JPH0596132A - 排気浄化用触媒システム - Google Patents

排気浄化用触媒システム

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JPH0596132A
JPH0596132A JP3289236A JP28923691A JPH0596132A JP H0596132 A JPH0596132 A JP H0596132A JP 3289236 A JP3289236 A JP 3289236A JP 28923691 A JP28923691 A JP 28923691A JP H0596132 A JPH0596132 A JP H0596132A
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exhaust gas
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秀昭 村木
Toshiyuki Tanaka
寿幸 田中
Kenji Kato
健治 加藤
Tetsuo Kihara
哲郎 木原
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】リーン・バーン・エンジンに排気ガス浄化用貴
金属系触媒を用いる場合におけるNO2 沿道汚染を低減
する。 【構成】内燃機関等の排気系における上流の高排気温領
域にPt,Rh,Pdの単成分又はそれらの組合せから
なる貴金属系触媒を配置するとともに、その下流の低排
気温領域に遷移金属/アルミナ系触媒又は遷移金属/ゼ
オライト系触媒の1種又は2種以上を配置した排気浄化
用触媒システム。 【効果】高排気温領域で貴金属系触媒により酸化生成さ
れたNO2 を、低排気温領域で遷移金属/アルミナ系触
媒又は遷移金属/ゼオライト系触媒の触媒により還元す
る。

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エンジンから
排出される排気ガス中の窒素酸化物、特にNO2 を低減
するための排気浄化用触媒システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車排気ガス中のCO,HC,
NOxを浄化するため、いわゆる三元触媒が種々提案さ
れており、これらの触媒においては、NOxをCO,H
2 やHCとの反応によってN2 に還元することが、その
効果の一つとして期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高空燃比エン
ジン(リーン・バーン・ガソリンエンジン又はディーゼ
ル・エンジン)にこれらの触媒を用いた場合、排気ガス
中の酸素濃度が高いため、還元剤であるCOやHCが酸
素と優先的に反応してしまい、上記のようなNOxのN
2 への還元は必ずしも容易ではない。
【0004】しかも、COやHCの浄化活性を高く維持
するため、これらの触媒をある程度以上の高温(例え
ば、350℃以上の温度)の排気ガス中で用いると、却
って排気ガス中の未反応のNOを酸化してNO2 にして
しまい、NO2 排出量を増大させるという傾向のあるこ
とがわかって来た。
【0005】そして、NO,NO2 その他のNOxはい
ずれも悪影響を及ぼす物質であるが、そのうちNO2
相対的に人体の呼吸器系への悪影響が強いと言われ、且
つ速効性であることが指摘されている。このため、幹線
道路周辺に高濃度のNO2 を含む自動車排気ガスが排出
され、そのまま滞留するという事態を考えると、NO2
による沿道住民の呼吸器系の健康問題が他種NOx汚染
問題よりも突出した優先解決課題としてクローズ・アッ
プされる可能性がある。例えば、公害対策基本法(昭和
42年法律第132 号)第9条の規定に基づく環境庁告示の
第38条ではNOxのうちNO2 を優先的に規制対象とし
ている。
【0006】そこで本発明は、リーン・バーン・ガソリ
ンエンジン又はディーゼル・エンジンに三元触媒を用い
る場合におけるNO2 沿道汚染低減のため、可及的に有
効な当面の対策を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、内燃機関等の排気系における上流の高排気
温領域にPt,Rh,Pdの単成分又はそれらの組合せ
からなる貴金属系触媒を配置するとともに、その下流の
低排気温領域に遷移金属/アルミナ系触媒又は遷移金属
/ゼオライト系触媒の1種又は2種以上を配置した排気
浄化用触媒システムである。
【0008】
【作用】リーン・バーン・エンジンからの排気ガスが、
排気系の上流の高排気温領域において貴金属系触媒で処
理されると、CO,HCが浄化される一方で、排気ガス
中の未反応のNOがNO2 に酸化される。
【0009】次いで、このNO2 は下流の低排気温領域
において遷移金属/アルミナ系触媒又は遷移金属/ゼオ
ライト系触媒で処理されることにより、NOに還元され
てから排出される。遷移金属/アルミナ系触媒と遷移金
属/ゼオライト系触媒とは作用上の基本的な差異はな
い。
【0010】幹線道路周辺地域で排出されたNOが大気
中においてNO2 に酸化されるには一定の時間を必要と
し、酸化されるまでの間に大半のNOが自然拡散や風に
よる拡散作用により幹線道路周辺地域外へ移動する。こ
のため、NO2 による沿道住民の呼吸器系の健康問題は
軽減される。なお、NOによる影響はNO2 による場合
に比べてその性質が異なり、しかもより遅効性であると
考えられる。従って、幹線道路周辺地域に滞留中(拡散
するまでの間)のNOによる影響はNO2 による場合よ
りも相対的に低減される。
【0011】
【効果】本発明の排気浄化用触媒システムは、幹線道路
周辺地域におけるNO2 沿道汚染を軽減することができ
る。
【0012】
【実施態様】次に本発明の実施態様を説明する。
【0013】本発明において、「高排気温領域」とは、
触媒によるリーン・バーン・エンジン排気ガスの処理に
おいて、未反応のNOがNO2 に酸化されてしまうよう
な排気ガス温度を示す排気系内の領域を言う。これを更
に具体的に例示すれば、排気ガスの温度が350℃程
度、又はこれを超えるような温度である排気系の上流領
域、あるいは排気系のうち排気マニホールドやその付近
の部分を挙げることができるが、これらに限定されるも
のではない。
【0014】次に、「低排気温領域」とは、触媒による
リーン・バーン・エンジン排気ガスの処理において、上
記のような未反応NOのNO2 への酸化が起こらないよ
うな排気ガス温度を示す排気系内の領域を言う。これを
更に具体的に例示すれば、排気ガスの温度が300℃程
度、又はこれを下回るような温度である排気系の下流領
域を挙げることができるが、これに限定されるものでは
ない。
【0015】「貴金属系触媒」とは、アルミナ系の担体
にPt若しくはPdのみを、又はPtとRh(ロジウ
ム)若しくはPdとRhとを担持させた触媒を言う。P
tとRh若しくはPdとRhを共に担持させた触媒にお
いては、両者を混在状態で担持させたものや、いわゆる
2ステージの状態で担持させたものを含む。担体はハニ
カム構造等のモノリス担体でも良く、ペレット状等の粉
粒状のものを用いても良い。担体に対するPt/Rh又
はPd/Rhの担持量は特に限定しない。貴金属系触媒
は酸化セリウム(CeO2 )を含んでいても良い。
【0016】次に、「遷移金属/アルミナ系触媒」と
は、アルミナ系の担体に遷移金属を担持させた触媒を言
い、「遷移金属/ゼオライト系触媒」とは、ゼオライト
系の担体に遷移金属を担持させた触媒を言う。又、これ
らにおいて遷移金属の種類は特に限定するものではない
が、Pt,Pd(パラジウム),Cu(銅)がとりわけ
望ましい。Rhも用いることができるがコストの点で最
善ではない。
【0017】上記の遷移金属/アルミナ系触媒又は遷移
金属/ゼオライト系触媒として、例えば、次の〜の
触媒の1種又は2種以上を使用することができる。 Pd/アルミナ触媒 Pt/アルミナ触媒 Pt/ゼオライト触媒 Pd/ゼオライト触媒 Cu/ゼオライト触媒
【0018】上記の遷移金属/アルミナ系触媒又は遷移
金属/ゼオライト系触媒において、アルミナ系又はゼオ
ライト系の担体は、その種類を限定しない。これらの担
体はハニカム構造等のモノリス担体でも良く、ペレット
状のものを用いても良い。担体に対するPt,Pd,C
u等の担持量は特に限定しない。
【0019】遷移金属/アルミナ系触媒又は遷移金属/
ゼオライト系触媒の2種以上を使用する場合、それらを
ペレット状の形態で混在状態で使用したり、あるいは同
一の担体上に混在状態又はいわゆる2ステージの状態で
担持させたりすることができる。
【0020】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。
【0021】〔Pd/アルミナ触媒,Pt/アルミナ触
媒の調製〕アルミナ100重量部と市販の硝酸アルミニ
ウム水溶液14重量部とを水及び硝酸と共にボールミリ
ングすることによりウオッシュコートスラリーを生成さ
せた。そして断面積1平方インチ当たり約400の流路
を含む1.3リッターのコーディエライトの一体性担体
をウオッシュコートスラリー中に浸漬した。続いて圧縮
空気で一体性担体のセル内の過剰液を吹き去り、この一
体性担体を乾燥し、700℃で1時間焼成して、一体性
担体上に約50ミクロンのアルミナをコートした。
【0022】次に2個の上記一体性担体をそれぞれ所定
濃度のジニトロジアミンパラジウム及びジニトロジアミ
ン白金の硝酸酸性水溶液に各々浸漬し、乾燥後、200
℃で1時間焼成して2.0g/リッターのパラジウム並
びに白金を担持させた。
【0023】〔Pd/ゼオライト触媒,Pt/ゼオライ
ト触媒の調製〕Si(シリカ)/Al(アルミニウム)
比が40のNa型ZSM−5ゼオライト粉末100重量
部、シリカゾル(SiO2 20重量%)70重量部、純
水80重量部を混合攪拌し、スラリーを調整した。そし
て断面積1平方インチ当たり約400の流路を含む1.
3リッターのコーディエライトの一体性担体をウオッシ
ュコートスラリー中に浸漬した。続いて圧縮空気で一体
性担体のセル内の過剰液を吹き去った後、100℃で3
時間乾燥して300℃で2時間焼成する操作を2回繰り
返し、更に500℃で3時間焼成して一体性担体上にゼ
オライト層を形成した。このゼオライト層は、ハニカム
担体1リッター当たり120±5g形成されている。
【0024】上記ゼオライト層を持つ2個のハニカム担
体をそれぞれ所定濃度のジニトロジアミンパラジウム及
びジニトロジアミン白金の水溶液に24時間浸漬し、引
き上げて余分な溶液を吹き払った後250℃で1時間焼
成した。得られた触媒を原子吸光分析により分析したと
ころ、触媒1リッター当たり1.73g、即ちゼオライ
ト層に対して1.44重量%のPd又はPtが担持され
ていた。
【0025】〔Cu/ゼオライト触媒の調製〕Si/A
l比が40のNa型ZSM−5ゼオライト粉末100重
量部を酢酸銅水溶液(濃度0.04モル/リッター)
2,000重量部中に数日間静置した後、取り出して乾
燥し、Cuをイオン交換したゼオライトを得た。次に、
上記Cu/ゼオライト触媒100重量部、シリカゾル
(SiO2 20重量%)70重量部、純水80重量部を
混合攪拌し、pHが3〜6の範囲となるように硝酸を加
えスラリーを調整した。そして断面積1平方インチ当た
り約400の流路を含む1.3リッターのコーディエラ
イトの一体性担体をウオッシュコートスラリー中に浸漬
した。続いて圧縮空気で一体性担体のセル内の過剰液を
吹き去った後、100℃で3時間乾燥して300℃で2
時間焼成する操作を2回繰り返し、更に500℃で3時
間焼成して一体性担体上にCu/ゼオライト触媒層を形
成した。このCu/ゼオライト触媒のCuのイオン交換
率は105%であった。
【0026】〔実験例〕図1のエンジン1において、排
気マニホールド2付近の接合部3に貴金属系触媒を配置
し、次に下流側の第1容器部4に前記〜の遷移金属
/アルミナ系触媒又は遷移金属/ゼオライト系触媒のい
ずれか一をそれぞれ配置した。これらをそれぞれ実験例
1〜実験例5と称する。
【0027】実験例1〜実験例5においてエンジン1は
排気量2リッターであり、これをA/F=20、1,2
00rpm、40Nmで運転した。その際、接合部3の
入りガス温度は400℃、出ガスのNO濃度は600p
pm、NO2濃度は400ppmであり、第1容器部4
の入りガス温度は250℃であった。
【0028】以上のような実験例1〜実験例5における
第1容器部4の出ガスのNO濃度,NO2 濃度及びNO
2 /NO比は表1の通りであり、各実験例において排気
中のNO2 のかなりの部分がNOに還元されていること
が分かる。
【0029】
【表1】
【0030】なお、図1のようなエンジンを用いる場合
において、その運転条件によって第1容器部4でも入り
ガス温度が十分に高く(例えば400℃程度)、且つそ
の下流側の第2容器部5での入りガス温度が低い(例え
ば250℃程度)場合には、第1容器部4に貴金属系触
媒を配置し、且つ第2容器部5に遷移金属/アルミナ系
触媒又は遷移金属/ゼオライト系触媒を配置することも
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実験例の構成を模式的に示すものであ
る。
【符号の説明】
1・・・エンジン 2・・・排気マニホールド 3・・・接合部 4・・・第1容器部 5・・・第2容器部
───────────────────────────────────────────────────── 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 35/02 P 8516−4G (72)発明者 加藤 健治 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 木原 哲郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関等の排気系における上流の高排気
    温領域にPt,Rh,Pdの単成分又はそれらの組合せ
    からなる貴金属系触媒を配置するとともに、その下流の
    低排気温領域に遷移金属/アルミナ系触媒又は遷移金属
    /ゼオライト系触媒の1種又は2種以上を配置したこと
    を特徴とする排気浄化用触媒システム。
JP28923691A 1991-10-07 1991-10-07 排気浄化用触媒システム Expired - Fee Related JP3311370B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0707883A2 (en) 1994-10-06 1996-04-24 N.E. Chemcat Corporation Catalyst and method for purifying exhaust gases
US8092767B2 (en) 2003-04-17 2012-01-10 Johnson Matthey Public Limited Company Method of decomposing nitrogen dioxide

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0707883A2 (en) 1994-10-06 1996-04-24 N.E. Chemcat Corporation Catalyst and method for purifying exhaust gases
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