JPH07246337A - 排気ガス浄化用触媒及び排気ガスの浄化方法 - Google Patents
排気ガス浄化用触媒及び排気ガスの浄化方法Info
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- JPH07246337A JPH07246337A JP6066716A JP6671694A JPH07246337A JP H07246337 A JPH07246337 A JP H07246337A JP 6066716 A JP6066716 A JP 6066716A JP 6671694 A JP6671694 A JP 6671694A JP H07246337 A JPH07246337 A JP H07246337A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 金属炭化物及び金属窒化物から選ばれる少な
くとも一種からなる担体上に、イリジウムと、希土類金
属とを共存担持させてなる排気ガス浄化用触媒。 【効果】 本発明の排気ガス浄化用触媒は、従来の排気
ガス浄化用触媒に比較して、化学量論量より過剰の酸素
を含有する排気ガスから、酸素濃度によらず、窒素酸化
物の高い転化率を示す。さらにこの触媒は、水分存在下
の高温での耐久性にも優れている。従って、本発明の排
気ガス浄化用触媒は、自動車エンジンのような内燃機
関、ボイラー等の酸素及び水蒸気を多量に含む排気ガス
中の窒素酸化物を除去するのに有効である。
くとも一種からなる担体上に、イリジウムと、希土類金
属とを共存担持させてなる排気ガス浄化用触媒。 【効果】 本発明の排気ガス浄化用触媒は、従来の排気
ガス浄化用触媒に比較して、化学量論量より過剰の酸素
を含有する排気ガスから、酸素濃度によらず、窒素酸化
物の高い転化率を示す。さらにこの触媒は、水分存在下
の高温での耐久性にも優れている。従って、本発明の排
気ガス浄化用触媒は、自動車エンジンのような内燃機
関、ボイラー等の酸素及び水蒸気を多量に含む排気ガス
中の窒素酸化物を除去するのに有効である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関、ボイラー、
ガスタービン等から排出される排気ガス、特に過剰酸素
が共存する窒素酸化物を含む排気ガスの浄化用触媒及び
該排気ガスの浄化方法に関する。
ガスタービン等から排出される排気ガス、特に過剰酸素
が共存する窒素酸化物を含む排気ガスの浄化用触媒及び
該排気ガスの浄化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関等から大気中に排出される窒素
酸化物(NOx)は、光化学スモッグや酸性雨の原因と
なる。従って、かかる窒素酸化物の排出を防止すること
が環境保全の点から緊急に求められている。近年、地球
温暖化防止へ向け、二酸化炭素(CO2 )の排出抑制が
求められている。そこで、ガソリンを化学量論量に相当
する空燃比(A/F=14.6)よりも大きな空燃比で
燃焼反応を行うことができる希薄燃焼エンジン(リーン
バーンガソリンエンジン)の実用化が要望されている。
しかし、このリーンバーンガソリンエンジンからの排気
ガスの処理には従来のガソリン車の排気ガス処理に用い
られてきた、空燃比を化学量論量(A/F=14.6)
付近に制御してPt−Rh/Al2 O3 系触媒を用いて
NOxを一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)と同
時に除去する三元触媒(TWC)法は有効ではない。ま
た、ディ−ゼルエンジンは本来希薄燃焼であり、やはり
NOxの除去が求められている。
酸化物(NOx)は、光化学スモッグや酸性雨の原因と
なる。従って、かかる窒素酸化物の排出を防止すること
が環境保全の点から緊急に求められている。近年、地球
温暖化防止へ向け、二酸化炭素(CO2 )の排出抑制が
求められている。そこで、ガソリンを化学量論量に相当
する空燃比(A/F=14.6)よりも大きな空燃比で
燃焼反応を行うことができる希薄燃焼エンジン(リーン
バーンガソリンエンジン)の実用化が要望されている。
しかし、このリーンバーンガソリンエンジンからの排気
ガスの処理には従来のガソリン車の排気ガス処理に用い
られてきた、空燃比を化学量論量(A/F=14.6)
付近に制御してPt−Rh/Al2 O3 系触媒を用いて
NOxを一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)と同
時に除去する三元触媒(TWC)法は有効ではない。ま
た、ディ−ゼルエンジンは本来希薄燃焼であり、やはり
NOxの除去が求められている。
【0003】このようなリーンバーンガソリンエンジン
やディーゼルエンジン等の希薄燃焼方式のエンジンを総
称してリーンバーンエンジンと呼ぶ。リーンバーンエン
ジンの排気ガス中のNOxを除去するための触媒とし
て、近年、銅イオン交換ゼオライト触媒(例えば特開昭
63−100919号公報)、貴金属イオン交換ゼオラ
イト(例えば特開平1−135541号公報)等の種々
のゼオライト系触媒が提案されている。しかし、これら
の触媒は650〜700℃の高温では排気ガスに含まれ
る水蒸気のために数時間で不可逆な失活がおこり実用に
耐えない。
やディーゼルエンジン等の希薄燃焼方式のエンジンを総
称してリーンバーンエンジンと呼ぶ。リーンバーンエン
ジンの排気ガス中のNOxを除去するための触媒とし
て、近年、銅イオン交換ゼオライト触媒(例えば特開昭
63−100919号公報)、貴金属イオン交換ゼオラ
イト(例えば特開平1−135541号公報)等の種々
のゼオライト系触媒が提案されている。しかし、これら
の触媒は650〜700℃の高温では排気ガスに含まれ
る水蒸気のために数時間で不可逆な失活がおこり実用に
耐えない。
【0004】また、別のNOx除去のための触媒とし
て、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru等の貴金属元素がア
ルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の多孔質金属
酸化物担体に担持された触媒(特開平3−221144
号公報、特開平3−293035号公報)も報告されて
いる。しかし、この担持貴金属触媒は、貴金属の強い酸
化触媒活性のためにNOxの還元剤となるベき炭化水素
(HC)〔本明細書において、「炭化水素」の語は、狭
義の炭化水素のみならず、その部分酸化生成物である酸
素化炭化水素、例えばアルコール類、ケトン類等を含む
ものを意味する〕が、過剰に存在する酸素と優先的に反
応し、NOx還元反応の選択性を高められないという問
題がある。
て、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru等の貴金属元素がア
ルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の多孔質金属
酸化物担体に担持された触媒(特開平3−221144
号公報、特開平3−293035号公報)も報告されて
いる。しかし、この担持貴金属触媒は、貴金属の強い酸
化触媒活性のためにNOxの還元剤となるベき炭化水素
(HC)〔本明細書において、「炭化水素」の語は、狭
義の炭化水素のみならず、その部分酸化生成物である酸
素化炭化水素、例えばアルコール類、ケトン類等を含む
ものを意味する〕が、過剰に存在する酸素と優先的に反
応し、NOx還元反応の選択性を高められないという問
題がある。
【0005】本出願人は、最近、金属炭化物及び金属窒
化物から選ばれる少なくとも一種からなる担体にイリジ
ウムが担持されてなる触媒が、過剰量の酸素存在下でも
NOxに対する炭化水素による還元選択性を高めること
を見いだした(特開平6−31173号公報)。しか
し、この触媒のNOx除去能は酸素濃度依存性が高いた
めに、特に高酸素濃度条件下では必ずしも十分にNOx
を除去することができないことがある。
化物から選ばれる少なくとも一種からなる担体にイリジ
ウムが担持されてなる触媒が、過剰量の酸素存在下でも
NOxに対する炭化水素による還元選択性を高めること
を見いだした(特開平6−31173号公報)。しか
し、この触媒のNOx除去能は酸素濃度依存性が高いた
めに、特に高酸素濃度条件下では必ずしも十分にNOx
を除去することができないことがある。
【0006】
【発明の解決すベき課題】本発明は、上記従来の排気ガ
ス処理用触媒の課題を解決すベくなされたものであり、
その目的とするところは、炭化水素を含む還元性成分と
該還元性成分全てを完全酸化するのに要する化学量論量
より過剰の酸素(O2 )と窒素酸化物(NOx)とを含
有する排気ガスに対してより一層高いNOx除去率と高
温耐久性を示す排気ガス浄化用触媒を提供することにあ
る。
ス処理用触媒の課題を解決すベくなされたものであり、
その目的とするところは、炭化水素を含む還元性成分と
該還元性成分全てを完全酸化するのに要する化学量論量
より過剰の酸素(O2 )と窒素酸化物(NOx)とを含
有する排気ガスに対してより一層高いNOx除去率と高
温耐久性を示す排気ガス浄化用触媒を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、金属炭化
物及び金属窒化物から選ばれる少なくとも一種からなる
担体上に、イリジウムと、希土類金属とを共存担持させ
てなる触媒が、かかる課題を解決するものであることを
見いだした。以下、本発明の排気ガス浄化用触媒につい
て詳細に説明する。
物及び金属窒化物から選ばれる少なくとも一種からなる
担体上に、イリジウムと、希土類金属とを共存担持させ
てなる触媒が、かかる課題を解決するものであることを
見いだした。以下、本発明の排気ガス浄化用触媒につい
て詳細に説明する。
【0008】担体 本発明の触媒の担体としては、金属炭化物及び金属窒化
物から選ばれる少なくとも一種が使用される。金属炭化
物としては、例えば炭化硅素、炭化チタン、炭化ほう
素、炭化バナジウム、炭化タンタル等が挙げられ、金属
窒化物としては例えば窒化チタン、窒化ジルコニウム等
が挙げられる。これらは一種単独で使用してもよいし、
二種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも、炭化
硅素、炭化チタンもしくは窒化チタン又はこれらの二種
以上の組み合わせが好ましい。かかる金属炭化物及び金
属窒化物の形態は、水蒸気共存空気中において少なくと
も800℃、好ましくは1200℃程度まで安定なもの
ならば、特に限定されない。安価に入手できるものとし
て、例えば粒径0.1〜100μm程度の粉末又はウィ
スカーとして市販されているものが使用できる。
物から選ばれる少なくとも一種が使用される。金属炭化
物としては、例えば炭化硅素、炭化チタン、炭化ほう
素、炭化バナジウム、炭化タンタル等が挙げられ、金属
窒化物としては例えば窒化チタン、窒化ジルコニウム等
が挙げられる。これらは一種単独で使用してもよいし、
二種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも、炭化
硅素、炭化チタンもしくは窒化チタン又はこれらの二種
以上の組み合わせが好ましい。かかる金属炭化物及び金
属窒化物の形態は、水蒸気共存空気中において少なくと
も800℃、好ましくは1200℃程度まで安定なもの
ならば、特に限定されない。安価に入手できるものとし
て、例えば粒径0.1〜100μm程度の粉末又はウィ
スカーとして市販されているものが使用できる。
【0009】従来、排気ガス浄化用Ir触媒は、多孔
性、高比表面積の金属酸化物担体に高分散度、微小粒径
で担持されたものが用いられた(例えば、K. C. Taylor
and J. C. Schlaher, J. Catal, 63(1)53-71(1980)
)。これに対し、本発明の触媒は、担体が金属酸化物
ではなく、金属炭化物又は金属窒化物であるために、高
温、水蒸気共存下で過剰の酸素を含む排気ガス中のNO
xに対し転化反応の高選択性と長寿命を示すというユニ
ークな特徴を示す。さらに、本発明において担体として
用いられる金属炭化物及び金属窒化物は、上記の金属酸
化物担体の場合と異なり低比表面積、非多孔質であるこ
とが好ましく、具体的には15m2 /g以下のB.E.T.比表面
積と0.5 cm3 /g以下の細孔容積を有することが好まし
い。
性、高比表面積の金属酸化物担体に高分散度、微小粒径
で担持されたものが用いられた(例えば、K. C. Taylor
and J. C. Schlaher, J. Catal, 63(1)53-71(1980)
)。これに対し、本発明の触媒は、担体が金属酸化物
ではなく、金属炭化物又は金属窒化物であるために、高
温、水蒸気共存下で過剰の酸素を含む排気ガス中のNO
xに対し転化反応の高選択性と長寿命を示すというユニ
ークな特徴を示す。さらに、本発明において担体として
用いられる金属炭化物及び金属窒化物は、上記の金属酸
化物担体の場合と異なり低比表面積、非多孔質であるこ
とが好ましく、具体的には15m2 /g以下のB.E.T.比表面
積と0.5 cm3 /g以下の細孔容積を有することが好まし
い。
【0010】活性成分 本発明の触媒では、上記の担体に、Irと、希士類金属
とが共存担持される。担持されたIrの存在状態は特に
限定されない。Irの存在状態としては、例えば、金属
状態;IrO、Ir2 O3 、IrO2 等の酸化物状態;
Irと希土類金属との複合酸化物、例えばIr2 La2
O7 、Ir2 Y2 O7 、Ir2 Yb2 O7 、Ir2 Nd
2 O7 等の状態;Irと希土類金属との合金、例えばI
r17La2 、Ir5 La、Ir7 La2 、Ir3 La、
Ir2 La、IrLa、Ir3 La5 、Ir3 La7 、
IrLa3 、IrLa4 、Ir3 Y、Ir2 Y、Ir
Y、Ir2 Y3 、Ir3 Y5 、Ir2 Y5 、IrY3 、
Ir2 Yb、IrYb、Ir2 Yb3 、Ir3 Yb5 、
Ir5 Nd、Ir7 Nd2 、Ir3 Nd、Ir2 Nd、
Ir3 Nd5 、Ir2 Nd5 、IrNd3 、IrNd4
等の状態;これらの状態が混在した状態等が挙げられ
る。
とが共存担持される。担持されたIrの存在状態は特に
限定されない。Irの存在状態としては、例えば、金属
状態;IrO、Ir2 O3 、IrO2 等の酸化物状態;
Irと希土類金属との複合酸化物、例えばIr2 La2
O7 、Ir2 Y2 O7 、Ir2 Yb2 O7 、Ir2 Nd
2 O7 等の状態;Irと希土類金属との合金、例えばI
r17La2 、Ir5 La、Ir7 La2 、Ir3 La、
Ir2 La、IrLa、Ir3 La5 、Ir3 La7 、
IrLa3 、IrLa4 、Ir3 Y、Ir2 Y、Ir
Y、Ir2 Y3 、Ir3 Y5 、Ir2 Y5 、IrY3 、
Ir2 Yb、IrYb、Ir2 Yb3 、Ir3 Yb5 、
Ir5 Nd、Ir7 Nd2 、Ir3 Nd、Ir2 Nd、
Ir3 Nd5 、Ir2 Nd5 、IrNd3 、IrNd4
等の状態;これらの状態が混在した状態等が挙げられ
る。
【0011】これらのIrは、担体上に、希土類金属元
素とともに分散担持されることが好ましい。分散担持さ
れたIrは、粉末法X線回折法で観察される結晶子径が
2〜100nmの範囲が好ましく、より好ましくは5〜
20nmである。結晶子径が小さすぎると、還元剤とな
るHC及びCOのO2 による酸化反応が進み過ぎ好まし
くない。結晶子径が大き過ぎると担持量の割には得られ
る触媒活性が低い。Irの担体ヘの担持量は、金属イリ
ジウム換算で0.1〜10.0重量%が好ましく、0.
5〜5.0重量%がより好ましい。少な過ぎると触媒の
活性自体が低すぎ、多過ぎると還元剤と酸素との反応が
進み過ぎ、NOx還元の選択性が低下する。
素とともに分散担持されることが好ましい。分散担持さ
れたIrは、粉末法X線回折法で観察される結晶子径が
2〜100nmの範囲が好ましく、より好ましくは5〜
20nmである。結晶子径が小さすぎると、還元剤とな
るHC及びCOのO2 による酸化反応が進み過ぎ好まし
くない。結晶子径が大き過ぎると担持量の割には得られ
る触媒活性が低い。Irの担体ヘの担持量は、金属イリ
ジウム換算で0.1〜10.0重量%が好ましく、0.
5〜5.0重量%がより好ましい。少な過ぎると触媒の
活性自体が低すぎ、多過ぎると還元剤と酸素との反応が
進み過ぎ、NOx還元の選択性が低下する。
【0012】本発明の触媒において、希土類金属とし
て、例えば、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、G
d、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びYbが使用で
き、好ましくはY、La、Ce、Nd及びYbが挙げら
れる。これらの希土類金属は一種単独でも二種以上の組
み合わせで用いてもよい。これらの希土類金属が担持さ
れる状態は特に限定されない。これらの希土類金属は、
例えば、希土類金属酸化物、希土類金属とイリジウムと
の複合酸化物、希土類金属とイリジウムとの合金、これ
らの混合物等の状態で担持される。希土類金属の担持量
は、好ましくはイリジウムに対し原子比で0.5〜20
倍であり、より好ましくは1.5〜6倍である。希土類
金属の担持量が少な過ぎると、Irに希土類金属を併用
する効果が得られない。また、希士類金属の担持量が多
過ぎると、得られる触媒の初期活性が低下し、かつ、N
Ox転化率のライトオフ温度が高温側ヘシフトし、低温
での活性が低下する。
て、例えば、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、G
d、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びYbが使用で
き、好ましくはY、La、Ce、Nd及びYbが挙げら
れる。これらの希土類金属は一種単独でも二種以上の組
み合わせで用いてもよい。これらの希土類金属が担持さ
れる状態は特に限定されない。これらの希土類金属は、
例えば、希土類金属酸化物、希土類金属とイリジウムと
の複合酸化物、希土類金属とイリジウムとの合金、これ
らの混合物等の状態で担持される。希土類金属の担持量
は、好ましくはイリジウムに対し原子比で0.5〜20
倍であり、より好ましくは1.5〜6倍である。希土類
金属の担持量が少な過ぎると、Irに希土類金属を併用
する効果が得られない。また、希士類金属の担持量が多
過ぎると、得られる触媒の初期活性が低下し、かつ、N
Ox転化率のライトオフ温度が高温側ヘシフトし、低温
での活性が低下する。
【0013】製法 本発明の触媒の製造方法は特に限定されず、従来公知の
方法が適用される。例えばIrの原料塩と希土類金属の
原料塩との均一混合溶液を、担体である金属炭化物、あ
るいは金属窒化物に含浸させ、乾燥後、焼成する等し
て、Irと希土類金属元素との同時担持法で調製され
る。あるいは、まずIrの原料塩を上記担体に含浸さ
せ、乾燥後焼成してIrの不溶性化合物又はIr金属と
して該担体上に固定化した後、希土類金属の原料塩を含
浸させ、再び乾燥、焼成することにより結果的に担体上
に、Irと希土類金属とを共存担持せしめる。又は、そ
の逆に、まず希土類金属元素を担持固定化した後、Ir
を担持固定化させる等の各種の逐次担持法が適用され
る。
方法が適用される。例えばIrの原料塩と希土類金属の
原料塩との均一混合溶液を、担体である金属炭化物、あ
るいは金属窒化物に含浸させ、乾燥後、焼成する等し
て、Irと希土類金属元素との同時担持法で調製され
る。あるいは、まずIrの原料塩を上記担体に含浸さ
せ、乾燥後焼成してIrの不溶性化合物又はIr金属と
して該担体上に固定化した後、希土類金属の原料塩を含
浸させ、再び乾燥、焼成することにより結果的に担体上
に、Irと希土類金属とを共存担持せしめる。又は、そ
の逆に、まず希土類金属元素を担持固定化した後、Ir
を担持固定化させる等の各種の逐次担持法が適用され
る。
【0014】本発明の触媒の調製において、イリジウム
及び希土類金属の出発原料には特に制約は無い。イリジ
ウムの出発原料としては、例えば、三塩化イリジウム
(IrCl3 )、塩化イリジウム酸(H2 IrC
l6 )、塩化イリジウム酸ナトリウム(Na3 IrCl
6 )、同(Na2 IrCl6 )、硝酸イリジウム(Ir
(NO3 )4 )、硫酸イリジウム(Ir(SO4 )2 )
等のイリジウムの水溶性塩が使用される。また、Ir3
(CO)12等のIrの有機金属錯体をヘキサン、エタノ
ール等の有機溶媒に溶かして用いてもよい。希土類金属
の出発原料としては、例えば、Y、La、Ce、Nd、
Yb等の塩化物、硝酸塩、亜硝酸塩、酢酸塩等が使用で
きる。中でも、水溶媒ヘの溶解度が大きい硝酸塩が特に
好ましい。
及び希土類金属の出発原料には特に制約は無い。イリジ
ウムの出発原料としては、例えば、三塩化イリジウム
(IrCl3 )、塩化イリジウム酸(H2 IrC
l6 )、塩化イリジウム酸ナトリウム(Na3 IrCl
6 )、同(Na2 IrCl6 )、硝酸イリジウム(Ir
(NO3 )4 )、硫酸イリジウム(Ir(SO4 )2 )
等のイリジウムの水溶性塩が使用される。また、Ir3
(CO)12等のIrの有機金属錯体をヘキサン、エタノ
ール等の有機溶媒に溶かして用いてもよい。希土類金属
の出発原料としては、例えば、Y、La、Ce、Nd、
Yb等の塩化物、硝酸塩、亜硝酸塩、酢酸塩等が使用で
きる。中でも、水溶媒ヘの溶解度が大きい硝酸塩が特に
好ましい。
【0015】上記、同時担持法、あるいは逐次担持法に
おいて、担体上に触媒前駆体として担持されたIr化合
物及び/又は希土類金属の化合物の焼成分解時の雰囲気
は、前駆体の種類によって、空気中、真空中、窒素等不
活性ガス気流中あるいは水素気流中等、適宜選択され
る。焼成温度は300〜900℃が好ましく、より好ま
しくは600〜800℃である。焼成時間は、適宜選定
すればよいが、通常10分〜20時間程度でよく、好ま
しくは30分〜5時間程度である。また、焼成は複数の
処理を段階的に組み合わせて行ってもよい。例えば、空
気中600〜800℃で焼成後、水素気流中600〜9
00 ℃で還元処理してもよい。
おいて、担体上に触媒前駆体として担持されたIr化合
物及び/又は希土類金属の化合物の焼成分解時の雰囲気
は、前駆体の種類によって、空気中、真空中、窒素等不
活性ガス気流中あるいは水素気流中等、適宜選択され
る。焼成温度は300〜900℃が好ましく、より好ま
しくは600〜800℃である。焼成時間は、適宜選定
すればよいが、通常10分〜20時間程度でよく、好ま
しくは30分〜5時間程度である。また、焼成は複数の
処理を段階的に組み合わせて行ってもよい。例えば、空
気中600〜800℃で焼成後、水素気流中600〜9
00 ℃で還元処理してもよい。
【0016】本発明の触媒は、適当なバインダーと混合
し、又はバインダー無しで適当な一定の形状、例えばペ
レット、球、リング、ハニカム等の形状に成形して用い
てもよい。または、上述のようにIrと希土類金属との
担持処理を行うに先立って担体を予め適当な形状に成形
しておいてもよい。また、本発明の触媒は、適当に成形
された耐火性支持基質、例えばコージェライト、ムライ
ト等のセラミックスや、ステンレス等の金属をハニカム
状や発泡体に一体成形したものの表面に、適当なバイン
ダーと共に、又は、バインダー無しでコーティング(例
えばウォッシュコート)して用いることもできる。この
際、支持基質上ヘの該触媒の被覆量は特に制約はなく、
好ましくは支持基質単位体積当たり50〜200g/
L、より好ましくは80〜160g/Lである。支持基
質単位体積当たりのIr担持量は好ましくは0.05〜
20.0g/L、より好ましくは、0.3〜10.0g
/Lであり、希土類金属の担持量は、好ましくは原子比
でIrの0.5〜20倍、より好ましくは1.5〜6倍
である。
し、又はバインダー無しで適当な一定の形状、例えばペ
レット、球、リング、ハニカム等の形状に成形して用い
てもよい。または、上述のようにIrと希土類金属との
担持処理を行うに先立って担体を予め適当な形状に成形
しておいてもよい。また、本発明の触媒は、適当に成形
された耐火性支持基質、例えばコージェライト、ムライ
ト等のセラミックスや、ステンレス等の金属をハニカム
状や発泡体に一体成形したものの表面に、適当なバイン
ダーと共に、又は、バインダー無しでコーティング(例
えばウォッシュコート)して用いることもできる。この
際、支持基質上ヘの該触媒の被覆量は特に制約はなく、
好ましくは支持基質単位体積当たり50〜200g/
L、より好ましくは80〜160g/Lである。支持基
質単位体積当たりのIr担持量は好ましくは0.05〜
20.0g/L、より好ましくは、0.3〜10.0g
/Lであり、希土類金属の担持量は、好ましくは原子比
でIrの0.5〜20倍、より好ましくは1.5〜6倍
である。
【0017】バインダーとしては、例えば、シリカゾ
ル、アルミナゾル、チタニアゾル等の慣用の無機質バイ
ンダーを使用することができる。耐火性支持基質上ヘの
触媒粉末のコートは、例えば、触媒粉末にシリカゾルと
水とを加え、混練してスラリーを形成し、この中ヘ支持
基質を浸漬した後、乾燥、焼成して行うことができる。
ル、アルミナゾル、チタニアゾル等の慣用の無機質バイ
ンダーを使用することができる。耐火性支持基質上ヘの
触媒粉末のコートは、例えば、触媒粉末にシリカゾルと
水とを加え、混練してスラリーを形成し、この中ヘ支持
基質を浸漬した後、乾燥、焼成して行うことができる。
【0018】排気ガスの浄化方法 本発明によれば、上記の触媒を用いた、内燃機関等の排
気ガスの浄化方法も提供される。即ち、本発明は、炭化
水素を含む還元性成分と該還元性成分全てを完全酸化す
るに要する化学量論量より過剰の酸素と窒素酸化物とを
含有する排気ガスを本発明の触媒と接触させる工程を有
する該排気ガスの浄化方法を提供する。この方法によっ
て、該排気ガス中の窒素酸化物が窒素(N2 )と水(H
2 O)とに選択的に還元分解されるとともに、排気ガス
中の炭化水素及び一酸化炭素(CO)からなる還元性成
分は二酸化炭素(CO2 )と水H2 Oヘと酸化される。
気ガスの浄化方法も提供される。即ち、本発明は、炭化
水素を含む還元性成分と該還元性成分全てを完全酸化す
るに要する化学量論量より過剰の酸素と窒素酸化物とを
含有する排気ガスを本発明の触媒と接触させる工程を有
する該排気ガスの浄化方法を提供する。この方法によっ
て、該排気ガス中の窒素酸化物が窒素(N2 )と水(H
2 O)とに選択的に還元分解されるとともに、排気ガス
中の炭化水素及び一酸化炭素(CO)からなる還元性成
分は二酸化炭素(CO2 )と水H2 Oヘと酸化される。
【0019】この方法において排気ガスを触媒と接触さ
せるには、例えば一定の流路内に触媒含有層を設け、該
流路に排気ガスを導いて触媒含有層を通過させるとよ
い。このとき、触媒含有層は前記の触媒のみから構成さ
れていてもよいし、前述のように触媒を耐火性支持基質
の表面にコーティングしたもので構成してもよい。後者
の具体例としては、支持基質を排気ガスの流れの方向に
配置される多数の貫通孔を有するように成形し、少なく
ともその貫通孔の内表面に触媒を被覆してなる触媒被覆
構造体が挙げられる。
せるには、例えば一定の流路内に触媒含有層を設け、該
流路に排気ガスを導いて触媒含有層を通過させるとよ
い。このとき、触媒含有層は前記の触媒のみから構成さ
れていてもよいし、前述のように触媒を耐火性支持基質
の表面にコーティングしたもので構成してもよい。後者
の具体例としては、支持基質を排気ガスの流れの方向に
配置される多数の貫通孔を有するように成形し、少なく
ともその貫通孔の内表面に触媒を被覆してなる触媒被覆
構造体が挙げられる。
【0020】上記触媒含有層を流れる排気ガスのガス空
間速度には特に制約はなく、好ましくは空間速度 5,000
〜 200,000/hr、より好ましくは10,000〜 150,000/hr
である。該空間速度が低すぎると大容量の触媒が必要に
なり、また高すぎるとNOx除去率が低下する。また、
NOxの選択的還元が起こるための、排気ガスの触媒含
有層入口温度は、好ましくは200〜700℃であり、
より好ましくは300〜600℃である。この温度が、
低過ぎるとNOxの転化率が立ち上がらず、高過ぎると
NOx還元の選択率が低下する。
間速度には特に制約はなく、好ましくは空間速度 5,000
〜 200,000/hr、より好ましくは10,000〜 150,000/hr
である。該空間速度が低すぎると大容量の触媒が必要に
なり、また高すぎるとNOx除去率が低下する。また、
NOxの選択的還元が起こるための、排気ガスの触媒含
有層入口温度は、好ましくは200〜700℃であり、
より好ましくは300〜600℃である。この温度が、
低過ぎるとNOxの転化率が立ち上がらず、高過ぎると
NOx還元の選択率が低下する。
【0021】本発明の排気ガスの浄化方法が対象とする
排気ガスは、酸化性成分と還元性成分との重量比A/F
は化学量論量(A/F=14.6)よりも、還元性成分
過少側(A/F>14.6)であることが好ましい。本
発明の触媒は化学量論量付近でもNOx除去性能を発揮
するが、その本領が発揮されるのはA/F>17の酸素
過剰雰囲気においてである。このような酸素過剰雰囲気
では、従来の貴金属触媒はいずれも著しく不充分なNO
x還元選択性しか示さなかった。これに対し、本発明の
触媒は、A/F>17、例えばO2 濃度>3%の領域に
おいて充分高いNOx除去率を示す。さらに、本発明の
触媒は、A/F>24、例えばO2 濃度>10%の高酸
素濃度域においても、外部からの還元剤HCの追加添加
無しで、排気ガス中のHCのみによって十分なNOx還
元能を示す。また、酸素過剰雰囲気の排気ガスに必要に
応じてHCを追加して、一層NOx転化率を向上させる
ことも可能である。
排気ガスは、酸化性成分と還元性成分との重量比A/F
は化学量論量(A/F=14.6)よりも、還元性成分
過少側(A/F>14.6)であることが好ましい。本
発明の触媒は化学量論量付近でもNOx除去性能を発揮
するが、その本領が発揮されるのはA/F>17の酸素
過剰雰囲気においてである。このような酸素過剰雰囲気
では、従来の貴金属触媒はいずれも著しく不充分なNO
x還元選択性しか示さなかった。これに対し、本発明の
触媒は、A/F>17、例えばO2 濃度>3%の領域に
おいて充分高いNOx除去率を示す。さらに、本発明の
触媒は、A/F>24、例えばO2 濃度>10%の高酸
素濃度域においても、外部からの還元剤HCの追加添加
無しで、排気ガス中のHCのみによって十分なNOx還
元能を示す。また、酸素過剰雰囲気の排気ガスに必要に
応じてHCを追加して、一層NOx転化率を向上させる
ことも可能である。
【0022】
【作用】本発明の触媒に接触させることにより、排気ガ
ス中のNOxは、排気ガス中に共存するHC、CO及び
場合によって追加添加されたHC等を還元剤として、N
2 とH2 Oとに還元分解される。活性金属であるIr
が、共存する希土類金属と共に金属炭化物、あるいは金
属窒化物からなる担体の表面上に安定した状態で担持さ
れているため、排気ガス中のHC及びCO等の還元剤と
NOxとの反応の選択性が向上すると共に、熱劣化に対
する耐久性も向上するものと推定される。その結果、排
気ガス中のNOxが長期に亘って効率よく除去される。
ス中のNOxは、排気ガス中に共存するHC、CO及び
場合によって追加添加されたHC等を還元剤として、N
2 とH2 Oとに還元分解される。活性金属であるIr
が、共存する希土類金属と共に金属炭化物、あるいは金
属窒化物からなる担体の表面上に安定した状態で担持さ
れているため、排気ガス中のHC及びCO等の還元剤と
NOxとの反応の選択性が向上すると共に、熱劣化に対
する耐久性も向上するものと推定される。その結果、排
気ガス中のNOxが長期に亘って効率よく除去される。
【0023】
(触媒の製造)実施例1(Ir−Nd/SiC触媒コートハニカムの製
造例) 市販のSiC粉末( LONZA社製、B.E.T.比表面積15m
2 /g)130g に脱イオン水2.6Lを加え20分間攪
拌しSiC粉末スラリーを得た。このスラリーに、金属
イリジウム1.56gに相当する塩化イリジウム酸(H
2 IrCl6 )を含む脱イオン水水溶液160mLと、
金属ネオジム3.21gに相当する硝酸ネオジム・6水
和物(Nd(NO3 )・6H2 O)を含む脱イオン水水
溶液160mLとの混合溶液を添加した後スチームジャ
ケット付きグラスライニングディシュ上に移し、攪拌し
ながら4時間に亘って水分を蒸発させた。
造例) 市販のSiC粉末( LONZA社製、B.E.T.比表面積15m
2 /g)130g に脱イオン水2.6Lを加え20分間攪
拌しSiC粉末スラリーを得た。このスラリーに、金属
イリジウム1.56gに相当する塩化イリジウム酸(H
2 IrCl6 )を含む脱イオン水水溶液160mLと、
金属ネオジム3.21gに相当する硝酸ネオジム・6水
和物(Nd(NO3 )・6H2 O)を含む脱イオン水水
溶液160mLとの混合溶液を添加した後スチームジャ
ケット付きグラスライニングディシュ上に移し、攪拌し
ながら4時間に亘って水分を蒸発させた。
【0024】こうして得られた残渣の固形物を電気乾燥
器により105℃で16時間乾燥した後粉砕し、得られ
た粉砕物を石英トレーに入れ電気炉で空気中、800℃
で2時間焼成した。その後さらに、得られた焼成粉末を
100%水素気流中、700℃で2時間還元処理してI
r−Nd/SiC触媒の粉末を得た。この触媒紛末30
gに脱イオン水60g及びアルミナゾル(Al2 O3 固
形分10重量%含有)4.0gを加え、得られた混合物
をボールミルにて5時間湿式粉砕し、触媒のスラリーを
得た。このスラリーに市販の400セルコージェライト
ハニカムからくり貫かれた直径1インチ×長さ2.5イ
ンチのコアを浸漬して、このコアに触媒を付着させ、余
分のスラリーを空気ブローで除去した後、300℃で2
0分間乾燥し、さらに、500℃で30分間焼成してハ
ニカム容積1リッター当たり触媒が130gコートされ
たIr−Nd/SiC触媒コートハニカム(Aー1)を
得た。
器により105℃で16時間乾燥した後粉砕し、得られ
た粉砕物を石英トレーに入れ電気炉で空気中、800℃
で2時間焼成した。その後さらに、得られた焼成粉末を
100%水素気流中、700℃で2時間還元処理してI
r−Nd/SiC触媒の粉末を得た。この触媒紛末30
gに脱イオン水60g及びアルミナゾル(Al2 O3 固
形分10重量%含有)4.0gを加え、得られた混合物
をボールミルにて5時間湿式粉砕し、触媒のスラリーを
得た。このスラリーに市販の400セルコージェライト
ハニカムからくり貫かれた直径1インチ×長さ2.5イ
ンチのコアを浸漬して、このコアに触媒を付着させ、余
分のスラリーを空気ブローで除去した後、300℃で2
0分間乾燥し、さらに、500℃で30分間焼成してハ
ニカム容積1リッター当たり触媒が130gコートされ
たIr−Nd/SiC触媒コートハニカム(Aー1)を
得た。
【0025】実施例2(Ir−Yb/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 実施例1において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属イッテルビウム1.40gに相当する硝酸イッテルビ
ウム・4水和物(Yb(NO3 )・4H2 O)を含む脱
イオン水水溶液160mLを用いた以外は実施例1と同
様にしてIr−Yb/SiC触媒コートハニカム(A−
2)を得た。
ハニカムの製造例) 実施例1において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属イッテルビウム1.40gに相当する硝酸イッテルビ
ウム・4水和物(Yb(NO3 )・4H2 O)を含む脱
イオン水水溶液160mLを用いた以外は実施例1と同
様にしてIr−Yb/SiC触媒コートハニカム(A−
2)を得た。
【0026】実施例3(Ir−La/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 実施例1において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属ランタン1.13gに相当する硝酸ランタン・6水和
物(La(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオン水水
溶液160mLを用いた以外は実施例1と同様にしてI
r−La/SiC触媒コートハニカム(A−3)を得
た。
ハニカムの製造例) 実施例1において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属ランタン1.13gに相当する硝酸ランタン・6水和
物(La(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオン水水
溶液160mLを用いた以外は実施例1と同様にしてI
r−La/SiC触媒コートハニカム(A−3)を得
た。
【0027】実施例4(Ir−Y/SiC触媒コートハ
ニカムの製造例) 実施例1において硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金属
イットリウム0.72gに相当する硝酸イットリウム・
6水和物(Y(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオン
水水溶液160mLを用いた以外は実施例1と同様にし
てIr−Y/SiC触媒コートハニカム(A−4)を得
た。
ニカムの製造例) 実施例1において硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金属
イットリウム0.72gに相当する硝酸イットリウム・
6水和物(Y(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオン
水水溶液160mLを用いた以外は実施例1と同様にし
てIr−Y/SiC触媒コートハニカム(A−4)を得
た。
【0028】実施例5(Ir−Nd/SiC触媒しコー
トハニカムの製造例) 市販のSiC粉末( LONZA社製品、B.E.T.比表面積15
m2 /g)80gに脱イオン水1.6Lを加え20分間攪
拌しSiCスラリーを得た。このスラリーに、金属イリ
ジウム0.8gに相当する塩化イリジウム酸(H2 Ir
Cl6 )を含む脱イオン水水溶液100mLと、金属ネ
オジム1.6gに相当する硝酸ネオジム・6水和物(N
d(NO3 )3 .6H2 O)を含む脱イオン水水溶液1
00mLとの混合溶液を添加した。得られた混合液をス
チームジャケット付きグラスライニングディシュ上に移
し攪拌しながら4時間に亘って水分を蒸発させた。こう
して得られた固形物を電気乾燥器により105℃で16
時間乾燥した後粉砕し、得られた粉砕物を石英トレーに
入れ、電気炉で空気中、800℃で2時間焼成してIr
−Nd/SiC触媒の粉末を得た。
トハニカムの製造例) 市販のSiC粉末( LONZA社製品、B.E.T.比表面積15
m2 /g)80gに脱イオン水1.6Lを加え20分間攪
拌しSiCスラリーを得た。このスラリーに、金属イリ
ジウム0.8gに相当する塩化イリジウム酸(H2 Ir
Cl6 )を含む脱イオン水水溶液100mLと、金属ネ
オジム1.6gに相当する硝酸ネオジム・6水和物(N
d(NO3 )3 .6H2 O)を含む脱イオン水水溶液1
00mLとの混合溶液を添加した。得られた混合液をス
チームジャケット付きグラスライニングディシュ上に移
し攪拌しながら4時間に亘って水分を蒸発させた。こう
して得られた固形物を電気乾燥器により105℃で16
時間乾燥した後粉砕し、得られた粉砕物を石英トレーに
入れ、電気炉で空気中、800℃で2時間焼成してIr
−Nd/SiC触媒の粉末を得た。
【0029】この触媒の紛末30gに脱イオン60g及
びアルミナゾル4.0gを加え、得られた混合物をボー
ルミルにて5時間湿式紛砕して触媒のスラリーを得た。
このスラリーに市販の400セルコージェライトハニカ
ムからくり貫かれた直径1インチ×長さ2.5インチの
コアを浸漬し、スラリーから引き上げた後余分のスラリ
ーを空気ブローで除去した。次いで、300℃で20分
間乾燥し、さらに、500℃で30分間焼成した。得ら
れた焼成物を100%水素気流中、900℃で2時間還
元処理し、ハニカム容積1L当たり触媒が130gコー
トされたIr−Nd/SiC触媒コートハニカム(A−
5)を得た。
びアルミナゾル4.0gを加え、得られた混合物をボー
ルミルにて5時間湿式紛砕して触媒のスラリーを得た。
このスラリーに市販の400セルコージェライトハニカ
ムからくり貫かれた直径1インチ×長さ2.5インチの
コアを浸漬し、スラリーから引き上げた後余分のスラリ
ーを空気ブローで除去した。次いで、300℃で20分
間乾燥し、さらに、500℃で30分間焼成した。得ら
れた焼成物を100%水素気流中、900℃で2時間還
元処理し、ハニカム容積1L当たり触媒が130gコー
トされたIr−Nd/SiC触媒コートハニカム(A−
5)を得た。
【0030】実施例6(Ir−Nd/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 実施例5において、水素気流中、900℃で2時間還元
処理する代わりに、水素気流中、700℃で2時間還元
処理した以外は実施例5と同様にしてIr−Nd/Si
C触媒コートハニカム(A−6)を得た。
ハニカムの製造例) 実施例5において、水素気流中、900℃で2時間還元
処理する代わりに、水素気流中、700℃で2時間還元
処理した以外は実施例5と同様にしてIr−Nd/Si
C触媒コートハニカム(A−6)を得た。
【0031】実施例7(Ir−Yb/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 実施例5において、硝酸ネオジムの水溶液の代わりに、
金属イッテルビウム1.92gに相当する硝酸イッテル
ビウム・4水和物(Yb(NO3 )3 ・4H2O)を含
む脱イオン水水溶液100mLを用いた以外は実施例5
と同様にしてIr−Yb/SiC触媒コートハニカム
(A−7)を得た。
ハニカムの製造例) 実施例5において、硝酸ネオジムの水溶液の代わりに、
金属イッテルビウム1.92gに相当する硝酸イッテル
ビウム・4水和物(Yb(NO3 )3 ・4H2O)を含
む脱イオン水水溶液100mLを用いた以外は実施例5
と同様にしてIr−Yb/SiC触媒コートハニカム
(A−7)を得た。
【0032】実施例8(Ir−La/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 実施例5において、硝酸ネオジムの水溶液の代わりに、
金属ランタン量が1.54gに相当する硝酸ランタン・
6水和物(La(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオ
ン水水溶液100mLを用いた以外は実施例5と同様に
してIr−La/SiC触媒コートハニカム(A−8)
を得た。
ハニカムの製造例) 実施例5において、硝酸ネオジムの水溶液の代わりに、
金属ランタン量が1.54gに相当する硝酸ランタン・
6水和物(La(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオ
ン水水溶液100mLを用いた以外は実施例5と同様に
してIr−La/SiC触媒コートハニカム(A−8)
を得た。
【0033】実施例9(Ir−Ce/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 実施例5において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属セリウム1.55gに相当する硝酸セリウム・6水和
物(Ce(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオン水水
溶液100mLを用いた以外は実施例5と同様にしてI
r−Ce/SiC触媒コートハニカム(A−9)を得
た。
ハニカムの製造例) 実施例5において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属セリウム1.55gに相当する硝酸セリウム・6水和
物(Ce(NO3 )3 ・6H2 O)を含む脱イオン水水
溶液100mLを用いた以外は実施例5と同様にしてI
r−Ce/SiC触媒コートハニカム(A−9)を得
た。
【0034】実施例10(Ir−Nd/TiC触媒コー
トハニカムの製造例) 実施例1において、130gのSiC紛末の代わりに、
130gのTiC粉末(KENNAMETAL MACRO DIVISION
製)を用いた以外は実施例1と同様にしてIr−Nd/
TiC触媒コートハニカム(A−10)を得た。
トハニカムの製造例) 実施例1において、130gのSiC紛末の代わりに、
130gのTiC粉末(KENNAMETAL MACRO DIVISION
製)を用いた以外は実施例1と同様にしてIr−Nd/
TiC触媒コートハニカム(A−10)を得た。
【0035】実施例11(Ir−Nd/TiN触媒コー
トハニカムの製造例) 実施例1において、130gのSiC粉末の代わりに、
130gのTiN粉末(KENNAMETAL MACRO DIVISION
製)を用いた以外は、実施例1と同様にしてIr−Nd
/TiN触媒コートハニカム(A−11)を得た。
トハニカムの製造例) 実施例1において、130gのSiC粉末の代わりに、
130gのTiN粉末(KENNAMETAL MACRO DIVISION
製)を用いた以外は、実施例1と同様にしてIr−Nd
/TiN触媒コートハニカム(A−11)を得た。
【0036】比較例1(Ir/SiC触媒コートハニカ
ム(B−1)の製造例) 実施例1において、塩化イリジウム酸と硝酸ネオジムと
の混合溶液の代わりに、金属イリジウム1.56gに相
当する塩化イリジウム酸(H2 IrCl6 )を含む脱イ
オン水水溶液320mLを用いた以外は実施例1と同様
にしてIr/SiC触媒コートハニカム(B−1)を得
た。
ム(B−1)の製造例) 実施例1において、塩化イリジウム酸と硝酸ネオジムと
の混合溶液の代わりに、金属イリジウム1.56gに相
当する塩化イリジウム酸(H2 IrCl6 )を含む脱イ
オン水水溶液320mLを用いた以外は実施例1と同様
にしてIr/SiC触媒コートハニカム(B−1)を得
た。
【0037】比較例2(Nd/SiC触媒コートハニカ
ム(B−2)の製造例) 実施例1において塩化イリジウム酸と硝酸ネオジムとの
混合溶液の代わりに、金属ネオジム3.21gに相当す
る硝酸ネオジム・6水和物(Nd(NO3 )3・6H2
O)を含む脱イオン水水溶液160mLを用いた以外は
実施例1と同様にしてNd/SiC触媒コートハニカム
(B−2)を得た。
ム(B−2)の製造例) 実施例1において塩化イリジウム酸と硝酸ネオジムとの
混合溶液の代わりに、金属ネオジム3.21gに相当す
る硝酸ネオジム・6水和物(Nd(NO3 )3・6H2
O)を含む脱イオン水水溶液160mLを用いた以外は
実施例1と同様にしてNd/SiC触媒コートハニカム
(B−2)を得た。
【0038】比較例3(Ir−Nd/Al2 O3 触媒コ
ートハニカム(B−3)の製造例) 実施例1においてSiC紛末130gの代わりに市販の
Al2 O3 粉末(住友化学製、B.E.T.比表面積160m
2 /g)130gを用いた以外は、実施例1と同様にして
Ir−Nd/Al2 O3 触媒コートハニカム(B−3)
を得た。
ートハニカム(B−3)の製造例) 実施例1においてSiC紛末130gの代わりに市販の
Al2 O3 粉末(住友化学製、B.E.T.比表面積160m
2 /g)130gを用いた以外は、実施例1と同様にして
Ir−Nd/Al2 O3 触媒コートハニカム(B−3)
を得た。
【0039】(性能評価)以下の各性能評価例におい
て、触媒含有層は、上記の実施例で調製された触媒コー
トハニカムを充填して構成した。以下の記載において、
例えば実施例1の触媒コートハニカムA−1からなる触
媒含有層を「触媒含有層A−1」のごとく記述する。
て、触媒含有層は、上記の実施例で調製された触媒コー
トハニカムを充填して構成した。以下の記載において、
例えば実施例1の触媒コートハニカムA−1からなる触
媒含有層を「触媒含有層A−1」のごとく記述する。
【0040】性能評価例1〔モデルガスによるライトオ
フ性能評価−(1)〕 本発明の実施例の触媒含有層A−1及び比較例の触媒含
有層B−1の各々について、下記組成のリーンバーンエ
ンジンモデル排気ガス(A)をガス空間速度SV60,000
/hrで流しながら、触媒含有層入口ガス温度を150℃
から500℃まで連続して昇温させながら触媒含有層出
口で流出するガス中のCO、HC及びNOxの濃度を連
続的に測定しライトオフ性能(触媒含有層入口ガス温度
と転化率の関係)を評価した。触媒含有層A−1につい
ての結果を図1に示し、比較例の触媒含有層B−1につ
いての結果を図2に示す。
フ性能評価−(1)〕 本発明の実施例の触媒含有層A−1及び比較例の触媒含
有層B−1の各々について、下記組成のリーンバーンエ
ンジンモデル排気ガス(A)をガス空間速度SV60,000
/hrで流しながら、触媒含有層入口ガス温度を150℃
から500℃まで連続して昇温させながら触媒含有層出
口で流出するガス中のCO、HC及びNOxの濃度を連
続的に測定しライトオフ性能(触媒含有層入口ガス温度
と転化率の関係)を評価した。触媒含有層A−1につい
ての結果を図1に示し、比較例の触媒含有層B−1につ
いての結果を図2に示す。
【0041】モデル排気ガス(A)の組成 NO 1,200 ppm CO 3,000 ppm C3 H6 1,600 ppm H2 1,000 ppm O2 10 % CO2 10 % H2 O 10 % N2 残量
【0042】図1から、実施例1の触媒を用いた触媒含
有層A−1は、300〜500℃でCO、HC、NOx
の3成分すベてを良好な転化率で排気ガスから除去でき
ることがわかる。他方、図2から、比較例1の触媒を用
いた触媒含有層B−1は、HCとCOとを400℃以上
の温度で良好に転化できるものの、NOxの転化率は明
らかに実施例1の触媒含有層A−1と比較して劣ること
がわかる。
有層A−1は、300〜500℃でCO、HC、NOx
の3成分すベてを良好な転化率で排気ガスから除去でき
ることがわかる。他方、図2から、比較例1の触媒を用
いた触媒含有層B−1は、HCとCOとを400℃以上
の温度で良好に転化できるものの、NOxの転化率は明
らかに実施例1の触媒含有層A−1と比較して劣ること
がわかる。
【0043】性能評価例2(NOx転化率の酸素濃度依
存性評価) 前記モデル排気ガス(A)の酸素濃度を0.5%,3.
2%,5.0%,7.5%,10.0%及び14.0%
の6水準に変化させた以外は性能評価例1と同様にして
触媒含有層A−1及び触媒含有層B−1のライトオフ性
能を評価し、ライトオフ性能曲線を求めた。得られた各
酸素濃度におけるライトオフ性能曲線の最大NOx転化
率(ライトオフ性能曲線の極大値)をプロットした結果
を図3に示す。図3から、触媒含有層A−1が酸素濃度
0.5%(この場合、A/F=14.6相当)から酸素
濃度14%(この場合、A/F=38相当)にわたり高
い最大NOx転化率を保持していることがわかる。これ
に対し、触媒含有層B−1の最大NOx転化率は、酸素
濃度の増加に従い急激に減少し、特に酸素濃度5%以上
の酸素濃度域では、著しく低下することがわかる。本発
明の触媒は化学量論量から過剰域までの広い酸素濃度範
囲に亘ってNOx転化率が高く、酸素濃度依存性が少な
いことが示された。
存性評価) 前記モデル排気ガス(A)の酸素濃度を0.5%,3.
2%,5.0%,7.5%,10.0%及び14.0%
の6水準に変化させた以外は性能評価例1と同様にして
触媒含有層A−1及び触媒含有層B−1のライトオフ性
能を評価し、ライトオフ性能曲線を求めた。得られた各
酸素濃度におけるライトオフ性能曲線の最大NOx転化
率(ライトオフ性能曲線の極大値)をプロットした結果
を図3に示す。図3から、触媒含有層A−1が酸素濃度
0.5%(この場合、A/F=14.6相当)から酸素
濃度14%(この場合、A/F=38相当)にわたり高
い最大NOx転化率を保持していることがわかる。これ
に対し、触媒含有層B−1の最大NOx転化率は、酸素
濃度の増加に従い急激に減少し、特に酸素濃度5%以上
の酸素濃度域では、著しく低下することがわかる。本発
明の触媒は化学量論量から過剰域までの広い酸素濃度範
囲に亘ってNOx転化率が高く、酸素濃度依存性が少な
いことが示された。
【0044】性能評価例3〔モデルガスによるライトオ
フ性能評価−(2)〕 実施例の触媒を用いた触媒含有層A−1〜A−11及び
比較例の触媒を用いた触媒含有層B−1〜B−3の各々
について、下記組成のリーンバーンモデル排気ガス
(B)をガス空間速度SV38,000/hrで流しながら、触
媒含有層入口ガス温度を150℃から700℃まで連続
して昇温させ、触媒含有層出口で流出するガスのNOx
濃度を連続測定した。
フ性能評価−(2)〕 実施例の触媒を用いた触媒含有層A−1〜A−11及び
比較例の触媒を用いた触媒含有層B−1〜B−3の各々
について、下記組成のリーンバーンモデル排気ガス
(B)をガス空間速度SV38,000/hrで流しながら、触
媒含有層入口ガス温度を150℃から700℃まで連続
して昇温させ、触媒含有層出口で流出するガスのNOx
濃度を連続測定した。
【0045】モデル排気ガス(B)の組成 NO 500 ppm C3 H6 1500 ppm O2 5 % N2 残量
【0046】表1に触媒含有層A−1〜A−11につい
て、表2に触媒含有層B−1〜B−3について、最大N
Ox転化率を示す。表1及び表2の結果から、実施例の
触媒含有層A−1〜A−11は、従来の担持Ir触媒、
担持Nd触媒又はIr−Nd/Al2 O3 触媒を用い
た、比較例の触媒含有層(B−1、B−2又はB−3)
のいずれと比較しても、化学量論量より過剰の酸素の存
在下で窒素酸化物の転化率が優れていることがわかる。
て、表2に触媒含有層B−1〜B−3について、最大N
Ox転化率を示す。表1及び表2の結果から、実施例の
触媒含有層A−1〜A−11は、従来の担持Ir触媒、
担持Nd触媒又はIr−Nd/Al2 O3 触媒を用い
た、比較例の触媒含有層(B−1、B−2又はB−3)
のいずれと比較しても、化学量論量より過剰の酸素の存
在下で窒素酸化物の転化率が優れていることがわかる。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】性能評価例4〔モデル排気ガスによるライ
トオフ性能評価−(3)〕 触媒含有層A−6及び触媒含有層B−1について、高温
水熱条件下での耐熱性試験を行った。触媒含有層A−6
について、10%H2 O+90%空気の混合ガス流通
下、700℃、800℃及び900℃の各温度で各々5
時間エージング処理した後、比較評価例3と同様にして
NOx転化率の評価を行った。また、触媒含有層B−1
については、触媒含有層A−6の場合と同様の10%H
2 O+90%空気の混合ガス流通下で、900℃の温度
で5時間エージング処理した後、同様の評価を行った。
その結果を表3に示す。エージング処理を全く施さない
場合(フレッシュ)の結果も合わせて示す。表3から、
触媒含有層B−1は、900℃のエージング処理によっ
てNOxの転化率が48%から20%へ顕著に低下し
た。これに対して触媒含有層A−6は、900℃という
高温水熱条件にもかかわらずNOxの転化率が64%と
フレッシュ時の67%とほぼ同等であり、NOx除去能
が維持されたことがわかる。
トオフ性能評価−(3)〕 触媒含有層A−6及び触媒含有層B−1について、高温
水熱条件下での耐熱性試験を行った。触媒含有層A−6
について、10%H2 O+90%空気の混合ガス流通
下、700℃、800℃及び900℃の各温度で各々5
時間エージング処理した後、比較評価例3と同様にして
NOx転化率の評価を行った。また、触媒含有層B−1
については、触媒含有層A−6の場合と同様の10%H
2 O+90%空気の混合ガス流通下で、900℃の温度
で5時間エージング処理した後、同様の評価を行った。
その結果を表3に示す。エージング処理を全く施さない
場合(フレッシュ)の結果も合わせて示す。表3から、
触媒含有層B−1は、900℃のエージング処理によっ
てNOxの転化率が48%から20%へ顕著に低下し
た。これに対して触媒含有層A−6は、900℃という
高温水熱条件にもかかわらずNOxの転化率が64%と
フレッシュ時の67%とほぼ同等であり、NOx除去能
が維持されたことがわかる。
【0050】
【表3】
【0051】
【発明の効果】本発明の排気ガス浄化用触媒は、従来の
排気ガス浄化用触媒に比較して、化学量論量より過剰の
酸素を含有する排気ガスから、酸素濃度によらず、窒素
酸化物の高い転化率を示す。さらにこの触媒は、水分存
在下の高温での耐久性にも優れている。従って、本発明
の排気ガス浄化用触媒は、自動車エンジンのような内燃
機関、ボイラー等の酸素及び水蒸気を多量に含む排気ガ
ス中の窒素酸化物を除去するのに有効である。特に、こ
の触媒は、負荷変動の激しい条件で使用される車両用リ
ーンバーンエンジンの排気ガス処理用触媒として有用で
ある。
排気ガス浄化用触媒に比較して、化学量論量より過剰の
酸素を含有する排気ガスから、酸素濃度によらず、窒素
酸化物の高い転化率を示す。さらにこの触媒は、水分存
在下の高温での耐久性にも優れている。従って、本発明
の排気ガス浄化用触媒は、自動車エンジンのような内燃
機関、ボイラー等の酸素及び水蒸気を多量に含む排気ガ
ス中の窒素酸化物を除去するのに有効である。特に、こ
の触媒は、負荷変動の激しい条件で使用される車両用リ
ーンバーンエンジンの排気ガス処理用触媒として有用で
ある。
【図1】触媒含有層A−1のリーンバーンエンジンモデ
ル排気ガス(A)に対する、CO、HC及びNOxのラ
イトオフ特性を示す図である。
ル排気ガス(A)に対する、CO、HC及びNOxのラ
イトオフ特性を示す図である。
【図2】触媒含有層B−1のリーンバーンエンジンモデ
ル排気ガス(A)に対する、CO、HC及びNOxのラ
イトオフ特性を示す図である。
ル排気ガス(A)に対する、CO、HC及びNOxのラ
イトオフ特性を示す図である。
【図3】触媒含有層A−1及び触媒含有層B−1の最高
NOx転化率の酸素濃度依存性を示す図である。
NOx転化率の酸素濃度依存性を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年4月19日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】
【実施例】 (触媒の製造)実施例1(Ir−Nd/SiC触媒コートハニカムの製
造例) 市販のSiC粉末(LONZA社製、B.E.T.比表
面積15m2/g)130gに脱イオン水2.6Lを加
え20分間攪拌しSiC粉末スラリーを得た。このスラ
リーに、金属イリジウム1.56gに相当する塩化イリ
ジウム酸(H2IrCl6)を含む脱イオン水水溶液1
60mLと、金属ネオジム3.21gに相当する硝酸ネ
オジム・6水和物(Nd(NO3) 3 ・6H2O)を含
む脱イオン水水溶液160mLとの混合溶液を添加した
後スチームジャケット付きグラスライニングディシュ上
に移し、攪拌しながら4時間に亘って水分を蒸発させ
た。
造例) 市販のSiC粉末(LONZA社製、B.E.T.比表
面積15m2/g)130gに脱イオン水2.6Lを加
え20分間攪拌しSiC粉末スラリーを得た。このスラ
リーに、金属イリジウム1.56gに相当する塩化イリ
ジウム酸(H2IrCl6)を含む脱イオン水水溶液1
60mLと、金属ネオジム3.21gに相当する硝酸ネ
オジム・6水和物(Nd(NO3) 3 ・6H2O)を含
む脱イオン水水溶液160mLとの混合溶液を添加した
後スチームジャケット付きグラスライニングディシュ上
に移し、攪拌しながら4時間に亘って水分を蒸発させ
た。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】実施例2(Ir−Yb/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 実施例1において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属イッテルビウム1.40gに相当する硝酸イッテルビ
ウム・4水和物(Yb(NO3) 3 ・4H2O)を含む
脱イオン水水溶液160mLを用いた以外は実施例1と
同様にしてIr−Yb/SiC触媒コートハニカム(A
−2)を得た。
ハニカムの製造例) 実施例1において、硝酸ネオジム水溶液の代わりに、金
属イッテルビウム1.40gに相当する硝酸イッテルビ
ウム・4水和物(Yb(NO3) 3 ・4H2O)を含む
脱イオン水水溶液160mLを用いた以外は実施例1と
同様にしてIr−Yb/SiC触媒コートハニカム(A
−2)を得た。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0028
【補正方法】変更
【補正内容】
【0028】実施例5(Ir−Nd/SiC触媒コート
ハニカムの製造例) 市販のSiC粉末(LONZA社製品、B.E.T.比
表面積15m2/g)80gに脱イオン水1.6Lを加
え20分間攪拌しSiCスラリーを得た。このスラリー
に、金属イリジウム0.8gに相当する塩化イリジウム
酸(H2IrCl6)を含む脱イオン水水溶液100m
Lと、金属ネオジム1.6gに相当する硝酸ネオジム・
6水和物(Nd(NO3)3.6H2O)を含む脱イオ
ン水水溶液100mLとの混合溶液を添加した。得られ
た混合液をスチームジャケット付きグラスライニングデ
ィシュ上に移し攪拌しながら4時間に亘って水分を蒸発
させた。こうして得られた固形物を電気乾燥器により1
05℃で16時間乾燥した後粉砕し、得られた粉砕物を
石英トレーに入れ、電気炉で空気中、800℃で2時間
焼成してIr−Nd/SiC触媒の粉末を得た。
ハニカムの製造例) 市販のSiC粉末(LONZA社製品、B.E.T.比
表面積15m2/g)80gに脱イオン水1.6Lを加
え20分間攪拌しSiCスラリーを得た。このスラリー
に、金属イリジウム0.8gに相当する塩化イリジウム
酸(H2IrCl6)を含む脱イオン水水溶液100m
Lと、金属ネオジム1.6gに相当する硝酸ネオジム・
6水和物(Nd(NO3)3.6H2O)を含む脱イオ
ン水水溶液100mLとの混合溶液を添加した。得られ
た混合液をスチームジャケット付きグラスライニングデ
ィシュ上に移し攪拌しながら4時間に亘って水分を蒸発
させた。こうして得られた固形物を電気乾燥器により1
05℃で16時間乾燥した後粉砕し、得られた粉砕物を
石英トレーに入れ、電気炉で空気中、800℃で2時間
焼成してIr−Nd/SiC触媒の粉末を得た。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0029
【補正方法】変更
【補正内容】
【0029】この触媒の紛末30gに脱イオン水60g
及びアルミナゾル4.0gを加え、得られた混合物をボ
ールミルにて5時間湿式紛砕して触媒のスラリーを得
た。このスラリーに市販の400セルコージェライトハ
ニカムからくり貫かれた直径1インチ×長さ2.5イン
チのコアを浸漬し、スラリーから引き上げた後余分のス
ラリーを空気ブローで除去した。次いで、300℃で2
0分間乾燥し、さらに、500℃で30分間焼成した。
得られた焼成物を100%水素気流中、900℃で2時
間還元処理し、ハニカム容積1L当たり触媒が130g
コートされたIr−Nd/SiC触媒コートハニカム
(A−5)を得た。
及びアルミナゾル4.0gを加え、得られた混合物をボ
ールミルにて5時間湿式紛砕して触媒のスラリーを得
た。このスラリーに市販の400セルコージェライトハ
ニカムからくり貫かれた直径1インチ×長さ2.5イン
チのコアを浸漬し、スラリーから引き上げた後余分のス
ラリーを空気ブローで除去した。次いで、300℃で2
0分間乾燥し、さらに、500℃で30分間焼成した。
得られた焼成物を100%水素気流中、900℃で2時
間還元処理し、ハニカム容積1L当たり触媒が130g
コートされたIr−Nd/SiC触媒コートハニカム
(A−5)を得た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 27/24 ZAB A B01D 53/36 102 H
Claims (5)
- 【請求項1】 金属炭化物及び金属窒化物から選ばれる
少なくとも一種からなる担体上に、イリジウムと、希土
類金属とを共存担持させてなる排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項2】 希土類金属がY、La、Ce、Nd及び
Ybからなる群より選ばれる少なくとも1つである、請
求項1に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項3】 金属炭化物が炭化硅素である、請求項1
又は2に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項4】 一定の形状に成型されるか、又は耐火性
支持基質上にコートされてなる請求項1〜3のいずれか
に記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項5】 炭化水素を含む還元性成分と、該還元性
成分全てを完全酸化するに要する化学量論量より過剰の
酸素と窒素酸化物とを含有する排気ガスを、請求項1〜
4のいずれかに記載の触媒と接触させる工程を有する、
該排気ガスの浄化方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6066716A JPH07246337A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 排気ガス浄化用触媒及び排気ガスの浄化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6066716A JPH07246337A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 排気ガス浄化用触媒及び排気ガスの浄化方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07246337A true JPH07246337A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=13323917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6066716A Pending JPH07246337A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 排気ガス浄化用触媒及び排気ガスの浄化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07246337A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7160839B2 (en) | 2001-01-11 | 2007-01-09 | Ict Co., Ltd. | Catalyst for purifying nitrogen oxides |
JP2007175654A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 窒素酸化物の選択的還元触媒 |
-
1994
- 1994-03-10 JP JP6066716A patent/JPH07246337A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7160839B2 (en) | 2001-01-11 | 2007-01-09 | Ict Co., Ltd. | Catalyst for purifying nitrogen oxides |
JP2007175654A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 窒素酸化物の選択的還元触媒 |
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