JP5396118B2 - 内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒 Download PDF

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本発明は内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒に関し、より詳しくは、触媒成分として用いるPdO(酸化パラジウム)の金属化を抑制することにより、PdOの金属化に起因するPd微粒子の粒成長(シンタリング)による触媒活性の低下が抑制され、従って、排気ガス中の酸素、HC(炭化水素)及びCO(一酸化炭素)の濃度変化が激しく、A/Fのウィンド幅が非常に広い、二輪車・汎用内燃機関等の排気ガス雰囲気で使用する場合であっても触媒活性の低下が生じにくい内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒に関する。
自動車等の内燃機関から排出される排気ガス中にはHC、CO、NOx(窒素酸化物)等の有害成分が含まれている。それで、従来から、これら有害成分を浄化して無害化する目的で三元触媒が用いられており、触媒活性成分として貴金属が用いられている。また、自動車排気ガスの規制強化に伴い、内燃機関排気ガス浄化用触媒の主要触媒活性成分である貴金属の白金及びロジウムの価格が高騰したことを受け、比較的安価なパラジウムを代替触媒活性成分として利用することにより排気ガス浄化用触媒のコストを削減することが検討され、提案されている(例えば、特許文献1、2、3参照。)。
特開平06−099069号公報 特開平07−171392号公報 特開平08−281071号公報
通常の四輪車のようにストイキ〜リーンの状態で運転される割合が多い場合にはPdOは比較的安定であり、金属に還元される程度は低いが、リッチな状態で運転される割合が多い上記のような二輪車・汎用内燃機関の排気ガス雰囲気条件では、還元性排気ガス成分によるPdOの金属への還元を経由して粒成長による触媒活性の低下が生じることがパラジウム触媒利用の支障となっている。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、触媒成分として用いるPdOの金属化を抑制することにより、PdOの金属化に起因するPd微粒子の粒成長による触媒活性の低下が抑制され、従って、排気ガス中の酸素、HC及びCOの濃度変化が激しく、A/Fのウィンド幅が非常に広い、二輪車・汎用内燃機関等の排気ガス雰囲気で使用する場合であっても触媒活性の低下が生じにくい内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、高いOSC性能を有するセリウム−ジルコニウム系の複合酸化物であって酸化セリウムの質量が酸化ジルコニウムの質量よりも多い特定の複合酸化物材料の上に金属Pd又はPd酸化物を分散させ、OSC材の酸素ストレージ機能を利用してA/F変動時のPdOの還元を抑制させることによりパラジウムの耐久安定性が向上すること、更に、熱安定性に劣る酸化セリウムの熱安定性を改善して上記の内燃機関排気ガスに長時間に曝されても高いOSC性能を維持できるように、このセリウム−ジルコニウム系複合酸化物に第3の元素Ndと第4の元素Laを固溶体化させてキャリアとすることにより、OSC性能及び貴金属担持後の触媒浄化性能の低下が飛躍的に改善され、耐久性能が抜群に向上することを見いだし、本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒を完成した。
更に、上記のような特定のキャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分を有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料と、特定のキャリアに担持された金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分を有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料、又は特定のキャリアに担持された金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分及び金属Pt又はPt酸化物からなる触媒成分と有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料とを特定の質量比で含む内燃機関排気ガス浄化用触媒材料とすることにより一層良好な内燃機関排気ガス浄化用触媒材料が得られることを見いだし、本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒を完成した。
即ち、本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料は、CeO2の量が45〜70質量%であり、ZrO2の量が20〜45質量%であり、Nd23量が2〜20質量%であり、La23量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分とを有することを特徴とする。
また、本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒は、セラミックス又は金属材料からなる担体の表面に形成された、上記の金属Pd又はPd酸化物を含む内燃機関排気ガス浄化用触媒材料50〜80質量%と、耐熱性アルミナ系成分10〜40質量%と、バインダー材固形分5〜20質量%とで構成されている触媒被覆層を有し、Pdの担持量が金属換算で触媒1L当り0.7〜5.5gであることを特徴とする。
更に、本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料は、
(1)CeO2の量が45〜70質量%であり、ZrO2の量が20〜45質量%であり、Nd23量が2〜20質量%であり、La23量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分とを有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料と、
(2)ZrO2の量が50〜95質量%であり、CeO2の量が0〜40質量%であり、Nd23量が2〜20質量%であり、La23量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された
(2−1)金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分とを有し、Pdの量とRhの量との質量比が金属換算でPd/Rh=1/1〜20/1である内燃機関排気ガス浄化用触媒材料、又は
(2−2)金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分及び金属Pt又はPt酸化物からなる触媒成分とを有し、Pdの量とRhの量とPtの量との質量比が金属換算で(Pt+Pd)/Rh=1/1〜20/1である内燃機関排気ガス浄化用触媒材料、
とを含むことを特徴とする。
また、本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒は、セラミックス又は金属材料からなる担体の表面に形成された、上記のPd又はPd酸化物と金属Rh又はRh酸化物とを含む内燃機関排気ガス浄化用触媒材料又は上記のPd又はPd酸化物と金属Rh又はRh酸化物と金属Pt又はPt酸化物とを含む内燃機関排気ガス浄化用触媒材料50〜80質量%と、耐熱性アルミナ系成分10〜40質量%と、バインダー材固形分5〜20質量%とで構成されている触媒被覆層を有し、Pd、Rh及びPtの合計担持量が金属換算で触媒1L当り0.7〜6.5gであることを特徴とする。
金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分が特定のキャリアに担持されている本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒においては、触媒成分のPdOの金属化が抑制されるので、PdOの金属化に起因するPd微粒子の粒成長による触媒活性の低下が抑制され、従って、排気ガス中の酸素、HC及びCOの濃度変化が激しく、A/Fのウィンド幅が非常に広い、二輪車・汎用内燃機関等の排気ガス雰囲気で使用する場合であっても触媒活性の低下が生じにくいので、本発明の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒は二輪車・汎用内燃機関から排出される排気ガスに含まれる有害成分を浄化するのに好適に用いることができる。また、上記のような特定のキャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分と、特定のキャリアに担持された金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分又は金属Rh又はRh酸化物と金属Pt又はPt酸化物とからなる触媒成分を特定の質量比で用いることにより一層良好な内燃機関排気ガス浄化用触媒材料及び内燃機関排気ガス浄化用触媒が得られる。
実施例1〜2、比較例1〜2で調製した触媒の耐久後のBET比表面積及びOSC性能とキャリア中のNd23の量(質量%)との相関関係を示すグラフである。 実施例1、比較例1〜3で調製した触媒の耐久後のXRDを示すチャートである。
以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。
本発明の第一の態様の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料はCeO2の量が45〜70質量%であり、ZrO2の量が20〜45質量%であり、Nd23量が2〜20質量%であり、La23量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分とを含有する。このようなキャリアは、焼成によりCeO2に変化し得るCe化合物、焼成によりZrO2に変化し得るZr化合物、焼成によりNd23に変化し得るNd化合物、及び焼成によりLa23に変化し得るLa化合物を含有する溶液のpHを6.0〜8.0程度に調整し、得られた沈殿物をろ過し、洗浄し、十分に乾燥させ、その後焼成することにより、例えば1000℃で3時間焼成することにより得ることができる。
本発明においては、PdOの金属化に起因するPd微粒子の粒成長による触媒活性の低下を抑制し、従って、排気ガス中の酸素、未燃ガス成分のHC及びCOの濃度変化が激しく、A/Fのウィンド幅が非常に広い、二輪車・汎用内燃機関の排気ガス雰囲気で使用する場合であっても触媒活性の低下が生じにくくするために、金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分を担持させるためのキャリア中のCeO2の量を45〜70質量%にし、ZrO2の量を20〜45質量%にし、CeO2の質量をZrO2の質量よりも多くすることが好ましい。CeO2の量が70質量%を超え、或いはZrO2の量が20質量%未満である場合には、活性種の性能が充分には発揮されず、また、高温時に、例えば900℃以上の温度で担体の比表面積の低下が大きく、最終的に触媒の熱劣化を引き起こす傾向があるので好ましくない。CeO2の量が45質量%未満である場合には、PdOの還元を抑制する能力が低下する傾向があり、また、ZrO2の量が45質量%を超える場合にはそれに応じてCeO2の量が減少するので好ましくない。
本発明においては、金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分を担持させるためのセリウム−ジルコニウム系複合酸化物キャリアは更にNd23及びLa23を含有する。Nd23及びLa23を含むことにより、CeO2の熱安定性が良くなり、セリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアのOSC性能及び貴金属担持後の触媒浄化性能の低下が飛躍的に改善され、耐久性能が抜群に向上する。この効果が達成されるためには、Nd23量が2質量%以上であり、La23量が1質量%以上であることが必須である。しかし、Nd23量が20質量%を超えたり、La23量が10質量%を超えたりする場合には、それに応じてCeO2及びZrO2の相対量が低下し、セリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアの特性が低下する傾向がある。
本発明においては、触媒成分として貴金属の中では比較的安価な金属Pd又はPd酸化物を用いる。これらの触媒成分の量はキャリアの質量を基準として金属Pd換算で0.3〜5質量%であることが好ましい。金属Pd換算で0.3質量%未満である場合には排気ガスに対する浄化性能が不十分となる傾向があり、逆に金属Pd換算で5質量%を超える場合には排気ガス浄化触媒のコストが高くなり、そのコストの増加に見合った効果の増強が得られない。
また、本発明の第二の態様の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料は
(1)上記の第一の態様の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料、即ちCeO2の量が45〜70質量%であり、ZrO2の量が20〜45質量%であり、Nd23量が2〜20質量%であり、La23量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分とを有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料と、
(2)ZrO2の量が50〜95質量%であり、CeO2の量が0〜40質量%であり、Nd23量が2〜20質量%であり、La23量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された
(2−1)金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分とを有し、Pdの量とRhの量との質量比が金属換算でPd/Rh=1/1〜20/1である内燃機関排気ガス浄化用触媒材料、又は
(2−2)金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分及び金属Pt又はPt酸化物からなる触媒成分とを有し、Pdの量とRhの量とPtの量との質量比が金属換算で(Pt+Pd)/Rh=1/1〜20/1である内燃機関排気ガス浄化用触媒材料
とを含み、一層良好な内燃機関排気ガス浄化用触媒材料である。
本発明においては、金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分、又は金属Rh又はRh酸化物と金属Pt又はPt酸化物とからなる触媒成分を担持させるためのキャリアとしてZrO2の量が50〜95質量%であり、CeO2の量が0〜40質量%であり、Nd23量が2〜20質量%であり、La23量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアを用いるが、このようなキャリアは、焼成によりZrO2に変化し得るZr化合物、焼成によりCeO2に変化し得るCe化合物、焼成によりNd23に変化し得るNd化合物、及び焼成によりLa23に変化し得るLa化合物を含有する溶液のpHを6.0〜8.0程度に調整し、得られた沈殿物をろ過し、洗浄し、十分に乾燥させ、その後焼成することにより、例えば1000℃で3時間焼成することにより得ることができる。
本発明においては、担持された金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分、又は金属Rh又はRh酸化物と金属Pt又はPt酸化物とからなる触媒成分が排気ガス中のHC、CO、NOxをより低温で且つより高活性に浄化でき、しかも耐熱性で最終的に触媒の熱劣化を防止し得るためには、触媒成分を担持させるためのキャリア中のZrO2の量を50〜95質量%にし、CeO2の量を0〜40質量%にする。即ち、CeO2を含有しない場合でも本発明で目的とする効果を得ることができる。ZrO2の量が95質量%を超えることは、それに応じてNd23及びLa23の量が減少することになり、本発明で目的とする効果が低下する。逆に、ZrO2の量が50質量%未満になるとキャリアの特性が低下する傾向がある。
本発明においては、金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分、又は金属Rh又はRh酸化物と金属Pt又はPt酸化物とからなる触媒成分を担持させるためのセリウム−ジルコニウム系複合酸化物キャリアは更にNd23及びLa23を含有する。Nd23及びLa23を含むことにより、ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアのOSC性能及び貴金属担持後の触媒浄化性能の低下が飛躍的に改善され、耐久性能が抜群に向上する。この効果が達成されるためには、Nd23量が2質量%以上であり、La23量が1質量%以上であることが必須である。しかし、Nd23量が20質量%を超えたり、La23量が10質量%を超えたりする場合には、それに応じてCeO2及びZrO2の相対量が低下し、ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアの特性が低下する傾向がある。
上記のように、特定のキャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分と、特定のキャリアに担持された金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分とを併用する場合には、Pd、Rh及びPtの各々の価格を考量すると、比較的安価で比較的高活性を維持し得るためには、Pdの量とRhの量との質量比が金属換算でPd/Rh=1/1〜20/1の範囲内にあることが好ましく、また、特定のキャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分と、特定のキャリアに担持された金属Rh又はRh酸化物と金属Pt又はPt酸化物とからなる触媒成分とを併用する場合には、Pdの量とRhの量とPtの量との質量比が金属換算で(Pt+Pd)/Rh=1/1〜20/1であることが好ましい。
本発明においては、担体に担持された従来の排気ガス浄化用三元触媒と同様に、セラミックス又は金属材料からなる担体上に上記の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料の被覆層を担持させて用いる。このセラミックス又は金属材料からなる担体の形状は、特に限定されるものではないが、一般的にはハニカム、板等のモノリス形状や、ペレットの形状であり、好ましくはハニカム形状である。また、このような担体の材質としては、例えば、アルミナ、ムライト、コージライト等のセラミックスや、ステンレス等の金属材料が挙げられる。
本発明において、セラミックス又は金属材料からなる担体上に上記の排気ガス浄化用触媒材料の被覆層を担持させて用いる場合には、セラミックス又は金属材料からなる担体の表面に、上記の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料50〜80質量%と、耐熱性アルミナ系成分10〜40質量%と、バインダー材固形分5〜20質量%とで構成される触媒被覆層を形成する。この場合に、触媒成分として金属Pd又はPd酸化物を用いる上記第一の態様の場合にはPdの担持量が金属換算で触媒1L当り0.7〜5.5gとなるようにし、触媒成分として金属Pd又はPd酸化物と金属Rh又はRh酸化物とを用いるか、又は金属Pd又はPd酸化物と金属Rh又はRh酸化物と金属Pt又はPt酸化物とを用いる上記第二の態様の場合にはPdとRhとPtとの合計担持量が金属換算で触媒1L当り0.7〜6.5gとなるようにすることが好ましい。
本発明で用いることができる耐熱性アルミナ系成分は従来の排気ガス浄化用三元触媒において一般に用いられている如何なるものでもよいが、Al23、La23−Al23複合酸化物、BaO−Al23複合酸化物、MgO−Al23複合酸化物、ZrO2−CeO2−Al23複合酸化物又はそれらの混合物であることが好ましい。
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を説明する。以下の実施例及び比較例において、各成分の相対量を示す質量部は分散媒、溶媒を除いた量を示している。
実施例1
硝酸セリウム(CeO2換算量で)48質量部、硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)44質量部、硝酸ネオジム(Nd23換算量で)6質量部及び硝酸ランタン(La23換算量で)2質量部を5Lのフラスコに入れ、2000mLの純水を加え、1時間を撹拌して均一な溶液を調製した。
上記の溶液を撹拌しながら、1NのNH4OH溶液をPHが7になるまで滴下し、得られた沈殿物をろ過し、洗浄し、80℃で15時間乾燥させ、その後1000℃で3時間焼成して48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23複合酸化物を調製した。
次いで、硝酸パラジウム溶液(Pd換算量で)2.0質量部を500mLのフラスコに入れ、100mLの純水を加えて均一に溶解させ、撹拌しながら上記の方法で得られた48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23複合酸化物98質量部を添加して吸液させた。次いで120℃で6時間乾燥させ、500℃で3時間焼成して、2質量%Pd担持48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23触媒材料粉末を得た。
この2質量%Pd担持48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23触媒材料粉末60質量部、構造材として耐熱性ランタン−アルミナ粉末30質量部、アルミナゾル系バインダー材(アルミナ換算量で)10質量部及び蒸留水180質量部をボールミルに入れ、8時間粉砕してウォシュコート液を得た。
次いで、ステンレス製メタルハニカム担体(300セル、φ30×30L、容量21ccのテストピース)をそのウォシュコート液に浸漬した後、エアブローでセル中の余分のウォシュコート液を除去し、乾燥させ、500℃で1時間焼成して触媒を得た。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算すると1L当り1.32gであった。
実施例2
硝酸セリウム(CeO2換算量で)46質量部、硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)36質量部、硝酸ネオジム(Nd23換算量で)16質量部及び硝酸ランタン(La23換算量で)2質量部を使用した以外は実施例1に記載の方法と同様にして46CeO2−36ZrO2−16Nd23−2La23複合酸化物を調製した。また、実施例1に記載の方法と同様にして2質量%Pd担持46CeO2−36ZrO2−16Nd23−2La23触媒材料粉末を得た。更に、実施例1に記載の方法と同様にしてステンレス製メタルハニカム担体に担持させた。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算して1L当り1.32gの触媒を得た。
比較例1
硝酸セリウム(CeO2換算量で)46質量部、硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)49質量部及び硝酸ランタン(La23換算量で)5質量部を使用し、硝酸ネオジムは使用しなかった以外は実施例1に記載の方法と同様にして46CeO2−49ZrO2−5La23複合酸化物を調製した。また、実施例1に記載の方法と同様にして2質量%Pd担持46CeO2−49ZrO2−5La23触媒材料粉末を得た。更に、実施例1に記載の方法と同様にしてステンレス製メタルハニカム担体に担持させた。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算して1L当り1.32gの触媒を得た。
比較例2
硝酸セリウム(CeO2換算量で)46質量部、硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)28質量部、硝酸ネオジム(Nd23換算量で)24質量部及び硝酸ランタン(La23換算量で)2質量部を使用した以外は実施例1に記載の方法と同様にして46CeO2−28ZrO2−24Nd23−2La23複合酸化物を調製した。また、実施例1に記載の方法と同様にして2質量%Pd担持46CeO2−28ZrO2−24Nd23−2La23触媒材料粉末を得た。更に、実施例1に記載の方法と同様にしてステンレス製メタルハニカム担体に担持させた。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算して1L当り1.32gの触媒を得た。
比較例3
硝酸セリウム(CeO2換算量で)30質量部、硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)60質量部、硝酸ネオジム(Nd23換算量で)8質量部及び硝酸ランタン(La23換算量で)2質量部を使用した以外は実施例1に記載の方法と同様にして30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23複合酸化物を調製した。また、実施例1に記載の方法と同様にして2質量%Pd担持30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23触媒材料粉末を得た。更に、実施例1に記載の方法と同様にしてステンレス製メタルハニカム担体に担持させた。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算して1L当り1.32gの触媒を得た。
比較例4
硝酸セリウム(CeO2換算量で)46質量部及び硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)54質量部を使用し、硝酸ネオジム及び硝酸ランタンを使用しなかった以外は実施例1に記載の方法と同様にして46CeO2−54ZrO2複合酸化物を調製した。また、実施例1に記載の方法と同様にして2質量%Pd担持46CeO2−54ZrO2触媒材料粉末を得た。更に、実施例1に記載の方法と同様にしてステンレス製メタルハニカム担体に担持させた。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算して1L当り1.32gの触媒を得た。
実施例3
硝酸セリウム(CeO2換算量で)30質量部、硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)60質量部、硝酸ネオジム(Nd23換算量で)8質量部及び硝酸ランタン(La23換算量で)2質量部を使用した以外は実施例1に記載の方法と同様にして30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23複合酸化物を調製した。
硝酸ロジウム溶液(Rh換算量で)0.6質量部を500mLのフラスコに入れ、100mLの純水を加えて均一に溶解させ、撹拌しながら、上記で調製した30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23複合酸化物50質量部と耐熱性ランタン−アルミナ複合酸化物49.4質量部との混合粉末を添加して吸液させた。次いで120℃で6時間乾燥させ、500℃で3時間焼成して0.6質量%Rh担持30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23触媒材料粉末を得た。
実施例1に記載の方法と同様にして調製した2質量%Pd担持48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23触媒材料粉末60質量部、上記の0.6質量%Rh担持30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23触媒材料粉末30質量部、アルミナゾル系バインダー材(アルミナ換算量で)10質量部及び蒸留水180質量部をボールミルに入れ、8時間粉砕してウォシュコート液を得た。
次いで、ステンレス製メタルハニカム担体(300セル、φ30×30L、容量21ccのテストピース)をそのウォシュコート液に浸漬した後、エアブローでセル中の余分のウォシュコート液を除去し、乾燥させ、500℃で1時間焼成して触媒を得た。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算すると1L当り1.32g、Rhの担持量に換算すると1L当り0.20gであった。
実施例4
硝酸ジルコニウム(ZrO2換算量で)88.5質量部、硝酸ネオジム(Nd23換算量で)10質量部及び硝酸ランタン(La23換算量で)1.5質量部を使用し、硝酸セリウムを使用しなかった以外は実施例1に記載の方法と同様にして88.5ZrO2−10Nd23−1.5La23複合酸化物を調製した。
硝酸ロジウム溶液(Rh換算量で)0.6質量部を500mLのフラスコに入れ、100mLの純水を加えて均一に溶解させ、撹拌しながら、上記で調製した88.5ZrO2−10Nd23−1.5La23複合酸化物50質量部と耐熱性ランタン−アルミナ複合酸化物49.4質量部との混合粉末を添加して吸液させた。次いで120℃で6時間乾燥させ、500℃で3時間焼成して0.6質量%Rh担持88.5ZrO2−10Nd23−1.5La23触媒材料粉末を得た。
実施例1に記載の方法と同様にして調製した2質量%Pd担持48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23触媒材料粉末60質量部、上記の0.6質量%Rh担持88.5ZrO2−10Nd23−1.5La23触媒材料粉末30質量部、アルミナゾル系バインダー材(アルミナ換算量で)10質量部及び蒸留水180質量部をボールミルに入れ、8時間粉砕してウォシュコート液を得た。
次いで、ステンレス製メタルハニカム担体(300セル、φ30×30L、容量21ccのテストピース)をそのウォシュコート液に浸漬した後、エアブローでセル中の余分のウォシュコート液を除去し、乾燥させ、500℃で1時間焼成して触媒を得た。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算すると1L当り1.32g、Rhの担持量に換算すると1L当り0.20gであった。
実施例5
硝酸ロジウム溶液(Rh換算量で)0.6質量部の代わりに硝酸ロジウム溶液(Rh換算量で)0.6質量部及び白金の硝酸溶液(Pt換算量で)1.2質量部を用いた以外は実施例3に記載の方法と同様にして0.6質量%Rh且つ1.2質量%Pt担持30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23触媒材料粉末を得た。
実施例1に記載の方法と同様にして調製した2質量%Pd担持48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23触媒材料粉末60質量部、上記の0.6質量%Rh且つ1.2質量%Pt担持30CeO2−60ZrO2−8Nd23−2La23触媒材料粉末30質量部、アルミナゾル系バインダー材(アルミナ換算量で)10質量部及び蒸留水180質量部を用いた以外は実施例3に記載の方法と同様にして触媒を調製した。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算すると1L当り1.32g、Ptの担持量に換算すると1L当り0.40g、Rhの担持量に換算すると1L当り0.20gであった。
実施例6
硝酸ロジウム溶液(Rh換算量で)0.6質量部の代わりに硝酸ロジウム溶液(Rh換算量で)0.6質量部及び白金の硝酸溶液(Pt換算量で)1.2質量部を用いた以外は実施例4に記載の方法と同様にして0.6質量%Rh且つ1.2質量%Pt担持88.5ZrO2−10Nd23−1.5La23触媒材料粉末を得た。
実施例1に記載の方法と同様にして調製した2質量%Pd担持48CeO2−44ZrO2−6Nd23−2La23触媒材料粉末60質量部、上記の0.6質量%Rh且つ1.2質量%Pt担持88.5ZrO2−10Nd23−1.5La23触媒材料粉末30質量部、アルミナゾル系バインダー材(アルミナ換算量で)10質量部及び蒸留水180質量部を用いた以外は実施例3に記載の方法と同様にして触媒を調製した。この触媒のウォシュコート量は完成触媒1L当り110gであり、Pdの担持量に換算すると1L当り1.32g、Ptの担持量に換算すると1L当り0.40g、Rhの担持量に換算すると1L当り0.20gであった。
<性能試験>
実施例1〜6及び比較例1〜4で調製したそれぞれの触媒を900℃に保持した電気炉に入れ、1体積%CO−N2混合ガスを20L/minで流して24時間熱処理し、その後室温まで冷却した。次いで、モデルガス中のHC、CO及びNO(酸化窒素が400℃で低減される割合(浄化率)及び50%浄化率に到達する温度〔T−50(℃)〕を測定して、各々の触媒の三元浄化性能を評価した。評価条件は下記の通りであった。それらの結果は第1表に示す通りであった。
モデルガス組成:CO:0.3%、C36:1000ppm、NO:3000ppm、 O2:0.15%、CO2:10%、H2O:10%、N2:残余、
A/F=14.6、
空間速度:72,000/h、
評価温度:100〜500℃、
昇温:10℃/min。
Figure 0005396118
実施例1〜2及び比較例1〜3で調製したそれぞれの触媒を上記の条件下で900℃で24時間熱処理した後に触媒のコート層を掻き取り、得られた粉末についてBET比表面積、OSC性能及びXRD回折法によるPdの結晶子径を測定した。それらの結果は第2表に示す通りであった。
Figure 0005396118
実施例1〜2及び比較例1〜2で調製したそれぞれの触媒についての第2表中のBET比表面積及びOSC性能とキャリア中のNd23の量(質量%)との相関関係は図1に示すグラフの通りである。図1に示すグラフから明らかなように、キャリア中のNd23の量が2〜20質量%である時に良好な結果が得られている。
実施例1及び比較例1〜3で調製したそれぞれの触媒を上記の条件下で900℃で24時間熱処理した後にXRDを求めたところ図2に示すチャートが得られた。図2に示すチャートから明らかなように、実施例1で調製した触媒については耐久後にも相分離がなく、熱安定性が改善されていた。比較例1で調製した触媒についてはNd23を含有していないため耐久後に相分離し、熱安定性が悪かった。比較例2で調製した触媒についてはNd23を過剰に(24質量%)含有しているため耐久後に高角度側に相分離し、熱安定性が悪かった。比較例3で調製した触媒については耐久後にも相分離がなく、熱安定性が高かったが、PdOの金属化に起因するPd微粒子の粒成長による触媒活性の低下が生じ、上記の第1表のデータから明らかなように触媒活性が低下していた。

Claims (7)

  1. リッチな状態で運転される割合が多い内燃機関の排気ガス浄化用触媒材料であって、CeO2の量が45〜70質量%であり、ZrO2の量が20〜45質量%であり、Nd23 量が2〜20質量%であり、La23 量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分とを有することを特徴とする内燃機関排気ガス浄化用触媒材料。
  2. 金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分の量が、キャリアの質量を基準として金属Pd換算で0.3〜5質量%である請求項1記載の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料。
  3. セラミックス又は金属材料からなる担体の表面に形成された、CeO 2 の量が45〜70質量%であり、ZrO 2 の量が20〜45質量%であり、Nd 2 3 の量が2〜20質量%であり、La 2 3 の量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分とを有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料50〜80質量%と、耐熱性アルミナ系成分10〜40質量%と、バインダ材固形分5〜20質量%とで構成されている触媒被覆層を有し、Pdの担持量が金属換算で触媒1L当り0.7〜5.5gであることを特徴とする内燃機関排気ガス浄化用触媒。
  4. 金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分の量が、キャリアの質量を基準として金属Pd換算で0.3〜5質量%である請求項3記載の内燃機関排気ガス浄化用触媒。
  5. (1)CeO 2 の量が45〜70質量%であり、ZrO 2 の量が20〜45質量%であり、Nd 2 3 の量が2〜20質量%であり、La 2 3 の量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分とを有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料と、
    (2)ZrO2の量が50〜95質量%であり、CeO2の量が0〜40質量%であり、Nd23 量が2〜20質量%であり、La23 量が1〜10質量%であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された
    (2−1)金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分とを有し、Pdの量とRhの量との質量比が金属換算でPd/Rh=1/1〜20/1である内燃機関排気ガス浄化用触媒材料、又は
    (2−2)金属Rh又はRh酸化物からなる触媒成分及び金属Pt又はPt酸化物からなる触媒成分とを有し、Pdの量とRhの量とPtの量との質量比が金属換算で(Pt+Pd)/Rh=1/1〜20/1である内燃機関排気ガス浄化用触媒材料
    とを含むことを特徴とする内燃機関排気ガス浄化用触媒材料。
  6. 金属Pd又はPd酸化物からなる触媒成分の量が、キャリアの質量を基準として金属Pd換算で0.3〜5質量%である請求項5記載の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料。
  7. セラミックス又は金属材料からなる担体の表面に形成された、請求項5又は6記載の内燃機関排気ガス浄化用触媒材料50〜80質量%と、耐熱性アルミナ系成分10〜40質量%と、バインダ材固形分5〜20質量%とで構成されている触媒被覆層を有し、Pd、Rh及びPtの合計担持量が金属換算で触媒1L当り0.7〜6.5gであることを特徴とする内燃機関排気ガス浄化用触媒。
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