JP2012050961A

JP2012050961A - 排ガス浄化用触媒

Info

Publication number: JP2012050961A
Application number: JP2010197850A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Matsubara; 宏幸松原; Hideyoshi Ikeda; 英恵池田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】Ｐｄを用いる触媒において、硫化水素排出量を増加させることなく、触媒性能を向上させる。
【解決手段】排ガス流れ方向に対して垂直に、触媒担体上に設けられた上層及び下層の２層構造の触媒層を備えた排ガス浄化用触媒であって、前記上層がＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなり、前記下層がＰｄを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス上流側の前段部とＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス下流側の後段部からなり、前記前段部にのみ塩基性物質が添加されており、さらに前記上層部の排ガス流れ方向の長さが前記下層部の排ガス方向の長さよりも短いことを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス流路に配置される、排ガス浄化用触媒に関する。

自動車用エンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには一酸化炭素(ＣＯ)、炭化水素(ＨＣ)、窒素酸化物(ＮＯ_X)等が含まれ、これらの有害物質は、一般に、白金(Ｐｔ)、パラジウム(Ｐｄ)、ロジウム(Ｒｈ)等の貴金属を触媒成分とする排気ガス浄化用触媒によって浄化される。

このような触媒において、温度安定性を向上させ、低温域における触媒活性度を高くするため、触媒層を２層以上にわけ、例えば触媒担体上にＲｈを担持させた上層とＰｄを担持させた下層を設けた触媒が提案されている（特許文献１〜４参照）。

特表２００９−５４１０４１号公報特開２００９−２２０１００号公報特開平１０−２９６０８５号公報特開平０９−０８５０９１号公報

このような従来の排ガス浄化用触媒では、排ガス中の硫黄成分が、燃料リッチ雰囲気において触媒上で還元され、Ｈ₂Ｓとなり腐乱臭を発する。またＰｄを用いる触媒においては、活性を促進するために塩基性物質を添加することが知られているが、この塩基性物質は硫黄の吸着を促進するため、活性を促進するための背反点となる。このため、Ｐｄを用いる触媒において、硫化水素排出量を増加させることなく、触媒性能を向上させることが望まれている。

上記問題点を解決するために本発明によれば、排ガス流れ方向に対して垂直に、触媒担体上に設けられた上層及び下層の２層構造の触媒層を備えた排ガス浄化用触媒であって、前記上層がＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなり、前記下層がＰｄを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス上流側の前段部とＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス下流側の後段部からなり、前記前段部にのみ塩基性物質が添加されており、さらに前記上層部の排ガス流れ方向の長さが前記下層部の排ガス方向の長さよりも短いことを特徴とする排ガス浄化用触媒が提供される。

本発明の排ガス浄化用触媒の構成を示す略図である。下層前段部中の塩基性物質の量に対するＮＯx浄化性能の関係を示すグラフである。上層における塩基性の有無によるＮＯx浄化性能の関係を示すグラフである。ＳＯ₂を触媒に吸着させた後、Ｓを還元した際の、硫化水素排出量を示すグラフである。

本発明の排ガス浄化用触媒１は、その基本的構成を図１に示すように、排ガス流れ方向に対して垂直に、触媒担体２上に設けられた上層及び下層の２層構造の触媒層を備えた排ガス浄化用触媒であって、前記上層５がＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなり、前記下層がＰｄを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス上流側の前段部３とＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス下流側の後段部４からなり、前記前段部３にのみ塩基性物質が添加されており、さらに前記上層部の排ガス方向の長さが前記下層部の排ガス方向の長さよりも短いことを特徴とするものである。

触媒担体２としては、排ガス浄化用触媒において一般に用いられている担体を用いることができ、ハニカム状のモノリス型担体が好ましく、その材質としてはコージェライト等を用いることができる。

上層５は、ＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる母材にＲｈを担持させてなるものである。この母材として従来は一般にアルミナが用いられているが、ＣｅとＺｒの複合酸化物酸素吸蔵放出能を有し、触媒反応において有効な雰囲気を保持するために添加されている。上層におけるＺｒとＣｅの複合酸化物におけるＺｒとＣｅの割合は、Ｃｅ／Ｚｒのモル比を０．１〜１０とすることが好ましい。

下層は排ガス上流側の前段部３と排ガス下流側の後段部４からなる。この後段部４は上層５と同様の構成であり、すなわちＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる母材にＲｈを担持させてなるものである。前段部３は、ＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる母材にＰｄを担持させてなるものである。前段部におけるＺｒとＣｅの複合酸化物におけるＺｒとＣｅの割合は、Ｃｅ／Ｚｒのモル比を０．１〜１０とすることが好ましい。

この前段部３にはＰｄの活性を促進させるために塩基性物質が添加されている。この塩基性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素等の化合物を用いることができる。この塩基性物質の添加量は２．０×１０^-2モル／Ｐｄ量（ｇ）とすることが好ましい。

上記前段部と後段部は、排ガス流れ方向の長さの比が１：３〜３：１であることが好ましい。

本発明の排ガス浄化用触媒においては、触媒層を２層構造とし、下層の前段部にＰｄと塩基性物質を配置することにより、硫化水素の排出量を悪化させることなく触媒性能を向上させることが可能となる。これは、下層後段に塩基性物質をおかないことで、硫化水素の脱離しやすい温度に塩基性物質が曝されないためであると考えられる。

本発明の排ガス浄化用触媒は、従来より行われている一般的な方法により製造することができる。例えば、アルミナ及びＣｅとＺｒの複合酸化物の各粉末を混合し、これに塩基性物質の塩の水溶液を加え、乾燥、焼成を行うことによって母材を形成する。この母材とＰｄの硝酸塩水溶液とを混合し、蒸発乾固させることにより母材にＰｄを担持させ、更に焼成を行うことによりＰｄ触媒を得る。このＰｄの硝酸塩に代えてＲｈの硝酸塩を用い、母材に塩基性物質を添加しないで同じ方法によりＲｈ触媒を得ることができる。このＰｄ触媒にバインダと水を加え、Ｐｄ触媒スラリーを調製し、担体上の所定の部位に塗布し、乾燥することにより、下層の前段部を形成する。次いでＲｈ触媒のスラリーを同様にして調製し、後段部を形成し、さらに上層を形成することにより、本発明の排ガス浄化用触媒が得られる。

実施例１（下層への塩基性付与の効果）
下層コート用の材料として、ＣｅＯ₂−ＺｒＯ₂粉末、Ｌａ₂Ｏ₃添加Ａｌ₂Ｏ₃、ＢａＳＯ₄を用いて、Ｐｄに対して塩基性物質を振り、３種類のＰｄ触媒スラリーを調製した。得られたＰｄ触媒スラリーを触媒前段側半分に塗布した。また、上層コート用の材料として、ＣｅＯ₂−ＺｒＯ₂粉末、Ａｌ₂Ｏ₃を用いて、Ｒｈ触媒スラリーを調製し、このスラリーを、上記Ｐｄ触媒スラリーの塗布後乾燥した触媒基材に対し、一面に塗布した。こうして得られた図１に示す触媒について、エンジン排ガス条件を酸化雰囲気、還元雰囲気に振った条件で高温で触媒劣化耐久を実施し、排ガス雰囲気を燃料リッチ（Ａ／Ｆ＝14.1）にしたときのＮＯx排出量を測定した。下層前段部中の塩基性物質の量に対するＮＯx排出量の関係を図２に示す。この結果より、下層の前段部に塩基性物質をＰｄ量あたり2.0×10^-2モル以上添加することによって、ＮＯx浄化能が向上した。

実施例２（上層への塩基性付与の影響）
実施例１と同様にし、下層中の塩基性物質の量が3.9×10^-2モルである触媒を調製し、これとは別に、さらに上層のＡｌ₂Ｏ₃をＬａ₂Ｏ₃添加Ａｌ₂Ｏ₃に変え、上層にも塩基性を付与させた触媒を調製し、実施例１と同様にして触媒劣化耐久を実施し、排ガス雰囲気を燃料リッチ（Ａ／Ｆ＝14.1）にしたときのＮＯx浄化温度を測定した。この結果を図３に示すが、上層に塩基性を付与することにより、触媒性能が悪化することがわかる。これは、塩基性がＲｈの還元性を悪化させるため、Ｒｈの性能が低下するためであると考えられる。

実施例３（上層及び下層における塩基性の影響）
実施例１と同様にし、上層及び下層のそれぞれに塩基性を付与したもしくは付与しない触媒を調製した。この触媒について（具体的な方法を追加してください）によりＳＯ₂を触媒に吸着させた後、高負荷停止したＳを還元した際の、硫化水素排出量を測定した。この結果を図４に示す。下層への塩基性付与による硫化水素排出量は悪化がみられないが、上層への塩基性付与では大幅に悪化した。これは、上層のコート層が長いため、硫化水素が脱離しやすい温度に曝されやすいためであると考えられる。

Claims

排ガス流れ方向に対して垂直に、触媒担体上に設けられた上層及び下層の２層構造の触媒層を備えた排ガス浄化用触媒であって、前記上層がＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなり、前記下層がＰｄを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス上流側の前段部とＲｈを担持したＺｒとＣｅの複合酸化物とアルミナからなる排ガス下流側の後段部からなり、前記前段部にのみ塩基性物質が添加されており、さらに前記上層部の排ガス流れ方向の長さが前記下層部の排ガス方向の長さよりも短いことを特徴とする排ガス浄化用触媒。