JP2004016931A - 排気ガス浄化触媒 - Google Patents
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Abstract
【課題】広い浄化温度域、特に低温域において高いNOx浄化率を有し、内燃機関から排出される酸素過剰領域のNOxを効率よく浄化すると共に、排気ガスが低温域であってもCO及びHCを効率良く浄化することができる排気ガス浄化触媒を提供する。
【解決手段】排気中のNOxを吸着するNOx吸着剤を含有する内層と、内層のNOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を設け、これら内外層の間に、耐熱性多孔質無機材料からなり内層から放出されたNOxを一時的に保持して表層側への到達を遅延させる隔離手段を介在させる。
【選択図】 図1
【解決手段】排気中のNOxを吸着するNOx吸着剤を含有する内層と、内層のNOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を設け、これら内外層の間に、耐熱性多孔質無機材料からなり内層から放出されたNOxを一時的に保持して表層側への到達を遅延させる隔離手段を介在させる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係わり、さらに詳細には、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOx を吸着し、流入する排気の空燃比がリッチ及び/又はストイキのときに吸着したNOx を放出するNOx吸着剤と、放出したNOxを還元浄化するNOx浄化触媒を備えた排気ガス浄化触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記のような内燃機関の排気浄化装置としては、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のNOx(窒素酸化物)を吸収し、流入する排気空燃比がリッチになると吸収したNOxを放出して還元浄化するNOx吸収還元触媒が知られている。この種のNOx吸収還元触媒を使用した排気浄化装置の例としては、例えば特許第2600492号に記載されたものがある。
【0003】
上記特許に係わる排気浄化装置は、リーン空燃比運転を行う機関の排気通路にNOx吸収還元触媒を配置し、機関のリーン空燃比運転中にNOx吸収還元触媒に排気中のNOx を吸収させ、NOx吸収還元触媒のNOx吸収量が増大したときに機関を短時間理論空燃比以下の空燃比(すなわちリッチ空燃比)で運転するリッチスパイク操作を行うことにより、NOx吸収還元触媒から吸収したNOxを放出させると共に、放出されたNOxを還元浄化している。すなわち、機関の運転空燃比がリッチになると、リーン空燃比運転時に較べて排気中の酸素濃度が急激に低下するとともに排気中の未燃HC、CO成分の量が急激に増大する。このため、リッチスパイク操作により機関運転空燃比がリッチ空燃比に切り換えられると、NOx吸収還元触媒からNOxが放出され、NOx吸収還元触媒上で排気中の未燃HC、CO成分と反応し還元される。
【0004】
また、上記特許公報には、NOx吸収還元触媒の上流側排気通路に三元触媒を配置して機関始動時に機関から排出されるHC、CO成分を浄化するようにした構成が開示されている。当該三元触媒は機関排気マニホルド近傍に配置され機関からの高温の排気が通過するため、機関始動後短時間で昇温し三元触媒の活性化温度に到達する。従って,機関始動後暖機完了までの時間が短縮されるため、この間に比較的多量に機関から排出されるHC、COを低減することができる。
【0005】
ディーゼルエンジン等においては、排気管途中に触媒を設置して、内燃機関より排出されるNOxを浄化している。かかるNOx浄化触媒としては、ゼオライト系触媒やアルミナ系触媒等の種々の触媒が知られているが、いずれもNOx浄化作用を示す温度域が限られている。このため、浄化温度域の異なる複数の触媒を組み合わせてNOx浄化温度域を拡大させることが提案されている。例えば、特開平6−134258号公報には、モルデナイトに担持するコバルトの量を変えて、最高活性が得られる反応温度が異なる複数の触媒を用いた触媒装置が開示されている。なお、複数の触媒は、通常、高温活性触媒は排気流路の上流側に、低温活性触媒は排気流路の下流側に配置される。
【0006】
また、特開平6−307231号公報には、複数のNOx浄化触媒を、排気ガスの流れ方向に直列に、かつ炭化水素に対する酸化活性能力が下流側に向かって順次大きくなるように配置した触媒装置が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許第2600492号に記載されたようなNOx吸収還元触媒では、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh等の貴金属触媒成分の他に、アルカリ、アルカリ土類金属に代表されるようなNOx吸収物質を使用している。しかし、当該特許に記載されているように、リーン空燃比運転中にリッチスパイク運転を行い排気空燃比をリッチ空燃比にすると排気中のHC、CO成分の量が急激に増大するが、HC、CO成分はNOx吸収還元触媒の触媒成分に付着しやすい性質があるため、NOx吸収還元触媒に流入する排気中のHC、CO成分が急激に増大すると付着したHCやCOによって触媒成分表面が覆われてしまい、触媒としての機能が低下する問題、すなわちHC被毒やCO被毒が生じてしまい、NOx吸収還元触媒のNOx浄化能力が低下する問題がある。
【0008】
このHC被毒やCO被毒といった現象は、触媒の活性が低い低温度域において顕著である。酸素過剰雰囲気下で吸収したNOxをリッチ雰囲気下でNOx吸収還元触媒から放出し、同触媒上で還元浄化しようとしても、HC被毒やCO被毒、特に還元ガス中に含まれるCOによりNOx吸収還元触媒が被毒され、NOx吸収還元触媒からNOxが十分に放出されないため、NOx吸収還元触媒のNOx吸着力回復せず、従って、NOx浄化率が大幅に低下してしまうといった問題が発生することがあった。また、複数の触媒を使用しても、それぞれのNOx浄化量がわずかなため、NOx浄化率が大幅に低下してしまうという問題点があった。このような背景から、本発明者らは、高温域ではNOxの浄化に非常な有用な還元剤(COやHC)が低温域ではNOxの浄化を妨げるため、NOx浄化率が大きく向上しないことに着目した。
【0009】
本発明は、従来技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関から排出される酸素過剰領域のNOxを効率よく浄化すると共に、排気ガスが低温域であってもCO及びHCを効率良く浄化することができる排気ガス浄化触媒を提供することにある。また、本発明は、広い浄化温度域、特に低温域において一定以上の高いNOx浄化率を示す排気ガス浄化触媒を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる排気ガス浄化触媒は、内燃機関の排気通路に配置する排気ガス浄化触媒であって、排気中のNOxを少なくともNO2‐吸着種として吸着するNOx吸着剤を含有する内層と、該内層の前記NOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を有すると共に、耐熱性多孔質無機材料からなり、内層から放出されたNOxを一時的に保持して表層側への到達を遅延させる隔離手段が前記表層と内層の間に介在している構成としたことを特徴しており、排気ガス浄化触媒におけるこのような構成を上記課題を解決するための手段としている。このとき、上記内層をPt、Pd及びRhから選ばれる少なくとも1種の貴金属と酸素吸蔵成分からなるNOx吸着剤を含有するものに替えることができる。
【0011】
また、本発明に係わる排気ガス浄化触触媒においては、隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー型ハニカム担体を使用し、当該担体のセル壁を上記隔離手段として利用し、担体セル壁の排気ガス上流側面に、上記内層成分を含む上流側層を形成し、担体セル壁の排気ガス下流側面に上記表層成分を含む下流側層を形成したものとすることも可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる排気ガス浄化触媒の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、「%」は特記しない限り質量百分率を意味するものとする。
【0013】
本発明に係わる排気ガス浄化触触媒は、NO2‐吸着種としてNOxを吸着するNOx吸着剤を含む内層と、このNOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を有し、これら内外層の間に隔離手段を介在させたものであり、当該排気ガス浄化触媒によれば、リッチ雰囲気下でCO被毒を受けず、しかも低温域においてもNOxが放出可能なNOx吸着剤を使用し、かつ、リッチ及び/又はストイキ雰囲気下で、NOx吸着剤から放出されたNOxを浄化することができる。
すなわち、リーン空燃比で運転されNOx吸着剤に流入する排気がリーン空燃比である場合には、排気中の多くのNOxがNO2‐として吸着することにより、HCやCOが排気ガス中に多量に含まれる場合でも、触媒上でNO2‐吸着種の結合が切断されれば容易にNOxを放出することができる。言い換えると、HC被毒やCO被毒の影響を受け難く、したがってNOx浄化層をNOx吸着剤の上側に配置した触媒構造とすることにより、低温域においても、また、リッチガス中にCOが含まれている状態においても、高いNOx浄化性能を保つことができることになる。
【0014】
さらに、NOx吸着剤からなる内層と、前記内層のNOx吸着剤から放出するNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層の間に、耐熱性多孔質無機材料からなる両層間の隔離手段を備えているので、両端が開放された通常のオープンセル型の担体に当該触媒を塗布した場合、排気ガスは一旦触媒の内層方向に浸透、分散したのち、内層方向から表層方向に向けて拡散していくことになり、内層と表層の間の隔離手段が細孔を備えていることから、その細孔内での反応ガス拡散が生じやすくなり、いわゆるバッファーの役割を果たすものと考えられる。したがって、排気ガスの条件が急激に変化する場合において、内層のNOx吸着剤に吸着したNOxが脱離し、NOx浄化層に拡散していく際、この隔離手段によりNOxの拡散速度が緩やかなものとなり、反応速度がそれほど大きくない低温域(200℃以下)においても高いNOx浄化性能が保持されることになる。
【0015】
隔離手段による遅延作用は、HCやCOなどの還元剤に対しても有効であって、隔離手段の細孔内で乱流、再拡散を生じさせることができるため、還元剤が触媒担体層に長く留まることでき、結果として、反応速度がそれほど大きくない低温域(200℃以下)でのNOx浄化性能を高く保つことができる。なお、このような隔離手段としては、その耐熱性、成形性、コスト、入手のし易さなどの観点から、コージェライト、SiC(炭化ケイ素)、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトなどの耐熱性多孔質無機材料が好適に用いられる。
【0016】
上記表層中のNOx吸着剤としては、その中に少なくともチタン及び/又はジルコニウム酸化物が含まれるものを使用することができる。すなわち、NOx吸着剤中に、このような成分が含まれることにより、NOxが非常に放出しやすくなる。また、吸着剤中に三元成分を添加することにより、吸着および吸着したNOxの放出特性が向上することが判っているので、Pt、Pd及びRhなどの貴金属触媒成分をさらに添加するのが望ましい。なお、これら酸化物としては、チタンやジルコニウムを含む他の元素との複合酸化物であってもよい。
【0017】
また、上記NOx吸着剤においては、多孔質担体を使用することもできる。その材質としては、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、シリカ、シリカアルミナやチタニア等を挙げることができ、とりわけ耐熱性及び貴金属分散性に優れたアルミナを用いることが好ましい。
【0018】
内層に含まれるNOx吸着剤として、Pt、Pd及びRhから選ばれる少なくとも1種の貴金属と酸素吸蔵成分からなるNOx吸着剤を使用しても同様の効果が得られる。貴金属および酸素吸蔵成分をNOx吸着剤として使用することにより、HCやCO、特にCOが排気ガス中に多量に含まれる場合でも、容易にNOxを放出することができ、同様にHC被毒やCO被毒の影響を受けにくいNOx吸着剤となる。これは、NOx吸着成分として貴金属および酸素吸蔵成分を利用することにより、NOxが脱離しやすいNO2‐の形で吸着することによるものと考えられる。したがって、低温域においても、またリッチガス中にCOが含まれている状態においても、高いNOx浄化性能が確保されることになる。
【0019】
この場合、上記酸素吸蔵成分としては、セリウム酸化物を用いることができる。このセリウム酸化物についても、セリウム成分が含まれて折さえすれば、他の元素との複合酸化物であってもよい。貴金属およびセリウム成分、例えばPt/CeO2をNOx吸着剤として使用することにより、HCやCOが排気ガス中に多量に含まれている場合でも、特にCOが多量に含まれる場合であっても、より容易にNOxを放出することができるようになる。
【0020】
このときのセリウム酸化物の含有量としては、CeO2換算で10〜500g/Lの範囲とすることが望ましい。すなわち、CeO2換算で10g/Lより少ない場合には、十分なNOx吸着量を得ることができず、500g/Lよりも多くしたとしても、NOx吸着量がほとんど飽和に達し、それ以上の効果が得られなくなることによる。
【0021】
一方、表層としてのNOx浄化層には、ロジウムと共に、ジルコニア酸化物を含有させることができる。このNOx浄化層がロジウムと、ジルコニア酸化物を含有することにより、NOx吸着触媒から放出したNOxの浄化性能が大きく向上する。
【0022】
NOx吸着剤から放出されたNOxは、拡散層(隔離手段)を経てNOx浄化層を通過することになるが、このとき、拡散層では短時間のうちに高濃度のNOxとなって放出されたNOxを徐々にNOx浄化層へ供給する働きをしているが、この働きに拘わらず低濃度化しきれずに高濃度のNOxとなって放出されたNOxを浄化する貴金属として、ロジウムが好ましい。また、ロジウムとともに使用しているジルコニウム酸化物をロジウムの担持基材として使用することにより、さらにNOx浄化性能が向上する。
【0023】
このとき、空間速度や温度等の条件変動に素早く対応するためには、ロジウム(Rh)の含有量は触媒体積当たり0.1〜50g/L、ジルコニウム酸化物の含有量は5〜100g/Lとすることが好ましい。なお、ジルコニウム酸化物は、上記のように担体として用いていることが好ましい。また、他の元素との複合酸化物を用いることも可能である。
【0024】
なお、Rhの含有量を上記範囲としたのは、0.1g/L未満では十分な触媒活性が得られないことがあり、逆に50g/Lを超えると触媒活性が飽和する傾向があることによる。また、ジルコニウム酸化物については、その含有量が5g/L未満ではロジウムの触媒性能の改質効果が十分に得られず、逆に100g/Lを超えると触媒活性が飽和する傾向があることによる。
【0025】
また、上記NOx浄化触媒には、多孔質担体が使用され、その材質は特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、シリカ、シリカアルミナやチタニア等を挙げることができ、特に耐熱性及び貴金属分散性に優れるアルミナを用いることが好ましい。
【0026】
本発明に係わる排気ガス浄化触触媒においては、NOx吸着剤から放出されたNOxを一時的に保持してNOx浄化層への到達を遅延させるために用いる上記隔離手段として、隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー型ハニカム担体を利用することができる。すなわち、ウォールフロー型ハニカム担体のセル壁面の排気ガス上流側に上記内層に相当する上流側層を形成し、セル壁の排気ガス下流側面に上記表層に相当する下流側層を形成したものとすることにより、当該セル壁が隔離手段として機能し、セル壁内の細孔がバッファーの役割を果たすことから、オープンセル型のハニカム担体に内層及び表層を形成した排気ガス浄化触触媒の場合と基本的に同様の作用効果が得られることになる。
【0027】
ウォールフロー型ハニカム担体は、隣接するセルの両端部が交互目詰めになっており、排気ガスは担体のセル壁を通過する。そのため、上流壁側にはディーゼルエンジンから排出されるPM(Particulate Mattter)分や、SOF(Soluble Oganic Fraction)分がトラップされることになるが、上流壁側に、例えばPt/CeO2のようなNOx吸着剤を使用することにより、触媒の酸化活性によって比較的低温でのPM燃焼を行うことができ、触媒の熱劣化の観点からも効果的である。
【0028】
なお、PMの燃焼に際しては、例えば、定常走行時には任意に設定した時間で、あるいはエンジンの運転履歴からPM分のトラップ量を推測したり、触媒担体の前後に配置した排気差圧センサなどを用いてPMトラップ量がある値に達したことを検知したときなどに、トラップされたPM分を燃焼可能な状態(温度、酸素濃度)になるようにエンジン制御を行うことにより、自動的にPM除去を行うことができる。そして、このとき当該排気ガス浄化触触媒においては、上流側層の触媒の酸化活性が強いことから、PM分の着火が比較的低温で進行するため、エンジン制御に必要なエネルギーのロスが少なくて済むという利点がある。さらに、上流側に塗布した触媒は、R/S(リッチスパイク)時のCOを選択的に除去する作用をも有しているため、還元力の強い水素を下流側触媒に透過することができ、下流壁側のNOx浄化層において低温からNOx浄化を行うこともできる。
【0029】
なお、ウォールフロー型ハニカム担体の素材としては、隔離手段と同様に、コージェライト、SiC、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトなどの耐熱性多孔質無機材料からなるものとすることができる。
【0030】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0031】
(実施例1)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
酸化セリウム粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化セリウム粉末NA1を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。
この粉末NA1を282.5g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC1を得た。この触媒NAC1のNOx吸着層におけるセリウム量は、CeO2換算で134.2g/Lであった。
【0032】
(2)隔壁層(隔離手段)の調製
次に、活性アルミナ粉末を300g、75%の水分量含むベーマイトを75g、水300g/Lを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーI1を得た。このスラリーI1を上記触媒NAC1に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて,130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成した。このとき、隔壁層のコート量は20g/Lであり、総コート層は270g/Lであった。
【0033】
(3)表層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸ロジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度はZrO2換算で20%、Rh濃度は2.8%であった。
一方、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のCe濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、水200gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記のコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、NOx浄化層のコート量100g/L、総コート量370g/Lの排ガス浄化用触媒NC1を得た。
このようにして、図1に示すように、オープンセル型のモノリス担体の上に、Ptとセリウム酸化物からなるNOx吸着剤を含む内層2と、この上にアルミナからなる隔壁層(隔離手段)3を介して形成された表層4、すなわちRh,Ptを含むNOx浄化層を備えた排気ガス浄化触触媒1を得た。
【0034】
(実施例2)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.94Pr0.06O2を使用した以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係わる排気ガス浄化触媒を調製した。
【0035】
(実施例3)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.85Pr0.15O2を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例3に係わる触媒を調製した。
【0036】
(実施例4)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.66Pr0.34O2を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例4に係わる触媒を調製した。
【0037】
(実施例5)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.75Zr0.25O2を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例5に係わる触媒を調製した。
【0038】
(実施例6)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
Ce0.75Zr0.25O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.75Zr0.25O2粉末NA2を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、Ce0.94Pr0.06O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は4.00%であった。
そして、上記粉末NA2を141.25g、粉末NA3を141.25g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC2を得た。
【0039】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC2に実施例1と同様にして隔離層およびNOx浄化層を設け、図1に示すように、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0040】
(実施例7)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
酸化チタン粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化チタン粉末NA4を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、Ce0.94Pr0.06O2 粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA3を141.25g、粉末NA4を141.25g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC3を得た。
【0041】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC3に実施例1と同様にして隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0042】
(実施例8)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
ベーマイト粉末を硝酸セリウム溶液中で解膠し、24時間攪拌したのち、pH7.5に調製して沈殿物を得た。沈殿物をろ過し、150℃で12時間乾燥後、400℃で2時間焼成し、その後さらに、800℃で2時間焼成することにより、アルミナ上にセリウムが高分散度で存在するCe担持アルミナ粉末NA5を得た。この粉末のCe濃度は10%であった。粉末NA5に、さらに酢酸セリウムを含浸担持し、乾燥後400℃で1時間焼成し、Ce担持アルミナ粉末NA6を得た。この粉末のCe濃度は30%であった。このようにして得たCe担持アルミナ粉末NA6にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、PtおよびCe担持アルミナ粉末NA7を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA7を282.5g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC4を得た。
【0043】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC4に実施例1と同様にして、隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層70g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0044】
(実施例9)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
酸化セリウム粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化セリウム粉末NA1を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、 酸化セリウム粉末に硝酸パラジウム溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持酸化セリウム粉末NA8を得た。この粉末のPd濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA1を188.3g、粉末NA8を94.2g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC3(上記実施例7と同じ記号ですが、NAC5でしょうか?)を得た。
【0045】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC3に実施例1と同様にして、隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0046】
(実施例10)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
Ce0.94Pr0.06O2 粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2 粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、 酸化セリウム粉末に硝酸パラジウム溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持酸化セリウム粉末NA8を得た。この粉末のPd濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA3を188.3g、粉末NA8を94.2g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC3を得た(これも上記実施例7と同じ記号です。NAC6でしょうか?)。
【0047】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC3に、実施例1と同様にして隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0048】
(実施例11)
隔壁層の活性アルミナをTiO2に代えた以外は、実施例1と同様にして実施例11に係わる触媒を調製した。
【0049】
(実施例12)
隔壁層の活性アルミナをSiO2に代えた以外は、実施例1と同様にして実施例12に係わる触媒を調製した。
【0050】
(実施例13)
隔壁層の活性アルミナをβ−ゼオライトに代えた以外は、実施例1と同様にして実施例13に係わる触媒を調製した。
【0051】
(実施例14)
隔壁層の活性アルミナをA型−ゼオライトに代えた以外は、実施例1と同様にして実施例14に係わる触媒を調製した。
【0052】
(実施例15)
隔壁層の活性アルミナをフェリエライトに代えた以外は、実施例1と同様にして実施例15に係わる触媒を調製した。
【0053】
(実施例16)
表層におけるNOx浄化層の調製において、ジルコニア担持アルミナの代わりにカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実施例16に係わる触媒を調製した。
【0054】
<ウォールフロー型担体の調製>
以下に、交互目詰め担体、すなわち隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー(フィルタ)タイプの触媒調製要領について説明する。
まず、平均気孔率30%、平均細孔径20μmのコージェライト製ハニカム担体の片面に、耐熱性セメントを互いに接しないように、チェッカーボード状(市松模様)に上端面の約5mm程度の深さを塞ぐように注入し、乾燥後、以下に示す成分組成の上流側コート層を上記各実施例と同様の要領で付着させる。これによって、上流側コート層が互いに接しないようにチェッカーボード状に付着されることになる。次に、耐熱セメントを塗布した端面5mm分を切断して各セルを貫通させたのち、上流側コート層を付着させた各セルを耐熱セメントで同様に塞ぎ、以下に示す成分組成の下流側コート層を付着させる。そして最後に、耐熱性セメントを最初に塞いだセルに再び注入し、乾燥させることによって交互目詰めウォールフロー型担体が得られる。
【0055】
(実施例17)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
実施例1で使用した粉末NA1を282.5g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記した交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0056】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸リジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度は10%、Rh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のセリウム濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層200g/LのNOx浄化層を塗布した。
このようにして、図2に示すように、ウォールフロー型モノリス担体のセル壁5の上流側面に、Ptとセリウム酸化物からなるNOx吸着剤を含む上流側層6を備え、セル壁の下流側面に下流側層7としてRh,Ptを含むNOx浄化層を備えた排気ガス浄化触触媒10を得た。
【0057】
(実施例18)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
実施例6の内層に使用した粉末NA2,NA3,活性アルミナ及び水からなるスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0058】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸リジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度は20%、Rh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のセリウム濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層200g/LのNOx浄化層を塗布した。このようにして、図2と同様の排ガス浄化用触媒を得た。
【0059】
(実施例19)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
実施例7の内層に使用した粉末NA3,NA4,活性アルミナ及び水からなるスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0060】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
上記実施例18と同様のスラリーを用いて、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面にコート量200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0061】
(実施例20)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
上記実施例18と同様に、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0062】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ロジウム溶液をカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持カルシウム含有ジルコニウム酸化物粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のRh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のセリウム濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR3を100g、NR2を100g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0063】
(実施例21)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
上記実施例18と同様のスラリーを用い、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0064】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ロジウム溶液をカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持カルシウム含有ジルコニウム酸化物粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のRh濃度は1.4%であった。
そして、上記粉末NR3を200g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート量200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0065】
(実施例22)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
Ce0.75Zr0.25O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.75Zr0.25O2粉末NA2を得た。この粉末のPt濃度は5.0%であった。また、Ce0.94Pr0.06O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は5.00%であった。
そして、上記粉末NA2を141.25g、粉末NA3を141.25g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0066】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸ロジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度は10%、Rh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してCe担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のCe濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
さらに、硝酸ロジウム溶液をカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持カルシウム含有ジルコニウム酸化物粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のGh濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、水200gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層100g/LのNOx浄化層を塗布した。
さらに、上記粉末NR3を100g、水100gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面において、コート層100g/LのNOx浄化層を塗布した上に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層50g/L、トータル150g/LのNOx浄化層を塗布した。このようにして、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0067】
(実施例23)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
酸化セリウム粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化セリウム粉末NA1を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、 酸化セリウム粉末に硝酸パラジウム溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持酸化セリウム粉末NA8を得た。この粉末のPd濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA1を188.3g、粉末NA8を94.2g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0068】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
上記実施例18と同様のスラリーを用いて、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面にコート量200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0069】
[耐久試験]
上記によって得られた各触媒を排気量4000ccのエンジンの排気系に装着し、表1に示すように、国内レギュラーガソリンを使用し、触媒入口温度を700℃として、50時間運転し、耐久試験を実施した。
【0070】
【表1】
【0071】
[性能評価試験]
上記条件による耐久後の各触媒を排気量2000ccのエンジンの排気系に装着して、表2に示すように、リーン(A/F=18)40sec→リッチ(A/F=11.0)2secの運転を行い、この区間における排気浄化率を求めた。その結果を表3(オープンセル型ハニカム担体)、及び表4(ウォールスルー型ハニカム担体)に示す。なお、触媒入口温度は200℃に設定した。
【0072】
【表2】
【0073】
【表3】
【0074】
【表4】
【0075】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明に係わる排気ガス浄化触媒は、オープンセル型ハニカム担体の内層側あるいはウォールスルー型ハニカム担体の排気ガス流上流側にNOx吸着剤含有層を備える一方、オープンセル型ハニカム担体の表層側あるいはウォールスルー型ハニカム担体の排気ガス流下流側にはNOx浄化層を形成し、さらにオープンセル型ハニカム担体を用いた場合には上記内外層の間に耐熱性多孔質無機材料からなる隔離手段を設けてなるものであるから、内層あるいは上流層の吸着剤は、排気ガス中にHCやCO量が多量に含まれる場合でもNOxを容易に放出することができ、放出されたNOxの表層あるいは下流側層への拡散が隔離手段あるいはウォールスルー型ハニカム担体セル壁によって遅延することから、反応速度がさほど大きくない低温域においても高いNOx浄化率を保持することができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる排気ガス浄化触媒の一実施形態として、オープンセル型ハニカム担体のセル壁面に形成した内外層とその間の隔離手段からなる触媒構造例を示す断面図である。
【図2】本発明に係わる排気ガス浄化触媒の他の実施形態として、ウォールスルー型ハニカム担体のセル壁両面に形成した上流側及び下流側層からなる触媒構造例を示す断面図である。
【 符号の説明】
1,10 排気ガス浄化触媒
2 内層
3 隔壁層(隔離手段)
4 表層
5 ウォールスルー型ハニカム担体セル壁
6 上流側層
7 下流側層
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係わり、さらに詳細には、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOx を吸着し、流入する排気の空燃比がリッチ及び/又はストイキのときに吸着したNOx を放出するNOx吸着剤と、放出したNOxを還元浄化するNOx浄化触媒を備えた排気ガス浄化触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記のような内燃機関の排気浄化装置としては、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のNOx(窒素酸化物)を吸収し、流入する排気空燃比がリッチになると吸収したNOxを放出して還元浄化するNOx吸収還元触媒が知られている。この種のNOx吸収還元触媒を使用した排気浄化装置の例としては、例えば特許第2600492号に記載されたものがある。
【0003】
上記特許に係わる排気浄化装置は、リーン空燃比運転を行う機関の排気通路にNOx吸収還元触媒を配置し、機関のリーン空燃比運転中にNOx吸収還元触媒に排気中のNOx を吸収させ、NOx吸収還元触媒のNOx吸収量が増大したときに機関を短時間理論空燃比以下の空燃比(すなわちリッチ空燃比)で運転するリッチスパイク操作を行うことにより、NOx吸収還元触媒から吸収したNOxを放出させると共に、放出されたNOxを還元浄化している。すなわち、機関の運転空燃比がリッチになると、リーン空燃比運転時に較べて排気中の酸素濃度が急激に低下するとともに排気中の未燃HC、CO成分の量が急激に増大する。このため、リッチスパイク操作により機関運転空燃比がリッチ空燃比に切り換えられると、NOx吸収還元触媒からNOxが放出され、NOx吸収還元触媒上で排気中の未燃HC、CO成分と反応し還元される。
【0004】
また、上記特許公報には、NOx吸収還元触媒の上流側排気通路に三元触媒を配置して機関始動時に機関から排出されるHC、CO成分を浄化するようにした構成が開示されている。当該三元触媒は機関排気マニホルド近傍に配置され機関からの高温の排気が通過するため、機関始動後短時間で昇温し三元触媒の活性化温度に到達する。従って,機関始動後暖機完了までの時間が短縮されるため、この間に比較的多量に機関から排出されるHC、COを低減することができる。
【0005】
ディーゼルエンジン等においては、排気管途中に触媒を設置して、内燃機関より排出されるNOxを浄化している。かかるNOx浄化触媒としては、ゼオライト系触媒やアルミナ系触媒等の種々の触媒が知られているが、いずれもNOx浄化作用を示す温度域が限られている。このため、浄化温度域の異なる複数の触媒を組み合わせてNOx浄化温度域を拡大させることが提案されている。例えば、特開平6−134258号公報には、モルデナイトに担持するコバルトの量を変えて、最高活性が得られる反応温度が異なる複数の触媒を用いた触媒装置が開示されている。なお、複数の触媒は、通常、高温活性触媒は排気流路の上流側に、低温活性触媒は排気流路の下流側に配置される。
【0006】
また、特開平6−307231号公報には、複数のNOx浄化触媒を、排気ガスの流れ方向に直列に、かつ炭化水素に対する酸化活性能力が下流側に向かって順次大きくなるように配置した触媒装置が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許第2600492号に記載されたようなNOx吸収還元触媒では、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh等の貴金属触媒成分の他に、アルカリ、アルカリ土類金属に代表されるようなNOx吸収物質を使用している。しかし、当該特許に記載されているように、リーン空燃比運転中にリッチスパイク運転を行い排気空燃比をリッチ空燃比にすると排気中のHC、CO成分の量が急激に増大するが、HC、CO成分はNOx吸収還元触媒の触媒成分に付着しやすい性質があるため、NOx吸収還元触媒に流入する排気中のHC、CO成分が急激に増大すると付着したHCやCOによって触媒成分表面が覆われてしまい、触媒としての機能が低下する問題、すなわちHC被毒やCO被毒が生じてしまい、NOx吸収還元触媒のNOx浄化能力が低下する問題がある。
【0008】
このHC被毒やCO被毒といった現象は、触媒の活性が低い低温度域において顕著である。酸素過剰雰囲気下で吸収したNOxをリッチ雰囲気下でNOx吸収還元触媒から放出し、同触媒上で還元浄化しようとしても、HC被毒やCO被毒、特に還元ガス中に含まれるCOによりNOx吸収還元触媒が被毒され、NOx吸収還元触媒からNOxが十分に放出されないため、NOx吸収還元触媒のNOx吸着力回復せず、従って、NOx浄化率が大幅に低下してしまうといった問題が発生することがあった。また、複数の触媒を使用しても、それぞれのNOx浄化量がわずかなため、NOx浄化率が大幅に低下してしまうという問題点があった。このような背景から、本発明者らは、高温域ではNOxの浄化に非常な有用な還元剤(COやHC)が低温域ではNOxの浄化を妨げるため、NOx浄化率が大きく向上しないことに着目した。
【0009】
本発明は、従来技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関から排出される酸素過剰領域のNOxを効率よく浄化すると共に、排気ガスが低温域であってもCO及びHCを効率良く浄化することができる排気ガス浄化触媒を提供することにある。また、本発明は、広い浄化温度域、特に低温域において一定以上の高いNOx浄化率を示す排気ガス浄化触媒を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる排気ガス浄化触媒は、内燃機関の排気通路に配置する排気ガス浄化触媒であって、排気中のNOxを少なくともNO2‐吸着種として吸着するNOx吸着剤を含有する内層と、該内層の前記NOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を有すると共に、耐熱性多孔質無機材料からなり、内層から放出されたNOxを一時的に保持して表層側への到達を遅延させる隔離手段が前記表層と内層の間に介在している構成としたことを特徴しており、排気ガス浄化触媒におけるこのような構成を上記課題を解決するための手段としている。このとき、上記内層をPt、Pd及びRhから選ばれる少なくとも1種の貴金属と酸素吸蔵成分からなるNOx吸着剤を含有するものに替えることができる。
【0011】
また、本発明に係わる排気ガス浄化触触媒においては、隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー型ハニカム担体を使用し、当該担体のセル壁を上記隔離手段として利用し、担体セル壁の排気ガス上流側面に、上記内層成分を含む上流側層を形成し、担体セル壁の排気ガス下流側面に上記表層成分を含む下流側層を形成したものとすることも可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる排気ガス浄化触媒の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、「%」は特記しない限り質量百分率を意味するものとする。
【0013】
本発明に係わる排気ガス浄化触触媒は、NO2‐吸着種としてNOxを吸着するNOx吸着剤を含む内層と、このNOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を有し、これら内外層の間に隔離手段を介在させたものであり、当該排気ガス浄化触媒によれば、リッチ雰囲気下でCO被毒を受けず、しかも低温域においてもNOxが放出可能なNOx吸着剤を使用し、かつ、リッチ及び/又はストイキ雰囲気下で、NOx吸着剤から放出されたNOxを浄化することができる。
すなわち、リーン空燃比で運転されNOx吸着剤に流入する排気がリーン空燃比である場合には、排気中の多くのNOxがNO2‐として吸着することにより、HCやCOが排気ガス中に多量に含まれる場合でも、触媒上でNO2‐吸着種の結合が切断されれば容易にNOxを放出することができる。言い換えると、HC被毒やCO被毒の影響を受け難く、したがってNOx浄化層をNOx吸着剤の上側に配置した触媒構造とすることにより、低温域においても、また、リッチガス中にCOが含まれている状態においても、高いNOx浄化性能を保つことができることになる。
【0014】
さらに、NOx吸着剤からなる内層と、前記内層のNOx吸着剤から放出するNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層の間に、耐熱性多孔質無機材料からなる両層間の隔離手段を備えているので、両端が開放された通常のオープンセル型の担体に当該触媒を塗布した場合、排気ガスは一旦触媒の内層方向に浸透、分散したのち、内層方向から表層方向に向けて拡散していくことになり、内層と表層の間の隔離手段が細孔を備えていることから、その細孔内での反応ガス拡散が生じやすくなり、いわゆるバッファーの役割を果たすものと考えられる。したがって、排気ガスの条件が急激に変化する場合において、内層のNOx吸着剤に吸着したNOxが脱離し、NOx浄化層に拡散していく際、この隔離手段によりNOxの拡散速度が緩やかなものとなり、反応速度がそれほど大きくない低温域(200℃以下)においても高いNOx浄化性能が保持されることになる。
【0015】
隔離手段による遅延作用は、HCやCOなどの還元剤に対しても有効であって、隔離手段の細孔内で乱流、再拡散を生じさせることができるため、還元剤が触媒担体層に長く留まることでき、結果として、反応速度がそれほど大きくない低温域(200℃以下)でのNOx浄化性能を高く保つことができる。なお、このような隔離手段としては、その耐熱性、成形性、コスト、入手のし易さなどの観点から、コージェライト、SiC(炭化ケイ素)、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトなどの耐熱性多孔質無機材料が好適に用いられる。
【0016】
上記表層中のNOx吸着剤としては、その中に少なくともチタン及び/又はジルコニウム酸化物が含まれるものを使用することができる。すなわち、NOx吸着剤中に、このような成分が含まれることにより、NOxが非常に放出しやすくなる。また、吸着剤中に三元成分を添加することにより、吸着および吸着したNOxの放出特性が向上することが判っているので、Pt、Pd及びRhなどの貴金属触媒成分をさらに添加するのが望ましい。なお、これら酸化物としては、チタンやジルコニウムを含む他の元素との複合酸化物であってもよい。
【0017】
また、上記NOx吸着剤においては、多孔質担体を使用することもできる。その材質としては、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、シリカ、シリカアルミナやチタニア等を挙げることができ、とりわけ耐熱性及び貴金属分散性に優れたアルミナを用いることが好ましい。
【0018】
内層に含まれるNOx吸着剤として、Pt、Pd及びRhから選ばれる少なくとも1種の貴金属と酸素吸蔵成分からなるNOx吸着剤を使用しても同様の効果が得られる。貴金属および酸素吸蔵成分をNOx吸着剤として使用することにより、HCやCO、特にCOが排気ガス中に多量に含まれる場合でも、容易にNOxを放出することができ、同様にHC被毒やCO被毒の影響を受けにくいNOx吸着剤となる。これは、NOx吸着成分として貴金属および酸素吸蔵成分を利用することにより、NOxが脱離しやすいNO2‐の形で吸着することによるものと考えられる。したがって、低温域においても、またリッチガス中にCOが含まれている状態においても、高いNOx浄化性能が確保されることになる。
【0019】
この場合、上記酸素吸蔵成分としては、セリウム酸化物を用いることができる。このセリウム酸化物についても、セリウム成分が含まれて折さえすれば、他の元素との複合酸化物であってもよい。貴金属およびセリウム成分、例えばPt/CeO2をNOx吸着剤として使用することにより、HCやCOが排気ガス中に多量に含まれている場合でも、特にCOが多量に含まれる場合であっても、より容易にNOxを放出することができるようになる。
【0020】
このときのセリウム酸化物の含有量としては、CeO2換算で10〜500g/Lの範囲とすることが望ましい。すなわち、CeO2換算で10g/Lより少ない場合には、十分なNOx吸着量を得ることができず、500g/Lよりも多くしたとしても、NOx吸着量がほとんど飽和に達し、それ以上の効果が得られなくなることによる。
【0021】
一方、表層としてのNOx浄化層には、ロジウムと共に、ジルコニア酸化物を含有させることができる。このNOx浄化層がロジウムと、ジルコニア酸化物を含有することにより、NOx吸着触媒から放出したNOxの浄化性能が大きく向上する。
【0022】
NOx吸着剤から放出されたNOxは、拡散層(隔離手段)を経てNOx浄化層を通過することになるが、このとき、拡散層では短時間のうちに高濃度のNOxとなって放出されたNOxを徐々にNOx浄化層へ供給する働きをしているが、この働きに拘わらず低濃度化しきれずに高濃度のNOxとなって放出されたNOxを浄化する貴金属として、ロジウムが好ましい。また、ロジウムとともに使用しているジルコニウム酸化物をロジウムの担持基材として使用することにより、さらにNOx浄化性能が向上する。
【0023】
このとき、空間速度や温度等の条件変動に素早く対応するためには、ロジウム(Rh)の含有量は触媒体積当たり0.1〜50g/L、ジルコニウム酸化物の含有量は5〜100g/Lとすることが好ましい。なお、ジルコニウム酸化物は、上記のように担体として用いていることが好ましい。また、他の元素との複合酸化物を用いることも可能である。
【0024】
なお、Rhの含有量を上記範囲としたのは、0.1g/L未満では十分な触媒活性が得られないことがあり、逆に50g/Lを超えると触媒活性が飽和する傾向があることによる。また、ジルコニウム酸化物については、その含有量が5g/L未満ではロジウムの触媒性能の改質効果が十分に得られず、逆に100g/Lを超えると触媒活性が飽和する傾向があることによる。
【0025】
また、上記NOx浄化触媒には、多孔質担体が使用され、その材質は特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、シリカ、シリカアルミナやチタニア等を挙げることができ、特に耐熱性及び貴金属分散性に優れるアルミナを用いることが好ましい。
【0026】
本発明に係わる排気ガス浄化触触媒においては、NOx吸着剤から放出されたNOxを一時的に保持してNOx浄化層への到達を遅延させるために用いる上記隔離手段として、隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー型ハニカム担体を利用することができる。すなわち、ウォールフロー型ハニカム担体のセル壁面の排気ガス上流側に上記内層に相当する上流側層を形成し、セル壁の排気ガス下流側面に上記表層に相当する下流側層を形成したものとすることにより、当該セル壁が隔離手段として機能し、セル壁内の細孔がバッファーの役割を果たすことから、オープンセル型のハニカム担体に内層及び表層を形成した排気ガス浄化触触媒の場合と基本的に同様の作用効果が得られることになる。
【0027】
ウォールフロー型ハニカム担体は、隣接するセルの両端部が交互目詰めになっており、排気ガスは担体のセル壁を通過する。そのため、上流壁側にはディーゼルエンジンから排出されるPM(Particulate Mattter)分や、SOF(Soluble Oganic Fraction)分がトラップされることになるが、上流壁側に、例えばPt/CeO2のようなNOx吸着剤を使用することにより、触媒の酸化活性によって比較的低温でのPM燃焼を行うことができ、触媒の熱劣化の観点からも効果的である。
【0028】
なお、PMの燃焼に際しては、例えば、定常走行時には任意に設定した時間で、あるいはエンジンの運転履歴からPM分のトラップ量を推測したり、触媒担体の前後に配置した排気差圧センサなどを用いてPMトラップ量がある値に達したことを検知したときなどに、トラップされたPM分を燃焼可能な状態(温度、酸素濃度)になるようにエンジン制御を行うことにより、自動的にPM除去を行うことができる。そして、このとき当該排気ガス浄化触触媒においては、上流側層の触媒の酸化活性が強いことから、PM分の着火が比較的低温で進行するため、エンジン制御に必要なエネルギーのロスが少なくて済むという利点がある。さらに、上流側に塗布した触媒は、R/S(リッチスパイク)時のCOを選択的に除去する作用をも有しているため、還元力の強い水素を下流側触媒に透過することができ、下流壁側のNOx浄化層において低温からNOx浄化を行うこともできる。
【0029】
なお、ウォールフロー型ハニカム担体の素材としては、隔離手段と同様に、コージェライト、SiC、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトなどの耐熱性多孔質無機材料からなるものとすることができる。
【0030】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0031】
(実施例1)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
酸化セリウム粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化セリウム粉末NA1を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。
この粉末NA1を282.5g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC1を得た。この触媒NAC1のNOx吸着層におけるセリウム量は、CeO2換算で134.2g/Lであった。
【0032】
(2)隔壁層(隔離手段)の調製
次に、活性アルミナ粉末を300g、75%の水分量含むベーマイトを75g、水300g/Lを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーI1を得た。このスラリーI1を上記触媒NAC1に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて,130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成した。このとき、隔壁層のコート量は20g/Lであり、総コート層は270g/Lであった。
【0033】
(3)表層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸ロジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度はZrO2換算で20%、Rh濃度は2.8%であった。
一方、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のCe濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、水200gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記のコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、NOx浄化層のコート量100g/L、総コート量370g/Lの排ガス浄化用触媒NC1を得た。
このようにして、図1に示すように、オープンセル型のモノリス担体の上に、Ptとセリウム酸化物からなるNOx吸着剤を含む内層2と、この上にアルミナからなる隔壁層(隔離手段)3を介して形成された表層4、すなわちRh,Ptを含むNOx浄化層を備えた排気ガス浄化触触媒1を得た。
【0034】
(実施例2)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.94Pr0.06O2を使用した以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係わる排気ガス浄化触媒を調製した。
【0035】
(実施例3)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.85Pr0.15O2を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例3に係わる触媒を調製した。
【0036】
(実施例4)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.66Pr0.34O2を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例4に係わる触媒を調製した。
【0037】
(実施例5)
内層におけるNOx吸着剤の調製において、酸化セリウムの代わりにCe0.75Zr0.25O2を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例5に係わる触媒を調製した。
【0038】
(実施例6)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
Ce0.75Zr0.25O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.75Zr0.25O2粉末NA2を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、Ce0.94Pr0.06O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は4.00%であった。
そして、上記粉末NA2を141.25g、粉末NA3を141.25g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC2を得た。
【0039】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC2に実施例1と同様にして隔離層およびNOx浄化層を設け、図1に示すように、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0040】
(実施例7)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
酸化チタン粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化チタン粉末NA4を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、Ce0.94Pr0.06O2 粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA3を141.25g、粉末NA4を141.25g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて、130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC3を得た。
【0041】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC3に実施例1と同様にして隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0042】
(実施例8)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
ベーマイト粉末を硝酸セリウム溶液中で解膠し、24時間攪拌したのち、pH7.5に調製して沈殿物を得た。沈殿物をろ過し、150℃で12時間乾燥後、400℃で2時間焼成し、その後さらに、800℃で2時間焼成することにより、アルミナ上にセリウムが高分散度で存在するCe担持アルミナ粉末NA5を得た。この粉末のCe濃度は10%であった。粉末NA5に、さらに酢酸セリウムを含浸担持し、乾燥後400℃で1時間焼成し、Ce担持アルミナ粉末NA6を得た。この粉末のCe濃度は30%であった。このようにして得たCe担持アルミナ粉末NA6にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、PtおよびCe担持アルミナ粉末NA7を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA7を282.5g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC4を得た。
【0043】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC4に実施例1と同様にして、隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層70g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0044】
(実施例9)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
酸化セリウム粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化セリウム粉末NA1を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、 酸化セリウム粉末に硝酸パラジウム溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持酸化セリウム粉末NA8を得た。この粉末のPd濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA1を188.3g、粉末NA8を94.2g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC3(上記実施例7と同じ記号ですが、NAC5でしょうか?)を得た。
【0045】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC3に実施例1と同様にして、隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0046】
(実施例10)
(1)内層:NOx吸着剤の調製
Ce0.94Pr0.06O2 粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2 粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、 酸化セリウム粉末に硝酸パラジウム溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持酸化セリウム粉末NA8を得た。この粉末のPd濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA3を188.3g、粉末NA8を94.2g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーをコージェライト質モノリス担体(1.2L、900セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した触媒NAC3を得た(これも上記実施例7と同じ記号です。NAC6でしょうか?)。
【0047】
(2)隔壁層及び表層の調製
このNAC3に、実施例1と同様にして隔離層およびNOx浄化層を設け、総コート層370g/Lの排ガス浄化用触媒を得た。
【0048】
(実施例11)
隔壁層の活性アルミナをTiO2に代えた以外は、実施例1と同様にして実施例11に係わる触媒を調製した。
【0049】
(実施例12)
隔壁層の活性アルミナをSiO2に代えた以外は、実施例1と同様にして実施例12に係わる触媒を調製した。
【0050】
(実施例13)
隔壁層の活性アルミナをβ−ゼオライトに代えた以外は、実施例1と同様にして実施例13に係わる触媒を調製した。
【0051】
(実施例14)
隔壁層の活性アルミナをA型−ゼオライトに代えた以外は、実施例1と同様にして実施例14に係わる触媒を調製した。
【0052】
(実施例15)
隔壁層の活性アルミナをフェリエライトに代えた以外は、実施例1と同様にして実施例15に係わる触媒を調製した。
【0053】
(実施例16)
表層におけるNOx浄化層の調製において、ジルコニア担持アルミナの代わりにカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実施例16に係わる触媒を調製した。
【0054】
<ウォールフロー型担体の調製>
以下に、交互目詰め担体、すなわち隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー(フィルタ)タイプの触媒調製要領について説明する。
まず、平均気孔率30%、平均細孔径20μmのコージェライト製ハニカム担体の片面に、耐熱性セメントを互いに接しないように、チェッカーボード状(市松模様)に上端面の約5mm程度の深さを塞ぐように注入し、乾燥後、以下に示す成分組成の上流側コート層を上記各実施例と同様の要領で付着させる。これによって、上流側コート層が互いに接しないようにチェッカーボード状に付着されることになる。次に、耐熱セメントを塗布した端面5mm分を切断して各セルを貫通させたのち、上流側コート層を付着させた各セルを耐熱セメントで同様に塞ぎ、以下に示す成分組成の下流側コート層を付着させる。そして最後に、耐熱性セメントを最初に塞いだセルに再び注入し、乾燥させることによって交互目詰めウォールフロー型担体が得られる。
【0055】
(実施例17)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
実施例1で使用した粉末NA1を282.5g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記した交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0056】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸リジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度は10%、Rh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のセリウム濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層200g/LのNOx浄化層を塗布した。
このようにして、図2に示すように、ウォールフロー型モノリス担体のセル壁5の上流側面に、Ptとセリウム酸化物からなるNOx吸着剤を含む上流側層6を備え、セル壁の下流側面に下流側層7としてRh,Ptを含むNOx浄化層を備えた排気ガス浄化触触媒10を得た。
【0057】
(実施例18)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
実施例6の内層に使用した粉末NA2,NA3,活性アルミナ及び水からなるスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0058】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸リジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度は20%、Rh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のセリウム濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを上記交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層200g/LのNOx浄化層を塗布した。このようにして、図2と同様の排ガス浄化用触媒を得た。
【0059】
(実施例19)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
実施例7の内層に使用した粉末NA3,NA4,活性アルミナ及び水からなるスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0060】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
上記実施例18と同様のスラリーを用いて、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面にコート量200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0061】
(実施例20)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
上記実施例18と同様に、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0062】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ロジウム溶液をカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持カルシウム含有ジルコニウム酸化物粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のRh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してセリウム担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のセリウム濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR3を100g、NR2を100g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0063】
(実施例21)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
上記実施例18と同様のスラリーを用い、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0064】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ロジウム溶液をカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持カルシウム含有ジルコニウム酸化物粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のRh濃度は1.4%であった。
そして、上記粉末NR3を200g、活性アルミナ200g、水400gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート量200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0065】
(実施例22)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
Ce0.75Zr0.25O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.75Zr0.25O2粉末NA2を得た。この粉末のPt濃度は5.0%であった。また、Ce0.94Pr0.06O2粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後、空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持Ce0.94Pr0.06O2粉末NA3を得た。この粉末のPt濃度は5.00%であった。
そして、上記粉末NA2を141.25g、粉末NA3を141.25g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0066】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
硝酸ジルコニウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してジルコニウム担持アルミナ粉末を得た。硝酸ロジウム溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh・Zr担持アルミナ粉末(粉末NR1)を得た。この粉末のジルコニウム濃度は10%、Rh濃度は2.8%であった。
次に、硝酸セリウム溶液を活性アルミナ粉末に含浸し、乾燥後空気中600℃で1時間焼成してCe担持アルミナ粉末を得た。ジニトロジアミン白金溶液を前記粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt・セリア担持アルミナ粉末(粉末NR2)を得た。この粉末のCe濃度は3%、Pt濃度は2.8%であった。
さらに、硝酸ロジウム溶液をカルシウムを含有するジルコニウム酸化物(Ca0.2Zr0.8O2)粉末に含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh担持カルシウム含有ジルコニウム酸化物粉末(粉末NR3)を得た。この粉末のGh濃度は2.8%であった。
そして、上記粉末NR1を100g、NR2を100g、水200gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層100g/LのNOx浄化層を塗布した。
さらに、上記粉末NR3を100g、水100gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面において、コート層100g/LのNOx浄化層を塗布した上に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層50g/L、トータル150g/LのNOx浄化層を塗布した。このようにして、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0067】
(実施例23)
(1)上流側層:NOx吸着剤の調製
酸化セリウム粉末にジニトロジアンミン白金溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pt担持酸化セリウム粉末NA1を得た。この粉末のPt濃度は4.0%であった。また、 酸化セリウム粉末に硝酸パラジウム溶液を含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Pd担持酸化セリウム粉末NA8を得た。この粉末のPd濃度は4.0%であった。
そして、上記粉末NA1を188.3g、粉末NA8を94.2g、活性アルミナ粉末を217.5g、水500gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリーを得た。このスラリーを交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して上流側の壁面に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層250g/LのNOx吸着層を塗布した。
【0068】
(2)下流側層:NOx浄化層の調製
上記実施例18と同様のスラリーを用いて、交互目詰めウォールフロー型担体の排ガス流れ方向に対して下流側の壁面にコート量200g/LのNOx浄化層を塗布し、図2に示すような排ガス浄化用触媒を得た。
【0069】
[耐久試験]
上記によって得られた各触媒を排気量4000ccのエンジンの排気系に装着し、表1に示すように、国内レギュラーガソリンを使用し、触媒入口温度を700℃として、50時間運転し、耐久試験を実施した。
【0070】
【表1】
【0071】
[性能評価試験]
上記条件による耐久後の各触媒を排気量2000ccのエンジンの排気系に装着して、表2に示すように、リーン(A/F=18)40sec→リッチ(A/F=11.0)2secの運転を行い、この区間における排気浄化率を求めた。その結果を表3(オープンセル型ハニカム担体)、及び表4(ウォールスルー型ハニカム担体)に示す。なお、触媒入口温度は200℃に設定した。
【0072】
【表2】
【0073】
【表3】
【0074】
【表4】
【0075】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明に係わる排気ガス浄化触媒は、オープンセル型ハニカム担体の内層側あるいはウォールスルー型ハニカム担体の排気ガス流上流側にNOx吸着剤含有層を備える一方、オープンセル型ハニカム担体の表層側あるいはウォールスルー型ハニカム担体の排気ガス流下流側にはNOx浄化層を形成し、さらにオープンセル型ハニカム担体を用いた場合には上記内外層の間に耐熱性多孔質無機材料からなる隔離手段を設けてなるものであるから、内層あるいは上流層の吸着剤は、排気ガス中にHCやCO量が多量に含まれる場合でもNOxを容易に放出することができ、放出されたNOxの表層あるいは下流側層への拡散が隔離手段あるいはウォールスルー型ハニカム担体セル壁によって遅延することから、反応速度がさほど大きくない低温域においても高いNOx浄化率を保持することができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる排気ガス浄化触媒の一実施形態として、オープンセル型ハニカム担体のセル壁面に形成した内外層とその間の隔離手段からなる触媒構造例を示す断面図である。
【図2】本発明に係わる排気ガス浄化触媒の他の実施形態として、ウォールスルー型ハニカム担体のセル壁両面に形成した上流側及び下流側層からなる触媒構造例を示す断面図である。
【 符号の説明】
1,10 排気ガス浄化触媒
2 内層
3 隔壁層(隔離手段)
4 表層
5 ウォールスルー型ハニカム担体セル壁
6 上流側層
7 下流側層
Claims (12)
- 内燃機関の排気通路に配置する排気ガス浄化触媒であって、排気中のNOxを少なくともNO2‐吸着種として吸着するNOx吸着剤を含有する内層と、該内層の前記NOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を有すると共に、耐熱性多孔質無機材料からなり、内層から放出されたNOxを一時的に保持して表層側への到達を遅延させる隔離手段が前記表層と内層の間に介在していることを特徴とする排気ガス浄化触媒。
- 前記隔離手段が、コージェライト、SiC、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトから選ばれる少なくとも1種の耐熱性多孔質無機材料からなることを特徴とする請求項2に記載の排気ガス浄化触媒。
- 内燃機関の排気通路に配置する排気ガス浄化触媒であって、隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー型ハニカム担体のセル壁面の排気ガス上流側に排気中のNOxを少なくともNO2‐吸着種として吸着するNOx吸着剤を含有する上流側層が形成され、セル壁面の排気ガス下流側に前記上流側層のNOx吸着剤から放出されるNOx を還元浄化するNOx浄化層からなる下流側層が形成されていることを特徴とする排気ガス浄化触媒。
- ウォールフロー型ハニカム担体が、コージェライト、SiC、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトから選ばれる少なくとも1種の耐熱性多孔質無機材料からなることを特徴とする請求項3に記載の排気ガス浄化触媒。
- NOx吸着剤中に、少なくともチタン及びジルコニウム酸化物の一方を含んでいることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化触媒。
- 内燃機関の排気通路に配置する排気ガス浄化触媒であって、Pt、Pd及びRhから選ばれる少なくとも1種の貴金属と酸素吸蔵成分からなるNOx吸着剤を含有する内層と、該内層の前記NOx吸着剤から放出されるNOxを還元浄化するNOx浄化層からなる表層を有すると共に、耐熱性多孔質無機材料からなり、内層から放出されたNOxを一時的に保持して表層側への到達を遅延させる隔離手段が前記表層と内層の間に介在していることを特徴とする排気ガス浄化触媒。
- 前記隔離手段が、コージェライト、SiC、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトから選ばれる少なくとも1種の耐熱性多孔質無機材料からなることを特徴とする請求項6に記載の排気ガス浄化触媒。
- 内燃機関の排気通路に配置する排気ガス浄化触媒であって、隣接するセルの両端部が交互に目詰めされたウォールフロー型ハニカム担体のセル壁面の排気ガス上流側にPt、Pd及びRhから選ばれる少なくとも1種の貴金属と酸素吸蔵成分からなるNOx吸着剤を含有する上流側層が形成され、セル壁面の排気ガス下流側に前記上流側層のNOx吸着剤から放出されるNOx を還元浄化するNOx浄化層からなる下流側層が形成されていることを特徴とする排気ガス浄化触媒。
- ウォールフロー型ハニカム担体が、コージェライト、SiC、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びゼオライトから選ばれる少なくとも1種の耐熱性多孔質無機材料からなることを特徴とする請求項8に記載の排気ガス浄化触媒。
- NOx吸着剤中に、酸素吸蔵成分として少なくともセリウム酸化物を含んでいることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の排気ガス浄化触媒。
- CeO2換算で10〜500g/Lのセリウム酸化物を含んでいることを特徴とする請求項10に記載の排気ガス浄化触媒。
- 前記NOx浄化層がロジウムと共に、ジルコニウム酸化物を含有し、ロジウム含有量が0.1〜50g/L、ジルコニア酸化物の含有量が5〜100g/Lであることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化触媒。
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