JPH08187431A - 排ガス浄化触媒および浄化方法 - Google Patents

排ガス浄化触媒および浄化方法

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JPH08187431A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関から排出される窒素酸化物を高効率に
浄化する排ガス浄化触媒。 【構成】無機物担体上にRh,Pt,Pdの少なくとも
一つの希土類金属及びアルカリ土類金属の酸化物を担持
した内燃機関の酸素を含む排気ガス浄化触媒。該触媒を
用い、排ガス中の酸素体積濃度が1.0〜1.7%以下の
排気ガスにさらした後、酸素体積濃度が1.0%〜1.7
%以上の排気ガスを流通させることが内熱機関の酸素を
含む排気ガス中の窒素酸化物,炭化水素及び一酸化炭素
を浄化する方法および装置。 【効果】内燃機関から排出される窒素酸化物を高効率に
浄化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素を含む燃焼排ガス
の浄化触媒及び浄化方法であって、特に窒素酸化物を効
果的に還元浄化する触媒及び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車等の内燃機関から排出される排気
ガスには、窒素酸化物等が含まれ、それらは人体に有害
であるに加え酸性雨など地球環境破壊の原因となる。そ
こで、排ガス中の窒素酸化物を浄化する方法について種
々検討がなされている。
【0003】現在、自動車においてはエンジンの空燃比
はストイキつまり理論空燃比(A/F=14.7 :空気
Aと燃料Fの重量比)付近に設定され、生成する排ガス
は貴金属(ロジウム,パラジウム,白金)を主体とした
三元触媒で窒素酸化物を窒素に還元,炭化水素,一酸化
炭素は酸化することにより浄化している。
【0004】ところで、自動車については、近年、燃料
消費率低減の観点から、空燃比を理論空燃比(14.7
)以上とする希薄燃焼(リーンバーン)エンジンの開
発が進められ、その普及が期待されている。しかし、リ
ーンバーンエンジンでは、理論空燃比に比べ排ガス中に
酸素が(少なくとも0.5% 以上)含まれるため、現用
の三元触媒では炭化水素と一酸化炭素の酸化が主として
進行し、窒素酸化物の還元を効果的に行うことができな
い。
【0005】一方、ディーゼル自動車等のディーゼルエ
ンジンは従来より酸素過剰の高空燃比で運転されてい
る。従って、上記三元触媒の適用が出来ず、有効な窒素
酸化物の低減法を見出せないでいる。
【0006】現在実用化されている窒素酸化物の除去方
法の一つに、V23−TiO2 触媒を用いたNH3 還元
法がある。この方法は、排ガス中に多量の酸素が共存し
ても窒素酸化物を除去できる特徴がある。しかしながら
この方法は、有害物質であるNH3を使用すること、及
びNH3供給タンクを必要とするため自動車等の移動式
小型内燃機関には利用されにくい。
【0007】そこで、近年、酸素過剰共存下の酸化雰囲
気において、NH3 を使わずに窒素酸化物を浄化する触
媒の研究が盛んに行われている。その中でも、排ガス中
に含まれる炭化水素と酸素を利用して窒素酸化物を除去
する方法が注目されている。現在、そのような触媒とし
て、ゼオライトに銅を担持した触媒(特開平4−219141
号公報,第69回触媒討論会予行集3F108(199
2))やゼオライトにコバルト,希土類,銅およびまた
はロジウムを含む触媒(特開平4−219147号公報)ま
た、バリウム酸化物,ランタン酸化物および白金からな
る触媒(特開平5−261287 号)が報告されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述の方法にお
いては以下の問題点を有する。すなわち、ゼオライトに
銅を担持した触媒(特開平1−151706 号公報)は、銅の
窒素酸化物に対する特異な吸着特性から比較的低温度域
において高い性能を示すが、触媒作用を示す温度域(温
度ウインドウ)が狭い。
【0009】そこで、温度ウインドウの拡大の検討が進
められ、例えばゼオライトにコバルト,希土類,銅,ロ
ジウムを含む触媒(特開平4−219147 号公報)が提案さ
れている。
【0010】一方、ゼオライトに銅を担持した触媒(第
69回触媒討論会予行集3F108(1992))は多
量の水が共存すると触媒活性が低下するという問題があ
る。この問題についても鋭意検討が進められているが、
担体であるゼオライトの水熱耐久性を大幅に改善するこ
とは現在まで成功していない。リーンバーン自動車用を
はじめとする高空燃費で運転される内燃機関触媒の排ガ
ス浄化には、広温度域での高窒素酸化物浄化性能と高耐
久性が具備されなければならない。
【0011】また、バリウム酸化物,ランタン酸化物お
よび白金からなる触媒(特開平5−261287号)はリーン
で吸蔵した窒素酸化物を理論空燃費(酸素濃度0.5%
以下)で放出し還元する方法で使用される。エンジンの
燃費向上のためには可能な限り理論空燃比稼働時間を減
らす必要がある。
【0012】本発明の目的は、高空燃比で運転される内
燃機関から排出される排ガスを高効率で浄化できる排ガ
ス浄化触媒を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、高空燃比で運
転される内燃機関から排出される排ガス(および該当す
る組成を有するガス)中の窒素酸化物を効果的に浄化
(還元浄化)できるものである。特に、酸素を含む排ガ
ス中の窒素酸化物を還元浄化することができる。内燃機
関から排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する排ガ
ス浄化触媒であって、無機物担体上にRh,Pt,Pd
の少なくとも一つの貴金属と及び少なくともMgを含む
アルカリ土類金属の酸化物を担持したことを特徴とす
る。
【0014】アルカリ土類金属の中でもMgを含むこと
により、他のアルカリ土類金属を含有するものより窒素
酸化物を浄化性能を向上できる。また、高耐久性を備え
た触媒ができる。前記希土類としてLa,Ce,Y,P
r,Ndから選択することができる。
【0015】前記貴金属はRhと、Pt或いはPdの少
なくとも一つからなり、前記希土類金属は少なくともC
eを含むことを特徴とする。
【0016】また、前記貴金属はRh及びPtからな
り、前記希土類金属はCeであり、前記アルカリ土類金
属はMgを用いることができる。
【0017】前記貴金属はRh及びPtからなり、前記
希土類金属は少なくともCeを含み、前記無機物担体1
00重量部に対し、Rhは0〜2重量%、Ptは0〜5
重量%、前記無機物担体100mol% に対し、Ceは0
〜0.4mol%であり、Mgは0.02〜0.18mol%を
有することを特徴とする排ガス浄化触媒。前記希土類金
属は2以上を有してもよい。
【0018】また、前記貴金属はRh及びPtからな
り、前記希土類金属はCeであり、前記アルカリ土類金
属はMgであり、前記無機物担体100重量部に対し、
Rhは0〜2重量%、Ptは0〜5重量%、前記無機物
担体100mol% に対し、Ceは0〜0.4mol% であ
り、Mgは0.02〜0.18mol%であることを特徴と
する。内燃機関から排出される酸素を含む排ガス中の窒
素酸化物を還元浄化することができる。前記Ceはさら
に、0.06〜0.35mol% であることが好ましく、更
に0.10〜0.25mol% であることがより好ましい性
能を有することができる。前記Mgはさらに、0.04
〜0.10mol% であることが好ましく、更に0.06〜
0.09mol% であることがより好ましい。
【0019】また、内燃機関から排出される排ガス中の
窒素酸化物を浄化する排ガス浄化触媒であって、無機物
担体と該無機物担体上に少なくとも一つの希土類金属が
担持され、該希土類金属上にRh,Pt,Pdの少なく
とも一つの貴金属が担持され、該貴金属上に少なくとも
一つのアルカリ土類金属の酸化物を担持されたことを特
徴とする。
【0020】前記アルカリ土類金属は少なくともMgを
含み、前記貴金属はRhとPtであり、Ptが担持さ
れ、該Ptが担持された上にRhが担持されたことを特
徴とする排ガス浄化触媒。前記希土類金属は少なくとも
Ceを有することがより好ましい。
【0021】前記順序で触媒を形成することにより、貴
金属の分散性を良好に保つことができる。
【0022】内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸
化物を浄化する排ガス浄化触媒であって、Rhと、Pt
或いはPdの少なくとも一つの貴金属と少なくともCe
を含む希土類金属及び少なくともMgを含むアルカリ土
類金属の酸化物を有する第1の成分と、Rhと、Pt或
いはPdの少なくとも一つの貴金属と少なくとも一つの
希土類金属及び少なくとも一つのアルカリ土類金属の酸
化物を有する第2の成分とを有することを特徴とする。
【0023】第1の成分は無機物担体上にRhと、Pt
或いはPdの少なくとも一つの貴金属と少なくともCe
を含む希土類金属及び少なくともMgを含むアルカリ土
類金属の酸化物を担持したものであり、第2の成分は無
機物担体上にRhと、Pt或いはPdの少なくとも一つ
の貴金属と少なくとも一つの希土類金属及び少なくとも
一つのアルカリ土類金属の酸化物を担持したとものであ
ることができる。
【0024】第1の成分の粒と第2の成分の粒とを混合
して、基体上に担持する事が好ましい。
【0025】第1の成分の、前記希土類金属は少なくと
もCeを有し、前記第2の成分の、前記希土類金属はL
aであり、前記アルカリ土類金属はBaであることがで
きる。これにより、それぞれを単独で用いるより2成分
の相互作用によりさらに窒素酸化物を浄化できる。
【0026】また、内燃機関から排出される酸素を含む
排ガス中の窒素酸化物を還元浄化する触媒は前記無機物
担体としてLaとβ−アルミナの複合酸化物(La−β
−アルミナ)及びγ−Al23の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする。
【0027】前記無機物担体としては、各種のAl
23,TiO2,SiO2,ZrO2,MgO等の多孔質
金属酸化物が適用できるが、γ−Al23では良好な窒
素酸化物浄化能と比較的高い耐熱性が、Al23とLa
の層状複合酸化物であるLa−β−Al23では優れた
耐熱性が得られる。
【0028】前記の如く製造された触媒は、粉末,粒
状,ペレット状,ハニカム状などの形状で使用でき、コ
ージェライト,メタルハニカムなど任意の多孔質ハニカ
ムに担持して使用することもできる。
【0029】内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸
化物を浄化する触媒の製造方法として、無機物担体に、
少なくとも一つの希土類金属を担持すること、Rh,P
t,Pdの少なくとも一つの貴金属を該希土類金属の担
持物に担持すること、少なくとも一つのアルカリ土類金
属を該貴金属の担持物に担持すること、を含むことを特
徴とする。本発明の方法により、高浄化率を得る触媒を
得る事ができる。また、貴金属の分散性が良好な触媒を
得ることができる。
【0030】前記製造方法において、前記アルカリ土類
金属は少なくともMgを含み、前記貴金属はRhの化合
物及びPtであり、Ptを担持した後にRhを担持する
ことを特徴とする。前記希土類金属は少なくともCeを
含むことが好ましい。
【0031】例えば、無機物担体に、少なくとも一つの
希土類金属の化合物の溶液を含浸すること、該化合物が
分解する温度において該含浸物を焼成すること、Rh,
Pt,Pdの少なくとも一つの貴金属の化合物の溶液を
該焼成物に含浸すること、該貴金属の化合物が分解する
温度において該貴金属の化合物の含浸物を焼成するこ
と、少なくともMgを含むアルカリ土類金属の化合物の
溶液を貴金属の化合物を有する該焼成物に含浸すること
及び該アルカリ土類金属の化合物が分解する温度におい
て該アルカリ土類金属の化合物の含浸物を焼成するこ
と、の工程を含むことができる。
【0032】上記触媒調製に用いる金属化合物には、硝
酸化合物,酢酸化合物,塩酸化合物,硫酸化合物,炭酸
化合物などが適用でき、本発明はこれらの金属化合物の
種類に限定されるもではない。
【0033】本発明の触媒調製方法として、無機物担体
に貴金属,希土類金属さらにはアルカリ土類金属を担持
する方法には含浸法,湿式あるいは乾式の混練法など従
来公知の方法が適用できる。共沈法,ゾルゲル法等を用
いて担体へ触媒活性成分を含有させても良い。
【0034】内燃機関の排ガスを触媒に接触させて排ガ
ス中の窒素酸化物を浄化する内燃機関の排ガスの浄化方
法において、前記触媒は触媒無機物担体上にRh,P
t,Pdの少なくとも一つと希土類金属及びアルカリ無
機物担体上にRh,Pt,Pdの少なくとも一つの貴金
属と及び少なくともMgを含むアルカリ土類金属の酸化
物を担持したものであり、前記触媒に酸素体積濃度が
1.0%〜1.7%(好ましくは1.2%)以下の排ガス
と接触させた後に、該1.0%〜1.7% (好ましくは
1.2%)以上の排ガスと接触させることを交互に行うこ
とを特徴とする。本発明は、また、内燃機関の燃焼条件
(空燃比)を制御して排ガス中の酸素体積濃度を1.0
%〜1.7%以下を実現し、しかる後に、同様に空燃比
を制御して酸素体積濃度を1.0%〜1.7%以上とする
ことにより高空燃比で運転される内燃機関から排出され
る排ガス中の窒素酸化物を効果的に還元浄化することが
できる。
【0035】本発明は前記酸素体積濃度を1.0%〜1.
7%以上で運転する時間を例えば3〜5分や10分位に
して、前記酸素体積濃度を1.0%〜1.7%以下で運転
する時間を例えば各々10〜30秒や1分にすることが
できる。
【0036】前記時間は、前記酸素体積濃度を1.0%
〜1.7%以上で運転する時間は、その酸素体積濃度で
運転した際に、窒素酸化物の浄化率が低下して所定の値
に近づく場合は、窒素酸化物の浄化率が所定の値になる
までの時間とすることができる(例えば3〜5分)。1
分位でもよい。或いはほぼ所定の値になった時間より後
までとすることができる(例えば、10分,30分
等)。前記所定の値は浄化率が30〜40%とすること
ができる。より高浄化率にする際は50〜60%、さら
に高浄化率に設定する場合は80%等に設定することが
できる。
【0037】前記酸素体積濃度を1.0%〜1.7%以下
とする時間は、10〜30秒、或いは1分〜3分とする
ことができる。この時間は触媒の窒素酸化物の浄化率が
所定の値に回復するまでの時間とすることができる。前
記所定の値は例えば80或いは90〜100%にするこ
とができる。実質100%とすることができる。
【0038】また、本発明は、内燃機関の排気系に設置
された窒素酸化物の浄化触媒及び酸素濃度検出手段を備
え、吸気系に燃焼噴射弁及び空気量調節弁を備えた排ガ
ス浄化装置において、前記触媒は、無機物担体上にR
h,Pt,Pdの少なくとも一つと希土類金属及び少な
くともMgを含むアルカリ土類金属の酸化物を担持した
ものであり、前記酸素濃度検出手段により検出した酸素
濃度を入力し、排ガス中の酸素体積濃度が1.0%〜1.
7%以下とした後に、該1.0%〜1.7%以上とするこ
とを交互に行うように燃焼噴射弁及び空気量調節弁を制
御するコントロール部を有することを特徴とする。
【0039】前記1.0%〜1.7%以上或いは以下にす
る時間は排ガス中の窒素酸化物の浄化率を測定(或いは
換算)するセンサー或いはさらに演算手段を備え、前記
に示した時間の何れかを設定して酸素濃度を制御するこ
とが好ましい。
【0040】本発明は、また、空燃比の制御にあたり、
酸素濃度センサー或いは空燃比(A/F)センサー等の
酸素濃度検出手段を内燃機関排ガス流路の触媒上流に設
置して排ガス中の酸素濃度を検出し、酸素体積濃度を
1.0%〜1.7%以下での運転と酸素体積濃度を1.0
%〜1.7%以上での運転を交互に行わしめ、かつそれ
ぞれの運転時間を最適に制御することにより、排ガス中
の窒素酸化物を効果的に還元浄化することを特徴とす
る。
【0041】自動車を例に、酸素センサーを用いた場合
のシステム構成例を図1に、使用触媒例を図2に、制御
システムフローを図3に示した。図1においてエンジン
1の後流の排ガス流路2に触媒3が触媒3の上流に酸素
濃度センサー8が設置され、センサーの出力はコンピュ
ータコントロール部9に伝えられ、エンジン1の運転空
燃比はコンピュータコントロール部9の出力で制御され
る。図3において、酸素濃度センサー出力が所定酸素濃
度(例えば1.2% )以下のときタイマーT1の設定時
間の間酸素体積濃度を1.2% 以下の運転が継続され、
酸素濃度センサー出力が所定酸素濃度(例えば1.2%
)以上のときタイマーT2の設定時間の間酸素体積濃
度を1.2% 以上での高空燃比の運転が継続される。酸
素体積濃度を1.0%〜1.7%以下での運転と酸素体積
濃度を1.0%〜1.7%以上での運転を交互に繰返し触
媒の性能を高度に発揮せしめることも本発明の範疇に属
する。
【0042】本触媒は、高空燃比で運転される内燃機
関、すなわちリーンバーン自動車エンジンやディーゼル
エンジンなど、から排出される排ガス中の窒素酸化物の
還元浄化に、少なくとも酸素,一酸化炭素,炭化水素及
び窒素酸化物を含むガス中の窒素酸化物の還元浄化に適
用することができる。
【0043】本触媒は、触媒温度:100℃以上800
℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下、酸素濃
度:0%以上20%以下、還元剤としての炭化水素濃度
と窒素酸化物濃度と割合はC/N原子比で0.5 以上1
0以下、好ましくは1〜5程度で、有効に機能する。
【0044】
【作用】本発明により、高空燃比で運転される内燃機関
から排出される排ガスを高効率で浄化できる。また、耐
久性の高い触媒,浄化装置を提供できる。
【0045】酸素過剰及び炭化水素共存下で窒素酸化物
を浄化する反応機構については今後の検討に待つところ
が多いが、本発明において使用される触媒は次の作用機
構を有しているものと考えられる。
【0046】Pt,Pd,Rh、等を活性成分とするい
わゆる三元触媒に相当する触媒成分は、窒素酸化物と炭
化水素とからN2 を生成させる反応場となる。アルカリ
土類金属や希土類金属を上記貴金属成分に添加すること
で、NOxの吸着状態は貴金属単身のときに比べて変化
し、また、アルカリ土類金属や希土類金属は酸素との結
合性が強いため、NOx中のOを吸収してN2 まで反応
を進めやすくしていると考えられる。
【0047】一方、本発明の触媒は、酸素濃度1.0%
〜1.7%以下のガスに接触させ、しかる後に酸素濃度
1.0%〜1.7%以上の排ガスに接触させた場合、後者
に含まれる窒素酸化物を効果的に還元浄化することがで
きる。その理由は次のように考えられる。
【0048】上述のように、NOxの還元浄化を進める
ためには生成する酸素の反応系外への円滑な排出が必要
となる。換言すれば酸素が触媒上に溜ってくると反応活
性は低下する。そこで、一旦還元雰囲気(ストイキガ
ス)にさらすことは、触媒上の酸素を取り除くことにな
り、触媒活性が向上すると考えられる。
【0049】γ−Al23100重量部に対して、Rh
0.3%,Pt1.6%,Mg0.08mol% およびCe
0.17mol%を含有する触媒(後述の実施例触媒7)を
用いてNO昇温脱離試験を行った。触媒試料を2cc反応
管に充填後、CO−He気流中で600℃まで昇温し一
旦触媒上の酸素を除去した。600℃、He気流中で2
0分保持した後、O2−He 気流中で50℃まで冷却、
50℃、He気流中で1時間以上保持して触媒を酸素に
触れさせた。続いてNO−Heガスを流通させ、NOを
飽和吸着させた後、He気流中で500℃まで昇温させ
吸着ガスを脱着させた。この時、出口ガス成分を四重極
質量分析法で測定し、図4の結果を得た。
【0050】図4において、100℃〜250℃及び3
70℃〜470℃にNO脱離が認められたがN2 生成は
ほとんど認められない。このことは、表面が酸素で覆わ
れると触媒のNOxとの反応性が低下することを示して
いる。
【0051】さらに、上記触媒を用いて過渡応答反応特
性を評価した。先ず、触媒試料0.5gを反応管に充填
し、CO−He気流中で600℃まで昇温して触媒上の
酸素を除去した。600℃、He気流中で20分保持し
た後、300℃まで冷却して保持した。He気流中で
(a)NO70ppm 、(b)C36250ppm 、(c)
NO70ppm をパルス導入して出口ガス成分を四重極質
量分析法で測定し、図5の結果を得た。結果は以下に要
約できる。
【0052】(a)NOパルス27回目まではN2のみ
が検出され、O2は生成していない。
【0053】28回目以降、NOが検出された。ここか
ら、酸素で被覆されていない触媒表面でNOのN2 への
還元浄化が起こり、ある程度表面に酸素が蓄積されると
NO浄化性能が低下することがわかる。下記反応が生じ
ていると考えられる。 NO+□→N2+Oad 「反応式1」 □:触媒活性点,ad:吸着を示す (b)C36をパルスで導入することによりCOが検出
され、4回目以降はC36が検出された。この結果は、
表面酸素と炭化水素の反応式2が起き、触媒活性点の再
生が起きていることを示唆している。
【0054】 Oad+C36→CO+□ 「反応式2」 (c)NOのパルス導入ではN2 生成のみが確認され
た。上記反応式1によるN2生成を示唆している。
【0055】以上から、NOx浄化のためには触媒表面
酸素の除去が重要であることがほぼ明らかである。
【0056】自動車の内燃機関から排出される排気ガス
中の酸素濃度は、A/Fにより変化する。従って、排ガ
ス中の酸素濃度をA/Fで制御すること、1.0%〜1.
7%以上または以下の酸素にさらされる時間を酸素セン
サーなどの出力信号に基づいて制御することにより、効
果的にNOxを浄化することが可能となる。
【0057】また、無機物担体は触媒活性成分(Rh,
Pt,Pd,Mg,Ce)を高分散担持させるものであ
る。1000℃以上の耐熱性のあるLa−β−Al23
では、850℃においても高い表面積を維持しているこ
とから、触媒活性成分の熱による凝集を防げ、高い耐熱
性を達成できる。
【0058】また、本発明の触媒はMgを有するため、
特に前記のように貴金属を担持した後にMgを担持する
ことで貴金属の結晶性が増し、窒素酸化物の還元反応
(例えばNOx→N2 )をより進みやすくすることがで
きる。本触媒は表面解析の結果、Mg等を任意に担持し
たものより、還元反応性の高いRh−Rhがさらに増加
します。本発明の順序で担持することにより、Rh−O
(Rh23)等より還元反応性の高いRh−Rhが増加す
るため、結晶性がより向上し活性が高くなり浄化反応が
より進みやすくなります。
【0059】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるも
のではない。
【0060】本発明により、窒素酸化物を高効率で浄化
することが可能であり、自動車エンジン等の内燃機関か
らの燃焼排ガスや調理器具などの民生用製品からの燃焼
排ガスや、工場や火力発電所のボイラーなどから排出さ
れる燃焼排ガスなど、広範囲の排ガス中の窒素酸化物を
効率よく浄化することが可能になる。
【0061】「実施例1」粒径1mm以上2mm未満のγ−
Al23に硝酸Ce水溶液を含浸し、約100℃で約2
時間乾燥後、約600℃で2時間焼成した。続いて、硝
酸マグネシウム水溶液を含浸し同様に乾燥,焼成を行っ
た。さらに硝酸Rh溶液,ジニトロジアンミンPt硝酸
溶液の順で同様に水溶液の含浸、乾燥,焼成を行った。
以上により、γ−Al23100に対して、Rh0.3
wt% ,Pt1.6wt% ,Mg0.08mol%および
Ce0.17mol%を含有する実施例触媒1を得た。
【0062】同様の方法で、Mgを他のアルカリ土類金
属に、Ceを他の希土類金属に置き換えた実施例触媒2
〜9を得た。アルカリ土類金属および希土類金属の担持
量はそれぞれ0.08mol%および0.17mol%とした。
複数のアルカリ土類金属を有するものは、実施例3〜7
は、Mgが他のアルカリ土類金属より低い割合になるよ
うにし、実施例8,9はそれぞれの成分を0.08mol%
加えた。
【0063】下記に示すものだけでなく、貴金属が一種
(例えばRh等)でもよい。より好ましくは下記のよう
に2以上を有するようにする。
【0064】調製した触媒の組成をまとめて表1に示
す。
【0065】
【表1】
【0066】(実験例1)上記実施例触媒について次の
条件で窒素酸化物の浄化性能試験を行った。触媒3cm3
を、パイレックス製反応管に充填した。これを、電気炉
により外から加熱し、150℃にした後、酸素を過剰に
含む排ガスのモデルガス(以下リーンモデル排ガス)と
してNO:0.06%,C36:0.04%,CO:0.
1%,CO2:10%,O2:4%,水蒸気10%,残部
窒素なるガスを空間速度60,000h-1で流通させつ
つ、300℃で定常反応を行わせた。
【0067】以上の操作により浄化された窒素酸化物の
濃度を、化学発光法で測定し、NOx浄化率を求めた。N
Ox浄化率は触媒層入口に対する出口での窒素酸化物の
除去率であり次式に従って算出した。
【0068】
【数1】
【0069】得られた結果を表2に示した。
【0070】
【表2】
【0071】(実験例2)また、上記実施例触媒を次の
条件で窒素酸化物の浄化性能試験を行った。触媒3cm3
を、パイレックス製反応管に充填した。これを、電気炉
により外から加熱し、150℃にした後、酸素をあまり
含まない排ガスのモデルガス(以下ストイキモデル排ガ
ス)として、NO:0.1%,C36:0.05%,C
O:0.6%,O2:0.6%,水蒸気10%,窒素残部な
るガスを空間速度60,000h-1 で流通させつつ、1
0℃/mの速度で550℃まで昇温して反応を行わせ
た。
【0072】以上の操作の後、触媒温度を150℃まで
冷却した後、実験例1と同様の反応操作を行った。即
ち、リーンモデル排ガスとしてNO:0.06%,C3
6:0.04%,CO:0.1%,CO2:10%,O2
4%,水蒸気10%,窒素残部なるガスを空間速度6
0,000h-1 で流通させつつ、10℃/mの速度で5
50℃まで昇温して反応を行わせた。
【0073】窒素酸化物濃度の測定法,除去率算出法は
実験例1と同様とした。
【0074】得られた結果を表3に示した。
【0075】
【表3】
【0076】「比較例1」γ−Al23100に対し
て、Rh0.3wt%,Pt1.6wt%およびCe0.
17mol%を含有する触媒、比較例触媒1を、Mgを含
まない以外は実施例1と同じ方法で、調製した。
【0077】実験例2と同様の方法で、比較例触媒1の
窒素酸化物の浄化性能試験を行った。得られた結果を表
4に示した。
【0078】
【表4】
【0079】「実施例2」実施例1と同様の方法で、P
tに替えてPdをPtと同量担持した、実施例触媒10
を調製した。実験例2に従って性能を評価し、表5の結
果を得た。
【0080】
【表5】
【0081】「実施例3」粒径1mm以上2mm未満のγ−
Al23に硝酸Ce水溶液を含浸し、約100℃で約2
時間乾燥後、約600℃で2時間焼成した。続いて、硝
酸Rh,ジニトロジアンミンPt溶液の順で同様に水溶
液の含浸,乾燥,焼成を行った。さらに、硝酸Mg水溶
液を含浸し、約100℃で約2時間乾燥後、約600℃
で2時間焼成した。すなわち、Mgを各成分の内で最後
に担持した。以上により、γ−Al23100に対し
て、Rh0.3wt%,Pt1.6wt%,Mg0.04m
ol%およびCe0.09mol%を含有する実施例触媒11
を得た。
【0082】また、上記と同様の方法でCe続いてMg
を担持した、Mg0.04mol%,Ce0.09mol%を含
有する(RhとPtを含まない)実施例触媒12を得
た。実験例2に従って性能を評価し表6に示すNOx浄
化率を得た。Mgを貴金属担持後に担持する実施例触媒
11は先述の実施例触媒1より高いNOx浄化率を示
す。
【0083】
【表6】
【0084】「実施例4」コージェライトハニカム(4
00セル/in2 )に、実施例触媒1を100g/lウ
オッシュコートし600℃で2時間焼成して、実施例触
媒13を得た。
【0085】実施例触媒13の6cm3 を、パイレックス
製反応管に充填した。これに、モデル排ガスを流通させ
つつ、電気炉により外から加熱し、300℃で反応を行
わせた。反応ガスは、実験例1に記載のリーンモデル排
ガスをベースとし、但し、酸素濃度のみを0%から1.
7%の範囲で各種に変化させた。SVは30,000h
-1とした。
【0086】結果を図6に示した。酸素濃度1.0%〜
1.4%以下ではNOx浄化率はほぼ100%であり、
酸素濃度1.0%〜1.4%以上の高酸素濃度でも高いN
Ox浄化率を得た。
【0087】「実施例5」実施例触媒1の300gを容
積1.7L のコジェライトハニカムにコーティング(1
80g−触媒/L−ハニカム)して実施例触媒14を得
た。このハニカム触媒を排気容量3000ccのエンジン
を搭載した乗用車の床下に搭載し、10−15モードで
運転してNOx浄化率を測定した。ストイキ運転時はほ
ぼ100%、リーン運転時には50%のNOx浄化率が
得られた。
【0088】「実施例6」実施例触媒14に、実験例1
及び2に記載の実験装置により、反応温度300℃で実
験例1及び2に記載のリーンモデルガスとストイキモデ
ルガスを3分間毎に交互に切り替えて流通させ、NOx
浄化率を求めた。
【0089】NOx浄化率はストイキ時はほぼ100
%、リーン時は50%〜100%であり、この性能は繰
り返し再現した。
【0090】「実施例7」実施例触媒1を空気中700
℃で50時間処理し、300℃のストイキモデルガスに
20分間さらした後、実験例2に従ってリーンモデルガ
スのNOx浄化率を測定した。結果を表7に示した。7
00℃における耐久性は良好であった。
【0091】
【表7】
【0092】「実施例8」実施例1に従って実施例触媒
15を製造した。但し、γ−Al23に替わりLaを1
0mol% 有したアルミナ複合酸化物(La−β−Al2
3)を担体とした。実験例2に従ってNOx浄化率を
求めた。また、実施例8に従って耐久性試験を行った。
結果を表8に示した。
【0093】
【表8】
【0094】「実施例9」粒径1μmのγ−Al23
硝酸Ceとを湿式混練し、約100℃で約2時間乾燥
後、約600℃で1時間焼成した。続いて、硝酸Rh,
ジニトロジアンミンPt溶液の順で同様に湿式混練,乾
燥,焼成を行った。さらに、硝酸Mgを湿式混練により
含有させ、約100℃で約2時間乾燥後、約600℃で
2時間焼成した。以上により、γ−Al23100に対
して、Rh0.3wt%,Pt1.6wt%,Mg0.0
4mol%およびCe0.09mol%を含有する実施例触媒
16を得た。
【0095】実施例触媒16と同様の方法で、粒径1μ
mのγ−Al23に、先ずLa0.17mol%を、続いてB
a0.08mol%を、続いてPt1.6wt%を担持し、
実施例触媒17を得た。
【0096】実施例触媒16と実施例触媒17を重量比
で1:1になるように乾式混合した後、1〜2mmに成型
し、続いて600℃で1時間焼成して実施例触媒18を
得た。実験例2に従ってNOx浄化率を求め、表9の結
果を得た。
【0097】実施例触媒18では広い温度範囲で高いN
Ox浄化率が得られる。
【0098】
【表9】
【0099】「実施例10」実施例触媒11の、Ce,
Mg,PtおよびRhの含有量をそれぞれ、Ceについ
て0〜0.25mol%の範囲で、Mgについて0〜0.1
6mol%の範囲で、Ptについて0〜3.0wt%の範囲
で、Rhについて0〜0.5wt%の範囲で変化させた
触媒を調製し、実験例1の方法により、300℃一定に
おける定常反応性能を評価した。結果を表10に示す。
【0100】
【表10】
【0101】
【発明の効果】実施例から明らかのように、本発明によ
れば、酸素を含む排ガスから、窒素酸化物を高効率で浄
化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】酸素センサーを利用したときの排気ガス浄化装
置の系統図。
【図2】本発明の実施例に関わる排気ガス浄化触媒のハ
ニカムコート例。
【図3】図1に係るA/Fを制御するためのフローチャ
ート例。
【図4】O2 酸化処理後のNO昇温脱離測定結果の概要
図。
【図5】過渡応答反応結果を示す概要図。
【図6】実験例4の結果を示す概要図。
【符号の説明】
1…エンジン、2…排ガス流路、3…触媒、4…自動
車、5…ハニカム、6…ハニカム部、7…触媒部、8…
酸素濃度センサー、9…コンピュータコントロール部。
───────────────────────────────────────────────────── 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 F01N 3/28 ZAB Q B01D 53/36 102 B 102 H (72)発明者 加藤 明 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮寺 博 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 北原 雄一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 徳田 博厚 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸
    化物を浄化する排ガス浄化触媒であって、無機物担体上
    にRh,Pt,Pdの少なくとも一つの貴金属と少なく
    とも一つの希土類金属及び少なくともMgを含むアルカ
    リ土類金属の酸化物を担持したことを特徴とする排ガス
    浄化触媒。
  2. 【請求項2】請求項1の触媒において、前記貴金属はR
    hと、Pt或いはPdの少なくとも一つからなり、前記
    希土類金属は少なくともCeを含むことを特徴とする排
    ガス浄化触媒。
  3. 【請求項3】請求項1の触媒において、前記貴金属はR
    h及びPtからなり、前記希土類金属はCeであり、前
    記アルカリ土類金属はMgであることを特徴とする。
  4. 【請求項4】請求項1の触媒において、前記貴金属はR
    h及びPtからなり、前記希土類金属はCeであり、前
    記アルカリ土類金属はMgであり、前記無機物担体10
    0重量部に対し、Rhは0〜2重量%、Ptは0〜5重
    量%、前記無機物担体100mol%に対し、Ceは0〜
    0.4mol%であり、Mgは0.02〜0.18mol%であ
    ることを特徴とする内燃機関から排出される酸素を含む
    排ガス中の窒素酸化物を還元浄化する触媒。
  5. 【請求項5】内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸
    化物を浄化する排ガス浄化触媒であって、無機物担体と
    該無機物担体上に少なくとも一つの希土類金属が担持さ
    れ、該希土類金属上にRh,Pt,Pdの少なくとも一
    つの貴金属が担持され、該貴金属上に少なくとも一つの
    アルカリ土類金属の酸化物を担持されたことを特徴とす
    る排ガス浄化触媒。
  6. 【請求項6】請求項5において、前記アルカリ土類金属
    は少なくともMgを含み、前記貴金属はRhとPtであ
    り、Ptが担持され、該Ptが担持された上にRhが担
    持されたことを特徴とする排ガス浄化触媒。
  7. 【請求項7】内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸
    化物を浄化する排ガス浄化触媒であって、Rhと、Pt
    或いはPdの少なくとも一つの貴金属と少なくともCe
    を含む希土類金属及び少なくともMgを含むアルカリ土
    類金属の酸化物を有する第1の成分と、Rhと、Pt或
    いはPdの少なくとも一つの貴金属と少なくとも一つの
    希土類金属及び少なくとも一つのアルカリ土類金属の酸
    化物を有する第2の成分とを有することを特徴とする排
    ガス浄化触媒。
  8. 【請求項8】請求項1〜7において、前記無機物担体と
    してLaとβ−アルミナの複合酸化物(La−β−アル
    ミナ)及びγ−Al23の少なくとも一つを含むことを
    特徴とする内燃機関から排出される酸素を含む排ガス中
    の窒素酸化物を還元浄化する触媒。
  9. 【請求項9】無機物担体に、少なくとも一つの希土類金
    属を担持すること、Rh,Pt,Pdの少なくとも一つ
    の貴金属を該希土類金属の担持物に担持すること、少な
    くとも一つのアルカリ土類金属を該貴金属の担持物に担
    持すること、を含むことを特徴とする内燃機関から排出
    される排ガス中の窒素酸化物を浄化する触媒の製造方
    法。
  10. 【請求項10】請求項9において、前記アルカリ土類金
    属は少なくともMgを含み、前記貴金属はRhの化合物
    及びPtであり、Ptを担持した後にRhを担持するこ
    とを特徴とする内燃機関から排出される排ガス中の窒素
    酸化物を浄化する触媒の製造方法。
  11. 【請求項11】内燃機関の排ガスを触媒に接触させて排
    ガス中の窒素酸化物を浄化する内燃機関の排ガスの浄化
    方法において、前記触媒は無機物担体上にRh,Pt,
    Pdの少なくとも一つの貴金属と少なくとも一つの希土
    類金属及び少なくともMgを含むアルカリ土類金属の酸
    化物を担持したものであり、前記触媒に酸素体積濃度が
    1.0%〜1.7%以下の排ガスと接触させた後に、該
    1.0%〜1.7%以上の排ガスを接触させることを交互
    に行うことを特徴とする内燃機関の排ガスの浄化方法。
  12. 【請求項12】内燃機関の排気系に設置された窒素酸化
    物の浄化触媒及び酸素濃度検出手段を備え、吸気系に燃
    焼噴射弁及び空気量調節弁を備えた排ガス浄化装置にお
    いて、前記触媒は、無機物担体上にRh,Pt,Pdの
    少なくとも一つと希土類金属及び少なくともMgを含む
    アルカリ土類金属の酸化物を担持したものであり、前記
    酸素濃度検出手段により検出した酸素濃度を入力し、排
    ガス中の酸素体積濃度が1.0%〜1.7%以下とした後
    に、該1.0%〜1.7%以上とすることを交互に行うよ
    うに燃焼噴射弁及び空気量調節弁を制御するコントロー
    ル部を有することを特徴とする排ガス浄化装置。
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