JPH09276704A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH09276704A
JPH09276704A JP8098289A JP9828996A JPH09276704A JP H09276704 A JPH09276704 A JP H09276704A JP 8098289 A JP8098289 A JP 8098289A JP 9828996 A JP9828996 A JP 9828996A JP H09276704 A JPH09276704 A JP H09276704A
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JP
Japan
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catalyst
exhaust gas
zeolite
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protective layer
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JP8098289A
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English (en)
Inventor
Kazuhide Terada
一秀 寺田
Tomoki Sugiyama
知己 杉山
Naohiro Sato
尚宏 佐藤
Yoshikazu Fujisawa
義和 藤澤
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガス中の水分による被毒を極力抑制し得
るようにした排気ガス浄化用触媒を提供する。 【解決手段】 排気ガス浄化用触媒4は、触媒用金属を
有するAl2 3 系触媒主体5と、高シリカゼオライト
を有し、且つ排気ガスと接触するAl2 3 系触媒主体
5の表面を覆う通気性保護層6とを備えている。高シリ
カゼオライトは疎水性を有するので、排気ガス中の水分
に対する吸着能が低く、またその水分を撥ねる作用を有
する。これにより、Al2 3 系触媒主体5における水
分による被毒を極力抑制して、そのAl2 3 系触媒主
体5にNOx浄化能を十分に発揮させることが可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は排気ガス浄化用触媒
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種触媒としては、触媒用金属
であるAgを、担体としての活性アルミナに担持させた
Al2 3 系触媒が知られている(特開平2−9914
0号公報参照)。
【0003】このAl2 3 系触媒は、酸素過剰雰囲気
において、HC(炭化水素)を還元剤としてNOx(窒
素酸化物)を還元する作用を有するもので、NOx浄化
温度域が広い、という利点を有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Al2
3 系触媒は、その活性アルミナが排気ガス中の水分
(水蒸気)を吸着し易いため、その水分による被毒によ
ってNOx浄化能が大幅に減退し、また耐熱性も自動車
の排気ガス浄化用触媒としては不十分である、という問
題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、排気ガス中の
水分による被毒を極力抑制し得るようにすると共に耐熱
性を向上させた前記排気ガス浄化用触媒を提供すること
を目的とする。
【0006】前記目的を達成するため本発明によれば、
触媒用金属を有するAl2 3 系触媒主体と、高シリカ
ゼオライトを有し、且つ排気ガスと接触する前記Al2
3系触媒主体の表面を覆う通気性保護層とを備えてい
る排気ガス浄化用触媒が提供される。
【0007】前記高シリカゼオライトは疎水性を有する
ので、排気ガス中の水分に対する吸着能が低く、またそ
の水分を撥ねる作用を有する。
【0008】これにより、Al2 3 系触媒主体におけ
る水分による被毒を極力抑制して、そのAl2 3 系触
媒主体にNOx浄化能を十分に発揮させることが可能で
ある。
【0009】また高シリカゼオライトは排気ガス中のH
Cを吸着すると共に比較的弱い酸化剤として機能する。
これにより、高シリカゼオライトに吸着されて活性化さ
れたHCの部分的酸化によって活性CHOが生じ、この
活性CHOが、Al2 3 系触媒主体に吸着されて活性
化されたNOxを還元してN2 、CO2 およびH2 Oに
転化する。このように高シリカゼオライトはAl2 3
系触媒主体によるNOx浄化を助勢する機能も有する。
【0010】さらに高シリカゼオライトは、酸素および
水蒸気を含む高温環境、つまり水熱環境において優れた
耐久性を発揮し、これによりAl2 3 系触媒主体が通
気性保護層により保護されて、その劣化が抑制される。
このように高シリカゼオライトは、触媒の耐熱性を向上
させる機能も有する。
【0011】
【発明の実施の形態】図1に示す排気ガス浄化装置1に
おいて、支持体としてのコーディエライト製ハニカム支
持体2の多数のセル(孔部)3内に排気ガス浄化用触媒
4が支持されている。
【0012】その触媒4は、触媒用金属を有し、且つ各
セル3内周面に層状に形成されたAl2 3 系触媒主体
5と、高シリカゼオライトを有し、且つ排気ガスと接触
する各Al2 3 系触媒主体5の表面を覆うように層状
に形成された通気性保護層6とを備えている。
【0013】Al2 3 系触媒主体5において、触媒用
金属としてはAgが用いられ、そのAgは活性アルミナ
に担持されている。Ag担持活性アルミナ相互のバイン
ダとしてはシリカゾルが用いられている。
【0014】通気性保護層6における高シリカゼオライ
トとしては、SiO2 /Al2 3モル比MrがMr≧
40である改質ZSM−5ゼオライトが用いられ、その
改質ZSM−5ゼオライト相互のバインダとしては、前
記同様にシリカゾルが用いられている。
【0015】SiO2 /Al2 3 モル比MrがMr<
40の未改質ZSM−5ゼオライトを改質するための脱
Al処理としては、酸処理、スチーム処理または沸騰水
処理の少なくとも一つの処理が適用される。
【0016】酸処理としては、0.5〜5NのHCl溶
液を70〜90℃に昇温し、そのHCl溶液中に未改質
ZSM−5ゼオライトを投入して1〜20時間攪拌す
る、といった方法が採用される。
【0017】また沸騰水処理としては、未改質ZSM−
5ゼオライトに含水処理を施し、その含水状態の未改質
ZSM−5ゼオライト周りの雰囲気温度を550〜60
0℃まで昇温し、その高温雰囲気下に未改質ZSM−5
ゼオライトを4時間程度保持する、といった方法が採用
される。
【0018】さらにスチーム処理としては、未改質ZS
M−5ゼオライトを、10体積%程度の水分を含む75
0〜900℃の雰囲気下に10〜20時間保持する、と
いった方法が採用される。
【0019】これら酸処理、沸騰水処理およびスチーム
処理は、単独または2以上組合わせて適用され、また必
要に応じて繰返される。これにより改質ZSM−5ゼオ
ライトが得られ、そのSiO2 /Al2 3 モル比Mr
は40≦Mr≦800である。
【0020】このような改質ZSM−5ゼオライトは脱
Al処理により結晶性の向上が図られ、また熱分解生成
物の核の発生が抑制されているので、その耐熱温度は1
000℃程度に高められる。
【0021】前記構成において、改質ZSM−5ゼオラ
イトは疎水性を有するので、排気ガス中の水分に対する
吸着能が低く、またその水分を撥ねる作用を有する。
【0022】これにより、Al2 3 系触媒主体5にお
ける水分による被毒を極力抑制して、そのAl2 3
触媒主体5にNOx浄化能を十分に発揮させることが可
能である。
【0023】また改質ZSM−5ゼオライトは排気ガス
中のHCを吸着すると共に比較的弱い酸化剤として機能
する。これにより改質ZSM−5ゼオライトに吸着され
て活性化されたHCの部分的酸化によって活性CHOが
生じ、この活性CHOが、Al2 3 系触媒主体5に吸
着されて活性化されたNOxを還元してN2 、CO2
よびH2 Oに転化する。このように改質ZSM−5ゼオ
ライトはAl2 3 系触媒主体5によるNOx浄化を助
勢する機能も有する。
【0024】さらに、改質ZSM−5ゼオライトは、酸
素および水蒸気を含む高温環境、つまり水熱環境におい
て優れた耐久性を発揮し、これによりAl2 3 系触媒
主体5が通気性保護層6により保護されて、そのエージ
ングが抑制される。このように改質ZSM−5ゼオライ
トは、触媒4の耐熱性を向上させる機能も有する。
【0025】Al2 3 系触媒主体5表面における通気
性保護層6の担持量Aは、Al2 3 系触媒主体5によ
り囲まれるセル内側領域(孔部内側領域)aの容積1リ
ットル当り53g未満、即ち、A<53g/リットルに
設定される。
【0026】これは、担持量AをA≧53g/リットル
に設定すると、通気性保護層6の厚さが増して、その保
護層6を排気ガスが通過しにくくなるため、NOx浄化
率が、その保護層6を持たない触媒のそれ以下となるか
らである。
【0027】〔触媒の製造例−I〕 A.改質ZSM−5ゼオライトの製造 (a) SiO2 /Al2 3 モル比Mr=457の未
改質ZSM−5ゼオライトを90℃の5N HCl溶液
中に投入し、次いで20時間攪拌を行ってスラリー状物
を得た。
【0028】(b) スラリー状物から固形分を濾別
し、その固形分を純水にて、洗浄水のpHがpH≧4に
なるまで洗浄した。
【0029】(c) 固形分に、大気中、130℃、5
時間の条件で乾燥処理を施し、次いで乾燥後の固形分
に、大気中、400℃、12時間の焼成処理を施して塊
状の改質ZSM−5ゼオライトを得た。
【0030】(d) 塊状改質ZSM−5ゼオライトに
粉砕処理を施して粉末状改質ZSM−5ゼオライトを得
た。この改質ZSM−5ゼオライトのSiO2 /Al2
3モル比MrはMr=495であり、したがって脱A
lが発生していることが判る。また改質ZSM−5ゼオ
ライトの耐熱温度は1000℃であった。
【0031】B.触媒の製造 (a) 硝酸銀11gを純水200gに溶解して硝酸銀
溶液(Ag濃度3.3%)を得た。
【0032】(b) 硝酸銀溶液に活性アルミナ193
gを加えて1時間攪拌し、これにより活性アルミナにA
gを担持させた。
【0033】(c) ロータリエバポレータを用いて、
Ag担持活性アルミナを含む水溶液から水分を除去し
た。
【0034】(d) Ag担持活性アルミナに、大気
中、120℃、3時間の条件で乾燥処理を施し、次い
で、大気中、500℃、10時間の焼成処理を施した。
このAg担持活性アルミナにおけるAgの重量比率は
3.5重量%であった。
【0035】(e) Ag担持活性アルミナ90g、2
0%シリカゾル50gおよび純水180gと、アルミナ
ボールとをポットに投入して、10時間の湿式粉砕を行
って、Al2 3 系触媒主体形成用スラリーを調製し
た。この場合、Al2 3 系触媒主体5の組成は、Ag
担持活性アルミナ90重量%、およびSiO2 10重量
%である。
【0036】このスラリーに、直径25.4mm、長さ6
0mm、400セル/in2 .、6ミルのコーディエライト
製ハニカム支持体2を浸漬し、次いでそのハニカム支持
体2をスラリーより取出して各セル3における過剰分を
エア噴射により除去し、その後ハニカム支持体2に、大
気中、120℃、3時間の乾燥処理を施し、この浸漬か
ら乾燥までの作業を、もう1回繰返して行った。
【0037】さらに、ハニカム支持体2に、大気中、4
00℃、10時間の条件で焼成処理を施して、Al2
3 系触媒主体5をハニカム支持体2の各セル3内周面に
担持させた。この場合、ハニカム支持体2のセル3内周
面におけるAl2 3 系触媒主体5の担持量はセル3の
容積1リットル当り150g、つまり、150g/リッ
トルであった。
【0038】(f) 前記A項で得られた粉末状改質Z
SM−5ゼオライト90g、20%シリカゾル50gお
よび純水180gと、アルミナボールとをポットに投入
して、10時間の湿式粉砕を行って通気性保護層形成用
スラリーを調製した。この場合、通気性保護層6の組成
は、改質ZSM−5ゼオライト90重量%、およびSi
2 10重量%である。
【0039】このスラリーに、前記(e)工程で得られ
たAl2 3 系触媒主体5を担持したハニカム支持体2
を浸漬し、次いでそのハニカム支持体2をスラリーより
取出して各セル3における過剰分をエア噴射により除去
し、その後ハニカム支持体2に、大気中、120℃、3
時間の乾燥処理を施し、さらに、大気中、400℃、1
0時間の条件で焼成処理を施して、各セル3においてA
2 3 系触媒主体5表面に通気性保護層6を形成し
た。この場合、通気性保護層6の担持量Aは、Al2
3 系触媒主体5により囲まれるセル内側領域aの容積1
リットル当り20g、つまり、A=20g/リットルで
あった。この触媒4を実施例1とする。
【0040】〔触媒の製造例−II〕触媒の製造例−Iの
A項で得られた改質ZSM−5ゼオライトにスチーム処
理を施して、再度の改質処理を施された改質ZSM−5
ゼオライトを得た。この改質ZSM−5ゼオライトにお
けるSiO2 /Al2 3 モル比MrはMr=500で
あった。
【0041】スチーム処理は、10体積%O2 、10体
積%H2 Oおよび残部N2 よりなり、且つ700℃のガ
ス雰囲気に、改質ZSM−5ゼオライトを、20時間保
持することによって行われた。
【0042】次いで、SiO2 /Al2 3 モル比Mr
=500の改質ZSM−5ゼオライトを用い、触媒の製
造例−I、B項で述べた方法と同様の方法で、前記同様
の構造を有する触媒4を得た。この触媒4を実施例2と
する。
【0043】〔触媒の製造例−III 〕触媒の製造例−
I、B項の(a)〜(e)工程を用いて、ハニカム支持
体2にAl2 3 系触媒主体5を担持させた触媒を得
た。この触媒を比較例とする。
【0044】〔排気ガス想定浄化テスト〕排気ガスを想
定して表1に示す組成を備えたテスト用ガスを調製し
た。
【0045】
【表1】
【0046】浄化テストは、先ず、実施例1の触媒を固
定床流通式反応装置に設置し、次いでその装置内にテス
ト用ガスを空間速度S.V.=5×104 -1で流通さ
せると共にテスト用ガスの温度を常温より昇温速度20
℃/min で600℃まで上昇させ、所定のガス温度にて
NO浄化率を測定した。同様のNO浄化率測定を実施例
2および比較例の触媒についても行った。
【0047】実施例1,2および比較例の触媒におい
て、図2はガス温度とNO浄化率との関係を示し、また
表2はガス温度400℃および500℃におけるNO浄
化率を示す。
【0048】
【表2】
【0049】図2および表2から明らかなように、実施
例1および2の触媒4は比較例の触媒に比べてNO浄化
率が高い。これは、実施例1等の触媒4においては、A
23 系触媒主体5に対する排気ガス中の水分による
被毒が、改質ZSM−5ゼオライトを有する通気性保護
層6により抑制され、また改質ZSM−5ゼオライトが
NO浄化助勢機能を発揮していることに起因する。
【0050】次に、実施例1,2および比較例の触媒を
保持した各ハニカム支持体2に、10体積%O2 、10
体積%H2 Oおよび残部N2 よりなり、且つ700℃の
ガスを20時間流通させ、実施例1等の触媒に、それら
を水熱環境に暴露するエージング処理を施した。その
後、実施例1等の触媒について前記同様の浄化テストを
行った。
【0051】実施例1,2および比較例の触媒におい
て、図3はガス温度とNO浄化率との関係を示し、また
表3はガス温度400℃および500℃におけるNO浄
化率を示す。
【0052】
【表3】
【0053】図3および表3から明らかなように、水熱
環境下でのエージング処理後のNO浄化率は、その処理
前に比べ、ガス温度500℃にて、実施例1の触媒4で
は約7.5%、また実施例2の触媒4では約7.7%そ
れぞれ減少しているだけであるが、比較例の触媒では3
2%も減少しており、これは実施例1,2の触媒4の減
少率の4倍以上である。このことからも、通気性保護層
6を備えることによる効果が明らかである。
【0054】また実施例1の触媒4の場合、前記エージ
ング処理後のガス温度400℃におけるNO浄化率は、
その処理前の約2.8倍に増加しており、これにより前
記エージング処理によって触媒4の低温活性が向上する
ことが判る。これは、表2において、実施例2の触媒
4、つまり前記エージング処理と同じようなスチーム処
理を施された改質ZSM−5ゼオライトを用いた触媒4
の低温活性が高いことからも明らかである。
【0055】表3において、実施例1の触媒4と実施例
2の触媒4とを比較すると、改質ZSM−5ゼオライト
としては酸処理のみを施されたものを用いる方が有利で
あると言える。
【0056】〔通気性保護層の担持量〕前記触媒の製造
例−Iと同様の方法で、Al2 3 系触媒主体5の担持
量が150g/リットルであり、また通気性保護層6の
担持量Aを変化させた各種触媒4を製造し、次いでそれ
ら触媒4に前記同様のエージング処理を施し、その後各
触媒4について前記同様の浄化テストを行った。
【0057】そして、各触媒4に関し、通気性保護層6
の担持量Aと、ガス温度400℃から500℃までの平
均NO浄化率を求めたところ、表4の結果を得た。
【0058】なお、通気性保護層6の担持量Aの変化
は、スラリー中の水分量、過剰分除去のためのエア噴射
量、浸漬回数等をそれぞれ調整することによって行われ
た。
【0059】
【表4】
【0060】表4において、触媒の例1は前記比較例
に、また例4は前記実施例1にそれぞれ該当する。
【0061】図4は、表4に基づいて通気性保護層6の
担持量Aと、ガス温度400℃から500℃までの平均
NO浄化率との関係をグラフ化したものである。図中、
点(1)〜(8)は例1〜8にそれぞれ対応する。
【0062】図4から明らかなように、通気性保護層6
の担持量AをA<53g/リットルに設定すると、その
通気性保護層6によるNO浄化率向上効果が現出する。
【0063】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、Al2
3 系触媒主体における、排気ガス中の水分による被毒を
通気性保護層により極力抑制すると共にその通気性保護
層によるNOx浄化助勢機能および耐熱性向上機能を得
て、NOx浄化能が高く、また耐久性の優れた排気ガス
浄化用触媒を提供することができる。
【0064】また請求項2記載の発明によれば、通気性
保護層およびAl2 3 系触媒主体にそれぞれの機能を
十分に発揮させて、NOx浄化能の高い排気ガス浄化用
触媒を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】排気ガス浄化装置の要部横断面図である。
【図2】ガス温度とNO浄化率との関係の一例を示すグ
ラフである。
【図3】ガス温度とNO浄化率との関係の他例を示すグ
ラフである。
【図4】通気性保護層の担持量Aと、ガス温度400℃
から500℃までの平均NO浄化率との関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
2 ハニカム支持体(支持体) 3 セル(孔部) 4 触媒 5 Al2 3 系触媒主体 6 通気性保護層 a セル内側領域(孔部内側領域)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤澤 義和 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒用金属を有するAl2 3 系触媒主
    体(5)と、高シリカゼオライトを有し、且つ排気ガス
    と接触する前記Al2 3 系触媒主体(5)の表面を覆
    う通気性保護層(6)とを備えていることを特徴とす
    る、排気ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 前記Al2 3 系触媒主体(5)は、支
    持体(2)の多数の孔部(3)内周面に層状に形成さ
    れ、前記Al2 3 系触媒主体(5)表面における前記
    通気性保護層(6)の担持量は、前記Al2 3 系触媒
    主体(5)により囲まれる孔部内側領域(a)の容積1
    リットル当り53g未満である、請求項1記載の排気ガ
    ス浄化用触媒。
JP8098289A 1996-04-19 1996-04-19 排気ガス浄化用触媒 Pending JPH09276704A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002166172A (ja) * 2000-09-20 2002-06-11 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002166172A (ja) * 2000-09-20 2002-06-11 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒

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