JPH08173815A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

排ガス浄化用触媒

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JPH08173815A
JPH08173815A JP6320389A JP32038994A JPH08173815A JP H08173815 A JPH08173815 A JP H08173815A JP 6320389 A JP6320389 A JP 6320389A JP 32038994 A JP32038994 A JP 32038994A JP H08173815 A JPH08173815 A JP H08173815A
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JP
Japan
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oxygen
exhaust gas
catalyst
purification
ceria
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Withdrawn
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JP6320389A
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English (en)
Inventor
Michio Taguchi
教夫 田口
Mikio Murachi
幹夫 村知
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】幅広いA/Fの変動を吸収し、三元浄化性能を
向上させる。 【構成】触媒貴金属と、酸素吸蔵放出材と、強酸性物質
とを担持したことを特徴とする。リッチ時に酸化性物質
である酸素を放出するとともに還元性物質であるNH3
を吸蔵し、リーン時に酸化性物質である酸素を吸蔵する
とともに還元物質であるNH3 を放出するので、A/F
が大きく変動した場合でもその変動を吸収することがで
き、高い三元浄化性能を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンなどか
ら排出される排ガス中の一酸化炭素(CO)、炭化水素
(HC)及び窒素酸化物(NOx )を効率良く浄化する
排ガス浄化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の排ガス浄化用触媒と
して、CO及びHCの酸化とNOx の還元とを行って排
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、例えばコーディエライトなどからな
る耐熱性基材にγ−アルミナからなる多孔質担体層を形
成し、その多孔質担体層に白金(Pt)、ロジウム(R
h)などの触媒貴金属を担持させたものが広く知られて
いる。
【0003】また、酸素吸蔵能をもつセリア(セリウム
酸化物)を併用し、低温活性を高めるとともに、空燃比
(A/F)の変動をセリアで吸収して三元浄化性能を高
く維持した排ガス浄化用触媒も知られている(特公昭5
8−20307号公報等)。触媒貴金属とともにセリア
を担持した従来の三元触媒では、A/Fがリーンに振れ
た時には、セリアが酸素を吸蔵するため見掛け上A/F
がストイキに近くなる。これによりリーン時にNOx
浄化能が低下するのが抑制される。またA/Fがリッチ
に振れた時には、セリアが吸蔵していた酸素を放出する
ため、リッチ時にCO及びHCの浄化能が低下するのが
抑制される。
【0004】したがってセリアの酸素吸蔵放出能をうま
く利用することにより、A/Fの変動を吸収して三元浄
化性能を高く維持することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の自動
車エンジンではA/Fはストイキに制御されるのが一般
的である。しかしながらストイキに制御した場合であっ
てもA/Fは常にリッチ側又はリーン側に細かく変動
し、加速・減速が頻繁に行われる走行の場合などの過渡
域には、A/Fの変動幅も大きくなる。
【0006】ところが、セリアの吸蔵できる酸素量はせ
いぜいセリアの1mol%程度であり、A/Fの変動が
大きくなりセリアの酸素吸蔵放出能を越えた場合には、
三元浄化性能が低下するという問題がある。つまり、A
/Fがリーン側に大きくずれてセリアの吸蔵できる酸素
量を越えた場合には、過剰な酸素によりNOx の還元浄
化反応が抑制される。またA/Fがリッチ側に大きくず
れた場合には、セリアから放出される酸素量が不足し、
HCやCOの酸化浄化反応が抑制される。
【0007】また、A/Fの変動幅が小さくセリアの酸
素吸蔵放出能の範囲内であったとしても、例えばA/F
の変動の中心がリッチ側に偏っている場合には、リッチ
側におけるHCやCOの酸化浄化反応が抑制されるとい
う問題もある。つまり、リーン側のずれ幅が小さいから
セリアに吸蔵される酸素量が僅かとなり、リッチ側へず
れた場合に放出される酸素量がHCやCOの酸化浄化に
必要な分より少なくなってしまう。
【0008】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、幅広いA/Fの変動を吸収し、三元浄化性
能を向上させることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排ガス浄化用触媒は、多孔質担体と、多孔質担体に
担持された触媒貴金属と、多孔質担体に担持された酸素
吸蔵放出材と、多孔質担体に担持された強酸性物質と、
からなることを特徴とする。
【0010】
【作用】
(リッチ時)リッチ時の還元雰囲気では水性シフト反応
等により生成したH2 とNOの反応により還元性成分で
あるNH3 (アンモニア)が生成する。このNH3 は強
い塩基性であるため、担体に担持されている強酸性物質
に速やかに吸蔵される。
【0011】一方、酸素吸蔵放出材からは吸蔵されてい
た酸素が放出される。還元性成分であるNH3 は強酸性
物質に吸蔵されているため、その分相対的に酸素濃度が
高くなって系はストイキに移行する。そして放出された
酸素はHC及びCOの酸化に寄与するのでHC及びCO
の浄化性能が向上する。 (リーン時)リーン時の酸化雰囲気では、酸素吸蔵放出
材が酸素を吸蔵する。一方、強酸性物質からは吸蔵され
ていたNH3 が放出される。放出されたNH3 は強い還
元剤であり、HC及びCOとともにNO,NO2 等のN
x を還元してN2 とO2 に分解するので、リーン時の
NOx の浄化性能が大きく向上する。またNH3 は酸素
とも反応するので、酸素濃度が一層低下しストイキに移
行する。
【0012】つまり本願発明の排ガス浄化用触媒では、
リッチ時に酸化性物質である酸素を放出するとともに還
元性物質であるNH3 を吸蔵し、リーン時に酸化性物質
である酸素を吸蔵するとともに還元物質であるNH3
放出するので、A/Fが大きく変動した場合でもその変
動を吸収することができ、高い三元浄化性能を維持する
ことができる。
【0013】(A/Fの変動の中心がリッチ側に偏った
場合)リーン側のずれ幅が小さいので、酸素吸蔵放出材
に吸蔵される酸素量が少なく、リッチ側での酸素放出量
が不足する。しかしリッチ側では強酸性物質が還元性成
分であるNH3 を吸蔵するので、酸素濃度が相対的に増
加してストイキに移行する。そして放出された酸素はH
C及びCOの酸化浄化反応に消費され、リッチ側でのH
C及びCOの浄化性能が向上する。
【0014】またリーン側では酸素はほとんど酸素吸蔵
放出材に吸蔵されてストイキに移行し、強酸性物質から
放出されるNH3 などによりNOx が浄化され、リーン
時のNOx の浄化性能が大きく向上する。 (A/Fの変動の中心がリーン側に偏った場合)リッチ
側のずれ幅が小さいので、強酸性物質に吸蔵されるNH
3 が少なく、リーン側でのNH3 放出量が不足する。し
かしリーン側では酸素吸蔵放出材が酸素を十分吸蔵する
ので、酸素濃度は相対的に低下してストイキに移行し、
HCやCO及び放出されたNH3 によりNOx が効率よ
く還元浄化される。
【0015】またリッチ側では酸素吸蔵放出材が酸素を
沢山放出するのでストイキに移行し、酸素は主としてH
C及びCOの浄化に寄与する。つまり、A/Fの変動の
中心がリッチ又はリーンのいずれか一方側に偏ったとし
ても、その偏り変動を吸収することができ、高い三元浄
化性能を維持することができる。
【0016】
【実施例】
〔発明の具体例〕多孔質担体としては、アルミナ、シリ
カ、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナなどから
選択して用いることができる。中でも耐熱性及び貴金属
分散性に優れたアルミナを用いるのが特に好ましい。
【0017】触媒貴金属としては、Pt、Rh及びPd
の1種又は複数種を用いることができる。その担持量
は、いずれの貴金属でも、多孔質担体100gに対して
0.2〜40gが好ましく、1〜20gが特に好まし
い。触媒全体の体積1リットル当たりに換算すれば、
0.1〜20gが好ましく、0.5〜10gが特に好ま
しい。触媒貴金属の担持量をこれ以上増加させても活性
は向上せず、その有効利用が図れない。また触媒貴金属
の担持量がこれより少ないと、実用上十分な活性が得ら
れない。
【0018】なお、触媒貴金属を多孔質担体に担持させ
るには、その塩化物や硝酸塩等を用いて、含浸法、噴霧
法、スラリー混合法などを利用して従来と同様に担持さ
せることができる。酸素吸蔵放出材としては、鉄、ニッ
ケル、セリアなどが挙げられるが、これらのうち耐熱性
が最も高いものとしてセリアが代表的に例示される。特
に、ジルコニアとともに安定化されたセリア・ジルコニ
ア複合酸化物を用いれば、耐熱性が一層向上するので好
ましい。
【0019】この酸素吸蔵放出材の含有量は、多孔質担
体の材料100gに対して0.05〜1.0モル、さら
に好ましくは0.1〜0.5モルとすることができる。
触媒全体の体積1リットル当たりに換算すれば、0.0
25〜0.5モルが好ましく、特に望ましくは0.05
〜0.25モルである。この成分をこれ以上多く含有さ
せても効果が飽和し、これより少ない場合は実用上のそ
の効果が十分に得られない。
【0020】強酸性物質とは、酸強度が100%硫酸よ
りも強いものをいい、H2 SO4 ,H3 PO4 ,HBO
3 ,ヘテロポリ酸,金属硫酸塩,金属リン酸塩,H−Z
SM5等のゼオライト鉱物,Csx 3-x PW1240
どが例示される。H2 SO4,H3 PO4 ,HBO3
ヘテロポリ酸などの場合には、シリカ−アルミナやジル
コニアなどのセラミック粉末にコートしたものを担持す
るのが好ましい。
【0021】この強酸性物質の担持量は、強酸性物質の
種類によって異なるが、多孔質担体の材料100gに対
して0.01〜1.0モル、さらに好ましくは0.05
〜0.2モルとすることができる。この範囲以上多く含
有させても効果が飽和し、これより少ない場合は実用上
その効果が十分に得られない。 〔実施例〕以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。 (実施例触媒)以下の配合にて各原料を混合し、スラリ
ーを調製した。
【0022】 スラリー組成 活性アルミナ粉末(比表面積180m2 /g) 100重量部 硝酸アルミニウム水溶液(濃度30重量%) 45重量部 アルミナゾル(アルミナ含有量10重量%) 3重量部 セリア−ジルコニア複合酸化物粉末 (モル比Ce/Zr=5/1) 40重量部 Csx 3-x PW1240 20重量部 純水 100重量部 合計 308重量部 コーディエライト製のハニカム担体基材を用意し、この
スラリー中に浸漬後引き上げて余分なスラリーを吹き払
い、乾燥後600℃で2時間焼成してコート層を形成し
た。コート量は、ハニカム担体基材1リットル当たり3
60gであった。
【0023】次に所定濃度のジニトロジアンミン白金水
溶液を用意し、上記コート層をもつハニカム担体基材を
浸漬し、引き上げて余分な水分を吹き払い、250℃で
乾燥してPtを担持した。さらに所定濃度の塩化ロジウ
ム水溶液を用意し、同様にしてRhを担持した。ハニカ
ム担体1リットル当たりに、Ptは1.5g担持され、
Rhは0.3g担持された。 (比較例触媒)Csx 3-x PW1240を含まないこと
以外は実施例と同様のスラリーを用い、実施例と同様に
して比較例の排ガス浄化用触媒を調製した。 (試験・評価)表1に示すA/F=14.5相当のモデ
ル排ガスを基準ガスとし、A/Fの変動量を±0.2、
±0.5、±1.0、±1.5と4水準選び、それぞれ
入りガス温度300℃、変動周期0.1Hzで上記排ガ
ス浄化用触媒に流した時の三元浄化率を測定した。結果
を表2に示す。
【0024】また、基準ガスからリーン側へ+0.2、
リッチ側へ−0.5と偏らせて変動させ、入りガス温度
300℃、変動周期0.5Hzで上記排ガス浄化用触媒
に流した時の三元浄化率も併せて測定した。結果を表2
に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】 表2より、実施例の排ガス浄化用触媒はA/Fの変動幅
が大きくなっても高い三元浄化性能を有していることが
明らかであり、比較例に比べて特にNOx 浄化率に優れ
ていることがわかる。また、三元成分の80%浄化のA
/Fウィンドウ幅は、比較例では14.5±0.5 であるが、
実施例では14.5±1.0 まで拡がっている。
【0027】またA/Fの変動の中心がリッチ側に偏っ
た場合でも、比較例に比べて高い三元浄化性能を有して
いることがわかる。そしてこの優れた浄化性能は、セリ
ア−ジルコニア複合酸化物に加えてCsx3-x PW12
40を担持したことに起因していることが明らかであ
る。
【0028】
【発明の効果】すなわち本発明の排ガス浄化用触媒によ
れば、A/Fの変動が大きくなっても、その変動を吸収
して高い三元浄化性能を発現することができる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 B01J 23/63 27/053 ZAB A 29/44 ZAB A B01D 53/36 104 A B01J 23/56 301 A

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質担体と、該多孔質担体に担持され
    た触媒貴金属と、該多孔質担体に担持された酸素吸蔵放
    出材と、該多孔質担体に担持された強酸性物質と、から
    なることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
JP6320389A 1994-12-22 1994-12-22 排ガス浄化用触媒 Withdrawn JPH08173815A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000128537A (ja) * 1998-10-16 2000-05-09 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 酸素吸蔵放出能を有する複合粉末
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WO2005023421A1 (ja) * 2003-09-08 2005-03-17 Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus 窒素酸化物の接触分解のための触媒と方法
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