JPH06142458A - 排気ガス浄化方法 - Google Patents
排気ガス浄化方法Info
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Abstract
たり、高温耐久後でも実用上許容出来る高浄化率を維持
できる排気ガス浄化方法を開発することを目的とする。 【構成】 酸素過剰雰囲気下における排気ガス中の一酸
化酸素、炭化水素および窒素酸化物を同時に浄化して排
気ガスを浄化する方法において、酸素過剰の排気ガス
を、多孔質体からなる担体に(i)白金及び/又はパラ
ジウム、(ii)バリウム並びに(iii)アルカリ金属、
鉄、ニッケル、コバルト及びマグネシウムの群から選ば
れた少なくとも一種の金属を担持してなる排気ガス浄化
用触媒と接触させることからなる排気ガスの浄化方法。
Description
し、更に詳しくは、酸素過剰雰囲気下における排気ガ
ス、即ち排気ガス中に含まれる一酸化炭素、水素及び炭
化水素等の還元性物質を完全に酸化させるのに必要な酸
素量よりも過剰な量の酸素が含まれている排気ガス中の
窒素酸化物(NOx )を効率よく浄化する方法に関する
ものである。
て排気ガス中の一酸化炭素(CO)及び炭化水素(H
C)の酸化と、窒素酸化物(NOx )の還元とを同時に
行なって排気ガスを浄化する排気ガス浄化用三元触媒が
数多く知られている。このような触媒としては、例えば
コージェライトなどの耐火性担体にγ−アルミナスラリ
ーを塗布、焼成し、Pd、Pt、Rhなどの貴金属を担
体させたものが典型的である。
はエンジンの設定空燃比によって大きく左右され、希薄
混合気、つまり空燃比の大きいリーン側では燃焼後の排
気ガス中の酸素量が多くなり、酸化作用が活発に、還元
作用が不活発になる。逆に、空燃比の小さいリッチ側で
は燃焼後の排気ガス中の酸素量が少なくなり、酸化作用
が不活発に、還元作用が活発になる。一方、近年、自動
車の低燃費比の要請に応えて通常走行時になるべく酸素
過剰の混合気で燃焼させるリーン側での運転が行なわれ
ており、リーン側でも充分にNOx を浄化できる触媒が
望まれていた。
気下の自動車排気ガス浄化用触媒として、酸素過剰雰囲
気(リーン)時にNOx を触媒に吸着又は吸収し、スト
イキ状態〜リッチ状態で一酸化炭素(CO)及び炭化水
素(HC)の酸化と、窒素酸化物(NOx )の還元を同
時に行なう触媒、例えばアルミナ担体に白金とバリウム
を担持したPt/Ba/AI2 O3 触媒を提案した(特
願平4-130904号出願参照)。しかしながら、この触媒は
白金やバリウムの担持量を増加しても耐久後のNOx 浄
化率は充分でなく、実用上更に耐久性の高い排気ガス浄
化用触媒の開発が望まれていた。
a/アルミナ触媒は耐久後のNOx 浄化率が実用上充分
でない場合がある。これは処理すべき排気ガスに存在す
る二酸化硫黄(SO2 )(燃料中のSが燃焼することに
より生成)がBaと反応してNOx の吸着又は吸収能の
ないBaSO4 に転化し、そのためにNOx 浄化率が低
下する(特に高温耐久試験テストを行うと、この現象が
顕著になる。)従って、本発明は前述の各種触媒を用い
る排気ガス浄化方法の問題点を解決し、高温耐久後でも
実用上許容できる高浄化率を維持できる排気ガス浄化方
法を提供することを目的とする。
剰雰囲気下における排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素
および窒素酸化物を同時に浄化して排気ガスを浄化する
方法において、酸素過剰の排気ガスを、多孔質体からな
る担体に(i)白金及びパラジウムの少なくとも一種の
金属、(ii)バリウム並びに(iii)アルカリ金属、鉄、
ニッケル、コバルト及びマグネシウムの群から選ばれた
少なくとも一種の金属を担持してなる排気ガス浄化用触
媒と接触させることからなる排気ガスの浄化方法が提供
される。
のHC,CO,NOx の浄化)を向上させるためにPt
及び/又はPdに加えて、更にロジウムを加えるとよ
い。以下に説明するように、本発明に係る排気ガス浄化
方法によれば、希薄燃焼エンジン等を搭載した車両から
排気される排気ガス中のCO,HC及びNOx を、過渡
状態(市街地走行模擬状態)においても、更に耐久後に
おいても高効率で浄化することができる。
として(i)白金(Pt)及び/又はパラジウム(P
d)、(ii)バリウム(Ba)並びに (iii)アルカリ金属
(例えば、Li、Na、K、Csなど)、鉄(Fe)、
ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びマグネシウム
(Mg)の群から選ばれた少なくとも一種の金属を用
い、これらを多孔質担体に担持させて使用する。
孔質担体としては、例えばアルミナ、ゼオライト、ジル
コニア、シリカアルミナ、シリカ等がある。これらの多
孔質担体の種類及び物性については特に限定はなく、従
来から触媒用として使用されていた任意の多孔質担体を
使用することができる。また、これらの多孔質担体はコ
ージェライト、耐熱金属合金等からなるハニカム体にコ
ートして用いても良い。
た多孔質担体に(i)白金及び/又はパラジウム、(i
i)バリウム並びに(iii)アルカリ金属、鉄、ニッケ
ル、コバルト及びマグネシウム(以下、第三金属成分と
いう。)の群から選ばれた少なくとも一種の金属を担持
した触媒を用いる。これら金属のうち、白金又はパラジ
ウムの担持量は、 0.1〜10.0g/リットル、白金とパラジウム
を併用する場合には、合計で 0.1〜10.0g/リットルであるこ
とが好ましい。この白金又はパラジウムの担持量が0.1g
/リットル未満の場合、十分な触媒活性が得られない虞れが
ある。また、10.0g/リットルを超えると、それ以上白金又は
パラジウムの担持量を増加させても白金又はパラジウム
の粉成長が促進され、活性向上には寄与せず、高価とな
る。特に、白金又はパラジウムの担持量が 0.5〜 3.0g/
リットルである場合は、活性とコストの面で好ましい。
ムの担持量は、0.05〜10.0mol/リットルであることが好まし
い。このバリウムの担持量が0.05mol/リットル未満の場合、
十分なNOx 浄化率を得ることができない虞れがあり、
また、10.0mol/リットルを超えると担体の表面積を低下させ
る虞れがある。さらに、好ましくは0.15mol/リットル〜1.0m
ol/リットル である。
属成分の担持量は、0.02〜10.0mol/リットルであることが好
ましい。この担持量が0.02mol/リットル未満の場合、十分な
NOx 浄化率を得ることができない虞れがあり、また、
10.0mol/リットルを超えると担体の表面積を低下させる虞れ
がある。さらに、好ましくは0.05mol/リットル〜1.0mol/リット
ル である。
媒の製造方法については特に限定はないが、BaとKな
どのアルカリ金属、Fe、Ni、Co及びMgの群から
選ばれた少なくとも一種の金属が固溶体ないしは複合酸
化物体を形成し、かつ白金及び/又はパラジウムと高分
散状態で結合している構造をもつ触媒を製造するのが望
ましい。例えば常法に従って調製したアルミナを含有す
るスラリー中に、適当な多孔質担体を浸漬してアルミナ
をコートし、乾燥焼成(例えば温度 600〜 700℃)後、
ジニトロジアンミン白金、テトラアンミン白金クロライ
ドなどの白金化合物の水溶液及び/又は硝酸パラジウ
ム、塩化パラジウムなどのパラジウム化合物水溶液に浸
漬し、乾燥焼成(例えば温度 200〜 500℃)して多孔質
担体に白金及び/又はバリウムを担持させる。次に酢酸
バリウムなどのバリウム化合物の水溶液と、アルカリ金
属の化合物(例えば酢酸塩)、鉄、ニッケル、コバルト
又はマグネシウムなどの金属化合物(例えば酢酸塩)の
水溶液との混合水溶液中に前記白金及び又はパラジウム
担持担体を浸漬し、乾燥焼成(例えば温度 600〜 700
℃)してBaとアルカリ金属、Fe、Ni、Co及びM
g並びに白金及び/又はパラジウムを高分散な結合状態
で担持させて製造することができる。
気ガスを浄化するにあたっては、エンジンの排気通路に
おいて触媒を設置する場所には特に限定はないが、例え
ば車両の床下、エンジン直下等に配置するのが好まし
い。また、三元触媒と組み合わせて用いても良い。
を触媒層に導入する空間速度(SV)には特に制限はな
いが、例えば 300,000hr-1以下の範囲が好ましい。
る排気ガス浄化用触媒が優れた排気ガス浄化効果を発揮
するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかではな
いが、次のように考えられる。本発明に従って、(i)
白金及び/又はパラジウム、(ii)バリウム及び(iii)
前記第三金属成分を多孔質担体に担持した触媒を用い、
これを希薄燃焼する内燃機関の排気通路に設置すると、
以下の実施例にも示すように、車両走行時に、CO,H
C及びNOx を高効率で浄化でき、しかも触媒の耐久試
験後のNOx 浄化率も良好である。
触媒の構成は、例えばアルミナなどの多孔質担体の表面
に(i)白金及び/又はパラジウム、(ii)バリウム及
び(iii)前記第三金属成分が高分散状態で担持されてお
り、かかる構成の触媒は車両走行時のエンジン排出ガス
の組成変化に対して次のように作用するものと想定す
る。
状態の場合には、Pt及び/又はPd上で一部のNOx
はHCによりN2 に還元される。しかし大部分のNOx
はPt及び/又はPd上からスピルオーバーして塩基性
のバリウム又はカリウムなどのアルカリ金属、Fe、N
i、Co、Mg及びその複合体に吸着あるいは吸収され
る。
近傍の状態、例えば1)希薄燃焼エンジンがアイドルの
状態の場合、2)車両加速時、3)強制的に触媒上の雰
囲気を理論空燃比あるいは還元雰囲気にする場合(触媒
の上流に還元剤を添加する場合)等の場合は、触媒上で
は主にBaや第三金属成分に吸着あるいは吸収されてい
たNOx がPt上に移動(逆スピルオーバー)し、排気
ガス中の還元ガス(CO,H2 ,HC)と反応し、NO
x はN2 に還元され、このとき、還元ガスも酸化浄化さ
れる。このような機構で、NOx を吸収もしくは還元反
応により浄化するのが、この触媒の特徴である。
イオウなどにより、SO2 が含まれており、Ba単独で
は、排気中のSO2 とO2 とH2 OによりBaSO4 な
どのNOx 吸収能力を持たない化合物が生成し、長時間
の耐久性が不満足なものとなる。これに対し、本発明に
従って触媒中に、Baと前記第三金属成分(例えばK)
を復活(共存)させることにより排気ガス中のSO2 と
の反応により硫酸塩(例えばK2 Ba(SO4 )2 等の
複合硫酸塩)が生成し、この硫酸塩が低温度で分解ある
いは還元されてNOx に活性な、例えばBaO,K
2 O,BaK2 O2等の物質になる状態になると考えら
れる。この分解された形になればNOx の吸着吸収効果
を発現することができ、高温耐久後でもNOx 浄化率を
高く保つことができる。本発明によれば、この様な機構
で、長時間NOx 吸収力を持ち、高活性が維持されるも
のと思われる。さらに、複合によってBa,K又はその
他の第三金属成分の粒子径が細く、Ptと高分散状態で
混合されることも複合効果の一つと考えられる。
説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定する
ものでないことはいうまでもない。以下の例において
「部」は特にことわらない限り「重量部」を示す。
(K)/アルミナ(Al2O3 )のハニカム触媒を調製
し、NOx 浄化活性を比較した。 a) アルミナ・スラリーの調製 アルミナ粉末 100部に、アルミナゾル(アルミナ含有率
10重量%)70部、40重量%硝酸アルミニウム水溶液15部
および水30部を加えて攪拌混合し、コーティング用スラ
リーを調製した。
を吹き払った後、上記a)で得られたスラリーに浸漬
し、取り出した後、余分なスラリーを吹き払い、温度80
℃で20分間乾燥し、更にこれを 600℃で1時間焼成し
た。アルミナのコート量はハニカムの体積1リットル当
り 120gであった。
担持量が得られるように調製した所定濃度のジニトロジ
アンミン白金の水溶液に浸漬し、 250℃で乾燥して表1
に示すPtの担持量を持つ触媒を調製した。
るように調製した所定濃度の酢酸バリウム水溶液と酢酸
カリウム水溶液の混合水溶液中に前記白金担持担体を浸
漬し、乾燥後、 600℃で1時間焼成し、表1の触媒 No.
1〜4の本発明の触媒を得た。比較触媒として No.5の
カリウムの担持されていない触媒も上記本発明触媒に準
じた方法で併せ調製した。
ン評価)。希薄燃焼エンジン(1.6リットル)搭載車両の
排気通路に上記触媒を設置し、10・15モード走行して、
NOx の浄化率を測定し、結果を表2に示す。尚、耐久
触媒は、希薄燃焼エンジン(1.6リットル)の排気通路に
上記触媒を設置し、エンジンをA/F=18、入りガス温
度 650℃で50時間運転したものである。
酸パラジウム水溶液を用いた以外は、実施例1における
Pt/Ba/K/Al2 O3 のハニカム触媒と同様にし
てPd/Ba/K/Al2 O3 のハニカム触媒を調製
し、実施例1と同様にしてそのNOx 浄化活性を評価し
た。各成分の担持量及び結果を表3に示す。 表3:評価結果 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. K*1 Ba*1 Pd*2 初期品 耐久品 1 0.01 0.1 2.0 90 36 2 0.1 0.1 2.0 92 53 3 0.1 0.2 2.0 91 51 4 0.2 0.2 2.0 92 60 5 0.0 1.0 2.0 92 48 ────────────────────────────────────*1 : mlo/リットル*2 : g/リットル
ハニカム触媒を調製し、NOx 浄化活性を比較した。 a) アルミナ・スラリーの調製 アルミナ粉末 100部に、アルミナゾル(アルミナ含有率
10重量%)70部、40重量%硝酸アルミニウム水溶液15部
および水30部を加えて攪拌混合し、コーティング用スラ
リーを調製した。
を吹き払った後、上記a)で得られたスラリーに浸漬
し、取り出した後、余分なスラリーを吹き払い、温度80
℃で20分間乾燥し、更にそれを 600℃で1時間焼成し
た。アルミナのコート量はハニカムの体積1リットル当
たり 120gであった。
担持量が得られるように調製した所定濃度のジニトロジ
アンミン白金の水溶液に浸漬し、 250℃で乾燥して表4
に示すPtの担持量を持つ触媒を調製した。
れるように調製した所定濃度の酢酸バリウム水溶液と酢
酸ニッケル水溶液の混合水溶液中に前記白金担持担体を
浸漬し、乾燥後、 600℃で1時間焼成し、表4の触媒 N
o.1〜4の本発明の触媒を得た。比較触媒として No.5
の触媒も上記本発明触媒に準じた方法で併せ調製した。
ン評価)。希薄燃焼エンジン(1.6リットル)搭載車両の
排気通路に上記触媒を設置し、10・15モード走行して、
NOx の浄化率を測定し、結果を表5に示す。尚、耐久
触媒は、希薄燃焼エンジン(1.6リットル)の排気通路に
上記触媒を設置し、エンジンをA/F=18、入りガス温
度 650℃で50時間運転したものである。
/Al2 O3 のハニカム触媒を調製し、実施例1と同様
にしてそのNOx 浄化活性を評価した。各成分の担持量
及び結果を表6に示す。 表 6 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. Cs*1 Ba*1 Pt*2 初期品 耐久品 1 0.01 0.1 2.0 93 35 2 0.1 0.1 2.0 92 57 3 0.1 0.2 2.0 94 60 4 0.2 0.2 2.0 94 68 5 10.0 0.1 2.0 72 21 6 11.0 0.1 2.0 52 19 ────────────────────────────────────*1 : mol/リットル*2 : g/リットル
/Al2 O3 のハニカム触媒を調製し、実施例1と同様
にしてそのNOx 浄化活性を評価した。各成分の担持量
及び結果を表7に示す。 表 7 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. Li*1 Ba*1 Pt*2 初期品 耐久品 1 0.01 0.1 2.0 91 28 2 0.1 0.1 2.0 93 59 3 0.1 0.2 2.0 93 64 4 0.2 0.2 2.0 94 66 5 10.0 0.1 2.0 79 23 6 11.0 0.1 2.0 61 21 ────────────────────────────────────*1 : mol/リットル*2 : g/リットル
/Al2 O3 のハニカム触媒を調製し、実施例1と同様
にしてそのNOx 浄化活性を評価した。各成分の担持量
及び結果を表8に示す。 表 8 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. Na*1 Ba*1 Pt*2 初期品 耐久品 1 0.1 0.1 2.0 92 58 2 0.1 0.2 2.0 94 62 3 0.2 0.2 2.0 94 68 ────────────────────────────────────*1 : mol/リットル*2 : g/リットル
/Al2 O3 のハニカム触媒を調製し、実施例1と同様
にしてそのNOx 浄化活性を評価した。各成分の担持量
及び結果を表9に示す。 表 9 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. Fe*1 Ba*1 Pt*2 初期品 耐久品 1 0.1 0.1 2.0 90 57 2 0.1 0.2 2.0 92 55 3 0.2 0.2 2.0 91 62 ────────────────────────────────────*1 : mol/リットル*2 : g/リットル
/Al2 O3 のハニカム触媒を調製し、実施例1と同様
にしてそのNOx 浄化活性を評価した。各成分の担持量
及び結果を表10に示す 表 10 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. Co*1 Ba*1 Pt*2 初期品 耐久品 1 0.1 0.1 2.0 92 56 2 0.1 0.2 2.0 92 55 3 0.2 0.2 2.0 93 64 ────────────────────────────────────*1 : mol/リットル*2 : g/リットル
法は希薄燃焼エンジンを搭載した車両から排出されるN
Ox の耐久後も劣化が少なく、効率よく排気ガスを浄化
することが明らかである。特に、Baの担持量が0.15〜
1.0mol/リットル、K又はNiなどの第三金属成分の担持量
が0.05〜 1.0mol/リットル、白金及び/又はパラジウムの担
持量が 0.5〜 7.0g/リットルが好ましい。
/Al2 O3 のハニカム触媒を調製し、実施例1と同様
にしてそのNOx 浄化活性を評価した。各成分の担持量
及び結果を表11に示す。 表 11 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. Mg*1 Ba*1 Pt*2 Rh*2 初期品 耐久品 1 0.01 0.1 2.0 ─ 92 34 2 0.1 0.1 2.0 ─ 94 58 3 0.1 0.2 2.0 ─ 95 62 4 0.2 0.2 2.0 ─ 95 69 5 10.0 0.1 2.0 ─ 73 24 6 11.0 0.1 2.0 0.1*3 58 19 ────────────────────────────────────*1 : mol/リットル*2 : g/リットル*3 :硝酸ロジウム水溶液から担持させた
/Al2 O3 のハニカム触媒を調製し、実施例1と同様
にしてそのNOx 浄化活性を評価した。各成分の担持量
及び結果を表12に示す。 表 12 ──────────────────────────────────── 担 持 量 NOx 浄化率(%) 触媒 No. Mg*1 Ba*1 Pt*2 Rh*2 初期品 耐久品 1 0.01 0.1 2.0 ─ 90 32 2 0.1 0.1 2.0 ─ 92 53 3 0.1 0.2 2.0 ─ 92 51 4 0.2 0.2 2.0 ─ 90 62 5 0.0 1.0 2.0 0.1*3 92 46 ────────────────────────────────────*1 : mol/リットル*2 : g/リットル*3 :硝酸ロジウム水溶液から担持させた
繰り返して使用されるのが現状である。かかる状況下に
排出される排気ガスに対し、本発明によれば、Pt及び
/又はPdの電子状態をバリウム又はアルカリ金属、
鉄、ニッケル、コバルト、マグネシウムなどの第三金属
成分によりコントロールすることにより、HCとNOx
との反応活性を向上させることができ、更に、バリウム
及びカリウムなどのアルカリ金属、Fe、Ni、Co又
はMgのNOx 吸着特性を利用し、加減速におけるNO
x 浄化率を大きく向上させることができる。従って、酸
素過剰の排気ガス中のCO及びHCを十分に浄化したも
とで、同排気ガス中の窒素酸化物を効率よく浄化するこ
とができることは明らかである。
Claims (1)
- 【請求項1】 酸素過剰雰囲気下における排気ガス中の
一酸化炭素、炭化水素および窒素酸化物を同時に浄化し
て排気ガスを浄化する方法において、酸素過剰の排気ガ
スを、多孔質体からなる担体に(i)白金及びパラジウ
ムの少なくとも一種の金属、(ii)バリウム並びに (ii
i)アルカリ金属、鉄、ニッケル、コバルト及びマグネシ
ウムの群から選ばれた少なくとも一種の金属を担持して
なる排気ガス浄化用触媒と接触させることを特徴とする
排気ガス浄化方法。
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