JP2009162145A - Catalyst device for purification of exhaust gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は排気ガス浄化用触媒装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst device.
近年、エンジンのエミッションに関しては、エンジン冷間時におけるHC(炭化水素)の排出低減が強く望まれている。これに対して、アルミナ等に触媒金属を担持させてなる三元触媒は活性を呈するようになる温度が比較的高いことから、エンジン冷間時にエンジンから排出されるHCを十分に浄化することができない。 In recent years, regarding engine emissions, reduction of HC (hydrocarbon) emissions when the engine is cold is strongly desired. In contrast, a three-way catalyst in which a catalyst metal is supported on alumina or the like has a relatively high temperature at which it becomes active, so that it can sufficiently purify HC discharged from the engine when the engine is cold. Can not.
そこで、HC吸着材と三元触媒とを組み合わせたHC吸着型触媒が開発されている。すなわち、三元触媒が活性化していないエンジン冷間時にHC吸着材によってHCを吸着し、その後の排気ガス温度の上昇に伴ってこのHC吸着材から脱離してくるHCを三元触媒によって浄化するというものである。しかし、ゼオライトに代表されるHC吸着材は、エンジン冷間時に細孔に吸着(捕捉)したHCを三元触媒が活性化する前から脱離し始める傾向がある(HC脱離温度が高くない。)。そのため、HC吸着型触媒と云えども、そのHC浄化率は必ずしも高くはないのが現状である。 Therefore, an HC adsorption type catalyst combining an HC adsorbent and a three-way catalyst has been developed. That is, HC is adsorbed by the HC adsorbent when the three-way catalyst is not activated and the HC adsorbed from the HC adsorbent is subsequently purified by the three-way catalyst. That's it. However, HC adsorbents typified by zeolite tend to start desorbing HC adsorbed (trapped) in the pores when the engine is cold before the three-way catalyst is activated (HC desorption temperature is not high). ). Therefore, even if it is an HC adsorption type catalyst, the HC purification rate is not necessarily high at present.
これに対して、例えば、特許文献1には、ゼオライトにアルカリ金属又はアルカリ土類金属をイオン交換によって担持させてなる中性若しくは塩基性ゼオライトは酸性ゼオライトに比べて、排気ガス温度150℃でのHC吸着能が高いこと、並びに吸着したHCの放出温度(脱離温度)を175℃以上にすること、さらには200℃以上にすることが記載されている。また、特許文献2には、ゼオライト吸着剤と、Ag、Cu、Co、Ni、SrおよびMgの少なくとも1種を含む脱離温度向上成分と、燃焼触媒活性成分とを含む触媒組成物Aと、前記ゼオライト吸着剤および燃焼触媒活性成分を含む触媒組成物Bとを備え、この触媒組成物Aと触媒組成物Bとの混合体をハニカム担体上に担持する、或いは触媒組成物Aと触媒組成物Bとをハニカム担体に積層することにより、ゼオライト吸着剤のHC脱離温度を高めること、並びにゼオライト吸着剤に上記Sr、Mg等の金属溶液を加え、均一に混合した後、乾燥・焼成を行なうことにより、該脱離温度向上成分をゼオライト吸着剤に担持させることが記載されている。
しかし、HC吸着材のHC脱離温度が特許文献1に記載されているような175℃ないしは200℃を超える程度では、三元触媒は未だ十分に活性を呈するには至っていないのが通常であり、未浄化HCの排出防止に関して大きな期待をすることはできない。 However, when the HC desorption temperature of the HC adsorbent exceeds 175 ° C. or 200 ° C. as described in Patent Document 1, it is normal that the three-way catalyst has not yet been sufficiently active. There is no great expectation regarding the prevention of unpurified HC emissions.
一方、特許文献2には、脱離温度向上成分としてSr及びMgを開示している。しかし、この特許文献2の触媒組成物Aでは、当該金属溶液をゼオライト吸着剤と混合して乾燥・焼成していることから、SrOやMgOという酸化物になっていると考えられる。このようなアルカリ土類金属の酸化物は、排気ガスの空燃比がリッチになると炭酸塩となり、その空燃比がリーンになると硝酸塩になる。すなわち、当該アルカリ土類金属は、エンジンを停止させたときの排気ガスの空燃比がリッチかリーンかによって、異なる化合物になることから、次のエンジン冷間始動時に脱離温度向上成分として有効に働かないケースが出てくると考えられる。
On the other hand,
さらに、既に周知のことであるが、HC吸着材としてのゼオライトは嵩高いことから、このHC吸着材を含有する触媒層を担体上に形成した場合、その触媒層が厚くなる。その場合に、当該触媒層に脱離温度向上成分を混合すると、さらに層厚になり、それだけ排気ガスの流路断面積が小さくなって、エンジンの背圧が上昇し、エンジン出力低下や燃料消費率の悪化を招くことが懸念される。 Furthermore, as already known, since zeolite as an HC adsorbent is bulky, when a catalyst layer containing this HC adsorbent is formed on a support, the catalyst layer becomes thick. In that case, when the desorption temperature improving component is mixed with the catalyst layer, the layer thickness is further increased, and the cross-sectional area of the exhaust gas flow path is reduced, the engine back pressure is increased, the engine output is reduced, and the fuel consumption is reduced. There is concern that the rate will deteriorate.
そこで、本発明は、エンジン背圧の上昇を招くことなく、HC吸着材のHC脱離温度を確実に高めて、エンジン冷間時における未浄化HCの大気への排出を抑制することを課題とする。 Therefore, the present invention has an object to reliably increase the HC desorption temperature of the HC adsorbent without increasing the engine back pressure and to suppress the discharge of unpurified HC to the atmosphere when the engine is cold. To do.
本発明は、このような課題を解決するために、HC吸着材からHCが脱離する温度を高める成分としてZr系の塩基性複合酸化物を採用し、これを、HC吸着材と混合することなく、該HC吸着材より上流側の排気ガス通路に配置するようにした。 In order to solve such problems, the present invention employs a Zr-based basic complex oxide as a component for increasing the temperature at which HC is desorbed from the HC adsorbent, and mixes this with the HC adsorbent. Instead, it is arranged in the exhaust gas passage upstream of the HC adsorbent.
すなわち、本発明は、排気ガス通路にゼオライト系のHC吸着材層と三元触媒層とを備えたHC吸着型触媒が設けられている排気ガス浄化用触媒装置において、
上記HC吸着型触媒より上流側の上記排気ガス通路に、Zrを主成分とし且つアルカリ土類金属を含有するZr系の塩基性複合酸化物が配置されていることを特徴とする。
That is, the present invention provides an exhaust gas purifying catalyst device in which an HC adsorption type catalyst having a zeolite-based HC adsorbent layer and a three-way catalyst layer is provided in an exhaust gas passage.
A Zr-based basic complex oxide containing Zr as a main component and containing an alkaline earth metal is disposed in the exhaust gas passage upstream of the HC adsorption catalyst.
このような排気ガス浄化用触媒装置であれば、HC吸着材に吸着された後、三元触媒によって浄化されることなく排出されてしまうHC量が少なくなる。これは、上記Zr系複合酸化物がアルカリ土類金属を含有することによって強塩基性を示すためと考えられる。具体的に説明すると、このZr系の塩基性複合酸化物には、排気ガス中の二重結合を有するHCのアリル位の炭素から水素を引き抜いてカルバニオンを生成する働きがある。そして、そのHCはカルバニオンとなることによってHC吸着材(ゼオライト)の細孔内のルイス酸点(Si上)に比較的強く吸着してHC吸着材から脱離し難くなる(脱離温度が高くなる)。その結果、三元触媒が活性を呈するようになった後にHC吸着材から脱離するHCの割合が増加し、該三元触媒によって酸化浄化されるHC量が多くなる、すなわち、未浄化のまま大気に排出されるHC量が少なくなる。 With such an exhaust gas purification catalyst device, the amount of HC that is adsorbed by the HC adsorbent and then discharged without being purified by the three-way catalyst is reduced. This is presumably because the Zr-based composite oxide exhibits strong basicity by containing an alkaline earth metal. More specifically, this Zr-based basic complex oxide has a function of drawing out hydrogen from allylic carbon of HC having a double bond in exhaust gas to generate carbanion. And since the HC becomes carbanion, it is relatively strongly adsorbed on the Lewis acid sites (on Si) in the pores of the HC adsorbent (zeolite) and is difficult to desorb from the HC adsorbent (the desorption temperature increases). ). As a result, the proportion of HC desorbed from the HC adsorbent after the three-way catalyst becomes active increases, and the amount of HC oxidized and purified by the three-way catalyst increases, that is, remains unpurified. The amount of HC discharged into the atmosphere is reduced.
この場合、重要なことは、アルカリ土類金属が単なる酸化物になっているのではなく、Zrを主成分とする複合酸化物を構成している点である。このアルカリ土類金属を含有するZr系の塩基性複合酸化物は、排気ガスの空燃比が変化してもその組成ないしは構造が変化することはない。従って、そのHC脱離温度を高める効果が排気ガスの空燃比の変化に影響されることはなく、冷間時のHC浄化性能が確実に高くなることを当該触媒装置に期待することができる。 In this case, what is important is that the alkaline earth metal is not merely an oxide, but constitutes a composite oxide containing Zr as a main component. The composition or structure of the Zr-based basic composite oxide containing an alkaline earth metal does not change even when the air-fuel ratio of the exhaust gas changes. Therefore, the effect of increasing the HC desorption temperature is not affected by the change in the air-fuel ratio of the exhaust gas, and the catalyst device can be expected to surely improve the HC purification performance in the cold state.
また、重要なことは、上記Zr系の塩基性複合酸化物は、HC吸着型触媒のHC吸着材や三元触媒に混合されているのではなく、該HC吸着型触媒より上流側の排気ガス通路に配置されていることである。従って、Zr系の塩基性複合酸化物によってカルバニオン化されてHC吸着材に供給されるHC、すなわち、HC吸着材に強く吸着するHC(脱離温度が高いHC)の割合が多くなる。また、上記Zr系の塩基性複合酸化物がHC吸着型触媒より上流側に配置されているから、HC吸着材層又は三元触媒層がZr系複合酸化物のために層厚になってしまうことがなく、エンジンの背圧上昇の問題を避けることができる。 The important thing is that the Zr-based basic composite oxide is not mixed with the HC adsorbent or the three-way catalyst of the HC adsorption catalyst, but the exhaust gas upstream of the HC adsorption catalyst. It is arranged in the passage. Therefore, the proportion of HC that is carbanionized by the Zr-based basic complex oxide and supplied to the HC adsorbent, that is, HC that strongly adsorbs to the HC adsorbent (HC having a high desorption temperature) increases. Further, since the Zr-based basic complex oxide is disposed upstream of the HC adsorption catalyst, the HC adsorbent layer or the three-way catalyst layer becomes a layer thickness due to the Zr-based complex oxide. This avoids the problem of increased back pressure of the engine.
上記Zr系の塩基性複合酸化物は、上記HC吸着型触媒から排気ガス流れ方向の上流側に離間して配置することができる。例えば、上記Zr系の塩基性複合酸化物及びHC吸着型触媒各々を別個のハニカム担体に担持し、前者を排気ガス通路の上流側に、後者をその下流側に配置するという構成である。 The Zr-based basic composite oxide can be arranged away from the HC adsorption catalyst upstream in the exhaust gas flow direction. For example, each of the Zr-based basic complex oxide and the HC adsorption catalyst is supported on separate honeycomb carriers, and the former is disposed upstream of the exhaust gas passage and the latter is disposed downstream thereof.
或いは上記Zr系の塩基性複合酸化物とHC吸着型触媒とを同じハニカム担体の上流側と下流側とに配置することができる。すなわち、上記Zr系の塩基性複合酸化物をハニカム担体の排気ガス流れ方向における上流部に担持させ、上記HC吸着型触媒のHC吸着材層及び三元触媒層を該ハニカム担体の下流部に形成する構成である。 Alternatively, the Zr-based basic composite oxide and the HC adsorption catalyst can be arranged on the upstream side and the downstream side of the same honeycomb carrier. That is, the Zr-based basic composite oxide is supported on the upstream portion of the honeycomb carrier in the exhaust gas flow direction, and the HC adsorbent layer and the three-way catalyst layer of the HC adsorption catalyst are formed on the downstream portion of the honeycomb carrier. It is the structure to do.
特に上述のZr系の塩基性複合酸化物及びHC吸着型触媒各々を別個のハニカム担体に担持する構成を採用すると、両者を同じハニカム担体に担持するケースに比べて、長大なハニカム担体を用意する必要がなく、また、それらの各々のハニカム担体への担持も容易になる。しかも、長大なハニカム担体を用いなくても、Zr系の塩基性複合酸化物をハニカム担体上で薄い層に形成して排気ガスとの接触を容易にすることができ、HCのカルバニオン化を図ってHC吸着材からのHC脱離温度を高める上で有利になる。 In particular, when a configuration in which each of the Zr-based basic composite oxide and the HC adsorption catalyst is supported on separate honeycomb carriers is used, a longer honeycomb carrier is prepared than a case where both are supported on the same honeycomb carrier. There is no need, and the loading on each of the honeycomb carriers is facilitated. Moreover, even if a long honeycomb carrier is not used, a Zr-based basic composite oxide can be formed in a thin layer on the honeycomb carrier to facilitate contact with the exhaust gas, thereby achieving HC carbanionization. This is advantageous in increasing the HC desorption temperature from the HC adsorbent.
上記HC吸着材としては、β型、モルデナイト型、Y型或いはペンタシル型のゼオライトを採用することが好ましい。 As the HC adsorbent, β-type, mordenite-type, Y-type or pentasil-type zeolite is preferably employed.
上記Zr系複合酸化物のアルカリ土類金属としては、Mg、Ca、Sr及びBaのうちから少なくとも一種を選択して採用することができる。該Zr系複合酸化物のアルカリ土類金属Rの含有量は1.5原子モル%以上12原子モル%以下が好ましい。 As the alkaline earth metal of the Zr-based composite oxide, at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba can be used. The content of the alkaline earth metal R in the Zr-based composite oxide is preferably 1.5 atomic mol% or more and 12 atomic mol% or less.
以上のように本発明によれば、排気ガス通路にHC吸着型触媒を配置するとともに、該HC吸着型触媒より上流側の排気ガス通路に、アルカリ土類金属を含有するZr系の塩基性複合酸化物を配置したから、排気ガスの空燃比の影響を受けることなく、排気ガス中のHCのカルバニオン化を図って、該HCをHC吸着材に強く吸着させることができ、その結果、三元触媒が活性を呈するようになった後にHC吸着材から脱離するHCの割合を増加させて、三元触媒によって浄化されることなく大気に排出されるHC量を低減することができ、しかも、排気ガス通路の通路抵抗が高くなることを避けることができる。 As described above, according to the present invention, the HC adsorption type catalyst is arranged in the exhaust gas passage, and the Zr-based basic composite containing an alkaline earth metal is disposed in the exhaust gas passage upstream of the HC adsorption type catalyst. Since the oxide is disposed, the HC in the exhaust gas can be carbanionized without being affected by the air-fuel ratio of the exhaust gas, and the HC can be strongly adsorbed on the HC adsorbent. By increasing the ratio of HC desorbed from the HC adsorbent after the catalyst becomes active, the amount of HC discharged into the atmosphere without being purified by the three-way catalyst can be reduced, It is possible to avoid an increase in the passage resistance of the exhaust gas passage.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
図1において、1はエンジンの排気ガス通路である。この排気ガス通路1には、前置三元触媒2、カルバニオン化材3及びHC吸着型触媒4が、排気ガス流れ方向上流側から下流側へ向かって順に配置されている。カルバニオン化材3は、Zrを主成分とし且つアルカリ土類金属を含有するZr系の塩基性複合酸化物を備え、排気ガス中のHCの炭素に結合している水素をH+として解離させてカルバニオンを生成する。HC吸着型触媒3は、ゼオライト系のHC吸着材と三元触媒とを備え、その三元触媒が活性化していないエンジン冷間時にHC吸着材によってHCを吸着し、その後の排気ガス温度の上昇に伴ってこのHC吸着材から脱離してくるHCを当該三元触媒によって浄化する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine exhaust gas passage. In the exhaust gas passage 1, a front three-
図2はカルバニオン化材3及びHC吸着型触媒4の構造の一例(実施例1)を示す。カルバニオン化材3では、ハニカム担体5の細孔壁面にアルカリ土類金属を含有するZr系の塩基性複合酸化物層6が形成されている。HC吸着型触媒4では、カルバニオン化材3とは別個のハニカム担体5の細孔壁面に、HC吸着材層7及び三元触媒層8,9が積層されている。本例では、HC吸着材層7を最下層に配置し、その上に組成が相異なる上下二層の三元触媒層8,9を積層している。
FIG. 2 shows an example of the structure of the
上記構成により、Zr系の塩基性複合酸化物層6は、HC吸着型触媒4から排気ガス流れ方向の上流側に離間して配置されている。
With the above configuration, the Zr-based basic
<Zr系塩基性複合酸化物によるHC脱離温度の上昇効果>
本発明の特徴の一つは、Zr系の塩基性複合酸化物によってHCのカルバニオン化を図り、そのことによって該HCがHC吸着材に吸着されたときの該HCの脱離温度を高めることにある。
<Increase effect of HC desorption temperature by Zr-based basic complex oxide>
One of the features of the present invention is that HC is carbanionized by a Zr-based basic complex oxide, thereby increasing the desorption temperature of the HC when the HC is adsorbed on the HC adsorbent. is there.
このZr系の塩基性複合酸化物の効果を図3に示す実験結果に基づいて説明する。この実験は、図4に示すように、供試材に対して、HCとしてトルエンを含むガス(トルエン濃度2500ppmC,残N2)を50℃の温度で900秒間供給し、次いで、当該流通ガスをN2のみとして温度を30℃/分の速度で上昇させていき、そのときに供試材から脱離するトルエン濃度の温度による変化を測定したものである。 The effect of this Zr-based basic complex oxide will be described based on the experimental results shown in FIG. In this experiment, as shown in FIG. 4, a gas containing toluene as HC (toluene concentration 2500 ppmC, remaining N 2 ) was supplied to the test material at a temperature of 50 ° C. for 900 seconds, and then the flow gas was supplied. The temperature was increased at a rate of 30 ° C./min with N 2 alone, and the change in the concentration of toluene desorbed from the test material at that time was measured.
供試材は、ハニカム担体の排気ガス流れ方向の上流側にSrZr複合酸化物を担持し、その下流側にHC吸着材としてのβ−ゼオライトを担持させたもの、ハニカム担体にSrZr複合酸化物とβ−ゼオライトとを混合して担持させたもの、並びにハニカム担体にβ−ゼオライトを担持させたもの(SrZr複合酸化物なし)の3種類である。それらの担持にはバインダとして硝酸ジルコニルを用いた。いずれの供試材も三元触媒は含まれていない。SrZr複合酸化物のSr含有量(Sr/(Sr+Zr))は11.4原子モル%である。 The test materials are those in which a SrZr composite oxide is supported on the upstream side of the honeycomb carrier in the exhaust gas flow direction, and β-zeolite as an HC adsorbent is supported on the downstream side thereof. There are three types: one in which β-zeolite is mixed and supported, and one in which β-zeolite is supported on a honeycomb carrier (no SrZr composite oxide). For supporting them, zirconyl nitrate was used as a binder. None of the test materials contained a three-way catalyst. The Sr content (Sr / (Sr + Zr)) of the SrZr composite oxide is 11.4 atomic mol%.
図3によれば、β−ゼオライトのみの場合、脱離するトルエン濃度は200℃付近でピークとなり、その後は温度の上昇に伴ってトルエン濃度が低減し、300℃よりも高温ではトルエン濃度は殆ど零になっている。これに対して、SrZr複合酸化物を有する各供試材では、200℃付近に第1のトルエン脱離ピークが現れた後、300℃ないし320℃付近で第2の脱離ピークが現れており、さらに420℃になってもトルエンの脱離が続いている。 According to FIG. 3, in the case of β-zeolite alone, the concentration of desorbed toluene peaks at around 200 ° C., and thereafter the toluene concentration decreases as the temperature rises, and the toluene concentration is almost higher at temperatures higher than 300 ° C. It is zero. On the other hand, in each of the test materials having the SrZr composite oxide, after the first toluene desorption peak appears around 200 ° C., the second desorption peak appears around 300 ° C. to 320 ° C. Further, desorption of toluene continues even at 420 ° C.
上記第2の脱離ピーク及びその高温側で脱離しているトルエンは、SrZr複合酸化物によってカルバニオン化されてβ−ゼオライトに吸着されたものと認められる。図3から、SrZr複合酸化物とβ−ゼオライトとを混合するよりも、SrZr複合酸化物をβ−ゼオライトより上流側に配置する方が、トルエンの脱離温度を高める効果が高いことがわかる。 It is recognized that the second desorption peak and toluene desorbed on the high temperature side are carbanionized by the SrZr composite oxide and adsorbed on β-zeolite. FIG. 3 shows that the effect of increasing the desorption temperature of toluene is higher when the SrZr composite oxide is arranged upstream of the β-zeolite than when the SrZr composite oxide and β-zeolite are mixed.
<冷間HC浄化性能>
−実施例1−
図2に示す触媒装置(図1に示す上流側三元触媒2は設けられていない)において、次の材料構成とした。なお、単位(g/L)はハニカム担体1L当たりの質量である。
<Cold HC purification performance>
Example 1
In the catalyst device shown in FIG. 2 (the upstream side three-
Zr系塩基性複合酸化物層6;SrZr複合酸化物 150g/L
(Sr含有量11.4原子モル%)
HC吸着材層7;β−ゼオライト 160g/L
上三元触媒層8;CeO2 5.5g/L
ZrCeNd複合酸化物 5.7g/L
Pd/La含有アルミナ 45.45g/L
(Pd 0.45g/L)
Pd/CeZrLaYアルミナ複合酸化物 22.85g/L
(Pd 0.25g/L)
下三元触媒層9;Rh/ZrCeNd複合酸化物 70.1g/L
(Rh 0.1g/L)
Rh/ZrLa複合酸化物担持アルミナ 30.05g/L
(Rh 0.05g/L)
La含有アルミナ 13g/L
「Pd/」及び「Rh/」はPd又はRhを「/」の次に記載した母材に担持させたことを意味する。
Zr-based basic
(Sr content 11.4 atomic mol%)
Upper three-
ZrCeNd composite oxide 5.7 g / L
Pd / La containing alumina 45.45 g / L
(Pd 0.45 g / L)
Pd / CeZrLaY alumina composite oxide 22.85 g / L
(Pd 0.25 g / L)
Lower three-
(Rh 0.1g / L)
Rh / ZrLa composite oxide supported alumina 30.05 g / L
(Rh 0.05g / L)
La-containing alumina 13g / L
“Pd /” and “Rh /” mean that Pd or Rh is supported on the base material described next to “/”.
上三元触媒層8のZrCeNd複合酸化物の組成はZrO2:CeO2:Nd2O3=55:35:10(質量比)であり、下三元触媒層9のZrCeNd複合酸化物の組成はZrO2:CeO2:Nd2O3=80:10:10(質量比)である。CeZrLaYアルミナ複合酸化物の組成はAl2O3:CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3=80.1:10.4:7.4:1.7:0.4(質量比)である。La含有アルミナのLa2O3含有量は三元触媒層8,9のいずれも4質量%である。ZrLa複合酸化物担持アルミナの組成はZrO2:La2O3:Al2O3=38:2:60(質量比)である。また、上記Zr系塩基性複合酸化物層6など各層6〜9の形成にはバインダとして硝酸ジルコニルを用いた。
The composition of the ZrCeNd composite oxide of the upper three-
−実施例2−
図2に示す触媒装置に代えて、本例は図5に示す触媒装置構成とした。すなわち、カルバニオン化材3は実施例1と同じであるが、HC吸着型触媒4では、HC吸着材層7をハニカム担体5の排気ガス流れ方向上流側に配置し、その下流側に三元触媒層8,9を配置した。従って、本例も、Zr系の塩基性複合酸化物層6は、HC吸着型触媒4から排気ガス流れ方向の上流側に離間して配置されている。カルバニオン化材3のZr系塩基性複合酸化物、HC吸着型触媒4のHC吸着材及び上下の三元触媒の材料構成、並びに使用したバインダは実施例1と同じである。
-Example 2-
Instead of the catalyst device shown in FIG. 2, this example has the catalyst device configuration shown in FIG. That is, the
−実施例3−
図2に示す触媒装置に代えて、本例は図6に示す触媒装置構成とした。すなわち、カルバニオン化材3とHC吸着型触媒4とを、同じハニカム担体5における排気ガス流れ方向の上流側と下流側とに配置した。カルバニオン化材3のZr系塩基性複合酸化物、HC吸着型触媒4のHC吸着材及び上下の三元触媒の材料構成、並びに使用したバインダは実施例1と同じである。
Example 3
Instead of the catalyst device shown in FIG. 2, this example has the catalyst device configuration shown in FIG. That is, the
−比較例−
図2に示す触媒装置に代えて、本例は図7に示す触媒装置構成とした。すなわち、ハニカム担体5に、Zr系塩基性複合酸化物とHC吸着材との混合層11及び上下の三元触媒層8,9を積層した。混合層11を最下層に配置し、その上に上下二層の三元触媒層8,9を積層している。Zr系塩基性複合酸化物、HC吸着材及び上下の三元触媒の材料構成、並びに使用したバインダは実施例1と同じである。
-Comparative example-
Instead of the catalyst device shown in FIG. 2, this example has the catalyst device configuration shown in FIG. That is, a
上記実施例1〜3及び比較例の各触媒装置に対して、図4に示すようにトルエン含有ガス(トルエン濃度2500ppmC,残N2)を50℃の温度で900秒間流してトルエンを吸着させた。そのときの900秒流したトルエン量をA、触媒装置(HC吸着材)に吸着されたトルエン量をBとする。トルエン吸着量Bは、触媒装置を素通りしたトルエン量より求めた。次にA/F=14.7の模擬排気ガス(CO2:13.9%,O2:0.6%,CO:0.6%,H2:0.2%,NO:1000ppm,H2O:10%,残:N2(HC不含))を触媒装置に流しながら、そのガス温度を30℃/分の速度で上昇させていき、触媒装置から流出するトルエン量Cを測定した。そうして、[(B−C)×100/A]を各供試触媒装置の冷間HC浄化率として求めた。結果は表1のとおりである。 As shown in FIG. 4, a toluene-containing gas (toluene concentration 2500 ppmC, residual N 2 ) was allowed to flow for 900 seconds at a temperature of 50 ° C. to adsorb toluene to each of the catalyst devices of Examples 1 to 3 and the comparative example. . The amount of toluene flowed for 900 seconds at that time is A, and the amount of toluene adsorbed on the catalyst device (HC adsorbent) is B. The toluene adsorption amount B was determined from the amount of toluene passed through the catalyst device. Next, simulated exhaust gas with A / F = 14.7 (CO 2 : 13.9%, O 2 : 0.6%, CO: 0.6%, H 2 : 0.2%, NO: 1000 ppm, H The gas temperature was increased at a rate of 30 ° C./min while flowing 2 O: 10% and the balance: N 2 (without HC) into the catalyst device, and the amount of toluene C flowing out from the catalyst device was measured. . Then, [(BC) × 100 / A] was determined as the cold HC purification rate of each test catalyst device. The results are shown in Table 1.
Zr系塩基性複合酸化物をHC吸着材及び三元触媒の上流側に配置した実施例1〜3はいずれも、Zr系塩基性複合酸化物とHC吸着材とを混合した比較例より、冷間HC浄化率が高くなっている。これは、実施例1〜3の場合は、Zr系塩基性複合酸化物によってカルバニオン化された状態でHC吸着材に供給されるトルエン量が多くなったため、すなわち、HC吸着材に強く吸着して、三元触媒が活性を呈するようになった後にHC吸着材から脱離して三元触媒によって浄化されるHC量が多くなったためと認められる。 In each of Examples 1 to 3 in which the Zr-based basic composite oxide is disposed upstream of the HC adsorbent and the three-way catalyst, the cooling is less than the comparative example in which the Zr-based basic composite oxide and the HC adsorbent are mixed. The HC purification rate is high. This is because in Examples 1 to 3, the amount of toluene supplied to the HC adsorbent in a state carbanionized by the Zr-based basic composite oxide increased, that is, strongly adsorbed to the HC adsorbent. This is because the amount of HC desorbed from the HC adsorbent and purified by the three-way catalyst after the three-way catalyst became active increased.
実施例1,2の冷間HC浄化率が実施例3よりも高いのは、実施例1,2ではZr系塩基性複合酸化物層6をHC吸着型触媒4とは別のハニカム担体5に薄い層となるように形成したことによると認められる。すなわち、実施例1,2のZr系塩基性複合酸化物層6は、実施例3のZr系塩基性複合酸化物層6に比べて薄く、トルエン含有ガスとの接触面積が広くなっており、トルエンがカルバニオン化される効率が高いためと考えられる。
The cold HC purification rate in Examples 1 and 2 is higher than that in Example 3. In Examples 1 and 2, the Zr-based basic
実施例1の冷間HC浄化率が実施例2よりも高いのは、最下層にあるHC吸着材層7から脱離するトルエンが全て上層側の三元触媒層8,9を通過するため、三元触媒層8,9が当該脱離トルエンの浄化に効率良く働くためと考えられる。
The reason why the cold HC purification rate of Example 1 is higher than that of Example 2 is that all toluene desorbed from the
<Zr系塩基性複合酸化物のアルカリ土類金属含有量の影響>
Zr系塩基性複合酸化物として、Sr含有量が相異なる複数のSrZr複合酸化物を準備し、Sr含有量がHCのカルバニオン化(HC吸着材におけるHCの脱離特性)に及ぼす影響を図4に示すテスト方法により調べた。すなわち、供試材は、ハニカム担体の排気ガス流れ方向の上流側にSrZr複合酸化物を担持させ、その下流側にβ−ゼオライト(HC吸着材)を担持させた構成とした。そして、トルエン含有ガス(トルエン濃度2500ppmC,残N2)を50℃の温度で900秒間供給してトルエンを吸着させた後、当該流通ガスをN2のみとして温度を30℃/分の速度で上昇させていき、300℃以上の温度域でHC吸着材から脱離するトルエン量を測定した。
<Influence of alkaline earth metal content of Zr-based basic complex oxide>
A plurality of SrZr composite oxides having different Sr contents are prepared as Zr-based basic composite oxides, and the effect of the Sr content on HC carbanionization (HC desorption characteristics in the HC adsorbent) is shown in FIG. It investigated by the test method shown in. That is, the test material had a configuration in which the SrZr composite oxide was supported on the upstream side of the honeycomb carrier in the exhaust gas flow direction and β-zeolite (HC adsorbent) was supported on the downstream side. Then, after supplying toluene-containing gas (toluene concentration 2500 ppmC, residual N 2 ) at a temperature of 50 ° C. for 900 seconds to adsorb toluene, the temperature is increased at a rate of 30 ° C./min using only N 2 as the flow gas. The amount of toluene desorbed from the HC adsorbent in the temperature range of 300 ° C. or higher was measured.
結果を図8に示す。同図によれば、Sr含有量が増大するにつれて、300℃以上でのトルエン脱離量が増大しており、Sr含有量の増大がHCのカルバニオン化(HC吸着材からのHCの脱離温度を高めること)に有利であることがわかる。また、Sr含有量を2原子モル%以上にすること、さらには6.25原子モル%以上にすることが好ましいということができる。Sr含有量の上限は、ZrO2に対するSrOの固溶量の関係から、12原子モル%を目安にすればよい。 The results are shown in FIG. According to the figure, as the Sr content increases, the toluene desorption amount at 300 ° C. or higher increases, and the increase in the Sr content indicates that HC is carbanionized (the HC desorption temperature from the HC adsorbent). It can be seen that it is advantageous to increase the Further, it can be said that the Sr content is preferably 2 atomic mol% or more, and more preferably 6.25 atomic mol% or more. The upper limit of the Sr content may be set to 12 atomic mol% as a guide from the relationship of the solid solution amount of SrO to ZrO 2 .
なお、上記実施例では三元触媒を組成が相異なる上下二層よりなる構造にしたが、同一組成の三元触媒により単層構造としてもよい。 In the above embodiment, the three-way catalyst has a structure composed of two upper and lower layers having different compositions. However, a three-way catalyst having the same composition may have a single-layer structure.
1 排気ガス通路
2 前置三元触媒
3 カルバニオン化材
4 HC吸着型触媒
5 ハニカム担体
6 Zr系塩基性複合酸化物層
7 HC吸着材層
8 三元触媒層
9 三元触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
上記HC吸着型触媒より上流側の上記排気ガス通路に、Zrを主成分とし且つアルカリ土類金属を含有するZr系の塩基性複合酸化物が配置されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒装置。 In the exhaust gas purification catalyst device in which an HC adsorption type catalyst provided with a zeolite-based HC adsorbent layer and a three-way catalyst layer is provided in the exhaust gas passage,
A Zr-based basic complex oxide containing Zr as a main component and containing an alkaline earth metal is disposed in the exhaust gas passage upstream of the HC adsorption catalyst. Catalytic device.
上記Zr系の塩基性複合酸化物は、上記HC吸着型触媒から排気ガス流れ方向の上流側に離間して配置されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒装置。 In claim 1,
The exhaust gas purifying catalyst device, wherein the Zr-based basic complex oxide is disposed away from the HC adsorption catalyst upstream in the exhaust gas flow direction.
上記Zr系の塩基性複合酸化物とHC吸着型触媒とは、同じハニカム担体の排気ガス流れ方向の上流側と下流側とに配置されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒装置。 In claim 1,
The exhaust gas purifying catalyst device, wherein the Zr-based basic composite oxide and the HC adsorption catalyst are arranged on the upstream side and the downstream side in the exhaust gas flow direction of the same honeycomb carrier.
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JP2011183317A (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Mazda Motor Corp | Exhaust gas cleaning catalyst |
WO2017203863A1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-11-30 | エヌ・イーケムキャット株式会社 | Gasoline engine exhaust gas purification three-way catalyst |
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