JPH05237382A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH05237382A
JPH05237382A JP4042673A JP4267392A JPH05237382A JP H05237382 A JPH05237382 A JP H05237382A JP 4042673 A JP4042673 A JP 4042673A JP 4267392 A JP4267392 A JP 4267392A JP H05237382 A JPH05237382 A JP H05237382A
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光一 笠原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高温使用時においても触媒性能の
低下が少なく、かつ耐久性の高い、炭化水素(HC)、
一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOX )を同時に
浄化する三元触媒を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の排気ガス浄化用触媒は、無機耐火性
触媒担体にアルミナコート層が形成され、このアルミナ
層中に白金、パラジウム、ロジウムの一種以上を含有す
る。このアルミナ層は、また結晶子径が50〜300A
の酸化セリウムに酸化ジルコニウムを5〜15重量%固
溶させた複合酸化物を10〜40重量%、酸化ランタン
を2〜20重量%含有する。

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
し、特に、自動車等の内燃機関から排出される排気ガス
を浄化するための触媒に関する。更に詳しくは、内燃機
関の排気ガス中に含まれる有害成分のうち、炭化水素
(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(N
X )を同時に浄化するための三元触媒であって、高温
域での耐久性を向上した排気ガス浄化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等の内燃機関から排出される排気
ガスを浄化するために、従来、多数の触媒が提案されて
いる。これらの多数の触媒のうち、現在では、炭化水素
(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(N
X )を同時に浄化することができる三元触媒が主流に
なっている。
【0003】上記従来の三元触媒は、コージェライト製
または金属製等のハニカム担体上に、耐火性無機酸化物
および一種以上の触媒成分を担持させたものである。こ
の場合、耐火性無機酸化物としては、例えばアルミナ、
アルミナ・シリカ、或いはシリカが用いられる。また、
触媒成分としては、白金(Pt)、パラジウム(P
d)、ロジウム(Rh)、セリウム(Ce)、ランタン
(La)およびジルコニウム(Zr)等から選択され
る。上記の耐火性無機酸化物と触媒成分とは、任意の組
み合わせで担持させることができる。
【0004】このような三元触媒は、一般に次のように
して調製される。まず、耐火性無機酸化物粉体に触媒成
分を単独或いは組み合わせて分散担持させ、触媒組成物
を形成する。次いで、この触媒組成物をハニカム担体に
被覆すればよい。或いは、ハニカム担体に耐火性無機酸
化物を被覆した後、この担体を、単独または複数の触媒
成分を含有する水溶液中に浸漬することによって調製し
てもよい。
【0005】しかしながら、上記従来の三元触媒は高温
域での耐久性が不十分で、これを高温で使用すると触媒
性能が低下してしまう問題がある。その第一の理由は、
担体上に担持されたアルミナ等の耐火性無機酸化物の比
表面積が低下することである。第二の理由は、耐火性無
機酸化物中に担持されている白金、パラジウム、ロジウ
ム、セリウム等の触媒成分がシンタリング(凝集)して
しまうことである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、その課題は、炭化水素(HC)、
一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOX )を同時に
浄化するための三元触媒を改良し、その高温使用時にお
ける耐久性を向上させ、且つ触媒性能の低下を抑制する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、担体上に形成されたアルミナコート層
に担持される触媒成分のうち、セリウムおよびジルコニ
ウムについては、酸化セリウム微粒子中に酸化ジルコニ
ウムを固溶させた複合酸化物として担持させ、ランタン
については酸化ランタンとして担持させることとした。
【0008】即ち、本発明は、無機耐火性触媒担体にア
ルミナコート層を形成し、該アルミナコート層に白金、
パラジウム及びロジウムからなる群から選ばれる一種以
上の触媒成分を含有する触媒において、前記触媒成分に
加えて、下記の成分を前記アルミナ層に含有させたこと
を特徴とするものである。
【0009】・コート層全体の10〜40重量%の複合
酸化物であって、結晶粒子径50〜300A(オングス
トローム)の酸化セリウム中に酸化ジルコニウムを5〜
15重量%固溶させた複合酸化物 ・コート層全体の2〜20重量%の酸化ランタン 以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】本発明における無機耐火性触媒担体として
は、従来の三元触媒と同様、コージェライト製担体また
は金属製担体等を用いることができる。何れの場合も、
通常はハニカム担体の形態で用いられる。好ましい担体
は、コージェライト製のハニカム担体である。
【0011】本発明におけるアルミナコート層も、従来
の三元触媒に用いられているのと同じもの、例えばγア
ルミナ層を用いることができる。このアルミナコート層
の量は、最終的に形成された触媒の容積1リットル当り
50〜200g(以下、50〜200g/l−catと
表す)であることが好ましい。
【0012】本発明においてアルミナコート層に担持さ
れる触媒成分のうち、Pt、Rhおよび/またはPd
は、従来と同様の形で含有させればよい。一般に、これ
ら触媒成分の担持量は夫々次の通りである。 Pt;0〜2.0g/l−cat、好ましくは0.5〜
1.5g/l−cat Rh;0〜0.6g/l−cat、好ましくは0.1〜
0.4g/l−cat Pd;0〜4.0g/l−cat、好ましくは0〜2.
0g/l−cat
【0013】本発明における特徴的な構成は、前記アル
ミナコート層に担持される触媒成分のうち、特にCe、
ZrおよびLaの担持形態にある。そこで、次にこの特
徴的構成について説明する。
【0014】CeおよびZrは、結晶粒子径50〜30
0Aの酸化セリウム中に酸化ジルコニウムを5〜15重
量%固溶させた複合酸化物として添加される。このよう
な複合酸化物は、酸化セリウム粉末にオキシ硝酸ジルコ
ニウム溶液を浸漬して乾燥し、これを焼成することによ
り得ることができる。この焼成条件は、600〜800
℃、1〜5時間が好ましい。なお、酸化セリウムの結晶
粒子径を50〜300Aとした理由は、300Aを越え
ると酸化ジルコニウムとの固溶を起こし難くなり、また
50A未満では、アルミナコート層を形成するための焼
成工程において、ランタンおよび/またはアルミナとの
固溶を起こし易いからである。また、酸化ジルコニウム
の固溶量を5〜15重量%とした理由は、5重量%未満
では酸化セリウムとの複合酸化物の形成が不十分であ
り、15重量%を越えると余分の酸化ジルコニウムが生
成して触媒性能を低下させるからである。
【0015】上記複合酸化物の担持量は、コート層全体
の10〜40重量%とする。10重量%未満ではセリウ
ムのO2 ストレージ効果が不十分であり、また40重量
%を越えるとアルミナ分が少なくてPt、Pd、Rh等
の担持に悪影響を及ぼすからである。
【0016】一方、Laは酸化ランタンとして担持され
る。その担持量は、コート層全体の2〜20重量%であ
る。2重量%未満ではランタンの添加効果が見られず、
20重量%を越えるとセリアとアルミナとの相互作用の
影響が大きくなり過ぎ、触媒性能を低下させるからであ
る。本発明による排気ガス浄化用触媒は、例えば次のよ
うにして製造することができる。
【0017】まず、既述の酸化セリウムと酸化ジルコニ
ウムとの複合酸化物、γ−アルミナ、酸化ランタン、ア
ルミナ水和物および水からスラリーを作成し、該スラリ
ーを既述の触媒担体にコートし、乾燥する。その際、ス
ラリー中の前記複合酸化物、γ−アルミナ、酸化ランタ
ン、アルミナ水和物の量は、夫々の成分について既述し
た所期の含有量が得られるように設定する。この工程を
2回行った後、焼成することにより、前記触媒担体上に
γ−アルミナ層を形成する。こうして形成されたγ−ア
ルミナコート層には、前記複合酸化物および酸化ランタ
ンが含有されている。
【0018】次に、このアルミナコート層が形成された
担体を、白金、ロジウム、及び/又はパラジウムを含有
する溶液に含浸することにより、Pt、Rh及び/又は
Pdを前記アルミナコート層に担持させて本発明の触媒
を得る。Ptを担持させるためには、例えばジニトロジ
アンミン白金溶液を用いることができる。Rhを担持さ
せるためには、例えば硝酸ロジウム溶液を用いることが
できる。また、Pdを担持させるためには、例えば硝酸
パラジウム溶液を用いることができる。
【0019】
【作用】本発明による排気ガス浄化用触媒は、微粒子か
つ高比表面積の高性能酸化セリウム粉末をジルコニウム
で安定化して用いているため、耐熱性に優れており、か
つ触媒成分の凝集も防止される。また、酸化ランタンを
添加することによって、アルミナの耐熱性が保持され、
触媒性能も向上する。従って、高温域での使用において
特に高い耐久性を示す。
【0020】このように耐熱性に優れているため、本発
明の排気ガス浄化用触媒は、高温域での使用において、
アルミナ等の耐火性無機酸化物の表面積の低下および触
媒成分の凝集による触媒性能の低下を防ぐことができ
る。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例1
【0022】結晶子径100Aを有する酸化セリウム粉
末に、オキシ硝酸ジルコニウム溶液を浸漬して、これを
乾燥し、700℃で2時間焼成することにより、酸化セ
リウムに酸化ジルコニウムを5重量%固溶させた、セリ
ウムと酸化ジルコニウムの複合酸化物を得た。得られた
複合酸化物、γ−アルミナ、酸化ランタン、アルミナ水
和物、及び水からなるスラリーを、コージェライト製ハ
ニカム担体にコートし、乾燥した。この工程を2回行
い、700℃で1時間焼成して、セリウム・ジルコニウ
ム複合酸化物を20重量%、ランタンを5重量%含有す
るγ−アルミナ層を形成した(コートA)。
【0023】なお、コートAにより形成されたγ−アル
ミナ層は、コート量が120g/l−catであり、セ
リウムを0.18mol/l−cat、ジルコニウムを
0.013mol/l−cat、及びランタンを0.0
5mol/l−cat含有するものであった。
【0024】このようにして得た担体を、ジニトロジア
ンミン白金溶液及び硝酸ロジウム溶液に含浸し、Pt、
Rhをそれぞれ1.2g/l−cat、0.2g/l−
cat担持して触媒1を得た。 実施例2
【0025】結晶子径100Aを有する酸化セリウム粉
末に、オキシ硝酸ジルコニウム溶液を浸漬して、これを
乾燥し、700℃で2時間焼成することにより、酸化セ
リウムに酸化ジルコニウムを10重量%固溶させたセリ
ウムと酸化ジルコニウムの複合酸化物を得た。得られた
複合酸化物、γ−アルミナ、酸化ランタン、アルミナ水
和物、及び水からなるスラリーを、コージェライト製ハ
ニカム担体にコートし、乾燥した。この工程を2回行
い、700℃で1時間焼成して、セリウム・ジルコニウ
ム複合酸化物を20重量%、ランタンを5重量%含有す
るγ−アルミナ層を形成した(コートB)。
【0026】なお、コートBにより形成されたγ−アル
ミナ層は、コート量が120g/l−catであり、セ
リウムを0.17mol/l−cat、ジルコニウムを
0.026mol/l−cat、及びランタンを0.0
5mol/l−cat含有するものであった。
【0027】このようにして得た担体を、ジニトロジア
ンミン白金溶液及び硝酸ロジウム溶液に含浸し、Pt、
Rhをそれぞれ1.2g/l−cat、0.2g/l−
cat担持して触媒2を得た。 実施例3
【0028】結晶子径300Aを有する酸化セリウム粉
末に、オキシ硝酸ジルコニウム溶液を浸漬して、これを
乾燥し、700℃で2時間焼成することにより、酸化セ
リウムに酸化ジルコニウムを10重量%固溶させたセリ
ウムと酸化ジルコニウムの複合酸化物を得た。得られた
複合酸化物、γ−アルミナ、酸化ランタン、アルミナ水
和物、及び水からなるスラリーを、コージェライト製ハ
ニカム担体にコートし、乾燥した。この工程を2回行
い、700℃で1時間焼成して、セリウム・ジルコニウ
ム複合酸化物を20重量%、ランタンを5重量%含有す
るγ−アルミナ層を形成した(コートC)。
【0029】なお、コートCにより形成されたγ−アル
ミナ層は、コート量が120g/l−catであり、セ
リウムを0.17mol/l−cat、ジルコニウムを
0.026mol/l−cat、及びランタンを0.0
5mol/l−cat含有するものであった。
【0030】このようにして得た担体を、ジニトロジア
ンミン白金溶液及び硝酸ロジウム溶液に含浸し、Pt、
Rhをそれぞれ1.2g/l−cat、0.2g/l−
cat担持して触媒3を得た。 比較例1
【0031】コージェライト製ハニカム担体に、γ−ア
ルミナ、結晶子径50Aを有する酸化セリウム粉末、酸
化ランタン、アルミナ水和物、及び水からなるスラリー
をコートし、乾燥した。この工程を2回行い、700℃
で1時間焼成して、セリウムを20重量%、ランタンを
5重量%含有するγ−アルミナ層を形成した(コート
D)。
【0032】なお、コートDにより形成されたγ−アル
ミナ層は、コート量が120g/l−catであり、セ
リウムを0.19mol/l−cat、及びランタンを
0.05mol/l−cat含有するものであった。
【0033】このようにして得た担体を、ジニトロジア
ンミン白金溶液及び硝酸ロジウム溶液に含浸し、Pt、
Rhをそれぞれ1.2g/l−cat、0.2g/l−
cat担持して触媒4を得た。 比較例2
【0034】コージェライト製ハニカム担体に、γ−ア
ルミナ、結晶子径100Aを有する酸化セリウム粉末、
酸化ジルコニウム、アルミナ水和物、及び水からなるス
ラリーをコートし、乾燥した。この工程を2回行い、7
00℃で1時間焼成して、セリウムを20重量%、ジル
コニウムを5重量%含有するγ−アルミナ層を形成した
(コートE)。
【0035】なお、コートEにより形成されたγ−アル
ミナ層は、コート量が120g/l−catであり、セ
リウムを0.19mol/l−cat、及びジルコニウ
ムを0.07mol/l−cat含有するものであっ
た。
【0036】このようにして得た担体を、ジニトロジア
ンミン白金溶液及び硝酸ロジウム溶液に含浸し、Pt、
Rhをそれぞれ1.2g/l−cat、0.2g/l−
cat担持して触媒5を得た。 特性試験例 上記のようにして得た触媒1〜5について、次に示す条
件で耐久及び評価試験を行った。 <耐久条件> エンジン:2000cc、4気筒 TBI 耐久雰囲気:A/F=14.6(理論空燃比或いはスト
イキ) 入ガス温度:700℃、800℃、900℃ 耐久時間:200時間 <評価条件> エンジン:2000cc、4気筒 TBI ダイナミックA/F特性 振幅 1A/F 周波数 1Hz 入ガス温度:450℃
【0037】A/Fをストイキを中心とする±1.5A
/Fの間でスイープし、HC、CO、NOX の触媒の入
ガス濃度と出ガス濃度を測定し、次式により浄化率を算
出した。 [(入ガス濃度−出ガス濃度)/入ガス濃度]×100…(1)
【0038】この浄化率とA/Fからグラフを作成し、
このグラフからHCとNOX 、COとNOX の交差する
点を求めた。これにより得られたクロス浄化率を下記表
1に示す。
【0039】
【表1】 また、実施例2及び比較例1の700℃、800℃、9
00℃のHC−NOX のクロス浄化率を図1に示す。
【0040】温度特性評価については、排気ガスがエン
ジンから触媒に至るまでの間に熱交換器を設け、触媒に
入る排気ガスの温度を150℃〜500℃まで10分間
で上昇させ、HC、CO、NOX の浄化率がそれぞれ5
0%になるときの入ガス温度を測定した。その結果を下
記表2に示す。
【0041】
【表2】 上記表1、表2及び図1から明らかなように、本発明品
は、従来品と比べ、特に高温側の触媒特性が優れている
ことがわかる。
【0042】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の排気ガス
浄化用触媒は耐熱性に優れているため、高温域で使用す
る際のアルミナ等の耐火性無機酸化物の表面積の低下、
及びこれによる触媒性能の低下を抑制することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】HC−NOX のクロス浄化率を示す図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無機耐火性触媒担体にアルミナコート層
    を形成し、該アルミナコート層に白金、パラジウム及び
    ロジウムからなる群から選ばれる一種以上の触媒成分を
    含有する触媒において、 前記触媒成分に加えて、下記の成分を前記アルミナ層に
    含有させたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 ・コート層全体の10〜40重量%の複合酸化物であっ
    て、結晶粒子径50〜300A(オングストローム)の
    酸化セリウム中に酸化ジルコニウムを5〜15重量%固
    溶させた複合酸化物 ・コート層全体の2〜20重量%の酸化ランタン
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007000795A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Nissan Motor Co Ltd 排気ガス浄化触媒及びその製造方法
JP2020536723A (ja) * 2017-10-12 2020-12-17 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーJohnson Matthey Public Limited Company 熱耐久性が改善されたガソリン排気ガス用途のためのtwc触媒

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