JPH1057763A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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JPH1057763A
JPH1057763A JP8213849A JP21384996A JPH1057763A JP H1057763 A JPH1057763 A JP H1057763A JP 8213849 A JP8213849 A JP 8213849A JP 21384996 A JP21384996 A JP 21384996A JP H1057763 A JPH1057763 A JP H1057763A
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JP
Japan
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catalyst
layer
exhaust gas
hydrocarbon
carrier
Prior art date
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Pending
Application number
JP8213849A
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English (en)
Inventor
Tatsuji Mizuno
達司 水野
Shinya Hirota
信也 広田
Kazuya Kibe
一哉 木部
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガス浄化用触媒においてNOx 浄化率を
向上させる。 【解決手段】 酸素過剰雰囲気下における排気ガス中の
炭化水素及び窒素酸化物を同時に浄化する排気ガス浄化
用触媒において、触媒担体と触媒担持層の間に炭化水素
吸着層を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスの浄化用
触媒に関する。さらに詳細には、本発明は、酸素過剰雰
囲気下において排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NO
x ) をより効率的に浄化する触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車排気ガスの処理には、窒素
酸化物の還元反応と一酸化炭素(CO)及び炭化水素
(HC)の酸化反応を同時に行う、いわゆる三元触媒が
広く用いられている。この三元触媒の浄化性能は、エン
ジンの運転される空燃比に基づく排気ガスの組成に大き
く依存していることが知られている。すなわち、窒素酸
化物の還元性能はリッチ側で高く、理論空燃比よりリー
ン側で急激に低下する。一方、一酸化炭素及び炭化水素
の酸化性能は、リーン側で高く、理論空燃比よりリッチ
側で低下する。従って、従来はこの両方の反応が高い効
率で進行する、いわゆるウインドウ範囲において空燃比
を制御して運転を行っていた。
【0003】近年、自動車の低燃費化の要請により、酸
素過剰の混合気で燃焼させる、いわゆるリーンバーンエ
ンジンが開発された。このリーンバーンエンジンからの
排気ガスは酸素過剰雰囲気であり、上記のような三元触
媒では十分に排気ガスを浄化することができない。そこ
で、このような酸素過剰下において窒素酸化物の還元と
一酸化炭素及び炭化水素の酸化反応を同時に行う触媒
(リーンNOx 触媒)が各種提案された。(例えば、特
開平5−317652号明細書を参照されたい)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなリーンNO
x 触媒は、排気ガス中の還元ガス、特に炭化水素(H
C)を下式に示すようにNOx と反応させ、NOx をN
2 に還元し、同時にHCを酸化して、両者を同時に浄化
するものである。 NOx + HC → N2 + H2 O + CO2
【0005】従来、このNOx の浄化率は、化学発光式
NOx 分析計を用いてNOx の減少量を測定することに
よりもとめていた。ところが、浄化後の排気ガス中のN
2 量を測定してNOx 浄化率をもとめたところ、前記の
NOx の減少量よりもとめた浄化率の50%以下の値しか
得られなかった。すなわち、従来NOx 浄化率としてい
たものは見かけの浄化率であり、真の浄化率、すなわち
2 へのNOx の浄化率は実際にはかなり低かった。こ
の原因について検討したところ、NOx の50%以上はN
2 ではなくN2 Oに転化されていることがわかった。従
来の化学発光式NOx 分析計ではN2 Oを検出すること
ができず、NOx からN2 Oに転化されてもNOx が浄
化されたことになってしまうからである。ところがN2
Oも窒素酸化物であり、NOx からN2 Oに転換されて
もNOx が浄化されたことにはならず、従来のリーンN
x 触媒ではNOx が十分に浄化されていないという問
題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、酸素過剰雰囲気下における排気ガ
ス中の炭化水素及び窒素酸化物を同時に浄化する排気ガ
ス浄化用触媒において、触媒担体と、この触媒担体表面
上に形成された炭化水素吸着層と、この炭化水素吸着層
上に形成された触媒担持層が設けられている。触媒担持
層と触媒担体の間に炭化水素吸着層を設けることによ
り、この炭化水素吸着層に吸着された炭化水素が脱離
し、触媒金属の担体側においてNOx と反応するため、
このNOx がN2 に転化する割合が増加する。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図1は本発明の排気ガス浄化用触媒の一部の断
面図である。図1において、2は触媒担体を、3は炭化
水素吸着層を、そして4は触媒担持層を表す。図1より
明らかなように、本発明の排気ガス浄化用触媒1は、触
媒担体2と触媒担持層4の間に炭化水素吸着層3を設け
たことを特徴としている。
【0008】触媒担体2としては、従来の排気ガス浄化
用触媒に用いられている担体と同様のものであり、フォ
ームフィルタやハニカムフィルタ等のモノリス担体もし
くはペレット等を用いることができる。その材質はコー
ジェライト等のセラミックスもしくはステンレス等の耐
熱性金属である。
【0009】触媒担持層4は、従来よりいわゆるウオッ
シュコート層として知られているコート層と、このコー
ト層に担持された触媒金属から構成されている。コート
層は、例えばアルミナ、チタニア、シリカ等の従来より
用いられている多孔質材料を使用することができる。ま
た、触媒金属としてもその種類及び大きさについては特
に制限はなく、従来より用いられている数nmの大きさ
の貴金属、例えば白金(Pt)、パラジウム(Pd)、
ロジウム(Rh)等、もしくは遷移金属等を1種もしく
は複数種用いることができる。この触媒金属の担持量に
ついても特に限定はないが、触媒担体容積1リットルあ
たり 0.5〜10g であることが好ましい。この触媒金属の
担持量が0.5g/リットル未満では十分な触媒活性が得ら
れないことがあり、また10g /リットルを越えると、こ
れ以上触媒金属を担持させても活性の向上は得られず、
高価になるのみであるからである。また、コート層の厚
さについても特に制限されず、50〜 350μm 程度で十分
である。
【0010】触媒担体2と触媒担持層4の間に設けられ
る炭化水素吸収層3の材質は、従来炭化水素吸着剤とし
て知られているもの、例えばゼオライト、シリカ、アル
ミナ等を用いることができる。この炭化水素吸着層の厚
さについても特に制限はなく、また使用する材質によっ
ても異なるが、通常は触媒担持層の厚さの等倍〜3倍程
度が好ましい。
【0011】本発明の排気ガス浄化用触媒の製造方法に
ついては特に制限はなく、従来の一般的方法により製造
することができる。例えば常法に従って調製したゼオラ
イトを含むスラリーにコージェライト等の触媒担体を浸
漬し、乾燥焼成し、担体の気孔表面にゼオライトの層を
設ける。次いで常法に従って調製したアルミナを含むス
ラリーに上記担体を浸漬してコージェライト層の上にア
ルミナをコートし乾燥焼成後、触媒金属化合物の水溶液
に浸漬し、乾燥焼成して触媒金属をコート層上に担持さ
せる。
【0012】図2に従来の排気ガス浄化用触媒の拡大断
面図を示す。図2において、5はコート層を、そして6
は触媒金属を表す。従来の触媒では、炭化水素及び窒素
酸化物は気相中に存在しており、この炭化水素と窒素酸
化物との反応は主に触媒金属の上側、すなわち気相側で
起こっていると考えられる。これに対して、本願発明の
触媒では図3に示すように炭化水素吸着層3を有してお
り、この炭化水素吸着層3は、例えばエンジン始動時や
軽負荷運転時の排気温度が低い時には炭化水素を吸着す
る。この吸着された炭化水素は高負荷運転時等の排気温
度が上昇した際に炭化水素吸着層3から脱離し、触媒金
属上で窒素酸化物と反応するが、従来の触媒と異なり、
本発明の触媒では触媒金属の下側(基材側)から炭化水
素が供給されるため、触媒金属の下側(基材側)におい
て炭化水素と窒素酸化物とが反応する確立が高くなる。
このため窒素酸化物(NOx ) はN2 まで転化される確
立が高くなると考えられる。
【0013】一般に酸素過剰雰囲気では炭化水素の量は
少ないため、エンジンから触媒へ至る排気管の途中にお
いて軽油等を添加してもよい。又は、軽油等をエンジン
の膨張工程において噴射してもよい。本発明の触媒は酸
素過剰雰囲気において有効であり、リーンバーンエンジ
ンのほか、ディーゼルエンジン用にも用いることができ
る。
【0014】
【実施例】
実施例1 1.7 リットルのコージェライト製ハニカム触媒担体を、
プロトン型ゼオライトH−ZSM5を含むスラリーに浸
漬し、引き上げて余分のスラリーを吹きはらった後、 1
20℃で2時間乾燥し、さらに 500℃で3時間焼成して50
g/l の炭化水素吸着層を形成した。次いでこの触媒担体
をγ−アルミナ粉末、硝酸アルミニウム、アルミナゾル
及び水からなるスラリーに浸漬し、引き上げて余分のス
ラリーを吹きはらった後、 120℃で2時間乾燥し、さら
に 500℃で3時間焼成して50g/lのコート層を形成し
た。最後にこの触媒担体をジニトロアンミン白金の水溶
液に浸漬し、乾燥させてコート層に白金を2g/l 担持さ
せた。こうして触媒担体上に1:1の厚さの比で炭化水
素吸着層と触媒担持層を形成し、本発明の触媒を得た。
【0015】実施例2 プロトン型ゼオライトH−ZSM5に代えてY型ゼオラ
イトを用いて炭化水素吸着層を形成することを除き、実
施例1と同様にして触媒担体上に1:1の厚さの比で炭
化水素吸着層と触媒担持層を有する触媒を得た。
【0016】実施例3 プロトン型ゼオライトH−ZSM5に代えてH型モルデ
ナイトを用いて炭化水素吸着層を形成し、アルミナに代
えてモルデナイトを用いてコート層を形成することを除
き、実施例1と同様にして触媒担体上に1:1の厚さの
比で炭化水素吸着層と触媒担持層を有する触媒を得た。
【0017】実施例4 炭化水素吸着層を100g/l、そして触媒担持層を50g/l と
し、実施例1と同様にして、触媒担体上に2:1の厚さ
の比で炭化水素吸着層と触媒担持層を有する触媒を得
た。
【0018】実施例5 炭化水素吸着層を150g/l、そして触媒担持層を50g/l と
し、実施例1と同様にして、触媒担体上に3:1の厚さ
の比で炭化水素吸着層と触媒担持層を有する触媒を得
た。
【0019】比較例1 触媒担体上に炭化水素吸着層を形成しないで直接触媒担
持層としてPt/アルミナを50g/l で形成することを除
き、実施例1と同様にして触媒を得た。
【0020】比較例2 100g/lでPt/アルミナを用いて触媒担持層の厚さを倍
にすることを除き、比較例2と同様にして触媒を得た。
【0021】以上のようにして得た各触媒を2000ccのI
DIディーゼル車両に搭載した。そして触媒の前の排気
管に軽油を燃費悪化5%の割合で加熱添加し、国内10・
15モード走行を行った。触媒による浄化前後について化
学発光式NOx 分析計を用いてNOx 減少量を測定し、
NOx 浄化率をもとめた。さらに、N2 O分析計を用い
て浄化後のガス中のN2 O量を測定し、NOx 浄化率に
占めるN2 O生成割合をもとめた。これらの結果を以下
の表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】上記表より明らかなように、化学発光式N
x 分析計による測定ではNOx 浄化率はいずれの触媒
においてもほぼ同等であったが、N2 O生成割合は本発
明の触媒の方が低くなっていた。すなわち、例えば実施
例1の触媒では、浄化されたNOx のうち70%が完全に
還元されN2 となっており、30%がN2 Oであったのに
対し、比較例1の触媒ではN2 はわずか40%であり、60
%は完全に還元されずN2 Oとして存在していた。
【0024】上記実施例1、4及び5で製造した触媒を
用い、あらかじめ炭化水素を60cc吸着させておいた後、
ディーゼル排気相当モデルガス(O2 10%、NO250pp
m、N 2 バランス、30リットル/min )を用いて排気ガ
ス浄化試験を行い、最大NOx浄化率とN2 O生成割合
を測定した。なお、この試験の間には炭化水素は供給し
なかった。また、同じ触媒を用い、炭化水素を吸着させ
ないで、試験の間に前記において吸着させた炭化水素と
同量の炭化水素を気相中に供給し、同様にして排気ガス
浄化試験を行った。この結果を図4に示す。この結果よ
り、あらかじめ炭化水素を吸着させておくことにより、
より効率的にNOx をN2 に転化できることがわかる。
【0025】
【発明の効果】排気ガス浄化用触媒において、触媒担体
と触媒担持層の間に炭化水素吸着層を設けることによ
り、N2 へのNOx の転化率を高めることができ、真の
NOx 浄化率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気ガス浄化用触媒の部分断面図であ
る。
【図2】従来の排気ガス浄化用触媒の部分拡大断面図で
ある。
【図3】本発明の排気ガス浄化用触媒の部分拡大断面図
である。
【図4】あらかじめ触媒に炭化水素を吸着させたおいた
場合のNOx 浄化率を示すグラフである。
【符号の説明】
1…排気浄化用触媒 2…触媒担体 3…炭化水素吸着層 4…触媒担持層 5…コート層 6…触媒金属
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 B01D 53/36 102H 102B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素過剰雰囲気下における排気ガス中の
    炭化水素及び窒素酸化物を同時に浄化する排気ガス浄化
    用触媒であって、触媒担体と、この触媒担体表面上に形
    成された炭化水素吸着層と、この炭化水素吸着層上に形
    成された触媒担持層とを具備することを特徴とする排気
    ガス浄化用触媒。
JP8213849A 1996-08-13 1996-08-13 排気ガス浄化用触媒 Pending JPH1057763A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100494542B1 (ko) * 2002-06-14 2005-06-13 현대자동차주식회사 2중층 코팅구조의 팔라듐 삼원촉매 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100494542B1 (ko) * 2002-06-14 2005-06-13 현대자동차주식회사 2중층 코팅구조의 팔라듐 삼원촉매 제조방법

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