JPH05184934A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH05184934A
JPH05184934A JP4001548A JP154892A JPH05184934A JP H05184934 A JPH05184934 A JP H05184934A JP 4001548 A JP4001548 A JP 4001548A JP 154892 A JP154892 A JP 154892A JP H05184934 A JPH05184934 A JP H05184934A
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JP
Japan
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ion exchange
metal
catalyst
transition metals
combination
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Application number
JP4001548A
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English (en)
Inventor
Hideji Iwakuni
秀治 岩国
Yasuto Watanabe
康人 渡辺
Toshitsugu Kamioka
敏嗣 上岡
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH05184934A publication Critical patent/JPH05184934A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ゼオライトなど金属含有シリケート系の排気ガ
ス浄化用触媒の低温活性の向上を図り、活性温度域の拡
大を図る。 【構成】金属含有シリケートに遷移金属がイオン交換に
よって担持されてなる排気ガス浄化用触媒において、上
記遷移金属を、Coと、Coを除く他の1種若しくは2
種以上の金属との組み合わせによって構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス浄化用触媒に
関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の排気ガス浄化用触媒として、C
O(一酸化炭素)及びHC(炭化水素)の酸化と、NO
x(窒素酸化物)の還元とを同時に行なう三元触媒が一
般に知られている。この三元触媒は、例えばγ−アルミ
ナにPt(白金)及びRh(ロジウム)を担持させてな
るもので、エンジンの空燃比(A/F)を理論空燃比1
4.7付近に制御したときに、高い浄化効率が得られ
る。
【0003】これに対して、自動車の分野では上記空燃
比を高くしてエンジンの低燃費化を図るという要請があ
る。その場合、排気ガスは酸素過剰の所謂リーン雰囲気
となるため、上記三元触媒では、COやHCは酸化浄化
することができても、NOxの還元浄化ができなくな
る。
【0004】そこで、近年は、遷移金属をイオン交換担
持させてなるゼオライト触媒の研究が進められている。
このゼオライト触媒の場合、リーン雰囲気においても、
NOxを直接、あるいは共存する還元剤(例えば、C
O,HC等)により、N2 とO2 とに接触分解させるこ
とができる。
【0005】上記ゼオライト触媒の一例は、特開平2−
149317号公報に記載されている。すなわち、それ
は、Cu,Cr,Mn,Fe,Ni,Co等の遷移金属
の中から選ばれた1種又は2種以上の金属を担持させて
なる水素型ゼオライト触媒である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ゼオライ
ト触媒の場合、いずれの遷移金属を担持させたものもN
Oxを浄化できる触媒活性温度域が限られており、自動
車の排気ガス温度の変動によりNOx浄化率が変動し、
全体としての排気ガスの浄化が不十分になる憾みがあ
る。
【0007】すなわち、図7は、Na型ゼオライトZS
M−5に1種類の遷移金属をイオン交換担持させてなる
触媒(イオン交換率;Cu=128%,Mn=79.0
%,Ni=69.0%,Co=79.1%)につき、固
定床流通式反応装置により、NO=1000ppm、C
3 6 =1000ppm、O2 =10%、残Heのガス
組成及びW/F=0.3g・sec/cm3 でNO浄化
率(N2 転化率)を評価した結果を示す。これによる
と、Co及びNiは高温側での触媒活性に優れ、Cu及
びMnは低温側での触媒活性に優れていることがわか
る。しかし、Coの活性温度域が他のものより少し広い
と言えるものの、各金属単独では、広い活性温度域での
NOx浄化を望むことはできない。
【0008】
【課題を解決するための手段及びその作用】本発明者
は、このような課題に対し、鋭意研究に努めた結果、上
記遷移金属中のCoが高温での活性が高いという認識を
得たものであり、このCoと他の遷移金属とを組み合わ
せることにより、排気ガス浄化用触媒の活性温度域を拡
大させることができたものである。
【0009】すなわち、上記課題を解決する手段は、金
属含有シリケートに遷移金属がイオン交換によって担持
されてなる排気ガス浄化用触媒であって、上記遷移金属
が、Coと、Coを除く他の1種若しくは2種以上の金
属とよりなることを特徴とするものである。
【0010】上記金属含有シリケートは、ミクロの最高
を有する多孔質結晶帯であって、が金属含有シリケート
としては、結晶の骨格を形成する金属としてAlを用い
たアルミノシリケート(ゼオライト)が好適であり、そ
の他に上記Alに代えてあるいはAlと共にCe、M
n、Tb、Cuなど他の金属を骨格形成材料として用い
た金属含有シリケートも好ましく採用することができ
る。ゼオライトとしては、A型、X型、Y型、ZSM−
5等の合成ゼオライトが好適であり、さらに、モルデナ
イト等の天然ゼオライトも好ましく使用し得る。
【0011】Coと共に用いる他の遷移金属としては、
Ni、Mn、Feが好適であり、それら以外の遷移金属
を用いることもできる。好ましい組み合わせは、Co−
Niの二元系、Co−Mnの二元系、Co−Ni−Mn
の三元系である。
【0012】上記触媒を担体に別途担持せしめる場合、
その担体としては、コージェライトが好適であるが、他
の無機多孔質体を用いることもできる。
【0013】しかして、本発明の場合、後ほど実施例に
おいてデータを示すように、Coと他の遷移金属との組
み合わせにより、NOxの浄化に関し、触媒の活性温度
域が拡大するとともに、低温活性が向上する。その理由
については明らかではないが、Coによる効果と他の遷
移金属による効果とが足し合わされたという単純なもの
ではないようである。すなわち、Co及び他の遷移金属
の各々単独では得られない低温活性の向上が得られるか
らである。そして、かかる低温活性の向上は、Coを除
く他の2種以上の遷移金属の組み合わせでは得られな
い。よって、上記Coが低温活性の向上に特異な働きを
しているものと認められる。
【0014】また、Co−Niの二元の場合は、低温活
性と高温活性の双方の向上が図れる。この場合、Co及
びNiの好ましいイオン交換率は、本発明を限定する意
味ではないが、Coが45〜50%のとき、Niが25
〜70%(比率でいうと、Ni/Co=5/10〜15
/10程度)であり、さらに好ましいのは、両者のイオ
ン交換率が大体等しいものである。
【0015】Co−Mnの二元の場合は、低温活性の大
きな向上が図れる。この場合、Co及びMnの好ましい
イオン交換率は、本発明を限定する意味ではないが、C
oが47〜52%のとき、Mnが10〜70%(比率で
いうと、Mn/Co=2/10〜16/10程度)であ
り、さらに好ましいのは、両者のイオン交換率が大体等
しいものである。
【0016】さらに、Co−Ni−Mnの三元の場合
は、低温域から高温域にわたって広く触媒活性の向上が
図れる。この場合、各金属のイオン交換率としては、所
望の値を採用することができるが、イオン交換率の比率
を、Co:Ni:Mn=1:1:1とするとき、良い結
果がでる。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、Coと
他の1種若しくは2種以上の遷移金属とを組み合わせ
て、金属含有シリケートにイオン交換担持せしめるよう
にしたから、NOxの浄化において、触媒の活性温度域
を拡大させることができ、特に、触媒の低温活性を向上
させることができる、という効果が得られる。
【0018】また、上記遷移金属の組み合わせに関し、
Co−Niの二元とした場合には、低温活性と高温活性
の双方を向上させることができ、Co−Mnの二元とし
た場合には、特に低温活性を大きく向上させることがで
き、また、Co−Ni−Mnの三元とした場合には、低
温域から高温域にわたって広く触媒活性の向上を図るこ
とができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 <テスト1;2種の遷移金属の組み合わせについて>表
1に示すNa型合成ゼオライトZSM−5を表2に示す
2種の遷移金属でイオン交換してなる各種のペレットタ
イプの触媒を準備した。上記イオン交換においては、各
々2種の遷移金属の酢酸塩または硝酸塩の混合水溶液を
用いる湿式イオン交換法を採用した。なお、本明細書に
おけるイオン交換率は、金属含有シリケート(ゼオライ
ト)のイオン交換サイトに対する遷移金属の交換率であ
り、各遷移金属を2価とし、ゼオライト中に含まれるA
l量の1/2の金属担持量をイオン交換率100%とし
て計算する。
【0020】
【表1】
【表2】 上記各供試材につき、NOx浄化率(N2 転化率)を、
固定床流通式反応装置により、次のガス組成及びW/F
=0.3g・sec/cm3 で調べた。
【0021】−ガス組成− NO;1000ppm,C3 6 ;1000ppm,O
2 ;10%、残He結果は図1に示されている。同図に
よれば、Co−Mnの組み合わせ及びCo−Niの組み
合わせにおいては、いずれもCo単独、Mn単独あるい
はNi単独をイオン交換したもの(図7参照)に比べ
て、低温側に高い触媒活性を示し触媒の活性温度域が広
くなっている。一方、Co−Feの組み合わせの場合、
活性温度域は拡大しているものの、低温活性の点で不満
が残る。
【0022】これに対して、Ni−Mnの組み合わせの
場合、イオン交換の比率としては、上記Co−Mnの組
み合わせのものと大差がないにも拘らず、低温でのNO
x浄化率が低い。また、Ni−Feの組み合わせの場
合、イオン交換率としては、Co−Niの組み合わせ
や、Co−Feの組み合わせのものと大差がないにも拘
らず、触媒の活性温度域が狭い。
【0023】従って、以上の結果から、Coを必須とし
て、これに他の遷移金属を組み合わせれば触媒活性温度
域の拡大が図れ、特に、Co−MnやCo−Niの組み
合わせにすれば、低温活性の向上が図れることがわか
る。
【0024】<テスト2;Coと他の遷移金属との好ま
しい組み合わせについて>上記Co−Mn、Co−N
i、Co−Feという3種類の組み合わせにつき、表3
に示すようにイオン交換率を略揃えてNOx浄化率を調
べた。なお、各供試材の作成は先のテスト1と同様にし
て行なった。
【0025】
【表3】 結果は、図2に示されている。同図から、Co−Mnの
組み合わせ及びCo−Niの組み合わせの場合、Co−
Feの組み合わせに比べて、触媒の活性温度域の拡大及
び低温活性の向上の両面において優れていることがわか
る。
【0026】<テスト3;Co−Niの組み合わせにつ
いて>Co−Niの組み合わせについて、その好ましい
イオン交換率を調べた。すなわち、表4に示すようにイ
オン交換率を種々に変えてNOx浄化率を調べた。な
お、各供試材の作成及びNOx浄化率の測定は先のテス
ト1と同様にして行なった。また、供試材Fは先のテス
ト2におけるCo−Ni系の触媒材料を用いて作成し、
供試材Gは先のテスト1におけるCo−Ni系の触媒材
料を用いて作成した。
【0027】
【表4】 結果は、図3に示されている。供試材AのようにCoが
少ないもの、及び供試材BのようにCoが多いもの、の
いずれにおいても、触媒の活性温度域が拡大する傾向に
はあるが、これらのものは低温でのNOx浄化率がそれ
ほど向上していない。これに対して、Coのイオン交換
率を45〜50%程度とした供試材C〜Hの場合、低温
でのNOx浄化率が高くなる傾向にある。特に、供試材
D〜Gのように、Niのイオン交換率を25〜70%程
度にしたものでは、低温でのNOx浄化率が格段に高く
なっている。
【0028】従って、以上の結果から、Coのイオン交
換率を45〜50%程度とし、Niのイオン交換率を2
5〜70%程度とすることが、触媒の低温活性の向上を
図りながら、その活性温度域を拡大する上で有効である
ことがわかる。
【0029】<テスト4;Co−Mnの組み合わせにつ
いて>Co−Mnの組み合わせについて、その好ましい
イオン交換率を調べた。すなわち、表5に示すようにイ
オン交換率を種々に変えてNOx浄化率を調べた。な
お、各供試材の作成及びNOx浄化率の測定は先のテス
ト1と同様にして行なった。また、供試材Iは先のテス
ト1におけるCo−Mn系の触媒材料を用いて作成し、
供試材Lは先のテスト2におけるCo−Mn系の触媒材
料を用いて作成した。
【0030】
【表5】 結果は、図4に示されている。Mnのイオン交換率が互
いに等しくCoのイオン交換率が互いに異なる供試材I
と供試材Lとを比較すると、低温活性については大差が
ないが、高温活性については、Coのイオン交換率が4
8.9%と多い供試材Lの方が良い。そして、Coのイ
オン交換率を大体揃えて(47.1〜51.5%)Mn
のイオン交換率を変化させてなる供試材J〜供試材Nを
比較すると、Mnのイオン交換率がCoのイオン交換率
に近付くにつれて全体的に触媒活性が高くなっていって
いる。
【0031】従って、以上の結果から、Coのイオン交
換率を50%前後とし、Mnのイオン交換率をCoのイ
オン交換率と略等しくすることが、触媒の低温活性の向
上を図りながら、その活性温度域を拡大する上で有効で
あることがわかる。
【0032】<テスト5;3種類の遷移金属の組み合わ
せについて>3種類の遷移金属のうちの1種類をCoと
し、これに組み合わせる他2種の遷移金属について、好
ましい組み合わせを検討した。すなわち、表6に示す3
種類の遷移金属の組み合わせにつき、各々のNOx浄化
率を調べた。なお、各供試材の作成及びNOx浄化率の
測定は先のテスト1と同様にして行なった。
【0033】
【表6】 結果は図5に示されている。各供試材における3種類の
遷移金属のイオン交換率はいずれも30%前後に揃えら
れているが、Co−Ni−Mnの組み合わせが最も良い
ことが同図からわかる。
【0034】<テスト6;Co−Ni−Mnの組み合わ
せについて>そこで、上記Co−Ni−Mnの組み合わ
せにつき、イオン交換率の好ましい比率を調べた。すな
わち、Co及びNiのイオン交換率を30%前後として
Mnのイオン交換率を表7に示すように3種類に変えて
NOx浄化率を調べた。各供試材の作成及びNOx浄化
率の測定は先のテスト1と同様にして行なった。また、
供試材Oは先のテスト5におけるCo−Ni−Mn系の
触媒材料を用いて作成した。
【0035】
【表7】 結果は図6に示されている。同図から、Co、Ni及び
Mnの各々のイオン交換率を全て30%前後にすること
が最も好ましいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各種二元の遷移金属の組み合わせについてNO
x浄化率を比較した結果を示すグラフ図
【図2】二元の遷移金属の1種類をCoとし他を変えて
NOx浄化率を比較した結果を示すグラフ図
【図3】Co−Niの組み合わせにおいて各々のイオン
交換率を変えてNOx浄化率を比較した結果を示すグラ
フ図
【図4】Co−Mnの組み合わせにおいて各々のイオン
交換率を変えてNOx浄化率を比較した結果を示すグラ
フ図
【図5】各種三元の遷移金属の組み合わせについてNO
x浄化率を比較した結果を示すグラフ図
【図6】Co−Ni−Mnの組み合わせにおいてMnの
イオン交換率を変えてNOx浄化率を比較した結果を示
すグラフ図
【図7】1種類の遷移金属のみを用い、各遷移金属での
NOx浄化率を比較した結果を示すグラフ図
【符号の説明】
なし

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属含有シリケートに遷移金属がイオン交
    換によって担持されてなる排気ガス浄化用触媒であっ
    て、 上記遷移金属が、Coと、Coを除く他の1種若しくは
    2種以上の金属とよりなることを特徴とする排気ガス浄
    化用触媒。
  2. 【請求項2】上記遷移金属は、CoとNiとよりなる請
    求項1に記載の排気ガス浄化用触媒。
  3. 【請求項3】上記遷移金属は、CoとMnとよりなる請
    求項1に記載の排気ガス浄化用触媒。
  4. 【請求項4】上記遷移金属は、CoとNiとMnとより
    なる請求項1に記載の排気ガス浄化用触媒。
JP4001548A 1992-01-08 1992-01-08 排気ガス浄化用触媒 Pending JPH05184934A (ja)

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JP4001548A JPH05184934A (ja) 1992-01-08 1992-01-08 排気ガス浄化用触媒

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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