JPH07171392A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH07171392A
JPH07171392A JP5320041A JP32004193A JPH07171392A JP H07171392 A JPH07171392 A JP H07171392A JP 5320041 A JP5320041 A JP 5320041A JP 32004193 A JP32004193 A JP 32004193A JP H07171392 A JPH07171392 A JP H07171392A
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palladium
catalyst
exhaust gas
alkaline earth
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JP5320041A
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English (en)
Inventor
Junya Shirahata
潤也 白畑
Akimasa Hirai
章雅 平井
Kazutaka Arimura
一孝 有村
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Cataler Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Cataler Industrial Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒成分としてパラジウムのみを用いた三元触
媒において、パラジウムのシンタリングを防止すること
により、初期はもちろん耐久後にもCO,HC及びNO
xを安定して浄化できるようにする。 【構成】モノリス担体と、モノリス担体に被覆形成され
パラジウム、アルカリ土類金属、セリウム酸化物及びジ
ルコニウム酸化物よりなる触媒活性成分と活性アルミナ
から形成された触媒担持層と、からなる排気ガス浄化用
触媒において、パラジウム及びアルカリ土類金属は触媒
担持層の表面に高密度担持されていることを特徴とす
る。パラジウムはアルカリ土類金属と密に接触している
ため、パラジウムどうしのシンタリングが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの内燃機関
からの排気ガス中の一酸化炭素(CO)、炭化水素(H
C)及び窒素酸化物(NOx)を同時に除去する排気ガ
ス浄化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の排気ガス浄化用触媒
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。
このような三元触媒としては、例えばコージェライトな
どからなる耐熱性担体にγ−アルミナからなる担持層を
形成し、その担持層に白金、ロジウムなどの白金族元素
を担持させたものが広く知られている。また、酸素貯蔵
効果をもつ酸化セリウムを併用し、低温活性を高めた三
元触媒も知られている。
【0003】ところで近年、排気ガス浄化用触媒の設置
場所がエンジンに近いマニホールド直下とされる傾向が
あり、また高速走行時には排気ガス温度が高くなること
から、排気ガス浄化用触媒は高温に晒される場合が多く
なっている。ところが白金族元素や酸化セリウムを担持
した排気ガス浄化用触媒は、高温において劣化しやすく
耐久後の浄化性能が低下するという不具合がある。その
ため希土類金属やアルカリ土類金属の酸化物をさらに担
持させたり、白金族元素として耐熱性の良好なパラジウ
ムを用いたりすることで、高温耐熱性を向上させること
が考えられている。
【0004】ところがパラジウムは、酸化雰囲気におけ
るCO及びHCの浄化性能には優れているものの、還元
雰囲気におけるNOxの浄化性能に劣っている。そのた
めパラジウムのみではNOxの浄化は困難と考えられ、
高いNOx浄化性能を有するロジウムと併用することで
三元触媒として用いられている。しかしロジウムは非常
に高価であるので、高価な排気ガス浄化用触媒となって
しまう。
【0005】そこで、白金族元素としてはパラジウムの
みを用い、他に酸化セリウム、バリウム化合物、ジルコ
ニウム化合物、ランタン酸化物、活性アルミナなどを含
む担持層をもち、安価で三元活性に優れた排気ガス浄化
用触媒が提案されている(特開平5-168926号公報、特開
平5-168927号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報に
開示されている触媒成分としてパラジウムのみを含む三
元触媒は、使用初期においては良好な三元活性を示すも
のの、耐久中にパラジウムにシンタリングが生じて触媒
性能が低下するという問題があった。本発明はこのよう
な事情に鑑みてなされたものであり、触媒成分としてパ
ラジウムのみを用いた三元触媒において、パラジウムの
シンタリングを防止することにより、初期はもちろん耐
久後にもCO,HC及びNOxを安定して浄化できるよ
うにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化用触媒は、モノリス担体と、モノリス
担体に被覆形成されパラジウム、アルカリ土類金属、セ
リウム酸化物及びジルコニウム酸化物よりなる触媒活性
成分と活性アルミナから形成された触媒担持層と、から
なる排気ガス浄化用触媒において、パラジウム及びアル
カリ土類金属は触媒担持層の表面に高密度担持されてい
ることを特徴とする。
【0008】また上記排気ガス浄化用触媒において、セ
リウム酸化物は少なくともジルコニウムとの複合酸化物
として担持されている構成とすることが望ましい。これ
により高温耐熱性が一層向上する。
【0009】
【作用】本発明の排気ガス浄化用触媒では、パラジウム
はアルカリ土類金属とともに高密度担持されている。し
たがってパラジウムはアルカリ土類金属と密に接触して
いるため、パラジウムどうしのシンタリングが防止され
る。また、セリウム酸化物は少なくともジルコニウムと
の複合酸化物として担持された構成とすることにより、
セリウム酸化物のもつ酸素貯蔵効果が耐久後にも維持さ
れる。これは複合酸化物とすることによりセリウム酸化
物が安定化されるためと推察される。
【0010】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 (実施例1)市販の酸化セリウム粉末(CeO2 、比表
面積150m2/g )とオキシ硝酸ジルコニウム水溶液を、C
eO2 とZrO2 のモル比で5/1となるように混合
し、乾燥後500℃で1時間焼成して、セリウム−ジル
コニウム複合酸化物からなる粉末100gを得た。
【0011】次に、上記粉末40重量部と、γ−アルミ
ナ粉末100重量部と、アルミナゾル(アルミナ含有率
10wt%)50重量部と、水80重量部を混合し、コ
ーティング用スラリーを調製した。そのスラリーにコー
ジェライト質ハニカム担体を浸漬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190gである。
【0012】このアルミナコート層をもつハニカム担体
を硝酸パラジウム水溶液に浸漬し、余分な水滴を吹き払
った後100℃で乾燥させ、その後250℃で1時間焼
成してPdを担持させた。次いで硝酸バリウム水溶液に
浸漬して、余分な水滴を吹き払った後100℃で乾燥さ
せ、その後300℃で1時間焼成した。各元素の担持量
を表1に示す。
【0013】これにより、担持層表面にはパラジウムと
バリウムが高密度担持され、セリウムとジルコニウムは
複合酸化物として担持された排気ガス浄化用触媒が得ら
れた。モノリス担体としては、耐火性金属酸化物あるい
は耐火性金属から形成されたものを用いることができ、
その形状はハニカム状又は三次元構造とすることができ
る。耐火性金属酸化物としては、上記実施例ではコージ
ェライトを用いたが、他にムライト、α−アルミナ、ア
ルミノ珪酸塩などが挙げられる。また耐火性金属として
は、ステンレス、Fe−Cr−Al合金などが挙げられ
る。コージェライト又はステンレスから形成されたハニ
カム構造体が特に好ましい。
【0014】パラジウムの担持量は、1.0〜10.0
g/リットルの範囲が好ましい。パラジウムの担持量が
1.0g/リットルに満たない場合は充分な触媒活性が
得られないおそれがある。また10.0g/リットルを
超えて担持しても、効果が飽和しコストのみが上昇す
る。2.0〜5.0g/リットルの範囲が触媒活性とコ
ストのバランスがとれて特に好ましい。
【0015】アルカリ土類金属としては、ベリリウム、
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウ
ムが挙げられるが、特にストロンチウムとバリウムが好
ましい。このアルカリ土類金属の担持量は、0.05〜
2.0mol/リットル、好ましくは0.1〜1.0m
ol/リットルである。担持量が0.05mol/リッ
トルに満たないと添加した効果が小さく耐久時にパラジ
ウムのシンタリングが生じ、2.0mol/リットルを
超えて担持しても効果が飽和する。
【0016】セリウムとジルコニウムの複合酸化物を形
成するには、上記したように酸化セリウムとジルコニウ
ム塩の水溶液を混合して焼成する方法のほか、セリウム
塩の水溶液とジルコニウム塩の水溶液を混合後乾燥・焼
成する方法、ジルコニウム酸化物とセリウム塩の水溶液
を混合して焼成する方法などの方法がある。また用いる
セリウム塩とジルコニウム塩の種類は特に制限されず、
硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩化物などが用いられる。
【0017】なお、セリウム−ジルコニウム複合酸化物
の平均粒径は、10μm以下とするのがよい。平均粒径
が10μmを超えると、パラジウムのシンタリングを防
止する効果が小さくなる。また、パラジウム及びアルカ
リ土類金属を担持層表面に高密度担持するには、上記の
ようにパラジウムを担持後にアルカリ土類金属を担持す
ることで行うことができるが、アルカリ土類金属を担持
後パラジウムを担持してもよいし、アルッカリ土類金属
塩とパラジウム塩の混合水溶液を用いて同時に担持させ
ることもできる。 (実施例2)パラジウムの担持量を5.0g/リットル
としたこと以外は実施例1と同様の構成である。各元素
の担持量を表1に示す。 (実施例3)パラジウムの担持量を2.0g/リットル
としたこと以外は実施例1と同様の構成である。各元素
の担持量を表1に示す。 (実施例4)実施例1で作製したセリウム−ジルコニウ
ム複合酸化物粉末40重量部と、炭酸ランタン粉末30
重量部と、γ−アルミナ粉末100重量部と、アルミナ
ゾル(アルミナ含有率10wt%)50重量部と、水8
0重量部を混合し、コーティング用スラリーを調製し
た。
【0018】そのスラリーにコージェライト質ハニカム
担体を浸漬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190gである。このアルミナコート層をもつ
ハニカム担体を硝酸パラジウム水溶液に浸漬し、余分な
水滴を吹き払った後100℃で乾燥させ、その後250
℃で1時間焼成してPdを担持させた。次いで硝酸バリ
ウム水溶液に浸漬して、余分な水滴を吹き払った後10
0℃で乾燥させ、その後300℃で1時間焼成した。各
元素の担持量を表1に示す。 (実施例5)硝酸バリウム水溶液に代えて硝酸ストロン
チウム水溶液を用い、Baの変わりにSrを担持したこ
と以外は実施例1と同様にして実施例5の排気ガス浄化
用触媒を調製した。各元素の担持量を表1に示す。 (実施例6)実施例1と同様のアルミナコート層をもつ
ハニカム担体を、硝酸パラジウムと硝酸バリウムの混合
水溶液に浸漬し、余分な水滴を吹き払った後100℃で
乾燥させ、その後300℃で1時間焼成してPdとBa
を担持させた。各元素の担持量を表1に示す。 (実施例7)PdとBaの担持を逆に、つまり先ず硝酸
バリウム水溶液を用いてBaを担持させ、次いで硝酸パ
ラジウム水溶液を用いてPdを担持したこと以外は実施
例1と同様にして、実施例7の排気ガス浄化用触媒を調
製した。各元素の担持量を表1に示す。 (実施例8)硝酸バリウム水溶液に浸漬した後の焼成温
度を500℃としたこと以外は実施例1と同様にして、
実施例8の排気ガス浄化用触媒を調製した。各元素の担
持量を表1に示す。
【0019】この例では、焼成温度が500℃と高いた
め、PdとBaは複合酸化物となって表面に高密度担持
されている。 (実施例9)市販の酸化セリウム粉末(CeO2 、比表
面積150m2/g )とオキシ硝酸ジルコニウム水溶液と硝酸
バリウム水溶液とを、CeO2 とZrO2 とBaOのモ
ル比で5/1/4となるように混合し、乾燥後500℃
で1時間焼成して、セリウム−ジルコニウム−バリウム
複合酸化物からなる粉末100gを得た。
【0020】セリウム−ジルコニウム複合酸化物粉末の
代わりに上記粉末を用いたこと以外は実施例1と同様に
してスラリーを調製し、ハニカム体に同様にアルミナコ
ート層を形成した後、硝酸パラジウム水溶液を用いて同
様にPdを担持した。各元素の担持量を表1に示す。 (比較例1)Baを担持しなかったこと以外は実施例1
と同様にして比較例1の排気ガス浄化用触媒を調製し
た。各元素の担持量を表1に示す。 (比較例2)セリウム−ジルコニウム複合酸化物粉末の
代わりに酸化セリウム粉末(CeO 2 、比表面積150m2/
g )のみを用いたこと以外は実施例1と同様にして比較
例2の排気ガス浄化用触媒を調製した。各元素の担持量
を表1に示す。 (比較例3)セリウム−ジルコニウム複合酸化物粉末の
代わりに酸化ジルコニウム粉末のみを用いたこと以外は
実施例1と同様にして比較例3の排気ガス浄化用触媒を
調製した。各元素の担持量を表1に示す。 (比較例4)実施例1で調製したスラリーにさらに硝酸
パラジウムと硝酸バリウムを加えたスラリーを用い、実
施例1と同様にしてハニカム担体にコートした後、50
0℃で1時間焼成して比較例4の排気ガス浄化用触媒を
調製した。各元素の担持量を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】(試験)それぞれの排気ガス浄化用触媒を
2000ccのエンジンに取り付け、A/F=14.6
(理論空燃比・・・ストイキ)、入りガス温度460℃
の条件でHC,CO,NOxの初期浄化率を測定した。
また各触媒を4000ccのエンジンに取り付け、A/
F=14.6(理論空燃比・・・ストイキ)、入りガス
温度800℃の条件で200時間の耐久試験を行った。
そして上記と同様の条件にてHC,CO,NOxの耐久
後浄化率を測定した。それぞれの結果を表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】(評価)表1及び表2より、比較例1の排
気ガス浄化用触媒は実施例に比べて耐久後の浄化率の低
下が大きく、これはバリウムを担持していないことに起
因していることが明らかである。また比較例2及び比較
例3の排気ガス浄化用触媒は、セリウムとジルコニウム
の複合酸化物をもたないために耐久後の浄化率が大きく
低下している。さらに、比較例4の排気ガス浄化用触媒
では、PdとBaが高密度担持されていないために、や
はり実施例に比べて耐久後の浄化率の低下が大きい。
【0025】一方、実施例の排気ガス浄化用触媒では、
請求項1及び請求項2記載の構成としているため、耐久
後の浄化率の低下が小さく高い耐久性を示している。こ
れはパラジウムのシンタリングが抑制されたことに起因
していると考えられる。
【0026】
【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化用触媒に
よれば、パラジウムのシンタリングが防止されているた
め初期から耐久後まで安定した三元活性を示し、長寿命
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有村 一孝 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノリス担体と、 該モノリス担体に被覆形成されパラジウム、アルカリ土
    類金属、セリウム酸化物及びジルコニウム酸化物よりな
    る触媒活性成分と活性アルミナから形成された触媒担持
    層と、からなる排気ガス浄化用触媒において、 パラジウム及びアルカリ土類金属は該触媒担持層の表面
    に高密度担持されていることを特徴とする排気ガス浄化
    用触媒。
  2. 【請求項2】 セリウム酸化物は少なくともジルコニウ
    ムとの複合酸化物として担持されている請求項1記載の
    排気ガス浄化用触媒。
JP5320041A 1993-12-20 1993-12-20 排気ガス浄化用触媒 Pending JPH07171392A (ja)

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