JPH02174937A - 三元触媒系 - Google Patents
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
- B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
- B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
- B01D53/945—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
- B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
- B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
- B01J29/064—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing iron group metals, noble metals or copper
- B01J29/068—Noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/024—Multiple impregnation or coating
- B01J37/0246—Coatings comprising a zeolite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、自動車排ガイ浄化に効果的に使用できる三元
触媒(TWC)のような触媒系におけるる触媒として使
用されているロジウムの一部または全部を置き換えるこ
とに関するものである。触媒の目的は、炭化水素、酸化
窒素、および−酸化炭素をそれぞれ相当する無害の物質
に転換することである。本発明の触媒系には、最初に触
媒作用を受けた反応物の中間生成物が、さらに触媒作用
を受けて、二酸化炭素、窒素ガス、および水を生じる機
構が関与する。
触媒(TWC)のような触媒系におけるる触媒として使
用されているロジウムの一部または全部を置き換えるこ
とに関するものである。触媒の目的は、炭化水素、酸化
窒素、および−酸化炭素をそれぞれ相当する無害の物質
に転換することである。本発明の触媒系には、最初に触
媒作用を受けた反応物の中間生成物が、さらに触媒作用
を受けて、二酸化炭素、窒素ガス、および水を生じる機
構が関与する。
(従来の技術)
有害排ガスの転換は、自動車業界の長年の課題である。
近年では、触媒反応を利用して、排気系から放出される
有害ガスを低下させる努力がなされている。産業界では
長年の間、炭素と窒素の酸化と還元を同時に処理できる
触媒系が必要とされていた。この目的のために、三元触
媒系が開発され、内燃機関の反応生成物を転換できるよ
うになつた。
有害ガスを低下させる努力がなされている。産業界では
長年の間、炭素と窒素の酸化と還元を同時に処理できる
触媒系が必要とされていた。この目的のために、三元触
媒系が開発され、内燃機関の反応生成物を転換できるよ
うになつた。
石炭または石油燃焼型発電所などの、他の有機性燃料エ
ネルギーを転換する施設における共通の問題点は、自動
車産業で見られるのと同じ種類の公害物質を発生するこ
とである。したがって、自動車の排ガス処理に使用でき
る系は、工場の煙突や有機性燃料を使用する発電所にも
十分に使用できる。
ネルギーを転換する施設における共通の問題点は、自動
車産業で見られるのと同じ種類の公害物質を発生するこ
とである。したがって、自動車の排ガス処理に使用でき
る系は、工場の煙突や有機性燃料を使用する発電所にも
十分に使用できる。
(発明が解決しようとする課題)
酸化窒素の触媒還元に効果的であることが分かっている
二元触媒系の一成分は、ロジウムである。
二元触媒系の一成分は、ロジウムである。
残念ながら、ロジウムは希少で高価な資源である。
そのため、ロジウムの代替となる触媒系の研究がなされ
ている。ガンデイらによる[自動車三元触媒におけるモ
リブデンの使用J ACSシンポジウム、NO,i、7
8 、19g2、が、三元触媒系におけるロジウムの代
替としてモリブデンの利点を考察している。ロジウムの
使用を少なくすることの利点は、明らかに触媒系の価格
を大幅に低下できることである。したがって、ある種の
非常に大きな産業にとりて、ロジウムの代替品はこの上
無く重要な問題なのである。
ている。ガンデイらによる[自動車三元触媒におけるモ
リブデンの使用J ACSシンポジウム、NO,i、7
8 、19g2、が、三元触媒系におけるロジウムの代
替としてモリブデンの利点を考察している。ロジウムの
使用を少なくすることの利点は、明らかに触媒系の価格
を大幅に低下できることである。したがって、ある種の
非常に大きな産業にとりて、ロジウムの代替品はこの上
無く重要な問題なのである。
米国特許第4.678.770号に、白金および/また
はパラジウム、希土類酸化物、アルミナ、およびロジウ
ムの使用を記載している。この組み合わせは、三元触媒
系として使用される。
はパラジウム、希土類酸化物、アルミナ、およびロジウ
ムの使用を記載している。この組み合わせは、三元触媒
系として使用される。
米国特許第4,297,328号に、三元触媒系におけ
る銅、鉄イオン、およびゼオライトの使用を記載してい
る。この系では、白金およびパラジウムは使用されてい
ない。
る銅、鉄イオン、およびゼオライトの使用を記載してい
る。この系では、白金およびパラジウムは使用されてい
ない。
(課題を解決するための手段および作用)本発明では、
触媒系におけるロジウムの一部または全部を置き換え、
同系のパラジウムおよび/または白金は維持する。ゼオ
ライトのような分子篩い、および白金および/またはパ
ラジウムを単独で、または組み合わせて使用することに
より、この触媒の組み合わせが、ロジウム/白金および
/またはパラジウム金属系と同様の優れた性能を発揮す
ることが分かった。
触媒系におけるロジウムの一部または全部を置き換え、
同系のパラジウムおよび/または白金は維持する。ゼオ
ライトのような分子篩い、および白金および/またはパ
ラジウムを単独で、または組み合わせて使用することに
より、この触媒の組み合わせが、ロジウム/白金および
/またはパラジウム金属系と同様の優れた性能を発揮す
ることが分かった。
本発明は、有機性燃料を使用するエネルギー消費装置か
ら排出される排ガスに触媒作用を及ぼし、すべて担体中
に、および/または担体上に固着した分子篩い、白金お
よび/またはパラジウム、選択的に結合剤、およびそれ
らの組み合わせから成る触媒系において、該触媒系を、
本質的に酸化窒素、炭化水素、および酸化炭素から成る
流れの中に置ぎ、本質的に窒素ガス、二酸化炭素、およ
び水から成る流れに転換するための触媒系を提供する。
ら排出される排ガスに触媒作用を及ぼし、すべて担体中
に、および/または担体上に固着した分子篩い、白金お
よび/またはパラジウム、選択的に結合剤、およびそれ
らの組み合わせから成る触媒系において、該触媒系を、
本質的に酸化窒素、炭化水素、および酸化炭素から成る
流れの中に置ぎ、本質的に窒素ガス、二酸化炭素、およ
び水から成る流れに転換するための触媒系を提供する。
ゼオライト、微細孔燐酸アルミニウム、およびこの技術
に精通している者には公知の、他の材料から成る一部の
分子篩いがこの目的に適している。
に精通している者には公知の、他の材料から成る一部の
分子篩いがこの目的に適している。
分子h7frいの好ましい実施形態は、ゼオライトと呼
ばれる物ならどのような種類でもよい。重要なゼオライ
トは、モルデン沸石、超安定YSH−フェリエライト、
H−オフレタイト、HL、粉体、ZSM−5、ベーター
ゼオライト、ZSM−8,ZSM−11,、ZSM−1
2,ハイパーY1好ましくはシリカライト、およびエリ
オナイト、クリノプチロライト、チャバザイト、フィリ
ップサイトを含む天然のぜオライドの中から選択するこ
とができる。
ばれる物ならどのような種類でもよい。重要なゼオライ
トは、モルデン沸石、超安定YSH−フェリエライト、
H−オフレタイト、HL、粉体、ZSM−5、ベーター
ゼオライト、ZSM−8,ZSM−11,、ZSM−1
2,ハイパーY1好ましくはシリカライト、およびエリ
オナイト、クリノプチロライト、チャバザイト、フィリ
ップサイトを含む天然のぜオライドの中から選択するこ
とができる。
これらのゼオライトは、アルミナ結合剤を使って、担体
上に浸し塗りできる。
上に浸し塗りできる。
好ましくは、ゼオライトとアルミナ結合剤は、スラリー
状に混合する。この形態は、ガンマ−アルミナ、または
他の大表面積アルミナ、またはそれらの前駆物質を含む
ことができる。最も好ましい実施形態では、熱安定性を
高くするために、アルカリ上類または希土類酸化物のよ
うな酸化物を追加することがある。結合剤は、プソイド
ベーマイト アルミナの様な遷移アルミナ、水和アルミ
ナ、イソプロポキシドのような氷解アルミニウムアルコ
キシド、および塩素水化アルミニウム、またはシリカ、
アルミナ、ジルコニア、スピネル、またはチタニアなど
の他の永久結合剤の中から選択することができる。好ま
しい遷移アルミナとしては、ガンマ−アルミナに転換す
るために5006〜B00℃の範囲で焼成したプソイド
ベーマイトアルミナがある。
状に混合する。この形態は、ガンマ−アルミナ、または
他の大表面積アルミナ、またはそれらの前駆物質を含む
ことができる。最も好ましい実施形態では、熱安定性を
高くするために、アルカリ上類または希土類酸化物のよ
うな酸化物を追加することがある。結合剤は、プソイド
ベーマイト アルミナの様な遷移アルミナ、水和アルミ
ナ、イソプロポキシドのような氷解アルミニウムアルコ
キシド、および塩素水化アルミニウム、またはシリカ、
アルミナ、ジルコニア、スピネル、またはチタニアなど
の他の永久結合剤の中から選択することができる。好ま
しい遷移アルミナとしては、ガンマ−アルミナに転換す
るために5006〜B00℃の範囲で焼成したプソイド
ベーマイトアルミナがある。
ハニカムのような担体構造にこのスラリーを塗布する。
塗布方法は、浸漬または浸し塗りで良い。
通常、担体を一回浸し塗りすることにより、15−30
重量%の塗膜を付ける。組合わせスラリーを塗布した担
体を、500 ”〜600℃の温度範囲で加熱処理する
。
重量%の塗膜を付ける。組合わせスラリーを塗布した担
体を、500 ”〜600℃の温度範囲で加熱処理する
。
次の段階は、貴金属触媒を塗布することである。
すでに処理した担体上に、貴金属塩の溶液を塗布する。
含浸により、貴金属前駆物質を大表面積アルミナ上に導
入する。面白いことに、また偶然にも貴金属前駆物質は
、すでに存在するゼオライト上に十分に付着しない。こ
の有利な結果により、分離した系、つまり該分子篩いお
よび貴金属が位置的にお互い同士近接し、ゼオライトは
ゼオライトの特性を堅持しながら、反応物質に触媒作用
を及ぼす系が得られる。さらに、貴金属があり、貴金属
の特性に最も適した反応に触媒作用を及ぼす。
入する。面白いことに、また偶然にも貴金属前駆物質は
、すでに存在するゼオライト上に十分に付着しない。こ
の有利な結果により、分離した系、つまり該分子篩いお
よび貴金属が位置的にお互い同士近接し、ゼオライトは
ゼオライトの特性を堅持しながら、反応物質に触媒作用
を及ぼす系が得られる。さらに、貴金属があり、貴金属
の特性に最も適した反応に触媒作用を及ぼす。
この技術に精通した者には察しがつくように、上記の分
子篩いと貴金属を担体構造に塗布する工程を変えても、
同等な長所を持つ触媒系が得られる。例えば、貴金属を
先ずガンマ−アルミナまたは前駆物質である大表面積ア
ルミナに分散させ、熱処理し、続いて分子篩い処理をし
たスラリーと混合し、それを担体に塗布する。もう一つ
の方法は、担体に先ず大表面積アルミナ上に貴金属を塗
布し、ついで分子篩いスラリーを塗布する。担体状にゼ
オライトを施すもう一つの方法は、ハニカム状に成形す
る前に、担体に種を植えつけ、その種を付けた担体を処
理してゼオライトを成長させる。ここに参考として含め
る、1987年10月28日提出の米国特許出願箱11
3.475号「モノリスセラミック担体の表面にゼオラ
イトを結晶化させる方法」に、セラミック担体をゼオラ
イトで処理する幾つかの方法が記載されている。
子篩いと貴金属を担体構造に塗布する工程を変えても、
同等な長所を持つ触媒系が得られる。例えば、貴金属を
先ずガンマ−アルミナまたは前駆物質である大表面積ア
ルミナに分散させ、熱処理し、続いて分子篩い処理をし
たスラリーと混合し、それを担体に塗布する。もう一つ
の方法は、担体に先ず大表面積アルミナ上に貴金属を塗
布し、ついで分子篩いスラリーを塗布する。担体状にゼ
オライトを施すもう一つの方法は、ハニカム状に成形す
る前に、担体に種を植えつけ、その種を付けた担体を処
理してゼオライトを成長させる。ここに参考として含め
る、1987年10月28日提出の米国特許出願箱11
3.475号「モノリスセラミック担体の表面にゼオラ
イトを結晶化させる方法」に、セラミック担体をゼオラ
イトで処理する幾つかの方法が記載されている。
この技術にとって、焼成した金属粉体担体をゼオライト
で処理および/または一体化するのは新しい方法である
。ここでは、セラミックに使用するのと同じ方法でゼオ
ライトのような分子篩いを結晶化するのが有利である。
で処理および/または一体化するのは新しい方法である
。ここでは、セラミックに使用するのと同じ方法でゼオ
ライトのような分子篩いを結晶化するのが有利である。
この方法には、焼成した金属粉体表面を酸、塩基、およ
び空気中における酸化により活性化し、ゼオライトで処
理する前、または処理の間に、相容性の表面酸化物の例
としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、および酸化
ケイ素がある。さらに、分子篩い成分およびその成分の
種は、焼成前に、焼成した金属材料と共に押出し成形で
きる。続いて、この技術に精通した者には公知の、どの
ような方法によってでも、この種を成長させて完成させ
ることができる。
び空気中における酸化により活性化し、ゼオライトで処
理する前、または処理の間に、相容性の表面酸化物の例
としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、および酸化
ケイ素がある。さらに、分子篩い成分およびその成分の
種は、焼成前に、焼成した金属材料と共に押出し成形で
きる。続いて、この技術に精通した者には公知の、どの
ような方法によってでも、この種を成長させて完成させ
ることができる。
特に、上記の米国出願節113.475号に記載する方
法をここに参考として含める。そのような処理の後、表
面積の大きな媒体上に付けた貴金属を、ゼオライト処理
した担体に塗布することができる。
法をここに参考として含める。そのような処理の後、表
面積の大きな媒体上に付けた貴金属を、ゼオライト処理
した担体に塗布することができる。
別な方法として、二つの異なった浸し塗り層を担体に施
しても良い。浸し塗り材料は表面積の大きな多孔質媒体
であることは、この技術に精通した者にはよく知られて
いることである。ゼオライトおよび貴金属は、どちらの
層が先でもよく、表面積の大きな酸化物上に別々に浸し
塗りでき、続いて、サンドイッチ効果が得られるように
、担体を各浸し塗り層で処理する。各浸し塗り層が多孔
質なので、ゼオライトおよび貴金属共、気流に接するこ
とができる。
しても良い。浸し塗り材料は表面積の大きな多孔質媒体
であることは、この技術に精通した者にはよく知られて
いることである。ゼオライトおよび貴金属は、どちらの
層が先でもよく、表面積の大きな酸化物上に別々に浸し
塗りでき、続いて、サンドイッチ効果が得られるように
、担体を各浸し塗り層で処理する。各浸し塗り層が多孔
質なので、ゼオライトおよび貴金属共、気流に接するこ
とができる。
また、焼成金属担体を浸し塗り材料で処理することもこ
の技術において新しい方法である。本発明の実施形態と
して、セラミック浸し塗り担体と同様に、表面積の大き
な浸し塗り材料を焼成金属粉体担体に塗布することがで
きる。この方法により、浸し塗り材料に固着した焼成金
属粉体担体に、触媒を効果的に塗布することができる。
の技術において新しい方法である。本発明の実施形態と
して、セラミック浸し塗り担体と同様に、表面積の大き
な浸し塗り材料を焼成金属粉体担体に塗布することがで
きる。この方法により、浸し塗り材料に固着した焼成金
属粉体担体に、触媒を効果的に塗布することができる。
適当な浸し塗り材料は、この技術に精通した者には公知
の、セラミック材料を浸し塗りするのに使用する材料で
ある。焼成金属粉体担体に特に有用で、好ましいのは、
担体材料に酸化物の層を施してから、浸し塗りすること
である。アルミニウムを含む好ましい実施形態では、空
気中または他の酸化性環境中で、先ずアルミニウムの金
属を酸化し、安定な酸化アルミニウムの層を形成する。
の、セラミック材料を浸し塗りするのに使用する材料で
ある。焼成金属粉体担体に特に有用で、好ましいのは、
担体材料に酸化物の層を施してから、浸し塗りすること
である。アルミニウムを含む好ましい実施形態では、空
気中または他の酸化性環境中で、先ずアルミニウムの金
属を酸化し、安定な酸化アルミニウムの層を形成する。
酸化アルミニウムの層は、アルミニウムを含む金属担体
と浸し塗り層との間に、より安定した界面を形成する。
と浸し塗り層との間に、より安定した界面を形成する。
表面を先に酸化すると、浸し塗りした担体は、その浸し
塗りした焼成金属粉体担体を使用する過酷な環境におけ
る与命が長くなる。
塗りした焼成金属粉体担体を使用する過酷な環境におけ
る与命が長くなる。
最後に、担体の前端を貴金属処理により塗装し、後端を
ゼオライトで処理するか、または二つの個別の担体を個
別に浸し塗りスラリーで処理し、気流中に直列に配置す
ることができる。これらの実施形態のどちらも結果は同
様で、その結果触媒作用を受けた排ガスは、本質的に窒
素、二酸化炭素および水になる。
ゼオライトで処理するか、または二つの個別の担体を個
別に浸し塗りスラリーで処理し、気流中に直列に配置す
ることができる。これらの実施形態のどちらも結果は同
様で、その結果触媒作用を受けた排ガスは、本質的に窒
素、二酸化炭素および水になる。
貴金属は炭化水素、−酸化炭素および酸化窒素の反応に
触媒作用を及ぼすので、この結果は有利であることを立
証している。炭素化合物に対しては、貴金属が酸化反応
により、還元された炭素化合物を二酸化炭素と水に変化
するのを支援する。
触媒作用を及ぼすので、この結果は有利であることを立
証している。炭素化合物に対しては、貴金属が酸化反応
により、還元された炭素化合物を二酸化炭素と水に変化
するのを支援する。
他方、酸化窒素は、還元されて窒素またはアンモニアに
なる。
なる。
中間物であるアンモニアとゼオライトの間で、ある特定
の共力作用が働いている。アンモニアは、貴金属触媒作
用の望ましくない生成物である。分子篩い即ちゼオライ
トは、アンモニアの酸化およびNOXからNZおよびH
2Oへの同時還元を起こずための場所を提供している。
の共力作用が働いている。アンモニアは、貴金属触媒作
用の望ましくない生成物である。分子篩い即ちゼオライ
トは、アンモニアの酸化およびNOXからNZおよびH
2Oへの同時還元を起こずための場所を提供している。
この場所は、分子篩いおよび単一または複数の貴金属か
ら成る触媒系を提供し、その系が該炭化水素および一酸
化炭素を該貴金属と接触させ、該窒素化合物を該分子篩
いと接触させることによって、該炭化水素および一酸化
炭素を酸化し、該酸化窒素を還元【7、二酸化炭素、窒
素ガスおよび水を生じる段階から成る、炭化水素と一酸
化炭素を酸化し5、酸化窒素を還元する方法を与える。
ら成る触媒系を提供し、その系が該炭化水素および一酸
化炭素を該貴金属と接触させ、該窒素化合物を該分子篩
いと接触させることによって、該炭化水素および一酸化
炭素を酸化し、該酸化窒素を還元【7、二酸化炭素、窒
素ガスおよび水を生じる段階から成る、炭化水素と一酸
化炭素を酸化し5、酸化窒素を還元する方法を与える。
熱的および/または反応レドックス環境がアンモニアの
収率を決定することがある。したかって、p定する各触
媒系に対して、ライトオフ温度を考えなければならない
。ライトオフ温度とは、十つ)な反応物燃焼が起こる温
度である。さらに、11ガス流の燃焼は、触媒担体の設
計にも関連する。
収率を決定することがある。したかって、p定する各触
媒系に対して、ライトオフ温度を考えなければならない
。ライトオフ温度とは、十つ)な反応物燃焼が起こる温
度である。さらに、11ガス流の燃焼は、触媒担体の設
計にも関連する。
本発明では、自動車排ガスに対しては、約1〜95重量
%のゼオライトおよび0.001〜IOg/cm3(5
−60g/I’t3)の貴金属が最も効果的に使用され
る。発電所の排ガスに対しては、使用する燃料により、
1.−99重量%のゼオライトおよび0.001〜LO
g/cm3(5−60g/rt3) ノ貴金属カ最モ効
果的に使用される。
%のゼオライトおよび0.001〜IOg/cm3(5
−60g/I’t3)の貴金属が最も効果的に使用され
る。発電所の排ガスに対しては、使用する燃料により、
1.−99重量%のゼオライトおよび0.001〜LO
g/cm3(5−60g/rt3) ノ貴金属カ最モ効
果的に使用される。
本発明の実施においては、触媒および/または表面積の
大きな酸化物を、通常、比較的不活性なfIJ体上に支
持する。担体は、各種の幾何学的構造を持つ、ハニカム
、スラブ、および成形品の形をとる。担体の材料は、コ
ージライト、ムライト、アルミナ、リチウム アルミノ
シリケート、チタニア、ジルコン、長石、石英、乾式シ
リカ、クレ、カオリン クレー、チタン酸アルミニウム
、チタン酸アルミニウム固溶体、ケイ酸塩、ジルコニア
、スピネル、ガラス、ガラスセラミックス、アルミン酸
塩、およびそれらの混合物のようなセラミックスでよい
。さらに、アルミニウム、ケイ素、銅、鉄、マグネシウ
ム、ニッケル、鋼、チタン、ステンレスm(00および
400シリーズを含む)、およびこれらの金属と他の金
属またはステンレス鋼中に存在するような金属との合金
などの金属粉混合物から成る担体を使用するのが有利で
あることが分かった。さらに、排ガス処理用の担体とし
て成形できる、本質的に金属薄板または生地である、組
上げ担体を分子篩いおよび貴金属触媒で処理しても有利
な結果が得られる。
大きな酸化物を、通常、比較的不活性なfIJ体上に支
持する。担体は、各種の幾何学的構造を持つ、ハニカム
、スラブ、および成形品の形をとる。担体の材料は、コ
ージライト、ムライト、アルミナ、リチウム アルミノ
シリケート、チタニア、ジルコン、長石、石英、乾式シ
リカ、クレ、カオリン クレー、チタン酸アルミニウム
、チタン酸アルミニウム固溶体、ケイ酸塩、ジルコニア
、スピネル、ガラス、ガラスセラミックス、アルミン酸
塩、およびそれらの混合物のようなセラミックスでよい
。さらに、アルミニウム、ケイ素、銅、鉄、マグネシウ
ム、ニッケル、鋼、チタン、ステンレスm(00および
400シリーズを含む)、およびこれらの金属と他の金
属またはステンレス鋼中に存在するような金属との合金
などの金属粉混合物から成る担体を使用するのが有利で
あることが分かった。さらに、排ガス処理用の担体とし
て成形できる、本質的に金属薄板または生地である、組
上げ担体を分子篩いおよび貴金属触媒で処理しても有利
な結果が得られる。
触媒を支持するために、上記の担体材料から構造物を作
るための最も実際的な手段は、粉体化した原料を利用す
ることである。一般に、平均粒子径が5−200 ミク
ロンの範囲の粉体が使用可能であることが分かった。そ
の粉体は、好ましくはN010口の米国標準篩い(14
9ミクロン)を通過すべきで、Nα325の米国標準篩
い(44ミクロン)を通過するのが最も好ましい。
るための最も実際的な手段は、粉体化した原料を利用す
ることである。一般に、平均粒子径が5−200 ミク
ロンの範囲の粉体が使用可能であることが分かった。そ
の粉体は、好ましくはN010口の米国標準篩い(14
9ミクロン)を通過すべきで、Nα325の米国標準篩
い(44ミクロン)を通過するのが最も好ましい。
多孔質の焼成担体を製造する一般的な方法は、この技術
に精通した者なら分かるように、−揃の材料を混合し、
その混合物をよく混ぜ合わせ、未焼成生地を成形し、続
いてその未焼成生地を焼成して固い多孔質の構造物にす
ることである。生地を作る際、ステアリン酸亜鉛および
ステアリン酸ナトリウムなどの各種の潤滑剤、およびメ
チルセルロースなどの有機性結合剤を混合時に加え、焼
成前の粘度を調整し、強度を与え、焼成後の構造物を多
孔質にする。多孔度も原材料と焼成温度により異なり、
温度が高いほど、構造物も密度がより高くなる。
に精通した者なら分かるように、−揃の材料を混合し、
その混合物をよく混ぜ合わせ、未焼成生地を成形し、続
いてその未焼成生地を焼成して固い多孔質の構造物にす
ることである。生地を作る際、ステアリン酸亜鉛および
ステアリン酸ナトリウムなどの各種の潤滑剤、およびメ
チルセルロースなどの有機性結合剤を混合時に加え、焼
成前の粘度を調整し、強度を与え、焼成後の構造物を多
孔質にする。多孔度も原材料と焼成温度により異なり、
温度が高いほど、構造物も密度がより高くなる。
多孔度は、構造物の重要な要素にはなり得るが、必要条
件ではなく、本発明のより好ましい特徴を実現するよう
に監視すべきである。壁を通して触媒に到達できるよう
にするためには、総気孔率および孔径を一定の範囲内に
保つ必要がある。選択の範囲は、対象となる流体を受は
入れるために変えることができる。触媒および/または
フィルターとしての用途には、本発明の構造物は、総気
孔率が約20−75%、好ましくは約20−60%、孔
径が約1.−100 ミクロン、好ましくは約1−50
ミクロンでよい。これらの気孔率の範囲は、ディーゼル
エンジン粒子フィルターまたは他の有機性燃料発電所か
らの排ガス用フィルターにおけるのと同じ担体材料で処
理できるフィルター型運転にも適用できる。
件ではなく、本発明のより好ましい特徴を実現するよう
に監視すべきである。壁を通して触媒に到達できるよう
にするためには、総気孔率および孔径を一定の範囲内に
保つ必要がある。選択の範囲は、対象となる流体を受は
入れるために変えることができる。触媒および/または
フィルターとしての用途には、本発明の構造物は、総気
孔率が約20−75%、好ましくは約20−60%、孔
径が約1.−100 ミクロン、好ましくは約1−50
ミクロンでよい。これらの気孔率の範囲は、ディーゼル
エンジン粒子フィルターまたは他の有機性燃料発電所か
らの排ガス用フィルターにおけるのと同じ担体材料で処
理できるフィルター型運転にも適用できる。
焼成後の構造物がより多孔質で表面積が大きくなってい
れば、構造物の触媒装填量をより多くすることかできる
。ゼオライトは、商業的に重要な寿命を持つ必要がある
場合には、過酷な環境下で使用する間、構造物に結合し
ていられる場所が必要である。さらに、貴金属が配置さ
れているアルミナは、貴金属の焼成を防ぎ、貴金属を排
ガス流に接近させるために、表面積の大きな、多孔質構
造でなければならない。
れば、構造物の触媒装填量をより多くすることかできる
。ゼオライトは、商業的に重要な寿命を持つ必要がある
場合には、過酷な環境下で使用する間、構造物に結合し
ていられる場所が必要である。さらに、貴金属が配置さ
れているアルミナは、貴金属の焼成を防ぎ、貴金属を排
ガス流に接近させるために、表面積の大きな、多孔質構
造でなければならない。
(発明の効果)
本発明は、三元触媒系の開発により提起された、この技
術における問題点を解決するために、希少な資源を入手
し易い資源で置き換えるものである。
術における問題点を解決するために、希少な資源を入手
し易い資源で置き換えるものである。
本発明は、三元触媒系においてロジウムの使用だけに頼
るものではない。そうではなく、本三元触媒系は、各種
の貴金属および分子篩い、好ましくはゼオライトに依存
しており、その際、少量のロジウムを選択的に含め、炭
化水素、−酸化炭素、および酸化窒素に触媒作用を及ぼ
すことができる。
るものではない。そうではなく、本三元触媒系は、各種
の貴金属および分子篩い、好ましくはゼオライトに依存
しており、その際、少量のロジウムを選択的に含め、炭
化水素、−酸化炭素、および酸化窒素に触媒作用を及ぼ
すことができる。
白金族の金属からロジウムを分離する、およびどの金属
でも他の金属から分離するのは、費用がかかるので、ゼ
オライトと各種の貴金属を組み合わせるのが好ましい。
でも他の金属から分離するのは、費用がかかるので、ゼ
オライトと各種の貴金属を組み合わせるのが好ましい。
通常、if!離したロジウムの量は、鉱石中の濃度が低
いので、現在三元触媒系で使用されている比率に比べて
も同じように低い。
いので、現在三元触媒系で使用されている比率に比べて
も同じように低い。
天然の鉱石中に含まれる、白金とロジウムの公称濃度は
19:1である。三元触媒にゼオライトを加えることに
より、三元触媒系のロジウム量を多くするために、他の
白金族金属からロジウムを分離するための費用がかから
なくなり、ロジウムの不足問題も回避される。
19:1である。三元触媒にゼオライトを加えることに
より、三元触媒系のロジウム量を多くするために、他の
白金族金属からロジウムを分離するための費用がかから
なくなり、ロジウムの不足問題も回避される。
したがって、本発明により、工程および材料の節約が達
成できる。
成できる。
(実 施 例)
以下に示す実施例により、本発明を説明する。
この技術に精通した者なら、ここに記載する実施例の複
合効果から理解できるように、本発明は、触媒系として
の使用に関し、広範囲の意味を持っている。
合効果から理解できるように、本発明は、触媒系として
の使用に関し、広範囲の意味を持っている。
実施例1
85.79のシリカライト ゼオライト(ユニオンカー
バイド製S−115)を19.[igのブソイドベーマ
イカ(カイザー ケミカル、現LaROeheケミカル
ス社製のVersal−250)および100 dの水
と混合する。この混合物を撹拌し、最初は約pH8であ
った、このスラリーのpHを、硝酸:水1:1の溶液を
加えて、約pH3,7に低下させた。約2009の12
.7ao+ (1/2インチ)のアルミナボール(回転
媒体)をスラリーに加えてローラーミルで一晩回転させ
た。このスラリーの試料を乾燥させ、X−線回折により
分析し、ゼオライト結晶化度に損失がないことを確認し
た。
バイド製S−115)を19.[igのブソイドベーマ
イカ(カイザー ケミカル、現LaROeheケミカル
ス社製のVersal−250)および100 dの水
と混合する。この混合物を撹拌し、最初は約pH8であ
った、このスラリーのpHを、硝酸:水1:1の溶液を
加えて、約pH3,7に低下させた。約2009の12
.7ao+ (1/2インチ)のアルミナボール(回転
媒体)をスラリーに加えてローラーミルで一晩回転させ
た。このスラリーの試料を乾燥させ、X−線回折により
分析し、ゼオライト結晶化度に損失がないことを確認し
た。
予め計量したハニカム担体(コーニングガラスワークス
製Ce1corRコージライト担体、25.4m直径x
25.A rrm長(1インチエ1インチ) [12セ
ル/ci(400セル/平方インチ)をこのスラリーに
約1分間浸漬した。次いで、担体を振って過剰のスラリ
ーを除去した。ハニカム通路に圧縮空気を吹き付けて、
過剰のスラリーを除去した。試料を65℃で1ft−2
0時間乾燥し、550℃で6時間焼成した。
製Ce1corRコージライト担体、25.4m直径x
25.A rrm長(1インチエ1インチ) [12セ
ル/ci(400セル/平方インチ)をこのスラリーに
約1分間浸漬した。次いで、担体を振って過剰のスラリ
ーを除去した。ハニカム通路に圧縮空気を吹き付けて、
過剰のスラリーを除去した。試料を65℃で1ft−2
0時間乾燥し、550℃で6時間焼成した。
これらの試料で、平均16−22重量%のゼオライトが
装填されていた。
装填されていた。
次いで試料に白金を装填した(0.001 ’J/cm
J(30g/rc3) ) 、各試料とも、0.226
重fil %塩化白金酸溶液2dで3回装填した。装填
する度に、試料を65℃の炉中で1時間乾燥させた。合
計6d装填した後、試料を550℃で6時間焼成した。
J(30g/rc3) ) 、各試料とも、0.226
重fil %塩化白金酸溶液2dで3回装填した。装填
する度に、試料を65℃の炉中で1時間乾燥させた。合
計6d装填した後、試料を550℃で6時間焼成した。
次に、装填した試料を25.4Inm(1インチ)の小
型反応器中で、自動車排ガスを真似た混合物を使い、自
動型触媒活性を試験した。このガス混合物は、500p
pmのNOX 、 300ppmのプロピレン、0.
65体積96のCo、 0.2体積26の水素、0.4
8体積96の酸メ・;、7,7体積%の二酸化炭素、残
りは窒素ガスから成る。触媒反応の空間速度は、33
、380ch/ hrであった。ガス転換率は、入り口
濃度に比較した%転換としてdpj定した。反応器の温
度は、ゆっくりと600℃に上昇させた。一定の61)
0℃で酸素濃度を変えて、レドックス比を変化させた。
型反応器中で、自動車排ガスを真似た混合物を使い、自
動型触媒活性を試験した。このガス混合物は、500p
pmのNOX 、 300ppmのプロピレン、0.
65体積96のCo、 0.2体積26の水素、0.4
8体積96の酸メ・;、7,7体積%の二酸化炭素、残
りは窒素ガスから成る。触媒反応の空間速度は、33
、380ch/ hrであった。ガス転換率は、入り口
濃度に比較した%転換としてdpj定した。反応器の温
度は、ゆっくりと600℃に上昇させた。一定の61)
0℃で酸素濃度を変えて、レドックス比を変化させた。
次いで、ガス転換をレドックス比の関数として監視した
。
。
その結果を第1表に示す。
第 1 表
0.68
0.78
0.85
0.90
0.96
1.03
1.10
1.20
1.32
1.62
2.11
87.9
87.4
87.9
87.5
87.3
87.3
80.5
70.6
62.0
45.8
28.2
98.1
98.1
98.0
98.0
98.0
98.0
97.6
98.0
98.0
97.9
97.6
0.2
0、口
3.6
11.7
32.4
75.3
98.2
98.5
98.5
98.3
実施例2
19.69の分散性プソイドベーマイト(カイザケミカ
ル製versal−250)および100蛇の蒸留水を
500dのプラスチック瓶に入れて混合し、スラリーを
形成した。PHを3.7に調整し、スラリーを一晩ロー
ラーミルにかけた。85.7gのシリカライトゼオライ
ト(ユニオンカーバイド製S −115)をスラリーに
加え、2時間ロールミルにかけた。試料のゼオライト結
晶化度を再び試験し、好ましい結果を得た。
ル製versal−250)および100蛇の蒸留水を
500dのプラスチック瓶に入れて混合し、スラリーを
形成した。PHを3.7に調整し、スラリーを一晩ロー
ラーミルにかけた。85.7gのシリカライトゼオライ
ト(ユニオンカーバイド製S −115)をスラリーに
加え、2時間ロールミルにかけた。試料のゼオライト結
晶化度を再び試験し、好ましい結果を得た。
実施例1と同様にして、ハニカム構造物に貴金属および
ゼオライトを触媒として装填した。装填した試料で、実
施例1と同じガス混合物を使ってガス転換%を試験した
。その結果を第2表に示す。
ゼオライトを触媒として装填した。装填した試料で、実
施例1と同じガス混合物を使ってガス転換%を試験した
。その結果を第2表に示す。
第2表
Q、fi8 8g、5
0.78 g8.2
0.85 88.7
0.90 88.6
0.96 88.8
1、.03 87.7
1.10 gl、2
1.20 73.0
9g、0 0.0
9g、0 0.0
97.8 Q、0
97.5 1[1,2
97,833,9
97,479,0
95,998,2
95,098,3
1、,32G4.5 94.9 98.3
30゜51.61 49.3 95.
5 98.4 G4.82.09
32.3 98.5 98.2 86
.7実施例3 85.1gの超安定性Yゼオライト(TO8OI+コー
ポレーション製TSZ−3901tJA ) 、19.
6!7の分散性プソイドベーマイト(カイザーケミカル
製Vcrsal−250)および140 dの蒸留水を
混合した。スラリーの州を3.8に調整した。このゼオ
ライトスラリーをローラーミルにかけ、実施例1と同様
に分析した。
30゜51.61 49.3 95.
5 98.4 G4.82.09
32.3 98.5 98.2 86
.7実施例3 85.1gの超安定性Yゼオライト(TO8OI+コー
ポレーション製TSZ−3901tJA ) 、19.
6!7の分散性プソイドベーマイト(カイザーケミカル
製Vcrsal−250)および140 dの蒸留水を
混合した。スラリーの州を3.8に調整した。このゼオ
ライトスラリーをローラーミルにかけ、実施例1と同様
に分析した。
実施例1と同様にして、ハニカム試料に触媒を装填し、
試験した。これらの試料のガス転換%の結果を第3表に
示す。
試験した。これらの試料のガス転換%の結果を第3表に
示す。
第3表
0.68 8G、7 98.6 3.
3 4.90.76 86.5 98
.9 4.2 4.30.115 8
6.4 98.9 7.8 4.90
.90 8G、1 99.0 14.7
4.00.96 8B、4 99.0 3
3.3 4.91.02 8B、4 9
9.1 72.2 7.01.10 81
.0 98.8 99.3 8.61.2[
I B9.3 97.5 99.5
13.01.32 59.1 ’17.4
99.5 25.51.8+ 42.5
97.8 !119.5 59.72.0
9 25.3 9111.4 99.1
88.2実施例4 実施例3と同じ比率と成分で混合した実施例1と同様に
して、ハニカム試料に触媒を装填し、ガス転換%を試験
した。その結果を第4表に示す。
3 4.90.76 86.5 98
.9 4.2 4.30.115 8
6.4 98.9 7.8 4.90
.90 8G、1 99.0 14.7
4.00.96 8B、4 99.0 3
3.3 4.91.02 8B、4 9
9.1 72.2 7.01.10 81
.0 98.8 99.3 8.61.2[
I B9.3 97.5 99.5
13.01.32 59.1 ’17.4
99.5 25.51.8+ 42.5
97.8 !119.5 59.72.0
9 25.3 9111.4 99.1
88.2実施例4 実施例3と同じ比率と成分で混合した実施例1と同様に
して、ハニカム試料に触媒を装填し、ガス転換%を試験
した。その結果を第4表に示す。
第4表
0、(i8 87.3 98.4 2.1
1.70.75 88.9 98.3
2.8 1.00.85 87.0 9
g、4 6.3 1.30.90
8BJ 98.4 14.8 1.
80.96 8B、7 98.4 34
.4 2.01.03 8B、9
98.4 71.3 5.11.10
81.2 9g、4 98.4
[1,61,2070,395,29g、9
5.81.31 Bo、8 95.3
98.8 22.81.62 4B、5
95.1 98.[i 55.22
.08 2B、8 96.9 98.1
87.9実施例5 大型ハニカム担体(コーニングガラスワークス製Ce1
corRコージライト担体、8t、3mx144.8m
(3,2インチx5.フインチ)長円形x12B、5m
(4,98インチ)、62セル10f(400セル/
平方インチ)にシリカライトゼオライト(ユニオンカー
バイド製S−115)およびプロトチック社にュートン
、MA)製のアルミナを塗布した。この試料の平均浸し
塗り量は、20−23重量%であった。浸し塗り成分は
、シリカライト6部およびアルミナ結合剤1部であった
。これらの試料を空気中で2時間熱処理した。25.4
mrttx25.4 m (1x 1インチ)の小さな
試料を大型の長円形の浸し塗りした試料から試験用に切
り取った。
1.70.75 88.9 98.3
2.8 1.00.85 87.0 9
g、4 6.3 1.30.90
8BJ 98.4 14.8 1.
80.96 8B、7 98.4 34
.4 2.01.03 8B、9
98.4 71.3 5.11.10
81.2 9g、4 98.4
[1,61,2070,395,29g、9
5.81.31 Bo、8 95.3
98.8 22.81.62 4B、5
95.1 98.[i 55.22
.08 2B、8 96.9 98.1
87.9実施例5 大型ハニカム担体(コーニングガラスワークス製Ce1
corRコージライト担体、8t、3mx144.8m
(3,2インチx5.フインチ)長円形x12B、5m
(4,98インチ)、62セル10f(400セル/
平方インチ)にシリカライトゼオライト(ユニオンカー
バイド製S−115)およびプロトチック社にュートン
、MA)製のアルミナを塗布した。この試料の平均浸し
塗り量は、20−23重量%であった。浸し塗り成分は
、シリカライト6部およびアルミナ結合剤1部であった
。これらの試料を空気中で2時間熱処理した。25.4
mrttx25.4 m (1x 1インチ)の小さな
試料を大型の長円形の浸し塗りした試料から試験用に切
り取った。
この試料に貴金属を塗布し、実施例1と同様にして試験
した。これらの試験の結果を第5表に示す。
した。これらの試験の結果を第5表に示す。
レドックス
比 CO
O,11096,5
0,859B、3
0.90 95.9
0.98 95.8
103 96.1
1.10 79.7
1.21 ?0.1
1.31 80.7
1.45 5g、7
1.82 49.3
2.09 33.6
第5表
転換率%
HCNOx
99.8 22.7
99.5 31.0
99.6 42.8
99.5 6!、1
99.3 89.0
99.3 99.5
99.1 99.8
99.1 99.8
99.1 99.9
99.1 99.7
99.1 99.9
NO!転換
NH3%
7.5
8.2
7、G
13.2
8.6
9.3
8.2
4.1
15.8
17.2
26.4
2.9[i 15.5 99.3 100
.0 23.13実施例6 実施例5と同様にして試料を調整した。実施例らでは白
金を塗布したが、実施例6ではパラジウムを塗布した。
.0 23.13実施例6 実施例5と同様にして試料を調整した。実施例らでは白
金を塗布したが、実施例6ではパラジウムを塗布した。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換%の結果を第6表に示す。
転換%の結果を第6表に示す。
第6表
レドックス 転 換 率 % NOX転換比
COHCNOX NH3%0.90 88.
9 9g、9 0.0 5.30.98 8
B。8 9g、9 4.4 5.91.03
8g、4 99.0 g4.5 6J1.
10 g2.0 98.9 99
.1 5.91.21 62.2 9
g、8 99.6 B、81.31 52.
9 98.0 99.4 7.01.45
44.9 9g、8 99.7 9.2J、8
4 2g、8 98.8 99.7 15J
2.47 12.5 98.6 99.9
28.33.82 0.ロ 98.3
99.9 49.5実施例7 実施例5と同様にして試料を調製した。実施例7と実施
例5の違いは、白金とパラジウムの混合物を実施例7の
担体上に装填した点である。さらに、実施例7の試料は
、触媒装填後に900℃で20時間、1%酸素、109
6水蒸気、および残りは窒素の雰囲気中で熟成しである
。
COHCNOX NH3%0.90 88.
9 9g、9 0.0 5.30.98 8
B。8 9g、9 4.4 5.91.03
8g、4 99.0 g4.5 6J1.
10 g2.0 98.9 99
.1 5.91.21 62.2 9
g、8 99.6 B、81.31 52.
9 98.0 99.4 7.01.45
44.9 9g、8 99.7 9.2J、8
4 2g、8 98.8 99.7 15J
2.47 12.5 98.6 99.9
28.33.82 0.ロ 98.3
99.9 49.5実施例7 実施例5と同様にして試料を調製した。実施例7と実施
例5の違いは、白金とパラジウムの混合物を実施例7の
担体上に装填した点である。さらに、実施例7の試料は
、触媒装填後に900℃で20時間、1%酸素、109
6水蒸気、および残りは窒素の雰囲気中で熟成しである
。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換%の結果を第7表に示す。
転換%の結果を第7表に示す。
第7表
0.68 ’12.9
0.76 92.5
0.85 92.4
0.90 92.l
O,9G 92.3
1.03 92.5
98.5 2.4
9&、9 2.3
98.9 2.3
9B、8 2.9
98.9 7.9
99.1. 68.9
1.10 B4.4 99.0 89.
41.20 75.1.99.0 97.11
.31 B5.4 99.1 9B、8
1.61 45.5 98.8 95.8
2.09 27.2 98.(i 89
.90、口 0.0 3.9 11.0 25.9 実施例8 試料を実施例7と同様に調製したが、実施例8ではゼオ
ライトを15−16重量%装填し、ガス転換試験の前に
熟成していない点が異なっている。ハニカムはムライト
製であった。
41.20 75.1.99.0 97.11
.31 B5.4 99.1 9B、8
1.61 45.5 98.8 95.8
2.09 27.2 98.(i 89
.90、口 0.0 3.9 11.0 25.9 実施例8 試料を実施例7と同様に調製したが、実施例8ではゼオ
ライトを15−16重量%装填し、ガス転換試験の前に
熟成していない点が異なっている。ハニカムはムライト
製であった。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換率%の結果を第8表に示す。
転換率%の結果を第8表に示す。
第8表
0.68
0.75
0.84
0.90
88.7 99.5
89.1 99.9
H,999,5
&9.1 99.4
0゜0 1,2
0、ロ 1.2
o、o i、a
1.0 1.9
0.98 88.7 99.4 k3.5
2.21.03 H,499,677J
2゜21.09 1!0.9 99.1
B9.8 4.71.2t 70.
2 97.1 93.5 +、、21.3
1 61.0 99.3 94.1!
9.71.45 50.9 99J 95
.3 1.9.21.62 42.3
’19.4 95.9 .35.32.12
2G、0 99.5 9(i。5 89.
5実施例9 85.7gのモルデン沸石ゼオライトを実施例2と同様
に混合した。ハニカム試料に6−8重量%のゼオライト
および結合剤を実施例2と同様に装置J′lシた。次い
で、ハニカムを実施例1の方法により加工し、さらに白
金触媒を塗布した。
2.21.03 H,499,677J
2゜21.09 1!0.9 99.1
B9.8 4.71.2t 70.
2 97.1 93.5 +、、21.3
1 61.0 99.3 94.1!
9.71.45 50.9 99J 95
.3 1.9.21.62 42.3
’19.4 95.9 .35.32.12
2G、0 99.5 9(i。5 89.
5実施例9 85.7gのモルデン沸石ゼオライトを実施例2と同様
に混合した。ハニカム試料に6−8重量%のゼオライト
および結合剤を実施例2と同様に装置J′lシた。次い
で、ハニカムを実施例1の方法により加工し、さらに白
金触媒を塗布した。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換%の結果を第9表に示す。
転換%の結果を第9表に示す。
第9
0、B8
0.76
0.85
0.90
0.9B
1.03
1.11
1.20
1.31
1.44
1.61
2.09
8B、8 99.6
!IQ、8 99.7
87.5 99.8
87! 99.5
88.0 9954
8B、5 99.5
80.0 9g、9
70.7 93.7
13+、、3 95.4
51.3 97.4
42.6 9g、1
24.1 97.7
表
0.0 2.8
0.0 3.2
0.0 3.1
04 3゜9
19.13 3.2
61.5 4.8
97.8 !、0.8
97.5 7.4
98.1 25.7
97.5 4+、、1
97、.5 55,5
96.9 77.7
実施例10
85.7gのHL粉体ゼオライトを、実施例1の方法に
より組み合わせた。次いで、ゼオライトを7−8重量%
装填した以外は、実施例〕と同様に加工した。白金触媒
を加え、試料を焼成した。
より組み合わせた。次いで、ゼオライトを7−8重量%
装填した以外は、実施例〕と同様に加工した。白金触媒
を加え、試料を焼成した。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換%の結果を第10表に示す。
転換%の結果を第10表に示す。
第10表
0.68
0.76
0.85
0.90
0.9B
1.03
1.11
1.21
1.32
1.81
2.10
85、G
85.8
85.9
85.8
85.4
85.2
77.1
70.9
61.2
44.2
29.0
97.1
96.5
95.6
95.3
94.9
94.4
93.6
89.6
89.5
89.9
90.3
0.0
0.0
0.0
0.0
21.8
73.2
93.6
72.6
92.6
93.4
94.1
実施例11
85.79の超安定性Y型ゼオライトを、実施例1
の方法により混合した。試料の装填量は、19−233
重丸であった。貴金属触媒として、白金を選んだ。
重丸であった。貴金属触媒として、白金を選んだ。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換%の結果を第11表に示す。
転換%の結果を第11表に示す。
第11表
0.68
0.76
0.85
0.90
0.96
1.03
1.10
1.21
1.32
1.62
2.10
81.2 95.0
81.2 94.2
gl、1 93.4
gl、1 93.3
go、9 93.7
go、7 93.1
75.0 92.8
64.1 87.7
56.1 87.8
41.2 8B、1
27.5 85.3
0.4 0.0
2.3 0.0
?、5 0.0
15.0 0.0
2g、9 0.0
67.3 0.0
8[i、8 0.9
87.1 0.0
87.1 0.0
87.5 27.7
87.8 60.0
実施例12
ゼオライトを12−1.4重量%装填した以外は、実施
例11と同様にして試料を調整した。
例11と同様にして試料を調整した。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換%の結果を第12表に示す。
転換%の結果を第12表に示す。
第12表
0.68 8G、2
0.76 go、4
0.85 8G、2
0.9(l B5.8
0.96 B5.7
1.03 8B、8
1.11 78.4
1.20 68.3
1J2 59.8
+、62 42.5
に、62 43.3
2.07 27.7
57.5 0.0
B9.6 0.0
87.0 1.4
97.11 L3
9B、5 28.2
95.5 76.3
91.0 97.9
41.8 98.1
44.8 98.8
44.5 98,8
47.4 9&、9
52.6 98.9
実施例13
H−オフレタイト ゼオライトを7−133重丸装填し
た。次いで試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガ
ス転換%の結果を第13表に示す。
た。次いで試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガ
ス転換%の結果を第13表に示す。
第13表
レドックス 転 換 率 % NOx転換比
Co HCNOx NH3%0.8g
83.5 90.3 0.1 1.90.
78 1+3.4 90.3 2.5 2.
30.85 83.5 9Q、5 5.2
2.40.90 83.8 89.8 10.8
3J0.9B 82.8 B9.2
23.9 2゜91.03 83.3 87.
6 B3.7 3.41.11 77.1
85.5 84.8 B、11.20 6
84 78.2 84.5 3.71.31
59.1 7g、1 85.4 13.71
.61 44.1 75.8 85.4 3
B、32.09 29.[i 75.3 8B
、8 85.7実施例j4 担体−トに19:1の白金:ロジウム濃度で塗布j7た
以外は、実施例〕と同様にして試料を調製した。
Co HCNOx NH3%0.8g
83.5 90.3 0.1 1.90.
78 1+3.4 90.3 2.5 2.
30.85 83.5 9Q、5 5.2
2.40.90 83.8 89.8 10.8
3J0.9B 82.8 B9.2
23.9 2゜91.03 83.3 87.
6 B3.7 3.41.11 77.1
85.5 84.8 B、11.20 6
84 78.2 84.5 3.71.31
59.1 7g、1 85.4 13.71
.61 44.1 75.8 85.4 3
B、32.09 29.[i 75.3 8B
、8 85.7実施例j4 担体−トに19:1の白金:ロジウム濃度で塗布j7た
以外は、実施例〕と同様にして試料を調製した。
この濃度は、自然界に一般的に見られる比である。
その他の担体加工は、実施例1と、同じであった。
次いで、試料を実施例1と同じ条件下で試験した。ガス
転換%の結果を第14表に示す。
転換%の結果を第14表に示す。
第14表
0.7 1113.2
0.8 85.7
0.8 85.7
0J H,2
0,885,7
0,985,8
1、、(185J
1.0 8B、6
1、.0 88.0
1.1 79.0
97.5 0.0
98.8 0.9
97.5 ロ、0
97、Q 9.2
9g、8 1.2.7
98.3 28.4
98.1 48.7
95J 4B、4
98.0 B4O8
9B、8 1000口
1.2 67.7 87.9 99.4
+、、、51.3 58.5
g9.G 99.8 3.81.0
40.7 90.5 99.8 15
.22、L 23.0 91.5 99
.9 30.4実施例15 ここに参考として含める米国特許節4.758.272
号記載の方法により調製した、押出し、焼成した金属モ
ノリスハニカム(直径1.1cmx長さ1.8cm)を
1000℃で24時間予備酸化した。この試料を、93
3のversal−Gll (カイザーケミカル製)
、7gの分散製セリア(モリコープ製) 、70dの水
、および3I!tlの硝酸希釈液(1:1比)から成る
スラリーに浸漬して、アルミナとセリアを浸し塗りした
。
+、、、51.3 58.5
g9.G 99.8 3.81.0
40.7 90.5 99.8 15
.22、L 23.0 91.5 99
.9 30.4実施例15 ここに参考として含める米国特許節4.758.272
号記載の方法により調製した、押出し、焼成した金属モ
ノリスハニカム(直径1.1cmx長さ1.8cm)を
1000℃で24時間予備酸化した。この試料を、93
3のversal−Gll (カイザーケミカル製)
、7gの分散製セリア(モリコープ製) 、70dの水
、および3I!tlの硝酸希釈液(1:1比)から成る
スラリーに浸漬して、アルミナとセリアを浸し塗りした
。
スラリーの粘度は34epsで、浸漬時間は1分間であ
った。過剰のスラリーをノ1ニカムから振り落し、圧縮
空気を吹き付けて、ハニカム通路を通した。
った。過剰のスラリーをノ1ニカムから振り落し、圧縮
空気を吹き付けて、ハニカム通路を通した。
試料を炉中で、100℃で1時間乾燥し7、次いで55
0℃で6時間乾燥した。この試料に白金とロジウム(5
:1比)を0.0019/an3(30g/ft3)装
填した。
0℃で6時間乾燥した。この試料に白金とロジウム(5
:1比)を0.0019/an3(30g/ft3)装
填した。
この試料を、実施例1に記載する方法により、自動車用
触媒活性について試験した。触媒転換の結果を第15表
に示す。
触媒活性について試験した。触媒転換の結果を第15表
に示す。
第15表
0.79
0.84
0.90
0.97
1.09
1、.15
1.26
1.42
1.86
B4O
85,9
85,8
85,6
旧L3
81.1
75.4
62.4
99.0
98.9
98.6
98.5
98.5
97.1
96゜7
96.1
94.5
2.0
7.0
16.9
36.8
71.3
96.8
96.9
97.3
98.4
実施例16
実施例i5と同様にして、焼成金属粉体tV−1体を調
製し、1000℃で5時間予備酸化した。予01酸化し
た試料および酸化していない試料を、574.2 gの
Versal−Gll Cカイザーケミカル製) 、
43.2gのセリア(ローヌプーラン製) 、4g2
d!の水、および20dの硝酸希釈液(1:1比)から
成るスラリーに浸漬して、アルミナとセリアを浸し塗り
した。
製し、1000℃で5時間予備酸化した。予01酸化し
た試料および酸化していない試料を、574.2 gの
Versal−Gll Cカイザーケミカル製) 、
43.2gのセリア(ローヌプーラン製) 、4g2
d!の水、および20dの硝酸希釈液(1:1比)から
成るスラリーに浸漬して、アルミナとセリアを浸し塗り
した。
スラリーの粘度は1.06cpsで、試料は1分間処理
した。過剰のスラリーをハニカムから振り落し、圧縮空
気を通路を通して吹き付けた。試料を炉中で、100℃
で1時間乾燥し、次いで550 ’Cで6時間乾燥した
。浸し塗り装填量は、15−25重量%であった。この
試料に白金を0.001−0.0029/an3(35
−509/rt3)装填した。“次いでこの試料を55
0℃で6時間焼成した。実施例]の方法と同様にして、
ゼオライトとアルミナの第二の層を塗布した。
した。過剰のスラリーをハニカムから振り落し、圧縮空
気を通路を通して吹き付けた。試料を炉中で、100℃
で1時間乾燥し、次いで550 ’Cで6時間乾燥した
。浸し塗り装填量は、15−25重量%であった。この
試料に白金を0.001−0.0029/an3(35
−509/rt3)装填した。“次いでこの試料を55
0℃で6時間焼成した。実施例]の方法と同様にして、
ゼオライトとアルミナの第二の層を塗布した。
ゼオライトは、13−15重量%装填した。予備酸化し
た試料は、より安定した、はがれにくい、浸し塗り層と
担体の界面を形成することが分かった。
た試料は、より安定した、はがれにくい、浸し塗り層と
担体の界面を形成することが分かった。
実施例17
この実施例では、米国特許節4.758.272号に記
載する試料と同様な、50−50 F e対Aj比の、
鉄−アルミニウム合金(シールダロイ コーポレーショ
ン製)から成る金属粉体材料を混合する。この試料をゼ
オライトの種、特にシリカライトと混合する。この金属
粉体材料とシリカライトを30分間混合し、確実に均質
化し、多孔質にするために、8重量%のメチルセルロー
スなどの結合剤と混合し、続いて押出し、100℃で乾
燥する。この乾燥したゼオライト処理した担体を100
0℃で焼成し、固い構造物にする。この構造物を、前記
の米国特許出願筒113.475号に記載する方法によ
り、水熱反応処理して、ゼオライト種を成長させる。種
が十分に成長したら、担体を浸し塗りにより、白金およ
び/またはパラジウム高表面積塗装する。次いで、この
触媒複合材料を熱処理し、三元触媒系として使用できる
。
載する試料と同様な、50−50 F e対Aj比の、
鉄−アルミニウム合金(シールダロイ コーポレーショ
ン製)から成る金属粉体材料を混合する。この試料をゼ
オライトの種、特にシリカライトと混合する。この金属
粉体材料とシリカライトを30分間混合し、確実に均質
化し、多孔質にするために、8重量%のメチルセルロー
スなどの結合剤と混合し、続いて押出し、100℃で乾
燥する。この乾燥したゼオライト処理した担体を100
0℃で焼成し、固い構造物にする。この構造物を、前記
の米国特許出願筒113.475号に記載する方法によ
り、水熱反応処理して、ゼオライト種を成長させる。種
が十分に成長したら、担体を浸し塗りにより、白金およ
び/またはパラジウム高表面積塗装する。次いで、この
触媒複合材料を熱処理し、三元触媒系として使用できる
。
第1.2.および3図は、この技術ですでに公知の三元
触媒系と、本発明のそれとの違いを示している。
触媒系と、本発明のそれとの違いを示している。
公開出版文献(ガンデイら、ACSシンポジウム シリ
ーズNα178.19g2.過渡的条件下の触媒、14
3−182頁参照)から引出した第1図は、NOxを窒
素ガスに転換できる触媒種を持たない触媒系の例である
。レドックス比1.00では、触媒作用を及ぼすべきガ
ス混合物が酸化も還元もしていない。
ーズNα178.19g2.過渡的条件下の触媒、14
3−182頁参照)から引出した第1図は、NOxを窒
素ガスに転換できる触媒種を持たない触媒系の例である
。レドックス比1.00では、触媒作用を及ぼすべきガ
ス混合物が酸化も還元もしていない。
第1図では、レドックス比が0.87の酸化値から増加
するにつれて、NOXがN2およびH2Oに転換し始め
る。この比がi、ooに達すると、アンモニアが生成し
始め、反応するNOxからN2とN20も生じ始める。
するにつれて、NOXがN2およびH2Oに転換し始め
る。この比がi、ooに達すると、アンモニアが生成し
始め、反応するNOxからN2とN20も生じ始める。
最終的に、約1.3を越えるレドックス比では、NOx
はN2およびH2Oの代わりに、はとんど100%アン
モニアに転換する。この新たな公害物質アンモニアの形
成は、好ましくない結果である。
はN2およびH2Oの代わりに、はとんど100%アン
モニアに転換する。この新たな公害物質アンモニアの形
成は、好ましくない結果である。
第2図は、ロジウムが存在するだけで、本質的には第1
図と同じ触媒系である。ロジウムが存在すると、還元性
環境でも酸化性環境でも、微量のアンモニアが生じる。
図と同じ触媒系である。ロジウムが存在すると、還元性
環境でも酸化性環境でも、微量のアンモニアが生じる。
さらに、レドックス比が約1.08に達すると、NOx
からN2およびH2Oへの転換が約100%に達し、レ
ドックス比が増加しても、即ちレドックス比が高くなっ
ても、その転換水準を保つ。0.9から1.1(lの広
い範囲が、3i類の公害物質NOx 、Co、およびH
Cのすべてが大部分N 2 + C02* およびN
20に転換される運転範囲と考えられる。
からN2およびH2Oへの転換が約100%に達し、レ
ドックス比が増加しても、即ちレドックス比が高くなっ
ても、その転換水準を保つ。0.9から1.1(lの広
い範囲が、3i類の公害物質NOx 、Co、およびH
Cのすべてが大部分N 2 + C02* およびN
20に転換される運転範囲と考えられる。
第3図は、試験した触媒系が本発明の実施形態(実施例
5)である以外は、第1図および第2図と同様の試験の
結果を示す。この触媒系は、ゼオライト、白金、および
アルミナ結合剤の混合物から成る。第3図と第2図の結
果は、炭素化合物と窒素化合物の触媒作用に関して、非
常に以ている。
5)である以外は、第1図および第2図と同様の試験の
結果を示す。この触媒系は、ゼオライト、白金、および
アルミナ結合剤の混合物から成る。第3図と第2図の結
果は、炭素化合物と窒素化合物の触媒作用に関して、非
常に以ている。
このことは、ゼオライトがロジウムの大部分、またはこ
の特別の場合には全部を代替できることを明らかに示し
ている。
の特別の場合には全部を代替できることを明らかに示し
ている。
明らかに、実施例1〜14に示す結果は、分子篩いはあ
らゆる点で、ここに示す触媒系において、ロジウムの有
効な代替品であることを示している。
らゆる点で、ここに示す触媒系において、ロジウムの有
効な代替品であることを示している。
発明者が考える最良の使用形態は、実施例14に示す使
用形態である。実施例14の性能は、NOx転換および
アンモニア生成に関して、より良好であり、一方この構
成が最も好ましいという理由は、商業的な目的のためで
ある。この実施形態に関しては、ロジウムを白金の金属
源から分離する必要がない。その結果、製造の多くの段
階で、経済性が実現できる。
用形態である。実施例14の性能は、NOx転換および
アンモニア生成に関して、より良好であり、一方この構
成が最も好ましいという理由は、商業的な目的のためで
ある。この実施形態に関しては、ロジウムを白金の金属
源から分離する必要がない。その結果、製造の多くの段
階で、経済性が実現できる。
第1図は、ロジウムを含まない触媒系の排ガス結果を示
し、 第2図は、ロジウムを含む触媒系の排ガス結果を示し、 第3図は、ロジウムを含まず、分子篩いを含む触媒系の
排ガス結果を示すグラフである。 C/ 泰;jオ」。 2杜棟先
し、 第2図は、ロジウムを含む触媒系の排ガス結果を示し、 第3図は、ロジウムを含まず、分子篩いを含む触媒系の
排ガス結果を示すグラフである。 C/ 泰;jオ」。 2杜棟先
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)有機性燃料を使用するエネルギー消費装置から排出
される排ガスに触媒作用を及ぼすことを特徴とする、分
子篩および貴金属から成る触媒系。 2)該分子篩、貴金属、および結合剤が担体の中および
/または担体の上に一体化してあることを特徴とする請
求項1記載の触媒系。 3)該貴金属が表面積の大きな金属酸化物の上に位置す
ることを特徴とする請求項1または2記載の触媒系。 4)該貴金属を、白金、パラジウム、ロジウム、および
/またはそれらの組合わせの中から選択することを特徴
とする請求項1または2記載の触媒系。 5)該分子篩が酸位置を含むことを特徴とする請求項1
または2記載の触媒系。 6)該分子篩が、モルデン沸石、超安定Y、H−フェリ
エライト、ベーターゼオライト、H−オフレタイト、H
L粉体、ZSM−5、ZSM−8、ZSM−11、ZS
M−12、ハイパーY、シリカライト、エリオナイト、
クリノプチロライト、チャバザイト、フィリップサイト
、およびそれらの組合わせの中から選択したゼオライト
から成ることを特徴とする請求項1または2記載の触媒
系。 7)、該分子篩が微細孔燐酸アルミニウムであることを
特徴とする請求項1または2記載の触媒系。 8)該分子篩が担体と、または組上げた金属と一体化し
ていることを特徴とする請求項1または2記載の触媒系
。 9)該分子篩が、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ス
ピネル、シリカ、およびそれらの組合わせの中から選択
した永久結合剤により、該担体と一体化してあることを
特徴とする請求項8記載の触媒系。 10)該触媒が、コージライト、ムライト、アルミナ、
リチウムアルミノシリケート、チタニア、ジルコン、長
石、石英、乾式シリカ、クレー、カオリンクレー、チタ
ン酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム固溶体、ケイ
酸塩、アルミン酸塩、ジルコニア、スピネル、ガラス、
ガラスセラミックス、およびそれらの組合わせの中から
選択したセラミック担体と一体化してあることを特徴と
する請求項1〜7いずれか1項記載の触媒系。 11)該触媒が、アルミニウム、銅、鉄、マグネシウム
、ニッケル、ケイ素、鋼、チタン、ステンレス鋼、それ
らの金属間の合金、およびそれらの組合わせの中から選
択した焼成金属粉体担体と一体化してあることを特徴と
する請求項1〜9いずれか1項記載の触媒系。 12)該焼成金属粉体担体に大表面積塗装または浸し塗
り塗装を施してあることを特徴とする請求項11記載の
触媒系。 13)該焼成金属粉体担体が酸化されて、金属酸化物の
薄い層を持つことを特徴とする請求項11記載の触媒系
。 14)該焼成金属粉体担体がゼオライト種、または分子
篩と一体化してあることを特徴とする請求項11、12
または13記載の触媒系。 15)該大表面積塗装が、パラジウム、白金、ロジウム
、および/またはそれらの組合わせの中から選択した貴
金属を含有することを特徴とする請求項12記載の触媒
系。 16)該担体がハニカム構造であることを特徴とする請
求項8〜15いずれか1項記載の触媒系。 17)該系が三元触媒系であることを特徴とする請求項
1〜16いずれか1項記載の触媒系。 18)該分子篩および貴金属がお互い同士で、位置的に
近接していることを特徴とする請求項1〜17いずれか
1項記載の触媒系。 19)該分子篩が担体と共に押出し成形してあることを
特徴とする請求項1〜18いずれか1項記載の触媒系。 20)担体を浸漬により該分子篩または該貴金属と一体
化してあることを特徴とする請求項1〜18いずれか1
項記載の触媒系。 21)炭化水素と一酸化炭素を同時に酸化し、NO_X
を還元して、本質的に窒素ガス、二酸化炭素、および水
から成る気体流にする、またはNO_Xを部分的にアン
モニアに、残りのNO_Xを窒素ガスに還元し、続いて
該アンモニアを窒素ガスに還元するための、請求項10
〜20いずれか1項記載の触媒系の使用。 22)内燃機関または有機性燃料を使用する発電所の排
ガス流における、請求項1〜20いずれか1項記載の触
媒系の使用。
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