JP2002326033A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents
排ガス浄化用触媒Info
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Abstract
素のもつ性能が十分に発現できるようにする。 【解決手段】少なくともRhを担持したRh担持粉末と、少
なくともBaを担持したBa担持粉末とが混在してなり、Rh
とBaの少なくとも一部は互いに分離した状態で担持さ
れ、かつPdとBaは同一の多孔質担体粉末に共存して担持
されている。BaによるRhの酸素被毒促進作用が阻止さ
れ、Rhの機能阻害が阻止される。またPdはBaによって酸
化パラジウムとなりやすいのでシンタリングが抑制され
る。
Description
ガス浄化用触媒に関し、詳しくは触媒金属としてパラジ
ウムを担持したPd系触媒に関するものである。
して、CO及びHCの酸化とNOx の還元とを行って排ガスを
浄化する三元触媒が用いられている。このような三元触
媒としては、例えばコーディエライトなどからなる耐熱
性担体基材にγ−アルミナからなるコート層を形成し、
そのコート層に白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウ
ム(Pd)などの白金族元素から選ばれる触媒金属を担持
させたものが広く知られている。
化浄化に寄与し、Rhは主としてNOxの還元浄化に寄与す
るとともに、Pt又はPdのシンタリングを防止する作用が
あり耐熱性が向上することがわかっている。したがって
三元触媒では、Pt又はPdとRhとを併用することが望まし
いことが知られている。
てPdが安価であり、Pdを用いれば排ガス浄化用触媒のコ
ストを低減することができる。ところがPdは、Rhを共存
させたとしても高温時のシンタリングによる劣化が大き
く、Pd−Rh系触媒は耐久性に劣るという不具合がある。
Pd−Rh系触媒にさらにバリウム(Ba)とセリウム(Ce)
を共存させた排ガス浄化用触媒が開示されている。この
排ガス浄化用触媒では、Baの作用によりPdが常に酸化状
態となるため、金属Pd状態で生じるシンタリングを防止
することができる。したがってPdを用いてPt−Rh系触媒
とほぼ同等の触媒性能を確保することができ、しかも安
価な排ガス浄化用触媒とすることができる。
動車などの内燃機関から排出される排ガス中の二酸化炭
素(CO2 )が問題とされ、その解決策として酸素過剰雰
囲気において希薄燃焼させるいわゆるリーンバーンが有
望視されている。このリーンバーンにおいては、燃費が
向上するために燃料の使用量が低減され、その結果燃焼
排ガスであるCO2 の発生を抑制することができる。
理論空燃比(ストイキ)において排ガス中のCO,HC,NO
x を同時に酸化・還元し、浄化するものであって、リー
ンバーン時の排ガスの酸素過剰雰囲気下におけるNOx の
還元除去に対しては充分な浄化性能を示さない。このた
め、酸素過剰雰囲気下においても効率よくNOx を浄化し
うる触媒及び浄化システムの開発が望まれている。
属とPtをアルミナなどの多孔質担体に担持した排ガス浄
化用触媒(特開平5-317652号公報)や、ランタンとPtを
多孔質担体に担持した排ガス浄化用触媒(特開平5-1688
60号公報)、あるいはアルカリ金属とPtとをアルミナ担
体に担持した排ガス浄化用触媒(特開平6-031139号公
報)を提案している。これらの排ガス浄化用触媒によれ
ば、リーン側ではNOx がアルカリ土類金属の酸化物やラ
ンタンの酸化物(NOx 吸蔵元素)に吸蔵され、それがス
トイキ又はリッチ側でHCやCOなどの還元性成分と反応す
るため、リーン側においてもNOx の浄化性能に優れてい
る。
46号公報に記載の排ガス浄化用触媒では、PdとRh及びBa
を共存させている。したがってPdのシンタリングが防止
されるとともに、BaによるNOx 吸蔵作用によりNOx 浄化
率の向上も期待される。
は、Baを含まないPd−Rh系触媒に比べてさほど性能の向
上がみられず、Baをさらに添加した効果が十分に引き出
せないという不具合があった。
ものであり、PdにRhとBaを共存させた場合にそれぞれの
元素のもつ性能が十分に発現できる排ガス浄化用触媒と
することを目的とする。
明の排ガス浄化用触媒の特徴は、多孔質担体にPd、Rh及
びBaを担持してなる排ガス浄化用触媒において、多孔質
担体粉末に少なくともRhを担持したRh担持粉末と、多孔
質担体粉末に少なくともBaを担持したBa担持粉末とが混
在してなり、RhとBaの少なくとも一部は互いに分離した
状態で担持され、かつPdとBaは同一の多孔質担体粉末に
共存して担持されていることにある。
して担持させた場合の触媒挙動を鋭意研究した結果、Rh
の触媒作用がBaの接触により妨げられていることを発見
し、本発明を完成した。つまり、PdとBaを接触担持させ
た場合には、図2に示すように耐久後のNO50%低減温度
はBaの添加量が増大するにつれて大きく低下し、NOx 浄
化性能が向上する。ところがRhとBaを接触担持させた場
合には、図3に示すように耐久後のNO50%低減温度はBa
の添加量が増大するにつれて上昇し、NOx 浄化性能が低
下することが明らかとなった。
よる活性変化は、Pd又はRh上への排ガス成分の吸着被毒
の影響が考えられる。そこで本発明者らは、Pd触媒及び
Rh触媒と、それらにBaを添加した触媒について、次式
(1)式に示すHC−O2反応の反応次数の変化を測定して
みた。その結果を表1に示す。なおHCとしてはC3H6を用
いた。また(1)式において、Vは反応速度、kは定
数、pはHCの濃度、PはO2の濃度をそれぞれ示す。
の値が大きいほど吸着被毒が大きいことを示すから、表
1よりPd触媒ではBaの添加によりHCによる吸着被毒が低
減されていることがわかる。しかしRh触媒では、Baの添
加によりO2による吸着被毒が増大し、このため活性が低
下していると考えられる。したがって、Pd−Rh系触媒に
Baをさらに添加すると、Rhの酸素被毒が促進されRhの作
用が十分に引き出されないために、特開平3-106446号公
報に記載の排ガス浄化用触媒ではBaをさらに添加した
効果が十分に引き出せないと推察された。
した状態で多孔質担体に担持することとした。これによ
りBaによるRhの酸素被毒促進が阻止され、Rhの機能阻害
が阻止されるため、NOx 浄化性能が向上し耐熱性も向上
する。
NOx 浄化性能を一層向上させるとともに、以下のように
Pdの酸化状態(PdO )を維持してPdのシンタリングを防
止する。つまり、Baは容易に過酸化物(BaO2)を形成
し、これが熱又はガス雰囲気によって容易に分解して酸
化バリウム(BaO )となる。このとき放出される酸素が
Pdと結合して酸化パラジウム(PdO )を形成する。Pdの
シンタリングは金属パラジウムの状態で生じるから、酸
化パラジウムとなることによりシンタリングが防止され
る。
担体に担持するには、多孔質担体にRhを担持したRh担持
粉末と、多孔質担体にBaを担持したBa担持粉末をそれぞ
れ調製し、これらを混合することで行うことができる。
このときPdは、少なくとも一方の粉末に共存担持してお
けばよい。また上記2種類の粉末を混合後にPdを担持す
ることもできる。
ジルコニア、チタニア、シリカ−アルミナ、ゼオライト
など従来用いられているものを用いることができる。な
かでも耐久後にも高い比表面積を示すアルミナが特に望
ましい。この多孔質担体は、コージェライトなどの耐熱
性無機質担体基材やメタル担体基材に被覆してコート層
としてもよいし、多孔質担体自体から担体基材を形成す
ることもできる。
媒成分の担持量は以下のとおりである。Pdは、排ガス浄
化用触媒の容積1リットルに対して1〜20gの範囲で担
持することが望ましい。1gより少ないと効果が得られ
ず、20gを超えて担持しても効果が飽和するとともにコ
ストの増大をきたす。特に望ましい範囲は5〜10gであ
る。Rhは、排ガス浄化用触媒の容積1リットルに対して
0.01〜1gの範囲で担持することが望ましい。0.01gよ
り少ないと添加した効果が得られず、1gを超えて担持
しても効果が飽和するとともにコストの増大をきたす。
特に望ましい範囲は0.1 〜0.5 gである。またBaは、排
ガス浄化用触媒の容積1リットルに対して0.05〜0.4 モ
ルの範囲が望ましい。0.05モルより少ないと添加した効
果が得られず、0.4 モルより多く担持すると効果が飽和
するとともにコストの上昇をきたす。特に望ましい範囲
は0.1 〜0.2 モルである。
触媒成分に加えて、公知の触媒金属や助触媒成分を担持
することもできる。例えばセリウム(Ce)を担持すれ
ば、Ceの酸素吸蔵・放出能によりリッチ雰囲気の排ガス
においてもBaと酸素の反応が生じやすくなり、Pdのシン
タリングを一層防止することができる。Ceの担持量は、
排ガス浄化用触媒の容積1リットルに対して0.1 〜0.5
モルの範囲が最適である。また、Ceをジルコニウムとの
複合酸化物として担持することも好ましい。さらに、ラ
ンタン(La)を担持することも好ましい。酸化ランタン
はNOx 吸蔵能に特に優れるので、NOx 浄化性能が一層向
上する。このLaの担持量は、排ガス浄化用触媒の容積1
リットルに対して0.05〜0.4 モルの範囲が最適である。
的に説明する。なお、以下にいう「部」は全て重量部を
意味する。
の硝酸パラジウム水溶液の所定量と、酢酸バリウム40部
と、純水120 部を混合撹拌し、100 ℃にて10時間乾燥し
た後、500 ℃で1時間焼成してPd−Ba担持アルミナ粉末
を調製した。
に、所定濃度の硝酸ロジウム水溶液の所定量と、純水12
0部を混合撹拌し、100 ℃にて10時間乾燥した後、500
℃で1時間焼成してRh担持アルミナ粉末を調製した。
部と、Rh担持アルミナ粉末50部と、アルミナゾル(アル
ミナ10重量%)10部と、純水120 部を混合撹拌してスラ
リーを調製した。そしてコージェライト製ハニカム担体
基材(容積1.7 リットル)を水に浸漬し、余分な水を吹
き払った後このスラリーに浸漬した。取り出して余分な
スラリーを吹き払い、80℃で20分間乾燥後、600℃で1
時間焼成して実施例1の排ガス浄化用触媒を得た。
ム担体基材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、Ba
が0.1 モル担持されている。
度の硝酸パラジウム水溶液の所定量と、所定濃度の硝酸
ロジウム水溶液の所定量と、純水120 部を混合撹拌し、
100℃にて10時間乾燥した後、500 ℃で1時間焼成してP
d−Rh担持アルミナ粉末を調製した。
部と、Pd−Rh担持アルミナ粉末50部と、アルミナゾル10
部と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用いたこと以
外は実施例1と同様にして、実施例2の排ガス浄化用触
媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニカム担体基
材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、Baが0.1 モ
ル担持されている。
度の硝酸ロジウム水溶液の所定量と、所定濃度のジニト
ロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量と、純水120 部を
混合撹拌し、100 ℃にて10時間乾燥した後、500 ℃で1
時間焼成してRh−Pt担持アルミナ粉末を調製した。
部と、Rh−Pt担持アルミナ粉末50部と、アルミナゾル10
部と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用いたこと以
外は実施例1と同様にして、実施例3の排ガス浄化用触
媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニカム担体基
材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、Ptが1g、
Baが0.1 モル担持されている。
と、Rh担持アルミナ粉末50部と、CeO2−ZrO2複合酸化物
粉末(モル比でCe/Zr=5:1)50部と、アルミナゾル
10部と、純水120部を混合撹拌したスラリを用いたこと
以外は実施例1と同様にして、実施例4の排ガス浄化用
触媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニカム担体
基材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、CeO2−Zr
O2複合酸化物が0.3 モル、Baが0.1モル担持されてい
る。
と、Rh担持アルミナ粉末50部と、炭酸ランタン20部と、
アルミナゾル10部と、純水120 部を混合撹拌したスラリ
を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例5の
排ガス浄化用触媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、
ハニカム担体基材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4
g、Laが0.1 モル、Baが0.1 モル担持されている。
用触媒の構成を示す。この排ガス浄化用触媒は、ハニカ
ム担体基材1と、担体基材1表面に形成されたコート層
2とからなり、コート層2にはPd−Ba担持アルミナ粉末
20と、Rh担持アルミナ粉末21と、CeO2−ZrO2複合酸化物
粉末22と、酸化ランタン粉末23とが含まれ、RhとBaとは
分離担持されている。この排ガス浄化用触媒は以下のよ
うにして調製された。
ルミナ粉末50部と、CeO2−ZrO2複合酸化物粉末(モル比
でCe/Zr=5:1)50部と、炭酸ランタン20部と、アル
ミナゾル10部と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用
いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例6の排ガ
ス浄化用触媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニ
カム担体基材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、
CeO2−ZrO2複合酸化物が0.3 モル、Laが0.1 モル、Baが
0.1 モル担持されている。
度の硝酸パラジウム水溶液の所定量と、所定濃度のジニ
トロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量と、酢酸バリウ
ム40部と、純水120 部を混合撹拌し、100 ℃にて10時間
乾燥した後、500 ℃で1時間焼成してPd−Pt−Ba担持ア
ルミナ粉末を調製した。
末50部と、Rh担持アルミナ粉末50部と、アルミナゾル10
部と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用いたこと以
外は実施例1と同様にして、実施例7の排ガス浄化用触
媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニカム担体基
材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、Ptが1g、
Baが0.1 モル担持されている。
の硝酸ロジウム水溶液の所定量と、純水 120部を混合撹
拌し、100 ℃にて10時間乾燥した後、500 ℃で1時間焼
成してRh担持ジルコニア粉末を調製した。
部と、Rh担持ジルコニア粉末50部と、アルミナゾル10部
と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用いたこと以外
は実施例1と同様にして、実施例8の排ガス浄化用触媒
を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニカム担体基材
1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、Baが0.1 モル
担持されている。
ルコニウム水溶液に浸漬し、アンモニア水を滴下してア
ルミナ上にジルコニアを共沈させた。このジルコニア共
沈アルミナ粉末100 部に、所定濃度の硝酸ロジウム水溶
液の所定量と、純水120 部を混合撹拌し、100 ℃にて10
時間乾燥した後、500 ℃で1時間焼成してRh担持ジルコ
ニア共沈アルミナ粉末を調製した。
部と、Rh担持ジルコニア共沈アルミナ粉末50部と、アル
ミナゾル10部と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用
いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例9の排ガ
ス浄化用触媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニ
カム担体基材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、
Baが0.1 モル担持されている。
硝酸パラジウム水溶液の所定量と、純水120 部を混合撹
拌し、100 ℃にて10時間乾燥した後、500 ℃で1時間焼
成してPd担持アルミナ粉末を調製した。
と、アルミナゾル10部と、純水120 部を混合撹拌したス
ラリを用いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例
1の排ガス浄化用触媒を得た。この排ガス浄化用触媒に
は、ハニカム担体基材1リットル当たりPdが10g担持さ
れている。
ミナゾル10部と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用
いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例2の排ガ
ス浄化用触媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニ
カム担体基材1リットル当たりPdが10g、Baが0.1 モル
担持されている。
ミナゾル10部と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用
いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例3の排ガ
ス浄化用触媒を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニ
カム担体基材1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g担
持されている。
濃度の硝酸パラジウム水溶液の所定量と、所定濃度の硝
酸ロジウム水溶液の所定量と、酢酸バリウム20部と、純
水120 部を混合撹拌し、100 ℃にて10時間乾燥した後、
500 ℃で1時間焼成してPd−Rh−Ba担持アルミナ粉末を
調製した。
末100 部と、アルミナゾル10部と、純水120 部を混合撹
拌したスラリを用いたこと以外は実施例1と同様にし
て、比較例4の排ガス浄化用触媒を得た。この排ガス浄
化用触媒には、ハニカム担体基材1リットル当たりPdが
10g、Rhが0.4 g、Baが0.1 モル担持されている。
度の硝酸ロジウム水溶液の所定量と、酢酸バリウム20部
と、純水120 部を混合撹拌し、100 ℃にて10時間乾燥し
た後、500 ℃で1時間焼成してRh−Ba担持アルミナ粉末
を調製した。
と、Rh−Ba担持アルミナ粉末50部と、アルミナゾル10部
と、純水120 部を混合撹拌したスラリを用いたこと以外
は実施例1と同様にして、比較例5の排ガス浄化用触媒
を得た。この排ガス浄化用触媒には、ハニカム担体基材
1リットル当たりPdが10g、Rhが0.4 g、Baが0.1 モル
担持されている。
媒を触媒コンバータに収納して2リットルエンジンの排
気系に装着し、空燃比(A/F)を14.6(ストイキ)を
中心にして、振幅:約1A/F、周期:約0.5 Hzの条件
で大きく変動させ、触媒床温100 ℃で50時間運転する実
排ガス耐久試験を行った。その後A/F=14.6のストイ
キ条件にて、触媒床温を240 ℃から440 ℃まで昇温し、
その時のHC、CO及びNOx の50%浄化温度を測定した。そ
れぞれの排ガス浄化用触媒の結果を表2に示す。
り、PdとBa又はRhを共存させることにより耐久後の触媒
性能が向上していることがわかる。しかし比較例4のよ
うにRhとBaの両方をPdと共存させても比較例3とほと
んど同等の触媒性能を示し、Baの添加効果が現れていな
いことがわかる。また比較例5では、RhとBaの接触する
確率が高いため比較例4より触媒性能が低下している。
い触媒性能を示し、これはRhとBaとを分離担持した効果
であることが明らかである。
Rh担持アルミナにPd又はPtを共存させることにより、実
施例1に比べて触媒性能が若干向上している。また実施
例4〜6のように、CeO2−ZrO2複合酸化物や酸化ランタ
ンをさらに共存させることにより、触媒性能が若干向上
することもわかる。また実施例7のようにPd−Ba担持ア
ルミナにPtをさらに共存させても触媒性能が若干向上
し、実施例8や実施例9のようにRhをジルコニア又はジ
ルコニア共沈アルミナに担持しても触媒性能が若干向上
することがわかる。
れば、Pd、Rh及びBaの各触媒成分の作用を最大に引き出
すことができ、耐久後にも高い触媒性能を確保すること
ができる。
示す模式的断面図である。
示すグラフである
示すグラフである。
Ba担持アルミナ粉末 21:Rh担持アルミナ粉末 22:CeO2−ZrO2複合酸化物粉
末 23:酸化ランタン粉末
Claims (9)
- 【請求項1】 多孔質担体にパラジウム、ロジウム及び
バリウムを担持してなる排ガス浄化用触媒において、 多孔質担体粉末に少なくともロジウムを担持したRh担持
粉末と、多孔質担体粉末に少なくともバリウムを担持し
たBa担持粉末とが混在してなり、ロジウムとバリウムの
少なくとも一部は互いに分離した状態で担持され、かつ
パラジウムとバリウムは同一の多孔質担体粉末に共存し
て担持されていることを特徴とする排ガス浄化用触媒。 - 【請求項2】 前記Rh担持粉末はアルミナ粉末にロジウ
ムを担持したRh担持アルミナ粉末であり、前記Ba担持粉
末はアルミナ粉末にパラジウムとバリウムを担持したPd
−Ba担持アルミナ粉末である請求項1に記載の排ガス浄
化用触媒。 - 【請求項3】 前記Rh担持粉末はアルミナ粉末にパラジ
ウムとロジウムを担持したPd−Rh担持アルミナ粉末であ
り、前記Ba担持粉末はアルミナ粉末にパラジウムとバリ
ウムを担持したPd−Ba担持アルミナ粉末である請求項1
に記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項4】 前記Rh担持粉末はアルミナ粉末にロジウ
ムと白金を担持したRh−Pt担持アルミナ粉末であり、前
記Ba担持粉末はアルミナ粉末にパラジウムとバリウムを
担持したPd−Ba担持アルミナ粉末である請求項1に記載
の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項5】 さらにCeO2−ZrO2複合酸化物粉末が混在
してなる請求項2に記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項6】 さらに酸化ランタン粉末が混在してなる
請求項2又は請求項5に記載の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項7】 前記Rh担持粉末はアルミナ粉末にロジウ
ムを担持したRh担持アルミナ粉末であり、前記Ba担持粉
末はアルミナ粉末にパラジウムと白金とバリウムを担持
したPd−Pt−Ba担持アルミナ粉末である請求項1に記載
の排ガス浄化用触媒。 - 【請求項8】 前記Rh担持粉末はジルコニア粉末にロジ
ウムを担持したRh担持ジルコニア粉末であり、前記Ba担
持粉末はアルミナ粉末にパラジウムとバリウムを担持し
たPd−Ba担持アルミナ粉末である請求項1に記載の排ガ
ス浄化用触媒。 - 【請求項9】 前記Rh担持粉末はジルコニア共沈アルミ
ナ粉末にロジウムを担持したRh担持ジルコニア共沈アル
ミナ粉末であり、前記Ba担持粉末はアルミナ粉末にパラ
ジウムとバリウムを担持したPd−Ba担持アルミナ粉末で
ある請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
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