JP2006035130A - 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属製の一体構造型担体とその上に形成された触媒コート層との密着性を維持ないし向上させつつ、エンジンの始動時や始動直後に排出されるコールドHCをより効率良く浄化し得る排気ガス浄化用触媒及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】金属製の一体構造型担体上に、HC吸着材層と浄化触媒成分層をこの順で積層した排気ガス浄化用触媒。HC吸着材層において、少なくとも担体と接する層が、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有する。
排気ガス浄化用触媒の製造方法である。(1)金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層スラリーを作成する工程、(2)浄化触媒成分層スラリーを作成する工程、(3)金属製の一体構造型担体に、(1)及び(2)工程で得られたHC吸着材層スラリー、浄化触媒成分層スラリーを用い触媒コート層を積層形成する工程を含む。
【選択図】なし
【解決手段】金属製の一体構造型担体上に、HC吸着材層と浄化触媒成分層をこの順で積層した排気ガス浄化用触媒。HC吸着材層において、少なくとも担体と接する層が、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有する。
排気ガス浄化用触媒の製造方法である。(1)金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層スラリーを作成する工程、(2)浄化触媒成分層スラリーを作成する工程、(3)金属製の一体構造型担体に、(1)及び(2)工程で得られたHC吸着材層スラリー、浄化触媒成分層スラリーを用い触媒コート層を積層形成する工程を含む。
【選択図】なし
Description
本発明は、排気ガス浄化用触媒及びその製造方法に係り、更に詳細には、エンジンの始動時や始動直後に排出される炭化水素(HC)、いわゆるコールドHCを効率よく浄化し得る排気ガス浄化用触媒及びその製造方法に関する。
従来から、一体構造型担体上に、下層にHC吸着機能を有する材料であるゼオライトを配置し、上層に浄化触媒層を配置した積層タイプのHC吸着触媒が知られている。
また、一体構造型担体が金属製の場合には、プリコート層として触媒機能を有さないアルミナ層を設けたものが知られており、これは、下層のゼオライトと一体構造型担体との密着性不足による剥離防止や吸着材コート層厚みを均一化してHC吸着保持能を効率良く発現しようとしたものである(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−129403号公報
また、一体構造型担体が金属製の場合には、プリコート層として触媒機能を有さないアルミナ層を設けたものが知られており、これは、下層のゼオライトと一体構造型担体との密着性不足による剥離防止や吸着材コート層厚みを均一化してHC吸着保持能を効率良く発現しようとしたものである(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、金属製の一体構造型担体は特有のセル構造を有するため、吸着材コート層厚みの均一化が不十分であった。
また、吸着材コート層の均一性を得るために触媒機能を有さないアルミナのプリコート量を増やした場合、ヒートマス増加によりライトオフ性能低下などが起こり、触媒性能が低下する場合があるため、金属製の一体構造型担体とゼオライトの密着性を向上させ、触媒コート層の剥離防止による耐久性を向上するという点に関して未だ改善の余地があった。
更に、プリコート層を設ける場合には、排気圧損を考慮する結果、吸着材であるゼオライトの使用量が限られるため使用できるゼオライトの細孔径範囲が狭く、吸着保持可能なHC種を増やすことができず、この点においても改善の余地があった。
更にまた、積層タイプのHC吸着触媒は脱離HCを浄化する時点では浄化触媒成分の活性化が不完全(脱離開始温度と浄化開始温度に差がある)であり、未浄化で排出されるHCが存在するので、この点についても改善の余地があった。
また、吸着材コート層の均一性を得るために触媒機能を有さないアルミナのプリコート量を増やした場合、ヒートマス増加によりライトオフ性能低下などが起こり、触媒性能が低下する場合があるため、金属製の一体構造型担体とゼオライトの密着性を向上させ、触媒コート層の剥離防止による耐久性を向上するという点に関して未だ改善の余地があった。
更に、プリコート層を設ける場合には、排気圧損を考慮する結果、吸着材であるゼオライトの使用量が限られるため使用できるゼオライトの細孔径範囲が狭く、吸着保持可能なHC種を増やすことができず、この点においても改善の余地があった。
更にまた、積層タイプのHC吸着触媒は脱離HCを浄化する時点では浄化触媒成分の活性化が不完全(脱離開始温度と浄化開始温度に差がある)であり、未浄化で排出されるHCが存在するので、この点についても改善の余地があった。
本発明は、このような従来技術の有する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、金属製の一体構造型担体とその上に形成された触媒コート層との密着性を維持ないし向上させつつ、エンジンの始動時や始動直後に排出されるコールドHCをより効率良く浄化し得る排気ガス浄化用触媒及びその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、HC吸着材層のうちの少なくとも金属製の一体構造型担体と接する層に、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有させることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の排気ガス浄化用触媒は、金属製の一体構造型担体上に、HC吸着材層と浄化触媒成分層をこの順で積層したものである。かかるHC吸着材層のうちの少なくとも金属製の一体構造型担体と接する層が、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有する。
また、本発明の排気ガス浄化用触媒の製造方法は、上記排気ガス浄化用触媒を製造する方法であって、下記の工程(1)〜(3)
(1)HC吸着材層のうちの少なくとも一体構造型担体と接する金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーを作成する工程、
(2)浄化触媒成分層を形成するための浄化触媒成分層スラリーを作成する工程、
(3)金属製の一体構造型担体に、(1)及び(2)工程で得られたHC吸着材層スラリー、浄化触媒成分層スラリーをこの順で、コートし、乾燥し、焼成して、HC吸着材層及び浄化触媒成分層を積層形成する工程、を含むことを特徴とする。
(1)HC吸着材層のうちの少なくとも一体構造型担体と接する金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーを作成する工程、
(2)浄化触媒成分層を形成するための浄化触媒成分層スラリーを作成する工程、
(3)金属製の一体構造型担体に、(1)及び(2)工程で得られたHC吸着材層スラリー、浄化触媒成分層スラリーをこの順で、コートし、乾燥し、焼成して、HC吸着材層及び浄化触媒成分層を積層形成する工程、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、HC吸着材層の少なくとも金属製の一体構造型担体と接する層に、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有させることなどとしたため、金属製の一体構造型担体とその上に形成された触媒コート層との密着性を維持ないし向上させつつ、エンジンの始動時や始動直後に排出されるコールドHCをより効率良く浄化し得る排気ガス浄化用触媒及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の排気ガス浄化用触媒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表すものとする。
上述の如く、本発明の排気ガス浄化用触媒は、金属製の一体構造型担体上に、HC吸着材層と浄化触媒成分層をこの順で積層して成り、かかるHC吸着材層のうちの少なくとも一体構造型担体と接する層が、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有する。
ここで、金属製の一体構造型担体(以下、「メタル担体」と記載する。)としては、特に従来公知の代表的なセル形状がコルゲート状、換言すればセル口形状がいわゆるサイン形状のものを使用する場合を考慮しているが、セル口形状はこれに限定されるものではなく、従来公知の三角、四角そして六角形など種々の多角形や円形の形状のものを用いることができる。また、これらの材質も特に限定されるものではなく、従来公知の例えばフェライト系ステンレスのものなどを用いることができる。
上述の如く、本発明の排気ガス浄化用触媒は、金属製の一体構造型担体上に、HC吸着材層と浄化触媒成分層をこの順で積層して成り、かかるHC吸着材層のうちの少なくとも一体構造型担体と接する層が、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有する。
ここで、金属製の一体構造型担体(以下、「メタル担体」と記載する。)としては、特に従来公知の代表的なセル形状がコルゲート状、換言すればセル口形状がいわゆるサイン形状のものを使用する場合を考慮しているが、セル口形状はこれに限定されるものではなく、従来公知の三角、四角そして六角形など種々の多角形や円形の形状のものを用いることができる。また、これらの材質も特に限定されるものではなく、従来公知の例えばフェライト系ステンレスのものなどを用いることができる。
本発明の排気ガス浄化用触媒を図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の排気ガス浄化用触媒の構造の一態様を示す部分拡大図である。同図(a)はセル断面形状の一例を示す部分拡大図であり、同図(b)は触媒コート層の積層構造の一例(3層構造)を示す部分拡大図である。同図(a)に示すようにメタル担体1に触媒コート層10が積層コーティングされており、同図(b)に示すようにメタル担体1上に積層された触媒コート層10はHC吸着材層12と浄化触媒成分層14を備える。HC吸着材層12は、第1層12aと第2層12bを備える。
図1は、本発明の排気ガス浄化用触媒の構造の一態様を示す部分拡大図である。同図(a)はセル断面形状の一例を示す部分拡大図であり、同図(b)は触媒コート層の積層構造の一例(3層構造)を示す部分拡大図である。同図(a)に示すようにメタル担体1に触媒コート層10が積層コーティングされており、同図(b)に示すようにメタル担体1上に積層された触媒コート層10はHC吸着材層12と浄化触媒成分層14を備える。HC吸着材層12は、第1層12aと第2層12bを備える。
本発明の排気ガス浄化用触媒は、HC吸着材層12の少なくともメタル担体1と接する層(第1層12a)が金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するため、メタル担体1との密着性を維持ないし向上させつつ、HC吸着性能を向上させることができ、密着性を維持ないし向上させた結果、触媒コート層10の剥離が抑制でき、触媒の耐久性を向上させることが可能となる。
また、HC吸着材層12から脱離するHCはアルミナに担持された金属元素によりその脱離が遅延化され、浄化触媒成分層14がより暖機・活性化された状態のところで脱離HCが到達することにより、HCの反応が効率良く進行し、浄化触媒成分層14における脱離HC転化率を向上させることができる。
一方で、メタル担体との密着性を確保するためのみのプリコート層を設ける必要がないので、コート量を減らすことができ、結果的に排気圧損の上昇を抑制することができるという利点もある。
なお、本発明において、HC吸着材層12や浄化触媒成分層14はそれぞれ単層であってもよく、2層以上の多層構造であってもよい。
また、HC吸着材層12から脱離するHCはアルミナに担持された金属元素によりその脱離が遅延化され、浄化触媒成分層14がより暖機・活性化された状態のところで脱離HCが到達することにより、HCの反応が効率良く進行し、浄化触媒成分層14における脱離HC転化率を向上させることができる。
一方で、メタル担体との密着性を確保するためのみのプリコート層を設ける必要がないので、コート量を減らすことができ、結果的に排気圧損の上昇を抑制することができるという利点もある。
なお、本発明において、HC吸着材層12や浄化触媒成分層14はそれぞれ単層であってもよく、2層以上の多層構造であってもよい。
本発明において、金属元素含有アルミナの平均粒子径がゼオライトの平均粒子径より大きいことが好ましい。
ゼオライトの平均粒子径よりも金属元素含有アルミナの平均粒子径が大きいと、HCの拡散性の阻害やゼオライト細孔の閉塞などをし得る金属含有アルミナの微小粒子の含有量が相対的に少ないため、HC吸着性能を良好に発揮することができ好ましい。
なお、金属含有アルミナの平均粒子径は代表的には3.5〜4.5μmであり、ゼオライトの平均粒子径は代表的には1.5〜3.5μm未満である。
ゼオライトの平均粒子径よりも金属元素含有アルミナの平均粒子径が大きいと、HCの拡散性の阻害やゼオライト細孔の閉塞などをし得る金属含有アルミナの微小粒子の含有量が相対的に少ないため、HC吸着性能を良好に発揮することができ好ましい。
なお、金属含有アルミナの平均粒子径は代表的には3.5〜4.5μmであり、ゼオライトの平均粒子径は代表的には1.5〜3.5μm未満である。
また、本発明において、メタル担体と接する層において、含有される金属元素含有アルミナとゼオライトの重量比(金属元素含有アルミナ/ゼオライト)が20/80〜80/20であることが好ましく、40/60〜60/40であることがより好ましい。
このような範囲とすることにより、HC吸着性能をより向上させ、且つメタル担体との密着性を良好に保つことができる。
このような範囲とすることにより、HC吸着性能をより向上させ、且つメタル担体との密着性を良好に保つことができる。
更に、本発明において、用いるゼオライトはBEA型ゼオライトを含むことが好ましい。BEA型ゼオライトが有する細孔径(0.55〜0.76nm)と三次元的細孔構造は、排気ガス中の主なHC成分(例えば、2,2,4−トリメチルペンタンやトルエンなど)のサイズに適しており、効率良く吸着することができる。また、BEA型ゼオライトを多くすると吸着可能なHC量を多くできるため、HC転化率を向上させることが可能となり、特にコールドHCの浄化性能を向上させることができる。
また、本発明において、HC吸着材層が、金属元素含有アルミナと、MFI型、FER型又はERI型及びこれらを任意に混合したゼオライトを含む層を有し、その上方にゼオライト種がBEA型ゼオライトである層を有することが望ましい。
BEA型と同等以下の細孔径(0.55nm以下)を有する上記MFI型やFER型、ERI型などのゼオライトを併用することにより、低C数のHCの吸着性能を向上させることができる。
特に低C数のHCは一般的に拡散性が良いため、触媒コート層のメタル担体側にMFI型等のゼオライトを含む層を設けることはHC吸着性能、更にはHC転化率をより向上させるという観点から好ましい一方で、ゼオライト種がBEA型ゼオライトである層を上記MFI型等のゼオライトを含む層よりセルの排気ガス流路側に設けることによって、上述したように排気ガス中の主なHC成分の吸着性能、更にはHC転化率をより向上させるという観点から好ましい。
なお、上記MFI等のゼオライトを含む層にBEA型ゼオライトを含んでもよく、ゼオライト種がBEA型ゼオライトである層にゼオライト以外の他の成分(例えば、アルミナや貴金属など。)を含んでいてもよい。
BEA型と同等以下の細孔径(0.55nm以下)を有する上記MFI型やFER型、ERI型などのゼオライトを併用することにより、低C数のHCの吸着性能を向上させることができる。
特に低C数のHCは一般的に拡散性が良いため、触媒コート層のメタル担体側にMFI型等のゼオライトを含む層を設けることはHC吸着性能、更にはHC転化率をより向上させるという観点から好ましい一方で、ゼオライト種がBEA型ゼオライトである層を上記MFI型等のゼオライトを含む層よりセルの排気ガス流路側に設けることによって、上述したように排気ガス中の主なHC成分の吸着性能、更にはHC転化率をより向上させるという観点から好ましい。
なお、上記MFI等のゼオライトを含む層にBEA型ゼオライトを含んでもよく、ゼオライト種がBEA型ゼオライトである層にゼオライト以外の他の成分(例えば、アルミナや貴金属など。)を含んでいてもよい。
更に、本発明において、アルミナに含有される金属元素は、VB族、VIB族、VIIB族又はVIII族元素及びこれらの任意の組合せに係る金属元素であることが好ましい。より具体的には、VB族元素はバナジウム、ニオブ及びタンタル、VIB族元素はクロム、モリブデン及びタングステン、VIIB族元素はマンガン、テクネチウム及びレニウム、VIII族元素は鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金である。
このような金属元素はアルミナに含有された際には金属ないし酸化された状態をとる場合があるが、ゼオライトから脱離するHCと相互作用し易いので、HC吸着材層からの脱離をより遅延化することができ、HC転化率を向上させることが可能となる。
このような金属元素はアルミナに含有された際には金属ないし酸化された状態をとる場合があるが、ゼオライトから脱離するHCと相互作用し易いので、HC吸着材層からの脱離をより遅延化することができ、HC転化率を向上させることが可能となる。
また、金属元素はアルミナに1〜50%の割合で含まれていることが好ましく、10〜30%の割合で含まれていることがより好ましい。このような含有量とすることにより、脱離遅延化効果をより効率良く発揮することができ、HC転化率をより向上させることができる。
また、本発明において、含有されるゼオライトの全部のSi/2Al比が10〜1000であることが好ましく、20〜100であることがより好ましい。一部のゼオライトのSi/2Al比が10〜1000でない場合も本発明の範囲に含まれることは言うまでもないが、自動車の排気ガス浄化に用いるためには、上述の如きSi/2Al比であることが好ましく、これにより耐久性と共に適切なHC吸着量と保持性能を確保することができる。
更に、本発明において、浄化触媒成分層が、白金、ロジウム又はパラジウム及びこれらの任意の組合せに係る貴金属と、セリウム、ジルコニウム又はランタン及びこれらの任意の組合せに係る金属元素を金属換算で1〜10原子%含むアルミナと、ジルコニウム、ネオジム、プラセオジム、イットリウム又はランタン及びこれらの任意の組合せに係る金属元素を金属換算で1〜50原子%含むセリウム酸化物と、を含有することが好ましい。
少なくともHC吸着材層からの脱離HCを活性化状態で浄化できれば、浄化触媒成分層の組成は特に限定されるものではないが、上述の如き、助触媒成分を添加したアルミナと助触媒成分を添加した酸素供給源として作用するセリウム酸化物とを含ませると、貴金属のHC酸化活性をより高めることができる。
特に、パラジウムに対する活性向上効果が大きいので、貴金属種としてパラジウムが担持されている浄化成分層とすることが望ましい。
少なくともHC吸着材層からの脱離HCを活性化状態で浄化できれば、浄化触媒成分層の組成は特に限定されるものではないが、上述の如き、助触媒成分を添加したアルミナと助触媒成分を添加した酸素供給源として作用するセリウム酸化物とを含ませると、貴金属のHC酸化活性をより高めることができる。
特に、パラジウムに対する活性向上効果が大きいので、貴金属種としてパラジウムが担持されている浄化成分層とすることが望ましい。
更にまた、浄化触媒成分層が、更にセリウム、ネオジム又はランタン及びこれらの任意の組合せに係る金属元素を金属換算で1〜40原子%含むジルコニウム酸化物を含有することが好ましい。
かかるジルコニウム酸化物を添加することで、上記貴金属を活性な状態にすることができる。なお、この効果は白金及びロジウムに対して特に有効なので、このジルコニウム酸化物は白金及びロジウムが含有されている層に用いるのが望ましく、これにより、HC転化率をいっそう向上できる。
かかるジルコニウム酸化物を添加することで、上記貴金属を活性な状態にすることができる。なお、この効果は白金及びロジウムに対して特に有効なので、このジルコニウム酸化物は白金及びロジウムが含有されている層に用いるのが望ましく、これにより、HC転化率をいっそう向上できる。
次に、本発明の排気ガス浄化用触媒の製造方法について説明する。
上述の如く、本発明の排気ガス浄化触媒の製造方法は、上記本発明の排気ガス浄化用触媒を製造する方法であって、下記の工程(1)〜(3)を含む。
(1)HC吸着材層のうち少なくともメタル担体と接する層、即ち金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーを作成する工程
(2)浄化触媒成分層を形成するための浄化触媒成分層スラリーを作成する工程
(3)金属製の一体構造型担体に、(1)及び(2)工程で得られたHC吸着材層スラリー、浄化触媒成分層スラリーをこの順で、コートし、乾燥し、焼成して、HC吸着材層及び浄化触媒成分層を積層形成する工程
上述の如く、本発明の排気ガス浄化触媒の製造方法は、上記本発明の排気ガス浄化用触媒を製造する方法であって、下記の工程(1)〜(3)を含む。
(1)HC吸着材層のうち少なくともメタル担体と接する層、即ち金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーを作成する工程
(2)浄化触媒成分層を形成するための浄化触媒成分層スラリーを作成する工程
(3)金属製の一体構造型担体に、(1)及び(2)工程で得られたHC吸着材層スラリー、浄化触媒成分層スラリーをこの順で、コートし、乾燥し、焼成して、HC吸着材層及び浄化触媒成分層を積層形成する工程
このような工程を行うことなどにより、上記所望の排気ガス浄化用触媒を作製することができる。
また、(1)工程において、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーとして、金属元素含有アルミナの平均粒子径αに対するゼオライトの平均粒子径βの比(α/β)が1より大きいという関係を満足するスラリーを用いることが好ましく。これにより排気ガス浄化用触媒に含まれる金属元素含有アルミナとゼオライトの粒径比を制御することがより容易となり好ましい。用いる金属元素含有アルミナの平均粒子径αは代表的には3.5〜4.5μmであり、また用いるゼオライトの平均粒子径βは代表的には1.5〜3.5μm未満である。
また、(1)工程において、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーとして、金属元素含有アルミナの平均粒子径αに対するゼオライトの平均粒子径βの比(α/β)が1より大きいという関係を満足するスラリーを用いることが好ましく。これにより排気ガス浄化用触媒に含まれる金属元素含有アルミナとゼオライトの粒径比を制御することがより容易となり好ましい。用いる金属元素含有アルミナの平均粒子径αは代表的には3.5〜4.5μmであり、また用いるゼオライトの平均粒子径βは代表的には1.5〜3.5μm未満である。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[HC吸着材層スラリーの作成]
アルミナにマンガン(Mn)を担持して、Mn含有アルミナを得た。Mnの担持濃度は30%であった。BEA型ゼオライト(Si/2Al=28)と得られたMn含有アルミナをそれぞれコート量が120g/L、60g/Lとなる様な割合で混合して、スラリーを作成した。これをHC吸着材層スラリー1とした。
また、BEA型ゼオライト(Si/2Al=28)と上記得られたMn含有アルミナをそれぞれコート量が80g/L、100g/Lとなる様な割合で混合して、スラリーを作成した。これをHC吸着材層スラリー2とした。
アルミナにマンガン(Mn)を担持して、Mn含有アルミナを得た。Mnの担持濃度は30%であった。BEA型ゼオライト(Si/2Al=28)と得られたMn含有アルミナをそれぞれコート量が120g/L、60g/Lとなる様な割合で混合して、スラリーを作成した。これをHC吸着材層スラリー1とした。
また、BEA型ゼオライト(Si/2Al=28)と上記得られたMn含有アルミナをそれぞれコート量が80g/L、100g/Lとなる様な割合で混合して、スラリーを作成した。これをHC吸着材層スラリー2とした。
アルミナにニッケル(Ni)を担持して、Ni含有アルミナを得た。Niの担持濃度は20%であった。FER型ゼオライト(Si/2Al=25)と得られたNi含有アルミナをそれぞれコート量が60g/L、60g/Lとなる様な割合で混合して、スラリーを作成した。これをHC吸着材層スラリー3とした。
また、MFI型ゼオライト(Si/2Al=23)と上記得られたNi含有アルミナをそれぞれコート量が60g/L、60g/Lとなる様な割合で混合して、スラリーを作成した。これをHC吸着材層スラリー4とした。
また、MFI型ゼオライト(Si/2Al=23)と上記得られたNi含有アルミナをそれぞれコート量が60g/L、60g/Lとなる様な割合で混合して、スラリーを作成した。これをHC吸着材層スラリー4とした。
BEA型ゼオライト(Si/2Al=28)を用いてスラリーを作成した。これをゼオライトスラリーとし、特に金属を担持させない上記同様のアルミナを用いてスラリーを作成した。これをアルミナスラリーとした。
[浄化触媒成分層スラリーの作成]
次いで、Ce3mol%、Ba3mol%を含むアルミナ粉末(Al:94mol%)に、硝酸パラジウム水溶液を含浸又は高速撹拌中で噴霧し、150℃で24時間乾燥した後、400℃で1時間焼成し、次いで、600℃で1時間焼成し、Pd担持アルミナ粉末(粉末a)を得た。この粉末aのPd濃度は3.0%であった。
Zr30mol%含有セリウム酸化物粉末(Ce70mol%)に、硝酸パラジウム水溶液を含浸又は高速撹拌中で噴霧し、150℃で24時間乾燥した後、400℃で1時間焼成し、次いで、600℃で1時間焼成し、Pd担持セリウム酸化物粉末(粉末b)を得た。この粉末bのPd濃度は2.0%であった。
上記Pd担持アルミナ粉末(粉末a)250gと、Pd担持セリウム酸化物粉末(粉末b)1250gと、硝酸酸性アルミナゾル2500g(ベーマイトアルミナ10%に10%の硝酸を添加することによって得られたゾルでAl2O3換算で250g)と、純水1750gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリー液を得た。これを浄化触媒成分層スラリーとした。
次いで、Ce3mol%、Ba3mol%を含むアルミナ粉末(Al:94mol%)に、硝酸パラジウム水溶液を含浸又は高速撹拌中で噴霧し、150℃で24時間乾燥した後、400℃で1時間焼成し、次いで、600℃で1時間焼成し、Pd担持アルミナ粉末(粉末a)を得た。この粉末aのPd濃度は3.0%であった。
Zr30mol%含有セリウム酸化物粉末(Ce70mol%)に、硝酸パラジウム水溶液を含浸又は高速撹拌中で噴霧し、150℃で24時間乾燥した後、400℃で1時間焼成し、次いで、600℃で1時間焼成し、Pd担持セリウム酸化物粉末(粉末b)を得た。この粉末bのPd濃度は2.0%であった。
上記Pd担持アルミナ粉末(粉末a)250gと、Pd担持セリウム酸化物粉末(粉末b)1250gと、硝酸酸性アルミナゾル2500g(ベーマイトアルミナ10%に10%の硝酸を添加することによって得られたゾルでAl2O3換算で250g)と、純水1750gを磁性ボールミルに投入し、混合粉砕してスラリー液を得た。これを浄化触媒成分層スラリーとした。
(実施例1)
メタル担体(セル口形状:コルゲート状、担体容量:0.7L、箔厚み:50μm、セル数:200セル/平方インチ、材質:ステンレス)に、HC吸着材層スラリー1を塗布し、乾燥し、焼成し、次いで浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層には、BEA型ゼオライトが120g/L、Mn含有アルミナが60g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
メタル担体(セル口形状:コルゲート状、担体容量:0.7L、箔厚み:50μm、セル数:200セル/平方インチ、材質:ステンレス)に、HC吸着材層スラリー1を塗布し、乾燥し、焼成し、次いで浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層には、BEA型ゼオライトが120g/L、Mn含有アルミナが60g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
(実施例2)
実施例1と同様のメタル担体に、HC吸着材層スラリー2を塗布し、乾燥し、焼成し、次いで浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層には、BEA型ゼオライトが80g/L、Mn含有アルミナが100g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
実施例1と同様のメタル担体に、HC吸着材層スラリー2を塗布し、乾燥し、焼成し、次いで浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層には、BEA型ゼオライトが80g/L、Mn含有アルミナが100g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
(実施例3)
実施例1と同様のメタル担体に、HC吸着材層スラリー3を塗布し、乾燥し、焼成し、次いでゼオライトスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、更に浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層の第1層には、FER型ゼオライトが60g/L、Ni含有アルミナが60g/L含まれていた。また、第2層には、BEA型ゼオライトが100g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
実施例1と同様のメタル担体に、HC吸着材層スラリー3を塗布し、乾燥し、焼成し、次いでゼオライトスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、更に浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層の第1層には、FER型ゼオライトが60g/L、Ni含有アルミナが60g/L含まれていた。また、第2層には、BEA型ゼオライトが100g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
(実施例4)
実施例1と同様のメタル担体に、HC吸着材層スラリー4を塗布し、乾燥し、焼成し、次いで、ゼオライトスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、更に、浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層の第1層には、MFI型ゼオライトが60g/L、Ni含有アルミナが60g/L含まれていた。また、第2層には、BEA型ゼオライトが100g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
実施例1と同様のメタル担体に、HC吸着材層スラリー4を塗布し、乾燥し、焼成し、次いで、ゼオライトスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、更に、浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒のHC吸着材層の第1層には、MFI型ゼオライトが60g/L、Ni含有アルミナが60g/L含まれていた。また、第2層には、BEA型ゼオライトが100g/L含まれていた。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。
(比較例1)
実施例1と同様のメタル担体に、アルミナスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、次いで、ゼオライトスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、更に、浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒はアルミナを50g/L含むプリコート層を有し、BEA型ゼオライトを100g/L含むHC吸着材層を有する。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。上記各例の排気ガス浄化用触媒のHC吸着材層の仕様を表1に示す。なお、表1中の金属元素含有アルミナとゼオライトの平均粒子径比はスラリー作成時に測定したものである。
実施例1と同様のメタル担体に、アルミナスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、次いで、ゼオライトスラリーを塗布し、乾燥し、焼成し、更に、浄化触媒成分層スラリーを塗布し、乾燥し、焼成して、本例の排気ガス浄化用触媒を得た。得られた触媒はアルミナを50g/L含むプリコート層を有し、BEA型ゼオライトを100g/L含むHC吸着材層を有する。触媒の貴金属担持量は、Pdが2g/Lであった。上記各例の排気ガス浄化用触媒のHC吸着材層の仕様を表1に示す。なお、表1中の金属元素含有アルミナとゼオライトの平均粒子径比はスラリー作成時に測定したものである。
[性能評価]
下記条件にて、各例の触媒を急速劣化させ、そのサンプルを車両評価し、コールドHC浄化性能を比較した。得られた結果を表2に示す。
(耐久条件)
エンジン排気量 3000cc
燃料 ガソリン(日石ダッシュ)
触媒入口ガス温度 750℃
耐久時間 100時間
(評価条件)
評価車両 日産自動車製直列4気筒 1800cc
評価モード LA4−Abag
コールドHC転化率は、LA4−Abag、0〜250秒区間におけるHC排出量の低減率を表し、次式(1)
[(Eng.OutのHC排出量)−(System−OutのHC排出量)]/(Eng.OutのHC排出量)×100…(1)で算出される。
下記条件にて、各例の触媒を急速劣化させ、そのサンプルを車両評価し、コールドHC浄化性能を比較した。得られた結果を表2に示す。
(耐久条件)
エンジン排気量 3000cc
燃料 ガソリン(日石ダッシュ)
触媒入口ガス温度 750℃
耐久時間 100時間
(評価条件)
評価車両 日産自動車製直列4気筒 1800cc
評価モード LA4−Abag
コールドHC転化率は、LA4−Abag、0〜250秒区間におけるHC排出量の低減率を表し、次式(1)
[(Eng.OutのHC排出量)−(System−OutのHC排出量)]/(Eng.OutのHC排出量)×100…(1)で算出される。
表2より、本発明の範囲に属する実施例1〜4の触媒は、本発明外の比較例1よりもHC低減率、即ちHC転化率に優れていることが分かる。
また、現時点では、細孔径のレンジ拡大と異種ゼオライト骨格構造の組合せ効果という観点から、実施例3が最も良好な結果をもたらしていると思われる。
また、現時点では、細孔径のレンジ拡大と異種ゼオライト骨格構造の組合せ効果という観点から、実施例3が最も良好な結果をもたらしていると思われる。
1 メタル担体
10 触媒コート層
12a HC吸着材層(第1層)
12b HC吸着材層(第2層)
14 浄化触媒成分層
10 触媒コート層
12a HC吸着材層(第1層)
12b HC吸着材層(第2層)
14 浄化触媒成分層
Claims (12)
- 金属製の一体構造型担体上に、HC吸着材層と浄化触媒成分層をこの順で積層した排気ガス浄化用触媒であって、
上記HC吸着材層のうちの少なくとも上記担体と接する層が、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有することを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 - 上記金属元素含有アルミナの平均粒子径がゼオライトの平均粒子径より大きいことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記担体と接する層において、含有される金属元素含有アルミナとゼオライトの重量比(金属元素含有アルミナ/ゼオライト)が20/80〜80/20であることを特徴とする請求項1又は2に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記ゼオライトがBEA型ゼオライトを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記HC吸着材層が、金属元素含有アルミナと、MFI型、FER型及びERI型ゼオライトから成る群より選ばれた少なくとも1種のゼオライトを含む層を有し、その上方にゼオライト種がBEA型ゼオライトである層を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記金属元素が、VB族、VIB族、VIIB族及びVIII族元素から成る群より選ばれた少なくとも1種の金属元素であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記金属元素が、アルミナに1〜50%の割合で含まれていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記HC吸着材層において、含有されるゼオライトの全部又は一部のSi/2Al比が10〜1000であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記浄化触媒成分層が、白金、ロジウム及びパラジウムから成る群より選ばれた少なくとも1種の貴金属と、セリウム、ジルコニウム及びランタンから成る群より選ばれた少なくとも1種の金属元素を金属換算で1〜10原子%含むアルミナと、ジルコニウム、ネオジム、プラセオジム、イットリウム及びランタンから成る群より選ばれた少なくとも1種の金属元素を金属換算で1〜50原子%含むセリウム酸化物と、を含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 上記浄化触媒成分層が、更にセリウム、ネオジム及びランタンから成る群より選ばれた少なくとも1種の金属元素を金属換算で1〜40原子%含むジルコニウム酸化物を含有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒。
- 請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化用触媒を製造する方法であって、下記の工程(1)〜(3)
(1)HC吸着材層のうちの少なくとも担体と接する金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーを作成する工程、
(2)浄化触媒成分層を形成するための浄化触媒成分層スラリーを作成する工程、
(3)金属製の一体構造型担体に、(1)及び(2)工程で得られたHC吸着材層スラリー、浄化触媒成分層スラリーをこの順で、コートし、乾燥し、焼成して、HC吸着材層及び浄化触媒成分層を積層形成する工程、を含むことを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。 - 上記(1)工程において、金属元素含有アルミナとゼオライトを含有するHC吸着材層を形成するためのHC吸着材層スラリーとして、金属元素含有アルミナの平均粒子径αに対するゼオライトの平均粒子径βの比(α/β)が1より大きいという関係を満足するスラリーを用いることを特徴とする請求項11に記載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
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