JP2015066469A - Exhaust gas treatment catalyst and exhaust gas treatment apparatus, and exhaust gas treatment catalyst production method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、例えばエンジンや燃焼器等から排出される排ガスを浄化する際に用いられる排ガス処理用触媒及び排ガス処理装置、並びに排ガス処理用触媒の製造方法に関する。 The present disclosure relates to an exhaust gas treatment catalyst and an exhaust gas treatment device used when purifying exhaust gas discharged from, for example, an engine or a combustor, and a method for manufacturing the exhaust gas treatment catalyst.
近年、環境保護の観点から排ガス規制が厳しくなりつつあり、各種のエンジンや燃焼器等には排ガス処理装置が装備されることが一般的となっている。例えば、エンジンや燃焼器等から排出される燃焼排ガス中には、一酸化炭素(CO)、未燃炭化水素(HC)や粒子状物質(PM)、窒素酸化物(NOx)等の有害物質が含まれているため、通常、排ガス処理装置は排ガス経路上にこれらの有害物質を除去するための触媒が設置される。 In recent years, exhaust gas regulations are becoming stricter from the viewpoint of environmental protection, and it is common for various engines and combustors to be equipped with exhaust gas treatment devices. For example, toxic substances such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC), particulate matter (PM), and nitrogen oxides (NO x ) are contained in combustion exhaust gas discharged from engines and combustors. In general, an exhaust gas treatment apparatus is provided with a catalyst for removing these harmful substances on the exhaust gas path.
排ガス処理装置に用いられる触媒には、CO、HC、PM又はNOx等の有害物質を浄化する機能が要求されるため、これらを高効率で浄化可能なPt系触媒が多く用いられていた。例えば、特許文献1及び2には、Pt系触媒及びこの触媒を担持させたフィルタが開示されている。
The catalyst used in the exhaust gas treatment apparatus, the CO, HC, the ability to purify the harmful substances such as PM or NO x is required, these have been used often capable of purifying Pt-based catalyst with high efficiency. For example,
しかしながら、Pt系触媒は、希少金属である貴金属を用いることから非常に高価であり、且つ、埋蔵量が少ないため資源の枯渇化に伴って入手が困難になりつつある。そこで、貴金属系触媒を用いない触媒として、例えば特許文献3にはペロブスカイト複合酸化物を含む触媒が記載されている。 However, a Pt-based catalyst is very expensive because it uses a rare metal, which is a rare metal, and since its reserves are small, it is becoming difficult to obtain it as resources are depleted. Therefore, as a catalyst not using a noble metal catalyst, for example, Patent Document 3 describes a catalyst containing a perovskite composite oxide.
上述したように、排ガス処理用触媒として従来多く用いられているPt系触媒に代表されるようにPtを用いた触媒は、触媒としての活性は高いもののPtが希少金属であるため流通量が少なく、高価であることが知られている。そのため、Pt系触媒を用いた排ガス処理装置は触媒コスト構成比率が高くなってしまうため、低コストな触媒が求められている。一方、特許文献3に記載されるペロブスカイト複合酸化物を用いた触媒は、コストの低減は図れるものの排ガス中に含まれる有害物質を浄化するための活性が十分に得られないことがある。 As described above, a catalyst using Pt, as represented by a Pt-based catalyst that has been widely used as an exhaust gas treatment catalyst, has high activity as a catalyst, but has a small circulation amount because Pt is a rare metal. It is known to be expensive. For this reason, an exhaust gas treatment apparatus using a Pt-based catalyst has a high catalyst cost component ratio, and therefore a low-cost catalyst is required. On the other hand, although the catalyst using the perovskite complex oxide described in Patent Document 3 can reduce the cost, the activity for purifying the harmful substances contained in the exhaust gas may not be sufficiently obtained.
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、有害物質を浄化するための十分な活性を有しながらコストを抑制し得る排ガス処理用触媒及び排ガス処理装置、並びに排ガス処理用触媒の製造方法を提供することである。 An object of at least one embodiment of the present invention is to provide an exhaust gas treatment catalyst, an exhaust gas treatment device, and a method for producing an exhaust gas treatment catalyst that can suppress costs while having sufficient activity for purifying harmful substances. That is.
本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス処理用触媒は、
排ガスに含まれる有害物質を浄化するための排ガス処理用触媒であって、
一般式ABO3で表されるペロブスカイト型構造において、Aサイトの金属元素がLa及びSrを含む二種以上の元素であり、Bサイトの金属元素がMnを含む一種以上の元素であるペロブスカイト複合酸化物と、Agとを含有することを特徴とする。
An exhaust gas treatment catalyst according to at least one embodiment of the present invention comprises:
An exhaust gas treatment catalyst for purifying harmful substances contained in exhaust gas,
In the perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , the perovskite complex oxidation in which the metal element at the A site is two or more elements including La and Sr, and the metal element at the B site is one or more elements including Mn It contains a product and Ag.
本発明者らは鋭意検討した結果、Ptを用いずに高い活性が得られる触媒として、一般式ABO3で表されるペロブスカイト型構造において、Aサイトの金属元素がLa及びSrを含む二種以上の元素であり、Bサイトの金属元素がMnを含む一種以上の元素であるペロブスカイト複合酸化物と、Agとを含有する排ガス処理用触媒を見出した。この排ガス処理用触媒は、粒子状物質(PM)の燃焼性能に優れていることから、例えばDPFの強制再生時に、PMを効果的に燃焼させて除去することが可能である。これに加えて、DPFを強制再生するための温度を低温化することができる。またDPFの強制再生時の温度を低くできることから、高コストな耐熱材料が不要となり、且つ、PM燃焼時における過昇温のリスクを低減できる。さらに、上記排ガス処理用触媒によれば、NOに対する高い酸化性能も得られる。これにより、この排ガス処理用触媒を用いた排ガス処理装置は通常運転時の連続再生によってDPF強制再生の間隔を長期化することも可能となり、燃費の向上が図れる。さらにまた、未燃炭素分(HC)及び一酸化炭素(CO)の酸化活性も高く維持できるので、排ガス中に含まれる各種の有害物質を効果的に除去可能となる。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that a catalyst having high activity without using Pt has a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , and the A-site metal element contains La and Sr. And a catalyst for exhaust gas treatment containing a perovskite complex oxide in which the metal element at the B site is one or more elements including Mn and Ag. Since this exhaust gas treatment catalyst is excellent in the combustion performance of particulate matter (PM), for example, at the time of forced regeneration of DPF, it is possible to effectively burn and remove PM. In addition to this, the temperature for forcibly regenerating the DPF can be lowered. Moreover, since the temperature at the time of forced regeneration of DPF can be lowered, an expensive heat-resistant material becomes unnecessary, and the risk of excessive temperature rise during PM combustion can be reduced. Furthermore, according to the exhaust gas treatment catalyst, high oxidation performance for NO can be obtained. As a result, the exhaust gas treatment apparatus using the exhaust gas treatment catalyst can extend the DPF forced regeneration interval by continuous regeneration during normal operation, thereby improving fuel efficiency. Furthermore, since the oxidation activity of unburned carbon (HC) and carbon monoxide (CO) can be maintained high, various harmful substances contained in the exhaust gas can be effectively removed.
幾つかの実施形態では、上記排ガス処理用触媒において、前記ペロブスカイト複合酸化物に対する前記Agのモル比が0.05以上0.2以下である。
ペロブスカイト複合酸化物に対してAgのモル比が0.05未満である場合、HC、COに対する十分な酸化活性を得られるとは言い難い。一方、ペロブスカイト複合酸化物に対してAgのモル比が0.2超過である場合、Pt系触媒に比べてコスト的なメリットが少ない。よって、Agの含有量を上記範囲内とすることによって、低コストで且つ十分な酸化活性が得られる排ガス処理用触媒を提供することが可能である。
一実施形態では、上記排ガス処理用触媒において、前記ペロブスカイト複合酸化物に対する前記Agのモル比が0.1である。これにより、低コストで且つ酸化活性の高い排ガス処理用触媒とすることができる。
In some embodiments, in the exhaust gas treatment catalyst, a molar ratio of the Ag to the perovskite composite oxide is 0.05 or more and 0.2 or less.
When the molar ratio of Ag to the perovskite complex oxide is less than 0.05, it cannot be said that sufficient oxidation activity for HC and CO can be obtained. On the other hand, when the molar ratio of Ag is more than 0.2 with respect to the perovskite complex oxide, there are few cost advantages compared to the Pt-based catalyst. Therefore, by setting the content of Ag within the above range, it is possible to provide an exhaust gas treatment catalyst that can obtain a sufficient oxidation activity at low cost.
In one embodiment, in the exhaust gas treatment catalyst, the molar ratio of the Ag to the perovskite composite oxide is 0.1. Thereby, it can be set as the catalyst for waste gas treatment with low cost and high oxidation activity.
一実施形態において、上記排ガス処理用触媒は、前記ペロブスカイト複合酸化物に対する前記Laと前記Srと前記Agのモル比の総和が1である。
このように、ペロブスカイト複合酸化物に対するLaとSrとAgのモル比の総和が1となるように構成されることによって、CO及びHC、NOの酸化活性をより一層高くすることができ、触媒性能を向上できる。
また、一実施形態において、上記排ガス処理用触媒は、前記La及び前記Srが同一のモル比である。これにより、上記排ガス処理用触媒の酸化活性をより一層高くでき、触媒性能を向上できる。
In one embodiment, the exhaust gas treatment catalyst has a sum of molar ratios of La, Sr, and Ag of 1 to the perovskite composite oxide.
As described above, by configuring the sum of the molar ratios of La, Sr, and Ag with respect to the perovskite complex oxide to be 1, the oxidation activity of CO, HC, and NO can be further increased, and the catalyst performance Can be improved.
In one embodiment, in the exhaust gas treatment catalyst, La and Sr have the same molar ratio. Thereby, the oxidation activity of the exhaust gas treatment catalyst can be further increased, and the catalyst performance can be improved.
他の実施形態において、上記排ガス処理用触媒は、前記ペロブスカイト複合酸化物を担体とし、前記担体に前記Agが担持された構造を有する。
このように、ペロブスカイト複合酸化物からなる担体にAgを含む溶液を含浸させることによって、既存のペロブスカイト複合酸化物に対して容易にAgを担持させることができる。
In another embodiment, the exhaust gas treatment catalyst has a structure in which the perovskite composite oxide is used as a carrier and the Ag is supported on the carrier.
As described above, by impregnating the support made of the perovskite complex oxide with the solution containing Ag, Ag can be easily supported on the existing perovskite complex oxide.
本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス処理装置は、
エンジンから排出された排ガスから少なくとも窒素酸化物を除去する排ガス処理装置であって、
前記排ガスの流路に設けられたSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒と、
前記SCR触媒と略同じ位置又は該SCR触媒より排ガス流れ方向上流側に設けられた上述の排ガス処理用触媒とを備える。
An exhaust gas treatment apparatus according to at least one embodiment of the present invention includes:
An exhaust gas treatment device that removes at least nitrogen oxides from exhaust gas discharged from an engine,
An SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst provided in the exhaust gas flow path;
The exhaust gas treatment catalyst provided at substantially the same position as the SCR catalyst or upstream of the SCR catalyst in the exhaust gas flow direction.
上記排ガス処理装置によれば、上述の排ガス処理用触媒が優れたNO2生成特性を示すので、排ガス中のNO2含有率が高くなり、下流側のSCR触媒における脱硝性能を向上させることができる。さらに上述の排ガス処理用触媒は優れたC3H8浄化性能を示すので、下流側のSCR触媒のHC被毒を低減することが可能である。すなわち、SCR触媒と略同じ位置又はSCR触媒より排ガス流れ方向上流側に上述の排ガス処理用触媒が設けられていることによって、SCR触媒が高い脱硝性能を維持しつつ、NH3スリップ量も低減できる。 According to the exhaust gas treatment apparatus, since the exhaust gas treatment catalyst described above exhibits excellent NO 2 generation characteristics, the NO 2 content in the exhaust gas is increased, and the denitration performance in the downstream SCR catalyst can be improved. . Furthermore, since the exhaust gas treatment catalyst described above exhibits excellent C 3 H 8 purification performance, it is possible to reduce HC poisoning of the downstream SCR catalyst. That is, by providing the above exhaust gas treatment catalyst at substantially the same position as the SCR catalyst or upstream of the SCR catalyst in the exhaust gas flow direction, the NH 3 slip amount can be reduced while maintaining high denitration performance of the SCR catalyst. .
一実施形態に係る排ガス処理装置は、前記SCR触媒より排ガス流れ方向上流側に設けられた酸化触媒(DOC)をさらに備える。
これにより、排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)やHC(未燃炭化水素)を効果的に浄化できる。
The exhaust gas treatment apparatus according to an embodiment further includes an oxidation catalyst (DOC) provided upstream of the SCR catalyst in the exhaust gas flow direction.
Thereby, carbon monoxide (CO) and HC (unburned hydrocarbon) contained in the exhaust gas can be effectively purified.
本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス処理用触媒の製造方法は、
排ガスに含まれる有害物質を浄化するための排ガス処理用触媒の製造方法であって、
La及びSrを含む金属硝酸塩水溶液と、Mnを含む金属硝酸塩水溶液と、Agを含む金属硝酸塩水溶液とを混合して触媒溶液を調製するステップと、
前記触媒溶液を乾燥させた後、焼成することによって、前記La,前記Sr及び前記Mnを含むペロブスカイト複合酸化物と、前記Agとを含有する排ガス処理用触媒を製造するステップとを備えることを特徴とする。
A method for producing an exhaust gas treatment catalyst according to at least one embodiment of the present invention includes:
A method for producing an exhaust gas treatment catalyst for purifying harmful substances contained in exhaust gas,
Mixing a metal nitrate aqueous solution containing La and Sr, a metal nitrate aqueous solution containing Mn, and a metal nitrate aqueous solution containing Ag to prepare a catalyst solution;
The catalyst solution is dried and then calcined to produce an exhaust gas treatment catalyst containing the perovskite complex oxide containing La, Sr and Mn, and Ag. And
上記排ガス処理用触媒の製造方法によれば、粒子状物質(PM)の燃焼性能に優れるとともに、NOに対する高い酸化性能、及び未燃炭素分(HC)及び一酸化炭素(CO)に対する高い酸化性能を有する排ガス処理用触媒を製造できる。また、上記排ガス処理用触媒の製造方法によって製造される排ガス処理用触媒は、ペロブスカイト構造の格子内にAgが取り込まれた構造を有すると推測される。そのため、耐熱性の低いAgのシンタリングを抑制し、Agを高分散に存在させることができる。よって、上記排ガス処理用触媒の製造方法によって製造される排ガス処理用触媒によれば、高い触媒性能が得られる。 According to the above method for producing an exhaust gas treatment catalyst, the particulate matter (PM) has excellent combustion performance, high oxidation performance with respect to NO, and high oxidation performance with respect to unburned carbon (HC) and carbon monoxide (CO). An exhaust gas treatment catalyst having the following can be produced. In addition, the exhaust gas treatment catalyst produced by the above exhaust gas treatment catalyst production method is presumed to have a structure in which Ag is incorporated into the lattice of the perovskite structure. Therefore, sintering of Ag having low heat resistance can be suppressed and Ag can be present in high dispersion. Therefore, according to the exhaust gas treatment catalyst produced by the above exhaust gas treatment catalyst production method, high catalyst performance can be obtained.
幾つかの実施形態において、前記排ガス処理用触媒を製造するステップでは、前記触媒溶液を乾燥させた後、500℃以上900℃以下で焼成する。
このように触媒原料を高温で焼成して排ガス処理用触媒を製造することによって、耐熱性の高い排ガス処理用触媒を提供できる。例えば、DPFに排ガス処理用触媒を担持させる場合、DPFの強制再生時における高温にも耐え得る排ガス処理用触媒とすることができる。
In some embodiments, in the step of producing the exhaust gas treatment catalyst, the catalyst solution is dried and then calcined at 500 ° C. or more and 900 ° C. or less.
Thus, the catalyst raw material is calcined at a high temperature to produce an exhaust gas treatment catalyst, whereby an exhaust gas treatment catalyst having high heat resistance can be provided. For example, when an exhaust gas treatment catalyst is supported on a DPF, the exhaust gas treatment catalyst can withstand high temperatures during forced regeneration of the DPF.
本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス処理用触媒の製造方法は、
排ガスに含まれる有害物質を浄化するための排ガス処理用触媒の製造方法であって、
La及びSrを含む金属硝酸塩水溶液と、Mnを含む金属硝酸塩水溶液とを混合して担体溶液を調製するステップと、
前記担体溶液を乾燥させた後、焼成することによって、担体を製造するステップと、
前記担体を、Agを含む金属硝酸塩水溶液に含浸させるステップと、
前記硝酸銀水溶液に含浸された前記担体を乾燥させた後、焼成することによって、前記La,前記Sr及び前記Mnを含むペロブスカイト複合酸化物と、前記Agとを含有する排ガス処理用触媒を製造するステップとを備えることを特徴とする。
A method for producing an exhaust gas treatment catalyst according to at least one embodiment of the present invention includes:
A method for producing an exhaust gas treatment catalyst for purifying harmful substances contained in exhaust gas,
Mixing a metal nitrate aqueous solution containing La and Sr and a metal nitrate aqueous solution containing Mn to prepare a carrier solution;
Producing the carrier by drying and then calcining the carrier solution;
Impregnating the carrier with an aqueous metal nitrate solution containing Ag;
A step of producing a catalyst for exhaust gas treatment containing the perovskite composite oxide containing La, Sr and Mn and Ag by drying the support impregnated in the aqueous silver nitrate solution and then firing. It is characterized by providing.
上記排ガス処理用触媒の製造方法によれば、粒子状物質(PM)の燃焼性能に優れるとともに、NOに対する高い酸化性能、及び未燃炭素分(HC)及び一酸化炭素(CO)に対する高い酸化性能を有する排ガス処理用触媒を製造できる。また、ペロブスカイト複合酸化物からなる担体にAgを含む溶液を含浸させることによって、既存のペロブスカイト複合酸化物に対して容易にAgを担持させることができる。 According to the above method for producing an exhaust gas treatment catalyst, the particulate matter (PM) has excellent combustion performance, high oxidation performance with respect to NO, and high oxidation performance with respect to unburned carbon (HC) and carbon monoxide (CO). An exhaust gas treatment catalyst having the following can be produced. Further, by impregnating a support made of a perovskite composite oxide with a solution containing Ag, Ag can be easily supported on the existing perovskite composite oxide.
幾つかの実施形態において、前記担体を製造するステップでは、前記担体溶液を乾燥させた後、500℃以上900℃以下で焼成する。
このように担体原料を高温で焼成することによって耐熱性の高い排ガス処理用触媒を提供できる。
In some embodiments, in the step of manufacturing the carrier, the carrier solution is dried and then calcined at 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
Thus, by calcining the carrier material at a high temperature, an exhaust gas treatment catalyst having high heat resistance can be provided.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、粒子状物質(PM)の燃焼性能に優れるとともに、NOに対する高い酸化性能、及び未燃炭素分(HC)及び一酸化炭素(CO)に対する高い酸化性能を有する排ガス処理用触媒を提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, the particulate matter (PM) has excellent combustion performance, high oxidation performance with respect to NO, and high oxidation performance with respect to unburned carbon (HC) and carbon monoxide (CO). An exhaust gas treatment catalyst can be provided.
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described below as the embodiments or shown in the drawings as the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention. It is just an example.
本発明の実施形態に係る排ガス処理用触媒は、排ガスに含まれる粒子状物質(PM)、未燃炭素分(HC)、一酸化炭素(CO)の少なくともいずれかを含む有害物質の浄化及び一酸化窒素(NO)の酸化に用いられる。
幾つかの実施形態において、排ガス処理用触媒は、一般式ABO3で表されるペロブスカイト型構造において、Aサイトの金属元素がLa及びSrを含む二種以上の元素であり、Bサイトの金属元素がMnを含む一種以上の元素であるペロブスカイト複合酸化物と、Agとを含有する。なお、Aサイトの金属元素にAgが含まれる構成であってもよい。
An exhaust gas treatment catalyst according to an embodiment of the present invention is a catalyst for purifying harmful substances including at least one of particulate matter (PM), unburned carbon (HC), and carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas. Used for oxidation of nitric oxide (NO).
In some embodiments, the exhaust gas treatment catalyst is a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , wherein the metal element at the A site is two or more elements including La and Sr, and the metal element at the B site Contains perovskite complex oxide which is one or more elements including Mn, and Ag. In addition, Ag may be included in the metal element at the A site.
一実施形態において、排ガス処理用触媒は、ペロブスカイト複合酸化物に対するAgのモル比が0.05以上0.2以下、好適にはペロブスカイト複合酸化物に対するAgのモル比が0.1である。
ここで、ペロブスカイト複合酸化物に対してAgのモル比が0.05未満である場合、HC、COに対する十分な酸化活性を得られるとは言い難い。一方、ペロブスカイト複合酸化物に対してAgのモル比が0.2超過である場合、Pt系触媒に比べてコスト的なメリットが少ない。よって、Agの含有量を上記範囲内とすることによって、低コストで且つ十分な酸化活性が得られる排ガス処理用触媒を提供することが可能である。特にペロブスカイト複合酸化物に対するAgのモル比が0.1である場合、より一層低コストで且つ酸化活性の高い排ガス処理用触媒とすることができる。
In one embodiment, the exhaust gas treatment catalyst has a molar ratio of Ag to the perovskite composite oxide of 0.05 or more and 0.2 or less, and preferably a molar ratio of Ag to the perovskite composite oxide is 0.1.
Here, when the molar ratio of Ag to the perovskite complex oxide is less than 0.05, it cannot be said that sufficient oxidation activity for HC and CO can be obtained. On the other hand, when the molar ratio of Ag is more than 0.2 with respect to the perovskite complex oxide, there are few cost advantages compared to the Pt-based catalyst. Therefore, by setting the content of Ag within the above range, it is possible to provide an exhaust gas treatment catalyst that can obtain a sufficient oxidation activity at low cost. In particular, when the molar ratio of Ag to the perovskite complex oxide is 0.1, an exhaust gas treatment catalyst with even lower cost and higher oxidation activity can be obtained.
また、一実施形態において、排ガス処理用触媒は、ペロブスカイト複合酸化物に対するLaとSrとAgのモル比の総和が1であり、好適には、La及びSrが同一のモル比である。
このように、ペロブスカイト複合酸化物に対するLaとSrとAgのモル比の総和が1となるように構成されることによって、CO及びHC、NOの酸化活性を高くすることができ、触媒性能を向上できる。特に、La及びSrが同一のモル比である場合、より一層、上述の排ガス処理用触媒の酸化活性を高くでき、触媒性能を向上できる。
In one embodiment, the exhaust gas treatment catalyst has a sum of molar ratios of La, Sr, and Ag to the perovskite composite oxide of 1, and preferably, La and Sr have the same molar ratio.
As described above, the total molar ratio of La, Sr, and Ag to the perovskite complex oxide is set to 1, so that the oxidation activity of CO, HC, and NO can be increased, and the catalyst performance is improved. it can. In particular, when La and Sr have the same molar ratio, the oxidation activity of the exhaust gas treatment catalyst can be further increased, and the catalyst performance can be improved.
また一例として、一般式ABO3は、LaXSr1−XMnO3で表されてもよい。その場合、xは0.5以上0.9以下(0.5≦x≦0.9)であってもよい。 As an example, the general formula ABO 3 may be represented by La X Sr 1-X MnO 3 . In that case, x may be 0.5 or more and 0.9 or less (0.5 ≦ x ≦ 0.9).
以下、本実施形態に係る排ガス処理用触媒と比較例に係る排ガス処理用触媒の性能を比較する試験を行った結果を示す。
本実施形態に係る排ガス処理用触媒としては、一般式ABO3で表されるペロブスカイト型構造において、Aサイトの金属元素がLa及びSrを含む二種の元素であり、Bサイトの金属元素がMnを含む一種の元素であるペロブスカイト複合酸化物(ペロブスカイト複合酸化物)と、Agとを含有する触媒(Ag0.1(La0.5Sr0.5)0.9MnO3)を用いた。比較例に係る排ガス処理用触媒としては、従来用いられていたPt系触媒として、Al2O3に2重量%のPtを担持させた触媒(2wt%Pt/Al2O3)と、Al2O3に5重量%のAgを担持させた触媒(5wt%Ag/Al2O3)と、Agを含有しないペロブスカイト複合酸化物単体の触媒(La0.5Sr0.5MnO3)とを用いた。
Hereinafter, the result of performing a test comparing the performance of the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment and the exhaust gas treatment catalyst according to the comparative example is shown.
As the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment, in the perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , the metal element at the A site is two kinds of elements including La and Sr, and the metal element at the B site is Mn. and an element of the kind which perovskite complex oxide including (perovskite composite oxide), using a catalyst (Ag0.1 (La0.5Sr0.5) 0.9MnO 3) containing a Ag. The exhaust gas treatment catalyst according to the comparative example, as Pt-based catalyst which has been conventionally used, a catalyst obtained by supporting 2 wt% of Pt on Al 2 O 3 (2wt% Pt / Al 2 O 3), Al 2 O 3 to 5 wt% of Ag and was supported catalyst and (5wt% Ag / Al 2 O 3), and using a not containing Ag perovskite complex oxide single catalyst (La0.5Sr0.5MnO 3).
図1は本実施形態に係る排ガス処理用触媒及び比較例に係る排ガス処理用触媒における触媒温度400℃でのNO2生成率(100×触媒出口NO2/触媒入口NO)を示すグラフである。図2は本実施形態に係る排ガス処理用触媒及び比較例に係る排ガス処理用触媒における触媒温度400℃でのC3H8浄化率(100×(1−触媒出口C3H8濃度/触媒入口C3H8濃度))を示すグラフである。図3は図1及び図2の試験条件を示す表である。
なお、図1及び図2は、以下に示す製造方法によって製造された触媒を用いて性能評価を行った結果を示している。
まず、すべて焼成した触媒粉末に対して、溶媒とバインダーを加え、ボールミルを用いて調製して混合し、スラリー化させる。そして、このスラリーをハニカム状の基材の表面に塗布し、ハニカム型触媒を製造する。図1及び図2に示すグラフは、このハニカム型触媒に、空気中760℃100時間の熱処理を加えて、加速的に触媒を熱劣化させた状態での性能評価結果である。
FIG. 1 is a graph showing the NO 2 production rate (100 × catalyst outlet NO 2 / catalyst inlet NO) at a catalyst temperature of 400 ° C. in the exhaust gas treatment catalyst according to this embodiment and the exhaust gas treatment catalyst according to the comparative example. FIG. 2 shows the C 3 H 8 purification rate (100 × (1−catalyst outlet C 3 H 8 concentration / catalyst inlet) at a catalyst temperature of 400 ° C. in the exhaust gas treating catalyst according to this embodiment and the exhaust gas treating catalyst according to the comparative example. C 3 H 8 concentration)) is a graph showing a. FIG. 3 is a table showing the test conditions of FIGS.
1 and 2 show the results of performance evaluation using a catalyst produced by the production method shown below.
First, a solvent and a binder are added to the calcined catalyst powder, and it is prepared and mixed using a ball mill to make a slurry. And this slurry is apply | coated to the surface of a honeycomb-shaped base material, and a honeycomb type catalyst is manufactured. The graphs shown in FIG. 1 and FIG. 2 are performance evaluation results in a state where the honeycomb catalyst is subjected to heat treatment at 760 ° C. for 100 hours in the air and the catalyst is thermally deteriorated at an accelerated rate.
図3に示す試験条件で排ガスの浄化試験を行った所、図1及び図2に示す結果が得られた。図1に示すように、本実施形態に係る排ガス処理用触媒は、比較例である従来の白金系触媒(2wt%Pt/Al2O3)に比べてNO2生成率が大幅に高くなった。また、比較例であるAl2O3に5重量%のAgを担持させた触媒(5wt%Ag/Al2O3)、及び、Agを含有しないペロブスカイト複合酸化物担体の触媒(La0.5Sr0.5MnO3)に比べてもNO2生成率が高くなった。すなわち、排ガス中のNOxの浄化において、NOxは以下の式(1)〜(3)の反応によって還元されるため、本実施形態に係る排ガス処理用触媒が優れたNO2生成特性を示すことから、脱硝触媒(例えばSCR触媒)の上流もしくは脱硝触媒に含有させることで高い脱硝性能が得られることがわかる。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O …(1)
2NO+2NO2+4NH3→4N2+6H2O …(2)
6NO2+8NH3+O2→7N2+12H2O …(3)
When the exhaust gas purification test was performed under the test conditions shown in FIG. 3, the results shown in FIGS. 1 and 2 were obtained. As shown in FIG. 1, the exhaust gas treatment catalyst according to this embodiment has a significantly higher NO 2 production rate than the conventional platinum-based catalyst (2 wt% Pt / Al 2 O 3 ) as a comparative example. . Further, a catalyst (5 wt% Ag / Al 2 O 3 ) in which 5% by weight of Ag is supported on Al 2 O 3 as a comparative example, and a catalyst of a perovskite composite oxide support containing no Ag (La0.5Sr0. Compared with 5MnO 3 ), the NO 2 production rate was higher. That shows the purification of the NO x in the exhaust gas, since NO x is to be reduced by the reaction of the following equation (1) to (3), the exhaust gas treatment catalyst for excellent NO 2 generation characteristic of this embodiment From this, it can be seen that a high denitration performance can be obtained by containing the denitration catalyst (for example, SCR catalyst) upstream or in the denitration catalyst.
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (1)
2NO + 2NO 2 + 4NH 3 → 4N 2 + 6H 2 O (2)
6NO 2 + 8NH 3 + O 2 → 7N 2 + 12H 2 O (3)
また、図2に示すように、本実施形態に係る排ガス処理用触媒は、比較例である従来の白金系触媒(2wt%Pt/Al2O3)、Al2O3に5重量%のAgを担持させた触媒(5wt%Ag/Al2O3)、及び、Agを含有しないペロブスカイト複合酸化物単体の触媒(La0.5Sr0.5MnO3)に比べてC3H8浄化率が大幅に高くなった。すなわち、本実施形態に係る排ガス処理用触媒は優れたHC浄化性能を有することがわかる。 As shown in FIG. 2, the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment is a conventional platinum-based catalyst (2 wt% Pt / Al 2 O 3 ) as a comparative example, 5 wt% Ag in Al 2 O 3. The C 3 H 8 purification rate is significantly higher than the catalyst supporting 5 wt% Ag / Al 2 O 3 and the catalyst containing no perovskite complex oxide containing no Ag (La0.5Sr0.5MnO 3 ). became. That is, it can be seen that the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment has excellent HC purification performance.
図4A及び図4BにC(カーボン)の燃焼性能試験の結果を示す。なお、図4は本実施形態に係る排ガス処理用触媒及び比較例に係る排ガス処理用触媒におけるC(カーボン)の燃焼開始温度及び燃焼温度を示すグラフであり、図4Aは試験体の重量が10%減少した時の温度で、図4Bは試験体の重量が50%減少した時の温度である。なお、図4A及び図4Bに示す性能評価結果は、触媒粉末に対してC(カーボン)を10重量%混合し、TG−DTA(Thermogravimetric−Differential Thermal Analysis)により、昇温中の重量変化データを取得した結果である。
本実施形態に係る排ガス処理用触媒(試験体)としては、一般式ABO3で表されるペロブスカイト型構造において、Aサイトの金属元素がLa及びSrを含む二種の元素であり、Bサイトの金属元素がMnを含む一種の元素であるペロブスカイト複合酸化物と、Agとを含有する触媒(Ag0.1(La0.5Sr0.5)0.9MnO3)を用いた。比較例に係る排ガス処理用触媒(試験体)としては、従来用いられていたPt系触媒として、Al2O3に2重量%のPtを担持させた触媒(2wt%Pt/Al2O3)を用いた。
4A and 4B show the results of the C (carbon) combustion performance test. FIG. 4 is a graph showing the combustion start temperature and combustion temperature of C (carbon) in the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment and the exhaust gas treatment catalyst according to the comparative example, and FIG. FIG. 4B shows the temperature when the weight of the specimen is reduced by 50%. The performance evaluation results shown in FIGS. 4A and 4B are obtained by mixing 10 wt% of C (carbon) with the catalyst powder, and using TG-DTA (Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis) to obtain weight change data during the temperature rise. It is the acquired result.
As the exhaust gas treatment catalyst (test body) according to the present embodiment, in the perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , the metal element at the A site is two kinds of elements including La and Sr. and perovskite composite oxide metal element is an element of the kind comprising Mn, using a catalyst (Ag0.1 (La0.5Sr0.5) 0.9MnO 3) containing a Ag. Exhaust gas treatment catalyst according to Comparative Example The (specimen), the Pt-based catalyst which has been conventionally used, catalyst supported with 2 wt% Pt on Al 2 O 3 (2wt% Pt / Al 2 O 3) Was used.
図4A及び図4Bに示すように、本実施形態に係る排ガス処理用触媒(Ag0.1(La0.5Sr0.5)0.9MnO3)は、Al2O3に2重量%のPtを担持させた触媒(2wt%Pt/Al2O3)に比べて燃焼温度が低い。すなわち、比較例に比べて優れたPM燃焼性能を示すことがわかる。 As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the exhaust gas treatment catalyst (Ag0.1 (La0.5Sr0.5) 0.9MnO 3 ) according to this embodiment has 2% by weight of Pt supported on Al 2 O 3. The combustion temperature is lower than that of the catalyst (2 wt% Pt / Al 2 O 3 ). That is, it can be seen that the PM combustion performance is superior to that of the comparative example.
上記したように、本実施形態に係る排ガス処理用触媒によれば、この排ガス処理用触媒は、粒子状物質(PM)の燃焼性能に優れていることから、例えばDPFの強制再生時に、PMを効果的に燃焼させて除去することが可能である。これに加えて、DPFを強制再生するための温度を低温下することができる。またDPFの強制再生時の温度を低くできることから、高コストな耐熱材料が不要となり、且つ、PM燃焼時における過昇温のリスクを低減できる。さらに、上記排ガス処理用触媒によれば、NOに対する高い酸化性能(NO2生成特性)も得られる。一般的にC(カーボン)は、O2(酸素)による燃焼と比較してNO2(二酸化窒素)による燃焼の方が燃焼温度が低いことが知られている。これにより、この排ガス処理用触媒を用いた排ガス処理装置は通常運転時の連続再生によってDPF強制再生の間隔を長期化することも可能となり、燃費の向上が図れる。さらにまた、未燃炭素分(HC)及び一酸化炭素(CO)の酸化活性も高く維持できるので、排ガス中に含まれる各種の有害物質を効果的に除去可能となる。 As described above, according to the exhaust gas treatment catalyst according to this embodiment, the exhaust gas treatment catalyst is excellent in the combustion performance of particulate matter (PM). It can be burned and removed effectively. In addition to this, the temperature for forcibly regenerating the DPF can be lowered. Moreover, since the temperature at the time of forced regeneration of DPF can be lowered, an expensive heat-resistant material becomes unnecessary, and the risk of excessive temperature rise during PM combustion can be reduced. Furthermore, according to the exhaust gas treatment catalyst, high oxidation performance (NO 2 generation characteristics) for NO can be obtained. In general, it is known that C (carbon) has a lower combustion temperature in combustion with NO 2 (nitrogen dioxide) than combustion with O 2 (oxygen). As a result, the exhaust gas treatment apparatus using the exhaust gas treatment catalyst can extend the DPF forced regeneration interval by continuous regeneration during normal operation, thereby improving fuel efficiency. Furthermore, since the oxidation activity of unburned carbon (HC) and carbon monoxide (CO) can be maintained high, various harmful substances contained in the exhaust gas can be effectively removed.
また、本実施形態に係る排ガス処理用触媒によれば、低い比表面積であっても高い触媒性能を得ることができる。ここで、図5に、触媒の基本物性として比表面積のデータを示す。なお、これらの比表面積は、各触媒のハニカムへコートする前の触媒粉末のデータである。例えば、比較例である2wt%Pt/Al2O3(Pt系触媒)の比表面積は111m2/gである。また、比較例である5wt%Ag/Al2O3の比表面積は110m2/gである。これに対して、本実施形態に係る排ガス処理用触媒のAg0.1(La0.5Sr0.5)0.9MnO3は19m2/gであり、5wt%Ag/La0.5Sr0.5)0.9MnO3は24m2/gである。このように、本実施形態に係る排ガス処理用触媒は、Pt系触媒等に比べて非常に低い比表面積であるが、図1,図2、図4A及び図4Bに示すように高い性能を示す。さらに、本実施形態に係る排ガス処理用触媒は、高比表面積の担体にコートしてもよく、これにより更なる触媒の高性能化が図れるものである。 Moreover, according to the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment, high catalyst performance can be obtained even with a low specific surface area. Here, FIG. 5 shows specific surface area data as basic physical properties of the catalyst. These specific surface areas are data of the catalyst powder before coating the honeycomb of each catalyst. For example, the specific surface area of 2 wt% Pt / Al 2 O 3 (Pt catalyst) as a comparative example is 111 m 2 / g. Moreover, the specific surface area of 5 wt% Ag / Al 2 O 3 as a comparative example is 110 m 2 / g. In contrast, Ag 0.1 (La 0.5 Sr 0.5 ) 0.9 MnO 3 of the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment is 19 m 2 / g, and 5 wt% Ag / La 0.5 Sr 0.5 ) 0.9 MnO 3 is 24 m 2 / g. As described above, the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment has a very low specific surface area as compared with the Pt-based catalyst or the like, but exhibits high performance as shown in FIGS. 1, 2, 4A and 4B. . Furthermore, the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment may be coated on a carrier having a high specific surface area, thereby further improving the performance of the catalyst.
次に、本実施形態に排ガス処理用触媒の製造方法について説明する。
図6は一実施形態に係る排ガス処理用触媒の製造方法の手順を示すフローチャートである。図6に示す例では、Agの添加方法として、ペロブスカイト複合酸化物を調製する際にAgも溶液として混合する場合を示している。
Next, the manufacturing method of the exhaust gas treatment catalyst will be described in this embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of a method for manufacturing an exhaust gas treatment catalyst according to an embodiment. In the example shown in FIG. 6, as a method for adding Ag, Ag is also mixed as a solution when preparing a perovskite composite oxide.
一実施形態では、図6に示すステップS1において、ペロブスカイト複合酸化物を構成するためのA金属硝酸塩水溶液及びB金属硝酸塩水溶液と、硝酸銀水溶液とを混合して、触媒溶液を調製する。ここで、A金属硝酸塩水溶液とは、ペロブスカイト複合酸化物のAサイト元素を含む硝酸塩に水を加えて生成される。本実施形態にてAサイトの金属元素はLaとSrを含む。B金属硝酸塩水溶液とは、ペロブスカイト複合酸化物のBサイト元素を含む硝酸塩に水を加えて生成される。本実施形態にてBサイトの金属元素はMnを含む。 In one embodiment, in step S1 shown in FIG. 6, an A metal nitrate aqueous solution and a B metal nitrate aqueous solution for forming a perovskite complex oxide are mixed with an aqueous silver nitrate solution to prepare a catalyst solution. Here, the A metal nitrate aqueous solution is formed by adding water to a nitrate containing the A site element of the perovskite complex oxide. In the present embodiment, the metal element at the A site contains La and Sr. The B metal nitrate aqueous solution is formed by adding water to a nitrate containing the B site element of the perovskite complex oxide. In this embodiment, the metal element at the B site contains Mn.
次に、上記調製した触媒溶液にグリシンを添加して、ステップS2で撹拌する。ステップS2の撹拌時間は、例えば30分とする。なお、グリシンの添加量は、全金属イオンモル数の略8倍である。そして、ステップS3で、例えばヒータ付のマグネットスターラーを用いて、触媒溶液を濃縮する。さらに、ステップS4では、ステップS3で濃縮した触媒溶液を乾燥させる。ステップS4では、例えば90℃〜265℃の間で約3日間乾燥させる。ステップS5では、触媒溶液を乾燥させて生成した触媒原料を乳鉢で混合する。そして、ステップS6において、触媒原料を500℃以上900℃以下の温度で焼成する。ステップS6では、例えば600℃、700℃、800℃というように段階的に触媒原料の温度を上げていってもよい。また、焼成時間は略4時間である。 Next, glycine is added to the catalyst solution prepared above and stirred in step S2. The stirring time in step S2 is, for example, 30 minutes. The amount of glycine added is approximately 8 times the total number of metal ion moles. In step S3, the catalyst solution is concentrated using, for example, a magnet stirrer with a heater. In step S4, the catalyst solution concentrated in step S3 is dried. In step S4, for example, drying is performed at 90 ° C. to 265 ° C. for about 3 days. In step S5, the catalyst raw material produced by drying the catalyst solution is mixed in a mortar. And in step S6, a catalyst raw material is baked at the temperature of 500 degreeC or more and 900 degrees C or less. In step S6, the temperature of the catalyst raw material may be raised stepwise, for example, 600 ° C, 700 ° C, 800 ° C. The firing time is approximately 4 hours.
図7Aは他の実施形態に係る排ガス処理用触媒の製造方法の手順の一部(担体の製造)を示すフローチャートであり、図7Bは他の実施形態に係る排ガス処理用触媒の製造方法の手順の一部(担体へのAg担持)を示すフローチャートである。図7に示す例では、Agの添加方法として、ペロブスカイト複合酸化物を調製した後に、ペロブスカイト複合酸化物を担体としてAgを含浸担持させる場合を示している。 FIG. 7A is a flowchart showing a part of a procedure (manufacturing of a carrier) of a method for manufacturing an exhaust gas treatment catalyst according to another embodiment, and FIG. 7B is a procedure of a method of manufacturing an exhaust gas treatment catalyst according to another embodiment. It is a flowchart which shows a part of (Ag carrying | support to a support | carrier). In the example shown in FIG. 7, as a method for adding Ag, after the perovskite composite oxide is prepared, Ag is impregnated and supported using the perovskite composite oxide as a support.
一実施形態では、図7Aに示すステップS11において、ペロブスカイト複合酸化物を構成するためのA金属硝酸塩水溶液及びB金属硝酸塩水溶液とを混合して、担体溶液を調製する。ここで、A金属硝酸塩水溶液とは、ペロブスカイト複合酸化物のAサイト元素を含む硝酸塩に水を加えて生成される。本実施形態にてAサイトの金属元素はLaとSrを含む。B金属硝酸塩水溶液とは、ペロブスカイト複合酸化物のBサイト元素を含む硝酸塩に水を加えて生成される。本実施形態にてBサイトの金属元素はMnを含む。 In one embodiment, in step S11 shown in FIG. 7A, an A metal nitrate aqueous solution and a B metal nitrate aqueous solution for forming a perovskite composite oxide are mixed to prepare a carrier solution. Here, the A metal nitrate aqueous solution is formed by adding water to a nitrate containing the A site element of the perovskite complex oxide. In the present embodiment, the metal element at the A site contains La and Sr. The B metal nitrate aqueous solution is formed by adding water to a nitrate containing the B site element of the perovskite complex oxide. In this embodiment, the metal element at the B site contains Mn.
次に、上記調製した担体溶液にグリシンを添加して、ステップS12で撹拌する。ステップS12の撹拌時間は、例えば30分とする。なお、グリシンの添加量は、全金属イオンモル数の略8倍である。そして、ステップS13で、例えばヒータ付のマグネットスターラーを用いて、担体溶液を濃縮する。さらに、ステップS14では、ステップS13で濃縮した担体溶液を乾燥させる。ステップS14では、例えば90℃〜265℃の間で約3日間乾燥させる。ステップS15では、担体溶液を乾燥させて生成した担体原料を乳鉢で混合する。そして、ステップS16において、担体原料を500℃以上900℃以下の温度で焼成する。ステップS16では、例えば600℃、700℃、800℃というように段階的に担体原料の温度を上げていってもよい。焼成時間は略4時間である。こうしてペロブスカイト複合酸化物を主成分とする担体が製造される。 Next, glycine is added to the prepared carrier solution and stirred in step S12. The stirring time in step S12 is, for example, 30 minutes. The amount of glycine added is approximately 8 times the total number of metal ion moles. In step S13, the carrier solution is concentrated using, for example, a magnet stirrer with a heater. In step S14, the carrier solution concentrated in step S13 is dried. In step S14, for example, the film is dried at 90 ° C. to 265 ° C. for about 3 days. In step S15, the carrier raw material produced by drying the carrier solution is mixed in a mortar. In step S16, the carrier material is fired at a temperature of 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. In step S16, the temperature of the carrier material may be raised stepwise, for example, 600 ° C., 700 ° C., and 800 ° C. The firing time is approximately 4 hours. In this way, a carrier mainly composed of perovskite complex oxide is produced.
次いで、図7Aで製造した担体にAgを担持させる。
図7Bに示すステップS21において、担体を硝酸銀水溶液に含浸させ、混合する。そして、ステップS22で、硝酸銀水溶液に含浸させた担体を乾燥し、触媒原料を生成する。ステップS22では、例えば硝酸銀水溶液に含浸させた担体を80℃〜100℃の温度範囲で1〜2時間乾燥させる。続いて、ステップS23で触媒原料を乳鉢で混合した後、ステップS24で触媒原料を焼成する。ステップS24では、400℃〜600℃で略5時間焼成する。
なお、本実施形態に係る排ガス処理用触媒の製造方法は、上記条件に限定されるものではない。
Next, Ag is supported on the carrier manufactured in FIG. 7A.
In step S21 shown in FIG. 7B, the carrier is impregnated with an aqueous silver nitrate solution and mixed. In step S22, the carrier impregnated with the aqueous silver nitrate solution is dried to produce a catalyst raw material. In step S22, for example, a support impregnated with an aqueous silver nitrate solution is dried at a temperature range of 80 ° C. to 100 ° C. for 1 to 2 hours. Then, after mixing a catalyst raw material with a mortar at step S23, a catalyst raw material is baked at step S24. In step S24, baking is performed at 400 ° C. to 600 ° C. for approximately 5 hours.
In addition, the manufacturing method of the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment is not limited to the above conditions.
図8A〜図8Cは、図6で製造した排ガス処理用触媒(Ag0.1(La0.5Sr0.5)0.9MnO3)と、図7A及び図7Bで製造した排ガス処理用触媒(5wt%Ag/La0.5Sr0.5MnO3)の性能に関する試験結果である。ここで、図8Aは本実施形態に係る排ガス処理用触媒のCO浄化率(100×(1−触媒出口CO濃度/触媒入口CO濃度))を示すグラフで、図8Bは本実施形態に係る排ガス処理用触媒のNO2生成率を示すグラフで、図8Cは本実施形態に係る排ガス処理用触媒のC3H6(100×(1−触媒出口C3H6濃度/触媒入口C3H6濃度))浄化率を示すグラフである。
なお、図8は、以下に示す製造方法によって製造された触媒を用いて性能評価を行った結果を示している。
まず、すべて焼成した触媒粉末に対して、溶媒とバインダーを加え、ボールミルを用いて調製して混合し、スラリー化する。そして、このスラリーをハニカム状の基材の表面に塗布し、ハニカム型触媒を製造する。図8に示すグラフは、このハニカム型触媒に、空気中760℃100時間の熱処理を加えて、加速的に触媒を熱劣化させた状態での性能評価結果である。
図8A〜図8Cに示すように、CO、C3H6の何れの浄化率及びNO2生成率においても、図7A及び図7Bで製造した排ガス処理用触媒(5wt%Ag/La0.5Sr0.5MnO3)と比較して、図6で製造した排ガス処理用触媒(Ag0.1(La0.5Sr0.5)0.9MnO3)の方が高い値を示している。すなわち、図6の製造方法のように、ペロブスカイト複合酸化物を調製する際にAgも溶液として混合して製造した排ガス処理用触媒の方が、各種の有害物質に対する浄化率が高いことがわかる。これは、ペロブスカイト構造の格子内にAgが取り込まれて、耐熱性の低いAgのシンタリングを抑制し、Agが高分散に存在するために高い性能を示すと推測される。したがって、各種の有害物質に対する浄化率の観点からは図6に示す製造方法、及び図6の製造方法で製造された排ガス処理用触媒が優れていると言える。但し、図7A及び図7Bに示す製造方法は、既存のペロブスカイト複合酸化物を用いることができるため、有用であることに変わりはない。
FIGS. 8A to 8C show the exhaust gas treatment catalyst (Ag0.1 (La0.5Sr0.5) 0.9MnO 3 ) produced in FIG. 6 and the exhaust gas treatment catalyst (5 wt% Ag produced in FIGS. 7A and 7B). It is the test result regarding the performance of /La0.5Sr0.5MnO 3 ). Here, FIG. 8A is a graph showing the CO purification rate (100 × (1−catalyst outlet CO concentration / catalyst inlet CO concentration)) of the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment, and FIG. 8B is the exhaust gas according to the present embodiment. FIG. 8C is a graph showing the NO 2 production rate of the catalyst for treatment, and FIG. 8C shows C 3 H 6 (100 × (1−catalyst outlet C 3 H 6 concentration / catalyst inlet C 3 H 6) of the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment. Concentration)) is a graph showing the purification rate.
In addition, FIG. 8 has shown the result of having performed performance evaluation using the catalyst manufactured with the manufacturing method shown below.
First, a solvent and a binder are added to all the calcined catalyst powder, and the mixture is prepared and mixed using a ball mill to form a slurry. And this slurry is apply | coated to the surface of a honeycomb-shaped base material, and a honeycomb type catalyst is manufactured. The graph shown in FIG. 8 is a performance evaluation result in a state in which heat treatment at 760 ° C. for 100 hours in air is applied to the honeycomb type catalyst and the catalyst is thermally deteriorated at an accelerated rate.
As shown in FIG. 8A to FIG. 8C, the exhaust gas treatment catalyst (5 wt% Ag / La0.5Sr0.5) produced in FIGS. 7A and 7B was obtained at any purification rate and NO 2 production rate of CO and C 3 H 6 . Compared with 5MnO 3 ), the exhaust gas treatment catalyst (Ag0.1 (La0.5Sr0.5) 0.9MnO 3 ) produced in FIG. 6 shows a higher value. That is, it can be seen that the exhaust gas treatment catalyst produced by mixing Ag as a solution when preparing the perovskite complex oxide as in the production method of FIG. 6 has a higher purification rate against various harmful substances. This is presumed that Ag is incorporated into the lattice of the perovskite structure, suppresses sintering of Ag having low heat resistance, and exhibits high performance because Ag exists in high dispersion. Therefore, it can be said that the production method shown in FIG. 6 and the exhaust gas treatment catalyst produced by the production method of FIG. 6 are excellent from the viewpoint of the purification rate for various harmful substances. However, the manufacturing method shown in FIGS. 7A and 7B is still useful because an existing perovskite composite oxide can be used.
ここで、本実施形態に係る排ガス処理用触媒を用いた排ガス処理装置の構成を例示する。
図9は、それぞれ、本実施形態に係る排ガス処理装置20の構成例を示す図である。なお、ここではディーゼルエンジンに用いられる排ガス処理装置20について説明するが、この排ガス処理装置20はガスエンジンや燃焼器等の他の機器に用いられてもよい。ディーゼルエンジンの排ガスには、例えば、HC、CO、NOx、PMが含まれている。
Here, the configuration of the exhaust gas treatment apparatus using the exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment will be exemplified.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the exhaust
図9は本実施形態に係る排ガス処理装置及びその周辺機器の構成例を示す図である。
最初に、本実施形態に係る排ガス処理装置20の周辺機器の構成について説明する。
幾つかの実施形態において、図9に示すエンジン8への給気機構1は、給気を取り込むための吸気管2と、給気を冷却するためのエアクーラ4と、給気量を調節するためのスロットルバルブ6とを有している。また、吸気管2には、コンプレッサ3a及びタービン3bを含むターボチャージャ3が設けられてもよい。このターボチャージャ3は、給気流量を運転条件によって可変にできる可変容量型のターボチャージャであってもよい。さらに、給気機構1は、エンジン8の排ガスの一部を給気入口側へ返送するためのEGR管10を有していてもよい。この場合、EGR管10には、EGRを冷却するための排ガス再循環クーラ12と、EGRの返送量を調節することによって給気のO2濃度を制御するための排ガス再循環バルブ14とが設けられている。
エンジン8は、給気が供給されるエンジン本体81と、エンジン本体81に燃料を供給するための燃料噴射装置82とを有している。エンジン8から排出される排ガスは、一部がEGR管10を介して給気側へ返送され、他の排ガスは排気管21を介して排ガス処理装置20に送られる。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the exhaust gas treatment apparatus and its peripheral devices according to the present embodiment.
First, the configuration of peripheral devices of the exhaust
In some embodiments, the
The
幾つかの実施形態において、図9に示す排ガス処理装置20は、排ガスに含まれるNOxを除去するためのSCR(Selective Catalytic Reduction)部24を有している。SCR部24は、排ガス中に噴射された尿素水から生成されるアンモニアと窒素酸化物(NOx)との反応を促進させるSCR触媒と、このSCR触媒を排気管21の内部に支持する支持機構とを含む。SCR部24の排ガス流れ方向上流側には、脱硝に用いられる尿素水を供給するための尿素水供給機構22が設けられている。尿素水供給機構22は、尿素水が蓄えられた尿素水タンク22bと、尿素水タンク22bから排ガス中に尿素水を噴霧する尿素水噴霧ノズル22aとを含む。
In some embodiments, the exhaust
一実施形態では、SCR部24又はSCR部24より排ガス流れ方向上流側に、本実施形態に係る排ガス処理用触媒25が設けられる。SCR部24に排ガス処理用触媒25を設ける場合、SCR触媒より上流側に配置することが好ましい。また、SCR部24より排ガス流れ方向上流側に排ガス処理用触媒25を設ける場合、排気管21の内部に排ガス処理用触媒25を支持するための支持機構を用いてもよい。
この排ガス処理装置20に設けられる排ガス処理用触媒25は、上述したように、ペロブスカイト複合酸化物とAgとを含有した構成を有する。すなわち、排ガス処理用触媒25は、一般式ABO3で表されるペロブスカイト型構造において、Aサイトの金属元素がLa及びSrを含む二種以上の元素であり、Bサイトの金属元素がMnを含む一種以上の元素であるペロブスカイト複合酸化物と、Agとを含有する。また、排ガス処理用触媒25は、ペロブスカイト複合酸化物に対するAgのモル比が0.05以上0.2以下であってもよい。さらには、排ガス処理用触媒25は、ペロブスカイト複合酸化物に対するAgのモル比が0.1であってもよい。また、排ガス処理用触媒25は、ペロブスカイト複合酸化物に対するLaとSrとAgのモル比の総和が1であってもよい。さらには、排ガス処理用触媒25は、La及びSrが同一のモル比であってもよい。さらにまた、排ガス処理用触媒25は、ペロブスカイト複合酸化物を担体とし、担体にAgが担持された構造を有してもよい。
In one embodiment, the exhaust
As described above, the exhaust
このような構成を有する排ガス処理装置20では、尿素水供給機構22によって排気管21内に噴射された尿素水は排ガスの熱によりアンモニア(NH3)となり、排ガスとともにSCR部24に流入する。SCR部24では、SCR触媒の存在下で排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)がアンモニアと反応することによって、窒素酸化物が窒素と水に分解され、排ガス中の窒素酸化物を低減するようになっている。具体的には、上述の式(1)〜(3)に示す化学反応により、窒素酸化物が還元される。
In the exhaust
ここで、上述したように本実施形態では、SCR触媒と略同じ位置又はSCR触媒より排ガス流れ方向上流側に排ガス処理用触媒25が設けられている。排ガス処理用触媒25は優れたNO2生成特性を示すので、排ガス中のNO2含有率が高くなり、下流側のSCR触媒における脱硝性能を向上させることができる。さらに排ガス処理用触媒25は優れたC3H8浄化性能を示すので、下流側のSCR触媒のHC被毒を低減することが可能である。すなわち、SCR触媒と略同じ位置又はSCR触媒より排ガス流れ方向上流側に排ガス処理用触媒25が設けられていることによって、SCR触媒が高い脱硝性能を維持しつつ、NH3スリップ量も低減できる。
Here, as described above, in the present embodiment, the exhaust
以下、図10A〜図10Cを参照して、本実施形態に係る排ガス処理用触媒を用いた排ガス処理装置の他の構成例について説明する。なお、図10A〜図10Cは、それぞれ、本実施形態に係る排ガス処理装置の他の構成例を示す図である。これらの図において、尿素水供給機構22は省略している。
Hereinafter, with reference to FIG. 10A-FIG. 10C, the other structural example of the exhaust gas processing apparatus using the exhaust gas processing catalyst which concerns on this embodiment is demonstrated. In addition, FIG. 10A-FIG. 10C are figures which show the other structural example of the waste gas processing apparatus which concerns on this embodiment, respectively. In these drawings, the urea
図10Aに示す排ガス処理装置20Aは、SCR部24の排ガス流れ方向上流側にDOC(Diesel Oxidation Catalyst)部26が設けられている。DOC部26は、排ガス中の一酸化炭素(CO)やHC(未燃炭化水素)を浄化及び一酸化窒素(NO)を酸化するための酸化触媒と、この酸化触媒を排気管21の内部に支持する支持機構とを含む。一実施形態では、DOC部26に、酸化触媒とは別に上述の排ガス処理用触媒25を設けてもよいし、酸化触媒として上述の排ガス処理用触媒25を設けてもよい。これにより、SCR触媒の高い脱硝性能を維持可能で、且つNH3スリップ量も低減できる。
なお、排ガス処理装置20Aにおいて、上述の排ガス処理用触媒25は、DOC部26以外の部位に設けてもよい。例えば、SCR部24の内部、DOC部26とSCR部24の間の排気管21の内部、DOC部26より上流側の排気管21の内部等に、上述の排ガス処理用触媒25を設けてもよい。また、2つ以上の部位に上述の排ガス処理用触媒25を設けてもよい。
10A, a DOC (Diesel Oxidation Catalyst)
In the exhaust
図10Bに示す排ガス処理装置20Bは、SCR部24の排ガス流れ方向上流側にDPF(Diesel particulate filter)部28が設けられている。DPF部28は、排ガス中の粒子状物質(PM)を除去するためのフィルタを含む。一実施形態では、DPF部28のフィルタに上述の排ガス処理用触媒25を担持させる。これにより、SCR触媒の高い脱硝性能を維持可能で、且つNH3スリップ量も低減できる。
なお、排ガス処理装置20Bにおいて、排ガス処理用触媒25は、DPF部28以外の部位に設けてもよい。例えば、SCR部24の内部、DPF部28とSCR部24の間の排気管21の内部、DPF部28より上流側の排気管21の内部等に、上述の排ガス処理用触媒25を設けてもよい。また、2つ以上の部位に上述の排ガス処理用触媒25を設けてもよい。
10B, a DPF (Diesel particulate filter)
In the exhaust
図10Cに示す排ガス処理装置20Cは、排ガス流れ方向上流側から順に、DOC部26、DPF部28、SCR部24が設けられた構成となっている。DOC部26、DPF部28、SCR部24の各々の構成は上述したので省略する。図10Cには一例として、DPF部28の上述の排ガス処理用触媒25を設けた構成を示している。ただし、排ガス処理用触媒25は、DOC25の内部、SCR24の内部、これらの部位に接続される排気管21の内部のいずれに設けられてもよい。
このような構成を有する排ガス処理装置20Cでは、まずDOC部26を通過する際に排ガス中のCOやHCやNOが酸化され、DPF部28を通過する際に排ガス中のPMが除去される。このとき、DPF部28には上述の排ガス処理用触媒25が設けられているので、ここで排ガス中に残留するCOやHCが酸化されるとともに、排ガス中のNOからNO2が生成される。そして、SCR部24において、排ガス中のNO2がN2まで還元される。
The exhaust
In the exhaust
上記排ガス処理装置20によれば、上述の排ガス処理用触媒25はPMの燃焼性能が高いことから、DPF部28の強制再生時にPMを効果的に燃焼させて除去することが可能であるとともに、DPF部28を強制再生するための温度を低温下することができる。またDPF部28の強制再生時の温度を低くできることから、高コストな耐熱材料が不要となり例えばコージェライトのような安価なDPF基材を用いることができ、且つ、PM燃焼時における過昇温(急激な温度上昇)のリスクを低減できる。さらに、上述の排ガス処理用触媒25によれば、NOに対する高い酸化性能も得られる。この排ガス処理用触媒25を用いた排ガス処理システム20Cは通常運転時の連続再生によってDPF強制再生の間隔を長期化することも可能となり、燃費の向上が図れる。さらにまた、未燃炭素分(HC)及び一酸化炭素(CO)の酸化活性も高く維持できるので、排ガス中に含まれる各種の有害物質を効果的に除去可能となる。
According to the exhaust
以上説明したように、上述の実施形態によれば、粒子状物質(PM)の燃焼性能に優れるとともに、NOに対する高い酸化性能、及び未燃炭素分(HC)及び一酸化炭素(CO)に対する高い酸化性能を有する排ガス処理用触媒を提供できる。 As described above, according to the above-described embodiment, the particulate matter (PM) has excellent combustion performance, high oxidation performance with respect to NO, and high with respect to unburned carbon (HC) and carbon monoxide (CO). An exhaust gas treatment catalyst having oxidation performance can be provided.
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。例えば、図10A〜図10Cでは、ディーゼルエンジンの排ガスを浄化するための排ガス処理装置について説明したが、排ガス処理装置の適用先は、ガスエンジンであってもよいし、燃焼器であってもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the summary of this invention, various improvement and deformation | transformation may be performed. For example, in FIGS. 10A to 10C, the exhaust gas treatment device for purifying exhaust gas from a diesel engine has been described. However, the application destination of the exhaust gas treatment device may be a gas engine or a combustor. .
1 給気機構
2 吸気管
3 ターボチャージャ
4 エアクーラ
6 スロットルバルブ
8 エンジン
10 EGR管
12 排ガス再循環クーラ
14 排ガス再循環バルブ
20,20A〜20C 排ガス処理装置
21 排気管
22 尿素水供給機構
24 SCR部
25 排ガス処理用触媒
26 DOC部
28 DPF部
1
Claims (11)
一般式ABO3で表されるペロブスカイト型構造において、Aサイトの金属元素がLa及びSrを含む二種以上の元素であり、Bサイトの金属元素がMnを含む一種以上の元素であるペロブスカイト複合酸化物と、Agとを含有することを特徴とする排ガス処理用触媒。 An exhaust gas treatment catalyst for purifying harmful substances contained in exhaust gas,
In the perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , the perovskite complex oxidation in which the metal element at the A site is two or more elements including La and Sr, and the metal element at the B site is one or more elements including Mn And a catalyst for exhaust gas treatment, characterized by containing Ag and Ag.
前記排ガスの流路に設けられたSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒と、
前記SCR触媒と略同じ位置又は該SCR触媒より排ガス流れ方向上流側に設けられた請求項1乃至6の何れか一項に記載の排ガス処理用触媒とを備えることを特徴とする排ガス処理装置。 An exhaust gas treatment device that removes at least nitrogen oxides from exhaust gas discharged from an engine,
An SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst provided in the exhaust gas flow path;
An exhaust gas treatment apparatus comprising: the exhaust gas treatment catalyst according to any one of claims 1 to 6 provided at substantially the same position as the SCR catalyst or upstream of the SCR catalyst in the exhaust gas flow direction.
La及びSrを含む金属硝酸塩水溶液と、Mnを含む金属硝酸塩水溶液と、Agを含む金属硝酸塩水溶液とを混合して触媒溶液を調製するステップと、
前記触媒溶液を乾燥させた後、焼成することによって、前記La,前記Sr及び前記Mnを含むペロブスカイト複合酸化物と、前記Agとを含有する排ガス処理用触媒を製造するステップとを備えることを特徴とする排ガス処理用触媒の製造方法。 A method for producing an exhaust gas treatment catalyst for purifying harmful substances contained in exhaust gas,
Mixing a metal nitrate aqueous solution containing La and Sr, a metal nitrate aqueous solution containing Mn, and a metal nitrate aqueous solution containing Ag to prepare a catalyst solution;
The catalyst solution is dried and then calcined to produce an exhaust gas treatment catalyst containing the perovskite complex oxide containing La, Sr and Mn, and Ag. A method for producing an exhaust gas treatment catalyst.
La及びSrを含む金属硝酸塩水溶液と、Mnを含む金属硝酸塩水溶液とを混合して担体溶液を調製するステップと、
前記担体溶液を乾燥させた後、焼成することによって、担体を製造するステップと、
前記担体を、Agを含む金属硝酸塩水溶液に含浸させるステップと、
前記硝酸銀水溶液に含浸された前記担体を乾燥させた後、焼成することによって、前記La,前記Sr及び前記Mnを含むペロブスカイト複合酸化物と、前記Agとを含有する排ガス処理用触媒を製造するステップとを備えることを特徴とする排ガス処理用触媒の製造方法。 A method for producing an exhaust gas treatment catalyst for purifying harmful substances contained in exhaust gas,
Mixing a metal nitrate aqueous solution containing La and Sr and a metal nitrate aqueous solution containing Mn to prepare a carrier solution;
Producing the carrier by drying and then calcining the carrier solution;
Impregnating the carrier with an aqueous metal nitrate solution containing Ag;
A step of producing a catalyst for exhaust gas treatment containing the perovskite composite oxide containing La, Sr and Mn and Ag by drying the support impregnated in the aqueous silver nitrate solution and then firing. And a method for producing an exhaust gas treatment catalyst.
The method for producing a catalyst for exhaust gas treatment according to claim 10, wherein, in the step of producing the carrier, the carrier solution is dried and then calcined at 500 ° C or higher and 900 ° C or lower.
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