JP6748590B2 - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents

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本発明は、エンジン排ガス中の窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)を同時に浄化する排ガス浄化触媒に関し、特に高いNOx浄化性能が得られる排ガス浄化触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst that simultaneously purifies nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) in engine exhaust gas, and particularly relates to an exhaust gas purifying catalyst that can obtain high NOx purification performance.

自動車等の内燃機関から排出される排ガス中には、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)などが含まれている。
このうちNOやNOなどのNOxは、人体への影響がある大気汚染物質であり、また、NOは地球温暖化を促進する温室効果ガスでもあるため、各国政府機関等により、様々なNOx排出規制が施行され、多くの排ガス浄化触媒が開発されている。
Exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile contains carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and the like.
Of these, NOx such as NO and NO 2 is an air pollutant that affects the human body, and N 2 O is also a greenhouse gas that promotes global warming. NOx emission regulations have been enforced, and many exhaust gas purifying catalysts have been developed.

排ガス浄化触媒には、活性種としてPt、Pd、Rh等の貴金属が使用され、これらの貴金属をジルコニウム酸化物などの助触媒とともにハニカム体基材に担持して用いられている。
RhによるNOxの浄化では、例えばスチームリフォーミング反応やCO+NO反応がRh成分を介して、NOxの浄化を促進すると考えられている。そして、ジルコニウム酸化物は、Rh成分と共にスチームリフォーミング反応やCO+NO反応を促進する(特許文献1参照)。
Noble metals such as Pt, Pd, and Rh are used as active species in the exhaust gas purifying catalyst, and these noble metals are used by being carried on a honeycomb substrate together with a promoter such as zirconium oxide.
In purification of NOx by Rh, it is considered that, for example, a steam reforming reaction or a CO+NO reaction promotes purification of NOx via the Rh component. The zirconium oxide promotes the steam reforming reaction and the CO+NO reaction together with the Rh component (see Patent Document 1).

ガソリンエンジンの場合、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、及び炭化水素(HC)による汚染を減少させるため、化学量論の空燃比(空気/燃料の比率、A/F)条件又はその近傍でエンジンを運転すると共に、三元触媒(TWC)をエンジン出口の排気管中に装着することで、これら三種類の汚染物質の同時低減が行われ、二酸化炭素、水、窒素に浄化されている。 For gasoline engines, stoichiometric air-fuel ratio (air/fuel ratio, A/F) conditions to reduce pollution by nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) By operating the engine at or near it and installing a three-way catalyst (TWC) in the exhaust pipe at the engine outlet, these three types of pollutants can be reduced simultaneously and purified into carbon dioxide, water, and nitrogen. Has been done.

助触媒成分としては、ジルコニウム酸化物のほかにBa成分などのアルカリ土類金属も知られている(特許文献2参照)。 As a co-catalyst component, an alkaline earth metal such as a Ba component is known in addition to zirconium oxide (see Patent Document 2).

一般に、エンジンに供給される燃料が少ないとき、空気の量が多いとき、燃焼温度が高いときにNOxが多量に発生するが、Ba成分は、発生するNOxを一時的に吸収する。Ba成分に吸収されたNOxは、排気ガス中のNOxの濃度が低く炭酸ガス(CO)濃度が高くなったときにBa成分から放出される。これは前記Ba(NOが水蒸気共存下で炭酸ガスと反応し、BaCOになる(一部は酸化バリウムにもなる)ものであり、化学平衡であるといえる。Ba成分から放出されたNOxは、前述したようにRh成分表面で還元成分と反応して還元浄化される。 Generally, a large amount of NOx is generated when the amount of fuel supplied to the engine is small, the amount of air is large, and the combustion temperature is high, but the Ba component temporarily absorbs the generated NOx. The NOx absorbed in the Ba component is released from the Ba component when the NOx concentration in the exhaust gas is low and the carbon dioxide (CO 2 ) concentration is high. This is because Ba(NO 3 ) 2 reacts with carbon dioxide in the presence of water vapor to become BaCO 3 (a part also becomes barium oxide), which can be said to be in chemical equilibrium. The NOx released from the Ba component reacts with the reducing component on the surface of the Rh component and is reduced and purified as described above.

助触媒成分は2つ以上を併用することもでき、例えば、Ba成分と酸化セリウムを使用したTWCが知られている(特許文献3参照)。ところが、触媒材料の組み合わせによっては浄化性能を低下してしまうことがあり、例えば、Rh成分とBa成分が同一組成中に存在するとNOxの浄化性能が低下することが報告されている(特許文献4参照)。この理由は、アルカリ土類金属成分がNOxを吸蔵する作用を有することから、Rh成分におけるNOxの浄化作用が妨害されることや、BaからRhへの電子供与作用による酸化Rh構造の安定化に起因するためと思われる。そのため、Rh成分とBa成分を分離してアルミナに担持することで、NOx浄化性能と耐熱性を向上させることが行われている。 Two or more co-catalyst components may be used in combination. For example, TWC using a Ba component and cerium oxide is known (see Patent Document 3). However, depending on the combination of catalyst materials, the purification performance may be reduced, and for example, it has been reported that the NOx purification performance is degraded when the Rh component and the Ba component are present in the same composition (Patent Document 4). reference). The reason for this is that the alkaline earth metal component has a function of occluding NOx, so that the purifying action of NOx in the Rh component is disturbed and that the oxidized Rh structure is stabilized by the electron donating action from Ba to Rh. It seems that this is due to the cause. Therefore, by separating the Rh component and the Ba component and supporting them on alumina, NOx purification performance and heat resistance have been improved.

上記NOxの浄化に優れた触媒は、排ガス中の酸素と燃料の比(空燃比)が化学量論的条件、またはそれに近い条件で内燃機関(エンジン)が作動するときに最大限に機能する。しかしながら、実際の空燃比は逐一変化するので、酸素吸蔵能(oxygen storage capacity: 以下、「OSC」とも称する)を持つ材料を貴金属に加える事が一般的である。酸素吸蔵材は酸素濃度が高い状態では酸素を吸蔵し、酸素濃度の低い状態では酸素を放出する性質を備える。 The catalyst excellent in purification of NOx functions to the maximum when the internal combustion engine (engine) operates under the condition that the ratio of oxygen to fuel in the exhaust gas (air-fuel ratio) is at or near the stoichiometric condition. However, since the actual air-fuel ratio changes with each passing, it is common to add a material having an oxygen storage capacity (oxygen storage capacity: hereinafter also referred to as “OSC”) to the noble metal. The oxygen storage material has a property of storing oxygen when the oxygen concentration is high and releasing oxygen when the oxygen concentration is low.

従って、内燃機関(エンジン)の空燃比がリーン側(酸素過剰側)に偏った状態では、酸素吸蔵材が酸素を吸蔵し、空燃比がリッチ側(酸素不足側)に偏った状態では酸素を放出することで、CO、HC、NOxなどの浄化成分が貴金属成分によって効率よく浄化される。 Therefore, when the air-fuel ratio of the internal combustion engine (engine) is biased to the lean side (excess oxygen side), the oxygen storage material stores oxygen, and when the air-fuel ratio is biased to the rich side (oxygen deficiency side), oxygen is absorbed. By releasing, purification components such as CO, HC, and NOx are efficiently purified by the noble metal component.

上記排ガス浄化触媒は、2層の触媒コート層とするのが一般的である(特許文献5参照)。特許文献5では表層には触媒成分としてRhと酸素吸蔵材が、内層には触媒成分としてPdおよび/またはPtと酸素吸蔵材が使用されている。 Generally, the exhaust gas purifying catalyst has two catalyst coat layers (see Patent Document 5). In Patent Document 5, Rh and an oxygen storage material are used as a catalyst component in the surface layer, and Pd and/or Pt and an oxygen storage material are used as a catalyst component in the inner layer.

自動車排ガス試験の方法は、各国ごとに独自に設定されており、欧州のNew European Driving Cycle(以降、NEDCと記す)モードは、日本のJC08モードと比較すると、温度が高く、停止回数が多いなど厳しい条件で、エンジンが冷えた状態から測定を行うモードである。このような触媒では、エンジン始動から間もない触媒床の温度が比較的低い時期は、うまく作動せず、高負荷領域での窒素酸化物(NOx)の浄化性能も十分とはいえなかった。なお、特許文献5の触媒は、セル壁の細孔内に貴金属触媒を含有しないことを特徴としており、NOxの吸蔵に関しては何も言及されていない。 The method of automobile exhaust gas test is uniquely set for each country. The European New European Driving Cycle (hereinafter referred to as NEDC) mode has higher temperature and more frequent stoppages than Japanese JC08 mode. This is a mode in which measurements are taken from a cold engine under severe conditions. Such a catalyst did not work well when the temperature of the catalyst bed was relatively low immediately after the engine was started, and the nitrogen oxide (NOx) purification performance in the high load region was not sufficient. It should be noted that the catalyst of Patent Document 5 is characterized in that it does not contain a noble metal catalyst in the pores of the cell wall, and nothing is mentioned regarding the storage of NOx.

そのため加藤らは、排気ガスの流路中に、ハニカム体基材の表面を2層以上の触媒組成物により被覆したハニカム構造型触媒を2個以上設置し、上流側に位置する触媒、下流側に位置する触媒それぞれの下層にNOx吸蔵成分のアルカリ土類金属を担持した触媒を提案した(特許文献6参照)。これによりTWC性能が向上したが、排ガス規制は世界的に年々強化されており、排ガス浄化触媒にはさらなるNOx浄化性能の向上が求められている。 Therefore, Kato et al. installed two or more honeycomb structure-type catalysts in which the surface of a honeycomb body substrate was coated with two or more layers of catalyst composition in the exhaust gas flow path, and the catalyst located upstream and the catalyst located downstream A catalyst in which an alkaline earth metal that is a NOx storage component is supported in the lower layer of each of the catalysts located in the above is proposed (see Patent Document 6). As a result, TWC performance has been improved, but exhaust gas regulations have been tightened worldwide year by year, and further improvement in NOx purification performance is required for exhaust gas purification catalysts.

再公表特許2000/027508公報、14頁Republished Patent 2000/027508, page 14 特開2007−319768号公報、段落0003JP 2007-319768 A, paragraph 0003 特開平03−106446号公報JP, 03-106446, A 特開2002−326033号公報、段落0013JP 2002-326033 A, paragraph 0013 特開2013−85986号公報JP, 2013-85986, A 特開2010−29752号公報JP, 2010-29752, A

本発明の目的は、上記従来の課題に鑑み、エンジン排ガス中の窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)を同時に浄化する排ガス浄化触媒に関し、特に高いNOx浄化性能が得られる排ガス浄化触媒を提供することにある。COP In view of the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention relates to an exhaust gas purification catalyst that simultaneously purifies nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) in engine exhaust gas, and has particularly high NOx purification performance. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying catalyst that can obtain COP

本発明者は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意研究を重ね、Pdを含む触媒層の上に、PtとNOxを吸着吸蔵するNOx吸蔵層と、Rhを含むNOx還元層とを設け、該NOx吸蔵層の中層と該NOx還元層の上層とが隣接した三層構造とすることで、優れたNOx浄化性能を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventor has conducted extensive studies in order to solve the above-described problems of the prior art, and provides a NOx storage layer that adsorbs and stores Pt and NOx and a NOx reduction layer that contains Rh on a catalyst layer containing Pd. The present invention has been completed by finding that a three-layer structure in which the middle layer of the NOx storage layer and the upper layer of the NOx reduction layer are adjacent to each other exhibits excellent NOx purification performance.

すなわち、本発明の第1の発明によれば、ハニカム体基材にRhとPt及び/又はPdの貴金属触媒が担持された触媒層を有する排ガス浄化触媒において、
触媒層が三層からなり、下層に貴金属と酸素吸蔵材とを、中層に貴金属とバリウム(Ba)及び/又はマグネシウム(Mg)のアルカリ土類金属化合物を含むNOx吸蔵材とを、表層に貴金属のRhを、含み、
前記下層の貴金属はPdであり、
前記中層の貴金属はPt、又はPt及びPdであり、
前記下層の触媒量は、前記ハニカム体基材の単位体積あたり100g〜200g/Lである、ことを特徴とする排ガス浄化触媒が提供される。
That is, according to the first aspect of the present invention, in an exhaust gas purifying catalyst having a catalyst layer in which a precious metal catalyst of Rh and Pt and/or Pd is supported on a honeycomb substrate,
Catalyst layer comprises three layers, the noble metal and oxygen storage material in the lower layer, and a NOx storage material comprising an alkaline earth metal compound of a noble metal and barium middle (Ba) and / or magnesium (Mg), a surface layer to the Rh of the precious metal, only including,
The lower precious metal is Pd,
The noble metal of the middle layer is Pt, or Pt and Pd,
The exhaust gas purifying catalyst is characterized in that the catalyst amount of the lower layer is 100 g to 200 g/L per unit volume of the honeycomb substrate .

また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、前記中層のアルカリ土類金属化合物が、Baの酸化物、Mgの酸化物、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、酢酸バリウム、及び酢酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする排ガス浄化触媒が提供される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the intermediate layer alkaline earth metal compound is an oxide of Ba, an oxide of Mg, barium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, magnesium sulfate. An exhaust gas purifying catalyst is provided, which is at least one selected from the group consisting of, barium acetate, and magnesium acetate.

また、本発明の第の発明によれば、第1又は第2の発明において、前記下層の酸素吸蔵材がセリア・ジルコニア系複合酸化物であることを特徴とする排ガス浄化触媒が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying catalyst according to the first or second aspect , wherein the lower layer oxygen storage material is a ceria-zirconia-based composite oxide. ..

また、本発明の第の発明によれば、第1〜のいずれかの発明において、前記表層に、さらに酸素吸蔵材のセリア・ジルコニア系複合酸化物を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒が提供される。 Further, according to a fourth invention of the present invention, in the exhaust gas purifying catalyst according to any one of the first to third inventions, the surface layer further contains a ceria-zirconia-based composite oxide as an oxygen storage material. Will be provided.

また、本発明の第の発明によれば、第1〜のいずれかの発明において、前記表層のRhが、アルミナ及びセリア・ジルコニア系複合酸化物に担持されていることを特徴とする排ガス浄化触媒が提供される。 Further, according to a fifth invention of the present invention, in any one of the first to fourth inventions, the Rh of the surface layer is supported on alumina and a ceria-zirconia-based composite oxide, A purification catalyst is provided.

本発明の排ガス浄化触媒によれば、自動車排ガス中に含まれるCO、HC、NOxを同時に浄化でき、特にNOx浄化特性に優れている。特に、ガソリンエンジン用では、始動から間もない触媒床の温度が比較的低い時期から作動し、高負荷領域で高いNOx浄化率が達成される。
本発明の排気ガス浄化触媒を用いることで、エンジン耐久(例えば、950℃、50時間)後のNOx排出量を従来の一般的な触媒と比較すると、全体で10%もの削減が可能となる。
According to the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, CO, HC, and NOx contained in automobile exhaust gas can be purified at the same time, and particularly the NOx purifying characteristics are excellent. In particular, for a gasoline engine, the catalyst bed operates from a time when the temperature of the catalyst bed is relatively low immediately after starting, and a high NOx purification rate is achieved in a high load region.
By using the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, it is possible to reduce the NOx emission amount after engine endurance (for example, 950° C., 50 hours) by 10% as a whole as compared with the conventional general catalyst.

本発明の三層触媒(中層にBa及び/又はMg化合物)につき、断面を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the cross section typically about the three-layer catalyst (Ba and/or Mg compound in the middle layer) of this invention. 従来の二層触媒(A)と、比較用の下層にMg化合物、及びBa化合物を有する三層触媒(B)につき、断面を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the cross section about the conventional two-layer catalyst (A) and the three-layer catalyst (B) which has Mg compound and Ba compound for the lower layer for comparison. 触媒の排ガス浄化性能をNEDCモードで試験し、Cold領域におけるNOx排出量を測定した結果である。It is the result of testing the exhaust gas purification performance of the catalyst in the NEDC mode and measuring the NOx emission amount in the Cold region. 触媒の排ガス浄化性能をNEDCモードで試験し、高負荷域におけるNOx排出量を測定した結果である。It is the result of testing the exhaust gas purification performance of the catalyst in the NEDC mode and measuring the NOx emission amount in the high load range. 触媒の排ガス浄化性能をNEDCトータルモードで試験し、NOx排出量を測定した結果である。It is the result of measuring the NOx emission amount by testing the exhaust gas purification performance of the catalyst in NEDC total mode.

以下、本発明の排ガス浄化触媒について、図面を用いて詳細に説明する。ガソリン自動車などからの排ガス浄化に用いると、NOxなどの有害成分を高い性能で浄化することができるが、本発明はガソリン自動車用に限定されるものではない。 Hereinafter, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. When used for purification of exhaust gas from a gasoline automobile or the like, it is possible to purify harmful components such as NOx with high performance, but the present invention is not limited to gasoline automobiles.

本発明の排ガス浄化触媒は、ハニカム体基材にRhとPt及び/又はPdの貴金属触媒が担持された触媒層を有する排ガス浄化触媒において、
触媒層が三層からなり、下層にPt及び/又はPdの貴金属と酸素吸蔵材とを、中層にPt及び/又はPdの貴金属とバリウム(Ba)及び/又はマグネシウム(Mg)のアルカリ土類金属化合物を含むNOx吸蔵材とを含み、表層に貴金属のRhを含んでいる。
The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is an exhaust gas purifying catalyst having a catalyst layer in which a precious metal catalyst of Rh, Pt and/or Pd is supported on a honeycomb substrate.
The catalyst layer is composed of three layers, the lower layer is a noble metal of Pt and/or Pd and an oxygen storage material, and the noble metal of Pt and/or Pd and an alkaline earth metal of barium (Ba) and/or magnesium (Mg) are in the middle layer. A NOx storage material containing a compound is included, and Rh of a noble metal is included in the surface layer.

1.触媒の構成成分
本発明の排ガス浄化触媒は、担体と担体に担持された貴金属成分や酸素吸蔵材、NOx吸蔵材を含む触媒層から構成されている。触媒層は、図1に示すように担体1のハニカム体基材上に被覆された三層構造となっており、ハニカム体基材上に形成された貴金属と酸素吸蔵材を含む下層2と、該下層の上に形成された貴金属とNOx吸着/吸蔵材とを含む中層3と、該中層の上に形成された貴金属と酸素吸蔵材を含む表層4を有している。
1. Constituent Components of Catalyst The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is composed of a carrier and a catalyst layer containing a noble metal component, an oxygen storage material, and a NOx storage material supported on the support. As shown in FIG. 1, the catalyst layer has a three-layer structure in which the honeycomb body base material of the carrier 1 is coated, and the lower layer 2 including the precious metal and the oxygen storage material formed on the honeycomb body base material, It has a middle layer 3 formed on the lower layer and containing a noble metal and a NOx adsorption/occlusion material, and a surface layer 4 formed on the middle layer and containing a noble metal and an oxygen storage material.

(1)貴金属成分
本発明の排ガス浄化触媒は、貴金属成分としてPt成分、Pd成分及びRh成分の3種を含んでいる。
(1) Noble Metal Component The exhaust gas purifying catalyst of the present invention contains three types of Pt component, Pd component and Rh component as the noble metal component.

Pt成分やPd成分は、OによるHCやCO等の酸化活性に優れ、Rh成分は、HCやCO等の還元成分によるNOxの還元活性に優れており、これら3種の貴金属成分が協働することで、NOxおよびHCやCOの浄化が行なわれる。 The Pt and Pd components are excellent in the oxidizing activity of O 2 , such as HC and CO, and the Rh component is excellent in the reducing activity of NOx by the reducing components such as HC and CO. These three precious metal components work together. By doing so, purification of NOx, HC and CO is performed.

Pt成分、Pd成分、Rh成分は、金属であるか酸化物でもよい。HC、COの酸化には、Pt成分の活性が高く、Pd成分は、特定のHC種(高沸点HC)の酸化に有効であり、Pt成分に対して補助的に用いられる。 The Pt component, Pd component, and Rh component may be a metal or an oxide. The Pt component has a high activity for the oxidation of HC and CO, and the Pd component is effective for the oxidation of a specific HC species (high-boiling HC), and is used as an auxiliary to the Pt component.

貴金属成分の活性は、その表面積の大きさに依存することから、触媒組成物中では微粒子状に安定して分散し、高温時にも安定して高い分散状態を保てることが望ましい。そのため、貴金属成分はサポート材自体が高表面積を有するアルミナ、ジルコニア、シリカ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、チタニア、酸化タングステン、セリア、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化プラセオジウム、セリア−ジルコニア系複合酸化物等の耐熱性無機酸化物に担持される。このうち好ましいのは、γ‐アルミナである。 Since the activity of the noble metal component depends on the size of its surface area, it is desirable that the noble metal component is stably dispersed in the catalyst composition in the form of fine particles and can maintain a stable and highly dispersed state even at high temperatures. Therefore, noble metal components such as alumina, zirconia, silica, silica-alumina, zeolite, titania, tungsten oxide, ceria, lanthanum oxide, neodymium oxide, praseodymium oxide, ceria-zirconia-based composite oxide having a high surface area of the support material itself. It is supported by a heat-resistant inorganic oxide. Of these, γ-alumina is preferable.

(2)アルカリ土類金属
本発明の触媒は、NOx吸蔵成分として知られるアルカリ土類金属であるBa成分(例えば酸化バリウム)及び/又はMg成分(例えば酸化マグネシウム)を含有する。
アルカリ土類金属は、Ba成分又はMg成分のいずれか一種でよいが、両方を含むのが好ましい。
(2) Alkaline earth metal The catalyst of the present invention contains Ba component (for example, barium oxide) and/or Mg component (for example, magnesium oxide) which is an alkaline earth metal known as NOx storage component.
The alkaline earth metal may be either one of the Ba component and the Mg component, but preferably contains both.

Ba成分のBa化合物は、触媒層では主として酸化バリウムとして存在するが、一部が硫酸バリウムや炭酸バリウムなどであってもよい。また、Mg成分のMg化合物は、触媒層では主として酸化マグネシウムとして存在するが、一部が硫酸マグネシウムや炭酸マグネシウムなどであってもよい。 The Ba compound as the Ba component mainly exists as barium oxide in the catalyst layer, but a part thereof may be barium sulfate or barium carbonate. Further, the Mg compound of the Mg component mainly exists as magnesium oxide in the catalyst layer, but a part thereof may be magnesium sulfate, magnesium carbonate, or the like.

酸化バリウムは、酸素が多い(Lean)状態では、NOxは硝酸バリウムになることでBa成分に吸蔵され、酸素が少ない(Rich)状態で、硝酸バリウムが酸化バリウムに変わることにより吸蔵したNOxを放出する。このように放出されたNOxは、還元剤のHC、CO、またスチームリフォーミング反応によって発生した水素を利用し、Rh成分により浄化される。酸化マグネシウムの場合も同様である。 In barium oxide, when oxygen is abundant (Lean), NOx is occluded by Ba component when it becomes barium nitrate, and when oxygen is abundant (Rich), barium nitrate is occluded by barium oxide and released NOx is released. To do. The NOx thus released is purified by the Rh component by utilizing HC and CO of the reducing agent and hydrogen generated by the steam reforming reaction. The same applies to magnesium oxide.

本発明において、これらバリウム化合物、マグネシウム化合物は、ハニカム体基材に対して、そのまま使用されるが、γ‐アルミナ、セリア−アルミナ、セリア−ジルコニア系複合酸化物に担持して使用してもよい。好ましいサポート材は、γ‐アルミナである。 In the present invention, these barium compound and magnesium compound are used as they are for the honeycomb substrate, but may be used by supporting them on γ-alumina, ceria-alumina, and ceria-zirconia-based composite oxides. .. The preferred support material is γ-alumina.

(3)酸素吸蔵材
本発明において、酸素吸蔵材は、セリア−ジルコニア系複合酸化物が使用される。セリア−ジルコニア系複合酸化物は、セリアとジルコニウムを主成分とする酸化物であるが、Pt成分、Pd成分、Rh成分のサポート材としても機能する。貴金属成分を担持するには、原料溶液をサポート材に含浸し、得られた含浸粉末を、例えば500〜700℃、10〜60分空気中で焼成して調製できる。
(3) Oxygen storage material In the present invention, a ceria-zirconia-based composite oxide is used as the oxygen storage material. The ceria-zirconia-based composite oxide is an oxide containing ceria and zirconium as main components, but also functions as a support material for Pt component, Pd component, and Rh component. In order to support the noble metal component, it can be prepared by impregnating the support material with the raw material solution and firing the obtained impregnated powder in the air at 500 to 700° C. for 10 to 60 minutes.

セリア−ジルコニア系複合酸化物中のセリアは、OSCとして機能し、酸素の吸蔵放出に伴いCeOからCeに変化する。 Ceria in the ceria-zirconia-based composite oxide functions as an OSC, and changes from CeO 2 to Ce 2 O 3 with the occlusion and release of oxygen.

一方のジルコニアは、Rh成分と共に用いるとスチームリフォーミング反応やCO+NO反応を促進し、ジルコニアの耐熱性を向上させるために、セリアのほかに、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化ネオジムなどの添加物、さらには酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウムなどの添加物が加えられ、Ce−Zr−Sr複合酸化物、Ce−Zr−La複合酸化物、Ce−Zr−La−Pr複合酸化物、Ce−Zr−La−Y複合酸化物等で使用される。 On the other hand, zirconia promotes steam reforming reaction and CO+NO reaction when used together with Rh component, and in addition to ceria, additives such as lanthanum oxide, praseodymium oxide and neodymium oxide are further added in order to improve heat resistance of zirconia. Are added with additives such as calcium oxide, strontium oxide, magnesium oxide, and yttrium oxide, and are added to Ce-Zr-Sr composite oxide, Ce-Zr-La composite oxide, Ce-Zr-La-Pr composite oxide, Ce. Used in —Zr—La—Y composite oxide and the like.

このうちCe−Zr−La複合酸化物であれば、セリアを5〜30重量%、ジルコニアを50〜90重量%とし、酸化ランタンを1〜20重量%含有することが好ましい。また、Ce−Zr−La−Pr複合酸化物であれば、セリアを20〜50重量%、ジルコニアを20〜50重量%とし、酸化ランタンを2〜20重量%、及び酸化プラセオジムを1〜5重量%含有することが好ましい。 Among them, in the case of Ce-Zr-La composite oxide, it is preferable that ceria is 5 to 30% by weight, zirconia is 50 to 90% by weight, and lanthanum oxide is 1 to 20% by weight. Further, in the case of Ce-Zr-La-Pr composite oxide, ceria is 20 to 50% by weight, zirconia is 20 to 50% by weight, lanthanum oxide is 2 to 20% by weight, and praseodymium oxide is 1 to 5% by weight. % Is preferably contained.

セリア‐ジルコニア系複合酸化物の中でも耐熱性に優れ、長期間の使用において活性種を高分散に保つために高表面積のものが好ましい。そのため、BET比表面積(BET法にて測定。以下、同様)が20〜120m/gであることが好ましく、30〜90m/gであることがより好ましい。
上記の酸素吸蔵材を使用することで、酸素の吸蔵放出が迅速に行われ、活性成分によるHC、COの酸化を促進することができる。
Among the ceria-zirconia-based composite oxides, those having a high surface area are preferable because they have excellent heat resistance and maintain a high dispersion of active species during long-term use. Therefore, BET specific surface area (measured by BET method. Hereinafter, the same) is preferably a 20~120m 2 / g, more preferably 30~90m 2 / g.
By using the above oxygen storage material, oxygen can be stored and released quickly, and the oxidation of HC and CO by the active component can be promoted.

(4)アルミナ
本発明において、アルミナは、触媒層の各層に使用され、ロジウム(Rh),白金(Pt)、パラジウム(Pd)のサポート材として機能する。
(4) Alumina In the present invention, alumina is used for each layer of the catalyst layer and functions as a support material for rhodium (Rh), platinum (Pt), and palladium (Pd).

アルミナとしては、γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、α−アルミナなどがあげられるが、表面積の劣るα−アルミナを除くγ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナの使用が好ましい。なかでも、γ−アルミナは、その他のアルミナに比べ1000℃以上での耐久性は劣るものの、1000℃以下で使用される触媒としては十分な耐熱性を有する上に、表面積がこれらすべてのアルミナの中で最も高いため、サポート材として特に好ましい。 Examples of alumina include γ-alumina, δ-alumina, θ-alumina, α-alumina, and the like, but it is preferable to use γ-alumina, δ-alumina, and θ-alumina excluding α-alumina having a poor surface area. Among them, γ-alumina is inferior in durability at 1000° C. or higher compared to other aluminas, but has sufficient heat resistance as a catalyst used at 1000° C. or lower and has a surface area of all these aluminas. Since it is the highest among them, it is particularly preferable as a support material.

アルミナのBET比表面積は、50〜250m/gであることが好ましく、100〜200m/gであることがより好ましい。この様な表面積を有すれば、高温時でも高い表面積を維持できるだけでなく、貴金属成分を高分散状態で安定化することができる。また、平均細孔径は、例えば10〜80μmが好ましく、20〜60μmがより好ましい。この様な平均細孔径を有すれば、十分に高い反応性を発揮できる。 BET specific surface area of the alumina is preferably 50 to 250 m 2 / g, more preferably 100 to 200 m 2 / g. With such a surface area, not only a high surface area can be maintained even at high temperature, but also the noble metal component can be stabilized in a highly dispersed state. The average pore diameter is preferably 10 to 80 μm, more preferably 20 to 60 μm. With such average pore diameter, sufficiently high reactivity can be exhibited.

また、本発明においてアルミナは、高温時での表面積を維持するため、セリア、酸化ランタン、シリカ、チタニア、鉄などの添加物を加えてもよい。 Further, in the present invention, in order to maintain the surface area of alumina at a high temperature, additives such as ceria, lanthanum oxide, silica, titania and iron may be added.

(5)ハニカム体基材
本発明におけるハニカム体基材は、上記触媒成分を担持する材料であって、一方の端面から他方の端面へ向かって伸びる多数の通孔を有しており、これらが集まってハニカム形状を形成している。
(5) Honeycomb Body Base Material The honeycomb body base material in the present invention is a material that supports the above catalyst component, and has a large number of through holes extending from one end surface to the other end surface. Together they form a honeycomb shape.

本発明では、例えば各セル断面が四角形状となるハニカム型のセラミック担体を用いることができる。なお、担体の材料及び構成は、これに限定されず、例えば、平板と波上板とからなるメタル担体であってもよく、セルの形状も六角形状であってもよい。 In the present invention, for example, a honeycomb-type ceramic carrier in which each cell has a rectangular cross section can be used. The material and structure of the carrier are not limited to this, and may be, for example, a metal carrier composed of a flat plate and a corrugated plate, and the shape of the cell may be hexagonal.

また、ハニカム体基材は、その構造と機能によってフロースルー型とウォールフロー型に分類されている。ウォールフロー型は、排気ガス中の煤やSOF等、固形成分を濾し取るために用いられ、Diesel Particulate Filter(DPF)に用いられている。ウォールフロー型は、多孔質の壁からなる通孔の一端が互い違いに封止されているもので、煤等の粒子状成分を濾し取るフィルターとしての働きを有する。
これに対し、フロースルー型は、一方の開放端面から他方の開口端面に向けて開口する多数の通孔を有する構造を有しており、酸化触媒、還元触媒、三元触媒(TWC)に広く用いられている。本発明では、フロースルー型のハニカム体基材を使用することが望ましい。
Further, the honeycomb body substrate is classified into a flow-through type and a wall-flow type according to its structure and function. The wall flow type is used for filtering out solid components such as soot and SOF in exhaust gas, and is used for a Diesel Particulate Filter (DPF). In the wall flow type, one end of a through hole made of a porous wall is alternately sealed and has a function as a filter for filtering out particulate components such as soot.
On the other hand, the flow-through type has a structure having a large number of through holes that open from one open end face to the other open end face, and is widely used in oxidation catalysts, reduction catalysts, and three-way catalysts (TWC). It is used. In the present invention, it is desirable to use a flow-through type honeycomb substrate.

フロースルー型担体のようなハニカム体基材では、その構造的特徴がセル密度であらわされる。本発明で用いるハニカム体基材は、セル密度が100〜1500cell/inch(155k〜2325k/m)であり、特に200〜900cell/inch(310k〜1400k/m)のフロースルー型担体である事が好ましい。セル密度が10cell/inch(155k/m)以上であれば、浄化に必要な排気ガスと触媒の接触面積を確保する事ができ、構造上の強度にも優れた排気ガスの浄化性能が得られ、セル密度が1500cell/inch(2325k/m)以下であれば内燃機関の排気ガスの圧力を大きく損失することなく、排気ガスと触媒の接触面積も充分に確保する事ができる。特に、本発明の触媒では、300〜900cell/inch(465k〜1400k/m)のフロースルー型担体が、圧力損失の抑制の点から好ましい。 In a honeycomb substrate such as a flow-through type carrier, its structural characteristic is represented by cell density. The honeycomb body substrate used in the present invention has a cell density of 100 to 1500 cell/inch 2 (155k to 2325k/m 2 ), particularly a flow-through type carrier of 200 to 900 cell/inch 2 (310k to 1400k/m 2 ). Is preferred. If the cell density is 10 cell/inch 2 (155 k/m 2 ) or more, the contact area between the exhaust gas and the catalyst required for purification can be secured, and the exhaust gas purification performance excellent in structural strength can be obtained. If the obtained cell density is 1500 cell/inch 2 (2325 k/m 2 ) or less, the contact area between the exhaust gas and the catalyst can be sufficiently ensured without significantly losing the pressure of the exhaust gas of the internal combustion engine. Particularly, in the catalyst of the present invention, a flow-through type carrier of 300 to 900 cell/inch 2 (465k to 1400k/m 2 ) is preferable from the viewpoint of suppressing pressure loss.

2.触媒の層構成
本発明の触媒層の構造は、図1に示すように、担体1であるハニカム体基材とそれに担持された貴金属元素を含む触媒層2〜4から構成された三層構造となっている。
2. Layer Structure of Catalyst As shown in FIG. 1, the structure of the catalyst layer of the present invention is a three-layer structure composed of a honeycomb substrate as the carrier 1 and catalyst layers 2 to 4 containing the precious metal element carried thereon. Has become.

各触媒層は、サポート材、貴金属、助触媒成分などから構成され、サポート材はアルミナ材や助触媒成分ともなる酸素吸蔵材のセリア・ジルコニア系複合酸化物が用いられる。助触媒成分としては、NOx吸蔵材のアルカリ土類金属化合物が必須成分となっている。 Each catalyst layer is composed of a support material, a noble metal, a cocatalyst component, and the like, and the support material is an alumina material or a ceria-zirconia-based composite oxide that is an oxygen storage material that also serves as a cocatalyst component. The alkaline earth metal compound of the NOx storage material is an essential component as the co-catalyst component.

(1)下層
本発明の下層2の触媒層には、貴金属と酸素吸蔵材が使用される。貴金属にはPt、Pd、及びRhから選ばれる少なくとも1種を用いる事できるが、Pdと酸素吸蔵材を組み合わせて用いるのが望ましい。
(1) Lower layer In the lower layer 2 of the present invention, a catalyst layer contains a noble metal and an oxygen storage material. At least one selected from Pt, Pd, and Rh can be used as the noble metal, but it is desirable to use Pd in combination with the oxygen storage material.

本発明の触媒は、下層にパラジウム(Pd)を担持したアルミナと、パラジウム(Pd)を担持した酸素吸蔵材であるセリア・ジルコニア系複合酸化物を含有するのが好ましい。 The catalyst of the present invention preferably contains alumina (palladium (Pd)-supported alumina) in the lower layer and ceria-zirconia-based composite oxide that is an oxygen storage material supporting palladium (Pd).

Pd成分は、金属でも良いが、後述する製造工程中の焼成や、排気ガスの浄化過程において酸化され、その一部が酸化パラジウムとなっていてもよい。アルミナ、セリア・ジルコニア系複合酸化物に担持されるPd成分の量は、特に制限されるわけではないが、HCやCOのOによる酸化浄化反応を発揮しやすくするために、金属Pd換算でハニカム体基材の単位体積あたり、0.01〜2g/Lとすることができ、0.05〜1g/Lが好ましい。また、下層に対して、合計で0.3〜1.5重量%とすることができる。好ましいのは、0.5〜1.0重量%である。 The Pd component may be a metal, but it may be oxidized in the firing process during the manufacturing process described later or in the exhaust gas purification process, and part of it may be palladium oxide. The amount of the Pd component supported on the alumina or ceria-zirconia-based composite oxide is not particularly limited, but in order to facilitate the oxidative purification reaction of O 2 of HC and CO, it is calculated in terms of metal Pd. It can be 0.01 to 2 g/L, preferably 0.05 to 1 g/L per unit volume of the honeycomb body substrate. Further, it can be 0.3 to 1.5% by weight in total with respect to the lower layer. Preferred is 0.5 to 1.0% by weight.

本発明においては、排ガスが最初に接触する表層で被毒物質が付着してしまい下層まで被毒物質が拡散して到達する恐れが比較的低く、下層には被毒に弱い貴金属を配置することができる。そのため、下層にRhに比べ安価であるPdを配置して触媒自体のコストを下げることができる。 In the present invention, it is relatively unlikely that the poisonous substance will adhere to the surface layer where the exhaust gas first comes into contact and the poisonous substance will diffuse and reach the lower layer, and a precious metal weak against poisoning should be arranged in the lower layer. You can Therefore, the cost of the catalyst itself can be reduced by disposing Pd, which is cheaper than Rh, in the lower layer.

また、貴金属を担持するサポート材には酸素吸蔵材に加え、γ―アルミナ粉末の併用が好ましい。γ―アルミナ粉末は、酸素吸蔵材よりも一般的に耐熱性が高いため、貴金属のシンタリング抑制に効果的であり、耐久後の性能維持が期待できる。 In addition to the oxygen storage material, γ-alumina powder is preferably used as the support material supporting the noble metal. Since γ-alumina powder is generally higher in heat resistance than oxygen storage materials, it is effective in suppressing sintering of precious metals and can be expected to maintain performance after endurance.

下層の触媒量、特に下層のアルミナとセリア・ジルコニア系複合酸化物の含有量は、ハニカム体基材の単位体積あたり、80〜200g/Lであることが好ましく、100〜150g/Lがより好ましい。Pdを担持するセリアは、ジルコニアと複合化されており、その酸素の吸蔵放出能力により、PdによるHC、COの酸化性能を支援する。 The lower layer catalyst amount, particularly the lower layer alumina and ceria-zirconia-based composite oxide content is preferably 80 to 200 g/L, more preferably 100 to 150 g/L per unit volume of the honeycomb body substrate. .. Ceria carrying Pd is complexed with zirconia, and its oxygen storage/release capacity supports the oxidation performance of HC and CO by Pd.

HCやCOのOによる酸化浄化反応の制御、セリアの凝集抑制、及びPdの粗大化抑制等を考慮すると、セリア・ジルコニア系複合酸化物として、セリアを20〜50重量%、ジルコニアを20〜50重量%とし、酸化ランタンを2〜20重量%、及び酸化プラセオジムを1〜5重量%含有するCe−Zr−La−Pr複合酸化物を用いることが好ましい。 Considering the control of the oxidation and purification reaction of O 2 of HC and CO, the suppression of aggregation of ceria, the suppression of coarsening of Pd, etc., 20 to 50% by weight of ceria and 20 to 20% of zirconia are used as the ceria-zirconia-based composite oxide. It is preferable to use a Ce-Zr-La-Pr composite oxide containing 50% by weight, 2 to 20% by weight of lanthanum oxide, and 1 to 5% by weight of praseodymium oxide.

本発明では、すべての触媒層に更にバインダー成分を添加し、使用条件によらずハニカム体基材と触媒層との結合、または触媒層間の結合を高めることができる。
バインダー成分としては、アルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル、チタニアゾル等の種々のゾルを使用できる。また、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、硝酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム等の可溶性の塩も使用できる。
In the present invention, a binder component may be further added to all the catalyst layers to enhance the bonding between the honeycomb substrate and the catalyst layers or the bonding between the catalyst layers regardless of the use conditions.
As the binder component, various sols such as alumina sol, silica sol, zirconia sol, titania sol can be used. Also, soluble salts such as aluminum nitrate, aluminum acetate, zirconium nitrate, zirconium acetate can be used.

(2)中層
本発明における中層3の触媒層には、貴金属とNOx吸蔵材が使用される。貴金属として、Pt又はPt及びPdをNOx吸蔵材と組み合わせるようにする。また、貴金属とNOx吸蔵材を担持するサポート材にはγ―アルミナ粉末を使用すると良い。
(2) Middle layer In the catalyst layer of the middle layer 3 in the present invention, a noble metal and a NOx storage material are used. As the noble metal, Pt or Pt and Pd are combined with the NOx storage material. Further, γ-alumina powder may be used as the support material for supporting the noble metal and the NOx storage material.

本発明の触媒は、中層にPt又はPt及びPdの貴金属とバリウム(Ba)及び/又はマグネシウム(Mg)のアルカリ土類金属化合物を含むNOx吸蔵材を含有する。アルカリ土類金属化合物は、バリウム(Ba)又はマグネシウム(Mg)の一種でよいが、両方を含むのが好ましい。
NOx吸蔵材としては、アルカリ土類金属化合物の他に、NOx吸蔵作用のある元素Ce,Laを含む無機酸化物、例えばセリア、セリア・ジルコニア、La酸化物、セリアとLaの複合酸化物、Laを添加したアルミナなどを挙げることができる。
The catalyst of the present invention contains a NOx storage material containing Pt or a noble metal of Pt and Pd and an alkaline earth metal compound of barium (Ba) and/or magnesium (Mg) in the middle layer. The alkaline earth metal compound may be one of barium (Ba) or magnesium (Mg), but preferably contains both.
Examples of the NOx storage material include, in addition to alkaline earth metal compounds, inorganic oxides containing elements Ce and La having a NOx storage function, such as ceria, ceria-zirconia, La oxide, ceria-La composite oxide, and La. Examples thereof include alumina to which is added.

Pt及びPd成分は、金属でも良いが、後述する製造工程中の焼成や、排気ガスの浄化過程において酸化され、その一部が酸化物になったものでもよい。アルミナに担持されるPt成分の量は、特に制限されないが、金属Pt換算でハニカム体基材の単位体積あたり、0.1〜1g/Lとすることができ、還元剤であるHCやCOのOによる酸化浄化反応が十分に発揮されることから、0.2〜0.8g/Lが好ましい。また、アルミナに担持されるPd成分の量も特に制限されないが、Ptの場合と同様な観点から、金属Pd換算でハニカム体基材の単位体積あたり、0.01〜0.5g/Lとすることができ、0.05〜0.3g/Lが好ましい。 The Pt and Pd components may be metals, but may also be those that are partially oxidized to be oxidized in the firing process during the manufacturing process described later or in the exhaust gas purification process. The amount of the Pt component supported on alumina is not particularly limited, but can be 0.1 to 1 g/L in terms of metal Pt per unit volume of the honeycomb body substrate, and the amount of the reducing agent such as HC or CO can be reduced. 0.2 to 0.8 g/L is preferable because the oxidation purification reaction by O 2 is sufficiently exhibited. The amount of the Pd component supported on the alumina is not particularly limited, but from the same viewpoint as in the case of Pt, it is 0.01 to 0.5 g/L per unit volume of the honeycomb substrate in terms of metal Pd. It is possible, and 0.05-0.3 g/L is preferable.

中層の触媒量は、ハニカム体基材の単位体積あたり、30〜150g/Lであることが好ましい。特に中層のPt及びPd成分を担持したアルミナの量は、ハニカム体基材の単位体積あたり、50〜150g/Lであることが好ましく、50〜100g/Lがより好ましい。 The amount of catalyst in the middle layer is preferably 30 to 150 g/L per unit volume of the honeycomb body substrate. In particular, the amount of alumina supporting the Pt and Pd components in the middle layer is preferably 50 to 150 g/L, and more preferably 50 to 100 g/L per unit volume of the honeycomb body substrate.

一方、中層のアルカリ土類金属化合物の含有量は、HCやCOによるNOxの還元作用が十分に発揮されることから、ハニカム体基材の単位体積あたり、合計で10〜100g/Lであることが好ましく、15〜80g/Lがより好ましい。アルカリ土類金属化合物は、そのNOxの吸着吸蔵能力により、HC、COのNOx還元性能を支援する。 On the other hand, the content of the alkaline earth metal compound in the middle layer is 10 to 100 g/L in total per unit volume of the honeycomb substrate, because the reducing action of NOx by HC and CO is sufficiently exerted. Is preferable and 15-80 g/L is more preferable. The alkaline earth metal compound supports the NOx reduction performance of HC and CO due to its NOx adsorption and storage capacity.

本発明では、アルカリ土類金属化合物として、Ba成分及び/又はMg成分を使用する。
Ba成分、Mg成分は、Baの酸化物、Mgの酸化物、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、酢酸バリウム、及び酢酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
In the present invention, a Ba component and/or a Mg component is used as the alkaline earth metal compound.
The Ba component and the Mg component are at least one selected from the group consisting of Ba oxide, Mg oxide, barium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, magnesium sulfate, barium acetate, and magnesium acetate.

これらは中層に含有されるが、サポート材に担持して用いてもよい。例えば、炭酸バリウムの場合、酸素が多い(Lean)状態では、NOxは硝酸バリウムになることでBa成分に吸蔵され、酸素が少ない(Rich)状態で、硝酸バリウムが炭酸バリウムに変わることにより吸蔵したNOxを放出する。このようにNOxが放出される雰囲気では、排気ガス中には還元成分であるHC、COが豊富に含まれる。放出されたNOxは、HC、CO、またスチームリフォーミング反応によって発生した水素を利用し、上層のRh成分により浄化される。 Although these are contained in the middle layer, they may be supported on a support material and used. For example, in the case of barium carbonate, when oxygen is abundant (Lean), NOx is occluded by Ba component when it becomes barium nitrate, and when it is abundant (Rich), barium nitrate is occluded by barium carbonate. Releases NOx. In such an atmosphere in which NOx is released, the exhaust gas contains abundant reducing components such as HC and CO. The released NOx utilizes HC, CO, and hydrogen generated by the steam reforming reaction, and is purified by the Rh component in the upper layer.

本発明では、上記Ba成分、Mg成分の中でも、BaやMgが凝集せず、NOx吸蔵性能を維持できることから、ハニカム体基材の単位体積あたり、酸化バリウムを10〜50g/L、及び酸化マグネシウムを2g/L〜50g/L含有することが好ましい。 In the present invention, among the Ba component and the Mg component, since Ba and Mg do not aggregate and NOx storage performance can be maintained, 10-50 g/L of barium oxide and magnesium oxide per unit volume of the honeycomb body substrate. Is preferably contained in an amount of 2 g/L to 50 g/L.

本発明においては、Rh成分、Pt成分、Pd成分が、下層、中層および表層の三層に多層化した触媒で使用される。多層化触媒では、表層は、中層や下層よりも排気ガス中のHC、CO、NOxなどの有害ガスとの接触機会が多いため、上層では下層より高い浄化活性が得られる傾向がある。また、上層は高温の排気ガスに直接晒されたり、酸化還元反応時に発生する熱により局所的に高温に晒されたりすることがある。 In the present invention, the Rh component, the Pt component, and the Pd component are used in a catalyst in which the lower layer, the middle layer, and the surface layer are multi-layered. In the multi-layered catalyst, the surface layer has more opportunities to come into contact with harmful gases such as HC, CO, and NOx in the exhaust gas than the middle layer and the lower layer, so that the upper layer tends to have higher purification activity than the lower layer. Further, the upper layer may be directly exposed to high temperature exhaust gas, or locally exposed to high temperature due to heat generated during the redox reaction.

そのため、上層のサポート材、貴金属成分、助触媒成分等は焼結や粒子成長が下層に比べ起こり易い場合があり、さらに、上層では硫黄分に代表される被毒物質が排気ガス中に混じって触媒に流れ、上層に真っ先に付着するため、それら被毒物質の影響を受けやすい。 Therefore, the support material, precious metal component, co-catalyst component, etc. of the upper layer may be more likely to sinter or grow particles than the lower layer, and further, in the upper layer, poisonous substances represented by sulfur are mixed in the exhaust gas. Since they flow to the catalyst and adhere to the upper layer first, they are easily affected by these poisonous substances.

一方、中層は上層で被毒物質が付着してしまうために、被毒物質が拡散して到達する恐れが比較的低く、Rhに比べ安価なPt,Pdを配置することにより触媒自体の単価を下げることができる。 On the other hand, since the poisonous substance adheres to the upper layer in the middle layer, the risk that the poisonous substance diffuses and arrives is relatively low. By arranging Pt and Pd, which are cheaper than Rh, the unit price of the catalyst itself is reduced. Can be lowered.

本発明においては、中層にNOx吸蔵材であるアルカリ土類金属のBa及び/又はMg化合物を含有させている。これにより、NOx吸蔵層が機能して、NOx排出量を低減させることができる。高負荷域における触媒床温度は600℃を超えるため、NOx吸蔵作用は生じにくいが、Ba、Mg等へは短時間ながらNOx吸脱着が起こって、NOx排出量が低減するものと考えられる。 In the present invention, the intermediate layer contains a Ba and/or Mg compound of an alkaline earth metal which is a NOx storage material. Thereby, the NOx storage layer functions to reduce the NOx emission amount. Since the catalyst bed temperature in the high load region exceeds 600° C., the NOx occlusion action is unlikely to occur, but it is considered that NOx adsorption/desorption occurs in Ba, Mg, etc. in a short time, and the NOx emission amount is reduced.

また、中層は上層と下層に挟まれており、上層と下層がいずれも比較的緻密な材料で構成されているために、中層はNOx滞留性機能を有することになってNOx浄化性能が向上する。すなわち、中層に特定のNOx吸蔵材を含むと、NOx滞留性が、NOx吸蔵材を含まない場合よりも向上し、それは中層に滞留したNOxを表層から流入してきたHCおよびCOが還元するため、NOx排出量が低減するものと考えられる。NOx浄化率は、NOx吸蔵層が下層に配置されるよりも、中層に配置されたほうが大きいことから、NOx吸蔵層は中層に配置されると効果的であると考えられる。また、NOx吸蔵層が下層に配置され、その上の中層にPdを含む比較的緻密な材料が配置されると、NOxや還元剤であるHCおよびCOの拡散が阻まれて反応性が向上しないものと考えられる。 Further, since the middle layer is sandwiched between the upper layer and the lower layer, and both the upper layer and the lower layer are made of a relatively dense material, the middle layer has a NOx retention function, and the NOx purification performance is improved. .. That is, when the middle layer contains a specific NOx storage material, the NOx retention property is improved as compared with the case where the NOx storage material is not contained. This is because HC and CO that have flowed in the NOx staying in the middle layer from the surface layer are reduced. It is considered that the NOx emission amount is reduced. Since the NOx purification rate is higher in the middle layer than in the lower layer, it is considered that the NOx storage layer is effective in the middle layer. Further, if the NOx storage layer is arranged in the lower layer and a relatively dense material containing Pd is arranged in the upper intermediate layer, the diffusion of NOx and the reducing agents HC and CO is prevented and the reactivity is not improved. It is considered to be a thing.

(3)表層
本発明の表層4の触媒層には貴金属のRhが用いられ、それを担持するサポート材にはアルミナと酸素吸蔵材を併用する。すなわち、最上層の触媒は、ロジウム(Rh)を担持したアルミナと、ロジウム(Rh)を担持したセリア−ジルコニア系複合酸化物を含有する。
(3) Surface layer The noble metal Rh is used for the catalyst layer of the surface layer 4 of the present invention, and alumina and an oxygen storage material are used in combination as a support material supporting the precious metal. That is, the catalyst in the uppermost layer contains alumina carrying rhodium (Rh) and ceria-zirconia-based composite oxide carrying rhodium (Rh).

前記したように、表層は下側の層よりも排気ガス中のHC、CO、NOxなどの有害ガスとの接触機会が多いため、表層ではより高い浄化活性が得られる傾向がある。また、表層は高温の排気ガスに直接晒されたり、酸化還元反応時に発生する熱により局所的に高温に晒されたりすることがある。そのため、表層のサポート材、貴金属成分、助触媒成分等は焼結や粒子成長が下側の層に比べ起こり易い場合がある。さらに、表層では硫黄分に代表される被毒物質が排気ガス中に混じって触媒に流れ、真っ先に付着するため、それら被毒物質の影響を受けやすい。 As described above, the surface layer has more opportunities to come into contact with harmful gases such as HC, CO, and NOx in the exhaust gas than the lower layer, so that the surface layer tends to have higher purification activity. Further, the surface layer may be directly exposed to high-temperature exhaust gas, or locally exposed to high temperature due to heat generated during the redox reaction. Therefore, the support material, the noble metal component, the cocatalyst component, and the like on the surface layer may be more likely to undergo sintering and particle growth than the lower layer. Further, in the surface layer, poisonous substances represented by sulfur are mixed in the exhaust gas and flow to the catalyst, and are attached first, so that they are easily affected by these poisoning substances.

前記の通り、本発明では、中層にNOx吸蔵材であるアルカリ土類金属のBa、Mg化合物を含有させている。これに対してNOx吸蔵材であるアルカリ土類金属のBa、Mg化合物を表層にも一定量含有させると、NOx吸蔵量がより増加するが、アルカリ土類金属のBa、Mg化合物へのNOx吸着力が高いので、低温ではNOx離脱しにくいことから還元が進まず性能が低下する場合がある。 As described above, in the present invention, the intermediate layer contains the Ba and Mg compounds of the alkaline earth metal as the NOx storage material. On the other hand, when a certain amount of the alkaline earth metal Ba or Mg compound, which is the NOx storage material, is also included in the surface layer, the NOx storage amount increases, but the alkaline earth metal Ba or Mg compound adsorbs NOx. Since the force is high, it is difficult for NOx to be released at low temperatures, so reduction may not proceed and the performance may deteriorate.

Rh成分は、金属Rhの形態で存在していても良いが、後述する製造工程中の焼成や、排気ガスの浄化過程において酸化され、一部が酸化ロジウムとして含まれていてもよい。 The Rh component may be present in the form of metal Rh, but it may be contained in the form of rhodium oxide by being oxidized in the firing in the manufacturing process described later or in the exhaust gas purification process.

Rhは高活性の活性種であるため、粒子径が小さく分散状態が良ければ、少量でも活性を発揮することができる。しかし、Rhは資源量も少なく高価なため、高い分散状態を保ちうることが望まれるため本発明では、Rh成分はNOx及び反応性のHC成分に直接晒される表層に使用する。 Since Rh is a highly active active species, if the particle size is small and the dispersion state is good, the activity can be exhibited even in a small amount. However, since Rh has a small amount of resources and is expensive, it is desired to maintain a high dispersion state. Therefore, in the present invention, the Rh component is used for the surface layer directly exposed to NOx and reactive HC component.

Rh成分の量は、特に制限されないが、調製時のRh粒子の巨大化を抑制し、Rh表面積の絶対値を確保しながら、高温時のシンタリングによるNOx浄化作用の低下を抑制するため、金属Rh換算で、ハニカム体基材の単位体積あたり、0.01〜5g/Lとすることができ、0.1〜1g/Lが好ましい。 The amount of the Rh component is not particularly limited, but it suppresses the enlargement of the Rh particles during preparation and secures the absolute value of the Rh surface area, while suppressing the reduction of the NOx purification action due to sintering at high temperature. In terms of Rh, it can be 0.01 to 5 g/L per unit volume of the honeycomb body substrate, and 0.1 to 1 g/L is preferable.

表層のセリア・ジルコニア系複合酸化物は、酸化ランタンを2〜30重量%含有することが好ましい。より好ましいのは、セリア・ジルコニア系複合酸化物が、酸化ランタンを5〜20重量%含有することである。 The ceria-zirconia-based composite oxide in the surface layer preferably contains 2 to 30% by weight of lanthanum oxide. More preferably, the ceria-zirconia-based composite oxide contains 5 to 20% by weight of lanthanum oxide.

表層におけるアルミナとセリア・ジルコニア系複合酸化物の含有量は、Rh粒子、Pt及び/又はPdの分散性を維持し活性を低下させず、触媒層の厚みによる排圧の上昇や内燃機関の出力低下を防ぐという観点から、ハニカム体基材の単位体積あたり、30〜150g/Lとし、40〜100g/Lがより好ましい。 The content of alumina and ceria-zirconia-based composite oxide in the surface layer maintains the dispersibility of Rh particles, Pt and/or Pd and does not reduce the activity, and increases exhaust pressure due to the thickness of the catalyst layer and output of the internal combustion engine. From the viewpoint of preventing the decrease, the honeycomb body substrate has a unit volume of 30 to 150 g/L, preferably 40 to 100 g/L.

なお、触媒全体では、前記必須構成成分の量は、触媒組成物による目詰まりがなく活性種を安定に分散しうるという観点から、ハニカム体基材の単位体積あたり、触媒組成物の総被覆量が150〜500g/L、好ましくは200〜400g/Lとなるようにする。 In the catalyst as a whole, the amount of the essential constituents is such that, from the viewpoint that the active species can be stably dispersed without clogging by the catalyst composition, the total coating amount of the catalyst composition per unit volume of the honeycomb body substrate. Is 150 to 500 g/L, preferably 200 to 400 g/L.

本発明の触媒は、表層、中層、下層を最小の触媒組成物構成単位とする。しかし、前記した本発明の目的を損なわない限り、ハニカム体基材と下層の間、また下層と上層の間、また上層の更に上側に、別途バインダー層、触媒成分の移行を抑制するための抑制層、被覆層、また、異なる触媒組成層などを適宜設けても良い。 In the catalyst of the present invention, the surface layer, the middle layer, and the lower layer have the minimum constituent units of the catalyst composition. However, unless the above-mentioned object of the present invention is impaired, a separate binder layer between the honeycomb body substrate and the lower layer, between the lower layer and the upper layer, and further above the upper layer, a suppression for suppressing the migration of the catalyst component. A layer, a coating layer, a different catalyst composition layer, and the like may be appropriately provided.

本発明の表層、中層、下層、また必要に応じて設けられる他の層には、前記必須成分の他、銀、銅、ニッケル、タングステン、バナジウム、珪素、チタニウム、タングステン等の遷移金属、カリウムなどのアルカリ金属、カルシウムなどアルカリ土類金属等の酸化物が単体で、また複合酸化物として使用されていてもよい。 In the surface layer, the middle layer, the lower layer of the present invention, and other layers provided as necessary, in addition to the above essential components, transition metals such as silver, copper, nickel, tungsten, vanadium, silicon, titanium, and tungsten, potassium, etc. The oxides of alkali metals and alkaline earth metals such as calcium may be used alone or as a composite oxide.

2.触媒の調製
上記排ガス浄化触媒の製造方法の好ましい形態を説明する。上記排ガス浄化触媒は、スラリー塗布工程、乾燥工程、焼成工程を行って製造することができる。
スラリー塗布工程に先立ち、各層に用いる触媒成分を調製し、この触媒成分を含む触媒組成物スラリーを形成する。
2. Preparation of catalyst A preferable mode of the method for producing the exhaust gas purifying catalyst will be described. The exhaust gas purifying catalyst can be manufactured by performing a slurry coating step, a drying step, and a firing step.
Prior to the slurry coating step, the catalyst component used for each layer is prepared, and a catalyst composition slurry containing this catalyst component is formed.

本発明の触媒で用いられる構成成分のPd担持γ―アルミナおよびPd担持Ce―Zr−La−Pr酸化物、Pt−Pd担持γ―アルミナ、Rh担持γ―アルミナおよびRh担持Ce−Zr−La系複合酸化物などは公知の方法によって製造できる。 Pd-supported γ-alumina and Pd-supported Ce-Zr-La-Pr oxide, Pt-Pd-supported γ-alumina, Rh-supported γ-alumina and Rh-supported Ce-Zr-La system, which are constituents used in the catalyst of the present invention. The composite oxide and the like can be produced by a known method.

すなわち、ロジウム(Rh)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)をサポート材に担持するには、原料溶液を調製し含浸法、イオン交換法、混練法など公知の方法により行うことができる。
貴金属成分原料としては、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩等の化合物、エタノールアミン溶液が使用でき、硝酸塩、エタノールアミン化合物の使用が好ましい。この際、原料溶液には必要に応じてpH調整のための酸、アルカリを、粘性の調整やスラリー分散性を向上するための界面活性剤、分散用樹脂等を配合する事ができる。その後、貴金属成分を含む耐熱性無機酸化物を50〜200℃で乾燥して溶媒を除去する。
That is, in order to support rhodium (Rh), platinum (Pt), and palladium (Pd) on the support material, it is possible to prepare a raw material solution and perform it by a known method such as an impregnation method, an ion exchange method, or a kneading method.
As the raw material of the noble metal component, compounds such as nitrates, sulfates, carbonates and acetates and ethanolamine solutions can be used, and nitrates and ethanolamine compounds are preferably used. At this time, an acid or alkali for pH adjustment, a surfactant for adjusting viscosity or improving slurry dispersibility, a dispersing resin, or the like can be added to the raw material solution, if necessary. Then, the heat-resistant inorganic oxide containing a noble metal component is dried at 50 to 200° C. to remove the solvent.

ここで、貴金属成分と耐熱性無機酸化物を含む触媒サポート材の混合方法としては、ボールミルなどによる粉砕混合が適用可能であるが、他の粉砕、もしくは混合方法を適用しても良い。粉砕の条件は、触媒サポート材の粒径が0.1〜50μmとなるようにすることが好ましい。必要により触媒サポート材の混合物を焼成して触媒組成物にする。焼成温度は、200〜650℃が好ましく、250〜600℃がより好ましい。加熱手段については、電気炉やガス炉等の公知の加熱手段によって行う事ができる。 Here, as a method for mixing the catalyst support material containing the noble metal component and the heat resistant inorganic oxide, pulverization and mixing by a ball mill or the like can be applied, but other pulverization or mixing methods may be applied. The crushing condition is preferably such that the particle size of the catalyst support material is 0.1 to 50 μm. If necessary, the mixture of catalyst support materials is calcined to obtain a catalyst composition. The firing temperature is preferably 200 to 650°C, more preferably 250 to 600°C. As for the heating means, a known heating means such as an electric furnace or a gas furnace can be used.

一方、硫酸バリウム、あるいは炭酸バリウム、及び酢酸マグネシウム、あるいは炭酸マグネシウムを用いて酸化物として担持したアルミナを調製する場合も同様である。
Ba成分は、ハニカム構造型触媒中では酸化バリウムとして存在するが、触媒組成物スラリーを製造するにあたっては、硫酸バリウム、あるいは炭酸バリウムを微粉砕した後、サポート材であるアルミナに担持することができる。バリウムを高分散させるためには可溶性の塩の形で添加することが好ましく、塩化バリウム、水酸化バリウム、酢酸バリウム、硝酸バリウム等を併用してもよい。また、Mg成分もハニカム構造型触媒中では酸化マグネシウムとして存在するが、触媒組成物スラリーを製造するにあたっては、酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウムに限らず、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等の可溶性の塩が使用できる。
On the other hand, the same applies to the case where alumina supported as an oxide is prepared using barium sulfate, barium carbonate, magnesium acetate, or magnesium carbonate.
The Ba component exists as barium oxide in the honeycomb structure type catalyst, but in the production of the catalyst composition slurry, barium sulfate or barium carbonate can be finely pulverized and then supported on alumina as a support material. .. In order to highly disperse barium, it is preferable to add it in the form of a soluble salt, and barium chloride, barium hydroxide, barium acetate, barium nitrate or the like may be used in combination. Further, the Mg component also exists as magnesium oxide in the honeycomb structure type catalyst, but in producing the catalyst composition slurry, not only magnesium acetate and magnesium carbonate but also soluble salts such as magnesium chloride, magnesium nitrate and magnesium sulfate. Can be used.

なお、酸化バリウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、及び酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム、炭酸マグネシウムは、いずれも水に対して溶解しにくいため、スラリー化の際にバリウムやマグネシウムが水溶液中に溶け出す恐れは少ない。 Note that barium oxide, barium sulfate, barium carbonate, and magnesium oxide, magnesium sulfate, and magnesium carbonate are difficult to dissolve in water, so barium and magnesium are unlikely to dissolve into the aqueous solution during slurry formation. ..

アルミナ粉末に上記Ba成分及び/またはMg成分を含む均一溶液を含浸法等で担持させた後、電気炉等で焼成することによりアルミナ上に固定する。 A uniform solution containing the Ba component and/or the Mg component is supported on the alumina powder by an impregnation method or the like, and then baked on an electric furnace or the like to be fixed on the alumina.

こうして調製された各層の触媒成分は、水系媒体を含む触媒組成物スラリーとし、コージェライト製ハニカム体基材からなる担体に層状に塗り分けて排ガス浄化触媒を製造する。すなわち本発明では、前記触媒組成物スラリーを、公知のウォッシュコート法によって、ハニカム体基材に被覆し、ハニカム触媒とする。 The catalyst component of each layer thus prepared is made into a catalyst composition slurry containing an aqueous medium, and the exhaust gas purifying catalyst is manufactured by applying the catalyst composition slurry to a carrier made of a cordierite honeycomb substrate in layers. That is, in the present invention, a honeycomb base material is coated with the catalyst composition slurry by a known wash coating method to obtain a honeycomb catalyst.

先ず、下層の材料スラリーを被覆し、その上に中層の材料スラリーを被覆し、最後に表層の材料スラリーを被覆する。ウォッシュコート法は、ハニカム体基材に触媒組成物を塗工した後、乾燥、焼成を行う事により触媒組成物が被覆されたハニカム構造型触媒を得るものである。触媒組成物スラリーは、塗工に適した粘度として使用する。粘度は、ハニカム基材の内部全体にコーティングできるように、B型粘度計での測定値が5〜2000mPa・sであり、10〜1000mPa・sであることが好ましい。 First, the lower layer material slurry is coated, the middle layer material slurry is coated thereon, and finally the surface layer material slurry is coated. The wash coating method is to obtain a honeycomb structure type catalyst coated with a catalyst composition by applying a catalyst composition to a honeycomb substrate and then drying and firing. The catalyst composition slurry is used as a viscosity suitable for coating. The viscosity has a value measured by a B-type viscometer of 5 to 2000 mPa·s, and preferably 10 to 1000 mPa·s so that the entire inside of the honeycomb substrate can be coated.

乾燥温度は、50〜200℃が好ましく、70〜150℃がより望ましい。焼成温度は、300〜700℃が好ましく、特に350〜650℃が望ましい。加熱手段については、電気炉やガス炉等の公知の加熱手段によって行う事ができる。前記製造方法において、スラリーを塗布し触媒層が加わる毎に逐一焼成を行ってもよいが、所望の組成で触媒層が形成できていれば、最後にまとめて焼成を実施しても良い。 The drying temperature is preferably 50 to 200°C, more preferably 70 to 150°C. The firing temperature is preferably 300 to 700°C, and particularly preferably 350 to 650°C. As for the heating means, a known heating means such as an electric furnace or a gas furnace can be used. In the above-mentioned production method, the slurry may be applied and the catalyst layer may be fired every time a catalyst layer is added, but if the catalyst layer can be formed with a desired composition, the firing may be performed collectively at the end.

上記排ガス浄化触媒は、排ガス流路、すなわち自動車排気ガス流れの中に配置して使用される。特にガソリンエンジンの直下に配置されると、排出されたNOxを本触媒の中層に含有されるBa成分及び/またはMg成分が吸蔵し、高温になると吸蔵されたNOxが脱着し、排ガス中のHCやCOと接触して効果的に還元される。 The exhaust gas purifying catalyst is used by being arranged in the exhaust gas flow path, that is, in the exhaust gas flow of an automobile. Especially, when it is arranged just below the gasoline engine, the discharged NOx is occluded by the Ba component and/or the Mg component contained in the middle layer of the present catalyst, and the occluded NOx is desorbed at a high temperature, and HC in the exhaust gas is desorbed. It is effectively reduced by contact with CO and CO.

排気ガス流れの中には、本発明の触媒を単独で配置しても良いが、複数個使用してもよく、異なる作用の触媒と併用してもよい。また複数個の触媒を使用する場合、それらの触媒は隣接して配置してもよく、エンジン直下とシャーシの床下に配置してもよい。 Although the catalyst of the present invention may be arranged alone in the exhaust gas flow, a plurality of catalysts may be used or a catalyst having a different action may be used in combination. When using a plurality of catalysts, the catalysts may be arranged adjacent to each other, or may be arranged immediately below the engine and below the floor of the chassis.

以下に、本発明に係る排気ガス浄化触媒を詳細に説明するための実施例を示す。但し、本発明はこれら実施例に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, examples for explaining the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention in detail will be shown. However, the present invention is not construed as being limited to these examples.

<エンジン耐久処理>
得られたハニカム触媒は、理論空燃比付近で運転するストイキガソリンエンジンにて950℃、50時間の熱処理を行った。
<Engine durability processing>
The obtained honeycomb catalyst was heat-treated at 950° C. for 50 hours in a stoichiometric gasoline engine operating near the stoichiometric air-fuel ratio.

<実車による触媒性能試験>
上記エンジン耐久処理後のハニカム触媒は、触媒コンバーターへ搭載し、欧州仕様の排気量1.0Lの自然吸気エンジンを搭載するガソリン車を用いて、NEDCモードにて触媒の排ガス浄化性能を調べた。
<Catalyst performance test with actual vehicle>
The honeycomb catalyst after the engine durability treatment was mounted on a catalytic converter, and the exhaust gas purification performance of the catalyst was examined in a NEDC mode using a gasoline vehicle equipped with a European specification naturally-aspirated engine having a displacement of 1.0 L.

(実施例1)
以下の要領で、まず各層に用いる触媒成分を調製し、この触媒成分を含む触媒組成物スラリーをコージェライト製ハニカム型構造体からなる担体に層状に塗り分けて図1に示す排ガス浄化触媒を製造した。
(Example 1)
In the following procedure, first, the catalyst component used for each layer is prepared, and the catalyst composition slurry containing the catalyst component is applied in layers to a carrier composed of a cordierite honeycomb structure to produce the exhaust gas purifying catalyst shown in FIG. 1. did.

<Pd担持γ―アルミナおよびPd担持Ce―Zr−La−Pr複合酸化物>
純水で希釈した硝酸Pdの溶液(Pd含有量 20重量%)を市販のγ―アルミナ粉末(BET比表面積 141m/g、平均細孔径41nm)、及びCe―Zr−La−Pr複合酸化物粉末(Ce−Zr−La−Pr酸化物換算での含有比率45:45:8:2、BET比表面積69m/g、平均細孔径52nm)に含浸担持した。これらの含浸粉末を600℃、30分空気中で焼成した。これにより、下層用のPd担持γ―アルミナおよびPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物の混合物(合計のPd含有量 0.794重量%)を調製した。
<Pd-supporting γ-alumina and Pd-supporting Ce-Zr-La-Pr composite oxide>
A commercially available γ-alumina powder (BET specific surface area of 141 m 2 /g, average pore diameter of 41 nm) was used as a commercially available solution of Pd nitrate diluted with pure water (Pd content: 20% by weight), and Ce-Zr-La-Pr composite oxide. The powder (impregnated with a content ratio of Ce-Zr-La-Pr oxide of 45:45:8:2, BET specific surface area of 69 m 2 /g, average pore diameter of 52 nm) was impregnated and supported. These impregnated powders were calcined in air at 600° C. for 30 minutes. Thereby, a mixture of Pd-supporting γ-alumina and Pd-supporting Ce-Zr-La-Pr composite oxide for the lower layer (total Pd content 0.794% by weight) was prepared.

<Pt、Pd担持γ―アルミナ>
純水で希釈した硝酸Pdの溶液(Pd含有量 20重量%)、Ptモノエタノールアミン溶液(Pt含有量 13重量%)をγ―アルミナ粉末(BET比表面積141m/g、平均細孔径41nm)に含浸担持した。この含浸粉末を600℃、30分間空気中で焼成し、これにより中層用のPt−Pd担持アルミナ粉末(0.602重量%Pt、0.061重量%Pd)を調製した。
<γ-alumina carrying Pt and Pd>
A solution of Pd nitrate diluted with pure water (Pd content 20% by weight) and a Pt monoethanolamine solution (Pt content 13% by weight) were mixed with γ-alumina powder (BET specific surface area 141 m 2 /g, average pore diameter 41 nm). Was impregnated and supported. This impregnated powder was calcined in air at 600° C. for 30 minutes to prepare a Pt—Pd-supported alumina powder (0.602 wt% Pt, 0.061 wt% Pd) for the middle layer.

<Rh担持γ―アルミナおよびRh担持Ce−Zr−La複合酸化物>
純水で希釈した硝酸Rhの溶液(Rh含有量 6重量%)を市販のγ―アルミナ粉末(BET比表面積141m/g、平均細孔径41nm)、及びCe−Zr−La複合酸化物粉末(Ce−Zr−La酸化物換算での含有比率10:84:6、BET比表面積59m/g、平均細孔径36nm)に含浸担持した。これらの含浸粉末を600℃、30分空気中で焼成することで、表層用のRh担持アルミナ粉末、及びRh担持Ce−Zr−La系複合酸化物(合計のRh含有量 0.595重量%)を調製した。
<Rh-supporting γ-alumina and Rh-supporting Ce-Zr-La composite oxide>
A commercially available γ-alumina powder (BET specific surface area 141 m 2 /g, average pore diameter 41 nm) and a Ce-Zr-La composite oxide powder ( It was impregnated and supported with a Ce-Zr-La oxide conversion content ratio of 10:84:6, a BET specific surface area of 59 m 2 /g, and an average pore diameter of 36 nm. By firing these impregnated powders in air at 600° C. for 30 minutes, Rh-supporting alumina powder for the surface layer and Rh-supporting Ce-Zr-La-based composite oxide (total Rh content 0.595% by weight). Was prepared.

<三層触媒(中層にBa及び/又はMg化合物)>
次に、上記調製された下層用のPd担持アルミナ粉末、及びPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物(合計のPd含有量 0.794重量%)をポットミルで混合粉砕して、純水でスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に107g/L塗布した。該Pd担持アルミナ粉末、及びPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物の使用量は、下層用触媒組成物の全体100重量%に対して、それぞれ、34.5重量%、65.5重量%とした。
その後、上記調製された中層用のPt−Pd担持アルミナ粉末(0.602重量%Pt、0.061重量%Pd)を、Mg化合物(物質名:酢酸マグネシウム、キシダ化学製、純度:98%)及びBa化合物(物質名:硫酸Ba、堺化学製、純度:97%以上)と混合粉砕して純水でスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に83g/L塗布した。該Pt−Pd担持アルミナ粉末、Mg化合物、およびBa化合物の使用量は、中層用触媒組成物の全体100重量%に対して、Pt−Pd担持アルミナ粉末が65.1重量%、Mg化合物が6.0重量%、およびBa化合物が、28.9重量%とした。
引き続き、上記調製された表層用のRh担持アルミナ粉末、及びRh担持CeO−ZrO系複合酸化物(合計のRh含有量 0.595重量%)を混合粉砕し、純水でスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に86g/L塗布し、本発明の三層触媒を製造した。該Rh担持アルミナ粉末、及びRh担持CeO−ZrO系複合酸化物の使用量は、表層用触媒組成物の全体100重量%に対して、それぞれ、76.7重量%、23.3重量%とした。
その後、上記の要領で、得られたハニカム触媒をエンジン耐久処理し、実車による触媒性能試験をした。結果を図1〜3、5に示した。
<Three-layer catalyst (Ba and/or Mg compound in the middle layer)>
Next, the prepared Pd-supported alumina powder for the lower layer and the Pd-supported Ce-Zr-La-Pr composite oxide (total Pd content 0.794% by weight) were mixed and pulverized with a pot mill, and pure water was added. Was slurried and coated on a cordierite honeycomb carrier at 107 g/L. The Pd-supported alumina powder and the Pd-supported Ce-Zr-La-Pr composite oxide were used in amounts of 34.5% by weight and 65.5% by weight, respectively, with respect to 100% by weight of the entire lower layer catalyst composition. %.
Then, the prepared Pt-Pd-supported alumina powder for the middle layer (0.602 wt% Pt, 0.061 wt% Pd) was mixed with a Mg compound (substance name: magnesium acetate, manufactured by Kishida Chemical Co., purity: 98%). And Ba compound (substance name: Ba sulfate, manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., purity: 97% or more), pulverized, slurried with pure water, and applied on a cordierite honeycomb carrier at 83 g/L. The Pt-Pd-supported alumina powder, the Mg compound, and the Ba compound were used in an amount of 65.1% by weight of Pt-Pd-supported alumina powder and 6% by weight of Mg compound based on 100% by weight of the total catalyst composition for the middle layer. 0.0 wt% and Ba compound were 28.9 wt %.
Subsequently, the prepared Rh-supported alumina powder for the surface layer and the Rh-supported CeO 2 -ZrO 2 -based composite oxide (total Rh content of 0.595 wt %) were mixed and pulverized to form a slurry with pure water, and then a cordier 86 g/L was coated on a honeycomb carrier made of Wright to manufacture the three-layer catalyst of the present invention. The Rh-supported alumina powder and the Rh-supported CeO 2 —ZrO 2 -based composite oxide were used in amounts of 76.7% by weight and 23.3% by weight, respectively, based on 100% by weight of the entire surface layer catalyst composition. And
After that, the honeycomb catalyst obtained was subjected to engine durability treatment in the above-described manner, and a catalyst performance test was carried out using an actual vehicle. The results are shown in FIGS.

(比較例1)
実施例1に対して、中間層を有さず、Pd層(下層)とRh層(表層)からなる図2に示すようなニ層触媒を以下の要領で調製した。
(Comparative example 1)
In contrast to Example 1, a two-layer catalyst shown in FIG. 2 having no Pd layer (lower layer) and Rh layer (surface layer) was prepared in the following manner.

<ニ層触媒>
硝酸Pd溶液(Pd含有量 20重量%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、Pd担持γ―アルミナおよびPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物の混合物(合計のPd含有量 1.453重量%)を調製した。調製されたPd担持アルミナ粉末、及びPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物(合計のPd含有量 1.453重量%)をポットミルで混合粉砕して、純水でスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に190g/L塗布した。該Pd担持アルミナ粉末、及びPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物の使用量は、下層用触媒組成物の全体100重量%に対して、それぞれ、22.6重量%、77.4重量%とした。
その後、硝酸Rh溶液(Rh含有量 6重量%)のほかに、Ptモノエタノールアミン溶液(Pt含有量 13重量%)を用いた以外は、実施例1の場合と同様にして、Rh/Pt担持アルミナ粉末、及びRh/Pt担持CeO2−ZrO系複合酸化物を調製した。調製されたRh/Pt担持アルミナ粉末、及びRh/Pt担持CeO2−ZrO系複合酸化物(合計のRh含有量 0.195重量%、合計のPt含有量 0.061重量%)を混合粉砕し、純水でスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に90g/L塗布して、ニ層触媒を製造した。該Rh/Pt担持アルミナ粉末、及びRh/Pt担持CeO−ZrO系複合酸化物の使用量は、上層用触媒組成物の全体100重量%に対して、それぞれ、50.0重量%、50.0重量%とした。
その後、上記の要領で、得られたハニカム触媒をエンジン耐久処理し、実車による触媒性能試験をした。結果を図1〜3、5に示した。
<Two-layer catalyst>
A mixture of Pd-supporting γ-alumina and Pd-supporting Ce-Zr-La-Pr composite oxide (total Pd-containing content) was carried out in the same manner as in Example 1 except that a Pd nitric acid solution (Pd content 20% by weight) was used. Amount 1.453% by weight) was prepared. The prepared Pd-supported alumina powder and the Pd-supported Ce-Zr-La-Pr composite oxide (total Pd content: 1.453% by weight) were mixed and pulverized in a pot mill, slurried with pure water, and made of cordierite. A honeycomb carrier was coated with 190 g/L. The amounts of the Pd-supported alumina powder and the Pd-supported Ce-Zr-La-Pr composite oxide used were 22.6% by weight and 77.4% by weight, respectively, with respect to 100% by weight of the entire lower layer catalyst composition. %.
Then, Rh/Pt loading was carried out in the same manner as in Example 1 except that a Pt monoethanolamine solution (Pt content 13% by weight) was used in addition to the Rh nitrate solution (Rh content 6% by weight). alumina powder, and Rh / Pt-supported CeO2-ZrO 2 composite oxide was prepared. The prepared Rh/Pt-supported alumina powder and the Rh/Pt-supported CeO2-ZrO 2 -based composite oxide (total Rh content 0.195% by weight, total Pt content 0.061% by weight) were mixed and pulverized. A slurry of pure water was applied to a cordierite honeycomb carrier at 90 g/L to produce a two-layer catalyst. The amounts of the Rh/Pt-supported alumina powder and the Rh/Pt-supported CeO 2 —ZrO 2 -based composite oxide used were 50.0% by weight and 50%, respectively, with respect to 100% by weight of the entire upper layer catalyst composition. It was set to 0.0% by weight.
After that, the honeycomb catalyst thus obtained was subjected to an engine durability treatment in the above-described manner, and a catalyst performance test was carried out using an actual vehicle. The results are shown in FIGS.

(比較例2)
実施例1に対して、中間層と下層とを逆に配置した図3に示すような三層触媒を以下の要領で調製した。
(Comparative example 2)
A three-layer catalyst as shown in FIG. 3 in which the intermediate layer and the lower layer were arranged opposite to Example 1 was prepared in the following manner.

<三層触媒(下層にBa及び/又はMg化合物)>
硝酸Pd溶液(Pd含有量 20重量%)のほかに、Ptモノエタノールアミン溶液(Pt含有量 13重量%)を用いた以外は実施例1と同様にして、Pt及び/又はPd担持γ―アルミナおよびPt及び/又はPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物の混合物を調製した。調製されたPt−Pd担持アルミナ粉末(Pt0.599重量%、Pd0.060重量%)をMg化合物(物質名 酢酸Mg、キシダ化学製、純度98%)及びBa化合物(物質名:硫酸Ba、堺化学製、純度:97%以上)と混合してスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に91.5g/L塗布した。該Pt−Pd担持アルミナ粉末とMg化合物、Ba化合物の使用量は、下層用触媒組成物の全体100重量%に対して、Pt−Pd担持アルミナ粉末が83.6重量%、Mg化合物が5.5重量%、Ba化合物が10.9重量%とした。
次に、Pd担持γ―アルミナおよびPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物の混合物(合計のPd含有量 0.894重量%)を調製した。調製したPd担持アルミナ粉末、及びPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物(合計のPd含有量 0.894重量%)をポットミルで混合粉砕して、純水でスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に120g/L塗布した。該Pd担持アルミナ粉末、及びPd担持Ce−Zr−La−Pr複合酸化物の使用量は、中層用触媒組成物の全体100重量%に対して、それぞれ、58.3重量%、41.7重量%とした。
その後、低濃度の硝酸Rh溶液(Rh含有量 6重量%)を用いた以外は実施例1と同様にして、Rh担持アルミナ粉末、及びRh担持Ce−Zr−La系複合酸化物を調製した。調製されたRh担持アルミナ粉末、及びRh担持Ce−Zr−La系複合酸化物(合計のRh含有量 0.359重量%)をスラリー化し、コージェライト製ハニカム担体に86g/L塗布し、下層にBa及び/又はMg化合物を含有する三層触媒を製造した。該Rh担持アルミナ粉末、及びRh担持Ce−Zr−La系複合酸化物の使用量は、表層用触媒組成物の全体100重量%に対して、それぞれ、76.7重量%、23.3重量%とした。
その後、上記の要領で、得られたハニカム触媒をエンジン耐久処理し、実車による触媒性能試験をした。結果を図1〜3に示した。
<Three-layer catalyst (Ba and/or Mg compound in lower layer)>
Pt and/or Pd-supporting γ-alumina was prepared in the same manner as in Example 1 except that a Pt monoethanolamine solution (Pt content 13 wt%) was used in addition to the Pd nitric acid solution (Pd content 20 wt%). And a mixture of Pt and/or Pd-supported Ce-Zr-La-Pr composite oxide was prepared. The prepared Pt-Pd-supported alumina powder (Pt 0.599 wt%, Pd 0.060 wt%) was mixed with a Mg compound (substance name: Mg acetate, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., purity: 98%) and a Ba compound (substance name: Ba sulfate, Sakai). Chemically-produced, purity: 97% or more) to form a slurry, which was coated on a cordierite honeycomb carrier at 91.5 g/L. The amounts of the Pt-Pd-supporting alumina powder, Mg compound and Ba compound used were 83.6% by weight of the Pt-Pd-supporting alumina powder and 5. 5% of the Mg compound, respectively, based on 100% by weight of the entire lower layer catalyst composition. 5 wt% and Ba compound 10.9 wt%.
Next, a mixture of Pd-supporting γ-alumina and Pd-supporting Ce-Zr-La-Pr composite oxide (total Pd content 0.894% by weight) was prepared. The prepared Pd-supported alumina powder and the Pd-supported Ce-Zr-La-Pr composite oxide (total Pd content 0.894% by weight) were mixed and pulverized in a pot mill to form a slurry with pure water, and a cordierite honeycomb was prepared. The carrier was coated with 120 g/L. The amounts of the Pd-supported alumina powder and the Pd-supported Ce-Zr-La-Pr composite oxide used were 58.3% by weight and 41.7% by weight, respectively, with respect to 100% by weight of the total catalyst composition for the middle layer. %.
Thereafter, a Rh-supported alumina powder and a Rh-supported Ce-Zr-La-based composite oxide were prepared in the same manner as in Example 1 except that a low-concentration Rh nitric acid solution (Rh content 6% by weight) was used. The prepared Rh-supported alumina powder and Rh-supported Ce-Zr-La-based composite oxide (total Rh content 0.359% by weight) were slurried, and 86 g/L was applied to a cordierite honeycomb carrier to form a lower layer. A three-layer catalyst containing Ba and/or Mg compounds was prepared. The amounts of the Rh-supported alumina powder and the Rh-supported Ce-Zr-La-based composite oxide used were 76.7% by weight and 23.3% by weight, respectively, with respect to 100% by weight of the entire surface layer catalyst composition. And
After that, the honeycomb catalyst thus obtained was subjected to an engine durability treatment in the above-described manner, and a catalyst performance test was carried out using an actual vehicle. The results are shown in FIGS.

<評価>
図3はNEDCモードCold領域、図4は高負荷域、図5はモードトータルでのNOx排出量の結果である。
図3より、NOx吸蔵層を配置しない二層の比較例1に対して、比較例2では下層にNOx吸蔵層を配置したが、Cold領域のNOx排出量が低減しなかった。これに対し、NOx吸蔵層を中間層に配置し三層とした実施例1では、Cold域でのNOx排出量が低減した。
比較例2のようにNOx吸蔵層を三層構造の下層に配置した場合、Cold領域では排ガス中のNOxのガス拡散性が低下し、NOx吸蔵材へのNOx吸着が生じなかったと考えられる。
<Evaluation>
FIG. 3 is a result of the NEDC mode Cold region, FIG. 4 is a high load region, and FIG. 5 is a result of NOx emission amount in the mode total.
From FIG. 3, the NOx storage layer was arranged in the lower layer in Comparative Example 2 as compared with the two-layer Comparative Example 1 in which the NOx storage layer was not arranged, but the NOx emission amount in the Cold region was not reduced. On the other hand, in Example 1 in which the NOx storage layer is arranged in the intermediate layer and has three layers, the NOx emission amount in the cold region is reduced.
When the NOx storage layer is arranged in the lower layer of the three-layer structure as in Comparative Example 2, it is considered that the gas diffusivity of NOx in the exhaust gas is lowered in the Cold region, and NOx is not adsorbed to the NOx storage material.

また、図4、図5より、高負荷域ではNOx吸蔵層を持つ比較例2、及び実施例1は、比較例1に対してNOx排出量が低減しており、当該領域における触媒床温度は600℃を超えるため、NOx吸蔵作用は生じていないと考えられるが、Ba、Mg等への短時間のNOx吸脱着は起こっているものと考えられる。
すなわち、NOx吸着剤を含む比較例2及び実施例1は、NOx滞留性が、NOx吸蔵材を含まない比較例1よりも向上しており、中層に滞留したNOxを表層から流入してきたHCおよびCOが還元するため、NOx排出量が低減したものと考えられる。NOx滞留性は、NOx吸蔵層が下層に配置された比較例2よりも、中層に配置された実施例1のほうが大きく、NOx吸蔵層は中層に配置されると効果的であるといえる。
Further, from FIGS. 4 and 5, in Comparative Example 2 and Example 1 having the NOx storage layer in the high load region, the NOx emission amount is smaller than that in Comparative Example 1, and the catalyst bed temperature in the region is Since the temperature exceeds 600° C., it is considered that the NOx occlusion action does not occur, but it is considered that the NOx adsorption/desorption to Ba, Mg, etc. in a short time occurs.
That is, the comparative example 2 and the example 1 including the NOx adsorbent have improved NOx retention properties as compared with the comparative example 1 not including the NOx storage material, and the NOx retained in the middle layer flows from the surface layer to the HC and Since CO is reduced, it is considered that the NOx emission amount is reduced. The NOx retention is greater in Example 1 in which the NOx storage layer is disposed in the middle layer than in Comparative Example 2 in which the NOx storage layer is disposed in the lower layer, and it can be said that the NOx storage layer is effective when disposed in the middle layer.

本発明の排ガス浄化触媒は、ガソリンエンジンから排出されるNOxを含む排気ガスの浄化に使用すると顕著な作用効果が得られる。また、ディーゼルエンジンのほか、ガスタービンなど化石燃料を用いる燃焼機関からの排ガス浄化にも使用できる。 When the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is used for purifying NOx-containing exhaust gas discharged from a gasoline engine, remarkable effects can be obtained. In addition to diesel engines, it can also be used for exhaust gas purification from combustion engines that use fossil fuels such as gas turbines.

1 担体
2 下層
3 中層
4 表層(上層)
1 carrier 2 lower layer 3 middle layer 4 surface layer (upper layer)

Claims (5)

ハニカム体基材にRhとPt及び/又はPdの貴金属触媒が担持された触媒層を有する排ガス浄化触媒において、
触媒層が三層からなり、下層に貴金属と酸素吸蔵材とを、中層に貴金属とバリウム(Ba)及び/又はマグネシウム(Mg)のアルカリ土類金属化合物を含むNOx吸蔵材とを、表層に貴金属のRhを、含み、
前記下層の貴金属はPdであり、
前記中層の貴金属はPt、又はPt及びPdであり、
前記下層の触媒量は、前記ハニカム体基材の単位体積あたり100g〜200g/Lである、ことを特徴とする排ガス浄化触媒。
In an exhaust gas purifying catalyst having a catalyst layer in which a precious metal catalyst of Rh and Pt and/or Pd is supported on a honeycomb substrate,
Catalyst layer comprises three layers, the noble metal and oxygen storage material in the lower layer, and a NOx storage material comprising an alkaline earth metal compound of a noble metal and barium middle (Ba) and / or magnesium (Mg), a surface layer to the Rh of the precious metal, only including,
The lower precious metal is Pd,
The noble metal of the middle layer is Pt, or Pt and Pd,
An exhaust gas purifying catalyst , wherein the catalyst amount of the lower layer is 100 g to 200 g/L per unit volume of the honeycomb body substrate .
前記中層のアルカリ土類金属化合物が、Baの酸化物、Mgの酸化物、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、酢酸バリウム、及び酢酸マグネシウムからなる群から選ばれるすくなくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化触媒The alkaline earth metal compound of the middle layer is at least one selected from the group consisting of Ba oxide, Mg oxide, barium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, magnesium sulfate, barium acetate, and magnesium acetate. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1. 前記下層の酸素吸蔵材がセリア・ジルコニア系複合酸化物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化触媒。 The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1 or 2, wherein the lower layer oxygen storage material is a ceria-zirconia-based composite oxide. 前記表層に、さらに酸素吸蔵材のセリア・ジルコニア系複合酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の排ガス浄化触媒。 The surface layer, the exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 3 further characterized in that it comprises a ceria-zirconia composite oxide of the oxygen storage material. 前記表層のRhが、アルミナ及びセリア・ジルコニア系複合酸化物に担持されていることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の排ガス浄化触媒。 The surface layer of Rh is, the exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is supported on alumina and ceria-zirconia composite oxide.
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