JPH10296081A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

排ガス浄化用触媒

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JPH10296081A
JPH10296081A JP9106184A JP10618497A JPH10296081A JP H10296081 A JPH10296081 A JP H10296081A JP 9106184 A JP9106184 A JP 9106184A JP 10618497 A JP10618497 A JP 10618497A JP H10296081 A JPH10296081 A JP H10296081A
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JP
Japan
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composite oxide
stirred
catalyst
sio
mixture
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Pending
Application number
JP9106184A
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English (en)
Inventor
Saeko Kurachi
佐恵子 倉知
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐久後におけるNOx浄化性能の低下を防止し
つつ、初期のNOx 浄化性能をさらに向上させる。 【解決手段】TiO2−SiO2からなる複合酸化物担体に貴金
属を担持する。TiO2−SiO2からなる複合酸化物担体は酸
点が多く酸性質であるとともに、アルミナと同等の耐久
性を備えている。したがってこの複合酸化物担体を用い
た触媒は、初期のNOx 浄化率が高く、耐久後にもその
高いNOx 浄化率が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は排ガス浄化用触媒に
関し、詳しくは、ディーゼルエンジンからの排ガスな
ど、含まれる一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)を
酸化するのに必要な量より過剰な酸素が含まれている排
ガス中の、窒素酸化物(NOx )を効率よく浄化できる
触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の排ガス浄化用触媒と
して、CO及びHCの酸化とNOx の還元とを同時に行
って排ガスを浄化する三元触媒が用いられている。この
ような触媒としては、例えばコージェライトなどの耐熱
性担体にγ−アルミナからなる担持層を形成し、その担
持層にPt,Pd,Rhなどの貴金属を担持させたもの
が広く知られている。
【0003】ところで、このような排ガス浄化用触媒の
浄化性能は、エンジンの空燃比(A/F)によって大き
く異なる。すなわち、空燃比の大きい、つまり燃料濃度
が希薄なリーン側では排ガス中の酸素量が多くなり、C
OやHCを浄化する酸化反応が活発である反面NOx
浄化する還元反応が不活発になる。逆に空燃比の小さ
い、つまり燃料濃度が濃いリッチ側では排ガス中の酸素
量が少なくなり、酸化反応は不活発となるが還元反応は
活発になる。
【0004】一方、自動車の走行において、市街地走行
の場合には加速・減速が頻繁に行われ、空燃比はストイ
キ(理論空燃比)近傍からリッチ状態までの範囲内で頻
繁に変化する。このような走行における低燃費化の要請
に応えるには、なるべく酸素過剰の混合気を供給するリ
ーン側での運転が必要となる。したがってリーン側にお
いてもNOx を十分に浄化できる触媒の開発が望まれて
いる。
【0005】そこで例えばゼオライトを担体とし、ゼオ
ライト担体に貴金属を担持した触媒が知られている。ゼ
オライトは酸点が多く酸性質であるためHCの吸着能に
優れ、吸着されたHCによりNOx が還元されるため、
この触媒は高いNOx 浄化能を示す。また特開平8−9
9034号公報には、TiO2−Al2O3 ,ZrO2−Al2O3 及び
SiO2−Al2O3 から選ばれる少なくとも1種の複合酸化物
担体を用い、この複合酸化物担体にNOx 吸蔵材と貴金
属を担持した排ガス浄化用触媒が開示されている。
【0006】この排ガス浄化用触媒によれば、TiO2,Zr
O2,SiO2及びAl2O3 のそれぞれの長所が発現され、初期
のNOx 浄化率を高く確保しつつ、担体へのSOx の吸
収が抑制されるため耐久後のNOx 浄化率の低下度合い
が少ないという利点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来用いられている担
体のうち、ゼオライトは酸点が多く酸性質であるためH
Cの吸収能に優れ、これにより初期には高いNOx 浄化
率を示す。しかしながらゼオライトは耐久性に劣り、ゼ
オライトを担体に用いた触媒は耐久後のNOx 浄化率が
著しく低下するという問題がある。
【0008】一方、従来用いられている担体のうちアル
ミナは、耐久性に優れるため初期と耐久後のNOx 浄化
率の差が小さいという特徴がある。しかしHCの吸収能
が低いために、アルミナを担体に用いた触媒は初期のN
x 浄化率が低く、耐久後のNOx 浄化率も低いままで
あるという問題がある。さらにSiO2−Al2O3 複合酸化物
担体は、耐久性には優れているものの初期のNOx 浄化
能が低いという不具合があり、ゼオライトとSiO2−Al2O
3 複合酸化物担体を組み合わせても両者の短所が現れて
しまう。
【0009】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、耐久後におけるNOx浄化性能の低下を防
止しつつ、初期のNOx 浄化性能をさらに向上させるこ
とを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第1
発明の排ガス浄化用触媒は、TiO2−SiO2からなる複合酸
化物担体と、複合酸化物担体に担持された貴金属と、か
らなることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の排ガス浄化用触媒では、
TiO2−SiO2からなる複合酸化物担体が用いられている。
この複合酸化物担体は、ゼオライトのように酸点が多く
酸性質であるとともに、アルミナと同等の耐久性を備え
ている。したがってこの複合酸化物担体を用いた触媒
は、初期のNOx 浄化率が高く、耐久後にもその高いN
x 浄化率が維持されるという優れた特徴を有してい
る。
【0012】複合酸化物担体におけるTiO2とSiO2との複
合化比率は、金属Tiと金属Siに換算したモル比で、
Ti/Si=1/10〜1/2の範囲とするのが好まし
い。Ti/Siがこの範囲を外れると、酸性質の度合い
が低下して初期のNOx 浄化率が低下する。特に望まし
い範囲はTi/Si=1/9〜1/4である。またTiO2
とSiO2とは、できるだけ小さなレベルで複合化している
ことが望ましい。例えば単なる粉末混合では効果が得ら
れず、原子レベルでの複合化が最も望ましい。このよう
に原子レベルで複合化させるには、共沈法、ゾルゲル法
などの方法がある。中でもほぼ完全に複合化した非晶質
の複合酸化物担体が得られるゾルゲル法で製造するのが
特に好ましい。
【0013】貴金属としては、Pt,Rh,Pd,Ir
の1種又は複数種を用いることができる。その担持量
は、Pt及びPdの場合は複合酸化物担体120gに対
して0.1〜20.0gが好ましく、0.5〜10.0
gが特に好ましい。またRhの場合は、複合酸化物担体
120gに対して0.01〜20gが好ましく、0.0
5〜5.0gが特に好ましい。担体体積1リットル当た
りに換算すれば、Pt及びPdの場合は0.1〜20g
が好ましく、0.5〜10gが特に好ましい。またRh
の場合は0.01〜10gが好ましく、0.05〜5g
が特に好ましい。
【0014】
【実施例】以下、実施例、比較例及び試験例により、本
発明をさらに具体的に説明する。 (実施例1) <TiO2−SiO2複合酸化物粉末の調製>ゾル−ゲル合成用
還流装置付きフラスコ中に2−プロパノールを リット
ル入れ、80℃に保持する。そして攪拌しながらオルト
ケイ酸テトラエチル915gを添加して溶解させ、80
℃で2時間攪拌する。
【0015】次に、溶液を80℃で攪拌しながら、チタ
ンイソプロポキシド139gを滴下し、全量添加後80
℃でさらに2時間攪拌を続ける。その後、溶液を80℃
で攪拌しながら、純水432gと2−プロパノール2リ
ットルの混合溶液を滴下する。滴下速度は20cc/m
inであり、滴下後80℃で2時間攪拌を続ける。
【0016】1昼夜室温にて熟成させた後、ロータリエ
バポレータを用いて水分とアルコール分を除去し、自然
乾燥後110℃で強制乾燥させ、600℃で3時間焼成
する。これによりTiO2−SiO2複合酸化物粉末が得られ、
その金属換算モル比Ti/Siは1/9である。 <貴金属の担持>上記で得られたTiO2−SiO2複合酸化物
粉末の所定量に対し、所定量のジニトロジアンミン白金
水溶液を含浸させ、110℃で乾燥後250℃で1時間
焼成した。担持されたPt量は、複合酸化物粉末120
gに対してPtが2.0gである。
【0017】これを圧粉成形後、粉砕して実施例1のペ
レット触媒を得た。 (比較例1)TiO2−SiO2複合酸化物粉末の代わりに、平
均粒径6μmのTiO2粉末8重量部と、平均粒径14.6
μmのSiO2粉末54重量部を混合した混合粉末を用いた
こと以外は実施例1と同様にしてPtを担持し、比較例
1のペレット触媒を調製した。
【0018】(比較例2)TiO2−SiO2複合酸化物粉末の
代わりに、平均粒径6μmのTiO2粉末を用いたこと以外
は実施例1と同様にしてPtを担持し、比較例2のペレ
ット触媒を調製した。 (比較例3)TiO2−SiO2複合酸化物粉末の代わりに、平
均粒径8μmのγ−Al2O3 粉末を用いたこと以外は実施
例1と同様にしてPtを担持し、比較例3のペレット触
媒を調製した。
【0019】(比較例4)ゾル−ゲル合成用還流装置付
きフラスコ中に2−プロパノールを3リットル入れ、8
0℃に保持する。そして攪拌しながらアルミニウムイソ
プロポキシド500gを添加して溶解させ、80℃で2
時間攪拌する。次に、溶液を80℃で攪拌しながら、オ
ルトケイ酸テトラエチル510gを滴下し、全量添加後
80℃でさらに2時間攪拌を続ける。
【0020】その後、溶液を80℃で攪拌しながら、純
水432gと2−プロパノール2リットルの混合溶液を
滴下する。滴下速度は20cc/minであり、滴下後
80℃で2時間攪拌を続ける。1昼夜室温にて熟成させ
た後、ロータリエバポレータを用いて水分とアルコール
分を除去し、自然乾燥後110℃で強制乾燥させ、60
0℃で3時間焼成する。これによりSiO2−Al2O3 複合酸
化物粉末が得られ、そのモル比Si/Alは1/1であ
った。
【0021】TiO2−SiO2複合酸化物粉末の代わりにこの
SiO2−Al2O3 複合酸化物粉末を用いたこと以外は実施例
1と同様にしてPtを担持し、比較例4のペレット触媒
を調製した。 (比較例5)TiO2−SiO2複合酸化物粉末の代わりに、平
均粒径10μmのモルデナイト粉末を用いたこと以外は
実施例1と同様にしてPtを担持し、比較例5のペレッ
ト触媒を調製した。
【0022】<試験例1>上記のそれぞれのペレット触
媒について、初期NOx 浄化率の最高値と耐久後NOx
浄化率の最高値を測定し、結果を表3及び図1に示す。
初期NOx 浄化率は、ディーゼルエンジン排ガスを模し
た表1に示す評価モデルガスを用い、空間速度SV=20
0000h-1の条件で測定した。
【0023】また耐久後NOx 浄化率は、表1に示す耐
久モデルガスを650℃で3時間流通させる耐久試験を
行ったペレット触媒について、上記初期NOx 浄化率の
測定と同様の測定を行った。
【0024】
【表1】 <試験例2>一方、耐久試験前の各触媒について、担体
の酸性質の程度を調査した。酸性質の程度の測定はアン
モニアTPD法によって行い、100℃において各触媒
にアンモニアを飽和吸着させた後、700℃まで昇温し
て触媒から脱離したアンモニア量を測定し、その値を酸
性質の指標とした。結果を表3、図2及び図3に示す。
【0025】<試験例3>次に、実施例1,比較例4及
び比較例5の触媒について、サルフェートの生成能を調
査した。サルフェート生成能は、表2に示すモデルガス
を空間速度SV=65450h-1で流し、入りガス温度35
0℃のときのSO2 転化率を測定した。結果を表3及び
図4に示す。なおSO2 転化率は、入りガス中のSO2
のうちSO 3 やSO4 に転化したものの割合であり、数
値が大きいほどサルフェートの生成量が多いことを示
す。
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】 <試験例1の評価>比較例1と比較例2の比較より、Ti
O2とSiO2とを混合した担体とすることにより、TiO2のみ
の場合に比べてNOx 浄化率が向上するものの、耐久後
のNOx 浄化率の低下は改善されないことがわかる。
【0028】また比較例3のアルミナ担体では、耐久後
のNOx 浄化率の低下はみられず耐久性に優れているも
のの、初期NOx 浄化率が低いため耐久後のNOx 浄化
率も低い。そして比較例4のようにSiO2−Al2O3複合酸
化物担体とすることにより、高い耐久性を維持しつつN
x 浄化率をレベルアップできるが、初期NOx 浄化率
の値はまだ十分ではない。
【0029】さらに比較例5のモルデナイト担体では、
初期NOx 浄化率はきわめて高いものの、耐久後のNO
x 浄化率の低下度合いが大きい。それに対して実施例1
の排ガス浄化用触媒は、初期NOx 浄化率が55%と高
い値を示し、耐久後のNOx 浄化率も初期と同等であっ
て耐久性に優れている。そして比較例1との比較より、
この優れた効果はTiO2とSiO2とを単に混合した担体では
得られず、TiO2−SiO2複合酸化物担体を用いたことによ
る効果であることが明らかである。
【0030】<試験例2の評価>またアンモニア脱離量
は、実施例1と比較例5の触媒が特に多く、TiO2−SiO2
複合酸化物とモルデナイトの酸性質の程度が高いことが
わかる。そして縦軸に初期最高NOx 浄化率を、横軸に
アンモニア脱離量を選んでプロットすると、図3に示す
ように両者には明らかに正の相関関係があり、担体の酸
性質の程度が初期NOx 浄化率に大きく影響し、酸性質
の程度が高いほど高い初期NOx 浄化率を示しているこ
とが明らかである。
【0031】<試験例3の評価>さらにサルフェート生
成能についてみると、実施例1の触媒は比較例4及び比
較例5の触媒に比べてSO2 転化率が約1/2と低く、
サルフェートの生成が抑制されていることが明らかであ
り、実施例1の触媒を用いることでパティキュレートの
排出量を低減できることが明らかである。
【0032】さらに、SO2 転化率が低いということは
生成するSOx 量が少ないということであり、担体に吸
収されるSOx 量も必然的に少なくなる。その結果実施
例1の触媒では、耐久後のNOx 浄化率の低下度合いが
小さくなったものと考えられる。上記の各試験の結果を
表4にまとめて示す。
【0033】
【表4】 この結果より、次のことが明らかである。 (1)モルデナイト担体は酸点が多く初期NOx 浄化性
能には優れるが、耐久性に劣っている。これは耐久時に
酸点の数が大きく減少することに起因すると考えられ
る。またサルフェートの生成量も多い。 (2)SiO2−Al2O3 複合酸化物担体は、ゼオライトと類
似の組成であるが、耐久性に優れている。しかし酸性質
の程度が低いために初期NOx 浄化性能に劣り、サルフ
ェートの生成量も多い。 (3)TiO2+SiO2の粉末混合担体は、酸点がきわめて少
ないために初期NOx 浄化性能がきわめて低い。 (4)TiO2−SiO2複合酸化物担体は、酸点が多く初期N
x 浄化性能に優れ、かつ耐久性に優れている。またサ
ルフェートの生成が僅かとなり、きわめて好ましい。
【0034】<試験例4>TiO2−SiO2複合酸化物粉末の
調製の際に、ゾル原料の比率をいくつかの水準で調製し
たこと以外は実施例1と同様にして、Ti/Siモル比
が1/20、1/9、1/3及び1/1の4種類のTiO2
−SiO2複合酸化物粉末を調製した。そしてそれぞれのTi
O2−SiO2複合酸化物粉末を担体として、実施例1と同様
にして触媒を調製し、得られたそれぞれの触媒について
試験例2と同様にしてアンモニア脱離量を測定した。結
果を図5に示す。
【0035】図5より、Ti/Si比によって酸性質の
程度が異なり、その比が1/9近傍に極大値が存在する
ことがわかる。したがってTi/Si比は1/9近傍の
値とすることが特に望ましいことが明らかである。上記
試験例により、担体の酸性質の程度が高いほど初期NO
x 浄化性能が高いことが明らかとなった。
【0036】なお複合酸化物の酸点は、M1 −O−M2
結合が生成した場合、少量成分の金属元素のまわりで電
荷の過不足が生じて発現する。したがって、複合酸化物
中のM1 −O−M2 結合の存在する割合が高いものほど
酸性質の程度が高くなる。
【0037】
【発明の効果】すなわち本発明の排ガス浄化用触媒によ
れば、初期のNOx 浄化率が高く、かつサルフェートが
生成しにくいため硫黄被毒も生じにくいと考えられ、耐
久後のNOx 浄化率の低下が確実に抑制される。したが
って初期から耐久後まで、高く安定したNOx 浄化性能
が発現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例及び比較例の触媒の最高NOx 浄化率を
示す棒グラフである。
【図2】実施例及び比較例の触媒のアンモニア脱離量
(酸性質)を示す棒グラフである。
【図3】アンモニア脱離量と初期最高NOx 浄化率との
関係を示すグラフである。
【図4】実施例及び比較例の触媒のSO2 添加率(サル
フェート生成量)を示す棒グラフである。
【図5】Ti/Si比とアンモニア脱離量(酸性質)と
の関係を示すグラフである。
【図6】各製造法で調製された複合酸化物を担体とした
触媒の初期最高NO x 浄化率を示す棒グラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TiO2−SiO2からなる複合酸化物担体と、
    該複合酸化物担体に担持された貴金属と、からなること
    を特徴とする排ガス浄化触媒。
JP9106184A 1997-04-23 1997-04-23 排ガス浄化用触媒 Pending JPH10296081A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000511111A (ja) * 1997-07-03 2000-08-29 ロディア シミ シリカと酸化チタンをベースにした担体を有する触媒組成物を使用してガスを処理して窒素酸化物の発生を削減する方法

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