JP3493879B2 - 排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化方法 - Google Patents
排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化方法Info
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Description
ン、ディーゼル)、ボイラーなどの内燃機関から排出さ
れる排ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(C
O)、および窒素酸化物(NOx)を浄化する排ガス浄
化用触媒システムに関するものであり、特に酸素過剰領
域でのNOx浄化方法に着目したものである。
問題から、低燃費自動車の要求が高まっており、ガソリ
ン自動車に対しては希薄燃焼自動車の開発が注目されて
いる。従来の希薄燃焼自動車においては、希薄燃焼走行
時、排ガス雰囲気が理論空燃状態に比べ酸素過剰雰囲気
(リーン)となるが、リーン域で通常の三元触媒を適応
させた場合、過剰な酸素の影響からNOx浄化作用が不
十分となるという問題があった。このため酸素が過剰と
なってもNOxを浄化する触媒の開発が望まれていた。
は種々提案されており、例えば特開平5−168860
号公報に示すように、Ptにランタン等を担持した触媒
に代表されるように、リーン域でNOxを吸収し、スト
イキ時にNOxを放出させ浄化する触媒が提案されてい
る。さらにNOx吸収能力を向上させる目的で例えば特
開平5−261287号公報、特開平5−317652
号公報、特開平6−31139号公報、特開平6−28
5371号公報等に示すように、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属を用いる技術や、あるいは特開平6−142
458号公報、特開平6−262040号公報に示すよ
うに、アルカリ金属、アルカリ土類金属に加え、希土類
金属や鉄属金属とを用いる技術などが開示されている。
来技術においてもなおNOx吸収能が不足したり、ある
いは耐久後の性能が不足するという問題があった。
い加速時には理論空燃比で走行されるため、リーンバー
ン車においても三元機能が必要となるが、上記従来技術
に見られるようにアルカリ金属、アルカリ土類を用いる
場合には、これらの塩基性が影響して貴金属の酸化能が
弱まり、場合によっては三元機能のうちHC、COの転
化性能が不十分となるという問題があった。
走行を長い時間続けるとNOx吸収量が飽和し、やがて
吸収作用が無くなるという問題があった。
消し、酸素が過剰になっても高いNOx吸収作用を有す
る排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。
鑑み鋭意研究した結果、以下に述べる新規の触媒および
排ガス浄化方法を発明するに至った。
に、 a)白金、パラジウム、ロジウムから選ばれた少なくと
も一種と、 b)(La 1-x A x ) 1- α B O 3- δ 0<x<1、 0<α<0.2、 0≦δ≦1 A=Ba、Kから選ばれた少なくとも一種 B=鉄、コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれた少
なくとも一種で示される複合体(複合体−I)と、 c)Cey Zr1-y O2 0<y<1 で示される複合体(複合体−II)とを含有してなり、
かつ貴金属の2〜8割が複合体−IIに担持された触媒
で、酸素過剰雰囲気下の窒素酸化物を浄化する。
ら選ばれた少なくとも一種が酸化物換算で触媒1L当り
5〜50g、ランタンが酸化物換算で触媒1L当り5〜
50g、バリウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜10
0g、カリウムが酸化物換算で触媒1L当り1〜20
g、セリウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜100
g、ジルコニウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜10
0g含有されてなる触媒で、酸素過剰雰囲気下の窒素酸
化物を浄化する。
まない層をその上層に設けて成る触媒で酸素過剰雰囲気
下の窒素酸化物を浄化する。
2個設け、前段にCuを担持してなるゼオライトを含む
触媒を配置し、後段に上記〜のいずれかの触媒を配
置して酸素過剰雰囲気下の窒素酸化物を浄化する。
上とを繰り返し変動するリーンバーンエンジン車の排ガ
スを上記〜のいずれかの触媒により浄化する。
の形態を詳しく説明する。
体には、耐熱性材料からなるモノリス担体が好ましく、
例えばコーディライトなどのセラミックあるいはフェラ
イト系ステンレスなどの金属製のものが用いられる。
性無機担体に担持されて用いられることが好ましい。担
体には、触媒活性成分の分散性を確保するために比表面
積が高くかつ耐熱性に優れる材料が適し、中でも活性ア
ルミナが好ましい。さらに耐熱比表面積を高める目的
で、希土類元素やジルコニウムなどを添加してもよい。
活性アルミナの使用量は触媒1L当り50〜300gで
あることが好ましい。
は、NOx吸収機能と三元機能が十分に得られる限りい
かなる量でも良いが、一般の三元触媒で用いられている
ように触媒1L当り0.1〜10gであることが好まし
い。
ばれた少なくとも一種と、ランタンとカリウムとバリウ
ムは、触媒に含まれるこれらの全てが複合化していると
その作用は最大限に発揮されるが、少なくとも一部が複
合体を形成している場合でも目的とする作用は得られ
る。またセリウムとジルコニウムも同様に、少なくとも
一部が複合体を形成していれば、その作用は得られる。
も別々の酸化物として分離することなく複合酸化物とし
て存在する。これは例えばX線回折測定により確認する
ことができる。
それらの原料に含まれる不純物を含んでも、その作用を
妨げる量でなければ構わない。例えばバリウム中に含ま
れるストロンチウムや、セリウム中に含まれるランタ
ン、ネオジウム、サマリウムや、ジルコニウム中に含ま
れるハフニウムなどが微量含まれても構わない。
ケル、マンガンから選ばれた少なくとも一種とランタン
とカリウムとバリウムとを含む複合体の製造方法として
は、例えば各成分の金属塩(硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、
クエン酸塩、塩酸塩など)の水溶液を調製し、場合によ
ってはこれに沈澱剤(アンモニア、炭酸アンモニウムな
ど)を添加して沈澱物を生成させ、これら溶液あるいは
沈澱物を乾燥、焼成して複合酸化物粉末を得る方法があ
る。このような方法により各成分の少なくとも一部が複
合化し、目的に合致したものとなる。ただし複合体の製
造方法は上記方法に必ずしも限定されるものではなく、
上記以外の方法でも複合体が形成されるのであればよ
い。また、本発明の実施の形態で用いるセリウムとジル
コニウムを含む複合体も同様の方法で得られる。
ライト触媒中のCu担持ゼオライト量は、NOx浄化作
用を示す量であれば特に限定されないが、触媒担体1L
当り100〜300gであることが好ましい。Cuはイ
オン交換によりゼオライトに担持されることが好まし
い。活性、耐久性を向上させるための添加物、例えばC
o、Ca、P、Ce、Nd等を添加してもよい。ゼオラ
イトにはCuイオン交換後の活性が高くかつ耐熱性に優
れるものが好ましく、例えばペンタシル型ゼオライト、
Y型ゼオライト、モルデナイト、フェリエライト等が用
いられる。
の2つの触媒の排気系への設置方法としては、例えば1
個の触媒コンバータ内に2つの触媒を装着して配置する
方法や、2種類の触媒を別々のコンバータに入れて設置
する方法がある。触媒の設置位置は特に限定されず、例
えばマニホールド直下位置や床下位置が挙げられる。前
段、後段それぞれ1個ずつの触媒で浄化性能が充分でな
い場合には、さらに前段、後段のいずれかあるいは両方
を複数個としたり、他種触媒を追加してもよい。
により説明する。
後400℃で1時間焼成して、Rh担持活性アルミナ粉
末(粉末A)を得た。この粉末のRh濃度は2.0重量
%であった。
し、乾燥後400℃で1時間焼成して、Pd担持活性ア
ルミナ粉末(粉末B)を得た。この粉末のPd濃度は
2.0重量%であった。
溶液にアンモニアを加え、生じた沈澱物を乾燥後、40
0℃で焼成し、セリウム−ジルコニウム酸化物粉末(粉
末C)を得た。この粉末は金属原子比でセリウム/ジル
コニウム=8/2であった。粉末Cに硝酸Pd水溶液を
含浸し、乾燥後400℃で1時間焼成して、Pd担持セ
リウム−ジルコニウム粉末(粉末D)を得た。この粉末
のPd濃度は2.0重量%であった。
トの混合物にクエン酸を加え、乾燥後700℃で焼成
し、(粉末E)を得た。この粉末は金属原子比でランタ
ン/バリウム/コバルト=2/2/5であった。
末Dを225g、粉末Eを225g、活性アルミナ粉末
を39g、水900gを磁性ボールミルに投入し、混合
粉砕してスラリ液を得た。このスラリ液をコーディライ
ト質モノリス担体(1.0L、400セル)に付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除いて13
0℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成した。この作
業を2回行い、コート層重量200g/L−担体の(触
媒−1)を得た。
を用いる以外は実施例1と同様の方法で作成し、(触媒
−2)を得た。
ルトの混合物にクエン酸を加え、乾燥後700℃で焼成
し、金属原子比でランタン/バリウム/カリウム/コバ
ルト=1/2/1/5の粉末を得た。
実施例1と同様の方法で作成し、(触媒−3)を得た。
作成し、(触媒−4)を得た。
作成し、(触媒−5)を得た。
作成し、(触媒−6)を得た。
作成し、(触媒−7)を得た。
法で作成し、(触媒−8)を得た。
00℃で1時間焼成して、Pd担持活性アルミナ粉末
(粉末F)を得た。この粉末のPd濃度は4.0重量%
であった。
化ジルコニウムを36g、酸化セリウムを189g、酸
化ランタンを71g、酸化バリウムを71g、酸化コバ
ルトを83g、活性アルミナ粉末を79g、水900g
を磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得
た。このスラリ液をコーディライト質モノリス担体
(1.0L、400セル)に付着させ、空気流にてセル
内の余剰のスラリを取り除いて130℃で乾燥した後、
400℃で1時間焼成した。この作業を2回行い、コー
ト層重量200g/L−担体の(触媒−9)を得た。
g、粉末Eを225g、活性アルミナ粉末を79g、水
900gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラ
リ液を得た。このスラリ液をコーディライト質モノリス
担体(1.0L、400セル)に付着させ、空気流にて
セル内の余剰のスラリを取り除いて130℃で乾燥した
後、400℃で1時間焼成した。この作業を2回行い、
コート層重量200g/L−担体の(触媒−10)を得
た。
浸し、乾燥後400℃で1時間焼成して、Pt担持活性
アルミナ粉末(粉末G)を得た。この粉末のPt濃度は
2.0重量%であった。
含浸し、乾燥後400℃で1時間焼成して、Pt担持活
性アルミナ粉末(粉末H)を得た。この粉末のPt濃度
は2.0重量%であった。
末Hを225g、粉末Eを225g、活性アルミナ粉末
を39g、水900gを磁性ボールミルに投入し、混合
粉砕してスラリ液を得た。このスラリ液をコーディライ
ト質モノリス担体(1.0L、400セル)に付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除いて13
0℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成した。この作
業を2回行い、コート層重量200g/L−担体の(触
媒−11)を得た。
バルト=1/3/5とした粉末を用いる以外は実施例1
と同様の方法で作成し、(触媒−12)を得た。
バルト=3/1/5とした粉末を用いる以外は実施例1
と同様の方法で作成し、(触媒−13)を得た。
=2/8とした粉末を用いる以外は実施例1と同様の方
法で作成し、(触媒−14)を得た。
法で作成し、(触媒−15)を得た。
様の方法で作成し、(触媒−16)を得た。
様の方法で作成し、(触媒−17)を得た。
g、粉末Eを360g、活性アルミナ粉末を31g、水
900gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラ
リ液を得た。このスラリ液をコーディライト質モノリス
担体(1.0L、400セル)に付着させ、空気流にて
セル内の余剰のスラリを取り除いて130℃で乾燥した
後、400℃で1時間焼成し、コート層重量125g/
L−担体を得た。
末Dを300g、活性アルミナ粉末を51g、水900
gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を
得た。このスラリ液を上記125g/L担体に付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除いて13
0℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層
重量200g/L−担体の(触媒−18)を得た。
ルトの混合物にクエン酸を加え、乾燥後700℃で焼成
し、金属原子比でランタン/バリウム/カリウム/コバ
ルト=1/2/1/5の粉末を得た。
実施例11と同様の方法で作成し、(触媒−19)を得
た。
g、活性アルミナ粉末を85g、水900gを磁性ボー
ルミルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。このス
ラリ液をコーディライト質モノリス担体(1.0L、4
00セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラ
リを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時
間焼成した。この作業を2回行い、コート層重量200
g/L−担体の(触媒−20)を得た。
粉末2Kgとを混合し撹拌、濾過する作業を3回繰り返
し、その後乾燥、焼成し、Cu担持ゼオライト粉末(粉
末J)を得た。この粉末のCu濃度は5%であった。
0%)450g、水540gを磁性ボールミルに投入
し、混合粉砕してスラリ液を得た。このスラリ液をコー
ディライト質モノリス担体(1.0L、400セル)に
付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリを取り除い
て130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コ
ート層重量300g/L−担体の(触媒−21)を得
た。
置した。
し、触媒入口温度600℃で50時間運転した。
し、A/F=14.6を30秒→A/F=22を30
秒、の運転を繰り返した。触媒入口温度は400℃とし
た。この切り替え運転1サイクルのトータル転化率を求
めた。
評価結果を表1に示す。また各実施例、比較例において
得られた触媒組成を表2に示す。
下のような効果が得られる。
用することによって高いNOx吸収作用が得られる。こ
のうち貴金属を担持した複合体−IIはNOをNO2 やN
O3に酸化する作用を持ち、複合体−Iはこれを硝酸塩
として速やかに吸収する作用を持つ。貴金属は本来NO
をNO2 やNO3 に転換する能力を有するが、その転換
能は複合体−IIに担持することでさらに向上することと
なる。複合体−I、IIはいずれも複合化したことによ
り、それぞれの元素単独の酸化物を混合しただけでは得
られない高い作用効果が発現している。
媒に含まれる貴金属のうちの2〜8割であり、残りの貴
金属はアルミナ等の高比表面積担体に担持されることが
好ましい。高比表面積担体に担持された貴金属は分散性
が高いことから、三元機能のうち低温活性、ウインドウ
幅拡大に効果がある。貴金属を複合体−IIと高比表面積
担体の両方に担持することで、ストイキからリーン域ま
で幅広く排ガスを浄化することが可能となる。
x吸収作用を持つことも特徴の一つである。これは、各
成分が複合化されたことによって熱耐久性向上効果が発
現したことによる。複合体−IはAサイト割合の少ない
ペロブスカイト型構造をとっているため、他成分(例え
ばアルミナ)との固相反応が起こりにくくなっており、
その結果耐久後の物性変化が抑えられる。複合体−IIは
熱耐久後においても比表面関低下が少ないため、貴金属
によるNO酸化能力が維持される。
含有させることで、本発明の目的とする高いNOx吸収
機能が得られることとなる。
ケル、マンガンから選ばれた少なくとも一種が酸化物換
算で触媒1L当り5〜50g、ランタンが酸化物換算で
触媒1L当り5〜50g、バリウムが酸化物換算で触媒
1L当り5〜100g、カリウムが酸化物換算で触媒1
L当り1〜20g、セリウムが酸化物換算で触媒1L当
り5〜100g、ジルコニウムが酸化物換算で触媒1L
当り5〜100g含有されてなることを特徴の一つとし
ている。
ばれた少なくとも一種が上記範囲以下の場合には、十分
なNOx吸収能と耐久性が得られずまた上記範囲以上と
しても有為な増量効果は得られない。ランタンが上記範
囲以下の場合には、十分なNOx吸収能と耐久性が得ら
れずまた上記範囲以上としても有為な増量効果は得られ
ない。バリウムが上記範囲以下の場合には十分なNOx
吸収能が得られず、また上記範囲以上としても有為な増
量効果は得られない。カリウムが上記範囲以下の場合に
は十分なNOx吸収能が得られず、また上記範囲以上と
しても有為な増量効果は得られず、また三元機能のうち
のHC,CO酸化反応を低下させることとなる。セリウ
ムが上記範囲以下の場合には十分なNOx吸収能向上効
果、三元機能向上効果が得られず、また上記範囲以上と
しても有為な増量効果は得られない。ジルコニウムが上
記範囲以下の場合には十分なNOx吸収能向上効果、三
元機能向上効果が得られず、また上記範囲以上としても
有為な増量効果は得られない。
設け、複合体−Iを含まない層をその上層に設けること
を特徴の一つとしている。このような構造とすることで
ストイキ時に放出されるNOxを効率よく浄化できるこ
ととなる。これは吸収機能を下層に分担させることによ
り、ストイキ時に放出されるNOxが一旦上層を通こと
となり、その結果効率よくNOxが浄化できるためと考
えている。このような層構造とすることで、高いNOx
吸収能を得つつ三元触媒性能を確保することが可能とな
っている。
触媒を少なくとも2個設け、前段にCuを担持してなる
ゼオライトを含む触媒を配置し、後段に請求項1乃至3
に記載の触媒を配置することを特徴の一つとしている。
このような配置とすることで幅広い運転条件下でNOx
を浄化することが可能となっている。
のNOxを浄化する触媒として、例えば特開昭63−1
00919号にあるようにすでに開示されているが、こ
の触媒ではHC/NOx比が低いとNOx浄化性能が不
十分となる問題があった。またNOxを吸収浄化する触
媒は、HC/NOx比が低くてもその作用は低下しない
ものの、リーン定常走行を長い時間続けるとNOx吸収
量が飽和し、やがて吸収作用が無くなるという問題があ
った。本発明では前段にCu担持ゼオライト触媒を、後
段にNOx吸収触媒を配置することで上記問題を解決し
ている。すなわちHC/CO比が低い場合には後段の触
媒が働き、リーン定常走行時には前段の触媒が働き、幅
広い運転条件を可能としている。
段のNOx吸収触媒の作用が大幅に高められる効果が見
いだされている。その原因はまだ明らかでないが、例え
ばCuゼオライト触媒がNOx吸収に必要なNOxの酸
化を速やかに行なっていることや、Cuゼオライト触媒
がNOx吸収に好都合なHCD,NOx,O2 濃度に変
換していること等が考えられる。
オメトリーと15以上とを繰り返し変動するリーンバー
ンエンジン車の排ガスを、上記〜の触媒により浄化
することを特徴の一つとしている。このように雰囲気が
変動することによりNOx吸収、放出のサイクルが成立
し、効率よくNOxが浄化できることとなる。
Claims (9)
- 【請求項1】 一体構造型担体上に、 a)白金、パラジウム、ロジウムから選ばれた少なくと
も一種と、 b)(La 1-x A x ) 1- α B O 3- δ 0<x<1、 0<α<0.2、 0≦δ≦1 A=Ba、Kから選ばれた少なくとも一種 B=鉄、コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれた少
なくとも一種で示される複合体(複合体−I)と、 c)Cey Zr1-y O2 0<y<1で示される複合体(複合体−II)とを含有
し、かつ触媒に含まれる貴金属の2〜8割を前記複合体
−IIに担持することを特徴とする、酸素過剰雰囲気下
の窒素酸化物を浄化する排ガス浄化用触媒。 - 【請求項2】 鉄、コバルト、ニッケル、マンガンから
選ばれた少なくとも一種が酸化物換算で触媒1L当り5
〜50g、ランタンが酸化物換算で触媒1L当り5〜5
0g、バリウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜100
g、カリウムが酸化物換算で触媒1L当り1〜20g、
セリウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜100g、ジ
ルコニウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜100g含
有されてなることを特徴とする、請求項1記載の酸素過
剰雰囲気下の窒素酸化物を浄化する排ガス浄化用触媒。 - 【請求項3】 複合体−Iを下層に設け、その上層に複
合体−Iを含まない層を設けて成る、請求項1あるいは
2記載の酸素過剰雰囲気下の窒素酸化物を浄化する排ガ
ス浄化用触媒。 - 【請求項4】 エンジンの排気系に触媒を少なくとも2
個設け、前段にCuを担持してなるゼオライトを含む触
媒を配置し、後段に請求項1乃至3のいずれか一つに記
載の触媒を配置することを特徴とする、酸素過剰雰囲気
下の窒素酸化物を浄化する排ガス浄化用触媒システム。 - 【請求項5】 空燃比がストイキオメトリーと15以上
とを繰り返すリーンバーンエンジン車の排ガスを浄化す
ることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに
記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項6】 リーンバーンエンジンからの排ガスを、
Cuを担持してなるゼオライトを含む触媒に接触させ、
ついで、 a)白金、パラジウム、ロジウムから選ばれた少なくと
も一種と、 b)(La 1-x A x ) 1- α B O 3- δ 0<x<1、 0<α<0.2、 0≦δ≦1 A=Ba、Kから選ばれた少なくとも一種 B=鉄、コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれた少
なくとも一種で示される複合体(複合体−I)と、 c)Cey Zr1-y O2 0<y<1 で示される複合体(複合体−II)とを含有し、かつ触
媒に含まれる貴金属の2〜8割を前記複合体−IIに担
持した触媒に接触させることを特徴とする排ガス浄化方
法。 - 【請求項7】 鉄、コバルト、ニッケル、マンガンから
選ばれた少なくとも一種が酸化物換算で触媒1L当り5
〜50g、ランタンが酸化物換算で触媒1L当り5〜5
0g、バリウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜100
g、カリウムが酸化物換算で触媒1L当り1〜20g、
セリウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜100g、ジ
ルコニウムが酸化物換算で触媒1L当り5〜100g含
有されてなることを特徴とする、請求項6記載の排ガス
浄化方法。 - 【請求項8】 前記複合体−Iを下層に設け、その上層
に前記複合体−Iを含まない層を設けて成ることを特徴
とする、請求項6あるいは7記載の排ガス浄化方法。 - 【請求項9】 空燃比がストイキオメトリーと15以上
とを繰り返すリーンバーンエンジン車の排ガスを浄化す
ることを特徴とする、請求項6乃至8のいずれか一つに
記載の排ガス浄化方法。
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JP06648396A JP3493879B2 (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | 排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化方法 |
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