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JP5264316B2 - Lean burn automobile exhaust gas purification catalyst - Google Patents

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JP5264316B2
JP5264316B2 JP2008161169A JP2008161169A JP5264316B2 JP 5264316 B2 JP5264316 B2 JP 5264316B2 JP 2008161169 A JP2008161169 A JP 2008161169A JP 2008161169 A JP2008161169 A JP 2008161169A JP 5264316 B2 JP5264316 B2 JP 5264316B2
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Asahi Kasei Corp
Noguchi Institute
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst effective for purifying a diesel automobile exhaust gas which performs the purification treatment of the diesel automobile exhaust gas efficiently by overcoming the conventional difficulties in the purification. <P>SOLUTION: The catalyst for purifying the lean burn automobile exhaust gas purifies the lean burn exhaust gas using the composite catalyst comprised of a catalyst keeping a platinum group element carried by a mesoporous material and a cation exchange clinoptilolite and/or a cation exchange erionite. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、リーンバーン自動車が排出する排ガスを浄化するための浄化用触媒に関する。   The present invention relates to a purification catalyst for purifying exhaust gas discharged from a lean burn automobile.

従来、ガソリン車の排ガスに含まれるNOx、一酸化炭素、及び炭化水素は、白金族元素から成る三元触媒によって浄化されている。三元触媒の主成分である白金族触媒は、酸素濃度が1%以下であるリッチバーン排ガス中のNOをNOに酸化する能力が高く、NOを還元性物質によってNO及び窒素に還元する能力も高く、又、還元性物質を酸素によって完全酸化する能力も高い。三元触媒は、通常、触媒支持体としてコージェライト製のモノリス成形体を用い、該成形体のガス流路内壁に数μm〜数十μmの大きさの活性アルミナ粒子を塗布し、該塗布層に数十nm〜数百nmの大きさの白金−パラジウム−ロジウム粒子を担持させた構造となっている。三元触媒による浄化方法は、空気:燃料の重量混合比である空燃比を理論空燃比(14.7:1)近傍に制御することで(この燃焼はリッチバーンと呼ばれている)排ガスに含まれる酸素濃度を1%以下に維持できるので、排ガスに含まれる一酸化炭素及び炭化水素をNOxの還元剤として利用できるという利点を持つが、排ガス中の酸素濃度が数%以上になると触媒の著しい酸化劣化が生じるという問題がある。 Conventionally, NOx, carbon monoxide, and hydrocarbons contained in exhaust gas from gasoline vehicles have been purified by a three-way catalyst made of a platinum group element. The platinum group catalyst which is the main component of the three-way catalyst has a high ability to oxidize NO in the rich burn exhaust gas having an oxygen concentration of 1% or less to NO 2 , and NO 2 is converted into N 2 O and nitrogen by a reducing substance. The ability to reduce is also high, and the ability to completely oxidize a reducing substance with oxygen is also high. The three-way catalyst usually uses a cordierite monolith molded body as the catalyst support, and the activated alumina particles having a size of several μm to several tens of μm are applied to the inner wall of the gas flow path of the molded body. In this structure, platinum-palladium-rhodium particles having a size of several tens of nm to several hundreds of nm are supported. The purification method using a three-way catalyst controls the air-fuel ratio, which is the air: fuel weight mixing ratio, to be close to the theoretical air-fuel ratio (14.7: 1) (this combustion is called rich burn). Since the oxygen concentration contained in the exhaust gas can be maintained at 1% or less, carbon monoxide and hydrocarbons contained in the exhaust gas can be used as a reducing agent for NOx. However, if the oxygen concentration in the exhaust gas exceeds several percent, There is a problem that significant oxidative degradation occurs.

また、軽油燃料で走行するトラック、バス等の大型ディーゼル車の排ガス処理は、触媒として遷移金属化合物及び白金族元素を用い還元剤として尿素水を用いる所謂尿素SCR法が検討されている。この方法は、200℃付近の比較的低温付近から600℃付近の比較的高温領域に渡ってNOxを効率的に浄化できるという利点を持つが、還元剤として高価な尿素水の搭載が必要であるという問題と200℃付近以下の低温排NOxの多くが硝酸アンモニウムとして排出されるので水質環境汚染を招くという問題がある。
尿素水以外の還元剤を用いる方法としては、排ガス中の炭化水素(少量含有されるエチレン、プロピレン等の低級オレフィンが還元性を有する)を還元剤として用いるハイドロカーボンSCR法が古くから検討されている。この方法はリッチバーン排NOxに対しては高い浄化率が得られるが、リーンバーン排NOxに対しては200℃近辺の非常に狭い温度領域でしか処理できないという問題があるので実用化されていない。最近、改質触媒によって排ガス中に含有される一酸化炭素から水性ガスシフト反応によって水素を発生させ、白金系の触媒上でNOと反応させてアンモニアを発生させ、発生したアンモニアをゼオライト系材料によって吸着させ、生成したアンモニアによってNOxを浄化する方法が提案されている(特許文献1参照)。
In addition, a so-called urea SCR method using a transition metal compound and a platinum group element as a catalyst and urea water as a reducing agent has been studied for exhaust gas treatment of large diesel vehicles such as trucks and buses that run on light oil fuel. This method has the advantage that NOx can be efficiently purified over a relatively high temperature region near 600 ° C. from a relatively low temperature region near 200 ° C., but it is necessary to mount expensive urea water as a reducing agent. There is a problem that most of the low temperature exhaust NOx below about 200 ° C. is discharged as ammonium nitrate, causing water quality environmental pollution.
As a method using a reducing agent other than urea water, a hydrocarbon SCR method using hydrocarbons in exhaust gas (lower olefins such as ethylene and propylene contained in a small amount have a reducing property) as a reducing agent has been studied for a long time. Yes. Although this method can obtain a high purification rate for rich burn exhaust NOx, it has not been put to practical use because it has a problem that it can be processed only in a very narrow temperature range around 200 ° C. for lean burn exhaust NOx. . Recently, hydrogen is generated from a carbon monoxide contained in exhaust gas by a reforming catalyst by a water gas shift reaction, and is reacted with NO 2 on a platinum-based catalyst to generate ammonia. A method of purifying NOx by adsorbed and generated ammonia has been proposed (see Patent Document 1).

一方、ディーゼル乗用車等の小型ディーゼル車の排NOx処理には三元触媒が使用できない。それは、空燃比がガソリンの数倍以上であるので(ディーゼル燃料の燃焼はリーンバーンである)ディーゼル排ガス中の酸素濃度が通常5%以上であり還元性物質がほとんど含まれていないためである。同様の理由でリーンバーンガソリン車の排ガスも三元触媒だけでは浄化が難しい。三元触媒の主成分である白金族触媒は、前述の如く、NOをNOに酸化する能力は高いが、NOを還元性物質によってNO及び窒素に還元する能力も高く、又、還元性物質を酸素によって完全酸化する能力も高いので、従来の白金を主体とした触媒を酸素濃度の高いリーンバーンの排ガスと直接接触させると、リーンバーン排ガスに燃焼しやすい水素、一酸化炭素、ハイドロカーボン等の還元性物質を供給した場合にはNOxの処理温度帯域がおよそ200℃〜250℃の非常に狭い領域に限定されるからである。一方、遷移金属酸化物は実用に供されていないが、酸化還元力が白金よりも低いので、250℃〜400℃の範囲がNOxの処理温度帯域であることが報告されている。従来、処理温度帯域を拡大するために上記白金族触媒と遷移金属酸化物触媒を混合することが検討されているが、単に混合するだけでは目的を達成することはできなかった。その理由として、混合触媒に於ける白金触媒の酸化力が強すぎるために排ガス成分に含まれる還元性物質の殆どが白金触媒によって消費されてしまうからであると考えられる。
また、リーンバーンガソリン車及び小型ディーゼル車の排NOx処理には、現在、触媒として白金族触媒にNOx吸蔵剤を添加した所謂NOx吸蔵還元触媒が検討されている(例えば、特許文献2など)。この方法は、リーンバーンだけでは排NOx浄化が困難であるので、リーンバーンとリッチバーンを交互に繰り返す燃焼方式を行なっている。この方法でのNOx浄化は、リーンバーン排NOxをNOx吸蔵剤で吸収し、吸収NOxをリッチバーン雰囲気下で放出させ、放出NOxをリッチバーン排ガス中に供給した燃料もしくはリッチバーン排ガス中に存在する多量の一酸化炭素、水素、炭化水素等の還元性物質を用いて白金族触媒上で還元処理するという考えに立脚している。リーンバーンとリッチバーンを交互に繰り返す燃焼方式とNOx吸蔵還元触媒を用いた浄化方法は、ガソリン乗用車の排ガス処理に用いられている三元触媒が使用できないような高濃度の酸素雰囲気中でも250℃付近から600℃付近に渡ってNOxを浄化できるという利点をもつが、200℃付近以下でのNOx浄化は非常に困難であるという問題がある。また、排ガス中の水分及びSOxによってNOx吸蔵剤が著しく劣化するので、通常750℃以上での定期的な高温処理による触媒再生が必要であり、再生処理によって触媒は著しく熱劣化するという問題がある。
また、上記リーンバーンとリッチバーンを交互に繰り返す燃焼方式は、内燃機関における燃焼と酸素濃度を精密に制御するための高度で複雑な制御システムの搭載を必要とするので、リーンバーンだけの排ガスでもNOx浄化ができるのであれば上記の制御システムが簡略化できるので、このようなリーンバーン専用車のためのNOx浄化用触媒が望まれている。
On the other hand, a three-way catalyst cannot be used for exhaust NOx treatment of small diesel vehicles such as diesel passenger cars. This is because the air-fuel ratio is more than several times that of gasoline (diesel fuel combustion is lean burn), and the oxygen concentration in diesel exhaust gas is usually 5% or more and contains almost no reducing substances. For the same reason, it is difficult to purify the exhaust gas from lean-burn gasoline vehicles using only a three-way catalyst. As described above, the platinum group catalyst that is the main component of the three-way catalyst has a high ability to oxidize NO to NO 2 , but also has a high ability to reduce NO 2 to N 2 O and nitrogen by a reducing substance, The ability to fully oxidize reducing substances with oxygen is also high, so when a conventional platinum-based catalyst is brought into direct contact with lean burn exhaust gas with high oxygen concentration, hydrogen, carbon monoxide, This is because when a reducing substance such as hydrocarbon is supplied, the NOx treatment temperature range is limited to a very narrow region of approximately 200 ° C. to 250 ° C. On the other hand, transition metal oxides have not been put to practical use, but since their redox power is lower than that of platinum, it has been reported that the range of 250 ° C. to 400 ° C. is the NOx treatment temperature range. Conventionally, it has been studied to mix the platinum group catalyst and the transition metal oxide catalyst in order to expand the processing temperature range, but the object could not be achieved by simply mixing them. The reason is considered to be that most of the reducing substances contained in the exhaust gas components are consumed by the platinum catalyst because the oxidizing power of the platinum catalyst in the mixed catalyst is too strong.
In addition, a so-called NOx occlusion reduction catalyst in which a NOx occlusion agent is added to a platinum group catalyst as a catalyst is currently being studied for the exhaust NOx treatment of lean burn gasoline vehicles and small diesel vehicles (for example, Patent Document 2). In this method, since it is difficult to purify exhaust NOx only by lean burn, a combustion method in which lean burn and rich burn are alternately repeated is performed. In this method, NOx purification is performed by absorbing lean burn exhaust NOx with a NOx storage agent, releasing the absorbed NOx in a rich burn atmosphere, and supplying the released NOx into the rich burn exhaust gas or the rich burn exhaust gas. It is based on the idea that reduction treatment is carried out on a platinum group catalyst using a large amount of reducing substances such as carbon monoxide, hydrogen, and hydrocarbons. The combustion method that repeats lean burn and rich burn alternately and the purification method using NOx occlusion reduction catalyst are around 250 ° C even in a high-concentration oxygen atmosphere where the three-way catalyst used for exhaust gas treatment of gasoline passenger cars cannot be used. However, there is an advantage that NOx can be purified over about 600 ° C., but NOx purification at about 200 ° C. or lower is very difficult. Further, the NOx storage agent is significantly deteriorated by moisture and SOx in the exhaust gas. Therefore, it is necessary to regenerate the catalyst by regular high-temperature treatment usually at 750 ° C. or higher, and there is a problem that the catalyst is significantly deteriorated by the regeneration treatment. .
In addition, the combustion method in which the lean burn and the rich burn are alternately repeated requires the installation of an advanced and complicated control system for precisely controlling the combustion and oxygen concentration in the internal combustion engine. Since the above control system can be simplified if NOx purification is possible, a NOx purification catalyst for such a lean burn vehicle is desired.

このような事情から、最近、リーンバーンとリッチバーンを交互に繰り返す燃焼方式に代わる方法として、還元剤の少ないリーンバーンと還元剤の豊富なリーンバーンを交互に繰り返す燃焼方式が検討されはじめた。これはポストインジェクション方式と呼ばれる方式であり、通常のリーンバーンから次のリーンバーンに移行するまでの非常に短い時間に少量の燃料噴射をする燃焼方式である。この方式は、リーンバーン直後のまだ高温状態にある燃焼室に少量の燃料噴射をすることによって該噴射燃料を熱分解し、それによって低級炭化水素を生成させる方式である。この方式を行なえば、低級炭化水素が豊富に存在するリーンバーン排ガスを発生させることができる。ただし、この低級炭化水素は、一酸化炭素やエチレン、プロピレン等の還元性能の高い不飽和低級炭化水素と違って還元性能の低いC〜C12の飽和及び不飽和炭化水素が主成分である。従来の三元触媒やNOx吸蔵還元触媒等の公知の排ガス浄化用触媒では、ポストインジェクション方式で排出される排ガスのNOx処理が困難であるので、このような炭化水素でも排NOxを還元することができる従来にない画期的な高活性のNOx浄化触媒の開発が必要とされている。 Under such circumstances, recently, as a method of replacing the combustion method in which lean burn and rich burn are alternately repeated, a combustion method in which lean burn with a small amount of reducing agent and lean burn with a large amount of reducing agent are alternately started to be studied. This is a so-called post-injection method, which is a combustion method in which a small amount of fuel is injected in a very short time from the normal lean burn to the next lean burn. This system is a system in which a small amount of fuel is injected into a combustion chamber still in a high temperature state immediately after lean burn to thermally decompose the injected fuel, thereby generating lower hydrocarbons. If this method is performed, lean burn exhaust gas rich in lower hydrocarbons can be generated. However, this lower hydrocarbon is mainly composed of C 6 -C 12 saturated and unsaturated hydrocarbons having low reducing performance unlike unsaturated lower hydrocarbons having high reducing performance such as carbon monoxide, ethylene and propylene. . With known exhaust gas purification catalysts such as conventional three-way catalysts and NOx occlusion reduction catalysts, it is difficult to treat NOx of exhaust gas exhausted by the post-injection method. Therefore, even such hydrocarbons can reduce exhaust NOx. There is a need for the development of an innovative and highly active NOx purification catalyst that is not possible in the past.

また、ゼオライトは一酸化炭素、炭化水素、アンモニア、酸素などの小分子を吸着する性質や触媒活性を有することが古くから知られており、その性質を排ガス処理のために利用することが数多く提案されている。例えば、ガソリン車のコールドスタート時に排出される排ガス中に含まれる炭化水素をトラップするためにゼオライト系の分子篩を用いて吸着する方法(非特許文献1参照)、ゼオライトの一種である陽イオン交換モルデナイトによるプロピレンを用いたNOの選択還元処理(非特許文献2参照)、合成ゼオライトであるZSM−5を白金担持触媒層の上にダブルウオッシュコートしたハニカム触媒によるリーンNOx処理(非特許文献3参照)、炭化水素とNOxを同時に分解除去するためにゼオライト等の分子篩に白金等の貴金属触媒を担持した触媒及びその製造方法(特許文献3参照)、酸化触媒を担持したゼオライトによる排ガス中の炭化水素の酸化分解除去(特許文献4参照)、トンネル中に排出されたNOxをゼオライトによって吸着除去する方法(特許文献5参照)、ゼオライト材料を用いて排ガス中の炭化水素をトラップする方法(特許文献6参照)、ハニカムコートされた触媒層の下層にゼオライト層を設け上層に白金系の触媒層を設けて炭化水素とNOxを同時に分解除去する方法(特許文献7参照)、上流に設けたゼオライトによって排ガス中の炭化水素を一時的にトラップし下流に設けた三元触媒によって脱離炭化水素を浄化する方法(例えば、特許文献8〜12参照)、等が提案されている。しかしながら、これまで、ゼオライト系の炭化水素吸着剤を用いて200℃以下での低温領域におけるリーンバーン排NOxを効率的に浄化できるという報告は殆ど知られていない。   Zeolite has long been known for its ability to adsorb small molecules such as carbon monoxide, hydrocarbons, ammonia, oxygen, and catalytic activity, and many proposals have been made to use these properties for exhaust gas treatment. Has been. For example, a method of adsorbing using a zeolite-based molecular sieve to trap hydrocarbons contained in exhaust gas discharged during a cold start of a gasoline vehicle (see Non-Patent Document 1), a cation exchange mordenite which is a kind of zeolite NO reduction treatment using propylene with NO (see Non-Patent Document 2), Lean NOx treatment with a honeycomb catalyst in which ZSM-5, which is a synthetic zeolite, is double washed on the platinum-supported catalyst layer (see Non-Patent Document 3) In order to simultaneously decompose and remove hydrocarbons and NOx, a catalyst in which a noble metal catalyst such as platinum is supported on a molecular sieve such as zeolite, and a method for producing the same (see Patent Document 3), Oxidative decomposition removal (refer to Patent Document 4), NOx discharged into the tunnel is converted into zeolite. A method of adsorbing and removing (see Patent Document 5), a method of trapping hydrocarbons in exhaust gas using a zeolite material (see Patent Document 6), a zeolite layer provided in the lower layer of the honeycomb-coated catalyst layer, and a platinum-based material in the upper layer A method in which a catalyst layer is provided to simultaneously decompose and remove hydrocarbons and NOx (see Patent Document 7), hydrocarbons in exhaust gas are temporarily trapped by zeolite provided upstream, and desorbed by a three-way catalyst provided downstream A method for purifying hydrogen (see, for example, Patent Documents 8 to 12) has been proposed. However, until now, there have been few reports that lean burn exhaust NOx in a low temperature region at 200 ° C. or less can be efficiently purified using a zeolite-based hydrocarbon adsorbent.

ところで、国内で走行しているディーゼル自動車の殆どはトラック、バス等の大型自動車であり、乗用車は殆ど皆無であるので、ディーゼル自動車といえば、実質的に大型自動車のことをいうのであるが、排出する排ガスの温度は過渡走行時でおよそ100℃〜200℃であり安定走行時でおよそ200℃〜400℃であり、排出されるNOxの約80%が過渡走行時に排出されている。
以上のことから、ディーゼル自動車の排ガス処理に要求される触媒は、リーンバーンだけの燃焼方式で排出される排ガスに対して、上記100℃〜200℃の低温領域のリーンバーン排NOxに対して高活性であり尚且つ200℃〜400℃の中温領域のリーンバーン排NOxに対しても高活性であることが望まれているが、現在のところ250℃以下のリーンバーン排NOxに対して有効なNOx浄化用触媒は見出されていない。
By the way, most of the diesel cars that run in Japan are large cars such as trucks and buses, and there are almost no passenger cars. Therefore, a diesel car is essentially a large car. The temperature of the exhaust gas is about 100 ° C. to 200 ° C. during transient running, and is about 200 ° C. to 400 ° C. during stable running, and about 80% of the NOx discharged is discharged during transient running.
From the above, the catalyst required for exhaust gas treatment of diesel automobiles is higher than the exhaust gas discharged by the lean burn only combustion method with respect to lean burn exhaust NOx in the low temperature range of 100 ° C. to 200 ° C. Although it is desired to be active and highly active against lean burn NOx in the middle temperature range of 200 ° C. to 400 ° C., it is currently effective against lean burn NOx below 250 ° C. No catalyst for NOx purification has been found.

一般に、工業的な触媒は多孔性材料に担持した状態で使用されることが多い。多孔性材料の細孔は、IUPAC(国際純正及び応用化学連合)によると、細孔直径が2nm以下のミクロ細孔、2〜50nmのメソ細孔、及び50nm以上のマクロ細孔に分類されている。ミクロからメソの範囲に渡る広い分布を持つような単一の多孔性物質は活性炭以外には知られていない。
近年、細孔径が数nmの細孔が規則的に配列し、比表面積が400〜1100m/gという非常に大きな値を有するシリカ、アルミナ、及びシリカアルミナ系のメソポーラス分子篩が開発された。これらは、例えば、特許文献13〜14に開示されており、細孔の細孔配列があたかも結晶性物質の原子配列に類似していることから結晶性メソポーラス分子篩と命名されている。
In general, industrial catalysts are often used in a state where they are supported on a porous material. The pores of the porous material are classified into micropores with a pore diameter of 2 nm or less, mesopores of 2 to 50 nm, and macropores of 50 nm or more according to IUPAC (International Pure and Applied Chemical Association). Yes. No single porous material other than activated carbon has a broad distribution ranging from the micro to meso range.
In recent years, silica, alumina, and silica-alumina-based mesoporous molecular sieves have been developed in which pores having a pore size of several nm are regularly arranged and the specific surface area has a very large value of 400 to 1100 m 2 / g. These are disclosed in, for example, Patent Documents 13 to 14, and are named crystalline mesoporous molecular sieves because the pore arrangement of pores is similar to the atomic arrangement of a crystalline substance.

触媒反応は表面反応であるので、触媒の比表面積が大きいほど触媒活性が高い。また、触媒を担持するための担体は比表面積が大きいほど触媒活性を発現しやすい。このような観点から自動車用三元触媒をみると、支持体としてのモノリス成形体は成形体の断面が網目状で、軸方向に平行に互いに薄い壁によって仕切られたガス流路を設けている成形体であり、比表面積が0.2m/g、担体としてのアルミナ粒子の比表面積が110〜340m/gであり、触媒の比表面積は粒径から20〜40m/g程度であると推察される。したがって、従来の触媒粒子の粒径よりも一桁から二桁小さいナノサイズの触媒粒子を上記のようなメソポーラス材料の細孔内に担持することによって触媒の表面積は従来の三元触媒の10〜10倍大きくなるので、これをモノリス成形体に塗布することによって自動車排ガスに対する触媒活性の向上を図ることが考えられ、この考えは、例えば、特許文献15〜19に開示されている。しかし、ディーゼル自動車等が排出する100℃〜200℃付近の低温排NOxを効果的に除去することは困難であった。 Since the catalytic reaction is a surface reaction, the larger the specific surface area of the catalyst, the higher the catalytic activity. Further, the carrier for supporting the catalyst is more likely to exhibit the catalytic activity as the specific surface area is larger. From this point of view, when looking at a three-way catalyst for automobiles, the monolith molded body as a support has a mesh-shaped cross section and is provided with gas flow paths partitioned by thin walls parallel to each other in the axial direction. It is a molded body, the specific surface area is 0.2 m 2 / g, the specific surface area of alumina particles as a support is 110 to 340 m 2 / g, and the specific surface area of the catalyst is about 20 to 40 m 2 / g from the particle size. It is guessed. Therefore, the surface area of the catalyst is 10 2 of that of the conventional three-way catalyst by supporting the nano-sized catalyst particles that are one to two orders of magnitude smaller than the particle diameter of the conventional catalyst particles in the pores of the mesoporous material. since 10 becomes 4 times larger, which is believed to enhance the catalytic activity for automotive exhaust by applying monolith forming body, this idea, for example, disclosed in Patent Document 15-19. However, it has been difficult to effectively remove low-temperature exhaust NOx around 100 ° C. to 200 ° C. discharged by diesel vehicles and the like.

WO2005/103461号公報WO2005 / 103461 特開2001−170487号公報JP 2001-170487 A 特開2004−269276号公報JP 2004-269276 A 特開平05−031359号公報JP 05-031359 A 特開平01−155934号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-155934 特開2004−019439号公報JP 2004-019439 A 特開2001−300319号公報JP 2001-300319 A 特開平06−074019号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-074019 特開平07−144119号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-144119 特開平06−142457号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-142457 特開平05−059942号公報JP 05-059942 A 特開平07−102957号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-102957 特開平05−254827号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-254827 特表平05−503499号公報Japanese National Patent Publication No. 05-503499 米国特許第5,143,707号明細書US Pat. No. 5,143,707 特開2001−009275号公報JP 2001-009275 A 特開2002−210369号公報JP 2002-210369 A 特開2002−320850号公報JP 2002-320850 A 特開2003−135963号公報JP 2003-135963 A SAE,2000−01−0892(2000).SAE, 2000-01-0892 (2000). 第99回触媒討論会,討論会A予稿集,1P47(平成19年3月).The 99th Catalysis Conference, Discussion Session A Proceedings, 1P47 (March 2007). Applied Catalysis B:Environmental 19(1998)127−135.Applied Catalysis B: Environmental 19 (1998) 127-135.

本発明の目的は、上記の事情に鑑み、従来困難であったリーンバーン排ガスを低温領域から中温領域に渡って効率的に浄化するための自動車用排ガス浄化用触媒を提供することである。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an automobile exhaust gas purification catalyst for efficiently purifying lean burn exhaust gas, which has been difficult in the past, from a low temperature region to an intermediate temperature region.

本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、メソポーラス材料に白金族元素を担持した触媒(以下、メソポーラス触媒と云う)とゼオライトの中から選ばれた特定のゼオライトに対して陽イオン交換を施したゼオライトとから成る触媒がリーンバーン排ガスに対して特に低温領域から中温領域に渡って非常に有効であることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、
1.メソポーラス材料に白金族元素を担持した触媒と陽イオン交換クリノプチロライトから成ることを特徴とするリーンバーン自動車排ガス浄化用触媒。
2.メソポーラス材料に白金族元素を担持した触媒と陽イオン交換エリオナイトから成ることを特徴とするリーンバーン自動車排ガス浄化用触媒。
3.該陽イオンが、遷移金属イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンの中から選ばれた少なくとも1種類以上の陽イオンであることを特徴とする上記1.又は2.に記載のリーンバーン自動車排ガス浄化用触媒に関する。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that a specific zeolite selected from a catalyst in which a platinum group element is supported on a mesoporous material (hereinafter referred to as a mesoporous catalyst) and a zeolite. In order to complete the present invention based on this finding, it was found that a catalyst comprising a zeolite that had been subjected to cation exchange with respect to the catalyst was extremely effective against lean burn exhaust gas, particularly in a low temperature region to a medium temperature region. It came.
That is, the present invention
1. A lean-burn automobile exhaust gas purification catalyst comprising a catalyst having a platinum group element supported on a mesoporous material and a cation exchange clinoptilolite.
2. A lean burn automobile exhaust gas purification catalyst comprising a catalyst having a platinum group element supported on a mesoporous material and a cation exchange erionite.
3. The above-mentioned 1., wherein the cation is at least one cation selected from transition metal ions, alkali metal ions, and alkaline earth metal ions. Or 2. The lean burn automobile exhaust gas purification catalyst as described in 1.

本発明の自動車排ガス浄化用触媒は、排ガス中に含まれる極めて低濃度の炭化水素でも効果的に利用できるので、従来達成できなかったリーンバーン排NOx処理を低温領域から中温領域に渡って極めて効率よく行なうことができる。例えば、三元触媒では、排ガス中に炭化水素が大量に存在しても酸素濃度10%の雰囲気下ではNOxはほとんど浄化できないが、本発明触媒を用いると、数万/h以上の実用的な空塔速度(SV:pace−elocityの略)の条件で、排ガス中に数百ppm〜500ppm程度の炭化水素があれば、酸素濃度10%のリーンバーン排NOxの75〜85%を180℃から200℃において浄化でき、30〜40%を200℃から300℃にかけて浄化できる。また、同時に、炭化水素もほとんど浄化できる。 The automobile exhaust gas purification catalyst of the present invention can be effectively used even with extremely low concentrations of hydrocarbons contained in the exhaust gas, so that lean burn NOx treatment that could not be achieved in the past is extremely efficient from the low temperature region to the intermediate temperature region. Can be done well. For example, with a three-way catalyst, NOx can hardly be purified under an atmosphere with an oxygen concentration of 10% even if a large amount of hydrocarbon is present in the exhaust gas. If there is a hydrocarbon of several hundred ppm to 500 ppm in the exhaust gas under the condition of superficial velocity (SV: abbreviation of s space- v elocity), 75 to 85% of lean burn exhaust NOx with an oxygen concentration of 10% is 180%. It can be purified at a temperature of from 200 ° C to 200 ° C, and 30 to 40% can be purified from 200 ° C to 300 ° C. At the same time, most hydrocarbons can be purified.

以下、本発明を詳細に説明する。
従来の三元触媒は、酸素濃度が1%よりも低い雰囲気で還元性物質がNOxのモル濃度の10倍程度あれば250℃〜600℃に渡ってNOxをほぼ100%浄化できる。しかし、酸素濃度が数%以上の雰囲気では、還元性物質が豊富でも量的に酸素による酸化消費に見合う分以上の大過剰でない限りは、高温であるほどNOx浄化率が激減する。これは、三元触媒が酸素によって被毒されるという原因では十分に説明できない。おそらく温度が250℃以上を超えたあたりから触媒上での還元性物質の完全燃焼反応がNOx還元反応よりも著しく早くなるからであろうと考えられる。
本発明における排ガス浄化用触媒は、このような好ましくない触媒反応を改善した触媒であり、これによってリーンバーン排NOxを低温領域から中温領域にかけて効率的に浄化するものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The conventional three-way catalyst can purify NOx almost 100% over 250 ° C. to 600 ° C. when the reducing substance is about 10 times the molar concentration of NOx in an atmosphere having an oxygen concentration lower than 1%. However, in an atmosphere having an oxygen concentration of several percent or more, the NOx purification rate decreases drastically as the temperature increases, unless the reducing substance is abundant and the amount is not excessively large enough to meet the amount of oxygen consumed by oxidation. This cannot be fully explained because the three-way catalyst is poisoned by oxygen. This is probably because the complete combustion reaction of the reducing substance on the catalyst is significantly faster than the NOx reduction reaction when the temperature exceeds 250 ° C. or more.
The exhaust gas purifying catalyst in the present invention is a catalyst that improves such an undesirable catalytic reaction, and thereby efficiently purifies lean burn exhaust NOx from a low temperature region to a medium temperature region.

すなわち、本発明は、リーンバーン排ガスを浄化するための自動車排ガス浄化用触媒であり、具体的には、メソポーラス触媒と陽イオン交換クリノプチロライト及び又は陽イオン交換エリオナイトから成ることを特徴とするリーンバーン自動車排ガス浄化用触媒である。本発明におけるリーンバーンとは、排ガス中の酸素イオン濃度が1%以上であることを言い、通常、酸素濃度が5%以上であることを言う。該NOx酸化触媒の役割は、低温領域のリーンバーン雰囲気でNOをNOに酸化することである。また、上記陽イオン交換を施した特定のゼオライトの役割は、主として排ガス中の炭化水素を吸着することによって細孔内に貯蔵し、NOx酸化触媒によって消費された炭化水素を補給する形で供給することであると考えているが、以下で説明するように炭化水素の吸着性だけでは本発明の効果を十分に説明できない。本発明では、メソポーラス触媒と陽イオン交換を施した特定のゼオライトから成る。通常は、両方の材料をミクロ分散させた混合物として用いるが、それぞれの材料を薄膜状の多層構造に積層して用いることもできる。混合物として使用するときの配合割合は、NOx酸化触媒に対して通常は同量から10倍までの範囲でゼオライトを配合するが、炭化水素の含有量に応じてNOx酸化触媒よりも少ない量を配合することもできる。また、本発明陽イオン交換を施した特定のゼオライトに於ける陽イオンは、遷移金属イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンの中から選ばれる少なくとも一種類以上の陽イオンである。遷移金属イオンとしては、4族から11族の金属イオンが好ましく、中でも鉄イオン、及び銅イオンがさらに好ましい。アルカリ金属イオンとしては、1族のアルカリ金属イオンのすべてが使用できるが、中でもナトリウム、カリウム、セシウムイオンがさらに好ましい。アルカリ土類金属イオンとしては、2族のアルカリ土類金属イオンのすべての金属イオンが使用できるが、中でも、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウムイオンがさらに好ましい。 That is, the present invention is an automobile exhaust gas purification catalyst for purifying lean burn exhaust gas, specifically comprising a mesoporous catalyst, a cation exchange clinoptilolite and / or a cation exchange erionite. This is a lean burn automobile exhaust gas purification catalyst. The lean burn in the present invention means that the oxygen ion concentration in the exhaust gas is 1% or more, and usually means that the oxygen concentration is 5% or more. The role of the NOx oxidation catalyst is to oxidize NO to NO 2 in a lean burn atmosphere in a low temperature region. The role of the specific zeolite subjected to the cation exchange is mainly to store hydrocarbons in the exhaust gas by adsorbing hydrocarbons in the exhaust gas and supply hydrocarbons consumed by the NOx oxidation catalyst. However, as described below, the effect of the present invention cannot be sufficiently explained only by the adsorptivity of hydrocarbons. In the present invention, it is composed of a specific zeolite subjected to cation exchange with a mesoporous catalyst. Normally, both materials are used as a mixture in which the materials are micro-dispersed. However, the respective materials can be used by being laminated in a thin-film multilayer structure. When used as a mixture, the blending ratio is usually in the range of the same amount to 10 times that of the NOx oxidation catalyst, but the amount is smaller than that of the NOx oxidation catalyst depending on the hydrocarbon content. You can also Further, the cation in the specific zeolite subjected to the cation exchange of the present invention is at least one cation selected from transition metal ions, alkali metal ions, and alkaline earth metal ions. As the transition metal ions, group 4 to group 11 metal ions are preferred, and iron ions and copper ions are more preferred. As the alkali metal ions, all of the alkali metal ions of group 1 can be used, among which sodium, potassium and cesium ions are more preferable. As the alkaline earth metal ions, all metal ions of group 2 alkaline earth metal ions can be used, among which calcium, magnesium, barium, and strontium ions are more preferable.

本発明は、30種類以上の天然ゼオライト、及び80種類以上の合成ゼオライトの中から、特に、クリノプチロライト及びエリオナイトが本発明の目的のために最も効果的であることを見出すことができた。ゼオライトは、炭化水素の吸着、アンモニアの吸着、各種の触媒機能を有する材料であるので、クリノプチロライト及びエリオナイトの炭化水素吸着量を他のゼオライトと比較してみたが、特に吸着性が高いということではなかった。例えば、炭化水素の吸着性についてはモルデナイトやZSM−5のほうがはるかに優れており、アンモニアの吸着性についてはゼオライトXのほうが優れていた。また、クリノプチロライト及びエリオナイトに類似の細孔径と結晶構造を有するゼオライトにはさほどの触媒効果はみられなかったので、クリノプチロライト及びエリオナイトに見られる特異的な効果であると考えられる。なお、クリノプチロライトとエリオナイトは、細孔径と結晶構造がかなり相違しているので両者の材料には構造的な類似性はあまりない。本発明の陽イオン交換ゼオライトは塩基性物質ではないので、従来のNOx吸蔵還元触媒にみられるようなSOxによる弊害がない。   The present invention can find that clinoptilolite and erionite are most effective for the purposes of the present invention, among more than 30 kinds of natural zeolites and more than 80 kinds of synthetic zeolites. It was. Zeolite is a material that has hydrocarbon adsorption, ammonia adsorption, and various catalytic functions, so the hydrocarbon adsorption amount of clinoptilolite and erionite was compared with other zeolites. It wasn't expensive. For example, mordenite and ZSM-5 were far superior in terms of hydrocarbon adsorption, and zeolite X was superior in terms of ammonia adsorption. In addition, since zeolites having a pore size and crystal structure similar to clinoptilolite and erionite did not have a significant catalytic effect, it was a unique effect seen in clinoptilolite and erionite. Conceivable. Note that clinoptilolite and erionite are quite different in pore size and crystal structure, so there is not much structural similarity between the two materials. Since the cation exchange zeolite of the present invention is not a basic substance, there is no problem caused by SOx as seen in conventional NOx storage reduction catalysts.

本発明に於けるメソポーラス触媒とは、メソポーラス材料に白金族元素を担持した触媒である。(但し、前記三元触媒は除く)。白金族元素とは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、及び白金の6元素の総称であるが、これらの中で、ロジウム、パラジウム、イリジウム、及び白金の中から選択される1種又は2種が好ましく、中でも白金が最も好ましい。通常、本発明では、白金主体の触媒を用いるが、その理由は、触媒の主成分である白金が排NOxの主成分であるNOをNOに酸化する能力が高く、還元剤によってNO及びNに還元する能力が高く、高濃度の酸素雰囲気中でも化学的に安定であるからであり、また、白金族元素の中では白金が比較的低温高活性であるからでもある。白金主体の触媒に異なる機能を有する助触媒的成分を添加することによってシナジー効果による触媒性能の向上をはかることもできる。このような成分として、例えば、遷移金属及びその酸化物を用いることができる。遷移金属元素としては、周期律表における3族〜11族の元素が挙げられるが、これらの中でバナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、タングステン、レニウムが好ましく、中でも鉄、コバルト、タングステンが最も好ましい。これらの助触媒的成分の添加質量は、通常、白金の0.01倍から100倍程度であるが、必要に応じて100倍以上であってもよい。 The mesoporous catalyst in the present invention is a catalyst in which a platinum group element is supported on a mesoporous material. (However, the three-way catalyst is excluded). The platinum group element is a generic name of six elements of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum, and among these, one or two selected from rhodium, palladium, iridium, and platinum. Species are preferred, with platinum being most preferred. Usually, in the present invention, a platinum-based catalyst is used. The reason is that platinum, which is the main component of the catalyst, has a high ability to oxidize NO, which is the main component of exhausted NOx, to NO 2 , and N 2 O depending on the reducing agent. This is because it has a high ability to reduce to N 2 and is chemically stable even in a high-concentration oxygen atmosphere, and also because platinum is relatively active at a relatively low temperature among platinum group elements. By adding a co-catalytic component having a different function to the platinum-based catalyst, the catalyst performance can be improved by the synergy effect. As such a component, for example, a transition metal and its oxide can be used. Examples of the transition metal element include elements of Group 3 to Group 11 in the periodic table. Among these, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, molybdenum, tungsten, and rhenium are preferable. Of these, iron, cobalt, and tungsten are most preferable. The added mass of these promoter components is usually about 0.01 to 100 times that of platinum, but may be 100 times or more as required.

触媒の担体として用いるメソポーラス材料は、高比表面積を有し細孔径がナノサイズであるので、そこに担持される触媒の比表面積を飛躍的に高められることと、触媒を細孔内に担持することで触媒粒子の再凝集を抑制し触媒粒子の再凝集を抑制し触媒の均一高分散を図れること、などの優れた効果がある。メソポーラス材料の比表面積は特別な事情がない限り高ければ高いほどよい。本発明に用いることができるメソポーラス材料の比表面積は100〜4000m/gであり、好ましくは200〜3000m/g、さらに好ましくは、400〜2000m/gである。比表面積が100m/g未満では、触媒の担持量が少なくなるので担持触媒の触媒性能を引き出す上100m/g以上であることが好ましい。一方、材料強度上の面からは比表面積が4000m/g以下であることが好ましい。また、本発明におけるメソポーラス材料の細孔の大部分は、細孔径(直径表示)が1〜50nmの範囲にあり、好ましくは2〜20nmの範囲にあり、より好ましくは2〜10nmの範囲にある。ここでいう細孔の大部分とは1〜50nmの細孔が占める細孔容積が全細孔容積の60%以上であることをいう。細孔径が1nm未満であっても触媒の担持は可能であるが還元剤の流通や不純物等による汚染を考えると1nm以上が好ましい。50nmを越えると分散担持された触媒が水熱高温条件などによるシンタリング(=焼結)によって巨大粒子に成長しやすくなるので50nm以下が好ましい。メソポーラス材料の細孔に担持される触媒の粒径は、細孔径とほぼ同程度ないしそれ以下であるので、前記の細孔径の範囲は、高活性を発現する触媒の粒径範囲とも一致している。メソポーラス材料の平均粒径は、0.1〜10μm、好ましくは0.1〜1μm、特に好ましくは0.1〜0.5μmである。一般に、ナノサイズに微粒化された触媒粒子は、活性を示すエッジ、コーナー、ステップなどの高次数の結晶面を多量に持つので、触媒活性が著しく向上するだけでなく、バルクでは触媒活性を示さないような不活性金属でも予期しなかった触媒活性を発現する場合があることが知られている。したがって、触媒能力の観点からは触媒は小さいほど好ましいのであるが、反面、微粒化よる表面酸化、副反応などの好ましくない性質もでてくるので、微粒子の粒子径には最適範囲が存在する。本発明における目的のNOx浄化処理に対して効果的な活性を示す触媒の平均粒径は1〜50nmの範囲にあり、1〜20nmの範囲が好ましく、1〜10nmの範囲が特に好ましい。 The mesoporous material used as the catalyst support has a high specific surface area and a pore size of nano-size, so that the specific surface area of the catalyst supported on the mesoporous material can be dramatically increased and the catalyst is supported in the pores. Thus, there are excellent effects such as suppressing reagglomeration of the catalyst particles, suppressing reagglomeration of the catalyst particles, and achieving uniform and high dispersion of the catalyst. The higher the specific surface area of the mesoporous material, the better, unless there are special circumstances. The specific surface area of mesoporous materials that may be used in the present invention is 100~4000m 2 / g, preferably 200~3000m 2 / g, and more preferably from 400~2000m 2 / g. When the specific surface area is less than 100 m 2 / g, the supported amount of the catalyst is reduced, so that it is preferably 100 m 2 / g or more in order to bring out the catalyst performance of the supported catalyst. On the other hand, in terms of material strength, the specific surface area is preferably 4000 m 2 / g or less. Further, most of the pores of the mesoporous material in the present invention have a pore diameter (diameter display) in the range of 1 to 50 nm, preferably in the range of 2 to 20 nm, more preferably in the range of 2 to 10 nm. . The majority of the pores referred to here means that the pore volume occupied by pores of 1 to 50 nm is 60% or more of the total pore volume. The catalyst can be supported even if the pore diameter is less than 1 nm, but it is preferably 1 nm or more in consideration of the flow of the reducing agent and contamination due to impurities. If it exceeds 50 nm, the dispersed and supported catalyst tends to grow into giant particles by sintering (= sintering) under hydrothermal high temperature conditions and the like. Since the particle size of the catalyst supported in the pores of the mesoporous material is approximately the same as or smaller than the pore size, the above-mentioned pore size range coincides with the particle size range of the catalyst exhibiting high activity. Yes. The average particle size of the mesoporous material is 0.1 to 10 μm, preferably 0.1 to 1 μm, particularly preferably 0.1 to 0.5 μm. Generally, catalyst particles atomized to nanosize have a large number of high-order crystal planes such as edges, corners, and steps showing activity, so that not only catalytic activity is remarkably improved but also catalytic activity is shown in bulk. It is known that even an inert metal such as this may exhibit unexpected catalytic activity. Therefore, the smaller the catalyst, the better from the viewpoint of catalytic ability. However, on the other hand, undesirable properties such as surface oxidation and side reactions due to atomization also appear, so there is an optimum range for the particle size of the fine particles. The average particle diameter of the catalyst exhibiting effective activity for the target NOx purification treatment in the present invention is in the range of 1 to 50 nm, preferably in the range of 1 to 20 nm, and particularly preferably in the range of 1 to 10 nm.

以上のような比表面積と細孔分布と平均粒径を併せ持ったメソポーラス材料としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、カルシア、セリア、ニオビア、活性炭、多孔質黒鉛などを挙げることができ、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、カルシア、セリア、ニオビア、活性炭、及びこれらの複合材料が好ましく、シリカ、アルミナ、マグネシア、活性炭、及びこれらの複合材料がさらに好ましい。メソポーラスシリカは、細孔が結晶格子のように規則正しく配列した結晶性メソポーラスシリカと、細孔配列に結晶のような規則性が殆どみられない非晶性のメソポーラスシリカに大別されるが、本発明の目的にとっては、水熱耐久性、耐熱性、ガス拡散性などに優れた非晶性のメソポーラスシリカのほうが優れている。
なお、上記吸脱着の比表面積は、吸脱着の気体として窒素を用いたBET窒素吸着法によって測定される値であり、細孔径は、吸脱着の気体として窒素を用いた窒素吸着法によって測定される値であり、BJH法によって求められる1〜200nmの範囲の細孔分布(微分分布表示)で示される。
Examples of the mesoporous material having both the specific surface area, the pore distribution, and the average particle size as described above include silica, alumina, titania, zirconia, magnesia, calcia, ceria, niobia, activated carbon, and porous graphite. Silica, alumina, titania, zirconia, magnesia, calcia, ceria, niobia, activated carbon, and a composite material thereof are preferable, and silica, alumina, magnesia, activated carbon, and a composite material thereof are more preferable. Mesoporous silica is roughly classified into crystalline mesoporous silica in which the pores are regularly arranged like a crystal lattice, and amorphous mesoporous silica in which the regularity such as crystals is hardly observed in the pore arrangement. For the purpose of the invention, amorphous mesoporous silica excellent in hydrothermal durability, heat resistance, gas diffusibility and the like is superior.
The specific surface area for adsorption / desorption is a value measured by a BET nitrogen adsorption method using nitrogen as an adsorption / desorption gas, and the pore size is measured by a nitrogen adsorption method using nitrogen as an adsorption / desorption gas. It is shown by a pore distribution (differential distribution display) in the range of 1 to 200 nm obtained by the BJH method.

メソポーラス材料に白金主体の触媒を担持する時の白金の担持量は0.01〜20質量%であり、好ましくは0.1〜10質量%であるが、量的な問題がなければ、通常は、1ないし数%の担持量で用いる。担持量は20質量%以上でも可能であるが、担持量が過剰になると反応にほとんど寄与しない細孔深部の触媒が増えるので20質量%以下が好ましい。0.01質量%未満では活性が十分ではないので0.01質量%以上が好ましい。
本発明で用いるメソポーラス材料の製造は、従来の方法である界面活性剤のミセルをテンプレートとして用いるゾル−ゲル法を応用することによって所用の材料を製造することができる。メソポーラス材料の前駆物質としては、メソポーラスシリカの場合、通常、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−i−プロポキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−i−ブトキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシラン等のアルコキシドを用いる。メソポーラスシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、カルシア、セリア、ニオビアについても、通常、アルコキシドを用いて製造することができる。ミセル形成の界面活性剤は、例えば長鎖のアルキルアミン、長鎖の4級アンモニウム塩、長鎖のアルキルアミンN−オキシド、長鎖のスルホン酸塩、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等のいずれであってもよい。溶媒として、通常、水、アルコール類、ジオールの1種以上が用いられるが、水系溶媒が好ましい。反応系に金属への配位能を有する化合物を少量添加すると反応系の安定性を高めることができる。このような安定剤としては、アセチルアセトン、テトラメチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、ピリジン、ピコリンなどの金属配位能を有する化合物が好ましい。メソポーラス材料の前駆物質、界面活性剤、溶媒及び安定剤からなる反応系の組成は、メソポーラス材料の前駆物質のモル比が、0.01〜0.6、好ましくは0.02〜0.5、該前駆物質/界面活性剤のモル比が1〜30、好ましくは1〜10、溶媒/界面活性剤のモル比が1〜1000、好ましくは5〜500、安定剤/主剤(溶媒を除く反応系組成)のモル比が0.01〜1、好ましくは0.2〜0.6である。反応温度は、20〜180℃、好ましくは20〜100℃の範囲である。反応時間は5〜100時間、好ましくは10〜50時間の範囲である。反応生成物は通常、濾過により分離し、十分に水洗、乾燥後、500〜1000℃の高温焼成によってテンプレートを熱分解除去し、メソポーラス材料を得ることができる。必要に応じて、焼成前に界面活性剤をアルコールなどで抽出することもできる。
When the platinum-based catalyst is supported on the mesoporous material, the supported amount of platinum is 0.01 to 20% by mass, preferably 0.1 to 10% by mass. It is used at a loading of 1 to several percent. The supported amount can be 20% by mass or more, but if the supported amount is excessive, the catalyst in the deep pores that hardly contributes to the reaction increases, so 20% by mass or less is preferable. Since activity is not enough if it is less than 0.01 mass%, 0.01 mass% or more is preferable.
The mesoporous material used in the present invention can be produced by applying a sol-gel method using a surfactant micelle as a template, which is a conventional method. As the precursor of the mesoporous material, in the case of mesoporous silica, usually, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-i-propoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-i-butoxysilane, tetra-n-butoxysilane An alkoxide such as tetra-sec-butoxysilane or tetra-t-butoxysilane is used. Mesoporous silica, alumina, titania, zirconia, magnesia, calcia, ceria and niobia can also be usually produced using alkoxides. Examples of micelle-forming surfactants include long-chain alkylamines, long-chain quaternary ammonium salts, long-chain alkylamine N-oxides, long-chain sulfonates, polyethylene glycol alkyl ethers, and polyethylene glycol fatty acid esters. Either may be sufficient. As the solvent, one or more of water, alcohols, and diols are usually used, and an aqueous solvent is preferable. When a small amount of a compound having a coordination ability to metal is added to the reaction system, the stability of the reaction system can be improved. As such a stabilizer, compounds having metal coordination ability such as acetylacetone, tetramethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, pyridine, and picoline are preferable. The composition of the reaction system comprising the precursor of the mesoporous material, the surfactant, the solvent and the stabilizer is such that the molar ratio of the precursor of the mesoporous material is 0.01 to 0.6, preferably 0.02 to 0.5, The precursor / surfactant molar ratio is 1-30, preferably 1-10, and the solvent / surfactant molar ratio is 1-1000, preferably 5-500, stabilizer / main agent (reaction system excluding solvent). The molar ratio of the composition is 0.01 to 1, preferably 0.2 to 0.6. The reaction temperature is in the range of 20 to 180 ° C, preferably 20 to 100 ° C. The reaction time is 5 to 100 hours, preferably 10 to 50 hours. The reaction product is usually separated by filtration, sufficiently washed with water, dried, and then thermally decomposed and removed from the template by high-temperature baking at 500 to 1000 ° C. to obtain a mesoporous material. If necessary, the surfactant can be extracted with alcohol or the like before firing.

メソポーラス材料に白金族元素を担持した触媒を主成分とするNOx酸化触媒は、例えば、イオン交換法又は含浸法によって製造することができる。これらの2つの方法は、担体への触媒の沈着化について、イオン交換法が担体表面のイオン交換能を利用し、含浸法が担体のもつ毛管作用を利用しているという違いはあるが、基本的なプロセスはほとんど同じである。すなわち、メソポーラス材料を触媒原料の水溶液に浸した後、濾過、乾燥、必要に応じて水洗を行い、還元剤で還元処理することによって製造することができる。白金の触媒原料としては、例えば、HPtCl、(NHPtCl、HPtCl、(NHPtCl、Pt(NH(NO、Pt(NH(OH)、PtCl、白金アセチルアセトナート等を用いることができる。必要に応じて、助触媒成分の硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩などの水溶性塩類を白金触媒原料に混合して同様にして製造することができる。触媒活性成分の還元剤としては、水素、ヒドラジン水溶液、ホルマリン等を用いることができる。還元は、それぞれの還元剤について知られている通常の条件で行なえばよい。例えば、水素還元は、ヘリウムなどの不活性ガスで希釈した水素ガス気流下にサンプルを置き、通常、300〜500℃で数時間処理することによって行なうことができる。還元後、必要に応じて不活性ガス気流下500〜1000℃で数時間熱処理してもよい。 The NOx oxidation catalyst whose main component is a catalyst having a platinum group element supported on a mesoporous material can be produced by, for example, an ion exchange method or an impregnation method. These two methods are different in that the catalyst is deposited on the support, although the ion exchange method uses the ion exchange capacity of the support surface and the impregnation method uses the capillary action of the support. The general process is almost the same. That is, it can be produced by immersing the mesoporous material in an aqueous solution of the catalyst raw material, followed by filtration, drying, washing with water as necessary, and reduction treatment with a reducing agent. Examples of the platinum catalyst material include H 2 PtCl 4 , (NH 4 ) 2 PtCl 4 , H 2 PtCl 6 , (NH 4 ) 2 PtCl 6 , Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 , Pt (NH 3 ) 4 (OH) 2 , PtCl 4 , platinum acetylacetonate and the like can be used. If necessary, water-soluble salts such as nitrates, sulfates, carbonates, and acetates of the promoter component can be mixed with the platinum catalyst raw material and produced in the same manner. As the reducing agent for the catalytically active component, hydrogen, an aqueous hydrazine solution, formalin or the like can be used. The reduction may be performed under normal conditions known for each reducing agent. For example, hydrogen reduction can be performed by placing a sample in a hydrogen gas stream diluted with an inert gas such as helium and treating the sample at 300 to 500 ° C. for several hours. After reduction, if necessary, heat treatment may be performed at 500 to 1000 ° C. for several hours under an inert gas stream.

陽イオン交換ゼオライトの製造は、例えばイオン交換法によって製造することができる。すなわち、交換したい陽イオンを含む水溶液にゼオライトを浸した後、濾過、乾燥し、必要に応じて水洗を行なうことによって製造することができる。
本発明触媒は、通常、自動車触媒用の担体として一般的に使用されているセラミックス製、あるいはメタル製のモノリス成形体のガス流路内壁に塗布した形状で用いるが、これらに限定されるものではない。上記モノリス成形体とは、成形体の断面が網目状で、軸方向に平行に互いに薄い壁によって仕切られたガス流路を設けている成形体のことであり、モノリス成形体に触媒を付着させて成る触媒を以下ではモノリス触媒という。成形体の外形は、特に限定されるものではないが、通常は、円柱形である。本発明触媒をモノリス成形体のガス流路内壁に付着させる時の触媒の付着量は、3〜30質量%が好ましい。担体内部に存在する触媒内部へのガス拡散の面から30質量%未満が好ましい。また、十分な触媒性能を引き出す上で3質量%以上が好ましい。
The cation exchange zeolite can be produced, for example, by an ion exchange method. That is, it can be produced by immersing the zeolite in an aqueous solution containing a cation to be exchanged, followed by filtration, drying, and washing with water as necessary.
The catalyst of the present invention is usually used in a shape applied to the inner wall of the gas flow path of a ceramic or metal monolith molded body generally used as a carrier for automobile catalysts, but is not limited to these. Absent. The above-mentioned monolith molded body is a molded body having a mesh-shaped cross section and provided with gas flow paths partitioned by thin walls parallel to each other in the axial direction. A catalyst is attached to the monolith molded body. Hereinafter, this catalyst is referred to as a monolith catalyst. Although the external shape of a molded object is not specifically limited, Usually, it is a cylindrical shape. The amount of the catalyst deposited when the catalyst of the present invention is deposited on the gas flow path inner wall of the monolith molded body is preferably 3 to 30% by mass. The amount is preferably less than 30% by mass from the viewpoint of gas diffusion into the catalyst inside the support. Further, 3% by mass or more is preferable in order to bring out sufficient catalyst performance.

上記のモノリス触媒は、自動車用三元触媒を付着したモノリス成形体の製造方法に準じて製造することができる。例えば、本発明触媒とバインダーとしてのコロイダルシリカ(シリカゾルとも言う)を、通常、1:(0.01〜0.2)の質量割合で混合した混合物を調整し、これを水分散することによって通常10〜50質量%のスラリーを調整した後、該スラリーにモノリス成形体を浸漬してモノリス成形体のガス流路の内壁にスラリーを付着させ、乾燥後、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性雰囲気下、500〜1000℃で数時間処理することによって製造することができる。あるいは、あらかじめ、モノリス成形体にメソポーラス材料と陽イオン交換ゼオライトの混合物を塗布した後、該モノリス成形体を触媒原料の水溶液に浸漬、取り出し、乾燥、還元処理、熱処理することによって製造することもできる。   Said monolith catalyst can be manufactured according to the manufacturing method of the monolith molded object which adhered the three-way catalyst for motor vehicles. For example, the mixture of the present invention catalyst and colloidal silica (also referred to as silica sol) as a binder is usually mixed at a mass ratio of 1: (0.01 to 0.2), and this is usually dispersed in water. After adjusting the slurry of 10 to 50% by mass, the monolith molded body is immersed in the slurry to adhere the slurry to the inner wall of the gas flow path of the monolith molded body, and after drying, an inert atmosphere such as nitrogen, helium or argon It can manufacture by processing at 500-1000 degreeC for several hours below. Alternatively, it is also possible to produce a monolith molded body by applying a mixture of a mesoporous material and a cation exchange zeolite in advance and then immersing the monolith molded body in an aqueous solution of a catalyst raw material, taking out, drying, reducing treatment, and heat treatment. .

コロイダルシリカ以外のバインダーとしては、メチルセルロース、アクリル樹脂、ポリエチレングリコールなどを適宜用いることもできる。モノリス成形体に付着させる本発明触媒の厚みは、前記のスラリーを付着させる方法では、通常、1μm〜100μmであるのが好ましく、10μm〜50μmの範囲が特に好ましい。100μmを越えると反応ガスの拡散が遅くなるので100μm以下が好ましい。触媒性能の劣化を抑制するためには1μm以上が好ましい。
本発明触媒は、自動車、特にディーゼル自動車及びリーンバーンガソリン自動車に搭載することによって、自動車が排出するリーンバーン排ガス中のNOx及び炭化水素類の有害物質を160℃〜400℃の領域において極めて効果的に除去することができる。特に、トラックなどの大型車用の排ガス浄化方法として有効に用いることができる。
As a binder other than colloidal silica, methyl cellulose, acrylic resin, polyethylene glycol, or the like can be used as appropriate. The thickness of the catalyst of the present invention to be attached to the monolith molded body is usually preferably 1 μm to 100 μm, particularly preferably in the range of 10 μm to 50 μm, in the method for attaching the slurry. If it exceeds 100 μm, the diffusion of the reaction gas becomes slow, so that it is preferably 100 μm or less. In order to suppress deterioration of catalyst performance, 1 μm or more is preferable.
The catalyst of the present invention is extremely effective in mounting NOx and hydrocarbon harmful substances in lean burn exhaust gas emitted by automobiles in the range of 160 ° C to 400 ° C when mounted on automobiles, particularly diesel automobiles and lean burn gasoline automobiles. Can be removed. In particular, it can be effectively used as an exhaust gas purification method for large vehicles such as trucks.

以下に実施例などを挙げて本発明を具体的に説明する。
比表面積及び細孔分布は脱吸着の気体として窒素を用い、カルロエルバ社製ソープトマチック1800型装置によって測定した。比表面積はBET法によって求めた。細孔分布は1〜200nmの範囲を測定し、BJH法で求められる微分分布で示した。製造したメソポーラス材料の多くは指数関数的に左肩上がりの分布における特定の細孔直径の位置にピークを示した。このピークを与える細孔直系が細孔径である。
自動車排NOxのモデルガスとして、ヘリウム希釈で希釈した一酸化窒素、酸素、プロピレンの混合ガスを用いた。減圧式化学発光法NOx分析計(日本サーモ株式会社製造:モデル42i−HL及び46C−H)によって処理前と処理後のガスに含まれるNOx(NOとNOの合計))の濃度を測定し、NOx浄化率を式(1)によって算出した。

Figure 0005264316
The present invention will be specifically described below with reference to examples.
The specific surface area and pore distribution were measured with a Sorpmatic 1800 type apparatus manufactured by Carlo Elba using nitrogen as a desorption gas. The specific surface area was determined by the BET method. The pore distribution was measured in the range of 1 to 200 nm and indicated by a differential distribution obtained by the BJH method. Many of the produced mesoporous materials peaked at specific pore diameter positions in an exponentially increasing distribution. The pore diameter system giving this peak is the pore diameter.
As a model gas for automobile exhaust NOx, a mixed gas of nitric oxide, oxygen and propylene diluted with helium was used. The reduced pressure chemiluminescent NOx analyzer: measuring the concentration of (Nippon Thermo Co. production model 42i-HL and 46C-H) by NOx contained in the gas before and after treatment (total of NO and NO 2)) The NOx purification rate was calculated by equation (1).
Figure 0005264316

「製造例1」排ガス浄化用触媒としての三元触媒類似の触媒の合成
0.538gのPtCl・5HO、0.2065gのPdCl・2HO、及び0.405gのRh(NO・2HOを20mlの蒸留水に溶解した水溶液を蒸発皿に入れ、これに10gの活性アルミナ(日揮株式会社製造 商品名:N−613N、:比表面積250m/g、平均細孔径6.2nm、粒径2〜3μmの微粒子)を加え、スチームバスで蒸発乾固した後、真空乾燥機に入れ100℃で3時間真空乾燥を行なった。この試料を石英管に入れヘリウム希釈水素ガス(10v/v%)気流下500℃で3時間還元し、貴金属の含有量が約5質量%の触媒を合成した。これを三元触媒を模した貴金属触媒として比較実験に用いた。
“Production Example 1” Synthesis of a catalyst similar to a three-way catalyst as an exhaust gas purification catalyst 0.538 g of PtCl 4 .5H 2 O, 0.2065 g of PdCl 2 .2H 2 O, and 0.405 g of Rh (NO 3 ) 3 · 2H 2 O were placed an aqueous solution prepared by dissolving in distilled water of 20ml evaporation dish, to which 10g of activated alumina (JGC Corporation manufacturing trade name: N-613N ,: specific surface area of 250 meters 2 / g, average pore diameter 6.2 nm, fine particles having a particle diameter of 2 to 3 μm) were added and evaporated to dryness in a steam bath, and then placed in a vacuum dryer and vacuum dried at 100 ° C. for 3 hours. This sample was put into a quartz tube and reduced at 500 ° C. for 3 hours under a helium-diluted hydrogen gas (10 v / v%) stream to synthesize a catalyst having a precious metal content of about 5 mass%. This was used in a comparative experiment as a noble metal catalyst simulating a three-way catalyst.

「製造例2」NOx酸化触媒としてのメソポーラスシリカに担持した白金触媒の製造
1リットルのビーカーに、蒸留水300g、エタノール240g、及びドデシルアミン30gを入れ、溶解させた。攪拌下でテトラエトキシシラン125gを加えて室温で22時間攪拌した。生成物を濾過、水洗し、110℃で5時間温風乾燥した後、空気中で550℃−5時間焼成して含有するドデシルアミンを分解除去し、平均粒径が0.5μmのメソポーラスシリカ材料を得た。該メソポーラスシリカ材料を小角X線回折測定した結果、1本のブロードな回折ピークを示した。また、透過型電子顕微鏡観察の結果、細孔の配列には規則的な配列が観測されず無秩序に分散している状態が観測された。これらの結果から、製造したメソポーラスシリカ材料は非晶性であることが確認された。また、細孔分布及び比表面積測定の結果、約3.2nmの位置に細孔ピークがあり、比表面積が933m2/g、細孔容積が1.35cm/g、1〜50nmの細孔が占める容積は1.34cm/gであった。蒸留水20gに塩化白金酸HPtCl・6HOを0.668gと硝酸ロジウムRh(NO・2HOを0.004g溶解した水溶液を蒸発皿に入れ、これに上記のメソポーラスシリカ材料5gを加え、スチームバスで蒸発乾固した後、真空乾燥機に入れ、100℃−3時間真空乾燥を行なった。この試料を石英管に入れ、ヘリウム希釈水素ガス(10v/v%)気流下500℃で3時間還元し、白金−ロジウムの担持量が約5質量%の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒を合成した。メソポーラスシリカに担持された白金−ロジウム粒子の平均粒径は約3.0nmであった。
[Production Example 2] Production of platinum catalyst supported on mesoporous silica as NOx oxidation catalyst In a 1 liter beaker, 300 g of distilled water, 240 g of ethanol, and 30 g of dodecylamine were added and dissolved. While stirring, 125 g of tetraethoxysilane was added and stirred at room temperature for 22 hours. The product is filtered, washed with water, dried in warm air at 110 ° C. for 5 hours, and then calcined in air at 550 ° C. for 5 hours to decompose and remove contained dodecylamine, and mesoporous silica material having an average particle size of 0.5 μm Got. As a result of small angle X-ray diffraction measurement of the mesoporous silica material, one broad diffraction peak was shown. Further, as a result of observation with a transmission electron microscope, a regular arrangement was not observed in the pore arrangement, and a disordered state was observed. From these results, it was confirmed that the produced mesoporous silica material was amorphous. Moreover, as a result of pore distribution and specific surface area measurement, there is a pore peak at a position of about 3.2 nm, a specific surface area of 933 m 2 / g, a pore volume of 1.35 cm 3 / g, and a pore of 1 to 50 nm. The volume occupied by was 1.34 cm 3 / g. An aqueous solution of chloroplatinic acid H 2 PtCl 4 · 6H 2 O and 0.668g and rhodium nitrate Rh (NO 3) 3 · 2H 2 O were dissolved 0.004g of distilled water 20g were placed in an evaporating dish, to which the above mesoporous After adding 5 g of a silica material and evaporating to dryness with a steam bath, it was put in a vacuum dryer and vacuum-dried at 100 ° C. for 3 hours. This sample was put into a quartz tube and reduced at 500 ° C. for 3 hours under a flow of helium-diluted hydrogen gas (10 v / v%), and a [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst having a platinum-rhodium loading of about 5% by mass was obtained. Synthesized. The average particle diameter of platinum-rhodium particles supported on mesoporous silica was about 3.0 nm.

「製造例3」Mgイオン交換モルデナイトの製造
市販のモルデナイト(東ソー株式会社製 商品名:HSZ−640)100gを2リットルの蒸留水にいれ、これに20質量%の硝酸マグネシウム水溶液50gを加え、室温で一昼夜攪拌した。減圧濾過、100mlの蒸留水で洗浄後、100℃で真空乾燥することによって、マグネシウムイオン交換ゼオライトを製造した。マグネシウムイオンの含有量は約5gであった。
[Production Example 3] Production of Mg ion-exchanged mordenite 100 g of commercially available mordenite (trade name: HSZ-640, manufactured by Tosoh Corporation) was placed in 2 liters of distilled water, and 50 g of a 20 mass% magnesium nitrate aqueous solution was added thereto, and the room temperature was increased. And stirred for a whole day. Magnesium ion exchanged zeolite was produced by vacuum filtration, washing with 100 ml of distilled water and vacuum drying at 100 ° C. The magnesium ion content was about 5 g.

「製造例4」Mgイオン交換クリノプチロライトの製造
市販の天然クリノプチロライト(天然産のクリノプチロライトはカリウムイオン交換体である)100gを2リットルの蒸留水にいれ、これに20質量%の硝酸マグネシウム水溶液50gを加え、室温で一昼夜攪拌した。減圧濾過、100mlの蒸留水で洗浄後、100℃で真空乾燥することによって、マグネシウムイオン交換ゼオライトを製造した。マグネシウムイオンの含有量は約5gであった。
“Production Example 4” Production of Mg ion-exchanged clinoptilolite 100 g of commercially available natural clinoptilolite (natural clinoptilolite is a potassium ion exchanger) was placed in 2 liters of distilled water, and 20 50 g of a mass% magnesium nitrate aqueous solution was added, and the mixture was stirred overnight at room temperature. Magnesium ion exchanged zeolite was produced by vacuum filtration, washing with 100 ml of distilled water and vacuum drying at 100 ° C. The magnesium ion content was about 5 g.

「製造例5」Mgイオン交換エリオナイトの製造
市販の天然エリオナイト(天然産のエリオナイトはカリウムイオン交換体である)(東ソー株式会社製 商品名:TSZ−450)100gを2リットルの蒸留水にいれ、これに20質量%の硝酸マグネシウム水溶液50gを加え、室温で一昼夜攪拌した。減圧濾過、100mlの蒸留水で洗浄後、100℃で真空乾燥することによって、マグネシウムイオン交換ゼオライトを製造した。マグネシウムイオンの含有量は約6gであった。
"Production Example 5" Production of Mg ion-exchanged erionite Commercially available natural erionite (natural erionite is a potassium ion exchanger) (product name: TSZ-450 manufactured by Tosoh Corporation) 2 g of distilled water Into this, 50 g of a 20 mass% magnesium nitrate aqueous solution was added, and the mixture was stirred at room temperature for a whole day and night. Magnesium ion exchanged zeolite was produced by vacuum filtration, washing with 100 ml of distilled water and vacuum drying at 100 ° C. The magnesium ion content was about 6 g.

「製造例6」Feイオン交換クリノプチロライトの製造
市販の天然クリノプチロライト(サンゼオライト株式会社製 商品名:ゼオライト3S)100gを2リットルの蒸留水にいれ、これに20質量%の硝酸第二鉄水溶液50gを加え、室温で一昼夜攪拌した。減圧濾過、100mlの蒸留水で洗浄後、100℃で真空乾燥することによって、Feイオン交換ゼオライトを製造した。鉄イオンの含有量は約6gであった。
[Production Example 6] Production of Fe ion exchange clinoptilolite 100 g of commercially available natural clinoptilolite (trade name: Zeolite 3S, manufactured by Sun Zeolite Co., Ltd.) was placed in 2 liters of distilled water, and 20% by mass of nitric acid was added thereto. 50 g of ferric aqueous solution was added and stirred at room temperature for a whole day and night. Fe ion-exchanged zeolite was produced by vacuum filtration, washing with 100 ml of distilled water, and vacuum drying at 100 ° C. The iron ion content was about 6 g.

「製造例7」従来の三元触媒を塗布したモノリス触媒の製造
製造例1の三元触媒を模した貴金属触媒160g、及びコロイダルシリカ16gを蒸留水2リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)(日本ガイシ株式会社製 商品名:ハニセラム)(以下、同じ)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、三元触媒を模した貴金属触媒を塗布したモノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における三元触媒を模した貴金属触媒の付着量は約80gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
“Production Example 7” Production of a monolithic catalyst coated with a conventional three-way catalyst 160 g of noble metal catalyst imitating the three-way catalyst of Production Example 1 and 16 g of colloidal silica are added to 2 liters of distilled water and stirred to prepare a slurry. (Conditioning liquid 1). A commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) (trade name: HANICERAM, manufactured by NGK KK) (hereinafter the same) is immersed in the adjustment liquid 1, and then air-dried. The monolith catalyst which apply | coated the noble metal catalyst which imitated the three way catalyst was manufactured by heat-processing for 500 degreeC-3 hours under nitrogen stream. The amount of the precious metal catalyst imitating the three-way catalyst in the monolith catalyst was about 80 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

「製造例8」[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒を塗布したモノリス触媒の製造
製造例2の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒160g、及びコロイダルシリカ16gを蒸留水2リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、モノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒の付着量は約80gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
[Production Example 8] Production of monolith catalyst coated with [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst 160 g of [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst of Production Example 2 and 16 g of colloidal silica were added to 2 liters of distilled water and stirred. The slurry was adjusted (conditioning liquid 1). After immersing a commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) in the adjustment liquid 1, the monolith was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours under an air stream of nitrogen. A catalyst was prepared. The amount of [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst deposited on the monolith catalyst was about 80 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

「製造例9」[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒とMgイオン交換モルデナイトの混合物を塗布したモノリス触媒の製造
製造例2の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒160gと製造例3のMgイオン交換モルデナイト160g、及びコロイダルシリカ32gを蒸留水4リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、モノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における上記混合物触媒の付着量は約160gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
Production Example 9 Production of Monolith Catalyst Coated with Mixture of [Pt—Rh / Mesoporous Silica] Catalyst and Mg Ion Exchange Mordenite 160 g of Production Example 2 [Pt—Rh / Mesoporous Silica] Catalyst and Mg Ion Exchange of Production Example 3 160 g of mordenite and 32 g of colloidal silica were added to 4 liters of distilled water and stirred to prepare a slurry (conditioning liquid 1). After immersing a commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) in the adjustment liquid 1, the monolith was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours under an air stream of nitrogen. A catalyst was prepared. The adhesion amount of the mixture catalyst on the monolith catalyst was about 160 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

「製造例10」本発明触媒を塗布したモノリス触媒の製造
製造例2の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒160gと製造例4のMgイオン交換クリノプチロライト160g、及びコロイダルシリカ32gを蒸留水4リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、モノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における本発明触媒の付着量は約160gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
[Production Example 10] Production of monolith catalyst coated with the catalyst of the present invention 160 g of [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst of Production Example 2, 160 g of Mg ion-exchanged clinoptilolite of Production Example 4 and 32 g of colloidal silica were distilled water. In addition to 4 liters, stirring was performed to prepare a slurry (conditioning liquid 1). After immersing a commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) in the adjustment liquid 1, the monolith was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours under an air stream of nitrogen. A catalyst was prepared. The adhesion amount of the catalyst of the present invention on the monolith catalyst was about 160 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

「製造例11」本発明触媒を塗布したモノリス触媒の製造
製造例2の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒160gと製造例5のMgイオン交換エリオナイト160g、及びコロイダルシリカ32gを蒸留水4リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、モノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における本発明触媒の付着量は約160gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
[Production Example 11] Production of monolith catalyst coated with the catalyst of the present invention 160 g of [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst of Production Example 2, 160 g of Mg ion-exchanged erionite of Production Example 5 and 32 g of colloidal silica were added to 4 liters of distilled water. In addition to the above, stirring was performed to prepare a slurry (conditioning liquid 1). After immersing a commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) in the adjustment liquid 1, the monolith was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours under an air stream of nitrogen. A catalyst was prepared. The adhesion amount of the catalyst of the present invention on the monolith catalyst was about 160 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

「製造例12」本発明触媒を塗布したモノリス触媒の製造
製造例2の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒160gと製造例6のFeイオン交換クリノプチロライト160g、及びコロイダルシリカ32gを蒸留水4リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、モノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における本発明触媒の付着量は約160gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
[Production Example 12] Production of monolith catalyst coated with catalyst of the present invention 160 g of [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst of Production Example 2, 160 g of Fe ion exchange clinoptilolite of Production Example 6 and 32 g of colloidal silica were distilled water. In addition to 4 liters, stirring was performed to prepare a slurry (conditioning liquid 1). After immersing a commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) in the adjustment liquid 1, the monolith was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours under an air stream of nitrogen. A catalyst was prepared. The adhesion amount of the catalyst of the present invention on the monolith catalyst was about 160 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

「製造例13」本発明触媒を塗布したモノリス触媒の製造
製造例2の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒160gと市販の天然クリノプチロライト(カリウムイオン交換体である)(サンゼオライト株式会社製 商品名:ゼオライト3S)160g、及びコロイダルシリカ32gを蒸留水4リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、モノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における本発明触媒の付着量は約160gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
[Production Example 13] Production of monolith catalyst coated with catalyst of the present invention [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst of Production Example 2 and commercially available natural clinoptilolite (potassium ion exchanger) (Sun Zeolite Co., Ltd.) Product name: 160 g of zeolite 3S) and 32 g of colloidal silica were added to 4 liters of distilled water and stirred to prepare a slurry (conditioning liquid 1). After immersing a commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) in the adjustment liquid 1, the monolith was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours under an air stream of nitrogen. A catalyst was prepared. The adhesion amount of the catalyst of the present invention on the monolith catalyst was about 160 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

「製造例14」本発明触媒を塗布したモノリス触媒の製造
製造例2の[Pt−Rh/メソポーラスシリカ]触媒160gと市販の天然エリオナイト(カリウムイオン交換体である)(東ソー株式会社製 商品名:TSZ−450)160g、及びコロイダルシリカ32gを蒸留水4リットルに加え、攪拌して、スラリーを調整した(調整液1)。調整液1に、市販のコージェライトモノリス成形体(4.5mil/400cpsi、直径143.8mm×長さ118mm)を浸漬した後、風乾、窒素気流下で500℃−3時間熱処理することによって、モノリス触媒を製造した。該モノリス触媒における本発明触媒の付着量は約160gであった。このモノリス触媒からミニ成形体(直径20mm×長さ12.7mm)を切り出した。
[Production Example 14] Production of monolith catalyst coated with the catalyst of the present invention [Pt-Rh / mesoporous silica] catalyst of Production Example 2 and commercially available natural erionite (a potassium ion exchanger) (manufactured by Tosoh Corporation) : TSZ-450) 160 g and colloidal silica 32 g were added to 4 liters of distilled water and stirred to prepare a slurry (conditioning solution 1). After immersing a commercially available cordierite monolith molded body (4.5 mil / 400 cpsi, diameter 143.8 mm × length 118 mm) in the adjustment liquid 1, the monolith was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours under an air stream of nitrogen. A catalyst was prepared. The adhesion amount of the catalyst of the present invention on the monolith catalyst was about 160 g. A mini-molded body (diameter 20 mm × length 12.7 mm) was cut out from the monolith catalyst.

<リーンバーン模擬ガスの浄化処理>
「実施例1」、「実施例2」、「実施例3」、「実施例4」、「実施例5」、「比較例1」、「比較例2」、「比較例3」
製造例7のモノリス触媒のミニ成形体を石英製の流通式反応管に充填した。反応管を外部ヒーターによって160℃〜400℃までの任意の温度に調整した。次に、反応管に、プロピレン濃度の低いリーンバーン模擬ガスとプロピレン濃度の高いリーンバーン模擬ガスを交互に流通し、NOx処理を行なった。プロピレン濃度の低いリーンバーン模擬ガスは、ヘリウムで濃度調整した一酸化窒素250ppm、酸素10%、プロピレン400ppm含有ガスであり、流量は毎分500mlとした。プロピレン濃度の高いリーンバーン模擬ガスは、ヘリウムで濃度調整した一酸化窒素250ppm、酸素10%、プロピレン2%含有ガスであり、流量は毎分500mlとした。そして、プロピレン濃度の低いリーンバーン模擬ガスとプロピレン濃度の高いリーンバーン模擬ガスとの供給サイクルは、10分:10分とした。排ガスをサンプリングし、プロピレン濃度の低いリーンバーン模擬ガスを流通している時(流通開始後5分)のNOx浄化率とプロピレン濃度の高いリーンバーン模擬ガスを流通している時のNox浄化率を測定した。
上記と同様にして、製造例8、9、10、11、及び12のモノリス触媒のミニ成形体についても、それぞれNOx浄化率を測定した。これらの結果を表1及び表2に示した。
<Purification of lean burn simulated gas>
“Example 1”, “Example 2”, “Example 3”, “Example 4”, “Example 5”, “Comparative Example 1”, “Comparative Example 2”, “Comparative Example 3”
A monolithic catalyst mini-molded body of Production Example 7 was filled in a quartz flow reaction tube. The reaction tube was adjusted to an arbitrary temperature of 160 ° C. to 400 ° C. by an external heater. Next, a lean burn simulated gas with a low propylene concentration and a lean burn simulated gas with a high propylene concentration were alternately circulated through the reaction tube to perform NOx treatment. The lean burn simulated gas having a low propylene concentration is a gas containing 250 ppm of nitric oxide, 10% of oxygen, and 400 ppm of propylene, the concentration of which is adjusted with helium, and the flow rate is 500 ml per minute. The lean burn simulated gas with a high propylene concentration was a gas containing 250 ppm of nitric oxide, 10% oxygen, and 2% propylene, the concentration of which was adjusted with helium, and the flow rate was 500 ml per minute. The supply cycle of the lean burn simulated gas having a low propylene concentration and the lean burn simulated gas having a high propylene concentration was 10 minutes: 10 minutes. The NOx purification rate when sampling exhaust gas and circulating lean burn simulated gas with low propylene concentration (5 minutes after the start of distribution) and Nox purification rate when circulating lean lean simulated gas with high propylene concentration It was measured.
In the same manner as described above, the NOx purification rates of the monolithic catalyst mini-molded bodies of Production Examples 8, 9, 10, 11, and 12 were also measured. These results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 0005264316
なお、比較例1では処理後のガスに未反応のプロピレンが検出されたが、比較例2〜3、及び実施例1〜5では、処理後のガスには未反応のプロピレンは全く検出されなかった。
Figure 0005264316
In Comparative Example 1, unreacted propylene was detected in the treated gas, but in Comparative Examples 2-3 and Examples 1-5, no unreacted propylene was detected in the treated gas. It was.

Figure 0005264316
なお、比較例1では処理後のガスに未反応のプロピレンが検出されたが、比較例2〜3、及び実施例1〜5では、処理後のガスには未反応のプロピレンは全く検出されなかった。
Figure 0005264316
In Comparative Example 1, unreacted propylene was detected in the treated gas, but in Comparative Examples 2-3 and Examples 1-5, no unreacted propylene was detected in the treated gas. It was.

表1に示すように、還元剤の含有量が少ないリーンバーン排ガスに対しては、本発明触媒は、従来の触媒に比べて、160℃〜400℃において高いNOx浄化率を与え、特に、実施例1〜2は、180℃から200℃に渡って80%以上の浄化率が得られ、200℃〜300℃において40%以上の浄化率が得られる。また、表2に示すように、還元剤の含有量が多いリーンバーン排ガスに対しては、本発明触媒は、従来の触媒があまり活性を示さないような160℃においても80%以上の浄化率を与えた。
以上のことから、本発明浄化用触媒は、リーンバーン排ガスを低温領域から中温領域にわたって効率よく浄化できることがわかる。また、ポストインジェクション方式のようなリーンバーン排ガスに多量の還元剤が瞬間的に供給される排ガスに対しても低温から中温領域にかけて効率よく浄化できることがわかる。
As shown in Table 1, for lean burn exhaust gas with a low reducing agent content, the catalyst of the present invention gives a higher NOx purification rate at 160 ° C. to 400 ° C. than the conventional catalyst. In Examples 1-2, a purification rate of 80% or more is obtained from 180 ° C. to 200 ° C., and a purification rate of 40% or more is obtained at 200 ° C. to 300 ° C. Also, as shown in Table 2, for lean burn exhaust gas with a high content of reducing agent, the catalyst of the present invention has a purification rate of 80% or more even at 160 ° C. where the conventional catalyst does not exhibit much activity. Gave.
From the above, it can be seen that the purification catalyst of the present invention can efficiently purify lean burn exhaust gas from a low temperature region to a medium temperature region. Further, it can be seen that the exhaust gas in which a large amount of reducing agent is instantaneously supplied to the lean burn exhaust gas as in the post-injection method can be efficiently purified from a low temperature to an intermediate temperature range.

本発明浄化用触媒は、ディーゼル自動車排ガス浄化用触媒として有用である。   The purification catalyst of the present invention is useful as a diesel automobile exhaust gas purification catalyst.

Claims (3)

メソポーラス材料に白金族元素を担持した触媒と陽イオン交換クリノプチロライトから成ることを特徴とするリーンバーン自動車排ガス浄化用触媒。   A lean-burn automobile exhaust gas purification catalyst comprising a catalyst having a platinum group element supported on a mesoporous material and a cation exchange clinoptilolite. メソポーラス材料に白金族元素を担持した触媒と陽イオン交換エリオナイトから成ることを特徴とするリーンバーン自動車排ガス浄化用触媒。   A lean burn automobile exhaust gas purification catalyst comprising a catalyst having a platinum group element supported on a mesoporous material and a cation exchange erionite. 陽イオンが、遷移金属イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンの中から選ばれた少なくとも1種類以上の陽イオンであることを特徴とする請求項1又は2に記載のリーンバーン自動車排ガス浄化用触媒。 The lean-burn automobile exhaust gas purification according to claim 1 or 2, wherein the cation is at least one kind of cation selected from transition metal ions, alkali metal ions, and alkaline earth metal ions. Catalyst.
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