JP5635488B2 - Exhaust purification catalyst - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxを捕捉し、捕捉したNOxを排気の空燃比がストイキ又はリッチのときに放出して還元浄化する排気浄化触媒に関する。   The present invention relates to an exhaust purification catalyst that captures NOx in exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine is lean and releases and reduces the trapped NOx when the air-fuel ratio of the exhaust is stoichiometric or rich.

近年、有害排出物抑制の観点から、発電機や自動車等の内燃機関から大気中へ排出される排気中のNOxが問題視されている。NOxは、酸性雨や光化学スモッグの原因物質であり、世界的にその排出量が規制されている。   In recent years, NOx in exhaust gas discharged into the atmosphere from internal combustion engines such as generators and automobiles has been regarded as a problem from the viewpoint of controlling harmful emissions. NOx is a causative substance of acid rain and photochemical smog, and its emission is regulated worldwide.

ところで、ディーゼルエンジンやガソリンのリーンバーンエンジン等の内燃機関では、希薄燃焼が行われるため、その排気中にはOが多く含まれている。排気中に含まれる有害成分のうち、NOxは還元反応により浄化が行われるところ、Oを多く含む排気中でのNOxの浄化は容易ではない。 By the way, in an internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline lean burn engine, lean combustion is performed, so that a lot of O 2 is contained in the exhaust gas. Of the harmful components contained in the exhaust, NOx is purified by a reduction reaction, but it is not easy to purify NOx in the exhaust containing a large amount of O 2 .

を多く含む排気中でNOxを浄化する技術として、リーンNOx触媒と呼称される排気浄化触媒を用いた技術が知られている。この技術によれば、排気の空燃比がリーンのときに、排気中のNOxは排気浄化触媒に捕捉され、触媒に捕捉されたNOxは、排気の空燃比をリッチとしたときに触媒から放出され、還元浄化される。また、リッチ時に放出されたNOxからNHが生成され、これが触媒に捕捉される。さらに空燃比をリーンに戻したときに、NOxの捕捉とともに、捕捉されたNHによりNOx還元浄化が進行する。 As a technique for purifying NOx in exhaust containing a large amount of O 2 , a technique using an exhaust purification catalyst called a lean NOx catalyst is known. According to this technique, when the air-fuel ratio of the exhaust is lean, NOx in the exhaust is captured by the exhaust purification catalyst, and NOx captured by the catalyst is released from the catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust is made rich. , Reduced and purified. Further, NH 3 is generated from NOx released when rich, and this is captured by the catalyst. Further, when the air-fuel ratio is returned to lean, NOx reduction and purification proceed with the trapped NH 3 as well as trapping NOx.

上記の排気浄化触媒としては、NOx捕捉剤としてのCeOと、Ptと、NH捕捉剤としてのゼオライト等の固体酸と、を組み合わせてなる触媒が例示される。この排気浄化触媒では、先ず、排気の空燃比がリーンのときに、Oを利用して排気中のNOxの大部分を占めるNOをNOに酸化し、NOの形で捕捉する(下記式(1)〜(3)参照)。次いで、排気の空燃比をリッチにして排気中にOが少ない状態とした後、排気中に含まれるCOとHOとを反応させてHを生成させる(下記式(4)参照)。さらに、生成したHとNOxとを反応させ、捕捉していたNOxをNHに変換させて触媒上に貯蔵する(下記式(5)参照)。そして、排気の空燃比を再びリーンにしたときに、貯蔵していたNHを放出して排気中のNOxと反応させることにより、NOxを効率良く還元浄化する(下記式(6)〜(8)参照)(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。
[化1]
NO→NO(ad) ・・・式(1)
2NO+O→2NO(ad) ・・・式(2)
NO→NO(ad) ・・・式(3)
CO+HO→H+CO ・・・式(4)
5H+2NO→2NH(ad)+2HO ・・・式(5)
4NH+4NO+〇→4N+6HO ・・・式(6)
2NH+NO+NO→2N+3HO ・・・式(7)
8NH+6NO→7N+12HO ・・・式(8)
[式中、(ad)は、触媒に捕捉されたことを表す。式(1)〜(3)、及び式(6)〜(8)で表される反応は、排気の空燃比がリーン状態のときに進行する反応であり、式(4)〜(5)で表される反応は、排気の空燃比がリッチ状態のときに進行する反応である。式(4)で表される反応は、水性ガスシフト反応であり、式(7)で表される反応は、式(6)で表される反応よりも反応性が高い。]
Examples of the exhaust purification catalyst include a catalyst formed by combining CeO 2 as a NOx trap, Pt, and a solid acid such as zeolite as an NH 3 trap. In this exhaust gas purifying catalyst, first, the air-fuel ratio of the exhaust gas is at the lean, by using the O 2 oxidizes NO occupying most of the NOx in the exhaust gas NO 2, is captured in the form of NO 2 (below (Refer Formula (1)-(3)). Next, after making the air-fuel ratio of the exhaust rich and reducing the amount of O 2 in the exhaust, the CO and H 2 O contained in the exhaust are reacted to generate H 2 (see the following formula (4)). . Further, the produced H 2 and NOx are reacted, and the trapped NOx is converted to NH 3 and stored on the catalyst (see the following formula (5)). When the air-fuel ratio of the exhaust gas is made lean again, the stored NH 3 is released and reacted with NOx in the exhaust gas, thereby efficiently reducing and purifying NOx (the following formulas (6) to (8) (See, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
[Chemical 1]
NO → NO (ad) ・ ・ ・ Formula (1)
2NO + O 2 → 2NO 2 (ad) (2)
NO 2 → NO 2 (ad) (3)
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 Formula (4)
5H 2 + 2NO → 2NH 3 (ad) + 2H 2 O (5)
4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (6)
2NH 3 + NO 2 + NO → 2N 2 + 3H 2 O (7)
8NH 3 + 6NO 2 → 7N 2 + 12H 2 O (8)
[In the formula, (ad) represents being trapped by the catalyst. The reactions represented by the equations (1) to (3) and the equations (6) to (8) are reactions that proceed when the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a lean state, and in the equations (4) to (5) The reaction represented is a reaction that proceeds when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich. The reaction represented by the formula (4) is a water gas shift reaction, and the reaction represented by the formula (7) is more reactive than the reaction represented by the formula (6). ]

また、Pt、ゼオライト、CeO等を含み、HCを吸着して浄化するHC吸着浄化層と、Pt、アルカリ(土類)金属、Al、CeO等を含み、NOxを吸着して浄化し且つHCを浄化する吸着浄化内層と、Rh、アルカリ(土類)金属、Al、CeO等を含み、NOxを吸着して浄化し且つHCを浄化する吸着浄化外層と、をこの順に積層してなる排気浄化触媒が提案されている(特許文献2参照)。この排気浄化触媒によれば、低温条件下で効率良くNOxを浄化できるとされている。 HC adsorption purification layer that adsorbs and purifies HC by containing Pt, zeolite, CeO 2 and the like, and Pt, alkali (earth) metal, Al 2 O 3 , CeO 2 and the like, adsorbs NOx An adsorption purification inner layer that purifies and purifies HC, and an adsorption purification outer layer that contains Rh, alkali (earth) metal, Al 2 O 3 , CeO 2 and the like, adsorbs and purifies NOx, and purifies HC. An exhaust purification catalyst that is laminated in this order has been proposed (see Patent Document 2). According to this exhaust purification catalyst, NOx can be efficiently purified under low temperature conditions.

ところが、上記の排気浄化触媒のように、PtやCeOとゼオライトが同一層内で共存している場合には、これらが高温条件下で何らかの相互作用を及ぼし合うことにより、NOx浄化率が低下するという問題があった。例えば、SOx被毒された触媒を再生するために、触媒をおよそ650℃以上の所定温度まで昇温させると、NOx浄化率が大きく低下する。 However, when Pt, CeO 2 and zeolite coexist in the same layer as in the above exhaust purification catalyst, they interact with each other under high temperature conditions, thereby reducing the NOx purification rate. There was a problem to do. For example, if the temperature of the catalyst is raised to a predetermined temperature of about 650 ° C. or higher in order to regenerate the catalyst that has been poisoned with SOx, the NOx purification rate is greatly reduced.

そこで、Ptを含みNOxを捕捉する第1触媒層と、ゼオライトを含みNHやHCを捕捉する第2触媒層との間に、Rh、CeO、ZrO等を含み、NOxを還元する中間層を配置した排気浄化触媒が提案されている(特許文献3参照)。この排気浄化触媒によれば、上記のような問題が生じることがなく、高いNOx浄化性能と高い耐久性が得られる。 Therefore, an intermediate that contains Rh, CeO 2 , ZrO 2, etc. and reduces NOx between the first catalyst layer that contains Pt and captures NOx and the second catalyst layer that contains zeolite and captures NH 3 and HC. An exhaust purification catalyst in which a layer is arranged has been proposed (see Patent Document 3). According to this exhaust purification catalyst, the above problems do not occur, and high NOx purification performance and high durability can be obtained.

国際公開第2005/044426号International Publication No. 2005/044426 特開2004−321894号公報JP 2004-321894 A 国際公開第2011/049064号International Publication No. 2011/049064

A NOx Reduction System Using Ammonia Storage−Selective Catalytic Reduction in Rich and Lean Poerations,15.Aachener Kolloquim Fahrzeug−und Motorentechnik 2006 p.259−270A NOx Reduction System Using Ammonia Storage-Selective Catalytic Reduction in Rich and Lean Positions, 15. Aachener Koloquim Fahrzeug-und Motorentennik 2006 p. 259-270

ところで、排気浄化触媒は、通常、ハニカム状の担体のセル内壁にコーティングされて用いられる。そのため、排気浄化触媒が車の生涯に亘って高い浄化性能を保持し続けるためには、担体に対する高い密着性が求められる。しかしながら、特許文献3で提案されている排気浄化触媒は、密着性が十分ではなかった。
具体的には、特許文献3で提案されている排気浄化触媒の第1触媒層は、NOxを効率的に捕捉するために密着性の低いCeOを多く用いて構成されている。また、中間層は、同じく密着性の低いCeOやZrO等で構成されている。さらに、第2触媒層は固体酸のゼオライトをメインに構成されており、固体酸は耐熱性を持たせるために疎水性の材料が用いられるのが一般的であり、これらは密着性に難がある。このように、特許文献3で提案されている排気浄化触媒の各触媒層は、いずれも密着性に課題があった。
By the way, the exhaust purification catalyst is usually used by being coated on the cell inner wall of the honeycomb-shaped carrier. Therefore, in order for the exhaust purification catalyst to keep high purification performance throughout the life of the vehicle, high adhesion to the carrier is required. However, the exhaust gas purification catalyst proposed in Patent Document 3 has insufficient adhesion.
Specifically, the first catalyst layer of the exhaust purification catalyst proposed in Patent Document 3 is configured using a large amount of CeO 2 having low adhesion in order to efficiently capture NOx. Further, the intermediate layer is made of CeO 2 , ZrO 2, or the like with low adhesion. Further, the second catalyst layer is mainly composed of a solid acid zeolite, and a hydrophobic material is generally used for the solid acid to provide heat resistance, and these are difficult to adhere to. is there. Thus, each catalyst layer of the exhaust purification catalyst proposed in Patent Document 3 has a problem in adhesion.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い密着性を有し、製造時や使用時における剥離を抑制できる排気浄化触媒を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the above, The objective is to provide the exhaust purification catalyst which has high adhesiveness and can suppress peeling at the time of manufacture and use.

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気通路(例えば、後述の排気管2)に設けられ、排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxを捕捉し、捕捉したNOxを排気の空燃比がストイキ又はリッチのときに放出して還元浄化する排気浄化触媒(例えば、後述の排気浄化触媒11)を提供する。本発明に係る排気浄化触媒は、担体上に設けられ、少なくともPtを含む貴金属と、Alと、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる第1触媒層と、前記第1触媒層上に設けられ、少なくともRhを含む貴金属と、e及びZrを含む複合酸化物、からなる第2触媒層と、前記第2触媒層上に設けられ、ゼオライトからなる第3触媒層と、からなり、前記第1触媒層、前記第2触媒層及び前記第3触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、4〜9μmであり、前記第1触媒層は、Al を最も多く含み、かつ、Al からなるバインダを用いて調製され、前記第2触媒層は、ZrO からなるバインダを用いて調製され、前記第3触媒層は、SiO からなるバインダを用いて調製されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is provided in an exhaust passage (for example, an exhaust pipe 2 to be described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 to be described later), and converts NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is lean. An exhaust purification catalyst (for example, an exhaust purification catalyst 11 described later) is provided that captures and releases and reduces the captured NOx when the air-fuel ratio of exhaust is stoichiometric or rich. The exhaust purification catalyst according to the present invention is provided on a support and is at least one selected from the group consisting of a noble metal containing at least Pt, Al 2 O 3 , CeO 2 , ZrO 2 , and a complex oxide containing Ce and Zr. and seeds, and a first catalyst layer formed of, provided on the first catalyst layer, and a noble metal including at least Rh, a composite oxide containing C e and Zr, and a second catalyst layer made of the second A third catalyst layer made of zeolite and provided on the catalyst layer, wherein a center particle diameter of catalyst particles of the first catalyst layer, the second catalyst layer, and the third catalyst layer is 4 to 9 μm. In other words, the first catalyst layer contains the most Al 2 O 3 and is prepared using a binder composed of Al 2 O 3 , and the second catalyst layer is prepared using a binder composed of ZrO 2. the third catalyst layer, SiO Characterized Rukoto be prepared using binder consisting of.

本発明では、少なくともPtを含む貴金属と、Alと、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる第1触媒層と、少なくともRhを含む貴金属と、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる第2触媒層と、ゼオライトからなる第3触媒層と、をこの順に積層することで、排気浄化触媒を形成する。即ち、NOx捕捉能を有する第1触媒層と、NOx還元能を有する第2触媒層と、NH及びHC捕捉能を有する第3触媒層と、がこの順に積層されるため、NOxを効率良く還元浄化できる。
また、本発明では、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層のいずれにおいても、各触媒層を構成する触媒粒子の中心粒子径を4〜9μmとする。これにより、各触媒層を構成する触媒粒子が小さ過ぎて触媒層が緻密になり過ぎることがないため、乾燥や焼成等の高温処理を伴う触媒の調製時に、触媒層にクラックが発生して密着性が低下するのを抑制でき、また、高温に晒された場合に触媒層にクラックが発生して密着性が低下するのを抑制できる。また、各触媒層を構成する触媒粒子が大き過ぎることがないため、触媒粒子同士の接点が減少して密着性が低下するのを抑制できる。従って、本発明によれば、高い密着性を有し、製造時や使用時における剥離を抑制できる排気浄化触媒を提供できる。
In the present invention, at least one selected from the group consisting of a noble metal containing at least Pt, Al 2 O 3 , CeO 2 , ZrO 2 and a complex oxide containing Ce and Zr, and a first catalyst layer, A second catalyst layer consisting of a noble metal containing at least Rh, at least one selected from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 and a complex oxide containing Ce and Zr, and a third catalyst layer consisting of zeolite. By stacking in this order, an exhaust purification catalyst is formed. That is, the first catalyst layer having a NOx trapping ability, since the second catalyst layer having a NOx reduction ability, a third catalyst layer having a NH 3 and HC trapping ability, which but are stacked in this order, efficiently NOx Reduce and purify.
Moreover, in this invention, the center particle diameter of the catalyst particle which comprises each catalyst layer shall be 4-9 micrometers in any of a 1st catalyst layer, a 2nd catalyst layer, and a 3rd catalyst layer. As a result, the catalyst particles constituting each catalyst layer are not too small and the catalyst layer is not too dense. It is possible to suppress the deterioration of the adhesiveness, and it is possible to suppress the occurrence of cracks in the catalyst layer and the deterioration of the adhesiveness when exposed to a high temperature. Moreover, since the catalyst particle which comprises each catalyst layer is not too large, it can suppress that the contact of catalyst particles reduces and adhesiveness falls. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an exhaust purification catalyst that has high adhesion and can suppress separation during manufacture and use.

また本発明では、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層いずれも、各触媒層を構成する材料中に含まれる金属元素の酸化物からなるバインダを用いて調製する。第1触媒層は、Al  In the present invention, all of the first catalyst layer, the second catalyst layer, and the third catalyst layer are prepared using a binder made of an oxide of a metal element contained in a material constituting each catalyst layer. The first catalyst layer is made of Al 2 O 3 が最も多く含まれることから、AlIs the most abundant, so Al 2 O 3 中に含まれるAl元素の酸化物からなるAlAl consisting of oxide of Al element contained in 2 O 3 バインダを用いて調製する。また、第2触媒層は、Ce及びZrを含む複合酸化物が含まれることから、Ce及びZrを含む複合酸化物中に一般的により多く含まれるZr元素の酸化物からなるZrOPrepare with a binder. In addition, since the second catalyst layer includes a composite oxide containing Ce and Zr, ZrO composed of an oxide of a Zr element generally more contained in the composite oxide containing Ce and Zr. 2 バインダを用いて調製する。また、第3触媒層は、ゼオライト中に多く含まれるSi元素の酸化物からなるSiOPrepare with a binder. Further, the third catalyst layer is made of SiO composed of an oxide of Si element contained abundantly in the zeolite. 2 バインダを用いて調製する。Prepare with a binder.

ここで、Al  Where Al 2 O 3 バインダ、ZrOBinder, ZrO 2 バインダ及びSiOBinder and SiO 2 バインダは、いずれも、ゾルとして分散している各粒子の表面に水酸基を多く有し、この水酸基が、各触媒層を構成する触媒粒子間の空隙内に入り込んで熱により反応し、触媒粒子同士を結合させる。このとき、各バインダは、各触媒層を構成する材料中に含まれる金属元素の酸化物からなるため、各触媒層中の触媒粒子との反応がスムーズに進行する。従って、本発明によれば、各触媒層において、触媒粒子同士の密着性が向上するためクラック等の発生が抑制される結果、密着性をより向上でき、剥離をより抑制できる。Each of the binders has a large number of hydroxyl groups on the surface of each particle dispersed as a sol, and this hydroxyl group enters the voids between the catalyst particles constituting each catalyst layer and reacts by heat, thereby causing the catalyst particles to interact with each other. Are combined. At this time, since each binder is made of an oxide of a metal element contained in the material constituting each catalyst layer, the reaction with the catalyst particles in each catalyst layer proceeds smoothly. Therefore, according to the present invention, in each catalyst layer, the adhesion between the catalyst particles is improved, so that the occurrence of cracks and the like is suppressed.

この場合、前記第1触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、前記第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きく、前記第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、前記第3触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きいことが好ましい。  In this case, the center particle diameter of the catalyst particles of the first catalyst layer is equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer, and the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer is larger. The center particle diameter of the catalyst particles of the third catalyst layer is preferably equal to or larger than that.

この発明では、第1触媒層の触媒粒子の中心粒子径を、当該第1触媒層の上層に位置する第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きくする。また、第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径を、当該第2触媒層の上層に位置する第3触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きくする。これにより、層間において、上層の触媒層を構成する粒子が下層の空隙内に侵入し易くなり、所謂アンカー効果が生じる。従って、この発明によれば、層間での密着性をより向上でき、層間剥離をより抑制できる。  In this invention, the center particle diameter of the catalyst particles of the first catalyst layer is made equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer located in the upper layer of the first catalyst layer. Further, the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer is made equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the third catalyst layer located in the upper layer of the second catalyst layer. This makes it easier for the particles constituting the upper catalyst layer to enter the lower space between the layers, so-called anchor effect occurs. Therefore, according to the present invention, adhesion between layers can be further improved, and delamination can be further suppressed.

この場合、前記第1触媒層が、前記第2触媒層及び前記第3触媒層と比べて、触媒層を構成する材料に対する前記バインダの使用量を少なくして調製されることが好ましい。   In this case, it is preferable that the first catalyst layer is prepared by reducing the amount of the binder used relative to the material constituting the catalyst layer as compared with the second catalyst layer and the third catalyst layer.

この発明では、第1触媒層を、第2触媒層及び第3触媒層と比べて、触媒層を構成する材料に対するバインダの使用量を少なくして調製する。上述したように、第2触媒層は、密着性の低いCeO、ZrO、Ce及びZrを含む複合酸化物等で構成され、第3触媒層は、同じく密着性の低いゼオライトで構成されるのに対して、第1触媒層は、密着性の高いAlを含んで構成される。そのため、この発明によれば、第2触媒層及び第3触媒層よりも少量のバインダで第1触媒層を調製することにより、材料費を抑制しつつ、高い密着性を有する排気浄化触媒が得られる。 In the present invention, the first catalyst layer is prepared by reducing the amount of binder used with respect to the material constituting the catalyst layer as compared with the second catalyst layer and the third catalyst layer. As described above, the second catalyst layer is composed of a complex oxide containing CeO 2 , ZrO 2 , Ce, and Zr with low adhesion, and the third catalyst layer is composed of zeolite with low adhesion. On the other hand, the first catalyst layer includes Al 2 O 3 having high adhesion. Therefore, according to the present invention, by preparing the first catalyst layer with a smaller amount of binder than the second catalyst layer and the third catalyst layer, an exhaust purification catalyst having high adhesion can be obtained while suppressing material costs. It is done.

本発明によれば、高い密着性を有し、製造時や使用時における剥離を抑制できる排気浄化触媒を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can provide the exhaust gas purification catalyst which has high adhesiveness and can suppress peeling at the time of manufacture or use.

本発明の一実施形態に係る排気浄化触媒を備えた排気浄化装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an exhaust purification device including an exhaust purification catalyst according to an embodiment of the present invention. 触媒粒子の中心粒子径と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the center particle diameter of a catalyst particle, and the weight decreasing rate after a peeling test. 上層と下層の中心粒子径と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the center particle diameter of an upper layer and a lower layer, and the weight decreasing rate after a peeling test. 上層の中心粒子径を9μm、下層の中心粒子径を4μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional observation result before and behind a peeling test when the center particle diameter of an upper layer is 9 micrometers and the center particle diameter of a lower layer is 4 micrometers. 上層の中心粒子径を4μm、下層の中心粒子径を4μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional observation result before and behind a peeling test when the center particle diameter of an upper layer is 4 micrometers, and the center particle diameter of a lower layer is 4 micrometers. 上層の中心粒子径を6μm、下層の中心粒子径を6μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional observation result before and behind a peeling test when the center particle diameter of an upper layer is 6 micrometers, and the center particle diameter of a lower layer is 6 micrometers. 上層の中心粒子径を9μm、下層の中心粒子径を9μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional observation result before and behind a peeling test when the center particle diameter of an upper layer is 9 micrometers, and the center particle diameter of a lower layer is 9 micrometers. 上層の中心粒子径を4μm、下層の中心粒子径を9μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional observation result before and behind a peeling test when the center particle diameter of an upper layer is 4 micrometers and the center particle diameter of a lower layer is 9 micrometers. 第1触媒層におけるバインダ種と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the binder kind in a 1st catalyst layer, and the weight decreasing rate after a peeling test. 第2触媒層におけるバインダ種と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the binder kind in a 2nd catalyst layer, and the weight decreasing rate after a peeling test. 第3触媒層におけるバインダ種と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the binder kind in a 3rd catalyst layer, and the weight decreasing rate after a peeling test. 各触媒層におけるバインダ量と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the binder amount in each catalyst layer, and the weight decreasing rate after a peeling test.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る排気浄化触媒11を備えた排気浄化装置10の概略構成図である。図1に示すように、本実施形態に係る排気浄化触媒11は、ディーゼルエンジン等のエンジン1の排気管2の途中に設けられ、図示しないECUが備える排気空燃比制御部により排気の空燃比が制御されることで、排気中のNOxを還元浄化する。具体的には、排気浄化触媒11は、排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxを捕捉し、捕捉したNOxを排気の空燃比がストイキ又はリッチのときに放出して還元浄化する。
ここで、本明細書においてNOxを「捕捉」するとは、NOxを、吸着、吸収又は吸蔵する場合のいずれをも含む。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust purification device 10 including an exhaust purification catalyst 11 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an exhaust purification catalyst 11 according to the present embodiment is provided in the middle of an exhaust pipe 2 of an engine 1 such as a diesel engine, and an exhaust air / fuel ratio control unit provided in an ECU (not shown) controls the air / fuel ratio of exhaust gas. By being controlled, NOx in the exhaust gas is reduced and purified. Specifically, the exhaust purification catalyst 11 captures NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is lean, and releases and captures the captured NOx when the air-fuel ratio of the exhaust is stoichiometric or rich.
Here, “capturing” NOx in this specification includes any case where NOx is adsorbed, absorbed, or occluded.

本実施形態に係る排気浄化触媒11は、担体上に、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層がこの順に積層されて構成される。即ち、本実施形態に係る排気浄化触媒11は、3層構造を有する排気浄化触媒である。
担体としては、特に限定されず、従来公知の担体を用いることができる。材質としては、コージェライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、ステンレス、SiC等のものを用いることができ、形状としては、ハニカム状のものを用いることができる。好ましくは、コージェライト製のハニカム担体(例えば、400セル/4mil)が用いられる。
The exhaust purification catalyst 11 according to this embodiment is configured by laminating a first catalyst layer, a second catalyst layer, and a third catalyst layer in this order on a carrier. That is, the exhaust purification catalyst 11 according to the present embodiment is an exhaust purification catalyst having a three-layer structure.
The carrier is not particularly limited, and a conventionally known carrier can be used. As the material, cordierite, alumina, aluminum titanate, stainless steel, SiC, or the like can be used, and as the shape, a honeycomb-shaped one can be used. Preferably, a cordierite honeycomb carrier (for example, 400 cells / 4 mil) is used.

第1触媒層は、担体上に形成され、3層構造の最下層として配置される。第1触媒層は、NOx捕捉能を有し、少なくともPtを含む貴金属と、Alと、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる。好ましくは、第1触媒層は、貴金属としてのPt及びPdと、Alと、Ce及びZrを含む複合酸化物と、からなる。 The first catalyst layer is formed on the support and is disposed as the lowermost layer of a three-layer structure. The first catalyst layer has NOx trapping ability, and includes at least one selected from the group consisting of a noble metal containing at least Pt, Al 2 O 3 , CeO 2 , ZrO 2 , and a complex oxide containing Ce and Zr. It consists of. Preferably, the first catalyst layer is composed of Pt and Pd as noble metals, Al 2 O 3, and a complex oxide containing Ce and Zr.

第1触媒層中の貴金属は、リーンのときに、排気中の大部分を占めるNOをNOに酸化する酸化剤として機能する。貴金属としては、Ptを必須とし、その他にPdやRh等を含んでもよい。好ましくは、貴金属としてPtとPdを用いる。貴金属量は、担体の単位体積あたり0.1g/L〜20g/Lであることが好ましく、より好ましくは、0.3g/L〜10g/Lである。貴金属量が0.1g/L未満である場合には、十分なNOx捕捉能が得られず、貴金属量が20g/Lを超える場合には、それ以上のNOx捕捉能の向上は得られず、コスト面から不利である。 The noble metal in the first catalyst layer functions as an oxidant that oxidizes NO, which occupies most of the exhaust gas, to NO 2 when lean. As the noble metal, Pt is essential, and in addition, Pd, Rh, and the like may be included. Preferably, Pt and Pd are used as noble metals. The amount of the noble metal is preferably 0.1 g / L to 20 g / L, more preferably 0.3 g / L to 10 g / L per unit volume of the support. When the amount of noble metal is less than 0.1 g / L, sufficient NOx trapping ability cannot be obtained, and when the amount of noble metal exceeds 20 g / L, further improvement of NOx trapping ability cannot be obtained. It is disadvantageous in terms of cost.

また、第1触媒層を構成するAlと、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種は、いずれも上記貴金属のサポート材として機能し、貴金属はこれらの酸化物に担持される。
Alは、密着性の高い材料であり、密着性向上剤としての機能も有する。具体的には、Alは、担体との密着性を向上させるとともに、上層の第2触媒層との密着性を向上させる。第1触媒層中には、Alが最も多く含まれることが好ましい。
In addition, at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 constituting the first catalyst layer, CeO 2 , ZrO 2 , and a complex oxide containing Ce and Zr all functions as a support material for the noble metal. The noble metal is supported on these oxides.
Al 2 O 3 is a highly adhesive material and also has a function as an adhesion improver. Specifically, Al 2 O 3 improves the adhesion with the support and also the adhesion with the upper second catalyst layer. The first catalyst layer preferably contains the most Al 2 O 3 .

また、CeO、Ce及びZrを含む複合酸化物は、NOx捕捉剤として機能する。具体的には、これらのCeO系材料は、NOや貴金属により酸化されて生成したNOを捕捉する。Ce及びZrを含む複合酸化物は、Zrを含むことにより、構造安定性が向上する結果、耐熱性が向上する。
また、Ce及びZrを含む複合酸化物としては、Ce及びZrに加えて、少なくとも1種の希土類元素を含む複合酸化物が好ましく用いられる。希土類元素を含むことにより、複合酸化物の化学状態が変化する結果、NOxを捕捉可能な温度域を広げることができるからである。希土類元素としては、La、Nd、Pr、Sm等が挙げられる。
Further, the composite oxide containing CeO 2 , Ce and Zr functions as a NOx trap. Specifically, these CeO 2 -based materials capture NO 2 generated by being oxidized by NO or noble metals. The complex oxide containing Ce and Zr contains Zr, and as a result, the structural stability is improved and, as a result, the heat resistance is improved.
Further, as the composite oxide containing Ce and Zr, a composite oxide containing at least one rare earth element in addition to Ce and Zr is preferably used. This is because the inclusion of the rare earth element changes the chemical state of the composite oxide, so that the temperature range in which NOx can be captured can be expanded. Examples of rare earth elements include La, Nd, Pr, and Sm.

なお、第1触媒層は、上記の貴金属に加えて、Na、K、Cs等のアルカリ金属や、Mg、Sr、Ba等のアルカリ土類金属を含んでもよい。これらアルカリ金属やアルカリ土類金属は、上記の各酸化物に担持される。   The first catalyst layer may contain an alkali metal such as Na, K, or Cs, or an alkaline earth metal such as Mg, Sr, or Ba in addition to the above-described noble metal. These alkali metals and alkaline earth metals are supported on the above oxides.

第1触媒層の担持量は、担体の単位体積あたり50g/L〜400g/Lであることが好ましい。第1触媒層の担持量が50g/L未満である場合には、NOx捕捉剤が不足して十分なNOx捕捉能が得られない。また、第1触媒層の担持量が400g/Lを超える場合には、排気が流通できる体積が減少して排気の流速が速くなる等、排気の流通性が低下するため、NOx捕捉能を十分に発揮できない。   The supported amount of the first catalyst layer is preferably 50 g / L to 400 g / L per unit volume of the carrier. When the loading amount of the first catalyst layer is less than 50 g / L, the NOx trapping agent is insufficient and sufficient NOx trapping ability cannot be obtained. In addition, when the loading amount of the first catalyst layer exceeds 400 g / L, the exhaust flowability is reduced, for example, the volume in which the exhaust can flow is reduced and the exhaust flow rate is increased. It cannot be demonstrated.

第2触媒層は、第1触媒層上に形成され、3層構造の中間層として配置される。第2触媒層は、NOx還元能を有し、少なくともRhを含む貴金属と、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる。好ましくは、第2触媒層は、貴金属としてのRhと、Ce及びZrを含む複合酸化物と、からなる。 The second catalyst layer is formed on the first catalyst layer and disposed as an intermediate layer having a three-layer structure. The second catalyst layer has NOx reducing ability and is composed of a noble metal containing at least Rh and at least one selected from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 and a complex oxide containing Ce and Zr. Preferably, the second catalyst layer is made of Rh as a noble metal and a composite oxide containing Ce and Zr.

第2触媒層中の貴金属は、第1触媒層で捕捉されたNOxを、リッチのときに還元剤のCO、HC及びH等と反応させてNに直接還元させる機能と、NOxを還元剤によりNHに変換する機能とを併せ持つ。貴金属としては、Rhを必須とし、その他にPtやPd等を含んでもよい。貴金属量は、担体の単位体積あたり0.1g/L〜20g/Lであることが好ましく、より好ましくは、0.3g/L〜10g/Lである。貴金属量が0.1g/L未満である場合には、十分なNOx還元能が得られず、貴金属量が20g/Lを超える場合には、それ以上のNOx還元能の向上は得られず、コスト面から不利である。 The precious metal in the second catalyst layer has a function of reacting NOx trapped in the first catalyst layer with reducing agents such as CO, HC and H 2 when it is rich and directly reducing it to N 2 , and reducing NOx. It also has a function of converting to NH 3 by an agent. As the noble metal, Rh is essential, and in addition, Pt, Pd, or the like may be included. The amount of the noble metal is preferably 0.1 g / L to 20 g / L, more preferably 0.3 g / L to 10 g / L per unit volume of the support. When the amount of noble metal is less than 0.1 g / L, sufficient NOx reduction ability cannot be obtained, and when the amount of noble metal exceeds 20 g / L, further improvement of NOx reduction ability cannot be obtained. It is disadvantageous in terms of cost.

また、第2触媒層を構成するCeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種は、いずれも上記貴金属のサポート材として機能し、貴金属はこれらの酸化物に担持される。
第1触媒層と同様に、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物は、NOx捕捉剤として機能する。Ce及びZrを含む複合酸化物としては、上記で例示したものと同様のものが挙げられる。
Further, at least one selected from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 , and complex oxides containing Ce and Zr constituting the second catalyst layer functions as a support material for the noble metal, and the noble metal is oxidized by these It is carried on the object.
Similar to the first catalyst layer, CeO 2 , ZrO 2 and a composite oxide containing Ce and Zr function as a NOx trapping agent. Examples of the composite oxide containing Ce and Zr include the same ones as exemplified above.

第2触媒層の担持量は、担体の単位体積あたり100g/L以下であることが好ましい。第2触媒層の担持量が100g/Lを超える場合には、第1触媒層への排気の流通が不十分となり、触媒の機能を十分に発揮できなくなる。
また、第2触媒層の担持量は、担体の単位体積あたり10g/L〜100g/Lであることがより好ましい。第2触媒層の担持量が10g/L未満である場合には、Ptを含む第1触媒層と、後述するゼオライトを含む第3触媒層とを十分に離間させることができなくなり、Ptがゼオライトと相互作用することでNOx浄化率が低下する。
The supported amount of the second catalyst layer is preferably 100 g / L or less per unit volume of the support. When the amount of the second catalyst layer supported exceeds 100 g / L, the exhaust gas is not sufficiently circulated to the first catalyst layer, and the function of the catalyst cannot be exhibited sufficiently.
Further, the supported amount of the second catalyst layer is more preferably 10 g / L to 100 g / L per unit volume of the carrier. When the supported amount of the second catalyst layer is less than 10 g / L, the first catalyst layer containing Pt and the third catalyst layer containing zeolite described later cannot be sufficiently separated, and Pt becomes a zeolite. The NOx purification rate decreases due to the interaction.

第3触媒層は、第2触媒層上に形成され、3層構造の最上層として配置される。第3触媒層は、HC捕捉能及びNH捕捉能を有し、酸点を有する固体材料であるゼオライトからなる。
ゼオライトとしては、β型ゼオライト、MFI型ゼオライト、Y型ゼオライト、SZR型ゼオライト、FER型ゼオライト及びモルデナイト型ゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種のゼオライトを用いることができる。これらの各種ゼオライトに対して、H、Fe、Cu、V、Cs及びAgからなる群より選ばれる少なくとも1種を、混合、担持又はイオン交換したものが好ましく用いられる。中でも、Fe及びCuのうち少なくともいずれかを、混合、担持又はイオン交換したβゼオライトが好ましく用いられる。
The third catalyst layer is formed on the second catalyst layer and is disposed as the uppermost layer of the three-layer structure. The third catalyst layer is made of zeolite, which is a solid material having an HC capturing ability and an NH 3 capturing ability, and having acid sites.
As the zeolite, it is possible to use at least one zeolite selected from the group consisting of β-type zeolite, MFI-type zeolite, Y-type zeolite, SZR-type zeolite, FER-type zeolite and mordenite-type zeolite. With respect to these various zeolites, those obtained by mixing, supporting or ion-exchange at least one selected from the group consisting of H, Fe, Cu, V, Cs and Ag are preferably used. Among these, β zeolite in which at least one of Fe and Cu is mixed, supported, or ion exchanged is preferably used.

第3触媒層の担持量は、担体の単位体積あたり100g/L以下であることが好ましい。第3触媒層の担持量が100g/Lを超える場合には、NOx捕捉能を有する第1触媒層と、NOx還元能を有する第2触媒層への排気の流通が不十分となり、NOx捕捉能及びNOx還元能を十分に発揮できなくなる。
また、第3触媒層の担持量は、担体の単位体積あたり10g/L〜100g/Lであることがより好ましい。第3触媒層の担持量が10g/L未満である場合には、ゼオライトが有するNH捕捉能を十分に発揮できず、高いNOx浄化率が得られなくなる。
The supported amount of the third catalyst layer is preferably 100 g / L or less per unit volume of the carrier. When the supported amount of the third catalyst layer exceeds 100 g / L, the flow of exhaust gas to the first catalyst layer having NOx trapping ability and the second catalyst layer having NOx reducing ability becomes insufficient, and the NOx trapping ability In addition, the NOx reducing ability cannot be fully exhibited.
Further, the supported amount of the third catalyst layer is more preferably 10 g / L to 100 g / L per unit volume of the carrier. When the supported amount of the third catalyst layer is less than 10 g / L, the NH 3 trapping ability of the zeolite cannot be sufficiently exhibited, and a high NOx purification rate cannot be obtained.

なお、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層の総担持量は、担体の単位体積あたり450g/L以下であることが好ましい。総担持量が450g/Lを超える場合には、排気が流通できる体積が減少して排気の流速が速くなり、排気の流通性が低下するため、触媒機能を十分に発揮できなくなる。   The total supported amount of the first catalyst layer, the second catalyst layer, and the third catalyst layer is preferably 450 g / L or less per unit volume of the carrier. When the total supported amount exceeds 450 g / L, the volume through which the exhaust gas can flow is reduced, the flow rate of the exhaust gas is increased, and the flowability of the exhaust gas is reduced, so that the catalyst function cannot be fully exhibited.

次に、本実施形態に係る排気浄化触媒11を構成する第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層の中心粒子径について説明する。
ここで、本明細書において、「粒子径」とは、触媒製造時のスラリー中の粒子の直径のことと、触媒担持された状態での触媒粒子の直径のことを意味する。本明細書において、「中心粒子径」とは、これら二つの観点において何らかの手法を用いて粒子径分布を計測して、その分布の小さいほうからの積算が50%となる粒子径のことを意味する。スラリー中の粒子径の測定方法としては、レーザー回折式粒子径分布測定装置による測定等が挙げられ、触媒担持された状態での粒子径は、SEM等の観察による測定等が挙げられる。
Next, the center particle diameters of the first catalyst layer, the second catalyst layer, and the third catalyst layer that constitute the exhaust purification catalyst 11 according to the present embodiment will be described.
Here, in this specification, the “particle diameter” means the diameter of the particles in the slurry at the time of producing the catalyst and the diameter of the catalyst particles in a state where the catalyst is supported. In the present specification, the “center particle diameter” means a particle diameter in which the particle diameter distribution is measured by using any method in these two viewpoints and the integration from the smaller distribution is 50%. To do. Examples of the method for measuring the particle size in the slurry include measurement by a laser diffraction particle size distribution measuring device, and the particle size in a state where the catalyst is supported includes measurement by observation with an SEM or the like.

本実施形態に係る排気浄化触媒11では、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層のいずれにおいても、各触媒層を構成する粒子(以下、「触媒粒子」という。)の中心粒子径が4〜9μmの範囲内である。触媒粒子の中心粒子径がこの範囲内であれば、高い密着性が得られる。触媒粒子の中心粒子径が4μm未満である場合には、触媒粒子が小さ過ぎて触媒層が緻密になり過ぎるため、乾燥や焼成等の高温処理を伴う触媒の調製時に、触媒層にクラックが発生して密着性が低下する。また、高温に晒された場合に、触媒層にクラックが発生して密着性が低下するのを抑制できる。また、触媒粒子の中心粒子径が9μmを超える場合には、触媒粒子が大き過ぎるため、触媒粒子同士の接点が減少して密着性が低下する。   In the exhaust purification catalyst 11 according to the present embodiment, in any of the first catalyst layer, the second catalyst layer, and the third catalyst layer, central particles of particles (hereinafter referred to as “catalyst particles”) constituting each catalyst layer. The diameter is in the range of 4-9 μm. If the center particle diameter of the catalyst particles is within this range, high adhesion can be obtained. If the center particle diameter of the catalyst particles is less than 4 μm, the catalyst particles are too small and the catalyst layer becomes too dense, so cracks occur in the catalyst layer during catalyst preparation involving high-temperature treatment such as drying and firing. As a result, the adhesion decreases. Moreover, when exposed to high temperature, it can suppress that a crack generate | occur | produces in a catalyst layer and adhesiveness falls. Further, when the center particle diameter of the catalyst particles exceeds 9 μm, the catalyst particles are too large, so that the contacts between the catalyst particles are reduced and the adhesion is deteriorated.

また本実施形態に係る排気浄化触媒11では、第1触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、第1触媒層の上層に位置する第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きいことが好ましい。さらには、第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、第2触媒層の上層に位置する第3触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きいことが好ましい。これにより、層間で所謂アンカー効果が生じ、密着性が向上する。   In the exhaust purification catalyst 11 according to the present embodiment, the center particle diameter of the catalyst particles of the first catalyst layer is equal to or more than the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer located in the upper layer of the first catalyst layer. Is also preferably large. Furthermore, it is preferable that the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer is equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the third catalyst layer located in the upper layer of the second catalyst layer. Thereby, what is called an anchor effect arises between layers, and adhesiveness improves.

スラリー中の触媒粒子の中心粒子径は、次のようにして測定される。
先ず、各触媒層を構成する材料で調製されたスラリーについて、粒子径分布測定を実施し、粒子径分布プロファイルを得る。例えば、HORIBA製のレーザー回折散乱式粒子径分布測定装置「LA−950」を用いて、粒子径分布プロファイルを得る。得られた粒子径分布プロファイルにおいて、小さいほうから積算して50%となる粒子径を中心粒子径とする。なお、触媒粒子の粒子径分布は、担体に担持された状態においても、スラリーの状態における粒子径分布が維持される。
The center particle diameter of the catalyst particles in the slurry is measured as follows.
First, particle size distribution measurement is performed on the slurry prepared with the material constituting each catalyst layer to obtain a particle size distribution profile. For example, a particle size distribution profile is obtained using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device “LA-950” manufactured by HORIBA. In the obtained particle size distribution profile, the particle size that is 50% integrated from the smaller one is defined as the central particle size. Note that the particle size distribution of the catalyst particles is maintained in the slurry state even when the catalyst particles are supported on the carrier.

各触媒層の中心粒子径は、次のようにして制御される。
上述したように、粒子径分布は、担体に担持された状態においても、スラリーの状態における粒子径分布が維持される。そのため、スラリーの状態のときに触媒粒子の中心粒子径を制御することで、触媒層の中心粒子径を制御できる。具体的には、各触媒層を構成する材料(バインダを除く各触媒層の構成材料)と、バインダと、水を混合し、これをボールミルにより粉砕することで、触媒スラリーを調製する際に、ボールミルのボール径と粉砕時間を調整する。より詳しくは、予め実験を行ってボール径及び粉砕時間とスラリー中の触媒粒子の中心粒子径との関係を取得しておき、所望の中心粒子径となるように、ボール径と粉砕時間を設定することで、得られるスラリー中の触媒粒子の中心粒子径を制御できる。
The center particle diameter of each catalyst layer is controlled as follows.
As described above, the particle size distribution in the slurry state is maintained even when the particle size distribution is supported on the carrier. Therefore, the central particle diameter of the catalyst layer can be controlled by controlling the central particle diameter of the catalyst particles in the slurry state. Specifically, when preparing the catalyst slurry by mixing the material constituting each catalyst layer (the constituent material of each catalyst layer excluding the binder), the binder, and water, and pulverizing this with a ball mill, Adjust the ball diameter and grinding time of the ball mill. More specifically, the relationship between the ball diameter and pulverization time and the central particle diameter of the catalyst particles in the slurry is obtained by conducting an experiment in advance, and the ball diameter and pulverization time are set so that the desired central particle diameter is obtained. By doing so, the center particle diameter of the catalyst particles in the resulting slurry can be controlled.

なお、排気浄化触媒11の密着性は、次のようにして評価される。
先ず、排気浄化触媒11に対して、実車での使用環境を模擬した剥離試験を実施する。具体的には、水付け工程、熱処理工程、急冷工程、エアブロー工程及び振動工程を順次連続して行う剥離試験を実施する。剥離試験に供するテストピースは、1インチφ×30mmの大きさの担体に排気浄化触媒11を担持させたものを用いる。テストピースに担持させた排気浄化触媒11の剥離試験前後の重量を測定し、下記の数式(1)に従って算出される排気浄化触媒11の重量減少率により、排気浄化触媒11の密着性が評価される。具体的には、算出された重量減少率が大きいほど密着性が低いと評価され、算出された重量減少率が小さいほど密着性が高いと評価される。

重量減少率(%)=(試験前重量−試験後重量)/試験前重量×100・・・数式(1)
The adhesion of the exhaust purification catalyst 11 is evaluated as follows.
First, the exhaust purification catalyst 11 is subjected to a peeling test that simulates a use environment in an actual vehicle. Specifically, a peeling test is performed in which a watering process, a heat treatment process, a rapid cooling process, an air blowing process, and a vibration process are successively performed. As a test piece used for the peeling test, an exhaust purification catalyst 11 supported on a carrier having a size of 1 inch φ × 30 mm is used. The weight of the exhaust purification catalyst 11 carried on the test piece is measured before and after the peel test, and the adhesion of the exhaust purification catalyst 11 is evaluated by the weight reduction rate of the exhaust purification catalyst 11 calculated according to the following formula (1). The Specifically, the larger the calculated weight reduction rate, the lower the adhesion, and the lower the calculated weight reduction rate, the higher the adhesion.

Weight reduction rate (%) = (weight before test−weight after test) / weight before test × 100 Formula (1)

以上のような構成を備える本実施形態に係る排気浄化触媒11は、従来公知の調製方法を利用して製造される。好ましくは、ウォッシュコート法により調製される。
例えば、先ず、第1触媒層の構成材料を含むスラリーを調製し、このスラリーを用いて、ウォッシュコート法により担体上に第1触媒層を形成する。次いで、第2触媒層の構成材料を含むスラリーを調製し、このスラリーを用いて、ウォッシュコート法により第1触媒層上に第2触媒層を形成する。次いで、第3媒層の構成材料を含むスラリーを調製し、このスラリーを用いて、ウォッシュコート法により第2触媒層上に第3触媒層を形成する。これにより、本実施形態に係る3層構造の排気浄化触媒11が得られる。
なお、触媒の担持量は、各スラリー中の構成材料の含有量を調整したうえで、ウォッシュコート量を調整することにより調整できる。
The exhaust purification catalyst 11 according to the present embodiment having the above-described configuration is manufactured using a conventionally known preparation method. Preferably, it is prepared by a wash coat method.
For example, first, a slurry containing the constituent material of the first catalyst layer is prepared, and the first catalyst layer is formed on the support by a wash coat method using this slurry. Next, a slurry containing the constituent material of the second catalyst layer is prepared, and the second catalyst layer is formed on the first catalyst layer by a wash coat method using this slurry. Next, a slurry containing the constituent material of the third medium layer is prepared, and the third catalyst layer is formed on the second catalyst layer by a wash coat method using this slurry. Thereby, the exhaust purification catalyst 11 having a three-layer structure according to the present embodiment is obtained.
The amount of the catalyst supported can be adjusted by adjusting the washcoat amount after adjusting the content of the constituent materials in each slurry.

ここで、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層いずれも、各触媒層を構成する材料中に含まれる金属元素の酸化物からなるバインダを用いて調製することが好ましい。例えば第1触媒層は、好ましくはAlを最も多く含むことから、Al中に含まれるAl元素の酸化物からなるAlバインダを用いて調製することが好ましい。また、例えば第2触媒層は、好ましくはCe及びZrを含む複合酸化物を含むことから、Ce及びZrを含む複合酸化物中に一般的により多く含まれるZr元素の酸化物からなるZrOバインダを用いて調製することが好ましい。また、例えば第3触媒層は、ゼオライト中に一般的により多く含まれるSi元素の酸化物からなるSiOバインダを用いて調製することが好ましい。これにより、各触媒層において、触媒粒子同士の密着性が向上してクラック等の発生が抑制され、密着性が向上する。 Here, each of the first catalyst layer, the second catalyst layer, and the third catalyst layer is preferably prepared using a binder made of an oxide of a metal element contained in the material constituting each catalyst layer. For example, the first catalyst layer, preferably from the highest concentration of Al 2 O 3, is preferably prepared using an Al 2 O 3 binder consisting of oxides of Al element contained in the Al 2 O 3. Further, for example, since the second catalyst layer preferably includes a complex oxide containing Ce and Zr, a ZrO 2 binder composed of an oxide of a Zr element generally contained more in the complex oxide containing Ce and Zr. It is preferable to prepare using In addition, for example, the third catalyst layer is preferably prepared using a SiO 2 binder made of an oxide of Si element that is generally contained more in the zeolite. Thereby, in each catalyst layer, the adhesiveness of catalyst particles improves, generation | occurrence | production of a crack etc. is suppressed and adhesiveness improves.

また本実施形態では、第1触媒層を、第2触媒層及び第3触媒層と比べて、触媒層を構成する材料に対するバインダの使用量を少なくして調製することが好ましい。上述したように、第2触媒層は、密着性の低いCeO、ZrO、Ce及びZrを含む複合酸化物等で構成され、第3触媒層は、同じく密着性の低いゼオライトで構成されるのに対して、第1触媒層は、密着性の高いAlを含んで構成されるからである。具体的には、第1触媒層では、触媒層を構成する材料に対するバインダの使用量を3%以上とすることが好ましく、第2触媒層では、触媒層を構成する材料に対するバインダの使用量を6%以上とすることが好ましい。 In the present embodiment, it is preferable that the first catalyst layer is prepared with a smaller amount of binder used with respect to the material constituting the catalyst layer than the second catalyst layer and the third catalyst layer. As described above, the second catalyst layer is composed of a complex oxide containing CeO 2 , ZrO 2 , Ce, and Zr with low adhesion, and the third catalyst layer is composed of zeolite with low adhesion. In contrast, the first catalyst layer includes Al 2 O 3 having high adhesion. Specifically, in the first catalyst layer, the amount of binder used relative to the material constituting the catalyst layer is preferably 3% or more, and in the second catalyst layer, the amount of binder used relative to the material constituting the catalyst layer is set to be 3% or more. It is preferable to set it to 6% or more.

次に、本実施形態に係る排気浄化触媒11におけるNOxの浄化作用について説明する。
先ず、排気の空燃比がリーンのときには、排気中のOと、NOxの大部分を占めるNOとが、第3触媒層及び第2触媒層を通過して第1触媒層に到達し、第1触媒層中に含まれるPt等の貴金属の作用により反応し、NOが生成する。生成したNOは、第1触媒層中に含まれるCeOやCe及びZrを含む複合酸化物に捕捉される。
Next, the NOx purification action of the exhaust purification catalyst 11 according to this embodiment will be described.
First, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, O 2 in the exhaust gas and NO occupying most of the NOx pass through the third catalyst layer and the second catalyst layer and reach the first catalyst layer. It reacts by the action of a noble metal such as Pt contained in one catalyst layer to generate NO 2 . The produced NO 2 is captured by the complex oxide containing CeO 2 , Ce and Zr contained in the first catalyst layer.

次いで、排気の空燃比をストイキ又はリッチとすると、排気中のCOとHOとが水性ガスシフト反応し、COとHが生成する。また、排気中のHCがHOと反応し、CO及びCOとともにHが生成する。さらに、排気中のNOx及び第1触媒層中に捕捉されていたNOx(NO及びNO)と、生成したHやHCが、第1触媒層中に含まれているPt等の貴金属の作用により反応し、NH及びHOが生成する。生成したNHは、NH の形で第3触媒層中に含まれるゼオライトに捕捉される。
またこのとき、リーンのときに捕捉されたNOxが、第2触媒層中に含まれているRh等の貴金属の作用により還元剤のCO、HC及びH等と反応し、Nに直接還元される。この直接還元が進行することで、NOx浄化率が飛躍的に高まる。
Next, when the air-fuel ratio of the exhaust is stoichiometric or rich, CO and H 2 O in the exhaust undergo a water gas shift reaction to generate CO 2 and H 2 . In addition, HC in the exhaust gas reacts with H 2 O, and H 2 is generated together with CO and CO 2 . Further, NOx in the exhaust gas, NOx trapped in the first catalyst layer (NO 2 and NO), and the generated H 2 and HC are functions of noble metals such as Pt contained in the first catalyst layer. To produce NH 3 and H 2 O. The produced NH 3 is trapped in the zeolite contained in the third catalyst layer in the form of NH 4 + .
At this time, the NOx trapped in the lean state reacts with the reducing agents such as CO, HC and H 2 by the action of noble metals such as Rh contained in the second catalyst layer, and is directly reduced to N 2. Is done. As this direct reduction proceeds, the NOx purification rate increases dramatically.

次いで、排気の空燃比を再びリーンとすると、上述したように排気中のNOxが第1触媒層中に捕捉されるとともに、第3触媒層中のゼオライトに捕捉されていたNHと、排気中のNOx及びOとが反応し、NとHOが生成する。これにより、NOxがNに還元浄化される。またこのとき、第3触媒層は最上層に配置されているため、NOxの還元浄化により生成したNは、効率良く放出される。 Next, when the exhaust air-fuel ratio is made lean again, as described above, NOx in the exhaust is trapped in the first catalyst layer, NH 3 trapped in the zeolite in the third catalyst layer, and in the exhaust NOx and O 2 react to form N 2 and H 2 O. Thus, NOx is reduced and purified to N 2. At this time, since the third catalyst layer is disposed in the uppermost layer, N 2 generated by the reduction and purification of NOx is released efficiently.

なお、本実施形態に係る排気浄化触媒11は、150〜400℃において、高いNOx浄化性能を発揮する特性を有する。また、従来のアルカリ金属やアルカリ土類金属を主体とした排気浄化触媒では、SOx被毒されたときの触媒の再生処理に700℃程度の昇温が必要であったところ、本実施形態に係る排気浄化触媒11は、600℃程度の昇温で触媒を再生できる。そのため、SOx被毒されたときの触媒の再生処理に必要な昇温エネルギを抑制でき、ひいては燃費を向上できる。   Note that the exhaust purification catalyst 11 according to the present embodiment has a characteristic of exhibiting high NOx purification performance at 150 to 400 ° C. Further, in the conventional exhaust purification catalyst mainly composed of alkali metal or alkaline earth metal, a temperature increase of about 700 ° C. is necessary for the regeneration treatment of the catalyst when it is poisoned with SOx. The exhaust purification catalyst 11 can regenerate the catalyst at a temperature rise of about 600 ° C. Therefore, it is possible to suppress the temperature rising energy necessary for the regeneration process of the catalyst when it is poisoned with SOx, thereby improving the fuel consumption.

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、少なくともPtを含む貴金属と、Alと、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる第1触媒層と、少なくともRhを含む貴金属と、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる第2触媒層と、ゼオライトからなる第3触媒層と、をこの順に積層することで、排気浄化触媒11を形成する。即ち、NOx捕捉能を有する第1触媒層と、NOx還元能を有する第2触媒層と、NH及びHC捕捉能を有する第3触媒層と、がこの順に積層されるため、NOxを効率良く還元浄化できる。
また、本実施形態では、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層のいずれにおいても、各触媒層を構成する触媒粒子の中心粒子径を4〜9μmとする。これにより、各触媒層を構成する触媒粒子が小さ過ぎて触媒層が緻密になり過ぎることがないため、乾燥や焼成等の高温処理を伴う触媒の調製時に、触媒層にクラックが発生して密着性が低下するのを抑制できる。また、高温に晒された場合に、触媒層にクラックが発生して密着性が低下するのを抑制できる。また、各触媒層を構成する触媒粒子が大き過ぎることがないため、触媒粒子同士の接点が減少して密着性が低下するのを抑制できる。従って、本実施形態によれば、高い密着性を有し、製造時や使用時における剥離を抑制できる排気浄化触媒を提供できる。
According to this embodiment, the following effects are produced.
In the present embodiment, a first catalyst layer comprising a noble metal containing at least Pt, Al 2 O 3, and at least one selected from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 and a composite oxide containing Ce and Zr, A second catalyst layer consisting of a noble metal containing at least Rh and at least one selected from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 and a complex oxide containing Ce and Zr, and a third catalyst layer consisting of zeolite, Are stacked in this order to form the exhaust purification catalyst 11. That is, the first catalyst layer having a NOx trapping ability, since the second catalyst layer having a NOx reduction ability, a third catalyst layer having a NH 3 and HC trapping ability, which but are stacked in this order, efficiently NOx Reduce and purify.
Moreover, in this embodiment, the center particle diameter of the catalyst particle which comprises each catalyst layer shall be 4-9 micrometers in any of a 1st catalyst layer, a 2nd catalyst layer, and a 3rd catalyst layer. As a result, the catalyst particles constituting each catalyst layer are not too small and the catalyst layer is not too dense. It is possible to suppress the deterioration of the property. Moreover, when exposed to high temperature, it can suppress that a crack generate | occur | produces in a catalyst layer and adhesiveness falls. Moreover, since the catalyst particle which comprises each catalyst layer is not too large, it can suppress that the contact of catalyst particles reduces and adhesiveness falls. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an exhaust purification catalyst that has high adhesion and can suppress separation at the time of manufacture and use.

また本実施形態では、第1触媒層の触媒粒子の中心粒子径を、当該第1触媒層の上層に位置する第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きくする。また、第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径を、当該第2触媒層の上層に位置する第3触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きくする。これにより、層間において、上層の触媒層を構成する粒子が下層の空隙内に侵入し易くなり、所謂アンカー効果が生じる。従って、本実施形態によれば、層間での密着性をより向上でき、層間剥離をより抑制できる。   In the present embodiment, the center particle diameter of the catalyst particles of the first catalyst layer is made equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer located in the upper layer of the first catalyst layer. Further, the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer is made equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the third catalyst layer located in the upper layer of the second catalyst layer. This makes it easier for the particles constituting the upper catalyst layer to enter the lower space between the layers, so-called anchor effect occurs. Therefore, according to the present embodiment, adhesion between layers can be further improved, and delamination can be further suppressed.

また本実施形態では、第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層いずれも、各触媒層を構成する材料中に含まれる金属元素の酸化物からなるバインダを用いて調製する。例えば第1触媒層は、好ましくはAlが最も多く含まれることから、Al中に含まれるAl元素の酸化物からなるAlバインダを用いて調製する。また、例えば第2触媒層は、好ましくはCe及びZrを含む複合酸化物が含まれることから、Ce及びZrを含む複合酸化物中に一般的により多く含まれるZr元素の酸化物からなるZrOバインダを用いて調製する。また、例えば第3触媒層は、ゼオライト中に多く含まれるSi元素の酸化物からなるSiOバインダを用いて調製する。
ここで、Alバインダ、ZrOバインダ及びSiOバインダは、いずれも、ゾルとして分散している各粒子の表面に水酸基を多く有し、この水酸基が、各触媒層を構成する触媒粒子間の空隙内に入り込んで熱により反応し、触媒粒子同士を結合させる。このとき、各バインダは、各触媒層を構成する材料中に含まれる金属元素の酸化物からなるため、各触媒層中の触媒粒子との反応がスムーズに進行する。従って、本実施形態によれば、各触媒層において、触媒粒子同士の密着性が向上するためクラック等の発生が抑制される結果、密着性をより向上でき、剥離をより抑制できる。
In the present embodiment, all of the first catalyst layer, the second catalyst layer, and the third catalyst layer are prepared using a binder made of an oxide of a metal element contained in a material constituting each catalyst layer. For example, the first catalyst layer is preferably prepared using an Al 2 O 3 binder made of an oxide of an Al element contained in Al 2 O 3 because Al 2 O 3 is most often contained. Further, for example, since the second catalyst layer preferably includes a complex oxide containing Ce and Zr, ZrO 2 composed of an oxide of a Zr element that is generally more contained in the complex oxide containing Ce and Zr. Prepare with a binder. Further, for example, the third catalyst layer is prepared by using a SiO 2 binder made of an oxide of Si element contained in a large amount in zeolite.
Here, the Al 2 O 3 binder, the ZrO 2 binder, and the SiO 2 binder all have a large amount of hydroxyl groups on the surface of each particle dispersed as a sol, and the hydroxyl groups constitute the catalyst particles. It enters into the space between them and reacts by heat to bond the catalyst particles together. At this time, since each binder is made of an oxide of a metal element contained in the material constituting each catalyst layer, the reaction with the catalyst particles in each catalyst layer proceeds smoothly. Therefore, according to this embodiment, in each catalyst layer, the adhesion between the catalyst particles is improved, so that the occurrence of cracks and the like is suppressed. As a result, the adhesion can be further improved and the peeling can be further suppressed.

また本実施形態では、第1触媒層を、第2触媒層及び第3触媒層と比べて、触媒層を構成する材料に対するバインダの使用量を少なくして調製する。上述したように、第2触媒層は、密着性の低いCeO、ZrO、Ce及びZrを含む複合酸化物等で構成され、第3触媒層は、同じく密着性の低いゼオライトで構成されるのに対して、第1触媒層は、密着性の高いAlを含んで構成される。そのため、本実施形態によれば、第2触媒層及び第3触媒層よりも少量のバインダで第1触媒層を調製することにより、材料費を抑制しつつ、高い密着性を有する排気浄化触媒11が得られる。 In the present embodiment, the first catalyst layer is prepared by reducing the amount of binder used with respect to the material constituting the catalyst layer as compared with the second catalyst layer and the third catalyst layer. As described above, the second catalyst layer is composed of a complex oxide containing CeO 2 , ZrO 2 , Ce, and Zr with low adhesion, and the third catalyst layer is composed of zeolite with low adhesion. On the other hand, the first catalyst layer includes Al 2 O 3 having high adhesion. Therefore, according to the present embodiment, by preparing the first catalyst layer with a smaller amount of binder than the second catalyst layer and the third catalyst layer, the exhaust purification catalyst 11 having high adhesion while suppressing the material cost. Is obtained.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

本実施例では、以下の表1に示される第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層を順次積層してなる排気浄化触媒をベースとして、種々の検証を行った。即ち、以下の各検証において、特に断りの無い限り、作製した排気浄化触媒は表1に示す構成を有するものとした。   In this example, various verifications were performed based on an exhaust purification catalyst obtained by sequentially laminating a first catalyst layer, a second catalyst layer, and a third catalyst layer shown in Table 1 below. That is, in each of the following verifications, the produced exhaust purification catalyst has the configuration shown in Table 1 unless otherwise specified.

[ボール径及び粉砕時間と中心粒子径との関係]
表1の第1触媒層を例に挙げ、上述した中心粒子径の制御方法に従って、ボール径及び粉砕時間と中心粒子径との関係について検証した。具体的には、ボール径及び粉砕時間を変化させたときのスラリー中の触媒粒子の中心粒子径を測定した。中心粒子径の測定は、上述した測定方法に従って実施した。結果を表2に示す。
[Relationship between ball diameter and grinding time and center particle diameter]
Taking the first catalyst layer in Table 1 as an example, the relationship between the ball diameter and pulverization time and the center particle diameter was verified according to the method for controlling the center particle diameter described above. Specifically, the center particle diameter of the catalyst particles in the slurry when the ball diameter and the grinding time were changed was measured. The measurement of the center particle diameter was performed according to the measurement method described above. The results are shown in Table 2.

表2の結果から、ボール径が大きくなるほど中心粒子径が大きくなり、粉砕時間が長くなるほど中心粒子径が小さくなることが分かった。また、例えばボール径を5〜20mmとし、粉砕時間を6〜10時間とすることにより、中心粒子径を4〜9μmに制御できることが分かった。なお、これについては、第1触媒層のみならず第2触媒層及び第3触媒層においても同様のことが言えることが確認されている。   From the results in Table 2, it was found that the larger the ball diameter, the larger the central particle diameter, and the longer the grinding time, the smaller the central particle diameter. For example, it was found that the center particle diameter can be controlled to 4 to 9 μm by setting the ball diameter to 5 to 20 mm and the pulverization time to 6 to 10 hours. It has been confirmed that the same can be said for the second catalyst layer and the third catalyst layer as well as the first catalyst layer.

[中心粒子径と密着性との関係]
先ず、触媒粒子の中心粒子径と密着性との関係について、検証を行った。具体的には、Alと、Ce及びZrを含む複合酸化物(以下、「CeO−ZrO」という。)との重量比が異なる4種類の触媒層(貴金属含有)それぞれについて、触媒粒子の中心粒子径を変化させたものを単層として作製した。触媒層の作製には、上述した従来公知の調製方法を用いた。作製した各触媒層について、上述の剥離試験を実施し、上述の数式(1)に従って重量減少率を算出した。
[Relationship between center particle size and adhesion]
First, the relationship between the center particle diameter of the catalyst particles and the adhesion was verified. Specifically, for each of four types of catalyst layers (containing noble metals) having different weight ratios between Al 2 O 3 and a composite oxide containing Ce and Zr (hereinafter referred to as “CeO 2 —ZrO 2 ”), A catalyst layer having a changed center particle diameter was prepared as a single layer. For the preparation of the catalyst layer, the above-described conventionally known preparation method was used. About each produced catalyst layer, the above-mentioned peeling test was implemented and the weight reduction rate was computed according to the above-mentioned Numerical formula (1).

図2は、触媒粒子の中心粒子径と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。図2から明らかであるように、いずれの触媒層においても、触媒粒子の中心粒子径が4〜9μmであるときに重量減少率が小さくなることが分かった。より詳しくは、AlとCeO−ZrOの両者を含む触媒層(つまり、本発明の第1触媒層に相当)では、中心粒子径が4〜9μmであるときに重量減少率が5%以下となり、Alの重量比が0、つまりCeO−ZrOのみの触媒層(つまり、本発明の第2触媒層に相当)では、中心粒子径が4〜9μmであるときに重量減少率が15%以下となることが分かった。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the center particle diameter of the catalyst particles and the weight reduction rate after the peel test. As is clear from FIG. 2, in any catalyst layer, it was found that the weight reduction rate was small when the central particle diameter of the catalyst particles was 4 to 9 μm. More specifically, in a catalyst layer containing both Al 2 O 3 and CeO 2 —ZrO 2 (that is, corresponding to the first catalyst layer of the present invention), the weight reduction rate is when the center particle diameter is 4 to 9 μm. When the weight ratio of Al 2 O 3 is 0, that is, when the center particle diameter is 4 to 9 μm in a catalyst layer containing only CeO 2 —ZrO 2 (ie, corresponding to the second catalyst layer of the present invention) It was found that the weight reduction rate was 15% or less.

この結果から、AlとCeO−ZrOとの重量比によらず、本発明の第1触媒層及び第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径が4〜9μmである場合には、高い密着性が得られることが確認された。また、Alの重量比が0、つまりCeO−ZrOのみの第2触媒層では、密着性の高いAlを含んでいないため、AlとCeO−ZrOの両者を含む第1触媒層と比べて重量減少率が大きいことも確認された。
なお、触媒粒子の中心粒子径が4〜9μmである場合に高い密着性が得られる点については、ゼオライトからなる本発明の第3触媒層においても同様であることが確認されている。
The results, regardless of the weight ratio of Al 2 O 3 and CeO 2 -ZrO 2, when the central particle size of the catalyst particles in the first catalyst layer and the second catalyst layer of the present invention is 4~9μm is It was confirmed that high adhesion was obtained. In addition, since the second catalyst layer having a weight ratio of Al 2 O 3 of 0, that is, only CeO 2 —ZrO 2 does not contain Al 2 O 3 having high adhesion, Al 2 O 3 and CeO 2 —ZrO 2 It was also confirmed that the weight reduction rate was larger than that of the first catalyst layer containing both of the above.
In addition, it is confirmed that the same is true for the third catalyst layer of the present invention made of zeolite, in that high adhesion can be obtained when the center particle diameter of the catalyst particles is 4 to 9 μm.

[上層及び下層の中心粒子径と密着性との関係]
次に、互いに隣接する触媒層(上層及び下層)の中心粒子径と密着性との関係について、検証を行った。具体的には、上層を構成する触媒粒子の中心粒子径と、下層を構成する触媒粒子の中心粒子径とが同等のものと異なるものを作製した。具体的には、下層の触媒層として、Pt、Pd、Rh、Al及びCeO−ZrOからなる触媒層を作製し、上層の触媒層として、Pd、Al及びCeO−ZrOからなる触媒層を作製した。触媒層の作製には、上述した従来公知の調製方法を用いた。作製した各触媒層について、上述の剥離試験を実施し、上述の数式(1)に従って重量減少率を算出した。
[Relationship between center particle size and adhesion of upper layer and lower layer]
Next, the relationship between the center particle diameter of the catalyst layers (upper layer and lower layer) adjacent to each other and the adhesion was verified. Specifically, a catalyst having a particle diameter different from that of the catalyst particles constituting the upper layer and the catalyst particles constituting the lower layer was produced. Specifically, a catalyst layer made of Pt, Pd, Rh, Al 2 O 3 and CeO 2 —ZrO 2 is prepared as the lower catalyst layer, and Pd, Al 2 O 3 and CeO 2 are used as the upper catalyst layer. A catalyst layer made of -ZrO 2 was prepared. For the preparation of the catalyst layer, the above-described conventionally known preparation method was used. About each produced catalyst layer, the above-mentioned peeling test was implemented and the weight reduction rate was computed according to the above-mentioned Numerical formula (1).

図3は、上層と下層の中心粒子径と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。図3から明らかであるように、上層の中心粒子径と下層の中心粒子径がいずれも4μmで小さい場合と、上層の中心粒子径が4μmで小さく下層の中心粒子径が9μmで大きい場合には、重量減少率が1%以下であることが分かった。これに対して、上層の中心粒子径が9μmで大きく下層の中心粒子径が4μmで小さい場合には、重量減少率が1%を超えていることが分かった。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the center particle diameters of the upper layer and the lower layer and the weight reduction rate after the peel test. As is clear from FIG. 3, when both the upper layer and the lower layer have a center particle size of 4 μm, and when the upper layer has a center particle size of 4 μm and the lower layer has a center particle size of 9 μm, The weight reduction rate was found to be 1% or less. On the other hand, when the center particle diameter of the upper layer was 9 μm and the center particle diameter of the lower layer was small, 4 μm, it was found that the weight reduction rate exceeded 1%.

この結果から、下層の中心粒子径が、上層の中心粒子径と同等又はそれよりも大きい場合には、高い密着性が得られることが確認された。即ち、第1触媒層の中心粒子径を第2触媒層の中心粒子径と同等又はそれよりも大きくし、第2触媒層の中心粒子径を第3触媒層の中心粒子径と同等又はそれよりも大きくすることにより、高い密着性が得られることが確認された。これは、下層の中心粒子径が上層の中心粒子径と同等又はそれよりも大きい場合には、図3中に模式的に示した触媒粒子から明らかであるように、上層の触媒粒子が下層の触媒粒子間の空隙内に侵入し易くなり、所謂アンカー効果が生じるためであると考えられた。   From this result, it was confirmed that high adhesion can be obtained when the center particle diameter of the lower layer is equal to or larger than the center particle diameter of the upper layer. That is, the center particle diameter of the first catalyst layer is equal to or greater than the center particle diameter of the second catalyst layer, and the center particle diameter of the second catalyst layer is equal to or greater than the center particle diameter of the third catalyst layer. It was confirmed that high adhesion can be obtained by increasing the thickness. This is because when the center particle size of the lower layer is equal to or larger than the center particle size of the upper layer, the upper layer catalyst particles are lower than the lower layer, as is apparent from the catalyst particles schematically shown in FIG. It was thought that this was because the so-called anchor effect occurred because it easily entered the voids between the catalyst particles.

上記のようにして作製した上層と下層の中心粒子径を変化させたものについて、剥離試験前後の断面観察を実施した。断面観察には、SEMを用いた。結果を図4〜図8に示す。
図4は、上層の中心粒子径を4μm、下層の中心粒子径を9μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。図5は、上層の中心粒子径を4μm、下層の中心粒子径を4μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。図6は、上層の中心粒子径を6μm、下層の中心粒子径を6μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。図7は、上層の中心粒子径を9μm、下層の中心粒子径を9μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。図8は、上層の中心粒子径を9μm、下層の中心粒子径を4μmとしたときの剥離試験前後の断面観察結果を示す図である。
Cross-sectional observations before and after the peel test were performed on the upper layer and the lower layer with the center particle diameters changed as described above. SEM was used for cross-sectional observation. The results are shown in FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing cross-sectional observation results before and after the peel test when the center particle diameter of the upper layer is 4 μm and the center particle diameter of the lower layer is 9 μm. FIG. 5 is a diagram showing cross-sectional observation results before and after the peel test when the center particle diameter of the upper layer is 4 μm and the center particle diameter of the lower layer is 4 μm. FIG. 6 is a diagram showing cross-sectional observation results before and after the peel test when the center particle diameter of the upper layer is 6 μm and the center particle diameter of the lower layer is 6 μm. FIG. 7 is a diagram showing cross-sectional observation results before and after the peel test when the center particle diameter of the upper layer is 9 μm and the center particle diameter of the lower layer is 9 μm. FIG. 8 is a diagram showing cross-sectional observation results before and after the peel test when the center particle diameter of the upper layer is 9 μm and the center particle diameter of the lower layer is 4 μm.

図4〜図7に示すように、下層の中心粒子径が上層の中心粒子径と同等又はそれよりも大きい場合には、剥離試験後においても上層の触媒層は剥離することなく残存しており、高い密着性を有していることが確認された。
これに対して、図8に示すように、下層の中心粒子径が上層の中心粒子径よりも小さい場合には、剥離試験により上層の触媒層が完全に剥離しており、密着性が十分でないことが確認された。
As shown in FIGS. 4 to 7, when the center particle diameter of the lower layer is equal to or larger than the center particle diameter of the upper layer, the upper catalyst layer remains without peeling even after the peeling test. It was confirmed that it has high adhesion.
On the other hand, as shown in FIG. 8, when the center particle diameter of the lower layer is smaller than the center particle diameter of the upper layer, the upper catalyst layer is completely peeled by the peel test, and the adhesion is not sufficient. It was confirmed.

[バインダ種と密着性との関係]
次に、本発明の第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層の各触媒層に用いられるバインダの種類と密着性との関係について、検証を行った。具体的には、各触媒層のバインダ量を全て3%とし、各触媒層についてバインダ種の異なるものを作製した。触媒層の作製には、上述した従来公知の調製方法を用いた。作製した各触媒層について、上述の剥離試験を実施し、上述の数式(1)に従って重量減少率を算出した。
[Relationship between binder type and adhesion]
Next, it verified about the relationship between the kind of binder used for each catalyst layer of the 1st catalyst layer of this invention, the 2nd catalyst layer, and the 3rd catalyst layer, and adhesiveness. Specifically, the amount of binder in each catalyst layer was 3%, and different types of binder were produced for each catalyst layer. For the preparation of the catalyst layer, the above-described conventionally known preparation method was used. About each produced catalyst layer, the above-mentioned peeling test was implemented and the weight reduction rate was computed according to the above-mentioned Numerical formula (1).

図9は、第1触媒層におけるバインダ種と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。図9に示すように、ZrOバインダを使用した場合よりも、Alバインダを使用した場合の方が、重量減少率が小さく、より高い密着性を有していることが分かった。この結果から、第1触媒層を構成するAl中に含まれるAl元素の酸化物からなるAlバインダを用いて第1触媒層を調製することにより、密着性をより向上できることが確認された。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the binder type in the first catalyst layer and the weight reduction rate after the peel test. As shown in FIG. 9, it was found that the weight reduction rate was smaller and the adhesiveness was higher when the Al 2 O 3 binder was used than when the ZrO 2 binder was used. From this result, the adhesiveness can be further improved by preparing the first catalyst layer using an Al 2 O 3 binder made of an oxide of Al element contained in Al 2 O 3 constituting the first catalyst layer. Was confirmed.

図10は、第2触媒層におけるバインダ種と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。図10に示すように、Alバインダを使用した場合よりも、ZrOバインダを使用した場合の方が、重量減少率が小さく、より高い密着性を有していることが分かった。この結果から、第2触媒層を構成するCe及びZrを含む複合酸化物中に一般的により多く含まれるZr元素の酸化物からなるZrOバインダを用いて第2触媒層を調製することにより、密着性を向上できることが確認された。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the binder type in the second catalyst layer and the weight reduction rate after the peel test. As shown in FIG. 10, it was found that the weight reduction rate was smaller and the adhesiveness was higher when the ZrO 2 binder was used than when the Al 2 O 3 binder was used. From this result, by preparing the second catalyst layer using a ZrO 2 binder composed of an oxide of a Zr element that is generally contained more in the complex oxide containing Ce and Zr constituting the second catalyst layer, It was confirmed that the adhesion could be improved.

図11は、第3触媒層におけるバインダ種と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。図11に示すように、Alバインダを使用した場合よりも、SiOバインダを使用した場合の方が、重量減少率が小さく、より高い密着性を有していることが分かった。この結果から、第3触媒層を構成するゼオライト中に多く含まれるSi元素の酸化物からなるSiOバインダを用いて第3触媒層を調製することにより、密着性を向上できることが確認された。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the binder type in the third catalyst layer and the weight reduction rate after the peel test. As shown in FIG. 11, it was found that the weight reduction rate was smaller and the adhesiveness was higher when the SiO 2 binder was used than when the Al 2 O 3 binder was used. From this result, it was confirmed that the adhesion could be improved by preparing the third catalyst layer using a SiO 2 binder composed of an oxide of Si element contained in a large amount in the zeolite constituting the third catalyst layer.

[バインダ量と密着性との関係]
次に、本発明の第1触媒層、第2触媒層及び第3触媒層の各触媒層に用いられるバインダ量と密着性との関係について、検証を行った。具体的には、各触媒層について、上記の検証で密着性向上の観点から好ましいとされたバインダ種(つまり、第1触媒層ではAlバインダ、第2触媒層ではZrOバインダ、第3触媒層ではSiOバインダ)のバインダ量を変化させたものを作製した。触媒層の作製には、上述した従来公知の調製方法を用いた。作製した各触媒層について、上述の剥離試験を実施し、上述の数式(1)に従って重量減少率を算出した。
[Relationship between binder amount and adhesion]
Next, it verified about the relationship between the amount of binders used for each catalyst layer of the 1st catalyst layer of the present invention, the 2nd catalyst layer, and the 3rd catalyst layer, and adhesiveness. Specifically, for each catalyst layer, the binder type that is considered preferable from the viewpoint of improving adhesion in the above verification (that is, Al 2 O 3 binder in the first catalyst layer, ZrO 2 binder in the second catalyst layer, The three catalyst layers were prepared by changing the amount of the binder (SiO 2 binder). For the preparation of the catalyst layer, the above-described conventionally known preparation method was used. About each produced catalyst layer, the above-mentioned peeling test was implemented and the weight reduction rate was computed according to the above-mentioned Numerical formula (1).

図12は、各触媒層におけるバインダ量と剥離試験後の重量減少率との関係を示す図である。図12に示すように、AlとCeO−ZrOの両者を含む第1触媒層では、Alが密着性向上剤として機能するため、触媒層に対するバインダの重量%が3%以上であれば、重量減少率が十分に小さく、高い密着性が得られることが確認された。
これに対して、Alを含まずCeO−ZrOからなる第2触媒層と、同じくAlを含まずゼオライトからなる第3触媒層では、十分に小さい重量減少率を得るためには、触媒層に対するバインダの重量%を6%以上としなければならないことが分かった。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the binder amount in each catalyst layer and the weight reduction rate after the peel test. As shown in FIG. 12, in the first catalyst layer containing both Al 2 O 3 and CeO 2 —ZrO 2 , since Al 2 O 3 functions as an adhesion improver, the weight percentage of the binder with respect to the catalyst layer is 3 % Or more, it was confirmed that the weight reduction rate was sufficiently small and high adhesion was obtained.
In contrast, a second catalyst layer formed of CeO 2 -ZrO 2 free of Al 2 O 3, in the same third catalyst layer comprising a zeolite free of Al 2 O 3, to obtain a sufficiently small weight loss In order to achieve this, it has been found that the weight percentage of the binder with respect to the catalyst layer must be 6% or more.

1…エンジン(内燃機関)
2…排気管(排気通路)
10…排気浄化装置
11…排気浄化触媒
1. Engine (internal combustion engine)
2 ... Exhaust pipe (exhaust passage)
10 ... Exhaust purification device 11 ... Exhaust purification catalyst

Claims (3)

内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxを捕捉し、捕捉したNOxを排気の空燃比がストイキ又はリッチのときに放出して還元浄化する排気浄化触媒であって、
担体上に設けられ、少なくともPtを含む貴金属と、Alと、CeO、ZrO並びにCe及びZrを含む複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種と、からなる第1触媒層と、
前記第1触媒層上に設けられ、少なくともRhを含む貴金属と、e及びZrを含む複合酸化物、からなる第2触媒層と、
前記第2触媒層上に設けられ、ゼオライトからなる第3触媒層と、からなり、
前記第1触媒層、前記第2触媒層及び前記第3触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、4〜9μmであり、
前記第1触媒層は、Al を最も多く含み、かつ、Al からなるバインダを用いて調製され、
前記第2触媒層は、ZrO からなるバインダを用いて調製され、
前記第3触媒層は、SiO からなるバインダを用いて調製されることを特徴とする排気浄化触媒。
An exhaust purification catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, captures NOx in exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean, and releases and reduces the captured NOx when the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric or rich Because
A first catalyst layer provided on a support and comprising a noble metal containing at least Pt, Al 2 O 3, and at least one selected from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 and a composite oxide containing Ce and Zr. When,
Provided on the first catalyst layer, and a noble metal including at least Rh, a composite oxide containing C e and Zr, and a second catalyst layer formed of,
A third catalyst layer provided on the second catalyst layer and made of zeolite,
The first catalyst layer, the center particle size of the catalyst particles of the second catalyst layer and the third catalyst layer, Ri 4~9μm der,
The first catalyst layer contains the most Al 2 O 3 and is prepared using a binder made of Al 2 O 3 .
The second catalyst layer is prepared using a binder made of ZrO 2 ,
The third catalyst layer, the exhaust gas purifying catalyst, wherein Rukoto be prepared using binder consisting of SiO 2.
前記第1触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、前記第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きく、
前記第2触媒層の触媒粒子の中心粒子径が、前記第3触媒層の触媒粒子の中心粒子径と同等又はそれよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化触媒。
The center particle diameter of the catalyst particles of the first catalyst layer is equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer,
The exhaust purification catalyst according to claim 1, wherein the center particle diameter of the catalyst particles of the second catalyst layer is equal to or larger than the center particle diameter of the catalyst particles of the third catalyst layer.
前記第1触媒層が、前記第2触媒層及び前記第3触媒層と比べて、触媒層を構成する材料に対する前記バインダの使用量を少なくして調製されることを特徴とする請求項1又は2に記載の排気浄化触媒。 Wherein the first catalyst layer, the second as compared with the catalyst layer and the third catalyst layer, according to claim 1 or, characterized in that for the material constituting the catalyst layer is prepared by reducing the amount of the binder 2. The exhaust purification catalyst according to 2.
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