JPH07155601A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents
排気ガス浄化用触媒Info
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Abstract
ガス中のNOxを効率よく浄化するとともに、耐久後の
NOxの浄化性能を一層向上させる。 【構成】多孔質酸性担体に貴金属触媒12が担持された
第1触媒1と、多孔質担体にアルカリ金属,アルカリ土
類金属及び希土類金属の中から選ばれる少なくとも1種
の金属22が担持された第2触媒2と、多孔質担体に貴
金属触媒32が担持された第3触媒3とを、排気ガス流
の上流側から下流側に向かって順に列設したことを特徴
とする。SO2 は第1触媒1には吸着されず酸化されな
いため、第2触媒2で硫酸塩を生成することなく下流側
へ流れる。したがって耐久後にも第2触媒2の被毒劣化
がないので、第2触媒2はリーン側で高いNOx吸収作
用を維持し、リッチからストイキ側で第3触媒3が第2
触媒2から放出されたNOxを還元除去する。
Description
し、詳しくは、排気ガス中に含まれる一酸化炭素(C
O)や炭化水素(HC)を酸化するのに必要な量より過
剰な酸素が含まれている排気ガス中の、窒素酸化物(N
Ox)を効率よく浄化する排気ガス浄化用触媒に関す
る。
として、CO及びHCの酸化とNOxの還元とを同時に
行って排気ガスを浄化する三元触媒が用いられている。
このような触媒としては、例えばコージェライトなどの
耐熱性担体にγ−アルミナからなる担持層を形成し、そ
の担持層にPt,Pd,Rhなどの貴金属触媒を担持さ
せたものが広く知られている。
の浄化性能は、エンジンの空燃比(A/F)によって大
きく異なる。すなわち、空燃比の大きい、つまり燃料濃
度が希薄なリーン側では排気ガス中の酸素量が多くな
り、COやHCを浄化する酸化反応が活発である反面N
Oxを浄化する還元反応が不活発になる。逆に空燃比の
小さい、つまり燃料濃度が濃いリッチ側では排気ガス中
の酸素量が少なくなり、酸化反応は不活発となるが還元
反応は活発になる。
の場合には加速・減速が頻繁に行われ、空燃比はストイ
キ(理論空燃比)近傍からリッチ状態までの範囲内で頻
繁に変化する。このような走行における低燃費化の要請
に応えるには、なるべく酸素過剰の混合気を供給するリ
ーン側での運転が必要となる。したがってリーン側にお
いてもNOxを十分に浄化できる触媒の開発が望まれて
いる。
先にアルカリ土類金属酸化物とPtを担持した触媒を提
案している(特開平5−317652号)。この触媒に
よれば、NOxはアルカリ土類金属に吸着され、それが
HCなどの還元性ガスと反応して浄化されるため、リー
ン側においてもNOxの浄化性能に優れている。
媒では、例えばバリウムが単独酸化物として担体に担持
され、それがNOxと反応して硝酸バリウム(Ba(N
O3)2 )を生成することでNOxを吸着するものと考
えられている。ところが排気ガス中には、燃料中に含ま
れる硫黄(S)が燃焼して生成したSO2 が含まれ、そ
れが酸素過剰雰囲気中で触媒金属によりさらに酸化され
てSO 3 となる。そしてそれがやはり排気ガス中に含ま
れる水蒸気により容易に硫酸となり、バリウムと反応し
てNOx吸収能をもたない亜硫酸塩や硫酸塩が生成する
ことが明らかとなった。このようにバリウムなどが亜硫
酸塩や硫酸塩となると、被毒劣化によりもはやNOxを
吸着することができなくなり、その結果上記触媒では、
耐久後のNOxの浄化性能が低下するという不具合があ
った。
ものであり、酸素過剰の排気ガス中のNOxを効率よく
浄化するとともに、硫黄による被毒を防止して耐久後の
NOxの浄化性能を一層向上させることを目的とする。
発明の排気ガス浄化用触媒は、排気ガス流の上流側から
下流側に向かって、多孔質酸性担体に貴金属触媒が担持
された第1触媒と、多孔質担体にアルカリ金属,アルカ
リ土類金属及び希土類金属の中から選ばれる少なくとも
1種のNOx吸収材が担持された第2触媒と、多孔質担
体に貴金属触媒が担持された第3触媒とを順に列設して
なることを特徴とする。
孔質担体にアルカリ金属,アルカリ土類金属及び希土類
金属の中から選ばれる少なくとも1種のNOx吸収材と
貴金属触媒とが担持された排気ガス浄化用触媒であっ
て、多孔質担体の表層にFe,Co,Ni,Cu及びM
nの中から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物を含
むことを特徴とする。
は先ず第1触媒と接触する。この第1触媒は、担体が酸
性担体であるためSO2 を吸着しない特性を有してい
る。したがってSO2 は、担体に吸着されて貴金属触媒
により酸化されるのが防止され、大部分がそのまま第2
触媒に流入する。なお、貴金属触媒に加えてNi,F
e,Zn,Vなどの金属を担持させた場合には、SO2
の酸化を一層抑制することができる。これは、これらの
金属が貴金属触媒の酸化力を低下させる特性をもつため
であろう、と推察される。
は、例えばSiO2 ,ZrO2 ,SiO2 −Al
2 O3 ,TiO2 などを用いることができる。第2触媒
に流入する排気ガス中には、上記理由によりSO3 がほ
とんど存在しない。したがってアルカリ金属,アルカリ
土類金属及び希土類金属の少なくとも1種のNOx吸収
材はSO3 によって被毒を受けるのが防止され、排気ガ
ス中のNOxを効率良く吸収する。なお、NOよりもN
O2 の方がNOx吸収材に吸着されやすいことが明らか
となっているが、酸素過剰の排気ガス中のNOは第1触
媒で効率良く酸化され、NO2 などのNOxとなって第
2触媒に流入するため、第2触媒中のNOx吸収材は効
率良くNOxを吸収する。これによりリーン雰囲気にお
けるNOxの排出量が低減される。
ッチ又はストイキ側で放出されて第3触媒に流入し、三
元活性により還元され浄化される。第2触媒及び第3触
媒の多孔質担体としては、Al2 O3 ,ゼオライト,S
iO2 ,ZrO2 ,SiO2 −Al2 O3 などが例示さ
れる。Al2 O3 が最も好ましい。これらの多孔質体自
体から担体を形成してもよいし、コージェライト、耐熱
金属などから形成されたハニカム体にコートして用いて
もよい。
リ土類金属及び希土類金属の少なくとも1種に加えて、
遷移金属を担持させることも好ましい。この遷移金属
は、単なる添加により担持させてもよいし、BaCuO
2 ,LaCoO3 ,LaBaCoO3 などの複合酸化物
として担持させることもできる。この遷移金属の担持に
より、NOx浄化率の温度ウィンドウを高温側へ移行さ
せることができる。
の浄化率のピーク温度は250℃であるが、Ba+Cu
の場合は400℃、Ba+Coの場合は450℃、Ba
+Feの場合は400℃にピーク温度が移行する。また
複数種類の金属を組み合わせて担持させることにより、
温度ウィンドウの幅を拡げることができる。これにより
触媒搭載上の自由度が大きいという利点がある。なお、
遷移金属は貴金属触媒に比べて酸化触媒性能は低い。し
たがって第2触媒上でのSO3 生成はほとんどなく、ア
ルカリ金属,アルカリ土類金属及び希土類金属の少なく
とも1種のNOx吸収材はNOx吸収作用を最大に発揮
する。
質担体の表層にFe,Co,Ni,Cu及びMnの中か
ら選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物を含んでい
る。この金属酸化物には弱いながらもSO2 を酸化して
SO3 とする作用があり、かつSO3 やそれが水と反応
して形成された硫酸を取り込んでSOx塩を形成する。
したがってSOxは担体の内部のNOx吸収材まで到達
することがなく、NOx吸収材の被毒が防止される。
ぞれ塩を生成するが、NOxとの塩は約300℃で分解
し、SOxとの塩は約500℃で分解する。したがって
定常走行時(約300〜400℃)では、一旦取り込ま
れて塩となったNOxはすぐに分解し内部のNOx吸収
材に取り込まれる。また分解して再生成した金属酸化物
は、SOxを吸収して塩を生成する。一方、SOxは定
常走行時には塩の状態であるからNOx吸収材と反応せ
ず、NOx吸収材は被毒劣化が防止され、SOx塩は約
500℃以上で分解してSOxは下流に排出される。
ためには、SO2 及びNOはそれぞれSO3 及びNO2
とする必要がある。そこで第2発明において表層にさら
に貴金属触媒を担持すれば、NOの酸化が促進されNO
2 となって金属酸化物と塩を生成するため、NOの下流
への放出が防止される。またSO2 の酸化も促進され生
成したSOxも上記金属酸化物に優先的に取り込まれ
る。そして上記したように、NO2 は速やかにNOx吸
収材に取り込まれ、取り込まれたNOxはストイキ時に
HC又はCOと確実に反応するため、耐久後の浄化率が
向上する。
ス浄化用触媒を示す。この触媒は、第1触媒1、第2触
媒2及び第3触媒3の3つの触媒が軸方向に列設されて
構成されている。それぞれの触媒の径は同一であるが、
軸方向の長さは第1触媒1:第2触媒2:第3触媒=
2:6:2となっている。この触媒は、第1触媒1が排
気ガス上流側なるように配置されて使用される。
ニカム基体10と、第1ハニカム基体10表面に被覆さ
れたSiO2 よりなる第1担持層11と、第1担持層1
1に担持されたPt12とから構成されている。第2触
媒2は、コージェライト質の第2ハニカム基体20と、
第2ハニカム基体20表面に被覆されたAl2 O3 より
なる第2担持層21と、第2担持層21に担持されたB
a22とから構成されている。
ニカム基体30と、第3ハニカム基体30表面に被覆さ
れたAl2 O3 よりなる第3担持層31と、第3担持層
31に担持されたPt32及びRh33とから構成され
ている。以下、この触媒の製造方法を説明して構成の詳
細な説明に代える。なお、以下にいう「部」は「重量
部」を意味する。 <第1触媒>多孔質シリカ粉末100部とシリカゾル
(シリカ含有率10重量%)70部、水30部を攪拌混
合し、コーティング用スラリーを調製した。
10を水に浸漬し、余分な水を吹き払った後、上記スラ
リーに浸漬した。引き上げた後余分なスラリーを吹き払
い、80℃で20分間乾燥後600℃で1時間焼成して
第1担持層11を形成した。SiO2 のコーティング量
は、ハニカム基体1リットル当たり120gであった。
を、2価白金アンミンヒドロキシド水溶液に浸漬し、引
き上げて余分な水滴を吹き払った後、250℃にて1時
間焼成した。Pt12の担持量は、ハニカム担体1リッ
トル当たり2.0gであった。 <第2触媒>アルミナ粉末100部と、アルミナゾル
(アルミナ含有率10wt%)70部と、40wt%硝
酸アルミニウム水溶液15部及び水30部を混合し、コ
ーティング用スラリーを調製した。
カム基体20にコーティングして第2担持層21を形成
した。Al2 O3 のコーティング量は、ハニカム基体1
リットル当たり120gであった。得られたハニカム担
体を、酢酸バリウム水溶液に浸漬し、引き上げて余分な
水滴を吹き払った後、110℃にて12時間乾燥し60
0℃にて1時間焼成した。Ba22の担持量は、ハニカ
ム担体1リットル当たり0.3molであった。 <第3触媒>アルミナ粉末100部と、アルミナゾル
(アルミナ含有率10wt%)70部と、40wt%硝
酸アルミニウム水溶液15部及び水30部を混合し、コ
ーティング用スラリーを調製した。
カム基体30にコーティングして第3担持層31を形成
した。Al2 O3 のコーティング量は、ハニカム基体1
リットル当たり120gであった。得られたハニカム担
体を、ジニトロジアミン白金水溶液に浸漬し、引き上げ
て余分な水滴を吹き払った後250℃にて1時間焼成し
た。次に硝酸ロジウム水溶液に浸漬し、引き上げて余分
な水滴を吹き払った後250℃にて1時間焼成した。P
t32の担持量はハニカム担体1リットル当たり2.0
gであり、Rh33の担持量はハニカム担体1リットル
当たり2.0gであった。
媒3を軸方向に間隔を設けず順に列設し、本実施例の触
媒とした。 (実施例2) <第1触媒>多孔質シリカ粉末100部とシリカゾル
(シリカ含有率10重量%)70部、水30部を攪拌混
合し、コーティング用スラリーを調製した。
に浸漬し、余分な水を吹き払った後、上記スラリーに浸
漬した。引き上げた後余分なスラリーを吹き払い、80
℃で20分間乾燥後600℃で1時間焼成した。SiO
2 のコーティング量は、ハニカム基体1リットル当たり
120gであった。上記のようにして得られたハニカム
担体を、2価白金アンミンヒドロキシド水溶液に浸漬
し、引き上げて余分な水滴を吹き払った後、250℃に
て1時間焼成した。Ptの担持量は、ハニカム担体1リ
ットル当たり2.0gであった。ここまでは実施例1の
第1触媒の製造方法と同一である。
し、その水量中にNiが3重量%含まれるように調製さ
れた酢酸ニッケル水溶液を用意した。そしてハニカム担
体を浸漬し、引き上げて余分な水滴を吹き払った後11
0℃で12時間乾燥し、600℃で1時間焼成してNi
を担持させ、本実施例の第1触媒とした。 <第2触媒>アルミナ粉末100部と、アルミナゾル
(アルミナ含有率10wt%)70部と、40wt%硝
酸アルミニウム水溶液15部及び水30部を混合し、コ
ーティング用スラリーを調製した。
基体にコーティングした。Al2 O 3 のコーティング量
は、ハニカム基体1リットル当たり120gであった。
このハニカム担体を酢酸銅水溶液に浸漬し、引き上げて
余分な水滴を吹き払った後110℃で12時間乾燥し、
600℃で3時間焼成してCuを担持させた。Cuの担
持量は、コーティングされたアルミナに対して8重量%
であった。
ウム水溶液に浸漬し、引き上げて余分な水滴を吹き払っ
た後、110℃にて12時間乾燥し600℃にて1時間
焼成した。Baの担持量は、ハニカム担体1リットル当
たり0.3molであった。 <第3触媒>実施例1の第3触媒と同様である。 (実施例3) <第1触媒>スラリーとして、ジルコニア粉末100部
とジルコニアゾル(ジルコニア含有率10重量%)70
部、水30部を攪拌混合したコーティング用スラリーを
用いたこと以外は実施例2と同様である。 <第2触媒>実施例2の第2触媒と同様である。 <第3触媒>実施例2の第3触媒と同様である。 (実施例4) <第1触媒>実施例2の第2触媒と同様である。 <第2触媒>アルミナ粉末60部と、アルミナゾル(ア
ルミナ含有率10wt%)70部と、40wt%硝酸ア
ルミニウム水溶液15部と、水30部及びYBa2 Cu
3 O 7 粉末100部とを混合してなるコーティング用ス
ラリーを用いたこと以外は実施例2と同様である。な
お、Al2 O3 のコーティング量は、ハニカム基体1リ
ットル当たり60gである。 <第3触媒>実施例2の第3触媒と同様である。 (比較例1)アルミナ粉末100部と、アルミナゾル
(アルミナ含有率10wt%)70部と、40wt%硝
酸アルミニウム水溶液15部及び水30部を混合し、コ
ーティング用スラリーを調製した。
担体を浸漬後余分なスラリーを吹き払い、乾燥後600
℃で1時間焼成してアルミナコート層を形成した。コー
ト量はハニカム担体の体積1リットル当たり120gで
ある。このアルミナコート層をもつハニカム担体をジニ
トロジアンミン白金水溶液に浸漬し、余分な水滴を吹き
払った後250℃で乾燥してPtを担持させた。Ptの
担持量はハニカム担体1リットル当たり2.0gであ
る。
記Pt担持ハニカム担体を浸漬し、余分な水滴を吹き払
って乾燥後600℃で1時間焼成して比較例の触媒を調
製した。Baの担持量は担体体積1リットル当たり0.
3molである。 (試験・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それぞれの触媒を設置し、市街
地走行モード(10・15モード)で走行してCO,H
C及びNOxの浄化率を測定した。
媒を装着し、エンジンベンチにてA/F=18,触媒入
りガス温度650℃で50時間運転する耐久試験を行
い、その後上記と同じ条件でCO,HC及びNOxの浄
化率を測定し耐久後の浄化率とした。なお、使用燃料中
には70ppmの硫黄が含まれている。それぞれの結果
を表1に示す。
浄化性能では比較例に劣るものの、NOxの耐久後浄化
率と初期浄化率の比(耐久後浄化率/初期浄化率)は比
較例を大きく上回っている。すなわち実施例の触媒は、
耐久試験によるNOx浄化率の低下が少なく、耐久性に
優れていることが明らかである。 (実施例5)図3に本実施例の排気ガス浄化用触媒の要
部拡大断面図を示す。この触媒は、ハニカム基体4と、
ハニカム基体4表面に形成された内側担持層5と、内側
担持層5表面に形成された外側担持層6とから構成され
ている。内側担持層5にはPt50とBa51が担持さ
れ、外側担持層6にはFe2 O3 60が担持されてい
る。
て製造された。先ずアルミナ粉末500gに水150g
とアルミナゾル(アルミナ含有率10重量%)350g
を加え、攪拌混合してスラリーAを調製した。一方、ア
ルミナ粉末250gとFe 2 O3 粉末125gにアルミ
ナゾル(アルミナ含有率10重量%)175gを加え、
攪拌混合してスラリーBを調製した。
ラリーAに浸漬し、引き上げた後余分なスラリーを吹き
払い、80℃で20分間乾燥後500℃で1時間焼成し
て内側担持層5を100g/L形成した。そしてジニト
ロジアンミン白金水溶液中に浸漬し、引き上げて余分な
水滴を吹き払った後、80℃で乾燥し500℃で焼成し
た。さらに酢酸バリウム水溶液中に浸漬し、引き上げて
余分な水滴を吹き払った後、80℃で乾燥し500℃で
焼成した。これにより内側担持層5にPtとBaを担持
させた。
つ担体をスラリーBに浸漬し、引き上げた後余分なスラ
リーを吹き払い、80℃で20分間乾燥後500℃で1
時間焼成して外側担持層6を50g/L形成した。得ら
れた排気ガス浄化用触媒では、表2にも示すように内側
担持層5にはPtが1.0g/LとBaが0.2mol
/L担持され、外側担持層6にはFeが0.2mol/
L担持されていた。 (実施例6)Baの代わりにLaを担持し、Fe2 O3
の代わりにMnO2 を担持したこと以外は実施例5と同
様である。 (実施例7)酸化鉄粉末100gとアルミナゾル(アル
ミナ含有率10重量%)100gとからなるスラリーか
ら外側担持層6を形成したこと以外は実施例5と同様の
構成である。つまり、外側担持層6は大部分が酸化鉄か
ら構成され、アルミナは約10重量%含まれているにす
ぎない。 (実施例8〜9)担持金属の種類及び担持量が表2に示
す値であること以外は実施例7と同様である。 (実施例10)アルミナ粉末250gとFe2 O3 粉末
125gをジニトロジアンミン白金水溶液中に加え、攪
拌して粉末上にPtを担持させ濾過後、乾燥・焼成して
Pt担持粉末を得た。このPt担持粉末375gに水1
50gとアルミナゾル(アルミナ含有率10重量%)3
50gを加え、攪拌混合して得られたスラリーBから外
側担持層6を50g/L形成したこと以外は実施例5と
同様である。つまり外側担持層6にはFeに加えてPt
が0.3g/L担持されている。 (実施例11〜18)担持金属の種類及び担持量が表2
に示す値であること以外は実施例10と同様である。 (比較例2〜4)担持金属の種類及び担持量が表2に示
す値であること以外は比較例1と同様である。 (試験・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それぞれの触媒を設置し、市街
地走行モード(10・15モード)で走行してCO,H
C及びNOxの浄化率を測定した。
媒を装着し、エンジンベンチにてA/F=18,触媒入
りガス温度650℃で50時間運転する耐久試験を行
い、その後上記と同じ条件でCO,HC及びNOxの浄
化率を測定し耐久後の浄化率とした。なお、使用燃料中
には70ppmの硫黄が含まれている。それぞれの結果
を表2に示す。
浄化性能では比較例に劣るものの、NOxの耐久後浄化
率と初期浄化率の比(耐久後浄化率/初期浄化率)は比
較例を大きく上回っている。すなわち実施例の触媒は、
耐久試験によるNOx浄化率の低下が少なく、耐久性に
優れていることが明らかである。
よれば、担持されているアルカリ金属,アルカリ土類金
属及び希土類金属の少なくとも1種のNOx吸収材にS
O3 が接触するのが防止されている。したがって硫酸塩
生成による被毒劣化が防止されるため、耐久後において
も高いNOx浄化率を示し耐久性に優れている。
を示す斜視図である。
を示す説明図である。
成を示す説明図である。
第3触媒 5:内側担持層 6:外側担持層 12,3
2,50:Pt 22,51:Ba 33:Rh 6
0:Fe2 O3
Claims (3)
- 【請求項1】 排気ガス流の上流側から下流側に向かっ
て、 多孔質酸性担体に貴金属触媒が担持された第1触媒と、 多孔質担体にアルカリ金属,アルカリ土類金属及び希土
類金属の中から選ばれる少なくとも1種のNOx吸収材
が担持された第2触媒と、 多孔質担体に貴金属触媒が担持された第3触媒とを順に
列設してなることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項2】 多孔質担体にアルカリ金属,アルカリ土
類金属及び希土類金属の中から選ばれる少なくとも1種
のNOx吸収材と貴金属触媒とが担持された排気ガス浄
化用触媒であって、 該多孔質担体の表層にFe,Co,Ni,Cu及びMn
の中から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物を含む
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項3】 前記多孔質担体の表層にFe,Co,N
i,Cu及びMnの中から選ばれる少なくとも1種の金
属の酸化物と、貴金属触媒と、を含むことを特徴とする
請求項2記載の排気ガス浄化用触媒。
Priority Applications (5)
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