JPH05200298A - 排気ガス浄化用触媒の製造方法 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒の製造方法

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JPH05200298A
JPH05200298A JP4010611A JP1061192A JPH05200298A JP H05200298 A JPH05200298 A JP H05200298A JP 4010611 A JP4010611 A JP 4010611A JP 1061192 A JP1061192 A JP 1061192A JP H05200298 A JPH05200298 A JP H05200298A
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JP
Japan
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ion exchange
ions
ion
zeolite
sample
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JP4010611A
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English (en)
Inventor
Akihide Takami
明秀 高見
Tomoji Ichikawa
智士 市川
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】活性及び耐熱性が高いゼオライト触媒の製造方
法を提供する。 【構成】H型ゼオライトのイオン交換サイトに結合して
いるHイオンをK、Mg、Ca、Sc、Y、Zr、H
f、ランタノイド元素及びアクチノイド元素のうちから
選ばれた元素Aにイオン交換し、しかる後に該元素Aを
遷移金属(活性種)にイオン交換する。

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の
製造方法に関する。
【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】しかし、上記空燃比を高くしてエンジンの
低燃費化を図る場合、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3−
118836号公報に記載されている。すなわち、それ
は、SiO2 /Al2 3 モル比が20以上のゼオライ
トにCuイオンとMgイオンとをMg/Cu=0.5〜
2.0となるようにイオン交換担持せしめたものであ
り、ゼオライト自体の耐熱性の向上とCuの還元の進み
すぎの防止を図らんとするものである。そして、上記公
報には、上記触媒を得るために、Na型ゼオライトのN
aをMgにイオン交換した後に、該Mgの一部をCuに
イオン交換するという方法が記載されている。
【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、Mg量が多いことから、Cuのイオン交
換率が低くなってNOx除去率が低下する傾向にある。
また、出発原料であるNa型ゼオライトのNaはMgに
よるイオン交換及びCuによるイオン交換後もゼオライ
トのイオン交換サイトに残存し易く、それがために触媒
の耐熱性の点で不利になってくる。
【0007】すなわち、上記残存するNaは、高温での
ゼオライト内での電荷の移動を促し、そのことによって
イオン交換担持された活性種(Cuイオン)の安定化
(触媒反応に必要な可逆変化を示さない)を招くととも
に、ゼオライトの構造そのものの破壊を招き易い。
【0008】そこで、本発明は、触媒活性が高く且つ耐
熱性に優れた触媒を確実に得ることができる触媒製造方
法を提供せんとするものである。
【0009】
【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、ゼ
オライト触媒を得るための出発原料をNa型ゼオライト
にするのでなくH型ゼオライトとし、且つこのゼオライ
トのHを該ゼオライトの構成金属であるAlよりもイオ
ン化傾向が大きい元素でイオン交換した後に、遷移金属
をイオン交換担持せしめると、上記課題を解決できるこ
とを見出だしたものである。
【0010】すなわち、上記課題を解決する手段は、ゼ
オライ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の製造方法であって、H型ゼオラ
イトのイオン交換サイトに結合しているHイオンをK、
Mg、Ca、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイド元素
及びアクチノイド元素のうちから選ばれた元素Aのイオ
ンに交換し、しかる後に該元素Aのイオンを上記遷移金
属イオンに交換することを特徴とするものである。
【0011】上記出発原料であるH型ゼオライトとして
は、市販のものを使用することができ、また、Na型ゼ
オライトをH型ゼオライトに変換してなるものを使用す
ることもできる。いずれにしても、Naが実質的に存在
しないH型ゼオライトであればよい。
【0012】上記Hイオンに交換される元素Aとしての
K、Mg、Ca、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイド
元素及びアクチノイド元素は、いずれもゼオライトのイ
オン交換サイトを構成するAlよりもイオン化傾向が大
きい元素である。
【0013】しかして、本発明において、H型ゼオライ
トを出発原料としてそのプロトンを上記イオン化傾向大
の元素Aに一旦イオン交換(H→A)するのは、上記N
aイオンの残存を極力避けるとともに、上記Alの溶出
及びそれに伴うゼオライト中のイオン交換サイトの減少
を防止するためである。
【0014】すなわち、上記Naイオンの低減のみを目
的とするならば、上記H型ゼオライトのプロトンを遷移
金属イオンに直接交換すればよい。しかし、そうする
と、ゼオライト中のAlの方がHよりもイオン化傾向が
大であるから、当該イオン交換の際にAlの溶出(イオ
ン交換サイトの減少)を招き、結果的に遷移金属イオン
の交換率が下がり、活性の低下につながる。そして、本
発明はかかる不具合を防止するために、上述の如くH→
Aのイオン交換を事前に行なうものである。
【0015】また、Na型ゼオライトのNaイオンを上
記イオン化傾向大に元素Aにイオン交換することも考え
られるが、その場合にはNaイオンが最終生成物である
触媒に残存し易く好ましくない。
【0016】そうして、本発明においては、上述の元素
Aのイオンを活性種としての遷移金属にイオン交換する
が、その場合、元素Aは残存し難く、また、当該元素の
イオン化傾向が大あるから、Alの溶出も生じ難い。そ
して、このことにより、遷移金属のイオン交換率が高く
なって触媒の活性向上が図れるとともに、耐熱性も高く
なるものである。
【0017】上記元素Aが残存し難い理由は次のように
考えられる。H→Aのイオン交換においては、ゼオライ
トのイオン交換サイトのうちイオンを脱離しやすい部位
に結合しているHイオンが元素Aにイオン交換されるた
め、当該元素Aのイオンも遷移金属によって容易にイオ
ン交換される。従って、過量の遷移金属イオンを含む溶
液によってイオン交換を行なえば、当該元素Aが触媒に
残存することがほとんどないものである。
【0018】この場合、元素Aの触媒における残存量は
1重量%以下とすることが好適である。1重量%を越え
る残存量ではNaが残存する場合と同様に耐熱性が得ら
れないからである。
【0019】なお、H→Na→遷移金属のプロセスをと
ることも考えられるが、この場合は、Naが本来的にゼ
オライトのイオン交換サイトに結合しやすいことから、
触媒におけるNa残存量が多くなり易く好ましくない。
【0020】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、H型ゼ
オライトのイオン交換サイトに結合しているHイオンを
K、Mg、Ca、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイド
元素及びアクチノイド元素のうちから選ばれた元素Aの
イオンに交換し、しかる後に該元素Aのイオンを上記遷
移金属のイオンに交換するようにしたから、イオン交換
の際のAlの溶出(イオン交換サイトの減少)を防止し
ながら、触媒活性が高く且つ耐熱性に優れた触媒を得る
ことができる、という効果が得られる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。表1は、
実施例の各サンプルと比較例の各サンプルにつき、その
初期活性、耐熱性等を調べたテスト結果を示している。
【0022】
【表1】 <サンプルの作成>触媒の出発原料としてのH−ZSM
5及びNa−ZSM5は、サンプル(4) ,(9) を除いて
SiO2 /Al2 3 モル比が30のH型若しくはNa
型のゼオライトであり、サンプル(4) ,(9) のH−ZS
M5はSiO2 /Al2 3 モル比が70のH型ゼオラ
イトである。
【0023】サンプル(1) 〜(7) ,(9) ,(12),(13)に
ついては、各々ゼオライトのイオン交換サイトに結合し
ているイオン(H若しくはNa)を、イオン化傾向大の
元素に一旦イオン交換した後に、当該元素を遷移金属
(Cu若しくはCo)にイオン交換した。サンプル(8)
については、イオン交換サイトのNaイオンの全てをH
イオンに換えた後に上記サンプル(1) 〜(7) 等と同様の
イオン交換を行なった。また、サンプル(10),(11)につ
いては、各々ゼオライトのイオン交換サイトに結合して
いるイオン(H若しくはNa)を遷移金属Cuに直接イ
オン交換した。
【0024】上述の各イオン交換にあたっては、当該金
属(イオン交換によってイオン交換サイトに結合せしめ
る金属)の酢酸塩または硝酸塩の水溶液を用いる湿式イ
オン交換法を採用した。但し、サンプル(8) のNaイオ
ンからHイオンへの交換は、Na−ZSM5をNH4
l水溶液に浸漬してNa+ をH+ に交換し、得られたも
のを加熱分解することによって実施した。表1の欄外に
記載の活性種(遷移金属)のイオン交換率に関しては、
各遷移金属を2価とし、ゼオライト中に含まれるAl量
の1/2の金属担持量をイオン交換率100%として計
算した。
【0025】そうして、以上の如くして得られた各触媒
をコーディライト製ハニカム担体(400セル/inc
h2 )にウオッシュコートして各サンプルを得た。触媒
担持量は4g/55ccである。
【0026】<浄化テスト(リグテスト)について>初
期活性(未使用触媒のNOx除去率)及び熱処理後の活
性(NOx除去率)を、次のガス組成及び空間速度で調
べた。
【0027】−ガス組成− NO;2000ppm,HC;6000ppmC,C
O;0.2%,CO2 ;10%,O2 ;8% −空間速度− SV;25000h-1 熱処理条件は表1に記載の通りであり、熱処理は大気中
で行なった。テスト結果ついては、上記表1に示されて
いるとともに、サンプル(1) ,(6) についての結果は図
1にも示されている。
【0028】また、サンプル(7) ,(10)については、熱
処理(700℃×6時間)をO2 /He雰囲気で行なっ
たときの活性を図2に、熱処理(550℃×6時間)を
2 O/He雰囲気で行なったときの活性を図3にそれ
ぞれ示す。
【0029】<考察>実施例のサンプル(1) は、H→K
→Cuのイオン交換を行なったものであるが、表1によ
れば、初期活性が76%と高くなっているとともに、熱
処理後の活性も42%と高い(図1参照)。そして、K
の残存量は0.02%と少ない。
【0030】これに対して、比較例としてのサンプル(1
0)は、Na→Cuのイオン交換を行なったものである
が、初期活性はサンプル(1) よりも若干低い程度である
ものの、熱処理後の活性が大きく低下している。この低
下は、サンプル(10)の場合はNaの残存量が0.1%と
多いことによると認められる。このことから、本発明の
如き方法によれば、活性種以外の金属イオンを減らすこ
とが容易であり、且つそのことが耐熱性の向上に有効で
あることがわかる。
【0031】比較例としてのサンプル(11)は、H→Cu
のイオン交換を行なったものである。このものでも熱処
理後の活性が低くなっている。これはイオン交換時にゼ
オライト中の一部のAlが溶出し、該ゼオライトが構造
破壊を生じ易くなっているためと認められる。このこと
から、本発明の方法の如く、HイオンをAlよりもイオ
ン化傾向大の元素に一旦イオン交換することの有効性が
裏付けられる。
【0032】比較例としてのサンプル(12)は、Na→K
→Cuのイオン交換を行なったものであるが、Na残存
量が多くなることから、耐熱性が低くなっている。そし
て、このことから、本発明の方法の如く、出発原料をH
型とすることの有効性が裏付けられる。
【0033】また、サンプル(9) は、H→K→Cuのイ
オン交換を行ないながら、Kの残存量を1.1%と多く
したものであるが、その結果、熱処理後の活性が20%
と大きく低下している。従って、中間にイオン化傾向大
の元素によるイオン交換を行なうにしても、当該元素の
残存量を少なくしなければならないことがわかる。
【0034】次に、実施例のサンプル(2) は、熱処理を
750℃×6時間と厳しくしたものであり、その結果と
して熱処理後の活性が低くなっている。しかし、それで
も、その熱処理後の活性はサンプル(11)と同程度であ
り、本発明方法の有効性が裏付けられている。
【0035】実施例のサンプル(3) は、Cuイオン交換
率が若干低く、また、Kの残存量が0.1%と多い例で
あるが、Na型ゼオライトを出発原料とするサンプル(1
0),(12)よりも耐熱性の点で優れている。これは、サン
プル(3) は出発原料をH型ゼオライトとしているためと
認められる。
【0036】実施例のサンプル(4) は、SiO2 /Al
2 3 モル比が70のH型ゼオライトを出発原料とする
例であるが、Kの残存量はサンプル(3) よりも少ないに
もかかわらず、耐熱性の点で劣る傾向にある。
【0037】実施例のサンプル(5) は、活性種としてC
oを用いた例であるが、初期活性はCuを用いたサンプ
ル(1) に劣るものの、熱処理後の活性の低下率は、サン
プル(1) と同程度である。従って、活性種としてCoを
用いても耐熱性が得られることがわかる。
【0038】実施例のサンプル(6) は、H→La→Cu
のイオン交換を行なった例であるが、図1からも明らか
なように、Kを用いたサンプル(1) と比較した場合、初
期活性が若干低いものの、耐熱性は高い。このことか
ら、イオン化傾向大の元素としてLaを用いても効果が
あることがわかる。
【0039】実施例のサンプル(7) は、H→Ca→Cu
のイオン交換を行なった例であるが、サンプル(1) と同
様に高い初期活性及び熱処理後の活性を示している。こ
のことから、イオン化傾向大の元素としてCaを用いて
も有効であることがわかる。また、当該サンプル(7) に
ついては、熱処理をO2 /He雰囲気やH2 O/He雰
囲気でも行なっているが、図2及び図3に示すサンプル
(10)との比較から明らかなように、耐熱性に優れている
ことがわかる。
【0040】実施例のサンプル(8) は、出発原料として
のH型ゼオライトをNa型ゼオライトから生成するとと
もに、イオン化傾向大の元素としてMgを用いた例であ
るが、初期活性が高いとともに、耐熱性も高い。
【0041】これに対して、サンプル(13)は、Na→M
g→Cuのイオン交換を行なった例であるが、初期活性
は高いものの、耐熱性は低い。これはサンプル(12)と同
様にNaの残存量が多くなっているためと認められる。
そして、サンプル(8) とサンプル(13)との比較から、出
発原料としてH型ゼオライトを用いることの有効性が裏
付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のサンプル(1) ,(6) についての初期活
性と熱処理後の活性とを示すグラフ図
【図2】実施例のサンプル(7) 及び比較例のサンプル(1
0)についての初期活性と熱処理(O2 /He雰囲気)後
の活性とを示すグラフ図
【図3】実施例のサンプル(7) 及び比較例のサンプル(1
0)についての初期活性と熱処理(H2 O/He雰囲気)
後の活性とを示すグラフ図
【符号の説明】
なし

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゼオライ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の製造方法であっ
    て、 H型ゼオライトのイオン交換サイトに結合しているHイ
    オンをK、Mg、Ca、Sc、Y、Zr、Hf、ランタ
    ノイド元素及びアクチノイド元素のうちから選ばれた元
    素Aのイオンに交換し、しかる後に該元素Aのイオンを
    上記遷移金属のイオンに交換することを特徴とする排気
    ガス浄化用触媒の製造方法。
  2. 【請求項2】上記元素Aのイオンの上記遷移金属のイオ
    ンへの交換は、当該元素Aの残量が1重量%以下となる
    ように行なう請求項1に記載の排気ガス浄化用触媒の製
    造方法。
JP4010611A 1992-01-24 1992-01-24 排気ガス浄化用触媒の製造方法 Pending JPH05200298A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020513305A (ja) * 2016-12-02 2020-05-14 ヒソン カタリスツ コーポレイション 2価銅イオンを特定の比率で担持したゼオライト、その製造方法及びこれを含む触媒組成物

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JP2020513305A (ja) * 2016-12-02 2020-05-14 ヒソン カタリスツ コーポレイション 2価銅イオンを特定の比率で担持したゼオライト、その製造方法及びこれを含む触媒組成物

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Effective date: 20020409