was a tendency that sintering of Pd was suppressed as the bulk density of the ZrO 2 composite oxide of the upstream catalyst layer support was lower.
図18〜図20から、前段上触媒担体のZrO2複合酸化物は、Pdのシンタリングを抑制し且つ昇温性が高いかさ密度範囲0.98〜1.52g/mlがより好ましく、この場合、さらに触媒暖機性能を向上することが可能となることが分かる。また、実施例2においては前段上触媒層中のPd担持密度は0.5質量%であるが、4.5〜12質量%の場合にも、前段上触媒層担体のZrO2複合酸化物のかさ密度は、0.98〜1.52g/mlであることが好ましい。なぜならば、前段上触媒層のPd担持密度にかかわらず、上記範囲のかさ密度のZrO2複合酸化物を前段上触媒層担体として用いると、Pdのシンタリングを抑制し且つ昇温性が高くなり、触媒暖機性能が向上するからである。 From FIG. 18 to FIG. 20, the ZrO 2 composite oxide of the upper stage catalyst support preferably has a bulk density range of 0.98 to 1.52 g / ml, which suppresses sintering of Pd and has high temperature rise property. Further, it can be seen that the catalyst warm-up performance can be further improved. In Example 2, the Pd loading density in the upstream catalyst layer is 0.5% by mass. However, in the case of 4.5 to 12% by mass, whether the ZrO 2 composite oxide of the upstream catalyst layer carrier is used. The density is preferably 0.98 to 1.52 g / ml. This is because, when a ZrO 2 composite oxide having a bulk density in the above range is used as the upstream catalyst layer support, regardless of the Pd loading density of the upstream catalyst layer, Pd sintering is suppressed and the temperature rise performance is increased. This is because the catalyst warm-up performance is improved.
<検討1:前段上触媒層のコート量とHC50%浄化時間>
前段上触媒層のコート量を変化させたときの、触媒のHC50%浄化時間を測定した。
<Examination 1: coating amount of upper catalyst layer and HC50% purification time>
The
触媒は以下の方法により製造した。まず、下触媒層用のスラリー(A)を調製した。出発原料として硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸ランタン、硝酸イットリウムを純水に溶解し、0.3Mの前駆体溶液を得た。次に、純水で薄めたアンモニア水に前駆体溶液を滴下し、ホモジナイザーで攪拌し、遠心分離機で水分を除去して沈殿物のみを回収した。これらの沈殿物を、乾燥、仮焼成した後、700℃で焼成することにより結晶化させた。その後、ブレンダーで粉砕して粉末とした。これにより、粉末状のZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物を得た。 The catalyst was produced by the following method. First, slurry (A) for the lower catalyst layer was prepared. As starting materials, cerium nitrate, zirconium oxynitrate, lanthanum nitrate, and yttrium nitrate were dissolved in pure water to obtain a 0.3M precursor solution. Next, the precursor solution was dropped into ammonia water diluted with pure water, stirred with a homogenizer, water was removed with a centrifuge, and only the precipitate was collected. These precipitates were dried and pre-baked, and then crystallized by baking at 700 ° C. Then, it grind | pulverized with the blender and it was set as the powder. As a result, a powdery ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide was obtained.
0.5g/LのPdと、86g/LのZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物と、40g/LのLa添加Al2O3と、10g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して下触媒層用のスラリー(A)を調製した。 0.5 g / L Pd, 86 g / L ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide, 40 g / L La-added Al 2 O 3 , 10 g / L BaSO 4 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (A) for the lower catalyst layer.
次に、後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。出発原料として硝酸アルミニウム、硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸ランタンを純水に溶解し、0.3Mの前駆体溶液を得た。次に、純水で薄めたアンモニア水に前駆体溶液を滴下し、ホモジナイザーで攪拌し、遠心分離機で水分を除去して沈殿物のみを回収した。これらの沈殿物を、乾燥、仮焼成した後、700℃で焼成することにより結晶化させた。その後、ブレンダーで粉砕して粉末とした。この粉末は、La添加CeO2−ZrO2からなる第1粒子とLa添加Al2O3からなる第2粒子が一次粒子レベルで混合された複合酸化物である。 Next, a slurry (B) for the rear upper catalyst layer was prepared. As starting materials, aluminum nitrate, cerium nitrate, zirconium oxynitrate and lanthanum nitrate were dissolved in pure water to obtain a 0.3M precursor solution. Next, the precursor solution was dropped into ammonia water diluted with pure water, stirred with a homogenizer, water was removed with a centrifuge, and only the precipitate was collected. These precipitates were dried and pre-baked, and then crystallized by baking at 700 ° C. Then, it grind | pulverized with the blender and it was set as the powder. This powder is a composite oxide in which first particles made of La-added CeO 2 —ZrO 2 and second particles made of La-added Al 2 O 3 are mixed at the primary particle level.
硝酸ネオジウムを水溶化し、この粉末を混合、攪拌させた。攪拌後乾燥させ、900℃で焼成した。これにより、第1粒子及び第2粒子の表面層にNd2O3が偏析されて、粉末状の担体が得られた。 Neodymium nitrate was solubilized, and this powder was mixed and stirred. After stirring, it was dried and fired at 900 ° C. As a result, Nd 2 O 3 was segregated on the surface layer of the first particles and the second particles, and a powdery carrier was obtained.
この担体を硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、担体に、0.15g/Lのロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体46g/Lに、17g/LのLa添加Al2O3と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。 This carrier was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and baked to carry 0.15 g / L of rhodium on the carrier. A slurry (B) for the catalyst catalyst layer on the rear stage was prepared by mixing 17 g / L of La-added Al 2 O 3 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder with 46 g / L of the carrier supporting rhodium. .
次に、前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。出発原料として硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硝酸ランタン、硝酸プラセオジウムを用いたこと以外は、下触媒層用のスラリーに混合されている複合酸化物と同様に、CeO2−ZrO2−La2O3−Pr6O11複合酸化物を調製した。1.0g/LのPdと、14〜50g/LのLa添加Al2O3と、5〜15g/LのCeO2−ZrO2−La2O3−Pr6O11複合酸化物(酸素吸放出材)と、7g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。 Next, slurry (C) for the upstream catalyst layer was prepared. Similar to the composite oxide mixed in the slurry for the lower catalyst layer, except that cerium nitrate, zirconium oxynitrate, lanthanum nitrate, and praseodymium nitrate were used as starting materials, CeO 2 —ZrO 2 —La 2 O 3 the -pr 6 O 11 composite oxide was prepared. 1.0 g / L Pd, 14 to 50 g / L La-added Al 2 O 3, and 5 to 15 g / L CeO 2 —ZrO 2 —La 2 O 3 —Pr 6 O 11 composite oxide (oxygen absorption) Release material), 7 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (C) for the upstream catalyst layer.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を基材にコートした。基材は、参考例1の基材と同様に、コーディエライト製のハニカム構造を有し、直径103mm、長さ105mmの円筒体である。図8に示すように、基材1の表面の全面に下触媒層用のスラリー(A)をコートし、乾燥、焼成して下触媒層2を形成した。次に、下触媒層2の表面の後段部分に後段上触媒層用のスラリー(B)をコートし、乾燥、焼成した。後段上触媒層4の長さは85mmであり、下触媒層2の長さに対して81%の長さである。次に、下触媒層2の表面の前段部分に、前段上触媒層用のスラリー(C)をコートし、乾燥、焼成して、前段上触媒層3を形成した。前段上触媒層3の長さは40mmであり、下触媒層2の長さに対して38%の長さである。前段上触媒層3の下流部分3aは、後段上触媒層4の表面の上流部分4aを被覆している。
The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on a substrate. Similar to the base material of Reference Example 1, the base material has a cordierite honeycomb structure and is a cylindrical body having a diameter of 103 mm and a length of 105 mm. As shown in FIG. 8, the lower catalyst layer slurry (A) was coated on the entire surface of the
以上より製造された触媒を、V型8気筒エンジン(3UZ−FE)の排出する排ガス流通下に晒し、床温:1000℃×50時間の耐久試験を実施した。 The catalyst produced as described above was exposed to an exhaust gas flow discharged from a V-type 8-cylinder engine (3UZ-FE), and an endurance test at a bed temperature of 1000 ° C. for 50 hours was performed.
耐久試験実施後で室温まで温度を低下させた各触媒に対し、入ガス温度400℃のストイキ雰囲気の排ガスを流通させ、HC浄化率を連続的に測定した。そしてHC浄化率が50%に到達できる時間(THC50%浄化時間)を算出し、図9に示した。図9より知られるように、前段上触媒層のコート量が少ないほど、HC50%浄化時間が短くなった。これは、前段上触媒層の厚みが薄くなるため、前段上触媒層の熱容量が小さく、排ガスによる廃熱によって素早く暖まるからであると考えられる。
Exhaust gas in a stoichiometric atmosphere with an inlet gas temperature of 400 ° C. was passed through each catalyst whose temperature was lowered to room temperature after the endurance test was performed, and the HC purification rate was continuously measured. The time required for the HC purification rate to reach 50% (
また、前段上触媒層のコート量が40〜50g/Lの場合には、HC50%浄化時間はほぼ変化しなかった。前段上触媒層のコート量が50g/Lを超えると、HC50%浄化時間はさらに長くなった。
In addition, when the coating amount of the upstream catalyst layer was 40 to 50 g / L, the
一方、前段上触媒層のコート量が40g/L未満の場合には、製造工程で前段上触媒層を形成しにくかった。そのため、触媒性能と製造条件との双方を満たすためには、前段上触媒層のコート量は35〜44g/個であることがよいことがわかった。このコート量は基材1リットル当たり40〜50gに相当する。 On the other hand, when the coating amount of the upstream catalyst layer was less than 40 g / L, it was difficult to form the upstream catalyst layer in the manufacturing process. Therefore, in order to satisfy both catalyst performance and production conditions, it was found that the coating amount of the upstream catalyst layer is preferably 35 to 44 g / piece. This coating amount corresponds to 40 to 50 g per liter of the substrate.
本検討1においては、前段上触媒層中のPd担持密度が1.4〜3.6質量%であるが、4.5〜12質量%の場合にも、前段上触媒層のコート量が40〜50g/Lでよいといえる。なぜならば、前段上触媒層のPd担持密度にかかわらず、前段上触媒層のコート量が少ないほど、HC50%浄化時間が短くなり、またコートが困難になるからである。
In
<検討2:後段上触媒層の長さと触媒性能>
後段上触媒層の長さを変化させて、触媒のHC50%浄化時間及びNOx排出量を測定した。
<Examination 2: Length and catalyst performance of the upper catalyst layer>
The length of the rear upper catalyst layer was changed, and the
下触媒層用のスラリー(A)は、0.5g/LのPdと、86g/LのZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物と、30g/LのLa添加Al2O3と、10g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して下触媒層用のスラリー(A)を調製した。 The slurry (A) for the lower catalyst layer is prepared by adding 0.5 g / L of Pd, 86 g / L of ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide, and 30 g / L of La. A slurry (A) for the lower catalyst layer was prepared by mixing Al 2 O 3 , 10 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder.
後段上触媒層用のスラリー(B)は、La添加CeO2−ZrO2からなる第1粒子とLa添加Al2O3からなる第2粒子が一次粒子レベルで混合された複合酸化物を、水溶化した硝酸ネオジウムに混合、攪拌させた。攪拌後乾燥させ、900℃で焼成した。これにより、第1粒子及び第2粒子の表面層にNd2O3が偏析されて、粉末状の担体が得られた。この担体を硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、57g/Lの担体に、0.15g/Lのロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体に、17g/LのLa添加Al2O3と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。 The slurry (B) for the latter upper catalyst layer is a water-soluble composite oxide in which first particles composed of La-added CeO 2 —ZrO 2 and second particles composed of La-added Al 2 O 3 are mixed at the primary particle level. The mixed neodymium nitrate was mixed and stirred. After stirring, it was dried and fired at 900 ° C. As a result, Nd 2 O 3 was segregated on the surface layer of the first particles and the second particles, and a powdery carrier was obtained. This carrier was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and calcined, and 0.15 g / L of rhodium was supported on a 57 g / L carrier. 17 g / L of La-added Al 2 O 3 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder were mixed on the carrier on which rhodium was supported to prepare slurry (B) for the upper catalyst layer.
前段上触媒層用のスラリー(C)は、1.0g/LのPdと、25g/LのLa添加Al2O3と、11g/LのCeO2−ZrO2−La2O3−Pr6O11複合酸化物(酸素吸放出材)と、7g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。 The slurry (C) for the upper stage catalyst layer is 1.0 g / L Pd, 25 g / L La-added Al 2 O 3 , and 11 g / L CeO 2 —ZrO 2 —La 2 O 3 —Pr 6. O 11 composite oxide (oxygen storage / release material), 7 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (C) for the upper catalyst layer.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を、検討1と同様に基材にコートした。下触媒層用のスラリー(A)のコート長さは105mmであり、基材表面の全面にコートした。後段上触媒層用のスラリー(B)のコート長さは65〜95mmであり、下触媒層のコート長さに対して62〜91%の長さである。前段上触媒層用のスラリー(C)のコート長さは35mmであり、下触媒層の長さに対して33%の長さである。
The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on the substrate in the same manner as in
以上により製造された触媒に、検討1と同様に耐久試験を実施した。耐久試験後の各触媒について、検討1と同様にHC50%浄化時間を測定し、結果を図10に示した。また、耐久試験後の各触媒のNOx排出量を測定した。
The durability test was performed on the catalyst manufactured as described above in the same manner as in
図10より、後段上触媒層のコート長さが短いほどHC50%浄化時間が短くなることが分かる。
From FIG. 10, it can be seen that the
NOx排出量を測定するにあたっては、耐久試験後の各触媒を、エンジンが排出する排気系に装着した。入ガス温度550℃の定常還元雰囲気下で排ガスを各触媒に流通させ、出ガスのNOx排出量を検出した。各触媒のNOx排出量は、図11に示した。 In measuring the NOx emission amount, each catalyst after the endurance test was attached to an exhaust system from which the engine discharged. The exhaust gas was circulated through each catalyst in a steady reducing atmosphere with an inlet gas temperature of 550 ° C., and the NOx emission amount of the outlet gas was detected. The NOx emission amount of each catalyst is shown in FIG.
図11より、後段上触媒層のコート長さが長くなるほど、NOx排出量が少なくなることが分かる。 From FIG. 11, it can be seen that the NOx emission amount decreases as the coat length of the rear upper catalyst layer increases.
以上の結果より、後段上触媒層のコート長さがちょうど中央付近、すなわち71〜81%程度の場合に、HC50%浄化時間が短く、且つNOx排出量も少なくなることが分かる。
From the above results, it can be seen that the
<検討3:後段上触媒層のコート量>
後段上触媒層のコート量を変えた場合の、NOx排出量を測定した。
<Examination 3: Coating amount of the upper catalyst layer>
The NOx emission amount when the coating amount of the upper catalyst layer at the rear stage was changed was measured.
下触媒層用のスラリー(A)は、0.5g/LのPdと、86g/LのZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物と、40g/LのLa添加Al2O3と、10g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して下触媒層用のスラリー(A)を調製した。 The slurry (A) for the lower catalyst layer was prepared by adding 0.5 g / L of Pd, 86 g / L of ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide, and 40 g / L of La addition. A slurry (A) for the lower catalyst layer was prepared by mixing Al 2 O 3 , 10 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder.
後段上触媒層用のスラリー(B)は、La添加CeO2−ZrO2からなる第1粒子とLa添加Al2O3からなる第2粒子が一次粒子レベルで混合された複合酸化物を、水溶化した硝酸ネオジウムに混合、攪拌させた。攪拌後乾燥させ、900℃で焼成した。これにより、第1粒子及び第2粒子の表面層にNd2O3が偏析されて、粉末状の担体が得られた。この担体を硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、46〜80g/Lの担体に、0.15g/Lのロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体に、6〜29g/LのLa添加Al2O3と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。 The slurry (B) for the latter upper catalyst layer is a water-soluble composite oxide in which first particles composed of La-added CeO 2 —ZrO 2 and second particles composed of La-added Al 2 O 3 are mixed at the primary particle level. The mixed neodymium nitrate was mixed and stirred. After stirring, it was dried and fired at 900 ° C. As a result, Nd 2 O 3 was segregated on the surface layer of the first particles and the second particles, and a powdery carrier was obtained. This carrier was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and calcined, so that 0.15 g / L of rhodium was supported on a 46 to 80 g / L carrier. 6 to 29 g / L of La-added Al 2 O 3 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder were mixed with the carrier on which rhodium was supported to prepare a slurry (B) for the upper catalyst layer.
前段上触媒層用のスラリー(C)は、1.0g/LのPdと、25g/LのLa添加Al2O3と、11g/LのCeO2−ZrO2−La2O3−Pr6O11複合酸化物(酸素吸放出材)と、7g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。 The slurry (C) for the upper stage catalyst layer is 1.0 g / L Pd, 25 g / L La-added Al 2 O 3 , and 11 g / L CeO 2 —ZrO 2 —La 2 O 3 —Pr 6. O 11 composite oxide (oxygen storage / release material), 7 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (C) for the upper catalyst layer.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を、検討1と同様に基材にコートした。下触媒層用のスラリー(A)のコート長さは105mmであり、基材表面の全面にコートした。後段上触媒層用のスラリー(B)のコート長さは85mmであり、下触媒層のコート長さに対して81%の長さである。前段上触媒層用のスラリー(C)のコート長さは40mmであり、下触媒層の長さに対して38%の長さである。以上により製造された触媒の後段上触媒層のコート量は、担体のコート量を増減させることで、60〜115g/Lの間で変化させてある。
The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on the substrate in the same manner as in
以上により製造された触媒に、検討1と同様に耐久試験を実施した。耐久試験後の各触媒について、検討2と同様に、NOx排出量を測定した。その結果を図12に示した。
The durability test was performed on the catalyst manufactured as described above in the same manner as in
図12より知られるように、後段上触媒層のコート量を多くするほど、NOx排出量が減少した。一方、後段上触媒層のコート量が60g/L未満の場合には、製造工程で後段上触媒層を形成しにくかった。そのため、触媒性能と製造条件の双方を満たすためには、後段上触媒層のコート量は57.8〜78.8g/個がよいことが分かる、これは基材1リットル当たり66〜90gに相当する。 As can be seen from FIG. 12, the NOx emission amount decreased as the coating amount of the rear upper catalyst layer increased. On the other hand, when the coating amount of the rear upper catalyst layer was less than 60 g / L, it was difficult to form the rear upper catalyst layer in the production process. Therefore, in order to satisfy both the catalyst performance and the production conditions, it can be seen that the coating amount of the upper stage catalyst layer is preferably 57.8 to 78.8 g / piece, which corresponds to 66 to 90 g per liter of the base material. To do.
<検討4:下触媒層のコート量>
下触媒層のコート量を変化させた各触媒について、OSC性能及び圧力損失を測定した。
<Examination 4: Coating amount of lower catalyst layer>
The OSC performance and the pressure loss were measured for each catalyst in which the coating amount of the lower catalyst layer was changed.
下触媒層のスラリー(A)は、0.5g/LのPdと、69〜120g/LのZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物(OSC材)と、29〜40g/LのLa添加Al2O3と、10g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して下触媒層用のスラリー(A)を調製した。 The slurry (A) of the lower catalyst layer is composed of 0.5 g / L of Pd, 69 to 120 g / L of ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide (OSC material), 29 A slurry (A) for the lower catalyst layer was prepared by mixing ˜40 g / L La-added Al 2 O 3 , 10 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder.
後段上触媒層用のスラリー(B)は、La添加CeO2−ZrO2からなる第1粒子とLa添加Al2O3からなる第2粒子が一次粒子レベルで混合された複合酸化物を、水溶化した硝酸ネオジウムに混合、攪拌させた。攪拌後乾燥させ、900℃で焼成した。これにより、第1粒子及び第2粒子の表面層にNd2O3が偏析されて、粉末状の担体が得られた。この担体を硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、57g/Lの担体に、0.15g/Lのロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体に、29g/LのLa添加Al2O3と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。 The slurry (B) for the latter upper catalyst layer is a water-soluble composite oxide in which first particles composed of La-added CeO 2 —ZrO 2 and second particles composed of La-added Al 2 O 3 are mixed at the primary particle level. The mixed neodymium nitrate was mixed and stirred. After stirring, it was dried and fired at 900 ° C. As a result, Nd 2 O 3 was segregated on the surface layer of the first particles and the second particles, and a powdery carrier was obtained. This carrier was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and calcined, and 0.15 g / L of rhodium was supported on a 57 g / L carrier. 29 g / L of La-added Al 2 O 3 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder were mixed on the carrier on which rhodium was supported to prepare slurry (B) for the upper catalyst layer.
前段上触媒層用のスラリー(C)は、1.0g/LのPdを、25g/LのLa添加Al2O3と、11g/LのCeO2−ZrO2−La2O3−Pr6O11複合酸化物(酸素吸放出材)と、7g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。 The slurry (C) for the upper catalyst layer in the previous stage was prepared by adding 1.0 g / L of Pd, 25 g / L of La-added Al 2 O 3 , and 11 g / L of CeO 2 —ZrO 2 —La 2 O 3 —Pr 6. O 11 composite oxide (oxygen storage / release material), 7 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (C) for the upper catalyst layer.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を、検討1と同様に基材にコートした。下触媒層用のスラリー(A)のコート長さは105mmであり、基材表面の全面にコートした。後段上触媒層用のスラリー(B)のコート長さは85mmであり、下触媒層のコート長さに対して81%の長さである。前段上触媒層用のスラリー(C)のコート長さは40mmであり、下触媒層の長さに対して38%の長さである。以上により製造された触媒の下触媒層のコート量は、担体のコート量を増減させることで、97〜171g/Lの間で変化させてある。
The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on the substrate in the same manner as in
製造された各触媒について、検討1と同様の耐久試験を実施し、OSC性能及び圧力損失を測定した。OSC性能については、耐久試験後の各触媒を、2.4Lエンジンの排気系にそれぞれ配置し、触媒床温450℃にて、空燃比が14.1〜15.1の間における出ガス中の酸素濃度を連続的に測定した。空燃比が高いときから低いときの間に放出する酸素量を、酸素吸蔵量として、図13に示した。圧力損失は、検討2と同様に測定し、その結果を図14に示した。
About each manufactured catalyst, the durability test similar to
図13より知られるように、下触媒層のコート量が増加するほど、OSC性能が向上した。これは、下触媒層の長さを一定として下触媒層のコート量を変化させたため、下触媒層の厚みが変化し、下触媒層の厚みが増加するほど、ZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物の絶対量が増え、そのため、吸放出し得る酸素量、すなわちOSC性能が増えたものである。 As can be seen from FIG. 13, the OSC performance improved as the coating amount of the lower catalyst layer increased. This is because the coating amount of the lower catalyst layer was changed while keeping the length of the lower catalyst layer constant, so that the thickness of the lower catalyst layer was changed, and as the thickness of the lower catalyst layer increased, ZrO 2 —CeO 2 —La 2 The absolute amount of the O 3 —Y 2 O 3 composite oxide is increased, so that the amount of oxygen that can be absorbed and released, that is, the OSC performance is increased.
図14より知られるように、下触媒層のコート量が増加するほど、圧力損失が増加した。これは、下触媒層のコート量が増加するのに伴って、下触媒層の厚みが増え、そのため、ガス流路の開口断面積が減少したためである。 As known from FIG. 14, the pressure loss increased as the coating amount of the lower catalyst layer increased. This is because as the coating amount of the lower catalyst layer increases, the thickness of the lower catalyst layer increases, and as a result, the opening cross-sectional area of the gas flow path decreases.
OSC性能と圧力損失の結果から、下触媒層のコート量が、実施した量の中の中間付近、すなわち105〜155g/L付近、更には150〜155g/Lである場合に、下触媒層のOSC性能がよく、且つ圧力損失も低くできるといえる。 From the results of the OSC performance and the pressure loss, when the coating amount of the lower catalyst layer is around the middle of the applied amount, that is, around 105 to 155 g / L, further 150 to 155 g / L, It can be said that the OSC performance is good and the pressure loss can be reduced.
<検討5:下触媒層のコート量>
下触媒層のコート量を変化させた各触媒についてHC50%浄化温度及び圧力損失を測定した。
<Examination 5: Coating amount of lower catalyst layer>
The
下触媒層のスラリー(A)は、1.5g/LのPdと、60〜100g/LのZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物(OSC材)と、24〜40g/LのLa添加Al2O3と、6〜10g/LのBaSO4と、3〜5g/LのAl2O3バインダーとを混合して下触媒層用のスラリー(A)を調製した。 The slurry (A) of the lower catalyst layer is composed of 1.5 g / L of Pd, 60 to 100 g / L of ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide (OSC material), 24 A slurry (A) for the lower catalyst layer is prepared by mixing ˜40 g / L La-added Al 2 O 3 , 6-10 g / L BaSO 4 , and 3-5 g / L Al 2 O 3 binder. did.
後段上触媒層用のスラリー(B)は、La2O3添加Al2O3からなる第1粒子とZrO2−CeO2−La2O3からなる第2粒子が一次粒子レベルで混合された複合酸化物を、水溶化した硝酸ネオジウムに混合、攪拌させた。攪拌後乾燥させ、900℃で焼成した。これにより、第1粒子及び第2粒子の表面層にNd2O3を濃化してなる粉末状の担体が得られた。この担体を硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、55g/Lの担体に、0.3g/Lのロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体に、35g/LのLa添加Al2O3と、4g/LのAl2O3バインダーとを混合して後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。 In the slurry (B) for the upper stage catalyst layer, the first particles composed of La 2 O 3 added Al 2 O 3 and the second particles composed of ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 were mixed at the primary particle level. The composite oxide was mixed with water-soluble neodymium nitrate and stirred. After stirring, it was dried and fired at 900 ° C. As a result, a powdery carrier obtained by concentrating Nd 2 O 3 on the surface layer of the first particles and the second particles was obtained. This carrier was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and calcined, so that 0.3 g / L of rhodium was supported on a 55 g / L carrier. On the support on which rhodium was supported, 35 g / L La-added Al 2 O 3 and 4 g / L Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (B) for the upper catalyst layer.
前段上触媒層用のスラリー(C)は、6.0g/LのPdと、77g/LのLa添加Al2O3と、35g/LのCeO2−ZrO2−La2O3−Pr6O11複合酸化物(酸素吸放出材)と、20g/LのBaSO4と、10g/LのAl2O3バインダーとを混合して前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。 The slurry (C) for the upper stage catalyst layer was 6.0 g / L of Pd, 77 g / L of La-added Al 2 O 3 , and 35 g / L of CeO 2 —ZrO 2 —La 2 O 3 —Pr 6. O 11 composite oxide (oxygen storage / release material), 20 g / L BaSO 4 , and 10 g / L Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (C) for the upper catalyst layer.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を、検討1と同様に基材にコートした。基材の容量は875ccである。下触媒層用のスラリー(A)は、基材表面の全面にコートした。後段上触媒層用のスラリー(B)のコート長さは、基材の全長に対して80%とした。前段上触媒層用のスラリー(C)のコート長さは、基材全長に対して35%とした。以上により製造された触媒の下触媒層のコート量は、担体のコート量を増減させることで、80〜160g/Lの間で変化させている。
The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on the substrate in the same manner as in
製造された各触媒について、V型8気筒エンジン(3UZ−FE)排ガス下で、床温:1000℃×50時間の耐久試験を実施した。耐久試験後に、HC50%浄化時間及びOSC性能を測定した。HC50%浄化温度は、検討2と同様に測定し、その結果を図15に示した。OSC性能は、上記検討4と同様に測定し、その結果を図16に示した。
Each manufactured catalyst was subjected to a durability test at a bed temperature of 1000 ° C. for 50 hours under the exhaust gas of a V-type 8-cylinder engine (3UZ-FE). After the durability test, the HC50 purification time and OSC performance were measured. The
図15より知られるように、下触媒層のコート量が105〜155g/L以上でHC50%浄化温度が低く、優れた低温浄化性能を発揮した。90g/L以下の場合には、HC50%浄化温度が高くなり低温浄化性能が悪化した。図16より知られるように、下触媒層のコート量が減少するほど、OSC性能が低下する傾向があった。下触媒層のコート量が105〜155g/Lでは、OSC性能に問題がないことを別途車両評価で確認した。
As can be seen from FIG. 15, when the coating amount of the lower catalyst layer was 105 to 155 g / L or more, the HC50% purification temperature was low, and excellent low temperature purification performance was exhibited. In the case of 90 g / L or less, the
これらの結果から、下触媒層のコート量が105g/L以上であれば、下触媒層の低温浄化特性及びOSC性能が優れることが分かる。上記検討4の結果とあわせると、下触媒層のコート量が155g/L以下であれば、圧力損失を低くすることができるため、下触媒層のコート量は、105〜155g/Lであることがよいといえる。
From these results, it can be seen that when the coating amount of the lower catalyst layer is 105 g / L or more, the low-temperature purification characteristics and OSC performance of the lower catalyst layer are excellent. Combined with the result of
<検討6:触媒コート後のTotal−GSA(全幾何学的表面積)>
触媒コート後のTotal−GSAを変化させた各触媒について、OSC性能を測定した。
<Examination 6: Total-GSA (total geometric surface area) after catalyst coating>
The OSC performance was measured for each catalyst in which the Total-GSA after the catalyst coating was changed.
下触媒層のスラリー(A)は、0.5g/LのPdと、69〜120g/LのZrO2−CeO2−La2O3−Y2O3複合酸化物(OSC材)と、29〜40g/LのLa添加Al2O3と、10g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して下触媒層用のスラリー(A)を調製した。 The slurry (A) of the lower catalyst layer is composed of 0.5 g / L of Pd, 69 to 120 g / L of ZrO 2 —CeO 2 —La 2 O 3 —Y 2 O 3 composite oxide (OSC material), 29 A slurry (A) for the lower catalyst layer was prepared by mixing ˜40 g / L La-added Al 2 O 3 , 10 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder.
後段上触媒層用のスラリー(B)は、La添加CeO2−ZrO2からなる第1粒子とLa添加Al2O3からなる第2粒子が一次粒子レベルで混合された複合酸化物を、水溶化した硝酸ネオジウムに混合、攪拌させた。攪拌後乾燥させ、900℃で焼成した。これにより、第1粒子及び第2粒子の表面層にNd2O3が偏析されて、粉末状の担体が得られた。この担体を硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、焼成して、57g/Lの担体に、0.15g/Lのロジウムを担持させた。ロジウムを担持させた担体に、29g/LのLa添加Al2O3と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して後段上触媒層用のスラリー(B)を調製した。 The slurry (B) for the latter upper catalyst layer is a water-soluble composite oxide in which first particles composed of La-added CeO 2 —ZrO 2 and second particles composed of La-added Al 2 O 3 are mixed at the primary particle level. The mixed neodymium nitrate was mixed and stirred. After stirring, it was dried and fired at 900 ° C. As a result, Nd 2 O 3 was segregated on the surface layer of the first particles and the second particles, and a powdery carrier was obtained. This carrier was immersed in an aqueous rhodium nitrate solution and calcined, and 0.15 g / L of rhodium was supported on a 57 g / L carrier. 29 g / L of La-added Al 2 O 3 and 3 g / L of Al 2 O 3 binder were mixed on the carrier on which rhodium was supported to prepare slurry (B) for the upper catalyst layer.
前段上触媒層用のスラリー(C)は、1.0g/LのPdと、25g/LのLa添加Al2O3と、11g/LのCeO2−ZrO2−La2O3−Pr6O11複合酸化物(酸素吸放出材)と、7g/LのBaSO4と、3g/LのAl2O3バインダーとを混合して前段上触媒層用のスラリー(C)を調製した。 The slurry (C) for the upper stage catalyst layer is 1.0 g / L Pd, 25 g / L La-added Al 2 O 3 , and 11 g / L CeO 2 —ZrO 2 —La 2 O 3 —Pr 6. O 11 composite oxide (oxygen storage / release material), 7 g / L BaSO 4 , and 3 g / L Al 2 O 3 binder were mixed to prepare slurry (C) for the upper catalyst layer.
(i)875cc、(ii)1100cc、(iii)1294ccの容量の基材を準備した。これらの基材は、いずれも直径103mmの円筒体でありそれぞれの断面積は同じであり、長手軸方向の長さがそれぞれ、105mm、130mm、150mmである。各基材はそれぞれ600個の正六角形のセルを有する。また、前記875ccの基材と直径及び長さが同じであり、正六角形のセルの数が750個の基材(iv)を用意した。 A substrate having a capacity of (i) 875 cc, (ii) 1100 cc, (iii) 1294 cc was prepared. These base materials are all cylindrical bodies having a diameter of 103 mm, the cross-sectional areas thereof are the same, and the lengths in the longitudinal axis direction are 105 mm, 130 mm, and 150 mm, respectively. Each substrate has 600 regular hexagonal cells. Further, a base material (iv) having the same diameter and length as the 875 cc base material and 750 regular hexagonal cells was prepared.
上記の3種類のスラリー(A)、(B)、(C)を、上記の(i)〜(iv)の基材にそれぞれコートした。下触媒層用のスラリー(A)を、各基材表面の全面にコートした。後段上触媒層用のスラリー(B)のコート長さは、各基材について(i)84mm、(ii)104mm、(iii)120mm、(iv)84mmであり、いずれも下触媒層のコート長さに対して80%の長さである。前段上触媒層用のスラリー(C)のコート長さは、各基材について(i)37mm、(ii)46mm、(iii)53mm、(iv)37mmであり、いずれも下触媒層の長さに対して35%の長さである。各基材に対するコート量は276gであり全て同じである。そして、基材の長手方向に垂直面となる断面におけるセルにコートされた触媒の表面積を、100個のセルについて顕微鏡を用いて測定し、その値の平均値であるGSAに、基材に含まれるセルの個数及び基材の長手方向の長さをかけて、Total−GSAを導出した。Total−GSAは、(i)22.4cm2/個、(ii)25.6cm2/個、(iii)29.7cm2/個、(iv)37.2cm2/個であった。 The above three types of slurries (A), (B), and (C) were coated on the substrates (i) to (iv), respectively. The lower catalyst layer slurry (A) was coated on the entire surface of each substrate. The coating length of the slurry (B) for the upper stage catalyst layer is (i) 84 mm, (ii) 104 mm, (iii) 120 mm, and (iv) 84 mm for each base material. 80% of the length. The coating length of the slurry (C) for the upstream catalyst layer is (i) 37 mm, (ii) 46 mm, (iii) 53 mm, and (iv) 37 mm for each base material. The length is 35%. The coating amount for each substrate is 276 g, which are all the same. Then, the surface area of the catalyst coated on the cells in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the base material is measured with a microscope for 100 cells, and the average value of GSA is included in the base material. Total-GSA was derived by multiplying the number of cells to be measured and the length in the longitudinal direction of the substrate. Total-GSA was (i) 22.4 cm 2 / piece, (ii) 25.6 cm 2 / piece, (iii) 29.7 cm 2 / piece, and (iv) 37.2 cm 2 / piece.
製造された各触媒について、各GaにおけるOSC性能を測定した。各触媒を、2.4Lエンジンの排気系にそれぞれ配置し、触媒床温450℃にて、空燃比が14.1〜15.1の間における出ガス中の酸素濃度を連続的に測定した。空燃比が高いときから低いときの間に放出する酸素量を、酸素吸蔵量として、図17に示した。 About each manufactured catalyst, the OSC performance in each Ga was measured. Each catalyst was placed in the exhaust system of a 2.4 L engine, and the oxygen concentration in the output gas was continuously measured at an air-fuel ratio of 14.1 to 15.1 at a catalyst bed temperature of 450 ° C. The amount of oxygen released between when the air-fuel ratio is high and when it is low is shown in FIG. 17 as the oxygen storage amount.
図17から分かるように、Gaが20g/s以下の低Ga域では、GSAによらず、OSC性能はほぼ同等であったが、Gaが30g/s以上の高Ga域においては、Total−GSAが大きくなるほどOSC性能が向上した。30g/s以上の高Ga域においても高いOSC性能を得るために、Total−GSAは25〜36cm2/個であることが好ましい。これは、低Ga域では、触媒のコート量や触媒貴金属量にOSC性能が律速するのに対し、高Ga域では触媒コート層へのガスの拡散性の影響が大きいと考えられる。 As can be seen from FIG. 17, in the low Ga region where Ga is 20 g / s or less, the OSC performance is almost the same regardless of GSA, but in the high Ga region where Ga is 30 g / s or more, Total-GSA The larger the value, the better the OSC performance. In order to obtain high OSC performance even in a high Ga region of 30 g / s or more, Total-GSA is preferably 25 to 36 cm 2 / piece. This is considered that the OSC performance is rate-determined by the catalyst coating amount and the catalyst noble metal amount in the low Ga region, whereas the influence of gas diffusibility to the catalyst coating layer is large in the high Ga region.
1 基材
2 下触媒層
3 前段上触媒層
4 後段上触媒層
6 ガス通路
10 触媒層
11 隔壁
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記下触媒層がPd及びPtの少なくとも1種を担持し、
前記後段上触媒層がRhを担持し、
前記前段上触媒層がPdを担持しており、
前記前段上触媒層のPdを担持する担体が、Y2O3を含むZrO2複合酸化物である、排ガス浄化用触媒。 A base material forming a gas flow path through which exhaust gas flows and a catalyst layer formed on the base material, the catalyst layer comprising: a lower catalyst layer formed on the surface of the base material; and the lower catalyst A front upper catalyst layer covering the upstream side in the gas flow direction on the surface of the layer, and a rear upper layer covering the downstream side in the gas flow direction from the front upper catalyst layer on the surface of the lower catalyst layer An exhaust gas purifying catalyst comprising a catalyst layer,
The lower catalyst layer carries at least one of Pd and Pt;
The latter upper catalyst layer carries Rh,
The previous upper catalyst layer carries Pd,
An exhaust gas purifying catalyst, wherein the carrier supporting Pd in the upstream catalyst layer is a ZrO 2 composite oxide containing Y 2 O 3 .
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