JPWO2011118047A1 - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの競争吸着を防止して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を効率的に活用できる構造を有する排ガス浄化用触媒を提供する。本発明の排ガス浄化用触媒は、基材上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種のＮＯｘ吸蔵材と、Ｐｔおよび／またはＲｈとを含むＮＯｘ吸蔵還元型触媒層を備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の上に、Ｐｔおよび／またはＰｄを担持した酸化触媒層を備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒に関し、より詳しくはＮＯｘ吸蔵還元型触媒層を備えた排ガス浄化用触媒に関する。
従来、三元触媒においてＮＯｘ吸蔵還元型触媒はＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの競争吸着が起きるため、十分な浄化性能を確保することが困難であった。
その解決のために、特開２００９−１０１２５２等に２層コート構造を有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒が複数報告されているが、上下２層共にＮＯｘ吸蔵材（あるいはＮＯｘ保持物質）を含むため、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの競争吸着が生じ、ＮＯｘ吸蔵還元反応の活性点が減少してしまい、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有効に出来ないという問題は解消されなかった。
本発明は、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの競争吸着を防止して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を効率的に活用できる構造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。
上記の目的を達成するために、本発明の排ガス浄化用触媒は、基材上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種のＮＯｘ吸蔵材と、Ｐｔおよび／またはＲｈとを含むＮＯｘ吸蔵還元型触媒層を備え、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の上に、Ｐｔおよび／またはＰｄを担持した酸化触媒層を備えた
ことを特徴とする。
望ましい形態においては、排ガス流の方向に見て、前記酸化触媒層の長さが前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の長さの２５〜６０％である。
望ましい形態においては、前記酸化触媒層の厚さが２０〜４０μｍである。
図１は、従来の排ガス浄化用触媒において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層で競争吸着を起こすＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを模式的に示す。
図２は、本発明の排ガス浄化用触媒において、上層の酸化触媒層においてＨＣおよびＣＯが選択的に酸化され、下層のＮＯｘ吸蔵還元型触媒層においてＮＯｘが選択的に吸蔵および還元される状態を模式的に示す。
図３は、（Ａ）実験室評価用の本発明例および従来例の触媒の構成イメージおよび（Ｂ）実機評価用の本発明例の触媒の構成イメージをそれぞれ示す模式図である。
図４は、実験室評価用の試験サイクルを示すグラフである。
図５は、本発明例および従来例の触媒について実験室でのＮＯｘ吸蔵特性を示すグラフである。
図６は、本発明例の触媒について実機でのＮＯｘ吸蔵特性を示すグラフである。
従来の２層コート構造では、上下２層ともにＮＯｘ吸蔵還元型触媒層であったため、図１に示すように、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの競争吸着が起きてしまい、ＮＯｘ吸蔵還元反応の活性点が減少し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層を有効に利用できなかった。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒にＮＯｘの吸蔵容量が十分にあっても、吸蔵開始段階でのＮＯｘ吸蔵速度が遅く、モードエミッションでは十分な性能を発揮できなかった。また、その対策として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流に酸化触媒を配置しても、同容量で比較した場合、やはりＮＯｘ吸蔵速度が遅かった。
これに対して本発明の特徴として、図２に示すように、まずＨＣ、ＣＯが上層の酸化触媒層で実質的に浄化されるため、下層のＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の活性点をＮＯｘ吸蔵還元反応に有効利用できる。
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の上に、酸化触媒層を設けたことにより、下層のＮＯｘ吸蔵還元型触媒層を有効に利用できる。すなわち、排ガスが最初に通る上層の酸化触媒層が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の反応を阻害するＨＣ（炭化水素）とＣＯ（一酸化炭素）を選択的に酸化する。したがって、下層のＮＯｘ吸蔵還元型触媒層においては、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの競争吸着が実質的に起きず、上層の酸化触媒層を通ってきたＮＯｘの吸蔵および還元が選択的に起きる。
本発明の排ガス浄化用触媒においては、上層の酸化触媒層と下層のＮＯｘ吸蔵還元型触媒層とを選択的に作用させることにより、酸化により浄化すべきＨＣおよびＣＯと、還元により浄化すべきＮＯｘとの競争吸着を回避し、それぞれに十分な反応サイトを確保して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の本来の機能を最大限に利用することができる。
一つの望ましい形態においては、図２に示したように、排ガス流の方向に対して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の上流側端部から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の長さの２５〜６０％を覆うように配置する。この範囲内において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層のＮＯｘ吸蔵速度が最大になる。
更に、一つの望ましい形態においては、前記酸化触媒層の厚さが２０〜４０μｍである。この範囲内において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層のＮＯｘ吸蔵速度が最大になる。
下層のＮＯｘ吸蔵還元型触媒層を形成した後、その上から上層の酸化触媒層をオーバーコートして、上下２層コート構造の触媒を形成する。
上層にオーバーコートする酸化触媒層は、酸化性能を高めるために、酸化触媒として優れた触媒能を有するＰｔおよび／またはＰｄを備えている。
酸化触媒層には、希薄燃焼ガスでの触媒活性を妨げるＲｈは添加しないし、貴金属活性に影響を及ぼすＮＯｘ吸蔵材も添加しない。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層は、Ｐｔおよび／またはＲｈとＮＯｘ吸蔵材とを含む。特に、ＲｈもＮＯｘ吸蔵材も、下層のＮＯｘ吸蔵還元型触媒層にのみ添加する。
コージェライト基材上に、表１に示すコート仕様を有する３種類の排ガス浄化用触媒を作製した。以下において、ＤＯＣは酸化触媒層を、ＮＳＲはＮＯｘ吸蔵還元型触媒層をそれぞれ表す。
Figure 2011118047
 本発明例は、基材上にＮＯｘ吸蔵還元型触媒層（ＮＳＲ）を形成した後に、その上から酸化触媒層（ＤＯＣ）をコートして作製した。
触媒サイズは、実験室用で容量３５ｃｃ（全長５０ｍｍ）、実機用で容量１４Ｌ（全長１１０ｍｍ）である。
触媒に電気炉で７００℃×２７ｈの簡易耐久を施した。
表１のコート仕様の３種類の触媒を下記の構成で試験に供した。構成イメージを図３に示す。
＜試験触媒の構成＞
（Ａ）実験室評価用の構成（３種）
［１］ＤＯＣ＋［２］ＮＳＲ：タンデム構成（従来例）
サイズ：ＤＯＣ 容量１０ｃｃ、長さ１４ｍｍ（上流側）
ＮＳＲ 容量２５ｃｃ、長さ３６ｍｍ（下流側）
（全長５０ｍｍ）
［２］ＮＳＲ：単独（従来例）
サイズ：容量３５ｃｃ、長さ（全長）５０ｍｍ
［３］ＮＳＲ上にＤＯＣをオーバーコート（本発明例）
サイズ：容量３５ｃｃ、長さ（全長）５０ｍｍ
オーバーコート割合：２７％＝１０ｃｃ（１４ｍｍ（＊））
５５％＝２０ｃｃ（２８ｍｍ（＊））
８２％＝３０ｃｃ（４２ｍｍ（＊））
（＊）ＮＳＲ上流側端部からの長さ
（Ｂ）実機評価用の構成（１種）
［３］ＮＳＲ上にＤＯＣをオーバーコート（本発明例）
サイズ：容量１４Ｌ、長さ１１０ｍｍ
オーバーコート割合：５５％＝７．７Ｌ（６０ｍｍ（＊））
（＊）ＮＳＲ上流側端部からの長さ
試験条件は下記のとおりであった。
＜試験条件＞
（Ａ）実験室ＮＯｘ吸蔵試験
試験ガス条件：表２に示す。
Figure 2011118047
 試験サイクル：図４に示す。
すなわち、初期温度５０℃から４０℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温し、６００℃でリッチスパイクＮＯｘ還元（リッチ／リーン＝５ｓｅｃ／５ｓｅｃ）を行なった後、直ちにエア雰囲気で３５０℃まで触媒を冷却して、リーン雰囲気でＮＯｘ吸蔵を行なった。
（Ｂ）実機ＮＯｘ吸蔵試験
評価エンジン：ディーゼルエンジン（排気量２．２Ｌ）
エンジン条件：表３に示す。
Figure 2011118047
 評価パターン：ＰＭ再生→飽和ＮＯｘ吸蔵量測定
＜試験結果＞
（Ａ）オーバーコート割合の検証
図５に、実験室ＮＯｘ吸蔵試験の結果をまとめて示す。
本発明により、ＮＳＲ上にＤＯＣをオーバーコートすることにより、従来のＮＳＲ単独およびＤＯＣ／ＮＳＲタンデムに比べてＮＯｘ吸蔵速度が著しく向上した。
また、オーバーコート割合は下層のＮＳＲ長さの２５％〜６０％の範囲でＮＯｘ吸蔵速度が最も高くなる。
（Ｂ）コート厚さの検証
図６に、実機ＮＯｘ吸蔵試験の結果をまとめて示す。オーバーコート割合は５５％（一定）であり、オーバーコート量を２４〜７２ｇ／Ｌの範囲で変化させた。
オーバーコート量が３０ｇ／Ｌ付近でＮＯｘ吸蔵速度は最も高くなった。最適オーバーコート量は３０ｇ／Ｌを中心として、２５〜３５ｇ／Ｌの範囲である。これを、オーバーコート割合５５％に対して、オーバーコート厚さに換算すると、最適オーバーコート厚さは２０〜４０μｍ程度である。
本発明によれば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの競争吸着を防止して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を効率的に活用できる構造を有する排ガス浄化用触媒が提供される。

Claims (3)

  1. 基材上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種のＮＯｘ吸蔵材と、Ｐｔおよび／またはＲｈとを含むＮＯｘ吸蔵還元型触媒層を備え、
    前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の上に、Ｐｔおよび／またはＰｄを担持した酸化触媒層を備えた
    ことを特徴とする排ガス浄化用触媒。
  2. 請求項１において、前記酸化触媒層は、排ガス流の方向に沿って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の上流側端部から、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒層の長さの２５〜６０％を覆うことを特徴とする排ガス浄化用触媒。
  3. 請求項１または２において、前記酸化触媒層の厚さが２０〜４０μｍであることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
JP2012506754A 2010-03-24 2010-03-24 排ガス浄化用触媒 Pending JPWO2011118047A1 (ja)

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