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JP3291316B2 - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

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Publication number
JP3291316B2
JP3291316B2 JP12596092A JP12596092A JP3291316B2 JP 3291316 B2 JP3291316 B2 JP 3291316B2 JP 12596092 A JP12596092 A JP 12596092A JP 12596092 A JP12596092 A JP 12596092A JP 3291316 B2 JP3291316 B2 JP 3291316B2
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JP
Japan
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catalyst
metal
supported
exhaust gas
nox
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JP12596092A
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JPH05317726A (ja
Inventor
康人 渡辺
秀治 岩国
崇 竹本
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス浄化用触媒に
関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンの排気ガス浄化用触媒として、
CO(一酸化炭素)及びHC(炭化水素)の酸化と、N
Ox(窒素酸化物)の還元とを同時に行う三元触媒が知
られている。三元触媒は、γ−アルミナにPt(白
金)、Pd(パラジウム)及びRh(ロジウム)を担持
させてなるものが知られており、エンジンの空燃費(A
/F)が理論空燃費である14.7付近である場合に高
い浄化効率が得られる。
【0003】上記エンジンの排気ガスの中でもNOx
は、人体及び生態系に悪影響を及ぼす懸念が大きいため
大気中へ排出されることは極力防止されなければならな
い。その排出防止対策にはいくつかの方法があるが、移
動式エンジンの場合エンジン後段に設置した触媒によっ
て浄化することが現実的である。
【0004】一方、自動車の分野ではエンジンに関して
の燃料規制に対応するため、希薄燃焼エンジン、いわゆ
るリーンバーンエンジンが実用化されている。しかし、
上記希薄燃焼エンジンの場合には空燃比が高いことによ
り排気ガスは酸素過剰雰囲気となっているため、上記し
たような三元触媒ではCO及びHCは酸化浄化すること
ができても、NOxの還元浄化はできない。
【0005】そこで、排気ガスの酸素過剰雰囲気下にお
いても、NOxを直接、或いは還元剤(例えば、CO,
HC等)の存在によってN2とO2とに接触分解させるこ
とができる触媒として、遷移金属を例えばイオン交換に
よって担持させたゼオライトよりなる触媒が広く用いら
れている。さらに、この遷移金属担持ゼオライト触媒に
ついては、NOx浄化率を高め触媒の活性を向上させる
ために種々の提案が行われている。
【0006】例えば、特開平2−251247号公報に
記載されているNOxの分解触媒がある。それによれば
ゼオライトにCuとCo,Ni,La,Ceのうちの一
種以上の金属とを担持させてなるNOx分解触媒が開示
されており、CuとCo等とをゼオライトにイオン交換
担持せしめることによって活性を高め、NOxが低濃度
の場合でも効果的なNOx分解を得ようとするものであ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平2−251247号公報に記載されているNOx分
解触媒における浄化活性が得られる好ましい使用温度は
400〜700℃となされているように、従来の遷移金
属イオン交換ゼオライト触媒は低温活性が乏しいという
問題点がある。
【0008】また、NOxを効果的に除去できる実用的
な触媒とされているCuイオン交換ゼオライト触媒は、
一般に実験室レベルでは90%を越えるNOx浄化率を
示すにも拘らず希薄燃焼エンジンを搭載した実車に装備
して酸素過剰雰囲気下においてNOxを浄化せしめると
きは、実験室におけるモデルガスと実車における排気ガ
スとの間の差によってNOx浄化率の低下することが避
けられない。さらにこのようなCuイオン交換ゼオライ
ト触媒ではNOx浄化機能の発現温度が350〜450
℃と高いため、酸素過剰雰囲気下におけるNOx浄化率
を評価するとトータルのNOx浄化率が低くなるという
問題点がある。
【0009】上記に鑑みて本発明は、酸素過剰雰囲気下
において効率よくNOxを浄化することができるように
排気ガス浄化用触媒における浄化効率を向上させようと
するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】上記したような
目的を達成するため、請求項1の発明は、金属含有シリ
ケートに遷移金属としてCuが担持されてなる実用的な
ゼオライト系触媒におけるNOxの浄化機能を高めるた
め、金属含有シリケートに遷移金属であるCuと共にV
B族金属であるBiとを担持させることによって上記ゼ
オライト触媒の浄化効率を向上させようとするものであ
る。
【0011】具体的に、請求項1の発明の講じた解決手
段は、金属含有シリケートに遷移金属であるCuとVB
族金属であるBiとがそれぞれ担持されてなる構成とす
るものである。
【0012】また、請求項の発明は、金属シリケート
にCuと共にBiを担持させてなるゼオライト触媒を用
いてNOxを効率よく浄化するに際し、上記Cuと上記
Biとの各担持量を適値とすることによって優れた浄化
効率を得ようとするものであって、具体的には、請求項
2の構成において、上記金属含有シリケートにVB族金
属としてBiのみが担持されており、上記CuとBiと
が上記金属含有シリケートにそれぞれ担持されるときの
Bi/Cuの担持重量比率0.1〜2.0の範囲であ
るという構成とするものである。
【0013】本発明の排気ガス浄化用触媒においては、
金属含有シリケートに金属種が担持されるに際し、Cu
Biとが複合して担持されてなる触媒体が用いられる
ことによって、後記実施例において詳細なデータを示す
ように従来のCuのみが担持されてなるCuイオン交換
ゼオライト触媒に比べて、排気ガスの広い温度域にわた
ってNOx浄化率が優れており高活性を有している。そ
の結果、特に低温域におけるNOx浄化率は顕著に改善
されており浄化効率の向上が可能となったのである。
【0014】上記したような作用がもたらされる理由
は、Cuと共に上記金属含有シリケートに担持される
のガスに対して示す挙動の特性によると推定される。
すなわち、Biは温度雰囲気に比較的無関係にガスの吸
着性及びガスの脱離性等のガス活性に富む特性があるた
め、排気ガスはCuと共にBiが担持されてなる金属含
有シリケート触媒に十分吸着され且つ脱離され易くな
る。
【0015】その結果、排気ガスは触媒中に多く確保さ
れ、その燃焼によりNOxを還元しNOxを浄化するた
めのHCによる還元浄化作用が十分に行われることによ
って多い量のNOxが浄化されることになる。
【0016】さらに、排気ガスが浄化されて生成する各
組成成分は上記Biの上記した特性によって速やかに脱
離させられるため、本発明に係る触媒の単位量が浄化す
ることができる排気ガスの量は、従来の技術に係る排気
ガス浄化用触媒の単位量による浄化量よりも多い量とな
る。その結果、触媒が関与することなく未浄化のまま触
媒を通過するNOxの量は少くなるので浄化効率を向上
し得るものと認められる。
【0017】上記金属含有シリケート本体としては結晶
の骨格を形成する金属としてAlを用いたアルミノシリ
ケート(ゼオライト)が好適であり、その他に上記Al
に代えて或いはAlと共にGa,Ce,Mn,Tb等の
他の金属を骨格形成材料として用いた金属含有シリケー
トも適用することができる。ゼオライトとしてはA型,
X型,Y型,モルデナイト,ZSM−5等が好適であ
る。
【0018】本発明における金属含有シリケートに複合
して担持されるCuとBiとの組み 合わせは、実用的で
あることとNOx浄化に際しての浄化効率を向上させ易
いものである。そして、上記金属含有シリケートにこれ
らCuとBiとが担持されるときのBiとCuとの担持
重量比Bi/Cuは0.1/1.0から2.0/1.0
までの範囲(換言すれば担持重量比率が0.1〜2の範
囲)内とすることができ、特にBi/Cuが0.5/
1.0から1.0/1.0までの範囲(担持重量比率
0.5〜1の範囲)内にあるときに浄化効率が向上する
効果が大きい。
【0019】また、Cuと共に金属含有シリケートに担
持されるVB族金属はBi一種に限ることはなく、Bi
とSbとの組合せのようにVB族金属のうちから選ばれ
た複数種の金属が組合されていてもよい。このような場
合においても、上記金属含有シリケートに担持されると
きの上記遷移金属であるCuとの間の担持重量比は、上
記VB族金属中の各金属の合量とCuとの比が上記した
ような範囲に設定されて触媒体とされることが好まし
い。
【0020】上記金属含有シリケートにCuBi
が、例えばイオン交換によって担持されることによって
本発明における触媒が得られ、またこのものにバインダ
として約20重量%の水和アルミナ又はシリカゾル等の
無機バインダを添加し、担体にウォッシュコートするこ
とによってモノリスタイプの触媒を調製することもでき
る。
【0021】上記触媒がウォッシュコートされて調製さ
れる場合には、その担体はコージェライト製ハニカムが
好適であるが、他の無機多孔質体を用いることもでき
る。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0023】金属含有シリケートとしてNa型ZSM−
5を用いた。SiO2/Al23比は20〜200の範
囲が好ましく、その範囲内の30〜50のものを用い
た。また、カチオン種としてはNa以外に他のアルカリ
金属、アルカリ土金属、H+又はNH4 +であってもよ
い。 (実施例1〜4) 上記金属含有シリケートの粉末を、Cuの硝酸塩又は酢
酸塩の水溶液とBiの硝酸塩又は硫酸塩の水溶液との混
合液に浸漬するか、或いは、Cu及びBiの各金属塩の
個別の水溶液に順番に浸漬する。その後、室温から約8
0℃、好ましくは40〜60℃で24時間撹拌した。し
かる後水洗し、150℃で10時間乾燥した後、500
℃で2時間大気中で焼成した。上記浸漬過程において、
Bi塩の水溶液の濃度を調整することにより、表1に示
されるようにBi及びCuの各担持量並びにBiとCu
との担持量比が段階的に変化する実施例1〜4の触媒を
得た。 (参考例1) 上記実施例1〜4におけるBiの硝酸塩又は硫酸塩の水
溶液に代えてAsの塩化物の水溶液を使用し、それ以外
は上記実施例1〜4と同様にして表1に示されるような
As及びCuの各担持量並びにAsとCuとの担持量比
を有する参考例1の触媒を得た。 (参考例2) 上記実施例1〜4におけるBiの硝酸塩又は硫酸塩の水
溶液に代えてSbの酢酸塩又は塩化物の水溶液を使用
し、それ以外は上記実施例1〜4と同様にして表1に示
されるようなSb及びCuの各担持量並びにSbとCu
との担持量比を有する参考例2の触媒を得た。 (従来例) 上記金属含有シリケートの粉末をCuの硝酸塩又は酢酸
塩の水溶液に浸漬し、室温から約80℃、好ましくは4
0〜60℃で24時間撹拌した。しかる後水洗し150
℃で10時間乾燥した後、500℃で2時間大気中で焼
成し、表1に示されるようなCuの担持量を有する従来
例の触媒を得た。
【0024】尚、各実施例及び参考例並びに従来例にお
ける金属含有シリケートに遷移金属としてのCuと共に
VB族金属のうちより選ばれる金属或いはCuのみが担
持される方法については、イオン交換法、含浸法、共沈
法等一般的な担持法によることができる。
【0025】
【表1】
【0026】上記表1に示される各触媒(実施例1〜
及び参考例1,2並びに従来例)にバインダとして水和
アルミナ、シリカゾル等を重量で20%となるように加
えた後、適量の水を加えてコーティング用スラリーを調
製した。このスラリーにコージェライト製ハニカム(1
平方インチ当り400セル)を浸漬し余分のスラリーを
エアブローで吹飛ばし、乾燥後500℃で2時間大気中
で焼成し本発明に係る実施例の排気ガス浄化用触媒と従
来例の触媒とを得た。このとき、ハニカム担体への触媒
体担持量はハニカム担体重量の20重量%となるように
調製した。
【0027】表1にそれぞれ示されるような組成となさ
れた触媒よりなる上記排気ガス浄化用触媒各々及び従来
例の触媒を、常圧固定床流通式反応装置に装着して周知
法によってNOx浄化率をそれぞれ測定した。すなわ
ち、NO:2000ppm,HC:5500ppm,O
2:8%,H2:650ppm,CO:0.2%,C
2:10%,N2:残量となされたモデルガスを用い、
このガスをSV55000hr-1となるように上記各触
媒の上流側から下流側へ流して各温度におけるNOx浄
化率を測定し、その結果を実施例1〜4については図1
に、参考例1,2については図2にいずれも従来例と対
比して示した。
【0028】図1に示される結果によれば、従来例のC
u/ZSM−5に比べ本発明に係る実施例1〜4のBi
−Cu/ZSM−5各々は高い初期活性が得られてい
る。すなわち、BiとCuとの各担持量については、上
記表1のVB族金属/CuにおけるBi/Cuが0.1
/1.0である実施例1から2.0/1.0である実施
例4に至るまでの範囲の担持量比、(担持重量比率が
0.1〜2)、特に0.5/1.0から1.0/1.0
の範囲の担持量比(担持重量比率が0.5〜1)のとき
に浄化効率を向上させる効果が大きい。
【0029】図2に示される結果によれば、従来例のC
u/ZSM−5に比べ参考例1のAs−Cu/ZSM−
5及び参考例2のSb−Cu/ZSM−5各々は高い浄
化効率が得られている。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
係る排気ガス浄化用触媒によると、金属含有シリケート
に遷移金属であるCuとVB族金属であるBiとが複合
して担持されてなる触媒体が用いられているため、上記
Biの有するガス吸着性及びガス脱離性によって触媒体
における排気ガスの吸脱は活発となるので、排気ガス浄
化用触媒の浄化効率は向上する。
【0031】請求項2の発明によると、BiとCuとの
担持量比率を0.1〜2.0の範囲とすることにより浄
化効率の優れた排気ガス浄化用触媒が実用的に得られ易
くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるCuとBiとの組合せ
についてNOx浄化率を測定した結果を示すグラフ図で
ある。
【図2】CuとBi以外のVB族金属との組合せについ
てNOx浄化率を測定した結果を示すグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−40238(JP,A) 特開 平4−16239(JP,A) 特開 昭58−156508(JP,A) 特開 平4−4045(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属含有シリケートに遷移金属であるC
    と、VB族金属であるBiとがそれぞれ担持されてな
    ることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 上記金属含有シリケートにVB族金属と
    してBiのみが担持されており、 上記CuとBiとが上記金属含有シリケートにそれぞれ
    担持されるときのBi/Cuの担持重量比率0.1〜
    2.0の範囲であることを特徴とする請求項に記載の
    排気ガス浄化用触媒。
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