JP2012187519A - Catalyst for exhaust gas purification - Google Patents
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Abstract
【課題】高温(例えば600℃〜1100℃)の排ガスに晒されても浄化性能を維持することができる排ガス浄化用触媒を提供すること。
【解決手段】ここで開示される排ガス浄化用触媒1は、多孔質担体20と、該多孔質担体20に担持されたパラジウム30とを備える排ガス浄化用触媒であって、前記多孔質担体20はセリア−ジルコニア複合酸化物からなるCZ担体10と、シリカが添加されたアルミナからなるシリカ−アルミナ担体12とを包含し、前記パラジウム30が前記CZ担体上に選択的に担持されていることを特徴とする。このような排ガス浄化用触媒では、シリカ−アルミナ担体12におけるシリカ成分とパラジウム30との相互作用により、高温(例えば600℃〜1100℃)における触媒活性が向上する。
【選択図】図1An exhaust gas purification catalyst capable of maintaining purification performance even when exposed to high temperature (for example, 600 ° C. to 1100 ° C.) exhaust gas is provided.
An exhaust gas purification catalyst 1 disclosed herein is an exhaust gas purification catalyst comprising a porous carrier 20 and palladium 30 supported on the porous carrier 20, wherein the porous carrier 20 comprises: It includes a CZ support 10 made of a ceria-zirconia composite oxide and a silica-alumina support 12 made of alumina to which silica is added, and the palladium 30 is selectively supported on the CZ support. And In such an exhaust gas purifying catalyst, the catalytic activity at a high temperature (for example, 600 ° C. to 1100 ° C.) is improved by the interaction between the silica component in the silica-alumina carrier 12 and palladium 30.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は排ガス浄化用触媒に関する。詳しくは、パラジウムを金属触媒とする排ガス浄化用触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst. Specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification catalyst using palladium as a metal catalyst.
自動車の内燃機関より排出される排ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、及び窒素酸化物(NOx)を浄化するために、いわゆる三元触媒が広く用いられている。一般に三元触媒においては空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍である場合にのみ、上記排ガス中の3成分を効率よく酸化・還元により浄化することが可能であり、空燃比がストイキ近傍の範囲から外れると極端に触媒活性が低下する。そこで、セリア(CeO2)に代表される酸素吸蔵物質を助触媒として併用することにより、触媒が活性を発現することができる空燃比範囲を拡張することが広く行われている。また、耐熱性の低いセリアに代えて、セリアとジルコニア(ZrO2)を複合酸化物(または固溶体)としたセリア−ジルコニア複合酸化物(または固溶体)を助触媒として用い、触媒の耐熱特性を向上させることも広く行われている。 So-called three-way catalysts are widely used to purify hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from automobile internal combustion engines. In general, in a three-way catalyst, only when the air-fuel ratio is in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), the three components in the exhaust gas can be efficiently purified by oxidation / reduction, and the air-fuel ratio is in the range in the vicinity of the stoichiometric. If it is out of the range, the catalytic activity is extremely reduced. Therefore, it is widely practiced to expand the air-fuel ratio range in which the catalyst can exhibit activity by using an oxygen storage material typified by ceria (CeO 2 ) as a promoter. Also, instead of ceria with low heat resistance, a ceria-zirconia composite oxide (or solid solution) made of ceria and zirconia (ZrO 2 ) as a composite oxide (or solid solution) is used as a co-catalyst to improve the heat resistance characteristics of the catalyst. It is also widely done.
三元触媒に用いられる貴金属触媒としてはパラジウム、白金、ロジウムなどがある。通常、排ガス浄化用触媒として用いるためには、上記貴金属触媒から選択した一種又は複数種の貴金属触媒を多孔質担体に担持させて用いる。貴金属触媒は複数種を一つの担体に担持させる場合もあれば、高温使用時の貴金属触媒同士の合金化やシンタリングによる触媒活性の低下を防ぐために、それぞれの貴金属触媒種を分離して別の担体に担持させるような触媒構成とすることもある。後者の場合、それぞれ特性の異なる貴金属触媒について最良の触媒活性を発現させるために、それぞれの貴金属触媒に最適な多孔質担体を模索する必要がある。例えば特許文献1には、ロジウムをθ−アルミナを主成分とする多孔質担体に担持した第1触媒と、白金及びパラジウムの少なくとも一種を、γ-アルミナ等の多孔質担体とセリア−ジルコニア複合酸化物との混合物に担持した第2触媒と、からなる排ガス浄化用触媒が開示されている。また、特許文献2には、パラジウムが活性アルミナ粉末に担持され、白金が酸化セリウム粉末に担持されていることを特徴とする排ガス浄化用触媒が開示されている。
Examples of noble metal catalysts used for the three-way catalyst include palladium, platinum, and rhodium. Usually, for use as an exhaust gas purifying catalyst, one or more kinds of noble metal catalysts selected from the above noble metal catalysts are supported on a porous carrier. In some cases, multiple types of noble metal catalysts are supported on a single carrier, and in order to prevent a decrease in catalytic activity due to alloying and sintering of noble metal catalysts during high temperature use, separate each noble metal catalyst type and separate it. The catalyst structure may be supported on a carrier. In the latter case, in order to develop the best catalytic activity for the noble metal catalysts having different characteristics, it is necessary to search for an optimal porous support for each noble metal catalyst. For example,
従来、貴金属触媒の一つであるパラジウムを担持させる多孔質担体として多く用いられているのは、アルミナとセリア−ジルコニア複合酸化物(以下、「CZ複合酸化物」ともいう。)の混合物からなる担体である(例えば、特許文献1、特許文献3)。上記担体はアルミナが持つ大きな比表面積、及び高い耐久性(特に耐熱性)と、セリア−ジルコニア複合酸化物が持つ酸素吸蔵放出能(以下、「OSC」ともいう。)の特性を合わせ持つことができるため有用である。
Conventionally, a porous support for supporting palladium, which is one of the noble metal catalysts, is composed of a mixture of alumina and ceria-zirconia composite oxide (hereinafter also referred to as “CZ composite oxide”). It is a carrier (for example,
しかしながら従来の、パラジウムをアルミナとCZ複合酸化物の混合物からなる多孔質担体に担持させた排ガス浄化用触媒は、触媒床温度が低温(例えば300℃〜600℃)のときは良好な排ガス浄化率を示すものの、600℃以上の高温域で使用すると活性低下が起きるという問題があった。このため、従来の排ガス浄化用触媒は耐久使用後の触媒活性が、使用前と比較して大幅に低下することが避けられなかった。
このような触媒活性の低下について、本発明者らは、パラジウムが600℃以上の高温雰囲気下で酸化され易い傾向があり、パラジウムの価数が高くなる傾向があること、即ち言い換えれば、パラジウムが金属状態から酸化物寄りになってしまうことが原因であると考えた。
本発明は、かかる排ガス浄化用触媒の事情に鑑みてなされたものであり、高温(例えば600℃〜1100℃)の排ガスに晒されても排ガス浄化性能を維持することができる排ガス浄化用触媒の提供を目的とする。
However, the conventional exhaust gas purification catalyst in which palladium is supported on a porous carrier made of a mixture of alumina and CZ composite oxide has a good exhaust gas purification rate when the catalyst bed temperature is low (for example, 300 ° C. to 600 ° C.). However, when used in a high temperature range of 600 ° C. or higher, there is a problem that the activity is lowered. For this reason, it has been unavoidable that the catalyst activity after the endurance use of the conventional exhaust gas purifying catalyst is greatly reduced as compared with that before use.
Regarding such a decrease in catalytic activity, the present inventors have found that palladium tends to be oxidized in a high temperature atmosphere of 600 ° C. or higher, and that the valence of palladium tends to increase, that is, palladium It was thought that the cause was that the metal state became closer to the oxide.
The present invention has been made in view of the circumstances of such an exhaust gas purification catalyst, and is an exhaust gas purification catalyst capable of maintaining exhaust gas purification performance even when exposed to high temperature (for example, 600 ° C. to 1100 ° C.) exhaust gas. For the purpose of provision.
本発明者らは、様々な角度から検討を加え、上記目的を実現することのできる本発明を創出するに至った。即ち、ここに開示される排ガス浄化用触媒は、多孔質担体と、該多孔質担体に担持されたパラジウムとを備え、上記多孔質担体はセリア−ジルコニア複合酸化物からなるCZ担体と、シリカが添加されたアルミナからなるシリカ−アルミナ担体とを包含している。そして、ここで開示される排ガス浄化用触媒は上記パラジウムが上記CZ担体上に選択的に担持されていることを特徴とする。
かかる構成の排ガス浄化用触媒では、パラジウムが担持されたCZ担体の近傍に、シリカ−アルミナ担体が存在する。上記の構成とすることにより、高温(例えば600℃〜1100℃)でのパラジウムの触媒活性低下が抑制され、高温での耐久試験後においても触媒が高い浄化性能を示す。これは、シリカ−アルミナ担体におけるシリカ成分と、貴金属触媒であるパラジウムとが相互作用することにより、高温におけるパラジウムの価数が低く保たれることが原因であると考えられる。
また、かかる構成の排ガス浄化用触媒では、パラジウムがシリカ−アルミナ担体に直接的にはほとんど担持されていない。これはシリカ−アルミナ担体が高温で結晶成長を起こしやすいため、シリカ−アルミナ担体に直接パラジウムを担持させると、高温使用時にパラジウムの結晶成長(シンタリング)が起こりやすくなり触媒の活性が低下するためである。即ち上記構成にすることにより、高温での耐久使用後におけるパラジウムの触媒活性低下を抑制することができる。
かかる構成の排ガス浄化用触媒では、パラジウムはCZ担体上に直接担持されている。このため、パラジウムの近接場ではCZ担体の酸素吸蔵放出能(OSC)により酸素分圧が適度に調節されている。よって、かかる構成の排ガス浄化用触媒では、排ガス成分の変動に対してパラジウム近傍における空燃比の変化が緩やかとなり、該排ガス浄化用触媒は安定して高い触媒活性を示す。
The present inventors have studied from various angles and have come to create the present invention capable of realizing the above object. That is, the exhaust gas-purifying catalyst disclosed herein comprises a porous carrier and palladium supported on the porous carrier, and the porous carrier comprises a CZ carrier made of ceria-zirconia composite oxide, and silica. And a silica-alumina support composed of added alumina. The exhaust gas purifying catalyst disclosed herein is characterized in that the palladium is selectively supported on the CZ support.
In the exhaust gas purifying catalyst having such a configuration, a silica-alumina carrier is present in the vicinity of the CZ carrier on which palladium is supported. By setting it as said structure, the catalyst activity fall of palladium at high temperature (for example, 600 to 1100 degreeC) is suppressed, and a catalyst shows high purification performance even after the endurance test at high temperature. This is considered to be caused by the fact that the silica component in the silica-alumina carrier and palladium as the noble metal catalyst interact with each other, so that the valence of palladium at a high temperature is kept low.
Further, in the exhaust gas purifying catalyst having such a configuration, palladium is hardly supported directly on the silica-alumina carrier. This is because the silica-alumina support is likely to cause crystal growth at high temperatures. If palladium is directly supported on the silica-alumina support, palladium crystal growth (sintering) is likely to occur during high-temperature use, and the activity of the catalyst is reduced. It is. That is, by using the above configuration, it is possible to suppress a decrease in the catalytic activity of palladium after durable use at high temperatures.
In the exhaust gas purifying catalyst having such a configuration, palladium is directly supported on the CZ carrier. Therefore, in the near field of palladium, the oxygen partial pressure is appropriately adjusted by the oxygen storage / release capability (OSC) of the CZ carrier. Therefore, in the exhaust gas purifying catalyst having such a configuration, the change in the air-fuel ratio in the vicinity of palladium is moderate with respect to fluctuations in the exhaust gas components, and the exhaust gas purifying catalyst stably exhibits high catalytic activity.
また、ここに開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、上記CZ担体全体を100質量%としたとき、上記パラジウムの担持率が0.1質量%以上3質量%以下(好ましくは0.1質量%以上1.5質量%以下)であることを特徴とする。
パラジウムの担持率を上記範囲とすると、パラジウムによる十分な触媒効果が得られるとともに、コスト面で過度な負担がないため望ましい。
In a preferred embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, when the entire CZ support is 100% by mass, the palladium loading rate is 0.1% by mass or more and 3% by mass or less (preferably 0.8%). 1% by mass or more and 1.5% by mass or less).
When the palladium loading is within the above range, it is desirable that a sufficient catalytic effect is obtained by palladium and that there is no excessive burden in terms of cost.
ここに開示される排ガス浄化用触媒の好ましい他の一態様では、上記パラジウムが担持されたCZ担体と上記シリカ−アルミナ担体との質量混合比(CZ担体:シリカ−アルミナ担体)が、1:1〜4:1の範囲内にあることを特徴とする。
CZ担体とシリカ−アルミナ担体との質量混合比に関して、CZ担体の混合割合が上記範囲より少なすぎる場合、多孔質担体全体のOSCの絶対値が不足するため、触媒活性が低下し、好ましくない。また、シリカ−アルミナ担体の混合割合が上記範囲より少なすぎる場合は、シリカ添加による高温でのパラジウム活性向上の効果が表れず、加えてアルミナ成分の含有率が低下するため、多孔質担体全体の比表面積が低下し、好ましくない。
In another preferred embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the mass mixing ratio of the palladium-supported CZ support and the silica-alumina support (CZ support: silica-alumina support) is 1: 1. It is characterized by being in the range of ˜4: 1.
Regarding the mass mixing ratio of the CZ support and the silica-alumina support, if the mixing ratio of the CZ support is too small than the above range, the absolute value of the OSC of the entire porous support is insufficient, which is not preferable because the catalytic activity decreases. In addition, when the mixing ratio of the silica-alumina carrier is too smaller than the above range, the effect of improving the palladium activity at high temperature due to the addition of silica does not appear, and in addition, the content of the alumina component decreases, The specific surface area decreases, which is not preferable.
ここに開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、上記シリカ−アルミナ担体におけるシリカ成分の質量含有率が、触媒全体を100質量%としたときの1質量%以上10質量%以下(好ましくは1.25質量%以上7質量%以下、より好ましくは2質量%以上5質量%以下)であることを特徴とする。
上記シリカ成分の含有率が1質量%より少なすぎる場合は、シリカ添加による高温でのパラジウム活性の向上効果が見られない。また、上記シリカ成分の含有率が10質量%より多すぎる場合は、排ガス浄化用触媒の耐熱性が低下することにより浄化性能が低下する。
In a preferred embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the mass content of the silica component in the silica-alumina carrier is 1% by mass or more and 10% by mass or less (preferably, when the total catalyst is 100% by mass). 1.25 mass% to 7 mass%, more preferably 2 mass% to 5 mass%).
When the content of the silica component is less than 1% by mass, the effect of improving the palladium activity at high temperature due to the addition of silica is not observed. Moreover, when the content rate of the said silica component is more than 10 mass%, purification performance falls by the heat resistance of the exhaust gas purification catalyst falling.
また、ここに開示される排ガス浄化用触媒の好ましい他の一態様では、上記シリカ−アルミナ担体におけるアルミナ成分の質量含有率が、触媒全体を100質量%としたときの15質量%以上25質量%以下(好ましくは20質量%以上24質量%以下)であることを特徴とする。
アルミナ成分の含有率を上記範囲とすることにより、高い耐久性(特に耐熱性)、及び多孔質担体全体として大きい比表面積を実現することができる。
In another preferred embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the mass content of the alumina component in the silica-alumina support is 15% by mass or more and 25% by mass when the total catalyst is 100% by mass. Or less (preferably 20% by mass or more and 24% by mass or less).
By making the content rate of an alumina component into the said range, high durability (especially heat resistance) and a large specific surface area as a whole porous support | carrier can be implement | achieved.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書において特に言及している事項(例えば多孔質担体の組成など)以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば排ガス浄化用触媒の自動車における配置に関するような一般的事項)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
図1に本発明における一実施形態に係る排ガス浄化用触媒1の大まかな構成を示す。ここで開示される排ガス浄化用触媒1は、多孔質担体20と、該多孔質担体20に典型的には貴金属の微粒子状に担持されたパラジウム30とからなり、上記多孔質担体20はCZ担体10と、シリカ−アルミナ担体12とを包含する。また、上記パラジウム30は上記CZ担体10上に選択的に担持されていることを特徴とする。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification (for example, the composition of the porous carrier) and matters necessary for the implementation of the present invention (for example, the general arrangement relating to the arrangement of the exhaust gas purifying catalyst in an automobile). Matter) can be understood as a design matter of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
FIG. 1 shows a rough configuration of an exhaust gas purifying
ここで開示される排ガス浄化用触媒1を構成する上記多孔質担体20には、上記CZ担体10が含有される。
上記CZ担体10を構成するCZ複合酸化物の製法は特に制限されず、例えば共沈法、ゾルゲル法、水熱合成法などにより製造される。典型的な共沈法によるCZ複合酸化物の調製方法は以下の通りである。即ち、セリウム及びジルコニウムの水溶性塩(例えば、硝酸塩)からなる混合水溶液に、必要に応じて界面活性剤を混合させた後、アルカリ性物質であるアンモニア水を添加して徐々にpHを高くすることにより共沈物を生成させ、該共沈物を熱処理することにより該複合酸化物を得ることができる。
上記CZ担体10は、より大きい比表面積を確保できるという観点から、粉末状(粒子状)のものが好ましく用いられる。上記CZ担体10の比表面積としては特に制限されないが、比表面積(BET法により測定される比表面積。以下同じ。)が50〜300m2/gであることが好ましく、100〜200m2/gであることがより好ましい。上記CZ担体10の比表面積が50m2/gより小さすぎる場合は、CZ担体10のOSCが低下する傾向にあり、他方、比表面積が300m2/gより大きすぎる場合は、CZ担体10の耐熱性が低下するため好ましくない。
The
The production method of the CZ composite oxide constituting the
The
ここに開示される排ガス浄化用触媒1に用いられる上記パラジウム30は、上記CZ担体10上に選択的に担持されている。このような触媒構成にすることにより、パラジウム30の近接場に存在するCZ担体10のOSCにより、上記排ガス浄化用触媒1は排ガスの成分変動に対して安定した浄化性能を示すことができる。
上記CZ担体10に対するパラジウム30の担持量は、該CZ担体10全体を100質量%としたとき、0.1質量%以上3質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上1.5質量%以下であるとより好ましい。上記パラジウム30の担持量が0.1質量%より少なすぎると、パラジウム30により得られる触媒活性が不十分となり、他方3質量%より多すぎると、パラジウム30が粒成長を起こしやすくなると同時にコスト面でも不利である。
上記CZ担体10に上記パラジウム30を担持させる方法としては、特に制限されず、例えばパラジウム塩(例えば硝酸塩)やパラジウム錯体(例えば、テトラアンミン錯体)を含有する水溶液に上記CZ担体10を含浸させた後、乾燥させ、焼成することにより調製することができる。
The
The amount of
The method for supporting the
また、ここで開示される排ガス浄化用触媒1を構成する上記多孔質担体20には、上記シリカ−アルミナ担体12が含有される。上記シリカ−アルミナ担体12はシリカが添加されたアルミナからなり、例えばゾルゲル法、共沈法、水熱合成法などにより作製される。典型的なゾルゲル法によるシリカ−アルミナ担体12の調製方法は以下の通りである。即ち、原料にケイ素アルコキシドとアルミニウム塩を用い、温度及びpHを調節しながら適当な溶媒を用いて混合することにより湿潤ゲルを得る。上記湿潤ゲルを加熱処理により脱水乾燥させ、焼成することにより上記シリカ−アルミナ担体12を得ることができる。
The
ここで開示される排ガス浄化用触媒1に用いられる上記シリカ−アルミナ担体12は、粉末状であるか液状であるかを問わずに使用できるが、より大きい比表面積を確保できるという観点から、粉末状(粒子状)のものが好ましく使用される。上記シリカ−アルミナ担体12の平均粒径(レーザ回折・散乱法により測定される平均粒子径。以下同じ。)は5〜500μmであることが好ましく、10〜70μmであることがより好ましい。また、上記シリカ−アルミナ担体12の比表面積は50〜700m2/gであることが好ましく、200〜500m2/gであることがより好ましい。上記シリカ−アルミナ担体12の平均粒径が500μmより大きすぎる、又は比表面積が50m2/gより小さすぎる場合、シリカ−アルミナ担体12におけるシリカ成分と、パラジウム30との相互作用が弱まることにより、シリカ添加の効果が表れにくくなるため好ましくない。また上記シリカ−アルミナ担体12の平均粒径が5μmより小さすぎる、又は比表面積が700m2/gより大きすぎる場合、このようなシリカ−アルミナ担体12は熱的に不安定なため、触媒の高温使用によりパラジウム30のシンタリングが起きやすい傾向にあり、好ましくない。
また、ここで開示される排ガス浄化用触媒1に使用されるシリカ−アルミナ担体12は、非晶質であるか、あるいは結晶性が高い化合物(例えばゼオライトなど)を包含しているかを問わずに使用することができる。
The silica-
The silica-
ここで開示される排ガス浄化用触媒1に用いられる上記多孔質担体20は、上記パラジウム30が担持されたCZ担体10と、上記シリカ−アルミナ担体12とを単純に混合することにより得られる。ここで、上記CZ担体10と上記シリカ−アルミナ担体12は、質量混合比(CZ担体:シリカ−アルミナ担体)が、1:1〜4:1の範囲内で混合することが好ましい。
CZ担体10とシリカ−アルミナ担体12との質量混合比に関して、CZ担体10の混合割合が上記範囲より少なすぎる場合、多孔質担体20全体としてOSCが低下するため好ましくない。また、シリカ−アルミナ担体12の混合割合が上記範囲より少なすぎる場合は、シリカ添加による高温でのパラジウム活性向上の効果が表れず、加えてアルミナ成分の含有率が低下するため、多孔質担体20全体の比表面積が減少し、パラジウム30の分散性が低下するため好ましくない。
The
Regarding the mass mixing ratio of the
ここに開示される排ガス浄化用触媒1全体を100質量%としたときの上記シリカ−アルミナ担体12におけるシリカ成分の質量含有率は、1質量%以上10質量%以下(好ましくは1.25質量%以上7質量%以下、より好ましくは2質量%以上5質量%以下)であることが望ましい。
シリカ成分の含有率を上記範囲とすることにより、シリカ成分添加による高温でのパラジウム30の触媒活性の向上と、排ガス浄化用触媒1の高耐熱性を両立させることができる。
また、ここに開示される排ガス浄化用触媒1全体を100質量%としたとき、上記シリカ−アルミナ担体12におけるアルミナ成分の質量含有率は、15質量%以上25質量%以下(好ましくは20質量%以上24質量%以下)であることが望ましい。
アルミナ成分の含有率を上記範囲とすることにより、高い耐熱性、及び多孔質担体20全体としての大きい比表面積を実現することができる。
The mass content of the silica component in the silica-
By making the content rate of a silica component into the said range, the improvement of the catalytic activity of the
Moreover, when the exhaust
By making the content rate of an alumina component into the said range, high heat resistance and the large specific surface area as the whole porous support |
また、CZ担体10及びシリカ−アルミナ担体12の混合物の合計質量が、多孔質担体20全体に対して50質量%以上である限りにおいて、多孔質担体20にはCZ担体10及びシリカ−アルミナ担体12以外の他の成分を添加することができる。例えば、機械強度の増加、耐久性(熱安定性)の向上、触媒のシンタリング抑制、又は触媒の被毒防止などを目的として、アルカリ土類金属元素(又は、アルカリ土類金属酸化物)、希土類元素(又は、希土類酸化物)、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニアなどから選択される一種又は複数の元素または酸化物を多孔質担体20に添加することができる。
Further, as long as the total mass of the mixture of the
ここで開示される排ガス浄化用触媒1は、ペレット形状、フォーム形状、ハニカム形状、又はフィルタ形状など、従来この種の触媒に用いられるのと同様の形状のものに成形されて用いることができる。例えばハニカム形状に成形する場合、コージェライト、炭化ケイ素(SiC)等の耐熱衝撃性の高いセラミックスまたは合金(ステンレス等)から形成されたハニカム構造を備えるハニカム基材の表面に、上記パラジウム30が担持された上記多孔質担体20をコートすることにより作製される。またペレット形状に成形する場合は、上記パラジウム30が担持された多孔質担体20を、プレス機などを用いた常法によりペレット状に成形することにより作製される。
The exhaust gas-
以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示
すものに限定することを意図したものではない。
Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.
(実施例1)
市販のセリア−ジルコニア複合酸化物粉末(CZ粉末)の所定量に、Pd含有率が8.2質量%の硝酸パラジウム水溶液の所定量を含浸させ、120℃で12時間乾燥させた後、電気炉により500℃で2時間焼成し、パラジウムが担持されたPd/CZ粉末を調製した。このとき、Pdの担持量はCZ粉末に対して0.42質量%となるようにした。得られたPd/CZ粉末12gに、シリカ−アルミナ粉末(Sasol社製;シリカ−アルミナ全体を100質量%としたときのシリカ成分含有率が5質量%、アルミナ成分含有率が95質量%)4gを混合した。この混合粉末に冷間等方圧プレス機により約1トンの荷重を加え、約1mm3の体積を持つペレットを成形し、実施例1のサンプルとした。
実施例1について、触媒全体を100質量%としたときのシリカ成分の質量含有率は1.25質量%である。また、触媒全体を100質量%としたときのアルミナ成分の質量含有率は23.75質量%である。なお、使用したシリカ−アルミナの平均粒径は50μm、BET比表面積は370m2/gであった。
Example 1
A predetermined amount of a commercially available ceria-zirconia composite oxide powder (CZ powder) is impregnated with a predetermined amount of an aqueous palladium nitrate solution having a Pd content of 8.2% by mass, dried at 120 ° C. for 12 hours, and then an electric furnace. Was calcined at 500 ° C. for 2 hours to prepare Pd / CZ powder carrying palladium. At this time, the supported amount of Pd was 0.42% by mass with respect to the CZ powder. To 12 g of the obtained Pd / CZ powder, silica-alumina powder (manufactured by Sasol; silica component content is 5% by mass when the total silica-alumina is 100% by mass, alumina component content is 95% by mass) 4 g Were mixed. A load of about 1 ton was applied to this mixed powder by a cold isostatic press, and a pellet having a volume of about 1 mm 3 was formed to obtain a sample of Example 1.
About Example 1, the mass content rate of a silica component when the whole catalyst is 100 mass% is 1.25 mass%. Moreover, the mass content rate of an alumina component when the whole catalyst is 100 mass% is 23.75 mass%. The average particle size of the silica-alumina used was 50 μm, and the BET specific surface area was 370 m 2 / g.
(実施例2)
上記実施例1と同様の組成比、及び製造プロセスにより、Pd/CZ粉末を調製し、得られたPd/CZ粉末12gに、シリカ−アルミナ粉末(Sasol社製;シリカ−アルミナ全体を100質量%としたときのシリカ成分含有率が10質量%、アルミナ成分含有率が90質量%)4gを混合した。この混合粉末を上記実施例1に係る製造プロセスと同様にペレット状に成形し、実施例2のサンプルとした。
実施例2について、触媒全体を100質量%としたときのシリカ成分の質量含有率は2.5質量%である。また、触媒全体を100質量%としたときのアルミナ成分の質量含有率は22.5質量%である。なお、使用したシリカ−アルミナの平均粒径は50μm、BET比表面積は400m2/gであった。
(Example 2)
Pd / CZ powder was prepared by the same composition ratio and manufacturing process as in Example 1, and 12 g of the obtained Pd / CZ powder was mixed with silica-alumina powder (manufactured by Sasol; 100% by mass of the entire silica-alumina). The silica component content was 10% by mass and the alumina component content was 90% by mass). This mixed powder was formed into pellets in the same manner as in the manufacturing process according to Example 1 to obtain a sample of Example 2.
About Example 2, the mass content rate of a silica component when the whole catalyst is 100 mass% is 2.5 mass%. Moreover, the mass content rate of an alumina component when the whole catalyst is 100 mass% is 22.5 mass%. The silica-alumina used had an average particle size of 50 μm and a BET specific surface area of 400 m 2 / g.
(実施例3)
上記実施例1と同様の組成比、及び製造プロセスにより、Pd/CZ粉末を調製し、得られたPd/CZ粉末12gに、シリカ−アルミナ粉末(Sasol社製;シリカ−アルミナ全体を100質量%としたときのシリカ成分含有率が40質量%、アルミナ成分含有率が60質量%)4gを混合した。この混合粉末を上記実施例1に係る製造プロセスと同様にペレット状に成形し、実施例3のサンプルとした。
実施例3について、触媒全体を100質量%としたときのシリカ成分の質量含有率は10質量%である。また、触媒全体を100質量%としたときのアルミナ成分の質量含有率は15質量%である。なお、使用したシリカ−アルミナの平均粒径は50μm、BET比表面積は500m2/gであった。
(Example 3)
Pd / CZ powder was prepared by the same composition ratio and manufacturing process as in Example 1, and 12 g of the obtained Pd / CZ powder was mixed with silica-alumina powder (manufactured by Sasol; 100% by mass of the entire silica-alumina). The silica component content was 40 mass% and the alumina component content was 60 mass%). This mixed powder was formed into pellets in the same manner as in the manufacturing process according to Example 1 to obtain a sample of Example 3.
About Example 3, the mass content rate of a silica component when the whole catalyst is 100 mass% is 10 mass%. Moreover, the mass content rate of an alumina component when the whole catalyst is 100 mass% is 15 mass%. The silica-alumina used had an average particle size of 50 μm and a BET specific surface area of 500 m 2 / g.
(比較例1)
実施例1〜3に係る製造プロセスの中で、シリカ−アルミナを用いる代わりにアルミナを用いて多孔質担体を作製した。即ち、上記実施例1と同様の組成比、及び製造プロセスにより、Pd/CZ粉末を調製し、得られたPd/CZ粉末12gに、アルミナ粉末4gを混合した。この混合粉末を上記実施例1に係る製造プロセスと同様にペレット状に成形し、比較例1のサンプルとした。比較例1について、触媒全体を100質量%としたときのアルミナの質量含有率は25質量%である。
(Comparative Example 1)
In the production processes according to Examples 1 to 3, a porous carrier was produced using alumina instead of silica-alumina. That is, Pd / CZ powder was prepared by the same composition ratio and manufacturing process as in Example 1, and 4 g of alumina powder was mixed with 12 g of the obtained Pd / CZ powder. This mixed powder was formed into pellets in the same manner as in the manufacturing process according to Example 1, and a sample of Comparative Example 1 was obtained. About the comparative example 1, the mass content rate of an alumina when the whole catalyst is 100 mass% is 25 mass%.
(比較例2)
実施例1〜3に係る製造プロセスの中で、シリカ−アルミナを用いる代わりにシリカを用いて多孔質担体を作製した。即ち、上記実施例1と同様の組成比、及び製造プロセスにより、Pd/CZ粉末を調製し、得られたPd/CZ粉末12gに、シリカ粉末4gを混合した。この混合粉末を上記実施例1に係る製造プロセスと同様にペレット状に成形し、比較例2のサンプルとした。比較例2について、触媒全体を100質量%としたときのシリカの質量含有率は25質量%である。
実施例1〜3及び比較例1、2に係る排ガス浄化用触媒について、触媒全体に対する多孔質担体の組成比(質量%)を表1にまとめる。
(Comparative Example 2)
In the production processes according to Examples 1 to 3, a porous carrier was produced using silica instead of silica-alumina. That is, Pd / CZ powder was prepared by the same composition ratio and manufacturing process as in Example 1, and 4 g of silica powder was mixed with 12 g of the obtained Pd / CZ powder. This mixed powder was formed into pellets in the same manner as in the manufacturing process according to Example 1, and used as a sample of Comparative Example 2. About the comparative example 2, the mass content rate of a silica when the whole catalyst is 100 mass% is 25 mass%.
For the exhaust gas purifying catalysts according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the composition ratio (% by mass) of the porous carrier with respect to the whole catalyst is summarized in Table 1.
<耐久試験>
実施例1〜3及び比較例1、2に係る合計5種類の排ガス浄化用触媒について、環状反応炉を用いて耐久試験を実施した。耐久試験は上記排ガス浄化用触媒を1100℃で保持しながら一酸化炭素(CO)1容量%のガス(バランスガスは窒素)と、酸素(O2)5容量%のガス(バランスガスは窒素)を5分間サイクルで5時間、交互に繰り返し流すことにより行った。
<Durability test>
A durability test was carried out on a total of five types of exhaust gas purifying catalysts according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 using an annular reactor. In the durability test, the above exhaust gas purifying catalyst was held at 1100 ° C., 1% by volume of carbon monoxide (CO) gas (balance gas was nitrogen) and 5% by volume of oxygen (O 2 ) gas (balance gas was nitrogen) Was carried out by alternately repeating the flow for 5 hours in a 5-minute cycle.
<触媒性能評価試験>
耐久試験後の実施例1〜3及び比較例1、2に係る排ガス浄化用触媒について、それぞれ1.0gを秤量し評価装置に配置した。その後、700℃において表2に示す組成のガスをガス流量20L/minの条件で流通させ、排ガス浄化用触媒の入口と出口におけるNOx濃度を測定することによりNOx浄化率を算出した。なお表2に示すガスは、空燃比がリッチ(即ち酸素不足側)であるガス組成となっている。結果を図2に示す。
図2に示す結果より明らかなように、実施例1〜3に係る排ガス浄化用触媒は、比較例1に係る排ガス浄化用触媒と比較し、NOx浄化率が向上することがわかる。即ち、多孔質担体にシリカ−アルミナ担体を添加した排ガス浄化用触媒は、シリカ−アルミナ担体の代わりにアルミナを添加した排ガス浄化用触媒と比較して、高いNOx浄化率を示すことがわかる。これは多孔質担体にシリカ成分を導入することにより、シリカ成分とパラジウムとの相互作用によりパラジウムの活性低下が抑制されたためである。
また、比較例2に係る排ガス浄化用触媒は、実施例1〜3に係る排ガス浄化用触媒と比較し、NOx浄化率が大きく低下することが判った。即ち、多孔質担体にシリカ−アルミナ担体を添加した排ガス浄化用触媒は、シリカ−アルミナ担体の代わりにシリカを添加した排ガス浄化用触媒と比較して、高いNOx浄化率を示した。
以上より高い触媒活性を示す排ガス浄化用触媒として好適な範囲は、触媒全体に対するシリカ成分含有率が1質量%以上10質量%以下である場合であることが判る。
<Catalyst performance evaluation test>
About the exhaust gas purifying catalysts according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 after the durability test, 1.0 g was weighed and placed in the evaluation device. Thereafter, a gas having the composition shown in Table 2 was circulated at 700 ° C. under a gas flow rate of 20 L / min, and the NOx purification rate was calculated by measuring the NOx concentration at the inlet and outlet of the exhaust gas purification catalyst. The gas shown in Table 2 has a gas composition with a rich air-fuel ratio (that is, an oxygen-deficient side). The results are shown in FIG.
As is clear from the results shown in FIG. 2, it can be seen that the exhaust gas purification catalysts according to Examples 1 to 3 have an improved NOx purification rate as compared with the exhaust gas purification catalyst according to Comparative Example 1. That is, it can be seen that the exhaust gas purification catalyst in which the silica-alumina carrier is added to the porous carrier shows a higher NOx purification rate than the exhaust gas purification catalyst in which alumina is added instead of the silica-alumina carrier. This is because the introduction of the silica component into the porous carrier suppressed the decrease in the activity of palladium due to the interaction between the silica component and palladium.
Further, it was found that the exhaust gas purification catalyst according to Comparative Example 2 has a greatly reduced NOx purification rate as compared with the exhaust gas purification catalysts according to Examples 1 to 3. That is, the exhaust gas purification catalyst in which the silica-alumina carrier was added to the porous carrier showed a higher NOx purification rate than the exhaust gas purification catalyst in which silica was added instead of the silica-alumina carrier.
It can be seen that the preferred range for the exhaust gas-purifying catalyst exhibiting higher catalytic activity is a case where the silica component content relative to the whole catalyst is 1% by mass or more and 10% by mass or less.
<比表面積評価>
耐久試験後の実施例1〜3に係る合計3種類の排ガス浄化用触媒について、BET法により窒素吸着量から比表面積を測定した。結果を図3に示す。
図3に示す結果より明らかなように、各実施例に係る排ガス浄化用触媒はいずれも耐久試験後であっても比較的高い比表面積を保つことができる。特に、触媒全体を100質量%としたときのシリカ成分含有率が1.25質量%(実施例1)〜2.5質量%(実施例2)の範囲で高い比表面積を保つことができることが認められた。また、本評価試験により、触媒中のシリカ成分含有量が10質量%よりも過剰になると、多孔質担体の耐熱性が低下し結晶成長を起こす傾向が認められた。よって、触媒全体を100質量%としたときの好ましいシリカ成分含有率は1.25質量%以上7質量%以下程度(より好ましくは2質量%以上5質量%以下)であることが、本評価試験からも裏付けられた。このことはまた、図2に結果を示す上記触媒性能評価試験において、シリカ−アルミナ担体におけるシリカ成分の過剰による浄化性能低下の一因が、多孔質担体の耐熱性低下に因ることを裏付けるものでもある。
<Specific surface area evaluation>
With respect to a total of three types of exhaust gas purifying catalysts according to Examples 1 to 3 after the durability test, the specific surface area was measured from the nitrogen adsorption amount by the BET method. The results are shown in FIG.
As is clear from the results shown in FIG. 3, the exhaust gas purifying catalysts according to the respective examples can maintain a relatively high specific surface area even after the endurance test. In particular, it is possible to maintain a high specific surface area in a range where the silica component content is 1.25% by mass (Example 1) to 2.5% by mass (Example 2) when the total catalyst is 100% by mass. Admitted. Further, according to this evaluation test, when the content of the silica component in the catalyst was more than 10% by mass, the heat resistance of the porous carrier was lowered and a tendency to cause crystal growth was observed. Therefore, this evaluation test indicates that the preferable silica component content when the total catalyst is 100% by mass is about 1.25% by mass to 7% by mass (more preferably 2% by mass to 5% by mass). Was also supported by. This also confirms that in the catalyst performance evaluation test, the results of which are shown in FIG. 2, the cause of the reduction in purification performance due to the excessive silica component in the silica-alumina support is due to the decrease in heat resistance of the porous support. But there is.
1 排ガス浄化用触媒
10 CZ担体
12 シリカ−アルミナ担体
20 多孔質担体
30 パラジウム(Pd微粒子)
1 Exhaust
Claims (5)
前記多孔質担体は、セリア−ジルコニア複合酸化物からなるCZ担体と、シリカが添加されたアルミナからなるシリカ−アルミナ担体とを包含し、
前記パラジウムは前記CZ担体上に選択的に担持されていることを特徴とする、排ガス浄化用触媒。 An exhaust gas purifying catalyst comprising a porous carrier and palladium supported on the porous carrier,
The porous carrier includes a CZ carrier made of ceria-zirconia composite oxide and a silica-alumina carrier made of alumina to which silica is added,
The exhaust gas-purifying catalyst, wherein the palladium is selectively supported on the CZ support.
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