JPH05137962A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

排気ガス浄化装置

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JPH05137962A
JPH05137962A JP3309122A JP30912291A JPH05137962A JP H05137962 A JPH05137962 A JP H05137962A JP 3309122 A JP3309122 A JP 3309122A JP 30912291 A JP30912291 A JP 30912291A JP H05137962 A JPH05137962 A JP H05137962A
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JP
Japan
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exhaust gas
stabilized zirconia
module
hollow
platinum
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Pending
Application number
JP3309122A
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English (en)
Inventor
Hiromasa Suzuki
宏昌 鈴木
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素過剰雰囲気下において高温での耐久性に
優れた排気ガス、特にNO浄化用装置を提供する。 【構成】 安定化ジルコニアからなり、一端が閉鎖され
た中空の基体と、該中空基体の外部表面に設けた白金電
極と、該中空基体の内部表面に設けた白金又は金電極
と、該電極に電圧を印加する電源とからなる排気ガス浄
化装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の内燃機関な
どから排出される排気ガス中の窒素酸化物(NOx、特
にNO)を浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガス中の有
害物質である窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(C
O)及び炭化水素(HC)は、例えば白金、ロジウム、
パラジウム等を担体上に担持させた三元触媒により除去
することが知られている。しかしながら、この三元触媒
の性能を維持するためには空燃比を14.6前後に制御する
必要がある。従って、ディーゼルエンジン排気ガスにつ
いては、排気ガス中に酸素が多く含まれているために、
上記三元触媒は窒素酸化物の浄化用には有効ではなかっ
た。また近年のガソリンエンジンにおいては、低燃費化
や排出炭酸ガスの低減の目的で希薄燃焼させることが必
要となってきているが、この希薄燃焼ガソリンエンジン
の排気ガスも、酸素過剰雰囲気であるため、上記した従
来の三元触媒は有効ではなく、NOxの浄化率が大きく
低下する。
【0003】かかる状況下に自動車の排気ガス浄化用触
媒として、一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)の
酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元を同時に行う触媒
が種々提案されている。このような触媒として、例え
ば、NOxの接触分解用触媒としてゼオライトに銅をイ
オン交換した銅担持ゼオライト触媒が知られている(例
えば特開昭60−125250号公報参照)。この触媒は過剰酸
素雰囲気下においてもNOxを高い効率で浄化すること
ができるが、高温での耐久性に問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、空
燃比14.6以上の酸素過剰雰囲気下においては、排気ガス
中のNOxの浄化が大きく低下するという従来の三元触
媒の問題点を解決し、また酸素過剰雰囲気下においても
有効であるが、高温での耐久性に問題がある従来の銅イ
オン交換ゼオライト触媒の問題点を解決し、酸素過剰雰
囲気下において高温での耐久性に優れた排気ガス中のN
Oxを浄化するのに好適に使用できる排気ガス浄化装置
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、安定化
ジルコニアからなり、一端が閉鎖された中空の基体と、
該中空基体の排気ガスと接触する外部表面に設けた白金
電極と、該中空基体の内部表面に設けた白金又は金電極
と、該電極に電圧を印加する電源とからなる排気ガス浄
化装置が提供される。
【0006】以下、添付図面を参照しながら、本発明の
好ましい態様につき具体的に説明する。図1に本発明に
係る排気ガス浄化装置の全体図を示す。図1に示すよう
に、エンジン1から発生した排気ガス3は、まず、例え
ば従来から汎用されてきた三元触媒から構成した酸化触
媒2により排気ガス中の炭化水素(HC)及び一酸化炭
素(CO)を酸化させる。次に酸化触媒2を通過した排
気ガス3中の酸素(O2 )及び窒素酸化物(NO)を後
のモジュール形式のNO分離装置(以下、透過・分離モ
ジュールという)4によりO2 及びNOを透過・分解す
る。5は電圧印加用の電源である。なお、酸化触媒2は
必ずしも必要ではなく、透過・分離モジュール4でHC
及びCOの酸化を行うことも可能である。
【0007】図2は透過・分離モジュール4の内部構造
を示し、図3はその概念図を示す。図2及び図3に示す
ように、分離・分解膜6は集ガス管7を中心にらせん状
に巻きつけられ、集ガス管7には流路確保のために穴が
あけてある。
【0008】一方、図3のイ部拡大図である図4に示す
ように、中空の安定化ジルコニア膜4はその内外面に例
えば白金コーティング膜8(アノード)及び9(カソー
ド)(排気ガスと接触)を施し、これに電圧を印加でき
るようにしてある。
【0009】図2に示すように、自動車エンジンからの
排気ガス3は、必要であれば図1に示すように、酸化触
媒2を経て排気ガス3中のHC及びCOを常法により酸
化した後、透過・分離モジュール4に流入する。モジュ
ール4に流入した排気ガスは分離・分解膜(安定化ジル
コニアを常法に従ってスパイラル形状にした中空膜)6
を透過する主としてO2 を主成分とした透過ガス10とN
O(及びHC、CO)を主成分とした膜6を透過しない
非透過ガス11とに分離される。非透過ガス11はモジュー
ル4内で安定化ジルコニア膜6の表面に接触し、そこで
接触作用を受けて、例えばNOは窒素(N2 )に分解す
る。かくしてモジュール4を通過した排気ガス3は浄化
される。また集ガス管7は、後方の排気ガス流路12に接
続させ、減圧することにより、分離の促進を促すことも
できる。
【0010】透過・分離モジュール4は、図3に示すよ
うなスパイラル形状に限定されるものではなく、その他
の形状、例えば図5に示すような中空糸膜モジュール13
でも良い。中空糸膜モジュール13には安定化ジルコニア
の基体の両面にPtコーティングして作った中空糸膜14
を配し、これに排気ガス3を導入すると、O2 を主成分
としたガスが透過して透過ガス10として排気され、膜を
透過しないNO(並びにHC及びCO)を主成分とした
ガスはPtカソード表面で還元分解(又は酸化)されて
非透過ガス11として排気される。
【0011】図3において、分離膜4の構造において排
気ガス接触面9にはPtアルコキシド溶液から、多孔性
を有するPtコーティングを行い、これをカソード9と
する。一方、内側のアノード部8は、PtまたはAuの
アルコキシドにより、多孔性を有するPt又はAuコー
ティング膜とすることができ、電力は、例えば車搭載バ
ッテリーから供給することができる。なお、白金又は金
電極の担持はアルコキシド法には限定されず、ポアをも
たせるような担持法であれば、その他の任意の方法によ
ることができ、例えば10-9mmHg以下の真空下にPtを加
熱して蒸着させるCVD法などによることもできる。
【0012】本発明で用いる安定化ジルコニアとして
は、例えば15〜 28mol%のカルシウム、スカンジウム又
はイットリウムなどを含有したジルコニアを用いること
ができ、これらはジルコニアにカルシア、スカンジア、
イットリアなどを固溶させることによって製造すること
ができる。
【0013】
【作用】本発明によれば、例えば安定化ジルコニアの中
空基体の外周に排気ガスを導入し、同時に前記基体に設
けた白金電極に電圧を印加することによりNOxの酸素
を強制的にジルコニアの壁を透過させてNOxの分解を
容易にするので、高温耐久後もNOxの浄化率が著しく
改良される。
【0014】
【実施例】以下、実施例に従って本発明を具体的に説明
するが、本発明を以下の実施例に限定するものでないこ
とはいうまでもない。
【0015】実施例1 安定化ジルコニア ( 25mol%スカンジア)を図3及び図
4に示すような構造(全体直径13cm×長さ20cm、膜厚2
mm、膜面積3m2 ) のスパイラルモジュールに成形し
た。次に、排気ガスの接触面となるカソード(陰極)部
分への白金コーティングを施した。この白金コーティン
グは、 PtCl2 (0.1mol) をiso-C3H7OH (100mol) と混合
し、80℃中で攪拌しながら反応させて、 Pt(OC3H7)2
調製し、続いてこれにH2O (10mol) を加え、加水分解さ
せ、液の粘度が6cpとなるよう水を加えてコーティング
溶液とした。次に図6に示すようにして、スパイラルモ
ジュール14を上で調製した白金アルコキシド溶液15に浸
漬させ、1.67mm/sの速度で引き上げ、続いて 110℃で乾
燥後、 500℃にて5〜10分焼成した。なお、図7におい
て16はギアボックス付リバーシブルモータ、17はテー
プ、18はフードを示す。この操作を6回繰り返し、膜厚
を 0.4μm にした。
【0016】次に同様の操作にて透過ガス側となるアノ
ード(陽極)部分へ白金アルコキシドをコーティング
し、得られたコーティング物を 500℃×3hr焼成し(焼
成後の膜厚 0.4μm ) 、触媒(実施例触媒)を得た。
【0017】比較例1 特開昭60−125250号公報の実施例2と同様にしてゼオラ
イトに銅をイオン交換した銅/ゼオライト(イオン交換
率 107%)を、シリカゾル(SiO2、40重量%)をバイン
ダーとして、コージェライトモノリス担体( 1.3L)へ
200g/L・cat でウオッシュコートして触媒(比較例
触媒)を調製した。
【0018】評価 実施例及び比較例の触媒を図1に示したNO分解O2
過モジュールにセットし、A/F=18相当のモデル排気
ガス(THC:2400ppm 、CO:1100ppm 、NO:1000
ppm )を表1及び2に示す条件で流通させてそれぞれの
排気ガス浄化性能を評価した。なお、酸化触媒には従来
の3元触媒(Pd 2g/L+Ce 0.3mol/L、170 V)を
用いた。また使用電力は直流 100Vとした。
【0019】なお、評価試験は実施例1及び比較例1の
それぞれの触媒について触媒調製後の初期試験(表1参
照)と上記A/F=18相当のモデル排気ガスを用いて 7
50℃×50hr、3000rpm 及び−15mHg の条件下に耐久試験
をした後の耐久後試験(表2参照)を行った。結果はそ
れぞれ表1及び2に示した通りであった。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】本発明に従えば、表1及び表2の結果か
らも明らかなように、高温耐久後においても、従来の典
型的な酸素過剰雰囲気下において有効な銅イオン交換ゼ
オライトに比較して極めて優れたNO浄化活性を呈する
という特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係る排気ガス浄化装置の全体図
である。
【図2】図2は透過・分離モジュールの内部構造を示す
図面である。
【図3】図3はスパイラル形状の透過・分離モジュール
の概念図である。
【図4】図4は図3のイ部拡大図である。
【図5】図5は中空糸膜状の透過・分離モジュールの概
念図である。
【図6】図6は実施例1における白金コーティングに用
いた装置の図面である。
【符号の説明】
1…エンジン 2…酸化触媒 3…排気ガス 4…透過・分離モジュール 5…電圧印加用電源 6…分離・分解膜 7…集ガス管 8…アノード 9…カソード 10…透過ガス 11…非透過ガス 12…排気ガス流路 13…中空糸膜モジュール 14…中空糸膜 15…スパイラルモジュール 16…白金アルコキシド溶液 17…ギアボックス付リバーシブルモータ 18…テープ 19…フード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/42 A 8017−4G 23/52 A 8017−4G 35/02 Z 8516−4G F01N 3/10 Z 7910−3G 3/24 Z 9150−3G

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 安定化ジルコニアからなり、一端が閉鎖
    された中空の基体と、該中空基体の排気ガスと接触する
    外部表面に設けた白金電極と、該中空基体の内部表面に
    設けた白金又は金電極と、該電極に電圧を印加する電源
    とからなる排気ガス浄化装置。
JP3309122A 1991-11-25 1991-11-25 排気ガス浄化装置 Pending JPH05137962A (ja)

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