JPH0796191A - 窒素酸化物除去用酸化物触媒材料並びに窒素酸化物除去方法 - Google Patents
窒素酸化物除去用酸化物触媒材料並びに窒素酸化物除去方法Info
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines 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】
【構成】遷移金属としてNi、CoおよびCuから選ば
れる少なくとも1種と、Gaとからなる結晶性複合酸化
物、特にスピネル型結晶複合酸化物を窒素酸化物除去用
酸化物触媒材料として用い、過剰の酸素と還元性を有す
る炭素含有ガスが存在する酸化雰囲気中で、この触媒と
窒素酸化物を含む排ガスとを接触させて窒素酸化物(N
Ox)を除去する。 【効果】高酸素濃度雰囲気下で高いNOx還元分解作用
を有し、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジン等
の燃焼機関の排気ガス等の浄化に有用である。
れる少なくとも1種と、Gaとからなる結晶性複合酸化
物、特にスピネル型結晶複合酸化物を窒素酸化物除去用
酸化物触媒材料として用い、過剰の酸素と還元性を有す
る炭素含有ガスが存在する酸化雰囲気中で、この触媒と
窒素酸化物を含む排ガスとを接触させて窒素酸化物(N
Ox)を除去する。 【効果】高酸素濃度雰囲気下で高いNOx還元分解作用
を有し、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジン等
の燃焼機関の排気ガス等の浄化に有用である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な窒素酸化物を還
元除去することのできる酸化物触媒材料およびこれを用
いて排ガス中の窒素酸化物を除去する方法に関する。
元除去することのできる酸化物触媒材料およびこれを用
いて排ガス中の窒素酸化物を除去する方法に関する。
【0002】
【従来技術】近年、環境汚染が問題となり、その中でも
自動車の排気ガス中のNOx、COx等の有害物質を分
解、除去する方法の開発が急務となっている。そこで、
従来より用いられている自動車の排気ガス浄化用触媒と
しては、一酸化炭素(CO)および炭化水素(CxH
y)の酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元を同時に行
う三元触媒が汎用されている。このような三元触媒とし
ては、Pd、Pt、Rh等の貴金属をγ−アルミナをコ
ートしたコージェライト等の耐火性担体に担持したもの
が用いられる。
自動車の排気ガス中のNOx、COx等の有害物質を分
解、除去する方法の開発が急務となっている。そこで、
従来より用いられている自動車の排気ガス浄化用触媒と
しては、一酸化炭素(CO)および炭化水素(CxH
y)の酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元を同時に行
う三元触媒が汎用されている。このような三元触媒とし
ては、Pd、Pt、Rh等の貴金属をγ−アルミナをコ
ートしたコージェライト等の耐火性担体に担持したもの
が用いられる。
【0003】また、上記以外にアンモニアを用いた選択
的接触還元法や、金属を担持した疎水性ゼオライトを触
媒として炭化水素と接触させながらNOxを除去する方
法などが知られている。
的接触還元法や、金属を担持した疎水性ゼオライトを触
媒として炭化水素と接触させながらNOxを除去する方
法などが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
三元触媒は、およそ0.5%程度の低酸素濃度において
のみ排気ガスの浄化を効率よく行うことができ、排気ガ
スの酸素濃度が1%を越えるような高濃度域では有効に
働かなくなるという問題がある。そこで、通常は排気ガ
ス中の酸素濃度を測定して常に最適な空燃費となるよう
に制御することが行われており、これより高い酸素濃度
の排気ガス浄化はほとんどできていないのが現状であ
る。
三元触媒は、およそ0.5%程度の低酸素濃度において
のみ排気ガスの浄化を効率よく行うことができ、排気ガ
スの酸素濃度が1%を越えるような高濃度域では有効に
働かなくなるという問題がある。そこで、通常は排気ガ
ス中の酸素濃度を測定して常に最適な空燃費となるよう
に制御することが行われており、これより高い酸素濃度
の排気ガス浄化はほとんどできていないのが現状であ
る。
【0005】そこで、ガソリンエンジンにおいては、低
燃費化を図るために希薄燃焼方式の研究開発が行われて
いるが、この場合、排気ガス中の酸素濃度が数%とな
り、貴金属の酸素被毒により排気ガスの浄化ができなく
なる欠点がある。またディーゼルエンジンにおいても、
現在の燃焼方式では排気ガス中の酸素濃度が高いために
排気ガスの浄化が全くなされていないのが現状である。
燃費化を図るために希薄燃焼方式の研究開発が行われて
いるが、この場合、排気ガス中の酸素濃度が数%とな
り、貴金属の酸素被毒により排気ガスの浄化ができなく
なる欠点がある。またディーゼルエンジンにおいても、
現在の燃焼方式では排気ガス中の酸素濃度が高いために
排気ガスの浄化が全くなされていないのが現状である。
【0006】また、アンモニアを用いる方法は、工場等
の固定式の燃焼装置において使用され、酸素濃度の高い
排気ガス中のNOxの還元を行うことができるが、この
方法は自動車等の移動式燃焼装置に取り付けることは安
全性の面で問題があり、さらに、金属を担持した疎水性
ゼオライトを触媒として用いた系もディーゼルエンジン
などへの適用が難しく、いずれの方法もその用途が限ら
れてしまうという問題がある。
の固定式の燃焼装置において使用され、酸素濃度の高い
排気ガス中のNOxの還元を行うことができるが、この
方法は自動車等の移動式燃焼装置に取り付けることは安
全性の面で問題があり、さらに、金属を担持した疎水性
ゼオライトを触媒として用いた系もディーゼルエンジン
などへの適用が難しく、いずれの方法もその用途が限ら
れてしまうという問題がある。
【0007】よって、本発明はディーゼルエンジンなど
のような酸素濃度の高い排気ガス中で、有効に排気ガス
の浄化が可能で、且つアンモニア等の毒性の還元剤を必
要としない触媒として有用な触媒材料およびそれを用い
た窒素酸化物除去方法を提供するものである。
のような酸素濃度の高い排気ガス中で、有効に排気ガス
の浄化が可能で、且つアンモニア等の毒性の還元剤を必
要としない触媒として有用な触媒材料およびそれを用い
た窒素酸化物除去方法を提供するものである。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明者らは、上記の
問題点に対して研究を進めた結果、遷移金属として、N
i、CoおよびCuのすくなくも1種の金属と、Gaを
含むスピネル型結晶構造からなる複合酸化物が高酸素濃
度中でも高い触媒作用を有することを見出し、本発明に
至った。
問題点に対して研究を進めた結果、遷移金属として、N
i、CoおよびCuのすくなくも1種の金属と、Gaを
含むスピネル型結晶構造からなる複合酸化物が高酸素濃
度中でも高い触媒作用を有することを見出し、本発明に
至った。
【0009】即ち、本発明の窒素酸化物除去用酸化物触
媒材料は、遷移金属としてNi、CoおよびCuから選
ばれる少なくとも1種と、Gaとからなるスピネル型構
造の複合酸化物からなることを特徴とするものである。
さらに、本発明の窒素酸化物除去方法は、過剰の酸素と
還元性を有する炭素含有ガスが存在する酸化雰囲気中
で、遷移金属としてNi、CoおよびCuから選ばれる
少なくとも1種と、Gaとからなるスピネル型構造の複
合酸化物と窒素酸化物を含む排ガスと接触させることを
特徴とするものである。
媒材料は、遷移金属としてNi、CoおよびCuから選
ばれる少なくとも1種と、Gaとからなるスピネル型構
造の複合酸化物からなることを特徴とするものである。
さらに、本発明の窒素酸化物除去方法は、過剰の酸素と
還元性を有する炭素含有ガスが存在する酸化雰囲気中
で、遷移金属としてNi、CoおよびCuから選ばれる
少なくとも1種と、Gaとからなるスピネル型構造の複
合酸化物と窒素酸化物を含む排ガスと接触させることを
特徴とするものである。
【0010】以下、本発明を詳述する。本発明において
用いられる複合酸化物は、遷移金属としてNi、Coお
よびCuから選ばれる少なくとも1種とGaを含むもの
で、結晶構造がスピネル型構造を呈するものである。こ
のスピネル型構造の複合酸化物は、一般式としてMGa
2 O4 (式中、MはNi、CoおよびCuから選ばれる
少なくとも1種)で表されるもので、図1にそのX線回
折チャートを示した。本発明で用いられる複合酸化物
は、遷移金属MとGaの比率は原則的には1:2の原子
比で構成されるが、M:Gaが1:1.95〜2.05
の範囲でもよく、この範囲を逸脱するとスピネル型結晶
構造以外の結晶やガラスの生成が増加し触媒性能が劣化
する場合がある。
用いられる複合酸化物は、遷移金属としてNi、Coお
よびCuから選ばれる少なくとも1種とGaを含むもの
で、結晶構造がスピネル型構造を呈するものである。こ
のスピネル型構造の複合酸化物は、一般式としてMGa
2 O4 (式中、MはNi、CoおよびCuから選ばれる
少なくとも1種)で表されるもので、図1にそのX線回
折チャートを示した。本発明で用いられる複合酸化物
は、遷移金属MとGaの比率は原則的には1:2の原子
比で構成されるが、M:Gaが1:1.95〜2.05
の範囲でもよく、この範囲を逸脱するとスピネル型結晶
構造以外の結晶やガラスの生成が増加し触媒性能が劣化
する場合がある。
【0011】また、上記複合酸化物は、窒素を含有する
排ガスを接触させることにより排ガス中に含まれる窒素
酸化物(NOx)を還元し除去することができるが、排
ガス中の酸素濃度が10%程度の高濃度であっても優れ
たNOx還元性能を有する。この時、雰囲気中にC2 H
4 ,C3 H6 ,C3 H8 などの炭化水素、CH3 OH,
C2 H5 OHなどのアルコール、COなどの還元性を有
する炭素含有ガスを含有させて前記触媒材料と接触させ
ると、NOx還元性が高くなる。
排ガスを接触させることにより排ガス中に含まれる窒素
酸化物(NOx)を還元し除去することができるが、排
ガス中の酸素濃度が10%程度の高濃度であっても優れ
たNOx還元性能を有する。この時、雰囲気中にC2 H
4 ,C3 H6 ,C3 H8 などの炭化水素、CH3 OH,
C2 H5 OHなどのアルコール、COなどの還元性を有
する炭素含有ガスを含有させて前記触媒材料と接触させ
ると、NOx還元性が高くなる。
【0012】次に、本発明の酸化物触媒材料を製造する
には、例えば、出発原料として、Ni、CoおよびCu
などの遷移金属(M)やGaの酸化物や熱処理により酸
化物を生成できる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などを用いる
ことができる。これらをM:Gaの金属元素比がおよそ
1:2になるように、それぞれ秤量し十分に攪拌混合し
た後、これを500〜1600℃の酸化性雰囲気中で5
〜30時間熱処理することによりNi、CoおよびCu
と、Gaを含むスピネル型結晶の複合酸化物粉末を得る
ことができる。
には、例えば、出発原料として、Ni、CoおよびCu
などの遷移金属(M)やGaの酸化物や熱処理により酸
化物を生成できる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などを用いる
ことができる。これらをM:Gaの金属元素比がおよそ
1:2になるように、それぞれ秤量し十分に攪拌混合し
た後、これを500〜1600℃の酸化性雰囲気中で5
〜30時間熱処理することによりNi、CoおよびCu
と、Gaを含むスピネル型結晶の複合酸化物粉末を得る
ことができる。
【0013】上記複合酸化物を製造する方法としては、
上記の他に酸化物や他の金属塩による固相反応合成、金
属アルコキシド等のゾル−ゲル法合成によって試料は合
成されるが、何等これらの製造方法に規定されるもので
はない。いずれも熱処理は500℃〜1600℃の酸化
性雰囲気中で5〜30時間行われ、特に低い温度で熱処
理することが粉末の比表面積を高めるために有効であ
る。なお、熱処理温度が500℃より低いと結晶化が不
充分となり、1600℃を越えると緻密化してしまい不
適となる。
上記の他に酸化物や他の金属塩による固相反応合成、金
属アルコキシド等のゾル−ゲル法合成によって試料は合
成されるが、何等これらの製造方法に規定されるもので
はない。いずれも熱処理は500℃〜1600℃の酸化
性雰囲気中で5〜30時間行われ、特に低い温度で熱処
理することが粉末の比表面積を高めるために有効であ
る。なお、熱処理温度が500℃より低いと結晶化が不
充分となり、1600℃を越えると緻密化してしまい不
適となる。
【0014】
【作用】本発明によれば、Ni、CoおよびCuから選
ばれる少なくとも1種と、Gaを含むスピネル型複合酸
化物をNOxを含有する排ガスと還元性を有する炭素含
有ガスの存在下で接触させることにより、高酸素濃度雰
囲気下であっても、NOxを高い比率で還元分解し除去
することができる。
ばれる少なくとも1種と、Gaを含むスピネル型複合酸
化物をNOxを含有する排ガスと還元性を有する炭素含
有ガスの存在下で接触させることにより、高酸素濃度雰
囲気下であっても、NOxを高い比率で還元分解し除去
することができる。
【0015】この還元分解のメカニズムは定かではない
が、遷移金属単体のNOx還元分解作用よりも本発明の
NOx還元分解作用で高い特性が得られていることか
ら、金属酸化物の複合化による金属元素の周囲の微妙な
電子状態の差がNOx還元分解特性に影響を与えている
と考えられる。
が、遷移金属単体のNOx還元分解作用よりも本発明の
NOx還元分解作用で高い特性が得られていることか
ら、金属酸化物の複合化による金属元素の周囲の微妙な
電子状態の差がNOx還元分解特性に影響を与えている
と考えられる。
【0016】また、本発明によれば、触媒材料として上
記の元素からなる結晶性の複合酸化物を用いることによ
り、非晶質あるいは酸化物の混合体に比較してガソリン
エンジン、ディーゼルエンジンなどの熱機関などのよう
に500℃以上、特に800℃〜850℃の高温下にお
ける耐熱性に優れるために、触媒性能が変化することが
ない。
記の元素からなる結晶性の複合酸化物を用いることによ
り、非晶質あるいは酸化物の混合体に比較してガソリン
エンジン、ディーゼルエンジンなどの熱機関などのよう
に500℃以上、特に800℃〜850℃の高温下にお
ける耐熱性に優れるために、触媒性能が変化することが
ない。
【0017】
【実施例】出発原料として、遷移金属(M)の化合物と
してNi(NO3 )2 ・6H2 O、Co(NO3 )2 ・
6H2 O、Cu(NO3 )2 ・6H2 O、Ga(N
O3 )3 ・9H2 Oを用い、M:Gaの金属元素比が
1:2になるように表1の組成になるようにそれぞれ秤
量した。蒸留水中に溶解させ、撹拌しながらアンモニア
水でpH=7.5まで中和した。そして、生じた沈澱物
を濾過、洗浄し、凍結乾燥させた。乾燥した粉末を70
0℃で30時間、大気中で熱処理した。得られた粉末は
XRDにより結晶化してスピネル相が形成されているこ
とを確認した。得られた粉末のBET比表面積と測定試
料表面積を表1に示した。なお、表1中、試料No.3の
X線回折測定結果を図1に示した。図1からスピネル結
晶からなる単一相からなることがわかる。
してNi(NO3 )2 ・6H2 O、Co(NO3 )2 ・
6H2 O、Cu(NO3 )2 ・6H2 O、Ga(N
O3 )3 ・9H2 Oを用い、M:Gaの金属元素比が
1:2になるように表1の組成になるようにそれぞれ秤
量した。蒸留水中に溶解させ、撹拌しながらアンモニア
水でpH=7.5まで中和した。そして、生じた沈澱物
を濾過、洗浄し、凍結乾燥させた。乾燥した粉末を70
0℃で30時間、大気中で熱処理した。得られた粉末は
XRDにより結晶化してスピネル相が形成されているこ
とを確認した。得られた粉末のBET比表面積と測定試
料表面積を表1に示した。なお、表1中、試料No.3の
X線回折測定結果を図1に示した。図1からスピネル結
晶からなる単一相からなることがわかる。
【0018】
【表1】
【0019】次に、得られた粉末を金型プレスにより成
型後、冷間静水圧成形法によりさらに圧縮成形し、その
成形物を解砕し40メッシュパス、80メッシュオンの
粉末に整粒した。ついで、この粉末を用いて、排ガスと
してNO=1000ppm、O2 =2%、C2 H4 =1
000ppm、He=残部のガス、SV(空間速度)=
10000/hの条件で、200℃から600℃の範囲
でNOの還元分解能およびエチレンの還元分解能をガス
クロマトグラフを用いて測定し、NO転換率おと測定温
度との関係を図2に示した。
型後、冷間静水圧成形法によりさらに圧縮成形し、その
成形物を解砕し40メッシュパス、80メッシュオンの
粉末に整粒した。ついで、この粉末を用いて、排ガスと
してNO=1000ppm、O2 =2%、C2 H4 =1
000ppm、He=残部のガス、SV(空間速度)=
10000/hの条件で、200℃から600℃の範囲
でNOの還元分解能およびエチレンの還元分解能をガス
クロマトグラフを用いて測定し、NO転換率おと測定温
度との関係を図2に示した。
【0020】図2から明らかなように、CuGa2 O4
は、200〜500℃においてN2が生成し、最高活性
値は29.0%を示した。CoGa2 O4 は200〜5
00℃でN2 が生成し、最高活性値は21.3%を示し
た。さらに、NiGa2 O4は300〜550℃におい
てN2 が生成し、最高活性値は72.4%を示し、いず
れも広い温度範囲でNOx触媒特性を示すことがわかっ
た。
は、200〜500℃においてN2が生成し、最高活性
値は29.0%を示した。CoGa2 O4 は200〜5
00℃でN2 が生成し、最高活性値は21.3%を示し
た。さらに、NiGa2 O4は300〜550℃におい
てN2 が生成し、最高活性値は72.4%を示し、いず
れも広い温度範囲でNOx触媒特性を示すことがわかっ
た。
【0021】なお、CoGa2 O4 に関しては、排ガス
中のO2 濃度を5%にした場合、350℃で42.7%
の最高活性値を示した。
中のO2 濃度を5%にした場合、350℃で42.7%
の最高活性値を示した。
【0022】
【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明によれば、
高酸素濃度雰囲気下でも高いNOx還元分解作用を有
し、今後のディーゼルエンジンやリーンバーンエンジン
等の燃焼機関の排気ガス等の浄化に有用なものである。
高酸素濃度雰囲気下でも高いNOx還元分解作用を有
し、今後のディーゼルエンジンやリーンバーンエンジン
等の燃焼機関の排気ガス等の浄化に有用なものである。
【図1】本発明の触媒材料のX線回折チャートである。
【図2】本発明の触媒材料の測定温度とNO転換率との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
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 B01D 53/36 102 D 102 H
Claims (3)
- 【請求項1】遷移金属としてNi、CoおよびCuから
選ばれる少なくとも1種と、Gaとからなる結晶性複合
酸化物からなる窒素酸化物除去用酸化物触媒材料。 - 【請求項2】前記結晶性複合酸化物がMGa2 O4 (式
中、MはNi、CoおよびCuから選ばれる少なくとも
1種)で表される請求項1記載の窒素酸化物除去用酸化
物触媒材料。 - 【請求項3】過剰の酸素と還元性を有する炭素含有ガス
が存在する酸化雰囲気中で、遷移金属としてNi、Co
およびCuから選ばれる少なくとも1種と、Gaとから
なる結晶性複合酸化物と窒素酸化物を含む排ガスと接触
させることを特徴とする窒素酸化物除去方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5242308A JP2922759B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 窒素酸化物除去用酸化物触媒材料並びに窒素酸化物除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5242308A JP2922759B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 窒素酸化物除去用酸化物触媒材料並びに窒素酸化物除去方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0796191A true JPH0796191A (ja) | 1995-04-11 |
JP2922759B2 JP2922759B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17087293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5242308A Expired - Fee Related JP2922759B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 窒素酸化物除去用酸化物触媒材料並びに窒素酸化物除去方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2922759B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000512907A (ja) * | 1997-06-11 | 2000-10-03 | ダイムラークライスラー アクチエンゲゼルシヤフト | 貯蔵触媒 |
-
1993
- 1993-09-29 JP JP5242308A patent/JP2922759B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000512907A (ja) * | 1997-06-11 | 2000-10-03 | ダイムラークライスラー アクチエンゲゼルシヤフト | 貯蔵触媒 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2922759B2 (ja) | 1999-07-26 |
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Legal Events
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