JPH08192051A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

排ガス浄化用触媒

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JPH08192051A
JPH08192051A JP7004396A JP439695A JPH08192051A JP H08192051 A JPH08192051 A JP H08192051A JP 7004396 A JP7004396 A JP 7004396A JP 439695 A JP439695 A JP 439695A JP H08192051 A JPH08192051 A JP H08192051A
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Toshiyuki Tanaka
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Naoto Miyoshi
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Hiromasa Suzuki
宏昌 鈴木
Osamu Ogawa
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】担体を改良してSOx を吸着しにくくすること
で、NOx 吸蔵材の硫黄被毒を防止する。 【構成】チタン(Ti)とジルコニウム(Zr)の複合
酸化物よりなる担体と、アルカリ金属、アルカリ土類金
属及び希土類元素の中から選ばれ担体に担持されたNO
x 吸蔵材と、担体に担持された触媒貴金属と、からなる
排ガス浄化用触媒。 【効果】Ti−Zr複合担体とすることにより耐熱性と
酸性度が向上するので、担体のSOx の吸着作用が低下
してNOx 吸蔵材の硫黄被毒が防止され、NOx 浄化性
能の耐久性に優れる。

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
から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒に関
し、さらに詳しくは、酸素過剰の排ガス、すなわち排ガ
ス中に含まれる一酸化炭素(CO)、水素(H2 )及び
炭化水素(HC)等の還元性成分を完全に酸化するのに
必要な酸素量より過剰の酸素を含む排ガス中の、窒素酸
化物(NOx )を効率良く還元浄化できる排ガス浄化用
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 の還元とを同時に行
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(Rh)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。また、酸素吸蔵能をもつセリア(セリウム
酸化物)を併用し、低温活性を高めた三元触媒も知られ
ている。
【0003】一方、近年、地球環境保護の観点から、自
動車などの内燃機関から排出される排ガス中の二酸化炭
素(CO2 )が問題とされ、その解決策として酸素過剰
雰囲気において希薄燃焼させるいわゆるリーンバーンが
有望視されている。このリーンバーンにおいては、燃費
が向上するために燃料の使用が低減され、その燃焼排ガ
スであるCO2 の発生を抑制することができる。
【0004】これに対し、従来の三元触媒は、空燃比が
理論空燃比(ストイキ)において排ガス中のCO,H
C,NOx を同時に酸化・還元し、浄化するものであっ
て、前記三元触媒はリーンバーン時の排ガスの酸素過剰
雰囲気下においてはNOx の還元除去に対しては充分な
浄化性能を示さない。このため、酸素過剰雰囲気下にお
いてもNOx を浄化しうる触媒及び浄化システムの開発
が望まれている。
【0005】そこで本願出願人は、先にアルカリ土類金
属とPtをアルミナなどの多孔質担体に担持した排ガス
浄化用触媒(特開平5−317652号公報)や、ラン
タンとPtを多孔質担体に担持した排ガス浄化用触媒
(特開平5−168860号公報)を提案している。こ
れらの排ガス浄化用触媒によれば、リーン側ではNOx
がアルカリ土類金属の酸化物やランタンの酸化物(NO
x 吸蔵材)に吸蔵され、それがストイキ又はリッチ側の
過渡域において発生するHCやCOなどの還元性成分と
反応して浄化されるため、リーン側においてもNOx
浄化性能に優れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで排ガス中に
は、燃料中に含まれる硫黄(S)が燃焼して生成したS
x が含まれている。このSOx は、リーン側で触媒金
属により酸化され、また水蒸気との反応も加わって、亜
硫酸イオンや硫酸イオンが生成する。そしてこれらがN
x 吸蔵材と反応して亜硫酸塩や硫酸塩が生成すると、
NOx 吸蔵材によるNOx 吸蔵作用が損なわれ浄化性能
が低下するという硫黄被毒が生じることが明らかとなっ
た。
【0007】そして従来の排ガス浄化用触媒では、吸着
作用に優れた活性アルミナを担体として使用している
が、活性アルミナ担体はSOx をも吸着し易いという性
質があることから、上記硫黄被毒が促進されるという現
象もあった。本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、担体を改良してSOxを吸着しにくくする
ことで、NOx 吸蔵材の硫黄被毒を防止することを目的
とする。
【0008】
【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、チタン(Ti)とジルコニウ
ム(Zr)の複合酸化物よりなる担体と、アルカリ金
属、アルカリ土類金属及び希土類元素の中から選ばれ担
体に担持されたNOx 吸蔵材と、担体に担持された触媒
貴金属と、からなることを特徴とする。
【0009】また第2発明の排ガス浄化用触媒は、チタ
ン(Ti)とジルコニウム(Zr)及びイットリウム
(Y)の複合酸化物よりなる担体と、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属及び希土類元素の中から選ばれ担体に担
持されたNOx 吸蔵材と、担体に担持された触媒貴金属
と、からなることを特徴とする。
【0010】
【作用】第1発明の排ガス浄化用触媒では、担体がTi
−Zr複合酸化物から構成されている。チタン(Ti)
とジルコニウム(Zr)の複合酸化物よりなる担体は、
アルミナに比べて硫酸イオンや亜硫酸イオンを吸着しに
くく、また吸着した硫酸イオンや亜硫酸イオンにより生
成したNOx吸蔵材の硫酸塩や亜硫酸塩は低温で容易に
分解する。
【0011】したがって担持されているNOx 吸蔵材と
硫酸イオンや亜硫酸イオンが接触する確率が低下し、ま
たNOx 吸蔵材の硫黄被毒が防止される一方、NOx
蔵材とNOx とが接触する確率が増大する。これにより
NOx 浄化能が向上する。また、SOx とNOx 吸蔵材
とが反応して複合酸化物を生成するのが防止されるの
で、その複合酸化物によりNOx 吸蔵材のNOx 吸蔵作
用が損なわれるのが防止され、耐久性が向上する。
【0012】さらに、担体をTi−Zr複合酸化物とす
ることにより複合安定化の効果が得られ、耐熱性と酸性
度が向上する。したがって触媒性能の向上と、SOx
着作用の低下による硫黄被毒の防止の両立に効果的であ
る。そして第2発明のように、担体にイットリウム
(Y)をさらに複合化することにより、アナターゼ型T
iO2 からルチル型TiO2 への転移が抑制され、担体
比表面積の低下が抑えられるため耐熱性が一層向上す
る。
【0013】
【実施例】
〔発明の具体例〕担体を構成するTiとZrの比率は特
に制限されないが、Zr/(Ti+Zr)で示されるZ
rのモル分率が0.2〜0.5の範囲とするのがよい。
モル分率がこの範囲を外れると、担体の比表面積が減少
したり、酸性度(酸点の数)の向上が期待できず、その
結果Ti−Zr複合担体とした効果が低下するという問
題がある。
【0014】担体は、モノリス担体基材、メタル担体基
材あるいはペレット基材表面に担持層として被覆形成す
ることができる。また担体自体からモノリス担体基材や
ペレット担体基材を形成してもよい。担体に担持された
NOx 吸蔵材としては、アルカリ金属、アルカリ土類金
属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種が用いら
れる。アルカリ金属としてはリチウム、ナトリウム、カ
リウム、セシウムが挙げられる。また、アルカリ土類金
属とは周期表2A族元素をいい、バリウム、マグネシウ
ム、カルシウム、ストロンチウムが挙げられる。また希
土類元素としては、スカンジウム、イットリウム、ラン
タン、セリウム、プラセオジム、ネオジムなどが例示さ
れる。
【0015】NOx 吸蔵材の含有量は、担体100gに
対して0.05〜1.0モルの範囲が望ましい。含有量
が0.05モルより少ないとNOx 吸蔵能力が小さくN
x浄化性能が低下し、1.0モルを超えて含有して
も、NOx 吸蔵能力が飽和すると同時にHCのエミッシ
ョンが増加するなどの不具合が生じる。触媒貴金属とし
ては、Pt、Rh、Pd、AuおよびAgの1種又は複
数種を用いることができ、Ptが特に望ましい。その担
持量は、いずれの貴金属でも、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。
【0016】なお、NOx 吸蔵材及び触媒貴金属を担体
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。 〔実施例〕以下、実施例により具体的に説明する。
【0017】(実施例1)チタニア(TiO2 )ゾルと
ジルコニア(ZrO2 )ゾルを、モル分率Zr/(Ti
+Zr)=0.2となるように混合し、攪拌した後80
℃で乾燥し500℃で5時間焼成して、Zr−Ti複合
酸化物からなる担体粉末を調製した。この担体粉末の所
定量を、所定濃度のジニトロジアンミン白金水溶液中に
浸漬し、5時間攪拌した後に蒸発乾固させ、大気中にて
300℃で3時間焼成して白金(Pt)を担持させた。
Ptの担持量は、担体100g(1L相当)に対してP
tが2gである。
【0018】次に、Ptが担持された担体粉末を、所定
濃度の酢酸バリウム水溶液中に浸漬し、5時間攪拌した
後に蒸発乾固させ、大気中にて300℃で3時間焼成し
てNOx 吸蔵材としてのバリウム(Ba)を担持させ
た。Baの担持量は、担体100g(1L相当)に対し
てBaが0.3molである。最後に、PtとBaが担
持された担体粉末を水素気流中にて500℃で3時間処
理し、実施例1の排ガス浄化用触媒粉末を調製した。
【0019】(実施例2)TiO2 ゾルとZrO2 ゾル
を、モル分率Zr/(Ti+Zr)=0.5となるよう
に混合して担体粉末を調製したこと以外は実施例1と同
様にして、実施例2の排ガス浄化用触媒粉末を調製し
た。 (実施例3)TiO2 ゾルとZrO2 ゾルを、モル分率
Zr/(Ti+Zr)=0.8となるように混合して担
体粉末を調製したこと以外は実施例1と同様にして、実
施例3の排ガス浄化用触媒粉末を調製した。
【0020】(実施例4)TiO2 ゾルとZrO2 ゾル
及び硝酸イットリウムを、モル分率Zr/(Ti+Z
r)=0.2、イットリウム(Y)が10モル%となる
ように混合して担体粉末を調製したこと以外は実施例1
と同様にして、実施例4の排ガス浄化用触媒粉末を調製
した。
【0021】(実施例5)TiO2 ゾルとZrO2 ゾル
及び硝酸イットリウムを、モル分率Zr/(Ti+Z
r)=0.5、イットリウム(Y)が10モル%となる
ように混合して担体粉末を調製したこと以外は実施例1
と同様にして、実施例5の排ガス浄化用触媒粉末を調製
した。
【0022】(実施例6)TiO2 ゾルとZrO2 ゾル
及び硝酸イットリウムを、モル分率Zr/(Ti+Z
r)=0.8、イットリウム(Y)が10モル%となる
ように混合して担体粉末を調製したこと以外は実施例1
と同様にして、実施例6の排ガス浄化用触媒粉末を調製
した。
【0023】(実施例7)四塩化チタンと硝酸ジルコニ
ル及び硝酸イットリウムを、モル分率Zr/(Ti+Z
r)=0.2、イットリウム(Y)が10モル%となる
ように攪拌混合し、中和剤として尿素及び炭酸アンモニ
ウムを用いて、共沈法により沈澱を得た。この沈澱を洗
浄し、80℃で乾燥し500℃で5時間焼成して、Zr
−Ti複合酸化物からなる担体粉末を調製した。
【0024】そして実施例1と同様にしてPtとBaを
担持し、実施例7の排ガス浄化用触媒を調製した。 (実施例8)四塩化チタンと硝酸ジルコニル及び硝酸イ
ットリウムを、モル分率Zr/(Ti+Zr)=0.
5、イットリウム(Y)が10モル%となるように攪拌
混合し、中和剤として尿素及び炭酸アンモニウムを用い
て、共沈法により沈澱を得た。この沈澱を洗浄し、80
℃で乾燥し500℃で5時間焼成して、Zr−Ti複合
酸化物からなる担体粉末を調製した。
【0025】そして実施例1と同様にしてPtとBaを
担持し、実施例8の排ガス浄化用触媒を調製した。 (実施例9)四塩化チタンと硝酸ジルコニル及び硝酸イ
ットリウムを、モル分率Zr/(Ti+Zr)=0.
8、イットリウム(Y)が10モル%となるように攪拌
混合し、中和剤として尿素及び炭酸アンモニウムを用い
て、共沈法により沈澱を得た。この沈澱を洗浄し、80
℃で乾燥し500℃で5時間焼成して、Zr−Ti複合
酸化物からなる担体粉末を調製した。
【0026】そして実施例1と同様にしてPtとBaを
担持し、実施例9の排ガス浄化用触媒を調製した。 (比較例1)所定量のアルミナ粉末を所定濃度のジニト
ロジアンミン白金水溶液中に浸漬し、5時間攪拌した後
に蒸発乾固させ、大気中にて300℃で3時間焼成して
白金(Pt)を担持させた。Ptの担持量は、アルミナ
担体100g(1L相当)に対してPtが2gである。
【0027】次に、Ptが担持されたアルミナ担体粉末
を、所定濃度の酢酸バリウム水溶液中に浸漬し、5時間
攪拌した後に蒸発乾固させ、大気中にて300℃で3時
間焼成してNOx 吸蔵材としてのバリウム(Ba)を担
持させた。Baの担持量は、アルミナ担体100g(1
L相当)に対してBaが0.3molである。最後に、
PtとBaが担持されたアルミナ担体粉末を水素気流中
にて500℃で3時間処理し、比較例1の排ガス浄化用
触媒粉末を調製した。
【0028】(比較例2)TiO2 粉末のみから担体粉
末を調製したこと以外は実施例1と同様にして、比較例
2の排ガス浄化用触媒粉末を調製した。 (比較例3)ZrO2 粉末のみから担体粉末を調製した
こと以外は実施例1と同様にして、比較例3の排ガス浄
化用触媒粉末を調製した。
【0029】以上、調製した各触媒の組成をまとめて表
2に示す。 (試験・評価)上記のそれぞれの排ガス浄化用触媒につ
いて、初期及び耐久後のNOx 浄化性能を試験した。試
験は、常法により粉末からペレット化されたそれぞれの
排ガス浄化用触媒0.5gを評価装置に配置し、表1に
示すリッチ側のモデル排ガスとリーン側のモデル排ガス
を2分毎に交互に繰り返して流速2L/minで流す過
渡域におけるNOx の初期浄化率を測定した。入りガス
温度は250℃、300℃、350℃の3水準について
測定した。結果を表2に示す。なお、NOx 浄化率は、
次式で定義される。
【0030】NOx 浄化率(%)=100×(1−出口
ガス中のNOx 濃度)/(入りガス中のNOx 濃度) また、それぞれの排ガス浄化用触媒に、入りガス温度6
00℃の条件で、SO 2 を400ppm含むリーン側の
モデル排ガスを4分間流し、次いでSO2 を400pp
m含むリッチ側のモデル排ガスを1分間流すのを1サイ
クルとして、それを触媒1g当たり15サイクル行う耐
久試験を施した。その後、上記初期浄化率の測定と同様
にして、過渡域における耐久後のNOx 浄化率を測定し
た。結果を表2に示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】表2より、各実施例の排ガス浄化用触媒
は、比較例1〜3に比べて耐久後のNOx 浄化性能に優
れていることがわかる。これは、アルミナ担体に比べて
Ti−Zr担体が硫黄を吸着しにくいことによるもので
ある。また実施例1〜3の排ガス浄化用触媒は、比較例
2,3に比べて初期及び耐久後のNOx 浄化率に優れて
いるが、これは複合酸化物としたことによる効果であ
り、耐熱性及び酸性度が向上したことに起因するもので
あると推察される。
【0034】さらに、実施例4〜9より、担体にイット
リウムをも複合化することで耐久後のNOx 浄化率が向
上していることも明らかであり、イットリウムの複合化
により耐熱性が向上していることが推察される。そして
各実施例どうしの比較より、TiO2 ゾルとZrO2
ルから複合担体を調製した場合(実施例1〜6)には、
モル分率Zr/(Ti+Zr)が大きくなるほどNOx
浄化率が低下する傾向があることがわかり、モル分率は
0.2〜0.5の範囲が特に好ましいこともわかる。ま
た共沈法により複合担体を調製した場合(実施例7〜
9)であっても、モル分率は0.2〜0.5の範囲が特
に好ましいことがわかる。
【0035】
【発明の効果】すなわち第1発明の排ガス浄化用触媒に
よれば、NOx 吸蔵材の硫黄被毒が防止されているの
で、NOx 浄化性能に優れた耐久性を示す。また第2発
明の排ガス浄化用触媒によれば、耐熱性が一層高くなる
ので耐久性が一層向上する。
───────────────────────────────────────────────────── 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 B01D 53/36 102 H B01J 23/56 301 A (72)発明者 川合 祐三 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 横田 幸治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 ▲高▼橋 直樹 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 田中 寿幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 三好 直人 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 鈴木 宏昌 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小川 修 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】 チタン(Ti)とジルコニウム(Zr)
    の複合酸化物よりなる担体と、 アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素の中か
    ら選ばれ該担体に担持されたNOx 吸蔵材と、 該担体に担持された触媒貴金属と、からなることを特徴
    とする排ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 チタン(Ti)とジルコニウム(Zr)
    及びイットリウム(Y)の複合酸化物よりなる担体と、 アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素の中か
    ら選ばれ該担体に担持されたNOx 吸蔵材と、 該担体に担持された触媒貴金属と、からなることを特徴
    とする排ガス浄化用触媒。
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