JP7050843B2 - ディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト、及びこれを含むディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置 - Google Patents
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Description
シリカ/アルミナ比(SAR)がモル比で15未満のCu-CHA型ゼオライトであって、
前記Cu-CHA型ゼオライトについて測定されたFT-IRスペクトルにおいて、波数3,745cm-1のピークP1のピーク面積AP1と、波数1,975cm-1のピークP0のピーク面積AP0との比(AP1/AP0)が、0.070以下である、
ディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
《態様2》
前記Cu-CHA型ゼオライトのSARが、5.0超10.0以下である、態様1に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
《態様3》
前記Cu-CHA型ゼオライトにおける前記比(AP1/AP0)が、0.063以下である、態様1又は2に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
《態様4》
前記Cu-CHA型ゼオライト中の、K2O換算のカリウム量が、1.0質量%以下である、態様1~3のいずれか一項に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
《態様5》
前記Cu-CHA型ゼオライトにおける、銅原子とアルミニウム原子とのモル比(Cu/Al)が、0.05以上1.00以下である、態様1~4のいずれか一項に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
《態様6》
基材と、前記基材上のSCR触媒層とを含み、かつ、
前記SCR触媒層が、態様1~5のいずれか一項に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライトを含む、
ディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置。
《態様7》
前記基材上に、酸化触媒層を更に含む、態様6に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置。
《態様8》
態様6又は7に記載の自動車排ガス浄化触媒装置を含む、NH3-SCRシステム又はNH3-SCR-フィルターシステム。
本発明のCu-CHA型ゼオライトは、
シリカ/アルミナ比(SAR)がモル比で15未満のCu-CHA型ゼオライトであって、
前記Cu-CHA型ゼオライトについて測定されたFT-IRスペクトルにおいて、波数3,745cm-1のピークP1のピーク面積AP1と、波数1,975cm-1のピークP0のピーク面積AP0との比(AP1/AP0)が、0.070以下である、
ディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト、
であることを特徴とする。
本発明のCu-CHA型ゼオライトは、上記のような特性を有する限り、どのような方法によって製造されてもよい。例えば、本発明におけるCu-CHA型ゼオライトは、SAR15未満のY型ゼオライトを原料として、以下のような方法で製造されてもよい。
SAR15未満のY型ゼオライトと種結晶と水とを混合して原料スラリーを調製し、
この原料スラリーを湿式粉砕して粉砕スラリーを調製し、
この粉砕スラリー中にアルカリ金属水酸化物を添加して調合スラリーを調製し、
この調合スラリーを130℃以上190℃以下の温度で水熱処理してCHA型ゼオライトを調製し、
このCHA型ゼオライトをCuでイオン交換したあと所定の温度で焼成する
方法で、製造されてもよい。
本発明のディーゼル排ガス浄化触媒装置は、
基材と、前記基材上のSCR触媒層とを含み、かつ、
前記SCR触媒層が、上記に説明したCu-CHA型ゼオライトを含む。
本発明の更に別の観点によると、本発明の排ガス浄化触媒装置を含む、SCRシステム、cc-SCRシステム、又はSCR-フィルターシステムが提供される。図1に、これらのシステムの構成の例を説明するための概略図を示した。排ガスは、図1の左側から右側に向かって流れるものとする。
〔原料スラリー調製工程〕
純水846gとFAU型ゼオライト(SAR=8.8)104gとを混合した。次いで、「VERIFIED SYNTHESES OF ZEOLITIC MATERIALS」,H.Robson編、K.P.Lillerud XRD図:2001年発行、第2版、第123頁~第125頁に記載されたチャバサイト(Chabazite)の合成方法により得られたチャバサイト型ゼオライト(SAR=4.5、Na2O/Al2O3モル比=0.02、K2O/Al2O3モル比=0.98)11.2gを種結晶として添加し、原料スラリーを得た。このとき、原料スラリーのSARは8.3であり、当該スラリーのアルカリ金属の含有量は、当該スラリーに含まれるSiを1モルとしたとき、0.03モルであった。また、原料スラリーに含まれる種結晶の含有量は、前記原料スラリーに含まれる種結晶とFAU型ゼオライトの質量の和に対して、9.7質量%であった。
前記工程で調製した原料スラリーを、循環式のビーズミル(アシザワファインテック(株)製:LMZ015)を用いて、ビーズミルの容器及び原料スラリーの容器をチラーで冷却しながら湿式粉砕した。このとき、原料スラリーに含まれるFAU型ゼオライトのX線回折パターンに現れる3本のピーク〔(111)、(331)、及び(533)のミラー指数に帰属されるピーク〕の合計強度(Ha)に対して、FAU型ゼオライトの合計強度(Hb)が半分以下(0.5Ha≧Hb)になるまで当該スラリーを湿式粉砕して、粉砕スラリーを得た。
なお、原料スラリーに含まれるFAU型ゼオライトのX線回折パターンは、当該スラリーから溶媒を除去して得られた粉末を、以下の条件で測定して得た。
装置 :MiniFlex((株)リガク製)
操作軸 :2θ/θ
線源 :CuKα
測定方法 :連続式
電圧 :40kV
電流 :15mA
開始角度 :2θ=5°
終了角度 :2θ=50°
サンプリング幅:0.020°
スキャン速度 :10.000°/min
前記工程で得られた粉砕スラリーにアルカリ金属水酸化物としての水酸化カリウム(KOH濃度:95.5質量%)27.9gを添加して、調合スラリーを調製した。このとき、調合スラリーに含まれるアルカリ金属水酸化物のモル量は、当該スラリー中のSi 1モルに対して、0.335モルであった。
この調合スラリーをオートクレーブに入れ、150℃、48時間水熱処理した。その後、水熱処理後の調合スラリーを取出し、ろ過、洗浄、及び乾燥して、CHA型ゼオライトを得た。得られたCHA型ゼオライト50gを、硫酸アンモニウム50gを含む水溶液500gに懸濁してスラリーを調製した。このスラリーを撹拌しながら60℃に昇温して、1時間イオン交換した。イオン交換後のスラリーをろ過、洗浄、及び乾燥した。これらの操作を更に2回行い、NH4イオン交換CHA型ゼオライトを調製した。
前述の工程で得られたCHA型ゼオライトを、当該ゼオライト中のアルミニウム1モルに対して0.25モルの硝酸銅を含有する水溶液中に分散して、スラリーとした。このスラリーを、1時間撹拌して、ゼオライトのCuイオン交換を行った。
前述の工程で得られたCu-CHA型ゼオライトについてX線回折測定を行い、CHA骨格の有無及び異相の有無を確認した。具体的には、以下の方法で測定及び確認した。その結果を表3に示す。
装置 :MiniFlex((株)リガク製)
操作軸 :2θ/θ
線源 :CuKα
測定方法 :連続式
電圧 :40kV
電流 :15mA
開始角度 :2θ=5°
終了角度 :2θ=50°
サンプリング幅:0.020°
スキャン速度 :10.000°/min
上記測定により得られるX線回折パターンを用いて、JIS K 0131のX線回析分析通則にしたがって、得られたゼオライトがCHA骨格を有しているか否かを確認した。
得られたゼオライトのX線回析の測定パターンを、「Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites」 M.M.J.Treacy, J.B.Higgins編:2001年発行、第4版に記載されているCHA型ゼオライトのX線回折パターンと照合し、CHA型ゼオライトのピークの他にピークを有する場合は、異相が生成していると判断した。
前述の工程で得られたCu-CHA型ゼオライトについて、SARを算出した。具体的には、Cu-CHA型ゼオライトについて、ICP発光分光分析を用いてSi及びAlの含有量を測定し、各成分の含有量をSiO2及びAl2O3のモル量に換算して、SAR(SiO2/Al2O3モル比)を算出した。ICP発光分光分析は、以下の条件で行った。得られた結果を表3に示す。
装置 :ICPS-8100(島津製作所)
試料溶解:Alは酸溶解、Siはアルカリ溶融
前述の工程で得られたCu-CHA型ゼオライトについて、一次粒子径を算出した。具体的には、Cu-CHA型ゼオライトについて、走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行い、得られた画像から以下の方法で一次粒子径を算出したところ、0.4μmであった。SEM観察は、以下の条件で行った。なお、電子顕微鏡の倍率は、Cu-CHA型ゼオライトの一次粒子のサイズが確認できる倍率であれば、必ずしも下記の条件でなくともよい。
測定装置 :日本電子 JEOL JSM-7600
加速電圧 :1.0kV
倍率 :20,000倍
SEM画像から10個の一次粒子をランダムに抽出し、これらの一次粒子の長径の平均値を一次粒子径とした。
前述の工程で得られたCu-CHA型ゼオライトを、乳鉢で粉砕し、約20mgをはかり取り、圧縮成形によって、直径20mmΦのFT-IR分析用のディスク試料を得た。この圧縮成形は、市販の20mmΦ錠剤成形機により、手動油圧ポンプを用いて、成形圧力60kNにて行った。得られたディスク試料につき、以下の条件でFT-IR測定を行った。
測定装置:日本分光(株)製、フーリエ変換赤外分光光度計、「FT/IR-6100」
測定法:透過法
測定範囲:4,000~1,000cm-1
分解能:4.0cm-1
検出器:TGS(硫酸トリグリシン)検出器
積算回数:100回
測定温度:40℃
測定雰囲気:真空
波数4,000cm-1における吸光度と、波数3,000cm-1における吸光度とを直線で結ぶ2点間補正により、この波数領域のベースラインを設定した。そして、波数3,820cm-1から波数3,400cm-1までの波数領域におけるスペクトルについて、表1に示す6ピークを想定して、フィッティングを行った。このとき、ピーク形状関数(ガウス関数-ローレンツ関数の割合)は、いずれのピークについてもガウス関数100%として、フィッティングを行った。
波数2,120cm-1における吸光度を用いる1点補正により、波数2,200cm-1から波数1,500cm-1までの波数領域のベースラインを設定した。そして、この波数領域におけるスペクトルについて、表2に示す3ピークを想定して、フィッティングを行った。このとき、ピーク形状関数(ガウス関数-ローレンツ関数の割合)は、いずれのピークについてもガウス関数100%として、フィッティングを行った。
前述の工程で得られた実施例1のCu-CHA型ゼオライト100質量部、バインダーゾル50質量部、及び純水を混合して、触媒コート層形成用塗工液を調製した。ハニカム基材上に、得られた触媒コート層形成用塗工液を塗布し、次いで、加熱処理を行って、基材上に、コート量120g/Lの触媒コート層を形成することにより、実施例1の排ガス浄化触媒装置を製造した。
NOx浄化率(%)={(導入ガス中のNOx濃度-排出ガス中のNOx濃度)/導入ガス中のNOx濃度}×100
モデルガス導入温度:200℃
モデルガスの組成:NO:500ppm、NH3:500ppm、O2:10%、H2O:5%、及びN2バランス
モデルガス導入時の空間速度:60,000hr-1
調合スラリーに含まれるアルカリ金属水酸化物のモル量を、当該スラリーに含まれるSi1モルに対して、0.350モルにしたこと以外は、実施例1と同様の方法でCu-CHA型ゼオライトを調製した。また、実施例1と同様の分析を行った。その結果を表3に示す。
水熱処理温度を165℃にしたこと以外は、実施例1と同様の方法でCu-CHA型ゼオライトを調製した。また、実施例1と同様の分析を行った。その結果を表3に示す。
水熱処理温度を120℃にしたこと以外は、実施例1と同様の方法でCHA型ゼオライトを調製した。得られたCHA型ゼオライトについて実施例1と同様の方法でX線回折測定を行い、CHA骨格の有無及び異相の有無を確認したところ、この方法で調製されたCHA型ゼオライトには異相が含まれていたため、その後のCuイオン交換工程を行わなかった。また、SAR測定、FT-IR測定及び耐久後のSCR性能の評価も行わなかった。
水熱処理温度を200℃にしたこと以外は、実施例1と同様の方法でCHA型ゼオライトを調製した。得られたCHA型ゼオライトについて実施例1と同様の方法でX線回折測定を行い、CHA骨格の有無及び異相の有無を確認したところ、この方法で調製されたCHA型ゼオライトには異相が含まれていたため、その後のCuイオン交換工程を行わなかった。また、SAR測定、FT-IR測定及び耐久後のSCR性能の評価も行わなかった。
調合スラリーに含まれるアルカリ金属水酸化物のモル量を、当該スラリーに含まれるSi1モルに対して、0.310モルにしたこと以外は、実施例1と同様の方法でCHA型ゼオライトを調製した。得られたCHA型ゼオライトについて実施例1と同様の方法でX線回折測定を行い、CHA骨格の有無及び異相の有無を確認したところ、この方法で調製されたCHA型ゼオライトには異相が含まれていたため、その後のCuイオン交換工程を行わなかった。また、SAR測定、FT-IR測定及び耐久後のSCR性能の評価も行わなかった。
種結晶の添加量を15.0gにして、原料スラリーのSARを8.1にし、当該スラリーに含まれるSi1モルに対して、アルカリ金属水酸化物のモル量が0.40となるように水酸化カリウムを添加し、一方、粉砕スラリーにはアルカリ金属水酸化物を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法でCu-CHA型ゼオライトを製造した。また、実施例1と同様の分析を行った。その結果を表3に示す。
比較例5では、OSDA(Organic-Structure-Directing Agent、有機構造規定剤)を用いて製造されたCHA型ゼオライトを用い、実施例1と同様に、Cuイオン交換を行ってCu-CHA型ゼオライトを合成し、実施例1と同様の分析を行った。その結果を表3に示す。
実施例1で用いた種結晶について、実施例1と同様の方法で、X線回折測定、SAR測定、FT-IR測定及び原子吸光測定を行った。その結果を表3に示す。
2 排ガス
10 SCR装置
11 cc-SCR装置
12 SCR-フィルター装置
20 DOC装置
30 DPF装置
40 後段DOC装置
100 SCRシステム
110 cc-SCRシステム
120 SCR-フィルターシステム
Claims (8)
- シリカ/アルミナ比(SAR)がモル比で15未満のCu-CHA型ゼオライトであって、
前記Cu-CHA型ゼオライトについて測定されたFT-IRスペクトルにおいて、波数3,745cm-1のピークP1のピーク面積AP1と、波数1,975cm-1のピークP0のピーク面積AP0との比(AP1/AP0)が、0.070以下である、
ディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。 - 前記Cu-CHA型ゼオライトのSARが、5.0超10.0以下である、請求項1に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
- 前記Cu-CHA型ゼオライトにおける前記比(AP1/AP0)が、0.063以下である、請求項1又は2に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
- 前記Cu-CHA型ゼオライト中の、K2O換算のカリウム量が、1.0質量%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
- 前記Cu-CHA型ゼオライトにおける、銅原子とアルミニウム原子とのモル比(Cu/Al)が、0.05以上1.00以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライト。
- 基材と、前記基材上のSCR触媒層とを含み、かつ、
前記SCR触媒層が、請求項1~5のいずれか一項に記載の自動車排ガス浄化触媒装置に用いられるNH3-SCR触媒用のCu-CHA型ゼオライトを含む、
ディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置。 - 前記基材上に、酸化触媒層を更に含む、請求項6に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置。
- 請求項6又は7に記載のディーゼル自動車排ガス浄化触媒装置を含む、尿素SCRシステム又は尿素SCR-フィルターシステム。
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