JPH1157472A - 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法 - Google Patents
排気ガス浄化用触媒及びその製造方法Info
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Abstract
触媒の低温活性の向上及び高温での排気浄化率の向上を
図る。 【解決手段】セリア粉末にPd溶液を接触させた後、焼
成することによって該セリア粒子2にPd酸化物粒子3
を担持する。これを担体1にバインダを利用してコーテ
ィングした後に、そのコーティング層にセリウム溶液を
含浸させ、しかる後に焼成することによって、上記セリ
ア粒子2の表面に上記Pd酸化物粒子を覆うセリア被膜
5を形成する。
Description
媒及びその製造方法に関する。
60−110335号公報には、アルミナ粉末にセリア
を担持させたものと、セリア粉末とを混合して担体にコ
ーティングした後、そのコーティング層にPt、Rh及
びPdからなる群より選ばれた少なくとも1種の貴金属
成分を担持させるという排気ガス浄化用触媒の製造方法
及び該方法によって得られる排気ガス浄化用触媒が記載
されている。これは、アルミナ粉末に直接担持させるセ
リア量を少なくすることによって、該アルミナ粉末の比
表面積の低下を防止し、該アルミナ粉末上における貴金
属成分の分散性を高めようとするものである。
を利用して三元触媒のA/Fウインドウ(該触媒が有効
に働く空燃比領域)を拡大することは知られている。上
記従来技術は、アルミナ粉末の比表面積の低下を防止す
るという観点から、アルミナ粉末に担持させるセリア量
を減らす一方、貴金属を担持させた後にセリア粉末を添
加することによって、上記O2 ストレージ効果を得るに
十分なセリア量を確保するものと認められる。
ナ粉末の比表面積の低下を防止するものであるが、本発
明のねらいは、Pd酸化物とセリウム酸化物との相互作
用の向上を図ることにある。すなわち、セリウム酸化物
のO2 ストレージ効果を利用してPd酸化物の触媒機能
を高めるには、セリウム酸化物がPd酸化物のまわりに
適切に配置されていることが必要になる。しかし、先に
アルミナ粉末に貴金属を担持させた後に、これにセリア
粉末を混合しただけでは、O2 ストレージ効果が十分に
生かされるように該貴金属とセリア粉末とが接近するこ
とを担保することができない。
リウム酸化物にPd酸化物を担持させ、その後にこれに
さらにセリウム酸化物を担持させることにより、Pd酸
化物がセリウム酸化物のO2 ストレージ効果によって金
属Pdに還元されにくくし、触媒の活性・耐久性を改善
しようとするものである。
の製造方法に係る発明は、Pdの酸化物と、金属成分と
してセリウムを含む金属酸化物とが含まれている排気ガ
ス浄化用触媒の製造方法であって、金属成分としてセリ
ウムを含む金属酸化物に、Pdを含む貴金属を担持する
貴金属担持工程と、上記金属酸化物に貴金属を担持させ
たものを該貴金属が金属酸化物に固定されるように熱処
理する熱処理工程と、上記熱処理物に、金属成分として
セリウムを含む金属酸化物を担持させる酸化物担持工程
とを順に行なうことを特徴とする。
金属酸化物」とは、セリア単独であっても、セリウムと
他の貴金属ないしは遷移金属との複合酸化物(複酸化
物)であってもよい。そのような他の遷移金属として
は、例えばジルコニウム、プラセオジウム、ネオジウ
ム、ランタン等がある。また、「Pd含む貴金属」と
は、Pd単独でもよく、Pd以外にPt、Rhその他貴
金属を併用したものであってもよい。
程とその後の熱処理工程とによって、セリウム酸化物
(ここでいうセリウム酸化物は、セリアに限って使用し
ている語ではなく、広く上記複合酸化物を含んでい
る。)に、少なくともPd酸化物が担持されたものが得
られる。そして、その後の酸化物担持工程によって、上
記セリウム酸化物の上に、さらにセリウム酸化物が上記
Pd酸化物に近接してもしくは該Pd酸化物を覆うよう
に担持されることになる。
セリウム酸化物で言わば囲まれたようになり、このセリ
ウム酸化物のO2 ストレージ効果がPd酸化物に有効に
働くことになる。これにより、当該排気ガス浄化用触媒
の活性、特にHC(炭化水素)、CO及びNOx(窒素
酸化物)の浄化に関する低温活性が向上し、また、高温
でのNOx浄化率も高くなる。
上記金属酸化物の粉末と上記貴金属の溶液とを接触させ
ることによって行なうことができる。これにより、金属
酸化物粉末の表面全体に貴金属溶液が付着し、その後に
熱処理したとき、金属酸化物粒子の表面全体に貴金属の
酸化物が分散して担持固定されたものが得られ、触媒の
活性向上に有利になる。
酸化物粉末とアルミナ粉末とに上記貴金属の溶液を接触
させることによって、該貴金属を金属酸化物粉末とアル
ミナ粉末とに担持させることができる。これにより、貴
金属を金属酸化物粉末とアルミナ粉末の各々に対して高
分散担持することができ、アルミナの利用によって触媒
の活性を高めることができる。
の酸化物担持工程において貴金属が金属酸化物から脱離
しないように、該貴金属を金属酸化物に固定するために
行なうものであって、その処理温度は450〜700℃
が好ましい。450℃未満では貴金属の金属酸化物への
固定が不十分になり、700℃以上では触媒の劣化を招
き易くなるためである。
セリウムを含む金属の溶液(例えば、硝酸塩や酢酸塩の
溶液)を接触させて焼成することによって当該担持を行
なうことができる。この場合、焼成によってセリウム等
は金属酸化物となる。金属の溶液を熱処理物に含浸させ
て焼成する方法であっても、熱処理物と金属の溶液とを
混合して乾固(蒸発乾固又はスプレードライ)し、その
後に焼成する方法であってもよい。
してセリウムを含む金属酸化物とが含まれている触媒層
が形成されてなる排気ガス浄化用触媒を得るには、上記
貴金属担持工程の後に、当該貴金属を担持した金属酸化
物を担体にコーティングし、しかる後に上記熱処理工程
及び酸化物担持工程を行なうようにすればよい。
d等)の溶液、バインダ及び水を、さらに必要に応じて
これらとアルミナ粉末とを混合することによって、貴金
属の金属酸化物粉末やアルミナ粉末への担持を行ない、
当該混合によって得られるスラリーを担体にコーティン
グすればよい。また、上記金属酸化物粉末、貴金属(P
d等)の溶液及び水を、さらに必要に応じてこれらとア
ルミナ粉末とを合わせて、加熱しながら攪拌し乾固させ
ることによって、貴金属の金属酸化物粉末やアルミナ粉
末への担持を行ない、得られた乾固物を粉砕しこれに水
及びバインダを加えてスラリーを形成し、このスラリー
を担体にコーティングするようにすることもできる。
金属の溶液を上記担体のコーティング層に含浸させて焼
成することによって、当該担持を行なうことができる。
これにより、コーティング層のセリウム酸化物の表面に
セリウム酸化物の被膜が形成され、この被膜によってP
d酸化物が覆われることになる。よって、このPd酸化
物の全体がセリウム酸化物によって囲まれることにな
り、上記O2 ストレージ効果の利用に有利になる。
セリウムを含む金属の溶液とを混合して乾固し、該乾固
物をスラリーとして担体にコーティングし、しかる後に
その焼成を行なうようにすることができる。これによ
り、個々の熱処理物の表面がセリウム酸化物被膜で覆わ
れたものを担体の表面に触媒層として担持させることが
できる。
持される金属酸化物の量は、該金属酸化物と上記酸化物
担持工程において熱処理物に担持される金属酸化物とを
合わせた量の10〜30wt%であることが好適であ
る。
0〜30wt%が初めの貴金属担持工程に用いられ、残
りが酸化物担持工程で得られることになる。このような
割合であれば、触媒の低温活性の向上と、排気浄化率の
向上とを両立させることができる。上記割合は20〜3
0wt%が特に好適である。
は、Pdの酸化物と、金属成分としてセリウムを含む金
属酸化物とが含まれている排気ガス浄化用触媒であっ
て、金属成分としてセリウムを含む金属酸化物粒子の表
面に、Pd酸化物粒子が分散担持され、該Pd酸化物粒
子が上記金属酸化物粒子の表面に形成された金属成分と
してセリウムを含む金属酸化物の被膜によって覆われて
いることを特徴とする。
発明に係る排気ガス浄化用触媒を製造するためのもので
あり、当該排気ガス浄化用触媒であれば、上記O2 スト
レージ効果を効率良く利用してその低温活性を高めるこ
とができ、また、高温での排気浄化率を高めることがで
きる。
粒子と上記金属酸化物被膜とを合わせた量の10〜30
wt%が好適である。
の製造方法に係る発明によれば、金属成分としてセリウ
ムを含む金属酸化物に、Pdを含む貴金属を担持し、こ
れを熱処理した後に、これに金属成分としてセリウムを
含む金属酸化物を担持させるようにしたから、Pd酸化
物がセリウム酸化物で言わば囲まれたような触媒を得る
ことができ、このセリウム酸化物のO2 ストレージ効果
をPd酸化物の触媒機能に有効に利用して当該排気ガス
浄化用触媒の低温活性を高めることができ、また、高温
でのNOx浄化率も高めることができる。
る発明によれば、金属成分としてセリウムを含む金属酸
化物粒子の表面に、Pd酸化物粒子が分散担持され、該
Pd酸化物粒子が上記金属酸化物粒子の表面に形成され
た金属成分としてセリウムを含む金属酸化物の被膜によ
って覆われているから、セリウム酸化物のO2 ストレー
ジ効果がPd酸化物の触媒機能に有効に働き、当該触媒
の低温活性が向上するとともに、高温でのNOx浄化率
が高くなる。
スを浄化するための触媒の一例が示されている。該触媒
において、1はコージェライト製のハニカム担体であ
り、その表面に、セリア粒子2の表面にPd酸化物粒子
3が分散担持され且つ該Pd酸化物粒子3を覆うように
セリア粒子2の表面にセリア被膜4が形成されてなる触
媒粒子5が担持されている。なお、このハニカム担体1
の表面には、図示は省略するが、上記触媒粒子5と同様
に、活性アルミナ粒子の表面にPd酸化物粒子が分散担
持され且つ該Pd粒子を覆うように該表面にセリア被膜
が形成されてなる触媒粒子も担持されている。これらの
触媒粒子はバインダ(例えば、水和アルミナ)によって
担体1の表面に固着されている。
Pd溶液(4.53wt%)1.64g、バインダ及び
水10mLを攪拌混合してスラリーを形成する。このス
ラリーにハニカム担体を浸漬して引上げ、エアブローに
よって余分なスラリーを除去した後、乾燥し、加熱焼成
(熱処理)する。その冷却後、このハニカム担体のコー
ティング層に、硝酸セリウムZ1gを水3mlに溶解させ
てなる水溶液を含浸させ、再度焼成を行なうことによっ
て、上記排気ガス浄化用触媒を得る。
Pd溶液(4.53wt%)1.64g及び水を加熱容
器に入れ、加熱しながら攪拌することによって乾固させ
る。得られた乾固物を粉砕し、これにバインダ及び水1
0mLを加えてスラリーを形成する。このスラリーにハ
ニカム担体を浸漬して引上げ、エアブローによって余分
なスラリーを除去した後、乾燥し、加熱焼成する。その
冷却後、このハニカム担体のコーティング層に、硝酸セ
リウムZ2gを水3mlに溶解させてなる水溶液を含浸さ
せ、再度焼成を行なうことによって、上記排気ガス浄化
用触媒を得る。
の影響>上述の製造方法によれば、得られる触媒には、
セリア粉末と、硝酸セリウムから生成するセリアとが含
まれることになる。そこで、全セリア量に占めるセリア
粉末の割合を20wt%、40wt%、60wt%、8
0wt%及び100wt%と段階的に変えて、それが触
媒の活性に及ぼす影響を調べた。
材料の量は、セリア粉末20wt%の場合、アルミナ粉
末X1=3.0g、セリア粉末Y1=0.6g、ジニトロジ
アミンPd溶液(4.53wt%)1.64g、硝酸セ
リウムZ1=1.72gとした。担体(25cc)に対す
るコーティング量は乾燥重量で1.8gである。これに
よって、最終完成品では、アルミナ:セリア=1:1の
重量比となり、担体1L当りのPd担持量は1.5gと
なる。2回の焼成はいずれも500℃で2時間とした。
ために、HC、CO及びNOxの浄化に関するT50
(最高浄化率の半分の浄化率が得られるときの触媒入口
の排気ガス温度)を測定し、また、高温での活性を評価
するために、400℃及び500℃の各々でのHC、C
O及びNOxの各浄化率を測定した。
空燃比がA/F=14.7を中心に±0.9の幅で変化
するように、1Hzでガス組成を変化させた。
%,H2 :0.2% C3 H6 :0.056%,NO:0.1%,残部N2 また、各供試触媒には、耐熱性を評価するために大気中
で1000℃で24時間の熱処理を施してから、上記テ
ストに供した。なお、図2以下の各グラフにおいて、C
A材とは、上記セリア粉末のことを意味する。
によれば、CA材で全セリアの一部を構成するようにし
た本発明の触媒は、いずれもセリア粉末のみで全セリア
を構成した比較例に比べて、T50が低くなっている。
これから、本発明によれば低温活性が向上することがわ
かる。これは、Pd酸化物がセリア粉末と硝酸セリアに
よるセリア被膜とによって囲まれ、セリアのO2 ストレ
ージ効果がPd酸化物に有効に働いたためと考えられ
る。
C及びCOの浄化率に関しては本発明触媒と比較例触媒
との間に大差はないが、NOx浄化率に関しては、本発
明触媒の方が高くなっている。C500の結果は図4に
示されているが、C400の場合と同様の結果となって
いる。但し、CA材の占める割合が多くなるに従って、
NOx浄化率は低くなっている。
CA材(セリア粉末)の占める割合を0wt%、10w
t%、20wt%、30wt%、100wt%とした各
触媒を調製し、同様にT50、C400及びC500を
測定した。結果は、図5乃至図7に示されている。
0〜30wt%のときに略同じ程度低くなっている。図
6に示すC400及び図7に示すT500については、
CA材が20wt%及び30wt%のときNOx浄化率
が特に高くなっている。従って、上記割合は10〜30
wt%がよいこと、NOx浄化率の向上の観点から20
〜30wt%がよいことがわかる。
触媒粒子の比較>上記CA材(セリア粉末)を20wt
%として得られた触媒と、これを100wt%として得
られた触媒とについて、各々のセリア粉末部分を電子顕
微鏡写真にとった。20wt%の触媒の同写真を図8
に、100wt%の同写真を図9に示す。各触媒は大気
中で1000℃24時間の熱処理を施したものである。
いて、写真右側に現れている大きな粒がセリア粒子であ
り、その表面に現れている小さな粒がPd酸化物であ
る。これに対して、図8に示すCA材20wt%のもの
において、写真左側に比較的濃く現れている大きな粒が
セリア粒子、その周囲に薄く現れている部分がセリア被
膜、この被膜部分に見える小さな粒がPd酸化物であ
り、このPd酸化物粒子がセリア被膜によって覆われて
いることがわかる。このセリア被膜の有無が上述の触媒
活性の違いとなって上記結果に現われているものであ
る。
croscopy)画像上の元素の同定方法としては、EDX
(Energy dispersion X-raydetector)を使うものと、
格子縞から同定するものとがある。このいずれによって
も、上記CA材20wt%とした触媒と、これを100
wt%とした触媒とを明確に判別することができる。
も良かったCA材(セリア粉末)の割合20wt%の触
媒に関し、触媒の調製に上述の含浸法を採用したものと
乾固法を採用したものとについて、そのC400及びC
500を同様に測定した。結果は図10にC400が、
図11にC500が示されている。このときのX2、Y2、
Z2はCA材20wt%でのX1、Y1、Z1と同じにした。
も、乾固法の方が含浸法よりも浄化率が少し低くなる傾
向にあるが、それでもCA材100の例に比較すると、
高い浄化率を示し、特にNOx浄化率に関しては顕著に
差が現れている。従って、調製に乾固法を採用しても本
発明は有用であることがわかる。
比較>本発明とは異なる従来方法によって触媒を調製し
た。すなわち、アルミナ粉末に硝酸セリウムをセリア量
換算で予定する全セリア量の5wt%を含浸させて焼成
し、このセリア含有アルミナ粉末とセリア粉末(全セリ
ア量の残り95wt%分)と水とを混合してスラリーを
形成した。そして、このスラリーを担体にコーティング
した後、焼成し、さらに、このコーティング層にジニト
ロジアミンPd溶液を含浸させて焼成した。アルミナ粉
末量、全セリア量、Pd担持量は上記CA材(セリア粉
末)20wt%の本発明触媒と同じになるようにした。
た触媒についてT50、C400及びC500を同様に
よって測定し、本発明触媒と比較した。結果は図12乃
至図14に示されている。
による触媒ではCA材100wt%の触媒よりも低温活
性が良くなっているが、それでも本発明触媒に比べると
低い結果になっている。これは、他の調製法による場
合、アルミナ粉末の比表面積の大きな低下は避けられる
ものの、Pd酸化物は単にセリア粒子やアルミナ粒子に
担持されたものになるだけで、本発明の如きセリア被膜
によって覆われた形態にはならないためと考えられる。
よって、この結果からも本発明の有用性が裏付けられ
る。
500をみると、上記他の調製法による触媒では、CA
材100wt%のものよりもかえって浄化率が低くなっ
ている。これはアルミナ粉末への硝酸セリウムの含浸・
焼成によって、そのアルミナ粒子の比表面積が低くなっ
た結果と考えられる。
た場合>貴金属として上記Pdと共にPt及びRhを併
用してCA材(セリア粉末)20wt%の触媒とCA材
100wt%の触媒とを調製し、同様にT50、C40
0及びC500を測定した。調製法としては先に説明し
た含浸法を採用し、各貴金属の担体1L当りの担持量
は、Pt:Pd:Rh=1:7:3の重量比率で総計が
1.3gとなるようにした。また、得られた触媒にはい
ずれにも大気中で1000℃、24時間の熱処理を施し
た。結果は図15乃至図17に示されている。
20wt%としたものが100wt%としたものよりも
低い。図16に示すC400及び図17に示すC500
に関してもCA材20wt%のものが良い。CA材20
wt%の触媒ではNOx浄化率が極めて高くなっている
ことが特徴的である。従って、この結果から、貴金属と
してPdを単独で用いる場合だけでなく、Pt、Rhと
併用する場合でも、本発明は有用であることがわかる。
合>そこで、貴金属としてPdを用いずにPtとRhの
み(Pt:rh=5:1の重量比率で、担体1L当りの
担持量が総計で1.6g)として、CA材(セリア粉
末)20wt%の触媒とCA材100wt%の触媒とを
調製し、同様にT50、C400及びC500を測定し
た。調製法としては先に説明した含浸法を採用した。ま
た、得られた触媒にはいずれにも大気中で1000℃、
24時間の熱処理を施した。結果は図18乃至図20に
示されている。
wt%では100wt%のものよりも高くなっており、
しかも、Pdを用いた場合に比べてT50が高くなって
いる。図19に示すC400及び図20に示すC500
の各浄化率も、CA材20wt%の方が100wt%の
ものより低くなっており、また、Pdを用いた場合に比
べてC400が低くなっている。
dを使用しない場合には、本発明の方法を用いても格別
な効果は得られないことがわかる。これは、Pdは酸化
物となって働くことにより優れた触媒機能を発揮するも
のであるから、セリアのO2ストレージ効果がPd酸化
物の触媒活性を安定したものにするのに対し、Ptは酸
化物ではなく金属状態においてその優れた触媒機能を発
揮するものであり、このPtに対してはセリアのO2 ス
トレージ効果は効を奏さず、かえってセリア被膜の形成
により、Ptが酸化し易くなり、あるいは排気ガスとの
接触が妨げられる結果と考えられる。
影響をみたグラフ図。
ラフ図。
ラフ図。
ぼす影響をみたグラフ図。
及ぼす影響をみたグラフ図。
及ぼす影響をみたグラフ図。
みたグラフ図。
みたグラフ図。
て比較したグラフ図。
して比較したグラフ図。
して比較したグラフ図。
場合のT50をCA材20wt%と100wt%とで比
較したグラフ図。
場合のC400をCA材20wt%と100wt%とで
比較したグラフ図。
場合のC500をCA材20wt%と100wt%とで
比較したグラフ図。
50をCA材20wt%と100wt%とで比較したグ
ラフ図。
400をCA材20wt%と100wt%とで比較した
グラフ図。
500をCA材20wt%と100wt%とで比較した
グラフ図。
Claims (10)
- 【請求項1】 Pdの酸化物と、金属成分としてセリウ
ムを含む金属酸化物とが含まれている排気ガス浄化用触
媒の製造方法であって、 金属成分としてセリウムを含む金属酸化物に、Pdを含
む貴金属を担持する貴金属担持工程と、 上記金属酸化物に貴金属を担持させたものを該貴金属が
金属酸化物に固定されるように熱処理する熱処理工程
と、 上記熱処理物に、金属成分としてセリウムを含む金属酸
化物を担持させる酸化物担持工程とを順に行なうことを
特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記貴金属担持工程が、上記金属酸化物の粉末と上記貴
金属の溶液とを接触させることによって行なうことを特
徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記貴金属担持工程では、上記金属酸化物粉末とアルミ
ナ粉末とに上記貴金属の溶液を接触させることによっ
て、該貴金属を金属酸化物粉末とアルミナ粉末とに担持
させることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項4】 請求項1に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記酸化物担持工程では、上記熱処理物にセリウムを含
む金属の溶液を接触させて焼成することを特徴とする排
気ガス浄化用触媒の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記貴金属担持工程の後に、当該貴金属を担持した金属
酸化物を担体にコーティングし、しかる後に上記熱処理
工程を行なうことを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製
造方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記酸化物担持工程では、セリウムを含む金属の溶液を
上記担体のコーティング層に含浸させて焼成することを
特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。 - 【請求項7】 請求項1に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記貴金属担持工程において貴金属が担持される金属酸
化物の量は、該金属酸化物と上記酸化物担持工程におい
て熱処理物に担持される金属酸化物とを合わせた量の1
0〜30wt%であることを特徴とする排気ガス浄化用
触媒の製造方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載されている排気ガス浄化
用触媒の製造方法において、 上記貴金属担持工程において上記貴金属が担持される金
属酸化物の量は、該金属酸化物と上記酸化物担持工程に
おいて熱処理物に担持される金属酸化物とを合わせた量
の20〜30wt%であることを特徴とする排気ガス浄
化用触媒の製造方法。 - 【請求項9】 Pdの酸化物と、金属成分としてセリウ
ムを含む金属酸化物とが含まれている排気ガス浄化用触
媒であって、 金属成分としてセリウムを含む金属酸化物粒子の表面
に、Pd酸化物粒子が分散担持され、該Pd酸化物粒子
が上記金属酸化物粒子の表面に形成された金属成分とし
てセリウムを含む金属酸化物の被膜によって覆われてい
ることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項10】 請求項9に記載されている排気ガス浄
化用触媒において、 上記金属酸化物粒子の量が、該金属酸化物粒子と上記金
属酸化物被膜とを合わせた量の10〜30wt%である
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
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