JPH0857312A - 高耐熱性排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

高耐熱性排気ガス浄化用触媒

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JPH0857312A
JPH0857312A JP6195693A JP19569394A JPH0857312A JP H0857312 A JPH0857312 A JP H0857312A JP 6195693 A JP6195693 A JP 6195693A JP 19569394 A JP19569394 A JP 19569394A JP H0857312 A JPH0857312 A JP H0857312A
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amorphous
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Shinji Tsuji
慎二 辻
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高温時の結晶性アルミネートと結晶性セリウム
酸化物の生成を防止して耐熱性を満足させるとともに、
ストイキ近傍の過渡域においても高いNOx浄化性能を
有するようにする。 【構成】次の組成式で表される非晶質アルミネートの担
体と、その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。 組成式 aMO・bCeO2 ・cAl2 3 (ここでMO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元素の酸化物、モル比a:cは
1:6〜1:3、モル比b:cは2:11〜3:11) 各元素を上記モル比の範囲とすることにより、800℃
〜1000℃の高温において各元素が均質に分散した非
晶質の状態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】本発明は排気ガス浄化用触媒に関
し、詳しくは耐熱性に優れ、高い耐熱性を長期間維持で
きる排気ガス浄化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の排気ガス浄化用触媒
として、CO及びHCの酸化とNOxの還元とを同時に
行って排気ガスを浄化する三元触媒が用いられている。
このような触媒としては、例えばコージェライトなどの
耐熱性担体基材にγ−アルミナからなる多孔質担体から
担持層を形成し、その担持層にPt,Pd,Rhなどの
貴金属触媒を担持させたものが広く知られている。
【0003】ところで、このような排気ガス浄化用触媒
の浄化性能は、エンジンの空燃比(A/F)によって大
きく異なる。すなわち、空燃比の大きい、つまり燃料濃
度が希薄なリーン側では排気ガス中の酸素量が多くな
り、COやHCを浄化する酸化反応が活発である反面N
Oxを浄化する還元反応が不活発になる。逆に空燃比の
小さい、つまり燃料濃度が濃いリッチ側では排気ガス中
の酸素量が少なくなり、酸化反応は不活発となるが還元
反応は活発になる。
【0004】一方、自動車の走行において、市街地走行
の場合には加速・減速が頻繁に行われ、空燃比はストイ
キ(理論空燃比)近傍からリッチ状態までの範囲内で頻
繁に変化する。このような走行における低燃費化の要請
に応えるには、なるべく酸素過剰の混合気を供給するリ
ーン側での運転が必要となる。したがってリーン側にお
いてもNOxを十分に浄化できる触媒の開発が望まれて
いる。
【0005】そこで本願出願人は、Baに代表されるア
ルカリ土類金属とPtを活性アルミナ担体に担持した触
媒(特願平4-130904号)を提案している。この触媒によ
れば、NOxはリーン側での運転時にアルカリ土類金属
などのNOx吸蔵材に吸蔵され、それがストイキ又はリ
ッチ側での運転となった時に排気ガス中に含まれるH
C、COなどの還元性ガスと反応して浄化されるため、
リーン側においてもNOxの浄化性能に優れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところがアルカリ土類
金属とPtを活性アルミナ担体に担持した触媒では、8
00℃前後でアルカリ土類金属とアルミナからなる結晶
性アルミネートが生成してNOx吸蔵量が低下するとい
う不具合があり、耐熱性が不十分であった。またストイ
キ近傍の過渡域においては、酸素が少なくなるとPt上
でのNOの酸化反応が行われずNOxの吸蔵量が少なく
なり、逆に酸素が多くなると吸蔵されているNOxの放
出が減るため、いずれにしてもNOxの浄化性能が低下
するという問題がある。
【0007】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、高温時の結晶性アルミネート及び結晶性セ
リウム酸化物の生成を防止して耐熱性を満足させるとと
もに、ストイキ近傍の過渡域においても高いNOx浄化
性能を有するように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
明の高耐熱性排気ガス浄化用触媒は、次の組成式で表さ
れる非晶質アルミネートの担体と、その担体に担持され
た触媒貴金属と、からなることを特徴とする。 組成式 aMO・bCeO2 ・cAl2 3 (ここでMO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元素の酸化物、モル比a:cは
1:6〜1:3、モル比b:cは2:11〜3:11)
【0009】
【作用】本発明の排気ガス浄化用触媒では、リーン雰囲
気においては、排気ガス中のNOは触媒貴金属上で酸化
されてNO2 となり、NOx吸蔵元素に硝酸塩として吸
蔵される。そしてリッチ雰囲気になると、NOx吸蔵元
素に吸蔵されていたNOxが放出され、触媒貴金属上で
HC及びCOによって還元されてN2 となる。これによ
り高いNOx浄化性能が得られる。
【0010】一方、ストイキ近傍の過渡域において酸素
量が変動した場合には、セリウムの酸素吸蔵・放出作用
により酸素量の変動が緩和され、上記酸化・還元反応が
活発に行われるので高いNOx浄化性能を示す。そして
本発明の排気ガス浄化用触媒では、組成式aMO・bC
eO2 ・cAl 2 3 の非晶質アルミネートにおいて、
各酸化物のモル比を、a:cは1:6〜1:3、b:c
は2:11〜3:11とすることにより、800℃〜1
000℃の高温において各元素が均質に分散した非晶質
の状態を維持することができる。したがって、高比表面
積を維持することができ高い触媒活性を示す。
【0011】そして800℃〜1000℃の高温におい
てNOx吸蔵元素及びセリウムの結晶化が防止されてい
るので、NOx吸蔵元素及びセリウムは高分散状態が維
持され、上記NOx吸蔵作用と酸素の吸蔵・放出作用の
低下がない。これによりNOx浄化性能の低下がなく高
い耐熱性を有している。モル比a:cで1:6よりaが
小さくなると、つまりアルミナに対してNOx吸蔵元素
が所定量より少なくなるとNOx吸蔵能が小さくなり、
1:3よりaが大きくなると、つまりアルミナに対して
NOx吸蔵元素が所定量より多くなると、結晶性のアル
ミネートが生成するため耐熱性が低下する。
【0012】またモル比b:cで2:11よりbが小さ
くなると、つまりアルミナに対してセリウムが所定量よ
り少なくなると結晶性のセリウム酸化物が生成し易くな
り、3:11よりbが大きくなると、つまりアルミナに
対してセリウムが所定量より多くなっても、結晶性のセ
リウム酸化物が生成するため耐熱性が低下する。
【0013】
【実施例】
(発明の具体例)触媒貴金属としては、白金(Pt)、
パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)の少なくとも一
種が用いられる。白金又はパラジウムの担持量は、担体
1リットルに対して0.1〜20.0gの範囲が望まし
く、0.3〜10.0gの範囲が特に好ましい。担持量
が0.1g/Lより少ないと初期及び耐久後のNOx浄
化性能が低下し、20.0g/Lを超えて担持しても効
果が飽和し、過剰に担持された触媒貴金属の有効利用が
図れない。
【0014】ロジウムの担持量は、担体1リットルに対
して0.001〜1.0gの範囲が望ましく、0.05
〜0.5gの範囲が特に好ましい。担持量が0.001
g/Lより少ないと初期及び耐久後のNOx浄化性能が
低下し、1.0g/Lを超えると白金あるいはパラジウ
ムの効果が逆に低下する。ロジウムの担持量は白金ある
いはパラジウムの担持量と相対的に決定されるのが望ま
しく、白金あるいはパラジウムの担持量の合計量の1/
3以下、さらに好ましくは1/5以下とするのがよい。
【0015】アルカリ金属としてはリチウム、ナトリウ
ム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムが
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、ベリリウム、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。
【0016】組成式のような非晶質アルミネート担体を
形成するには、各金属原料のアルコキシド、酢酸塩また
は硝酸塩などを用いて、ゾル−ゲル法、共沈法あるいは
クエン酸法などにより液相から均質に合成する方法を利
用するのが望ましい。 (実施例1)ゾル−ゲル合成用還流装置付きフラスコ中
に2−プロパノールを1リットル入れ、80℃に保持す
る。そして攪拌しながらアルミニウムイソプロポキシド
480gを添加して溶解させ、80℃で2時間攪拌す
る。
【0017】次に、溶液を80℃で攪拌しながら、バリ
ウムジイソプロポキシド50gと硝酸セリウム41gを
滴下し、全量添加後80℃でさらに2時間攪拌を続け
る。その後、溶液を80℃で攪拌しながら、純水270
gと2−プロパノール0.45リットルの混合溶液を滴
下する。滴下速度は20cc/minであり、滴下後8
0℃で12時間攪拌を続けて熟成する。なお、水は全ア
ルコキシドに対してモル比で3倍の量である。
【0018】その後、真空中にて加熱してプロパノール
を回収する。得られた乾燥物を鉄芯入りナイロンコート
ボールを用いて粉砕して粉末とし、450℃で仮焼後、
800℃で5時間焼成した。また焼成温度を900℃又
は1000℃として5時間焼成したものもそれぞれ作製
した。得られた3種類の粉末は、X線回折分析の結果そ
れぞれ非晶質であることが確認された。
【0019】得られた担体粉末の組成と比表面積を表1
に示す。次に、上記担体粉末に所定量のジニトロジアン
ミン白金水溶液を含浸させ、110℃で乾燥後250℃
で1時間焼成した。担持されたPt量は、担体粉末中の
アルミナ量100gに対してPt1.5gである。さら
にPt担持粉末に所定量の硝酸ロジウム水溶液を含浸さ
せ、110℃で乾燥後250℃で1時間焼成した。担持
されたRh量は、担体粉末中のアルミナ量100gに対
してRh0.4gである。
【0020】得られた粉末をペレット状に成形し、実施
例1の排気ガス浄化用触媒とした。 (他の実施例)出発原料の金属アルコキシドの種類・比
率を表1の組成となるように種々選択し、実施例1と同
様にして非晶質の担体粉末を調製し、実施例1と同様に
してPtとRhを同量担持させて各実施例の排気ガス浄
化用触媒を調製した。 (比較例1)表1の組成となるように実施例1と同様に
して担体粉末を調製した。そしてX線回折の結果、90
0℃以上で焼成した担体粉末にはセリウム酸化物が結晶
状態で含まれていることが確認された。この担体粉末に
も実施例1と同様にしてPtとRhを同量担持させ、比
較例1の排気ガス浄化用触媒を調製した。 (比較例2)表1の組成となるように実施例1と同様に
して担体粉末を調製した。そしてX線回折の結果、80
0℃以上で焼成した担体粉末には、晶性のバリウムア
ルミネートと結晶性のセリウム酸化物が含まれているこ
とが確認された。この担体粉末にも実施例1と同様にし
てPtとRhを同量担持させ、比較例1の排気ガス浄化
用触媒を調製した。 (比較例3,4)セリウムまたはバリウムの一方を含ま
ないこと以外は実施例1と同様にして、表1の組成で担
体粉末を調製し、実施例1と同様にしてPtとRhを同
量担持させ、比較例3,4の排気ガス浄化用触媒を調製
した。
【0021】
【表1】
【0022】(評価)図1に示すモデルガス流通評価装
置を用い、上記各触媒に対して表2に示す組成のモデル
ガスを800℃又は900℃で100時間流通させた。
リーン雰囲気とストイキ雰囲気の両モデルガスは2分間
隔で流通された。
【0023】
【表2】 その後、各触媒について比表面積を測定した。また、上
記流通条件と同条件でモデルガスを流通させたときのN
Ox浄化率及びHCの50%浄化温度(T50)を測定
し、結果を表3に示す。
【0024】
【表3】
【0025】表1より、比較例1及び比較例2の触媒
は、焼成により結晶性のセリウム酸化物及び結晶性のア
ルミネートが生成し比表面積も小さくなっている。これ
は前記組成式におけるa,b,cのモル比が本発明の範
囲から外れていることに起因していることが明らかであ
る。そして表3より、各実施例の排気ガス浄化用触媒は
比表面積が大きく、ストイキ近傍の過渡域においてもN
Ox浄化性能及びHCの浄化性能に優れていることがわ
かる。
【0026】しかし比較例1〜4はNOx浄化率に劣
り、比較例3はセリウムを含まないためにHCの浄化性
能が低く、比較例4ではバリウムを含まないためにNO
x浄化率が特に低いことがわかる。
【0027】
【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化用触媒に
よれば、ストイキ近傍の過渡域においても高いNOx浄
化性能を有するとともに、800〜1000℃の高温域
においても高い比表面積をもつ非晶質状態を維持でき、
かつNOx吸蔵元素とセリウムの高分散担持状態を維持
できるため、極めて耐熱性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で用いたモデルガス流通評価装
置の構成を説明するブロックダイヤグラムである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の組成式で表される非晶質アルミネー
    トの担体と、 該担体に担持された触媒貴金属と、からなることを特徴
    とする高耐熱性排気ガス浄化用触媒。 組成式 aMO・bCeO2 ・cAl2 3 (ここでMO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元素の酸化物、モル比a:cは
    1:6〜1:3、モル比b:cは2:11〜3:11)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9216381B2 (en) 2006-05-16 2015-12-22 Rhodia Operations Alumina-based nitrogen oxide (NOx) trapping compositions and treatment of vehicular exhaust gases therewith

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