JP3826476B2 - Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化用触媒およびその製造方法に関するものであって、とくに自動車用エンジンから排出される排気ガス中のHC、COおよびNOxを同時に除去することができる、低温時および高温時における浄化性能に優れるとともに耐熱性にも優れた排気ガス浄化用触媒およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジンから排出される排気ガスにはHC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)等の大気汚染物質が含まれているので、近年、該排気ガスの規制が世界的に強化されつつある。とくに、大気汚染が大きな社会問題となっている米国カリフォルニア州では、企業平均NMOG規制が導入され、該排気ガスの規制レベルが段階的に強化されてゆく状況にあるが、このような規制に対処するには、LEVあるいはULEVといった低公害車両を市場に導入(1997年〜2000年より段階的に導入)してゆく必要がある。
【0003】
かくして、自動車用エンジンの排気系には、普通、排気ガスを浄化するために、排気ガス浄化用触媒を用いた排気ガス浄化装置(触媒コンバータ)が設けられる。そして、かかる排気ガス浄化用触媒としては、従来より、白金、ロジウム等の貴金属触媒がアルミナ等の多孔性の触媒基材に担持されてなるものが広く用いられている。
【0004】
ところで、このように白金、ロジウム等の貴金属触媒を用いた排気ガス浄化用触媒は、低温時における触媒活性が低いといった難点がある。このため、排気ガス温度が低いとき、例えばエンジンの始動開始直後等においては、排気ガス浄化用触媒の温度が十分には高まらず、エンジンのエミッション性能が悪くなるといった問題がある。そこで、近年、低温時における触媒活性が高いパラジウムを触媒成分として用いた排気ガス浄化用触媒が提案されている(例えば、特開平5−184876号公報、特公平4−72577号公報、特開平1−281144号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒成分としてパラジウムを用いた従来の排気ガス浄化用触媒では、低温時の触媒活性は高いものの、高温時におけるNOx浄化性能が低いといった問題がある。とくに、近年、自動車用エンジンにおいては、エンジン始動開始後に排気ガス浄化用触媒の温度を迅速に高めるために、排気ガス浄化装置が排気通路の上流部分に配置される傾向がある。そして、このように排気ガス浄化装置が排気通路の上流部分に配置されると、通常時には排気ガス浄化用触媒の温度が高くなるので、とくに高温時のNOx浄化性能が一層低くなるとといった問題が生じる。
【0006】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、エンジン始動開始直後等の低温時における排気ガス浄化性能を高めつつ、全体の排気ガス浄化性能を悪化させることなく、とくに高温時におけるNOx浄化性能を高めることができる排気ガス浄化用触媒およびその製造方法を得ることを解決すべき課題ないしは目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
具体的には、上記の課題を解決するためになされた本発明の第1の態様は、パラジウムを担持している排気ガス浄化用触媒において、酸化セリウム(CeO2)と、セリウム(Ce)およびプラセオジム(Pr)の複合酸化物(以下、これを「(Ce,Pr)複合酸化物」または「(Ce,Pr)O2」という)とを含んでいることを特徴とするものである。
【0008】
この排気ガス浄化用触媒においては、触媒成分として低温活性の高いパラジウムが用いられているので、エンジン始動開始直後等の低温時における排気ガス浄化性能が高められる。そして、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物とが、高温時におけるパラジウムの触媒活性を高めるので、高温時における排気ガス浄化性能、とくにNOx浄化性能が高められる。また、高温耐熱性を向上しつつ上記効果を発揮することができる。
なお、本明細書において、単に「排気ガス浄化性能」という場合は、HC、COおよびNOxについての総合的な浄化性能をあらわすものとする。
【0009】
上記排気ガス浄化用触媒においては、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物の重量比が9/1(9:1)以下であることが好ましい。この場合、該排気ガス浄化用触媒の高温時におけるNOx浄化性能が一層高められる。
【0010】
また、上記第1の態様にかかる排気ガス浄化用触媒においては、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物の重量比が7/3(7:3)以上であることが好ましい。このようにすれば、該排気ガス浄化用触媒の高温時におけるCO浄化性能がとくに高められる。
【0011】
さらに、上記第1の態様にかかる排気ガス浄化用触媒においては、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物の重量比が9/1(9:1)〜7/3(7:3)の範囲内にあるのがとくに好ましい。この場合、該排気ガス浄化用触媒の高温時におけるNOx浄化性能およびCO浄化性能がとくに高められるとともに、低温時における排気ガス浄化性能が一層高められる。
【0012】
上記の各排気ガス浄化用触媒においては、(Ce,Pr)複合酸化物中におけるプラセオジムのセリウムに対する割合が3〜50モル%の範囲内にあるのが好ましい。このようにすれば、該排気ガス浄化用触媒のNOx浄化率がとくに高められる。
上記割合は、3〜20モル%の範囲内にあるのがより好ましい。このようにすれば、HCおよびCOに対する低温時の排気ガス浄化性能(例えば、T50温度)が一層高められるとともに、NOx浄化率が一層高められる。
上記割合は、5〜20モル%の範囲内にあるのがさらに好ましい。このようにすれば、NOx浄化率がさらに高められる。
さらに、上記割合は、5〜7モル%の範囲内にあるのが一層好ましい。このようにすれば、HC、COおよびNOxに対する低温時の排気ガス浄化性能(例えば、T50温度)がなお一層高められる。
【0013】
なお、上記排気ガス浄化用触媒において、(Ce,Pr)複合酸化物に代えて、セリウムおよびテルビウム(Tb)の複合酸化物(以下、これを「(Ce,Tb)複合酸化物」または「(Ce,Tb)O2」という)を用いてもよい。この場合も、(Ce,Pr)複合酸化物を用いた排気ガス浄化用触媒の場合とほぼ同等の作用・効果が得られる。
【0014】
また、上記排気ガス浄化用触媒においては、不純物の含有量は1重量%未満であるのが好ましい。この場合、該排気ガス浄化用触媒の排気ガス浄化性能が一層高められる。
【0015】
本発明の第2の態様は、パラジウムを担持している排気ガス浄化用触媒の製造方法において、多孔性の基材にパラジウムを担持させる工程と、パラジウムを担持している上記基材と、酸化セリウムと、セリウムおよびプラセオジムの複合酸化物とを固形分として含むスラリをつくる工程と、該スラリを焼成して排気ガス浄化用触媒とする工程とを含んでいることを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明の第3の態様は、パラジウムを担持している排気ガス浄化用触媒の製造方法において、多孔性の基材と酸化セリウムとを混合して基材混合物をつくる工程と、上記基材混合物にパラジウムを担持させる工程と、パラジウムを担持している上記基材混合物と、セリウムおよびプラセオジムの複合酸化物とを固形分として含むスラリをつくる工程と、上記スラリを焼成して排気ガス浄化用触媒とする工程とを含んでいることを特徴とするものである。
【0017】
本発明の第2または第3の態様にかかる製造方法によれば、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物とを含み、パラジウムを触媒成分とする排気ガス浄化用触媒が容易に得られる。そして、このようにして製造された排気ガス浄化用触媒においては、触媒成分として含まれているパラジウムによってエンジン始動開始直後等の低温時における排気ガス浄化性能が高められる一方、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物とによって高温時における排気ガス浄化性能とくにNOx浄化性能が高められる。
【0018】
上記の各製造方法においては、(Ce,Pr)複合混合物を、セリウムの硝酸塩水溶液とプラセオジムの硝酸塩水溶液とを共沈させてつくるのが好ましい。この場合、該(Ce,Pr)複合酸化物中におけるセリウムとプラセオジムの割合の調整ないしは設定が容易となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図2に示すように、自動車用エンジン(図示せず)の排気ガスを大気に排出するための排気系1には排気ガス浄化装置2が介設され、この排気ガス浄化装置2内には、排気ガス中のHC、CO、NOx等の大気汚染物質をH2O、CO2、N2等に分解して浄化するための排気ガス浄化用触媒3が充填されている。また、エンジンは、エンジン始動開始直後は所定期間だけ空燃比を理論空燃比(A/F=14.7)よりもリッチ(A/F=13〜14)に設定し、所定期間経過後は、空燃比を理論空燃比に設定するように、O2フィードバック制御を実行する。
【0020】
ここで、排気ガス浄化装置2は、排気系1の上流部分すなわち排気マニホールドに介設されている。すなわち、この排気ガス浄化装置2は、いわゆる直結タイプの排気ガス浄化装置である。したがって、排気ガス浄化装置2に導入される排気ガス温度は比較的高くなり、エンジン始動開始直後等において排気ガス浄化用触媒3の昇温が促進され、その排気ガス浄化性能が高められる。反面、通常運転時における排気ガス浄化用触媒の温度が高くなる傾向があるので、高温時における排気ガス浄化性能の向上が必要とされる。
【0021】
図1に示すように、排気ガス浄化用触媒3においては、耐熱性に優れた担体材料であるコージェライトでつくられたハニカム状の担体4上に、触媒担持層5が形成(固定)されている。ここでは担体材料としてコージェライトを用いているが、担体材料がコージェライトに限定されるものではないのはもちろんである。
なお、この排気ガス浄化用触媒3においては、担体4の上に単一の触媒担持層5が形成されているだけであるが、この触媒担持層5の外側もしくは内側または両側に別の触媒担持層が形成されてもよい。
【0022】
触媒担持層5は、基本的には、触媒成分(活性種)であるパラジウムが、基材である多孔性のγ−アルミナ(γ−Al2O3)に担持されてなる構造とされている。そして、この触媒担持層5には助触媒(OSC:酸素貯蔵剤)として酸化セリウム(セリア)と(Ce,Pr)複合酸化物とが含まれている。この(Ce,Pr)複合酸化物中においては、セリウムとプラセオジムとが化学的な結合関係を有し、結晶化している。ここで、セリウムとプラセオジムの比率は任意に設定することができる。すなわち、該(Ce,Pr)複合酸化物の化学式を、(Ce1-x,Prx)O2であらわせば、xの値を0〜1の範囲内で任意に設定することができることになる。なお、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物とは物理的に混合されているだけであり、両者間に化学的な結合関係は存在しない。
【0023】
以下、かかる排気ガス浄化用触媒3の製造方法を説明する。すなわち、この排気ガス浄化用触媒3は、次の各工程を経て製造される。
(1)γ−アルミナの熱処理
純粋なγ−アルミナの粉末を900℃の空気中に50時間さらし、該γ−アルミナに対して熱処理を行う。これにより、γ−アルミナの熱安定性が向上する。
【0024】
(2)パラジウムの担持
熱処理されたγ−アルミナと酸化セリウム粉末とを物理的に混合した後、この混合物に活性種であるパラジウム化合物(例えば、ジニトロジアミンパラジウム)の水溶液を滴下して含浸させ、この後該混合物を乾燥させる。かくして、触媒成分(活性種)であるパラジウムがγ−アルミナおよび酸化セリウムによって担持されてなるパラジウム担持粉末が得られる。
【0025】
(3)(Ce,Pr)複合酸化物の合成
セリウムの硝酸塩水溶液とプラセオジムの硝酸塩水溶液とを混合した後、この混合物にアンモニアを加えて共沈を起こさせる。そして、この沈殿物を洗浄し、さらに乾燥させた後、600℃程度の温度で焼成する。これにより、(Ce,Pr)複合酸化物粉末が得られる。この(Ce,Pr)複合酸化物中におけるセリウムとプラセオジムのモル比率は、およそ(99.9〜70):(0.1〜30)の範囲内に設定されるのが好ましい。
【0026】
(4)ウォッシュコート用スラリの調製
上記パラジウム担持粉末と上記(Ce,Pr)複合酸化物粉末と水とバインダ(例えば、水和アルミナ)とを混合してウォッシュコート用スラリを調製する。このウォッシュコート用スラリにおいては、酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物の重量比は、所定の範囲内、例えば9/1(9:1)〜7/3(7:3)の範囲内に設定される。
【0027】
(5)担体へのウォッシュコート
コージェライトからなるハニカム状の担体を上記ウォッシュコート用スラリに浸漬し、この後余分なスラリを吹き飛ばす。かくして、担体がウォッシュコート用スラリによってコーティングされる。そして、このようにコーティングされた担体を150℃程度の温度で乾燥させ、さらにこの後500℃の温度で2時間程度焼成する。これにより、排気ガス浄化用触媒が完成する。この排気ガス浄化用触媒において、担体に対する担持量は、担体重量の33〜40%に設定されている。
【0028】
以下、このようにして製造された本発明にかかる排気ガス浄化用触媒(本案)の浄化性能を測定した結果を、比較のために従来の製造方法により製造された排気ガス浄化用触媒(比較例)のそれと対比しつつ説明する。
なお、比較例である排気ガス浄化用触媒は、助触媒として酸化セリウムのみを用いて、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒の場合と同様の製造方法で製造されたものである。酸化セリウムの重量は、上記の実施の形態(本案)の場合と同様である。
【0029】
この両排気ガス浄化用触媒の排気ガス浄化性能の評価(活性評価)は、常圧固定床流通式反応装置を用いて、次のような条件で行った。
すなわち、浄化すべき排気ガスとしては、空燃比A/Fが14.7±0.9(1Hz)である混合気に対応する排気ガスと等価である、次のような組成のモデルガスを用いた。また、反応装置内における該モデルガスの空間速度は、60000h-1とした。
<モデルガスの組成>
プロピレン:1665ppmc H2 :0.2%
NOx :0.1% O2 :0.6%
CO :0.6% CO2:13.9%
N2 :balance
【0030】
図3に、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒(本案)および比較例である従来の排気ガス浄化用触媒の熱処理後における、HC、COおよびNOxについてのT50温度の測定値を示す。なお、両触媒の熱処理は、高温耐熱性を確認するために、これらを1000℃の空気中に24時間さらすことにより行った。
ここでT50温度とは、HC、COまたはNOxの浄化率が50%となるときの排気ガス入口温度[℃]である。つまり、T50温度は該排気ガス浄化用触媒の低温時における排気ガス浄化性能ないしは低温活性を評価するための指標であり、T50温度が低いものほど低温時における排気ガス浄化性能ないしは低温活性が高いことになる。
【0031】
また、図4に、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒(本案)および比較例である従来の排気ガス浄化用触媒の熱処理後における、400℃および500℃でのNOx浄化率の測定値を示す。なお、両触媒の熱処理は、高温耐熱性を確認するために、これらを1000℃の空気中に24時間さらすことにより行った。
【0032】
図3に示すように、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒では、比較例である従来の排気ガス浄化用触媒に比べて、COおよびNOxについてのT50温度は明らかに低くなっており、またHCについてのT50温度はほぼ同等となっている。したがって、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒は、従来の排気ガス浄化用触媒に比べて、低温時における排気ガス浄化性能ないしは低温活性が優れている。
【0033】
また、図4に示すように、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒では、比較例である従来の排気ガス浄化用触媒に比べて、400℃および500℃におけるNOx浄化率がいずれも明らかに高くなっている。したがって、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒は、従来の排気ガス浄化用触媒に比べて、高温時におけるNOx浄化性能が優れている。つまり、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒は、低温時における排気ガス浄化性能と高温時におけるNOx浄化性能とを両立させることができるものである。
なお、この排気ガス浄化用触媒においては、不純物の含有量は1重量%未満であるのが好ましい。この場合、該排気ガス浄化用触媒の排気ガス浄化性能が一層高められる。
【0034】
ところで、前記の本発明にかかる排気ガス浄化用触媒(以下、これを「本案排気ガス浄化用触媒」という)においては、助触媒として、(Ce,Pr)複合酸化物を用いている。しかしながら、該複合酸化物において、該プラセオジムをプラセオジム以外の他の希土類元素(X)に置き換えた場合でも同様の作用・効果が得られる可能性がある。そこで、セリウムおよびかかる希土類元素の複合酸化物(以下、これを「(Ce,X)複合酸化物」という)を助触媒として用いた種々の排気ガス浄化用触媒をつくり、該排気ガス浄化用触媒の排気ガス浄化性能を調べた。
【0035】
図5〜図7に、それぞれ、希土類元素(X)としてイットリウム(Y)、ランタン(La)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユーロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)またはイッテルビウム(Yb)を用いた場合における、(Ce,X)複合酸化物を含む排気ガス浄化用触媒の、HC、NOxおよびCOについての、T50温度およびC400温度の実測値を示す。なお、図5〜図7には、比較のため、かかる複合酸化物を含まない2種の従来の排気ガス浄化用触媒(比較例Aおよび比較例B)の、HC、NOxおよびCOについての、T50温度およびC400浄化率の実測値も示している。
上記の(Ce,X)複合酸化物を含む排気ガス浄化用触媒ならびに比較例AおよびBの性状は、以下のとおりである。
すなわち、本案排気ガス浄化用触媒は、前記のとおり、(Ce,Pr)複合酸化物、酸化セリウム、パラジウムおよびアルミナを含んでいるが、(Ce,X)複合酸化物を含む排気ガス浄化用触媒は、本案排気ガス浄化用触媒中の(Ce,Pr)複合酸化物を同量の(Ce,X)複合酸化物で置き換えたものである。したがって、本案排気ガス浄化用触媒と(Ce,X)複合酸化物を含む排気ガス浄化用触媒とは、複合酸化物(希土類元素の種類は異なるが)と酸化セリウムとパラジウムとアルミナとを同じ量含んでいることになる。
そして、比較例AおよびBは、いずれも、(Ce,X)複合酸化物を含む排気ガス浄化用触媒のXをセリウムで置き換えたもの、つまり本案排気ガス浄化用触媒中の(Ce,Pr)複合酸化物を、該複合酸化物に相当する量の酸化セリウム(CeO2)で置き換えたものである。ただし、(Ce,Pr)複合酸化物と置き換える酸化セリウムの表面積は、比較例Aでは100m2/gであり、比較例Bでは70m2/gである。
【0036】
ここにおいて、C400浄化率とは、排気ガスの入口温度が400℃である場合のHC、CO又はNOxの浄化率[%]である。なお、排気ガスの入口温度が500℃の場合の浄化率は、C500浄化率とよばれる。つまり、C400浄化率は400℃程度の高温時における排気ガス浄化性能を評価するための指標であり、C500浄化率は500℃程度の高温時における排気ガス浄化性能を評価するための指標である。
【0037】
これらの各排気ガス浄化用触媒においては、パラジウム担持量は1.3g/L−catとし、また基材にはγ−アルミナを用いている。そして、これらの複合酸化物を含む排気ガス浄化用触媒において、セリウムと希土類元素のモル比は、7/3としている。すなわち、各希土類元素の元素記号を仮にXであらわせば、各複合酸化物は、(Ce0.7,X0.3)O2であらわされる。また、各排気ガス浄化用触媒の熱処理は、該排気ガス浄化用触媒を1000℃の空気中に24時間さらすことにより行った。なお、処理すべき排気ガスは、空燃比A/Fが14.7±0.9の混合気に対応する排気ガスと等価なモデルガスを用いている。
【0038】
図5〜図7に示すように、種々の複合酸化物の中で、希土類元素としてプラセオジムを用いたものが、総合的にみて最も排気ガス浄化性能が優れているものと考えられる。しかしながら、希土類元素としてテルビウムを用いた場合でも総合的な排気ガス浄化性能、とくに高温でのNOxおよびCOの浄化性能がかなり優れているので、(Ce,Tb)複合酸化物も、排気ガス浄化用触媒の助触媒として用いることができるものと考えられる。
【0039】
以下、排気ガス浄化用触媒の助触媒と用いられる(Ce,Pr)複合酸化物中における、プラセオジムのセリウムに対する好ましい比率を求めるために行った各種実験結果について説明する。
なお、以下において、(Ce,Pr)複合酸化物中におけるプラセオジムのセリウムに対する比率(以下、これを「Pr比率」という)はモル比であらわすことにする。すなわち、このPr比率をxであらわせば、該(Ce,Pr)複合酸化物は(Ce1-x,Prx)O2であらわされることになる。
【0040】
図8に、Pr比率xがそれぞれ異なる(Ce,Pr)複合酸化物を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒(1000°C×24hrの耐久後)における、HC、COおよびNOxについてのT50温度の実測値を示す。
また、図9に、Pr比率xがそれぞれ異なる(Ce,Pr)複合酸化物を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒(1000°C×24hrの耐久後)における、COおよびNOxについてのC400浄化率およびC500浄化率の実測値()を示す。
さらに、図10と図11とに、それぞれ、図9のPr比率xがそれぞれ異なる(Ce,Pr)複合酸化物を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、COとNOxとについてのC400浄化率およびC500浄化率を棒グラフであらわしたものを示す。
【0041】
図8によれば、Pr比率xがおよそ0.03〜0.07の範囲内にあるときには、HCおよびCOのT50温度がとくに低く、したがってとくに低温時におけるHCおよびCOの浄化性能が非常に良好であることがわかる。
図9によれば、Pr比率xがおよそ0.05〜0.5の範囲内にあるときには高温時のNOx浄化率が高く、とくに0.07〜0.2の範囲内にあるときには高温時のNOx浄化率が非常に高いことがわかる。また、Pr比率xがおよそ0.05〜0.07の範囲内にあるときには高温時のCO浄化率が高いことがわかる。
かくして、図8〜図11に示す実測値によれば、Pr比率xの適切な範囲はおよそ0.03〜0.5であり、この場合はとくに高温時におけるNOx浄化率が高められる。しかしながら、Pr比率xは0.03〜0.2の範囲内にあるのが好ましく、この場合はとくに高温時におけるNOx浄化率およびCO浄化率が高められる。また、Pr比率xは0.05〜0.2の範囲内にあるのがさらに好ましく、この場合は高温時におけるNOx浄化率およびCO浄化率が一層高められる。しかしながら、Pr比率xは0.05〜0.07の範囲内にあるのが最良であり、この場合は高温時におけるNOx浄化率およびCO浄化率が大幅に高められるとともに、低温時におけるHC、COおよびNOxの浄化性能が高められる。
【0042】
ところで、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒においては、前記したとおり、助触媒として酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物とが用いられ、これらは単に物理的な混合状態にあるが、これらの混合比率に応じて該排気ガス浄化用触媒の排気ガス浄化性能も変わることになる。以下、本発明にかかる排気ガス浄化用触媒において、酸化セリウムの(Ce,Pr)複合酸化物に対する好ましい混合比率を求めるために行った各種実験結果について説明する。
なお、図12または図13中においては、酸化セリウムの(Ce,Pr)複合酸化物に対する混合比率は全助触媒中における酸化セリウムの重量%であらわされている(以下、この混合比率を「酸化セリウムの重量%」という)。例えば、この酸化セリウムの重量%が0であれば、助触媒は(Ce,Pr)複合酸化物のみで構成されることになり、50%であれば酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物とが助触媒中に等重量で含まれ、また100%であれば助触媒は酸化セリウムのみで構成されることになる。
【0043】
また、図14または図15中においては、酸化セリウムの(Ce,Pr)複合酸化物に対する混合比率は助触媒中における酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物の重量比(CeO2/(Ce,Pr)O2)であらわされている。例えば、このCeO2/(Ce,Pr)O2が0/10であれば、助触媒は(Ce,Pr)複合酸化物のみで構成されることになり、5/5であれば酸化セリウムと(Ce,Pr)複合酸化物とが助触媒中に等重量で含まれ、また10/0であれば助触媒は酸化セリウムのみで構成されることになる。
【0044】
図12に、酸化セリウムの重量%がそれぞれ異なる助触媒を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、HC、COおよびNOxについてのT50温度の実測値を示す。
また、図13に、酸化セリウムの重量%がそれぞれ異なる助触媒を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、COおよびNOxについてのC400浄化率およびC500浄化率の実測値を示す。
さらに、図14と図15とに、それぞれ、図13のCeO2/(Ce,Pr)O2がそれぞれ異なる助触媒を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、COとNOxとについてのC400浄化率およびC500浄化率を棒グラフであらわしたものを示す。
【0045】
図12〜図15に示す実測値によれば、概ね、酸化セリウムの重量%が高いときほど、HC、COおよびNOxのT50温度が低くなっている。なお、酸化セリウムの重量%が90%を超えると、該T50温度が再び上昇するようである。また、酸化セリウムの重量%が概ね90%以下の範囲では、NOxのC400浄化率およびC500浄化率が高くなっている。また、酸化セリウムの重量%が概ね70%以上の範囲では、COのC400浄化率およびC500浄化率が高くなっている。したがって、酸化セリウムの重量%をおよそ70%〜90%の範囲内に設定すれば、該排気ガス浄化用触媒の低温時における排気ガス浄化性能を高めるとともに、高温時におけるNOxおよびCOの浄化性能を高めることができるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる排気ガス浄化用触媒の縦断面説明図である。
【図2】 図1に示す排気ガス浄化用触媒を用いた排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図3】 本発明にかかる排気ガス浄化用触媒のHC、COおよびNOxについてのT50温度を、比較例と対比して示した図である。
【図4】 本発明にかかる排気ガス浄化用触媒の400℃および500℃におけるNOx浄化率を、比較例と対比して示した図である。
【図5】 セリウムおよび希土類元素の複合酸化物を含む種々の排気ガス浄化用触媒の、HCについてのT50温度およびC400浄化率を示すグラフである。
【図6】 セリウムおよび希土類元素の複合酸化物を含む種々の排気ガス浄化用触媒の、NOxについてのT50温度およびC400浄化率を示すグラフである。
【図7】 セリウムおよび希土類元素の複合酸化物を含む種々の排気ガス浄化用触媒の、COについてのT50温度およびC400浄化率を示すグラフである。
【図8】 Pr比率xがそれぞれ異なる(Ce,Pr)複合酸化物を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、HC、COおよびNOxについてのT50温度の実測値を示すグラフである。
【図9】 Pr比率xがそれぞれ異なる(Ce,Pr)複合酸化物を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、COおよびNOxについてのC400浄化率およびC500浄化率の実測値を示すグラフである。
【図10】 Pr比率xがそれぞれ異なる(Ce,Pr)複合酸化物を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、COについてのC400浄化率およびC500浄化率のもう1つの実測値を示すグラフである。
【図11】 Pr比率xがそれぞれ異なる(Ce,Pr)複合酸化物を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、NOxについてのC400浄化率およびC500浄化率のもう1つの実測値を示すグラフである。
【図12】 酸化セリウムの重量%がそれぞれ異なる助触媒を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、HC、COおよびNOxについてのT50温度の実測値を示すグラフである。
【図13】 酸化セリウムの重量%がそれぞれ異なる助触媒を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、COおよびNOxについてのC400浄化率およびC500浄化率の実測値を示すグラフである。
【図14】 重量比CeO2/(Ce,Pr)O2がそれぞれ異なる助触媒を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、COについてのC400浄化率およびC500浄化率のもう1つの実測値を示すグラフである。
【図15】 重量比CeO2/(Ce,Pr)O2がそれぞれ異なる助触媒を含むいくつかの排気ガス浄化用触媒における、NOxについてのC400浄化率およびC500浄化率のもう1つの実測値を示すグラフである。
【符号の説明】
1…排気系
2…排気ガス浄化装置
3…排気ガス浄化用触媒
4…担体
5…触媒担持層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst and a method for producing the same, and in particular, it can simultaneously remove HC, CO and NOx in exhaust gas discharged from an automobile engine, at low and high temperatures. The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst having excellent purification performance and heat resistance, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In general, exhaust gas exhausted from automobile engines contains air pollutants such as HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), and NOx (nitrogen oxide). Regulations are being tightened globally. In particular, in California, where air pollution has become a major social problem, the corporate average NMOG regulations have been introduced, and the level of regulations on exhaust gases is gradually being strengthened. To achieve this, it is necessary to introduce low-pollution vehicles such as LEV or ULEV to the market (introduced in stages from 1997 to 2000).
[0003]
Thus, an exhaust system of an automobile engine is usually provided with an exhaust gas purification device (catalytic converter) using an exhaust gas purification catalyst in order to purify the exhaust gas. As such an exhaust gas purifying catalyst, a catalyst in which a noble metal catalyst such as platinum or rhodium is supported on a porous catalyst substrate such as alumina has been widely used.
[0004]
By the way, the exhaust gas purifying catalyst using the noble metal catalyst such as platinum or rhodium has a problem that the catalytic activity at low temperature is low. For this reason, when the exhaust gas temperature is low, for example, immediately after starting the engine, the temperature of the exhaust gas purifying catalyst is not sufficiently increased, and the emission performance of the engine is deteriorated. Therefore, in recent years, exhaust gas purifying catalysts using palladium having a high catalytic activity at low temperatures as a catalyst component have been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-1884876, 4-72577 and 1). No. -281144).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional exhaust gas purification catalyst using palladium as a catalyst component has a problem that the NOx purification performance at a high temperature is low although the catalytic activity at a low temperature is high. In particular, in recent years, in an automobile engine, an exhaust gas purification device tends to be disposed in an upstream portion of an exhaust passage in order to quickly increase the temperature of the exhaust gas purification catalyst after the start of the engine. If the exhaust gas purification device is arranged in the upstream portion of the exhaust passage in this way, the temperature of the exhaust gas purification catalyst becomes high at normal times, so that there arises a problem that the NOx purification performance at a particularly high temperature is further lowered. .
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and while improving exhaust gas purification performance at low temperatures such as immediately after the start of engine start, without deteriorating the overall exhaust gas purification performance, In particular, it is an object or object to be solved to obtain an exhaust gas purification catalyst capable of enhancing NOx purification performance at high temperatures and a method for producing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Specifically, a first aspect of the present invention, which has been made to solve the above problems, is a catalyst for purifying exhaust gas carrying palladium, wherein cerium oxide (CeO) is used. 2 ) And a complex oxide of cerium (Ce) and praseodymium (Pr) (hereinafter referred to as “(Ce, Pr) complex oxide” or “(Ce, Pr) O”). 2 ")").
[0008]
In this exhaust gas purification catalyst, palladium having high low-temperature activity is used as a catalyst component, so that the exhaust gas purification performance at a low temperature such as immediately after the start of the engine is enhanced. Since cerium oxide and (Ce, Pr) composite oxide enhance the catalytic activity of palladium at high temperatures, exhaust gas purification performance, particularly NOx purification performance at high temperatures can be enhanced. Moreover, the said effect can be exhibited, improving high temperature heat resistance.
In the present specification, the term “exhaust gas purification performance” simply refers to the comprehensive purification performance of HC, CO, and NOx.
[0009]
In the exhaust gas purification catalyst, the weight ratio of cerium oxide and (Ce, Pr) composite oxide is preferably 9/1 (9: 1) or less. In this case, the NOx purification performance of the exhaust gas purification catalyst at a high temperature can be further enhanced.
[0010]
In the exhaust gas purifying catalyst according to the first aspect, the weight ratio of cerium oxide to (Ce, Pr) composite oxide is preferably 7/3 (7: 3) or more. In this way, the CO purification performance at high temperatures of the exhaust gas purification catalyst is particularly enhanced.
[0011]
Furthermore, in the exhaust gas purifying catalyst according to the first aspect, the weight ratio of cerium oxide to (Ce, Pr) composite oxide is 9/1 (9: 1) to 7/3 (7: 3). It is particularly preferred that it is within the range. In this case, the NOx purification performance and CO purification performance at high temperatures of the exhaust gas purification catalyst are particularly enhanced, and the exhaust gas purification performance at low temperatures is further enhanced.
[0012]
In each of the above exhaust gas purifying catalysts, the ratio of praseodymium to cerium in the (Ce, Pr) composite oxide is preferably in the range of 3 to 50 mol%. In this way, the NOx purification rate of the exhaust gas purification catalyst is particularly increased.
The ratio is more preferably in the range of 3 to 20 mol%. In this way, the exhaust gas purification performance (for example, T50 temperature) at a low temperature for HC and CO is further enhanced, and the NOx purification rate is further enhanced.
The ratio is more preferably in the range of 5 to 20 mol%. In this way, the NOx purification rate can be further increased.
Furthermore, the ratio is more preferably in the range of 5 to 7 mol%. In this way, the exhaust gas purification performance (for example, T50 temperature) at a low temperature for HC, CO, and NOx can be further enhanced.
[0013]
In the exhaust gas purifying catalyst, instead of the (Ce, Pr) composite oxide, a composite oxide of cerium and terbium (Tb) (hereinafter referred to as “(Ce, Tb) composite oxide” or “( Ce, Tb) O 2 May be used). Also in this case, substantially the same operation and effect as in the case of the exhaust gas purification catalyst using the (Ce, Pr) composite oxide can be obtained.
[0014]
In the exhaust gas purifying catalyst, the impurity content is preferably less than 1% by weight. In this case, the exhaust gas purification performance of the exhaust gas purification catalyst is further enhanced.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrying palladium, a step of carrying palladium on a porous substrate, the substrate carrying palladium, and an oxidation It includes a step of producing a slurry containing cerium and a complex oxide of cerium and praseodymium as a solid content, and a step of firing the slurry to form an exhaust gas purification catalyst.
[0016]
The third aspect of the present invention is a method for producing an exhaust gas purifying catalyst carrying palladium, the step of mixing a porous substrate and cerium oxide to form a substrate mixture, A step of supporting palladium on the material mixture, a step of forming a slurry containing the above-mentioned base material mixture supporting palladium and a composite oxide of cerium and praseodymium as solids, and firing the slurry to purify exhaust gas And a step of forming a catalyst for use.
[0017]
According to the production method of the second or third aspect of the present invention, an exhaust gas purifying catalyst containing cerium oxide and a (Ce, Pr) composite oxide and containing palladium as a catalyst component can be easily obtained. In the exhaust gas purification catalyst manufactured in this way, the exhaust gas purification performance at low temperatures such as immediately after the start of the engine is enhanced by palladium contained as a catalyst component, while cerium oxide and (Ce, With the Pr) composite oxide, exhaust gas purification performance, particularly NOx purification performance at high temperatures can be enhanced.
[0018]
In each of the above production methods, it is preferable that the (Ce, Pr) composite mixture is prepared by coprecipitation of a cerium nitrate aqueous solution and a praseodymium nitrate aqueous solution. In this case, adjustment or setting of the ratio of cerium and praseodymium in the (Ce, Pr) composite oxide becomes easy.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
As shown in FIG. 2, an exhaust
[0020]
Here, the exhaust
[0021]
As shown in FIG. 1, in the exhaust
In this exhaust
[0022]
The catalyst support layer 5 basically includes palladium as a catalyst component (active species) and porous γ-alumina (γ-Al as a base material). 2 O Three ). The catalyst support layer 5 contains cerium oxide (ceria) and (Ce, Pr) composite oxide as promoters (OSC: oxygen storage agent). In this (Ce, Pr) composite oxide, cerium and praseodymium have a chemical bonding relationship and are crystallized. Here, the ratio of cerium and praseodymium can be set arbitrarily. That is, the chemical formula of the (Ce, Pr) composite oxide is expressed as (Ce 1-x , Pr x ) O 2 Then, the value of x can be arbitrarily set within the range of 0-1. Note that the cerium oxide and the (Ce, Pr) composite oxide are only physically mixed, and there is no chemical bonding relationship between them.
[0023]
Hereinafter, a method for producing the exhaust
(1) Heat treatment of γ-alumina
Pure γ-alumina powder is exposed to air at 900 ° C. for 50 hours to heat-treat the γ-alumina. Thereby, the thermal stability of γ-alumina is improved.
[0024]
(2) Loading of palladium
After the heat-treated γ-alumina and cerium oxide powder are physically mixed, an aqueous solution of a palladium compound (eg, dinitrodiamine palladium) as an active species is dropped into the mixture and impregnated, and then the mixture is dried. Let Thus, a palladium-supported powder in which palladium as a catalyst component (active species) is supported by γ-alumina and cerium oxide is obtained.
[0025]
(3) Synthesis of (Ce, Pr) composite oxide
After mixing a cerium nitrate aqueous solution and a praseodymium nitrate aqueous solution, ammonia is added to the mixture to cause coprecipitation. The precipitate is washed, further dried, and then fired at a temperature of about 600 ° C. Thereby, (Ce, Pr) composite oxide powder is obtained. The molar ratio of cerium to praseodymium in the (Ce, Pr) composite oxide is preferably set within the range of (99.9 to 70) :( 0.1 to 30).
[0026]
(4) Preparation of slurry for washcoat
The palladium-supported powder, the (Ce, Pr) composite oxide powder, water and a binder (for example, hydrated alumina) are mixed to prepare a slurry for washcoat. In this wash coat slurry, the weight ratio of cerium oxide to (Ce, Pr) composite oxide is within a predetermined range, for example, within a range of 9/1 (9: 1) to 7/3 (7: 3). Set to
[0027]
(5) Wash coat on carrier
A honeycomb-shaped carrier made of cordierite is dipped in the washcoat slurry, and then excess slurry is blown away. Thus, the carrier is coated with the washcoat slurry. The carrier thus coated is dried at a temperature of about 150 ° C., and then fired at a temperature of 500 ° C. for about 2 hours. Thereby, the exhaust gas purifying catalyst is completed. In this exhaust gas purifying catalyst, the carrying amount with respect to the carrier is set to 33 to 40% of the carrier weight.
[0028]
Hereinafter, the results of measuring the purification performance of the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention (the present plan) thus manufactured are compared with the exhaust gas purifying catalyst (comparative example) manufactured by the conventional manufacturing method for comparison. This will be explained in contrast to that of).
The exhaust gas purifying catalyst as a comparative example was manufactured by the same manufacturing method as that of the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention using only cerium oxide as a co-catalyst. The weight of cerium oxide is the same as in the case of the above-described embodiment (present plan).
[0029]
The evaluation (activity evaluation) of the exhaust gas purification performance of these both exhaust gas purification catalysts was performed under the following conditions using an atmospheric pressure fixed bed flow type reactor.
That is, as an exhaust gas to be purified, a model gas having the following composition equivalent to an exhaust gas corresponding to an air-fuel mixture having an air-fuel ratio A / F of 14.7 ± 0.9 (1 Hz) is used. It was. The space velocity of the model gas in the reactor is 60000 h. -1 It was.
<Composition of model gas>
Propylene: 1665ppmc H 2 : 0.2%
NOx: 0.1% O 2 : 0.6%
CO: 0.6% CO 2 : 13.9%
N 2 : Balance
[0030]
FIG. 3 shows measured values of T50 temperature for HC, CO and NOx after heat treatment of the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention (the present plan) and a conventional exhaust gas purifying catalyst which is a comparative example. The heat treatment of both catalysts was performed by exposing them to air at 1000 ° C. for 24 hours in order to confirm the high temperature heat resistance.
Here, the T50 temperature is the exhaust gas inlet temperature [° C.] when the purification rate of HC, CO, or NOx is 50%. That is, the T50 temperature is an index for evaluating the exhaust gas purification performance or low temperature activity of the exhaust gas purification catalyst at low temperatures, and the lower the T50 temperature, the higher the exhaust gas purification performance or low temperature activity at low temperatures. become.
[0031]
FIG. 4 shows measured values of the NOx purification rate at 400 ° C. and 500 ° C. after heat treatment of the exhaust gas purification catalyst according to the present invention (the present plan) and a conventional exhaust gas purification catalyst as a comparative example. . The heat treatment of both catalysts was performed by exposing them to air at 1000 ° C. for 24 hours in order to confirm the high temperature heat resistance.
[0032]
As shown in FIG. 3, in the exhaust gas purification catalyst according to the present invention, the T50 temperature for CO and NOx is clearly lower than that of the conventional exhaust gas purification catalyst as a comparative example, and the HC The T50 temperatures for are approximately the same. Therefore, the exhaust gas purification catalyst according to the present invention is superior in exhaust gas purification performance or low temperature activity at a low temperature as compared with conventional exhaust gas purification catalysts.
[0033]
Further, as shown in FIG. 4, the exhaust gas purification catalyst according to the present invention has clearly higher NOx purification rates at 400 ° C. and 500 ° C. than the conventional exhaust gas purification catalyst as a comparative example. It has become. Therefore, the exhaust gas purification catalyst according to the present invention is superior in NOx purification performance at high temperatures as compared with conventional exhaust gas purification catalysts. That is, the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention can achieve both the exhaust gas purifying performance at a low temperature and the NOx purifying performance at a high temperature.
In this exhaust gas purification catalyst, the content of impurities is preferably less than 1% by weight. In this case, the exhaust gas purification performance of the exhaust gas purification catalyst is further enhanced.
[0034]
In the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention (hereinafter referred to as “the present exhaust gas purifying catalyst”), (Ce, Pr) composite oxide is used as a promoter. However, in the composite oxide, even when the praseodymium is replaced with another rare earth element (X) other than praseodymium, the same action and effect may be obtained. Therefore, various exhaust gas purifying catalysts using cerium and a complex oxide of such rare earth elements (hereinafter referred to as “(Ce, X) complex oxide”) as a co-catalyst are prepared, and the exhaust gas purifying catalyst. The exhaust gas purification performance of was investigated.
[0035]
5 to 7, as rare earth elements (X), yttrium (Y), lanthanum (La), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), HC, NOx of an exhaust gas purifying catalyst containing (Ce, X) composite oxide when terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er) or ytterbium (Yb) is used The measured value of T50 temperature and C400 temperature about CO and CO is shown. 5 to 7, for comparison, HC, NOx, and CO of two conventional exhaust gas purifying catalysts (Comparative Example A and Comparative Example B) that do not contain such a complex oxide are shown. The measured values of T50 temperature and C400 purification rate are also shown.
The properties of the exhaust gas purifying catalyst containing the (Ce, X) composite oxide and Comparative Examples A and B are as follows.
That is, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention contains (Ce, Pr) composite oxide, cerium oxide, palladium and alumina as described above, but the exhaust gas purifying catalyst containing (Ce, X) composite oxide. Is obtained by replacing the (Ce, Pr) composite oxide in the present exhaust gas purification catalyst with the same amount of (Ce, X) composite oxide. Therefore, the present exhaust gas purification catalyst and the exhaust gas purification catalyst containing the (Ce, X) composite oxide have the same amount of composite oxide (although different types of rare earth elements), cerium oxide, palladium and alumina. Will be included.
In Comparative Examples A and B, both of the exhaust gas purifying catalyst containing (Ce, X) composite oxide are replaced with cerium, that is, (Ce, Pr) in the present exhaust gas purifying catalyst. The composite oxide is mixed with an amount of cerium oxide (CeO) corresponding to the composite oxide. 2 ). However, the surface area of cerium oxide replaced with the (Ce, Pr) composite oxide is 100 m in Comparative Example A. 2 / G, 70 m in Comparative Example B 2 / G.
[0036]
Here, the C400 purification rate is the purification rate [%] of HC, CO, or NOx when the exhaust gas inlet temperature is 400 ° C. The purification rate when the exhaust gas inlet temperature is 500 ° C. is called the C500 purification rate. That is, the C400 purification rate is an index for evaluating the exhaust gas purification performance at a high temperature of about 400 ° C., and the C500 purification rate is an index for evaluating the exhaust gas purification performance at a high temperature of about 500 ° C.
[0037]
In each of these exhaust gas purification catalysts, the amount of palladium supported is 1.3 g / L-cat, and γ-alumina is used as the base material. In the exhaust gas purifying catalyst containing these composite oxides, the molar ratio of cerium to the rare earth element is 7/3. That is, if the element symbol of each rare earth element is represented by X, each composite oxide can be expressed as (Ce 0.7 , X 0.3 ) O 2 It is expressed. Each exhaust gas purification catalyst was heat-treated by exposing the exhaust gas purification catalyst to air at 1000 ° C. for 24 hours. As the exhaust gas to be processed, a model gas equivalent to an exhaust gas corresponding to an air-fuel mixture having an air-fuel ratio A / F of 14.7 ± 0.9 is used.
[0038]
As shown in FIG. 5 to FIG. 7, among various composite oxides, those using praseodymium as a rare earth element are considered to have the best exhaust gas purification performance as a whole. However, even when terbium is used as the rare earth element, the overall exhaust gas purification performance, particularly NOx and CO purification performance at high temperatures, is quite excellent, so (Ce, Tb) composite oxides are also used for exhaust gas purification. It is considered that it can be used as a co-catalyst for the catalyst.
[0039]
Hereinafter, the results of various experiments conducted to determine the preferred ratio of praseodymium to cerium in the (Ce, Pr) composite oxide used as the promoter for the exhaust gas purifying catalyst will be described.
In the following, the ratio of praseodymium to cerium in the (Ce, Pr) composite oxide (hereinafter referred to as “Pr ratio”) is expressed as a molar ratio. That is, when this Pr ratio is represented by x, the (Ce, Pr) composite oxide is (Ce 1-x , Pr x ) O 2 It will be expressed.
[0040]
FIG. 8 shows the T50 temperature of HC, CO and NOx in several exhaust gas purification catalysts (after 1000 ° C. × 24 hr endurance) containing (Ce, Pr) composite oxides having different Pr ratios x. The actual measurement value is shown.
Further, FIG. 9 shows the C400 purification rate for CO and NOx in several exhaust gas purification catalysts (after 1000 ° C. × 24 hr durability) containing (Ce, Pr) composite oxides having different Pr ratios x. And the measured value () of C500 purification rate is shown.
Further, in FIGS. 10 and 11, C400 purification rates for CO and NOx in several exhaust gas purification catalysts containing (Ce, Pr) composite oxides having different Pr ratios x in FIG. 9 respectively. And the thing which represented the C500 purification rate with the bar graph is shown.
[0041]
According to FIG. 8, when the Pr ratio x is in the range of about 0.03 to 0.07, the T50 temperature of HC and CO is particularly low, and therefore the purification performance of HC and CO is particularly good particularly at low temperatures. It can be seen that it is.
According to FIG. 9, when the Pr ratio x is in the range of about 0.05 to 0.5, the NOx purification rate is high at high temperatures, and particularly when it is in the range of 0.07 to 0.2. It can be seen that the NOx purification rate is very high. It can also be seen that when the Pr ratio x is in the range of about 0.05 to 0.07, the CO purification rate at high temperatures is high.
Thus, according to the actual measurement values shown in FIGS. 8 to 11, the appropriate range of the Pr ratio x is approximately 0.03 to 0.5, and in this case, the NOx purification rate is increased particularly at high temperatures. However, the Pr ratio x is preferably in the range of 0.03 to 0.2. In this case, the NOx purification rate and the CO purification rate are increased particularly at high temperatures. The Pr ratio x is more preferably in the range of 0.05 to 0.2. In this case, the NOx purification rate and the CO purification rate at a high temperature are further increased. However, it is best that the Pr ratio x is in the range of 0.05 to 0.07. In this case, the NOx purification rate and the CO purification rate at a high temperature are greatly increased, and HC, CO at a low temperature are also obtained. And NOx purification performance is enhanced.
[0042]
By the way, in the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, as described above, cerium oxide and (Ce, Pr) composite oxide are used as a co-catalyst, and these are simply in a physical mixed state. Depending on the mixing ratio, the exhaust gas purification performance of the exhaust gas purification catalyst also changes. Hereinafter, in the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention, results of various experiments conducted for obtaining a preferable mixing ratio of cerium oxide to (Ce, Pr) composite oxide will be described.
In FIG. 12 or FIG. 13, the mixing ratio of cerium oxide to the (Ce, Pr) composite oxide is expressed in terms of weight percent of cerium oxide in the entire cocatalyst (hereinafter this mixing ratio is referred to as “oxidation”). Called weight percent of cerium)). For example, if the weight percent of cerium oxide is 0, the promoter is composed of only (Ce, Pr) composite oxide, and if it is 50%, cerium oxide and (Ce, Pr) composite oxide. Is contained in the cocatalyst at equal weight, and if it is 100%, the cocatalyst is composed only of cerium oxide.
[0043]
14 or 15, the mixing ratio of cerium oxide to (Ce, Pr) composite oxide is the weight ratio of cerium oxide to (Ce, Pr) composite oxide in the promoter (CeO). 2 / (Ce, Pr) O 2 ). For example, this CeO 2 / (Ce, Pr) O 2 Is 0/10, the promoter is composed only of (Ce, Pr) composite oxide, and if it is 5/5, cerium oxide and (Ce, Pr) composite oxide are in the promoter. In the case of 10/0, the promoter is composed only of cerium oxide.
[0044]
FIG. 12 shows measured values of T50 temperatures for HC, CO, and NOx in several exhaust gas purifying catalysts including cocatalysts each having different weight percentages of cerium oxide.
FIG. 13 shows measured values of the C400 purification rate and the C500 purification rate for CO and NOx in several exhaust gas purification catalysts containing cocatalysts having different weight percentages of cerium oxide.
Further, FIGS. 14 and 15 respectively show CeO in FIG. 2 / (Ce, Pr) O 2 Shows bar graphs of C400 purification rate and C500 purification rate for CO and NOx in several exhaust gas purification catalysts including different promoters.
[0045]
According to the actual measurement values shown in FIGS. 12 to 15, the T50 temperatures of HC, CO, and NOx are generally lower as the weight percentage of cerium oxide is higher. When the weight percentage of cerium oxide exceeds 90%, the T50 temperature seems to rise again. Further, when the weight percent of cerium oxide is approximately 90% or less, the NOx C400 purification rate and C500 purification rate are high. Further, when the weight percent of cerium oxide is approximately 70% or more, the C400 purification rate and C500 purification rate of CO are high. Therefore, if the weight percent of cerium oxide is set within a range of approximately 70% to 90%, the exhaust gas purification catalyst can be improved in exhaust gas purification performance at low temperatures and NOx and CO purification performance at high temperatures. It is thought that it can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention.
2 is a longitudinal cross-sectional explanatory view of an exhaust gas purification apparatus using the exhaust gas purification catalyst shown in FIG.
FIG. 3 is a graph showing T50 temperatures of HC, CO, and NOx of an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention in comparison with a comparative example.
FIG. 4 is a view showing NOx purification rates at 400 ° C. and 500 ° C. of an exhaust gas purification catalyst according to the present invention in comparison with a comparative example.
FIG. 5 is a graph showing T50 temperature and C400 purification rate for HC of various exhaust gas purification catalysts containing complex oxides of cerium and rare earth elements.
FIG. 6 is a graph showing T50 temperature and C400 purification rate for NOx of various exhaust gas purification catalysts containing complex oxides of cerium and rare earth elements.
FIG. 7 is a graph showing T50 temperature and C400 purification rate for CO of various exhaust gas purification catalysts containing complex oxides of cerium and rare earth elements.
FIG. 8 is a graph showing measured values of T50 temperatures for HC, CO, and NOx in several exhaust gas purifying catalysts containing (Ce, Pr) composite oxides having different Pr ratios x.
FIG. 9 is a graph showing measured values of C400 purification rate and C500 purification rate for CO and NOx in several exhaust gas purification catalysts containing (Ce, Pr) composite oxides having different Pr ratios x. .
FIG. 10 is a graph showing another measured value of C400 purification rate and C500 purification rate for CO in several exhaust gas purification catalysts containing (Ce, Pr) composite oxides each having a different Pr ratio x. is there.
FIG. 11 is a graph showing another measured value of C400 purification rate and C500 purification rate for NOx in several exhaust gas purification catalysts containing (Ce, Pr) composite oxides having different Pr ratios x. is there.
FIG. 12 is a graph showing measured values of T50 temperatures for HC, CO, and NOx in several exhaust gas purifying catalysts including cocatalysts each having different weight percentages of cerium oxide.
FIG. 13 is a graph showing measured values of C400 purification rate and C500 purification rate for CO and NOx in several exhaust gas purification catalysts containing cocatalysts with different weight percentages of cerium oxide.
FIG. 14 Weight ratio CeO 2 / (Ce, Pr) O 2 6 is a graph showing another measured value of the C400 purification rate and the C500 purification rate for CO in several exhaust gas purification catalysts including different promoters.
FIG. 15 Weight ratio CeO 2 / (Ce, Pr) O 2 6 is a graph showing another measured value of the C400 purification rate and the C500 purification rate for NOx in several exhaust gas purification catalysts including different promoters.
[Explanation of symbols]
1 ... Exhaust system
2 ... Exhaust gas purification device
3 ... Exhaust gas purification catalyst
4 ... Carrier
5 ... Catalyst support layer
Claims (11)
酸化セリウムと、セリウムおよびプラセオジムの複合酸化物とを含んでいることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。In the exhaust gas purifying catalyst carrying palladium,
An exhaust gas purifying catalyst comprising cerium oxide and a composite oxide of cerium and praseodymium.
パラジウムを担持している上記基材と、酸化セリウムと、セリウムおよびプラセオジムの複合酸化物とを固形分として含むスラリをつくる工程と、
上記スラリを焼成して排気ガス浄化用触媒とする工程とを含んでいることを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。A step of supporting palladium on a porous substrate;
Producing a slurry containing the above-mentioned substrate supporting palladium, cerium oxide, and a composite oxide of cerium and praseodymium as a solid content;
A process for producing an exhaust gas purification catalyst by firing the slurry to form an exhaust gas purification catalyst.
上記基材混合物にパラジウムを担持させる工程と、
パラジウムを担持している上記基材混合物と、セリウムおよびプラセオジムの複合酸化物とを固形分として含むスラリをつくる工程と、
上記スラリを焼成して排気ガス浄化用触媒とする工程とを含んでいることを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造方法。A step of mixing a porous substrate and cerium oxide to form a substrate mixture;
A step of supporting palladium on the base material mixture;
Producing a slurry containing the above-mentioned base material mixture carrying palladium and a composite oxide of cerium and praseodymium as a solid content;
A process for producing an exhaust gas purification catalyst by firing the slurry to form an exhaust gas purification catalyst.
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