[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP5956496B2 - 排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法 - Google Patents

排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5956496B2
JP5956496B2 JP2014075965A JP2014075965A JP5956496B2 JP 5956496 B2 JP5956496 B2 JP 5956496B2 JP 2014075965 A JP2014075965 A JP 2014075965A JP 2014075965 A JP2014075965 A JP 2014075965A JP 5956496 B2 JP5956496 B2 JP 5956496B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
catalyst
gas purification
carrier
silver sulfate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014075965A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015196141A (ja
Inventor
将嗣 菊川
将嗣 菊川
山崎 清
清 山崎
優一 祖父江
優一 祖父江
大河原 誠治
誠治 大河原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2014075965A priority Critical patent/JP5956496B2/ja
Priority to CN201510147991.0A priority patent/CN104971745A/zh
Priority to US14/674,973 priority patent/US20150285116A1/en
Priority to EP15162244.6A priority patent/EP2926901A1/en
Publication of JP2015196141A publication Critical patent/JP2015196141A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5956496B2 publication Critical patent/JP5956496B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/053Sulfates
    • B01J27/055Sulfates with alkali metals, copper, gold or silver
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0236Drying, e.g. preparing a suspension, adding a soluble salt and drying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/04Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst
    • B01J38/12Treating with free oxygen-containing gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103Oxidation catalysts for HC and CO only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/104Silver
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209Other metals
    • B01D2255/2092Aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/92Dimensions
    • B01D2255/9202Linear dimensions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/92Dimensions
    • B01D2255/9207Specific surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/01Engine exhaust gases
    • B01D2258/012Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48Silver or gold
    • B01J23/50Silver
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/391Physical properties of the active metal ingredient
    • B01J35/393Metal or metal oxide crystallite size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/612Surface area less than 10 m2/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/615100-500 m2/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/04Sulfur or sulfur oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法に関する。
内燃機関から排出されるガスには、燃焼により生じた粒子状物質(PM:Particulate Matter)やオイル中の添加剤等からなるアッシュ(Ash)等の有害物質が含まれている。このような有害物質の中でも粒子状物質は動植物に悪影響を及ぼす大気汚染物質として知られている。そのため、内燃機関より排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するために、浄化フィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)が用いられている。DPFで捕集されたPMは圧損上昇の原因となるため、定期的に高温に上げPMを燃焼することにより、DPFの再生を行う。このとき、燃費改善や材料の耐久性向上のため、より低温で再生することが望ましく、DPFにはPM酸化触媒が担持される。
このようなPM酸化触媒としては、特開2009−45584号公報(特許文献1)には、内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を浄化するための排ガス浄化触媒であって、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素、第12族元素、及び第13族元素よりなる群から選ばれる少なくとも2以上の元素を含む酸素放出能を有する複合酸化物(LaMnO、CeZrO、CoTa等)と、この複合酸化物に共担持されたAg及び貴金属(Ru、Pd、及びPt等)とを有する排ガス浄化触媒及びこれを用いた排ガス浄化装置が開示されている。しかしながら、特許文献1に開示されている排ガス浄化触媒は、Ag触媒は燃料中やオイル中に含まれる硫黄成分によって被毒され、活性が著しく低下してしまうという問題がある。特に、セリア等の塩基性の高い担体を用いた触媒では初期では非常に高い活性を示すが硫黄成分による活性の低下が顕著であり、硫黄を含むガスに曝された場合のPM酸化活性が十分なものではなかった。
また、特開2011−218295号公報(特許文献2)には、内燃機関の排ガス通路に配設され、上記内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行う排ガス浄化フィルタにおいて、外周壁と、該外周壁内に多角形格子状に配設された多孔質のセル壁と、該セル壁内に区画されてなる複数のセルとを有し、該セルのうち、排ガスを流入させる流入側通路となる入りガス側セルの下流端と、上記セル壁を通過した排ガスを排出させる排出側通路となる出ガス側セルの上流端とを栓部によって閉塞してなるハニカム構造体を備え、上記セル壁には、Agを含有する層状アルミナにAgを分散してなる触媒材料からなるPM燃焼触媒と、上記排ガス中の少なくともCOを酸化させる酸化触媒とが担持されており、上記入りガス側セルの壁面には、上記酸化触媒を担持することなく上記PM燃焼触媒が担持され、上記出ガス側セルの壁面には少なくとも上記酸化触媒が担持されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタが開示されている。しかしながら、特許文献2に開示されている排ガス浄化フィルタにおいても、アルミナ上に担持されたAg触媒は分散性が低く、Ag粒子が粗大となるため、PMとの接触性が低くなる。このため、硫黄被毒によって硫酸銀に変化すると活性が低下してしまい、硫黄を含むガスに曝された場合のPM酸化活性が十分なものではなかった。
更に、特開2012−219715号公報(特許文献3)には、Caの硫酸塩及びリン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の金属塩からなる担体と、該担体に担持された銀、酸化銀、炭酸銀、硫酸銀及びリン酸銀からなる群より選択される少なくとも1種である銀含有物質とを備える酸化触媒を備える排ガス浄化装置が開示されている。同公報の記載によれば、アッシュの堆積による粒子状物質の酸化性能の低下が十分に抑制され、アッシュの堆積後においても優れた粒子状物質の酸化性能を発揮することが可能な排ガス浄化装置を提供することが可能となっている。しかしながら、近年は、排ガス浄化用触媒に対する要求特性が益々高まっており、硫黄を含むガスに曝されてもより十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能な排ガス浄化用触媒が求められるようになってきた。
特開2009−45584号公報 特開2011−218295号公報 特開2012−219715号公報
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能な排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アルミナを主成分とする担体の表面に硫酸銀を主成分とする活性種微粒子を担持させることにより、驚くべきことに得られる排ガス浄化用触媒が硫黄を含むガスに曝されても高いPM酸化活性を発揮することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の排ガス浄化用触媒は、アルミナを主成分とする担体と、該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分としかつ平均結晶子径が3nm以上100nm未満である活性種微粒子と、を備えることを特徴とする粒子状物質(PM)を酸化除去するための排ガス浄化用触媒である。
本発明の排ガス浄化用触媒においては、前記硫酸銀の担持量が、前記担体と前記活性種微粒子との総量に対して金属銀換算で2〜50質量%であることが好ましい。
また、本発明の排ガス浄化用触媒においては、前記担体の比表面積が5〜300m/gであることが好ましい。
本発明の排ガス浄化フィルタは、上記本発明の排ガス浄化用触媒を通気性基材に担持せしめてなることを特徴とする粒子状物質(PM)を酸化除去するための排ガス浄化フィルタである。
また、本発明の排ガス浄化方法は、上記本発明の排ガス浄化用触媒に内燃機関からの排ガスを接触せしめて粒子状物質(PM)を酸化除去することを特徴とする方法である。
なお、本発明の排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法によって、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能となる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。
すなわち、本発明においてアルミナを主成分とする担体の表面に担持して用いる硫酸銀は、金属銀や酸化銀に比べて硫黄被毒を受けにくい。また、活性種微粒子として用いる硫酸銀が、金属銀や酸化銀に比べて担体として用いるアルミナ上での分散性が高く粒子状物質(PM)との接触性が高くなるため、十分に高いPM酸化活性が発揮される。また、アルミナを主成分とする担体の表面上において、活性種としての硫酸銀が高温でも安定であり、分解が起きにくいため、硫黄を含むガスに曝されても高いPM酸化活性を保持することが可能となる。これにより、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を達成できるものと本発明者らは推察する。
以下、図1の初期状態及び硫黄被毒再生時における排ガス浄化用触媒の状態を示す模式図を参照しながら、初期状態及び硫黄被毒再生時における排ガス浄化用触媒の状態について検討する。先ず、アルミナ(Al)に銀(Ag)粒子を担持した従来の排ガス浄化用触媒においては、初期状態において、図1(c)に示すように、担体としてのアルミナ(Al)の表面の一部に銀(Ag)粒子が担持されている。銀(Ag)粒子の表面には酸素活性種が吸着されており、この酸素活性種がアルミナ担体を経由して粒子状物質(PM)まで伝達され、この酸素活性種によりPMを酸化することができる。このような従来の排ガス浄化用触媒が硫黄を含むガスに曝されると、図1(d)に示すように、アルミナ担体の表面に担持された銀粒子の一部が硫黄被毒して硫酸銀に硫酸塩化される可能性があり、このような硫黄被毒したAg粒子の表面では酸素活性種を吸着することができず、また、Agの粒子が大きいためアルミナ担体の表面に担持された銀の一部表面に生成する硫酸銀はPMとの接触性が低くなり、活性が低下するものと推察される。このように、アルミナ担体の表面に銀粒子を担持した従来の排ガス浄化用触媒においては、硫黄を含むガスに曝されるとアルミナ担体に担持されているAg粒子の一部が硫黄被毒した硫酸銀となっている可能性があるものの、このような硫酸銀はPM酸化に寄与しない。
これに対して、本発明にかかる排ガス浄化用触媒においては、アルミナを主成分とする担体の表面に、硫酸銀を主成分としかつ平均結晶子径が3nm以上100nm未満である活性種微粒子が担持されている。このような本発明の排ガス浄化用触媒は、初期状態においては、図1(a)に示すように、アルミナ等の担体の表面に担持されている活性種微粒子の硫酸銀微粒子の酸素が用いられ、近傍の粒子状物質(PM)を酸化することが可能となる。なお、この硫酸銀微粒子の酸素は、粒子状物質(PM)が近接するときのみ酸化に用いられる。このような本発明にかかる排ガス浄化用触媒が硫黄を含むガスに曝されると、図1(b)に示すように、硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の平均結晶子径が3nm以上100nm未満と十分に小さいため、硫黄被毒再生後も粒子状物質(PM)との接触性は十分に保たれ、高いPM酸化活性を維持することができるものと本発明者らは推察する。
以上、説明した作用により、アルミナを主成分と担体の表面に硫酸銀を主成分としかつ平均結晶子径が3nm以上100nm未満である活性種微粒子を担持させた本発明の排ガス浄化用触媒においては、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性が発揮されるようになると本発明者らは推察する。
本発明によれば、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能な排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法を提供することが可能となる。
初期状態及び硫黄被毒再生時における排ガス浄化用触媒の状態を示す模式図であり、図1(a)は本発明の排ガス浄化用触媒の初期状態を示す模式図であり、図1(b)は本発明の排ガス浄化用触媒の硫黄被毒再生時の状態を示す模式図であり、図1(c)は従来の排ガス浄化用触媒の初期状態を示す模式図であり、図1(d)は従来の排ガス浄化用触媒の硫黄被毒再生時の状態を示す模式図である。 実施例1〜2及び比較例1〜7で得られた初期状態における排ガス浄化用触媒の50%PM酸化温度を示すグラフである。 実施例1〜2、比較例1〜3、6及び7で得られた硫黄被毒再生処理後における排ガス浄化用触媒の50%PM酸化温度を示すグラフである。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
先ず、本発明の排ガス浄化用触媒について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒は、アルミナを主成分とする担体と、該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分とする活性種微粒子と、を備えるものである。このようなアルミナを主成分とする担体の表面に硫酸銀を主成分とする活性種微粒子を担持されているものとすることによって、本発明の排ガス浄化用触媒は、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能なものとなる。したがって、本発明の排ガス浄化用触媒は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関からの排ガス中の粒子状物質(PM)を酸化除去し排ガスを浄化するPM酸化触媒として好適に採用することができる。より好ましくは、本発明の排ガス浄化用触媒は、ディーゼル用PM酸化触媒として採用することができる。
(担体)
本発明にかかる担体は、アルミナ(Al)を主成分とする担体であることが必要である。このようなアルミナを主成分とする担体は、アルミナを主成分とすること以外は特に制限されない。ここで、「アルミナを主成分とする」とは、前記担体がアルミナのみから構成されるもの、或いは、主としてアルミナからなり他の成分を含み構成されるものであることを意味する。他の成分としては、この種の用途の排ガス浄化用触媒の担体として用いられる他の化合物を用いることができる。後者の場合、担体におけるアルミナの含有量は、担体の全質量100質量%に対して90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、98質量%以上であることが特に好ましい。このような担体におけるアルミナの含有量が前記下限未満では、硫酸銀が担体と反応し、活性が低下する傾向にある。
なお、このような担体におけるアルミナは、ベーマイト型、擬ベーマイト型、χ型、κ型、ρ型、η型、γ型、擬γ型、δ型、θ型及びα型からなる群から選択される少なくとも一種のアルミナとすることができるが、耐熱性の観点から、α−アルミナ、γ−アルミナを用いることが好ましく、活性の高いγ−アルミナを用いることが特に好ましい。
また、このようなアルミナを主成分とする担体に含有するアルミナ以外の他の成分としては、担体の熱安定性や触媒活性の観点から、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、プラセオジウム(Pr)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(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)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、スカンジウム(Sc)、バナジウム(V)等の希土類、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属等の金属の酸化物を用いることができる。
また、このようなアルミナを主成分とする担体としては、耐熱性の観点からは、担体の全質量100質量%に対して90質量%以上のアルミナと、イットリウム(Y)、ランタン(La)、プラセオジウム(Pr)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(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)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、スカンジウム(Sc)及びバナジウム(V)からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物とからなる担体がより好ましい。
更に、このようなアルミナを主成分とする担体の比表面積としては、特に制限されないが、好ましくは5〜300m/gであり、より好ましくは8〜200m/gである。前記比表面積が前記上限を超えると、担体自体の耐熱性が低下するため、触媒の耐熱性が低下する傾向にあり、他方、前記下限未満では、活性種微粒子(硫酸銀)の分散性が低下する傾向にある。このような比表面積は、吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として算出することができる。
また、このようなアルミナを主成分とする担体の形状としては、特に制限されないが、リング状、球状、円柱状、ペレット状等、従来公知の形状のものを用いることができる。なお、活性種微粒子を分散性の高い状態で多く含有することができるという観点から、粒子状のものを用いることが好ましい。担体が粒子状のものである場合には、前記担体の粒子の平均一次粒子径が1〜300nmの粒子であることが好ましく、3〜200nmであることがより好ましい。なお、このような担体の平均一次粒子径は、X線回折装置を用いて粉末X線回折ピークの線幅からシェラーの式(Scherrer’s equation)を用いて算出することにより測定することができる。また、担体が粒子状のものである場合には、前記担体の粒子の平均二次粒子径が0.05〜100μmの粒子であることが好ましく、0.1〜10μmであることがより好ましい。このような平均二次粒子径が前記下限未満では、高温雰囲気下では凝集し易くなるため、触媒活性が低下し易くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、PMとの接触性が失われるため、活性が低下することに加え、フィルタへ担持し難くなる傾向にある。なお、このような担体の平均二次粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。また、排ガス浄化用触媒を製造後に、その触媒の平均粒子径を定法により変更することにより、触媒中における前記アルミナを主成分とする担体の粉末の平均粒子径を変更してもよい。
更に、このような担体の製造方法としては、特に制限されないが、前記アルミナを主成分とする担体を製造することが可能な公知の方法を適宜利用することができる。また、このような担体としては市販のアルミナ又はアルミナを主成分とする複合酸化物等を利用してもよく、ボールミル等によりミリングして、そのサイズを適宜調製してもよい。
(活性種微粒子)
本発明にかかる活性種微粒子は、アルミナを主成分とする担体の表面に担持されている活性種微粒子であって、該活性種微粒子が硫酸銀(AgSO)を主成分としかつ平均結晶子径が3nm以上100nm未満であることが必要である。このような活性種微粒子は、硫酸銀(AgSO)を主成分としかつ平均結晶子径が3nm以上100nm未満であること以外は特に制限されない。ここで、「硫酸銀を主成分とする」とは、前記活性種微粒子が硫酸銀(AgSO)のみから構成されるもの、或いは、主として硫酸銀(AgSO)からなり他の成分を含み構成されるものであることを意味する。このような他の成分としては、この種の用途の排ガス浄化用触媒の担体担持物として用いられる他の物質が挙げられる。なお、後者の場合、活性種微粒子における硫酸銀(AgSO)の含有量は、活性種微粒子の全質量100質量%に対して80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%%以上であることが特に好ましい。このような活性種微粒子における硫酸銀(AgSO)の含有量が前記下限未満では、硫黄被毒に対する耐性が低下する傾向にある。
また、このような硫酸銀(AgSO)を主成分とする活性種微粒子に含有する硫酸銀以外の他の成分としては、一部硫酸銀の分解によって生じる観点から、例えば、メタル銀(Ag)、酸化銀、炭酸銀、亜硫酸銀、チオ硫酸銀、ハロゲン化銀等が挙げられる。
本発明においては、このような硫酸銀を主成分とする活性種微粒子を用いることによって、アルミナ担体の表面上において硫酸銀の分散性が高く、活性種としての硫酸銀(AgSO)が粒子状物質(PM)との接触性が高くなり、十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能となる。また、活性種としての硫酸銀(AgSO)は、アルミナ担体の表面上において高温でも分散性が高く安定であり、分解が起きにくく硫黄被毒を受けにくいため、硫黄を含むガスに曝されても高いPM酸化活性を保持することができ、十分に高いPM酸化活性を発揮させることが可能となる。
なお、前記担体の種類やその担体に担持されている活性種微粒子の硫酸銀等は、X線回折測定をしてX線回折パターンを求めて、ピークの位置から存在する結晶の種類を求めることにより確認できる。
このような本発明において用いる硫酸銀又は硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の平均結晶子径(平均一次粒子径)としては、3nm以上100nm未満であることが必要である。このような硫酸銀又は硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の平均結晶子径が前記下限未満では硫酸銀の安定性が不十分であり、他方、平均結晶子径が100nm以上になると分散性が低下し、PMとの接触が不十分となる。このような、活性種微粒子の平均結晶子径としては、PMとの接触性の観点から5〜80nmであることが好ましく、10〜50nmであることが特に好ましい。なお、このような硫酸銀又は硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の平均結晶子径(平均一次粒子径)は、X線回折装置を用いて粉末X線回折ピークの線幅からシェラーの式(Scherrer’s equation)を用いて算出することにより測定することができる。
また、このような本発明において用いる硫酸銀の担持量としては、特に制限されないが、前記担体と前記活性種微粒子との総量に対して、金属(メタル)銀換算で2〜50質量%であることが好ましく、5〜30質量%がより好ましく、7.5〜15質量%であることが特に好ましい。このような硫酸銀の担持量が前記下限未満では粒子状物質の酸化性能を十分に高度なものとすることができなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えても酸化性能が飽和してしまうため、コストが高くなる傾向にある。
更に、このような硫酸銀又は硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の平均二次粒子径としては、特に制限されないが、3〜300nmであることが好ましく、5〜100nmであることがより好ましく、10〜50nmであることが特に好ましい。このような硫酸銀又は硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の平均二次粒子径が前記下限未満では硫酸銀の安定性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えてもPMとの接触性が低下する傾向にある。なお、このような硫酸銀又は硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の平均二次粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
また、このような活性種微粒子をアルミナを主成分とする担体に担持する方法としては、特に制限されないが、公知の方法を適宜利用することができ、例えば、硫酸銀(AgSO)を主成分とする活性種微粒子又はその前駆体の分散液やゾルを用いて担体の表面上に被覆(その後必要に応じて焼成)する方法や、蒸着法(例えば、化学蒸着法、物理蒸着法、スパッタ蒸着法)等を用いることにより担体に担持する方法等を適宜採用することができる。
(排ガス浄化用触媒)
本発明における排ガス浄化用触媒は、前記アルミナを主成分とする担体と、該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分とする活性種微粒子とを備えていればよい。なお、このような排ガス浄化用触媒の形態としては、特に制限されないが、ペレット形状のペレット触媒の形態等としてもよく、フィルタに担持した形態としてもよい。
(排ガス浄化用触媒の製造方法)
本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法としては、特に制限されず、公知の方法を適宜利用することができ、例えば、前記アルミナを主成分とする担体の表面に硫酸銀を主成分とする活性種微粒子のイオン等を含む水溶液を含浸させる工程、加熱し焼成を行う工程により作製される。具体的には、硫酸銀(AgSO)を所定の濃度で含有する溶液を、前記アルミナを主成分とする担体に接触させることにより、所定量の硫酸銀(AgSO)を含む溶液を前記担体に含浸(担持)させた後、これを加熱し焼成する方法を採用することができる。
また、このような硫酸銀を主成分とする活性種微粒子の担持方法における加熱焼成(焼成工程)は大気中で実施してもよい。また、このような焼成工程における焼成温度としては200〜700℃が好ましい。このような焼成温度が前記下限未満になると、前記硫酸銀を主成分とする活性種微粒子を担体に担持することが困難となり、排ガス浄化用触媒の十分なPM酸化活性が得られなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、アルミナを主成分とする担体の比表面積の低下が起こり易くなり、これにより酸化活性が低下してしまう傾向にある。また、焼成時間としては0.1〜100時間が好ましい。このような焼成時間が前記下限未満になると硫酸銀を主成分とする活性種微粒子を担持することが困難となり、得られる排ガス浄化用触媒(PM酸化触媒)の酸化活性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えても、それ以上の効果は得られず、触媒を調製するためのコストの増大に繋がる傾向にある。
(排ガス浄化用装置)
前記本発明の排ガス浄化用触媒は、内燃機関から排出されるガス(排ガス)に含まれる粒子状物質に対して高いPM酸化活性を発揮しPMを酸化して除去することができるため、前記排ガス浄化用触媒に前記排ガスが接触することが可能なように前記排ガス浄化用触媒を配置して排ガス浄化用装置を構成することができる。
このような排ガス浄化用装置は、排ガス中に含有される粒子状物質(PM)を酸化して浄化するための排ガス浄化装置であって、前記本発明の排ガス浄化用触媒を備えるものであればよい。このような排ガス浄化装置においては、内燃機関から排出されるガス(排ガス)に含まれる粒子状物質を酸化して浄化(除去)するため、排ガス浄化用装置に前記排ガスが接触することが可能なように前記排ガス浄化用装置を配置すればよく、例えば、内燃機関からの排ガスが流通する排ガス管内のガス流路に前記排ガス浄化用装置を配置した形態としてもよい。なお、このような内燃機関としては特に制限されず、公知の内燃機関を適宜用いることができ、例えば、自動車のエンジン(ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等)であってもよい。
[排ガス浄化フィルタ]
次に、本発明の排ガス浄化フィルタについて説明する。本発明の排ガス浄化フィルタは、前記本発明の排ガス浄化用触媒を通気性基材(フィルタ)に担持せしめてなることを特徴とする。
このような本発明の排ガス浄化フィルタとしては、前記本発明の排ガス浄化用触媒を通気性基材に担持せしめてなること以外は特に制限されない。このような排ガス浄化フィルタの通気性基材としては、公知の通気性基材(フィルタ)を適宜利用することができ、例えば、パティキュレートフィルタ、モノリス状のフィルタ、ハニカム状のフィルタ、ペレット状のフィルタ、プレート状のフィルタ、発泡状セラミック製のフィルタ等が挙げられる。なお、前記本発明の排ガス浄化用触媒を通気性基材(フィルタ)に担持した形態のものとする場合においては、より高度な粒子状物質(PM)の酸化性能が得られることから、前記本発明の排ガス浄化用触媒をパティキュレートフィルタに担持した形態のものとすることがより好ましい。
また、このような排ガス浄化フィルタの通気性基材の材質としては、特に制限されないが、公知の材料を適宜利用することができ、例えば、コージエライト、炭化ケイ素、ムライト、チタン酸アルミニウム等のセラミックス、クロム及びアルミニウムを含むステンレススチール等の金属等が挙げられる。
更に、このような排ガス浄化フィルタとしては、平均細孔径が1〜300μmの細孔を有するものを用いることが好ましい。このような平均細孔径を有する基材を用いることで、より効率よく粒子状物質を酸化して浄化することが可能となる。
また、このような排ガス浄化フィルタとしては、前記本発明の排ガス浄化用触媒によるコート層が形成されていることが好ましく、そのコート層の厚みは0.025〜25μmであることが好ましく、0.035〜10μmであることがより好ましい。前記コート層の厚みが前記下限未満では前記アルミナを主成分とする担体と該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分とする活性種微粒子とを備える触媒によりフィルタの表面を十分に被覆できず、粒子状物質との接触点が減少して十分に高度な酸化性能を付与することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、前記アルミナを主成分とする担体と該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分とする活性種微粒子とを備える触媒によりフィルタの細孔が閉塞され、排ガスの圧力損失が増大してエンジン効率が低下する傾向にある。
更に、このような排ガス浄化フィルタとしては、前記通気性基材に担持する前記触媒の量は、特に制限されないが、内燃機関等に応じてその量を適宜調整することができ、前記通気性基材の体積1リットルに対して1〜300gであることが好ましく、10〜100gであることがより好ましい。このような担持量が前記下限未満では、十分に高度な触媒性能を発揮することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると前記担体と前記銀含有物質とを備える触媒により前記通気性基材の細孔が閉塞され、排ガスの圧力損失が増大してエンジン効率が低下する傾向にある。
また、このような排ガス浄化フィルタとしては、気孔率が30〜70%(より好ましくは40〜65%)であるものが好ましい。ここにいう「気孔率」とは、前記通気性基材内部の空洞部分の体積率をいう。また、このような気孔率が前記下限未満では、排ガス中の粒子状物質により細孔が閉塞し易くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、排ガス中の粒子状物質を捕集しにくくなるとともにフィルタの強度が低下する傾向にある。
更に、このような排ガス浄化フィルタにおいては、前記通気性基材に前記本発明の排ガス浄化用触媒を担持する方法は特に制限されず、例えば、予め前記アルミナを主成分とする担体と該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分とする活性種微粒子とを備える触媒を調製しておき、それを通気性基材に担持する方法や、通気性基材に対して担体を担持する工程と前記通気性基材に担持された前記担体に対して硫酸銀を主成分とする活性種微粒子を担持せしめる工程とを実施することにより前記アルミナを主成分とする担体と該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分とする活性種微粒子とを備える触媒をフィルタに担持する方法等を適宜採用することができる。また、触媒や担体及び活性種微粒子を通気性基材に担持する方法は特に制限されず、公知の方法を適宜採用でき、例えば、触媒又は担体等のスラリーを調製し、そのスラリーを通気性基材に被覆(その後必要に応じて焼成)する方法等を適宜利用することができる。なお、このような排ガス浄化用触媒としては本発明の効果を損なわない範囲において粒子状物質を酸化するための触媒に用いることが可能な公知の他の成分を適宜用いてもよい。
[排ガス浄化方法]
次に、本発明の排ガス浄化方法について説明する。本発明の排ガス浄化方法は、前記本発明の排ガス浄化用触媒に内燃機関からの排ガスを接触せしめて粒子状物質(PM)を酸化除去することを特徴とする方法である。
このよう本発明の排ガス浄化方法において、前記排ガス浄化用触媒に排ガスを接触させる方法としては、特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、内燃機関から排出されるガスが流通する排ガス管内に上記本発明にかかる排ガス浄化用触媒を配置することにより、排ガス浄化用触媒に対して内燃機関からの排ガスを接触させる方法を採用してもよい。
なお、本発明の排ガス浄化方法において用いる前記本発明の排ガス浄化用触媒は、硫黄を含むガスに曝されても高いPM酸化活性を保持することができるものであるため、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能であり、このような前記本発明の排ガス浄化用触媒に、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関からの排ガスを接触させることで、十分に排ガス中の粒子状物質(PM)を酸化除去し排ガスを浄化することが可能となり、更に、硫黄を含むガスに曝されても十分に排ガス中の粒子状物質(PM)を酸化除去し排ガスを浄化することが可能となる。このような観点から、本発明の排ガス浄化方法は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出されるような排ガス中の粒子状物質(PM)を浄化するための方法等として好適に採用することができる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、複合酸化物及び混合酸化物の各物性は以下の方法により測定した。
(実施例1)
硫酸銀(和光純薬工業製)1.44gを80℃のイオン交換水(250g)に溶解させて硫酸銀水溶液を調製した。次に、得られた硫酸銀水溶液を、担体としてのγ−Al粉末(日揮ユニバーサル株式会社製、TN4、比表面積150m/g)8.56gに含浸させて蒸発乾固し、110℃で一晩乾燥させた後、500℃で3時間焼成して、前記γ−Al担体に硫酸銀を担持して触媒粉末を得た。次いで、この粉末を乳鉢にて混合し、定法(冷間等方圧プレス法(CIP))によって粒子径0.3〜0.5mmのペレット形状に成形して、ペレット形状の触媒(AgSO/γ−Al)とした。なお、硫酸銀の担持量は、γ−Al担体と硫酸銀からなる活性種微粒子との総量に対してAg換算で10.0質量%であった。
(実施例2)
担体としてγ−Alの代わりにα−Al粉末(8.56g、和光純薬工業株式会社製、α−Al、比表面積8m/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてペレット形状の触媒(AgSO/α−Al)を得た。なお、硫酸銀の担持量は、α−Al担体と硫酸銀からなる活性種微粒子との総量に対して、Ag換算で10質量%であった。
(比較例1)
硝酸銀(和光純薬工業製)1.57gを20℃(室温)のイオン交換水(250g)に溶解させて硝酸銀水溶液を調製した。次に、得られた硝酸銀水溶液を、γ−Al粉末(日揮ユニバーサル製、TN4、比表面積150m/g)9.00gに含浸させて蒸発乾固し、110℃で一晩乾燥させた後、500℃で3時間焼成して、前記γ−Al担体に銀(Ag)を担持して比較用触媒粉末を得た。次いで、この粉末を乳鉢にて混合し、定法(冷間等方圧プレス法(CIP))によって粒子径0.3〜0.5mmのペレット形状に成形して、ペレット形状の比較用触媒(Ag/γ−Al)とした。なお、銀の担持量は、γ−Al担体と銀との総量に対してAg換算で10質量%であった。
(比較例2)
担体としてγ−Al粉末の代わりにCeO粉末(9.00g、阿南化成株式会社製、低温焼成酸化セリウム、比表面積150m/g)を用いた以外は、比較例1と同様にしてペレット形状の比較用触媒(Ag/γ−CeO)を得た。なお、銀の担持量は、γ−Al担体と銀との総量に対してAg換算で10質量%であった。
(比較例3)
担体としてγ−Alの代わりにCeO粉末(8.56g、阿南化成株式会社製、低温焼成酸化セリウム、比表面積150m/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてペレット形状の比較用触媒(AgSO/CeO)を得た。なお、硫酸銀の担持量は、CeO担体と硫酸銀との総量に対してAg換算で10質量%であった。
(比較例4)
担体としてγ−Alの代わりにTiO粉末(8.56g、ST−01、石原産業株式会社製、比表面積300m/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてペレット形状の比較用触媒(AgSO/TiO)を得た。なお、硫酸銀の担持量は、TiO担体と硫酸銀との総量に対してAg換算で10質量%であった。
(比較例5)
担体としてγ−Alの代わりに市販のSiO粉末(8.56g、90G、日本アエロジル株式会社、比表面積90m/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてペレット形状の比較用触媒(AgSO/SiO)を得た。なお、硫酸銀の担持量は、SiO担体と硫酸銀との総量に対してAg換算で10質量%であった。
(比較例6)
担体としてγ−Al粉末(日揮ユニバーサル製、TN4、比表面積150m/g)10.00gに所定量のジニトロアンミン白金水溶液(Ptとして4.5質量%含む)を含浸させて蒸発乾固し、110℃で一晩乾燥させた後、500℃で3時間焼成して、前記γ−Al担体に白金(Pt)を担持して比較用触媒粉末を得た。次いで、この粉末を乳鉢にて混合し、定法(冷間等方圧プレス法(CIP))によって粒子径0.3〜0.5mmのペレット形状に成形して、ペレット形状の比較用触媒(Pt/γ−Al)とした。なお、白金(Pt)の担持量は、γ−Al担体とPtとの総量に対してPt換算で1.0質量%であった。
(比較例7)
担体としてγ−Alの代わりに硫酸カルシウム粉末(8.56g、和光純薬工業製の焼きセッコウを大気雰囲気500℃で3時間焼成したもの、比表面積5m/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてペレット形状の比較用触媒(AgSO/CaSO)を得た。なお、硫酸銀の担持量は、CaSO担体と硫酸銀との総量に対してAg換算で10質量%であった。
なお、実施例1〜2及び比較例1〜7において用いた担体及び担持物(活性種微粒子)を表1に示す。
[実施例1〜2及び比較例1〜7で得られた触媒の特性の評価]
<PM酸化活性評価試験>
上記初期状態の実施例1〜2及び比較例1〜7で得られた触媒をそれぞれ用いて、以下のようにしてPM酸化活性を測定した。
(PM混合処理I)
すなわち、PM酸化活性の測定試験においては、先ず、試験研究用回転架台を用い、内径20mmの円筒形のサンプル管に初期状態のペレット状の触媒及び模擬パティキュレート(模擬PM)としてカーボン粉末(東海カーボン(株)製、品名「シースト9(SAF)」、平均粒径19nm)を充填し、試験研究用回転架台で1時間回転することにより混合し、評価用試料を作成した。なお、このようなPM混合処理による前記触媒への模擬PMの混合量は、触媒と模擬PMの重量比で49:1となる量であった。なお、ここにいう「初期状態」とは触媒の製造後において耐熱試験や後述する硫黄被毒再生試験のいずれも施していない状態をいう。
(初期状態の触媒のPM酸化活性の測定:PM浄化処理I)
次に、固定床流通式反応装置を用い、内径15mmの石英反応管に得られた評価用試料を1.0gを充填し、前記評価用試料に対してO(10%)+HO(10%)/N(残部)からなる混合ガス(入りガス)を、触媒への入りガス温度を20℃/分の昇温速度で120℃から720℃まで昇温しながら、ガス流量10L/分の条件で供給した。そして、前記混合ガスの供給開始から供給終了までの間に、前記装置から排出される出ガス中に含まれるCOの濃度を測定した。そして、このような出ガス中のCOの濃度と、入りガスの温度とに基づいて、各評価用試料に付着したカーボンの50%が酸化されるのに必要な混合ガスの温度(PM50%酸化温度)を算出し、PM酸化活性の指標とした。なお、PM50%酸化温度が低いほど、PM酸化活性が高いと言える。初期の触媒のPM酸化活性として、実施例1〜2及び比較例1〜7で得られた初期状態における排ガス浄化用触媒の50%PM酸化温度を示すグラフを図2に示す。
(硫黄被毒処理)
次に、固定床流通式反応装置を用い、内径15mmの石英反応管に得られた初期状態のペレット状の触媒試料を1.1gを配置し、更に供給するSOを十分に酸化するために前記触媒試料の前段に十分にS被毒されたPt/Al(0.5g)を配置した。次いで、前記装置内にO(10%)+CO(10%)+HO(10%)/N(残部)からなる混合ガスを流通させ、400℃まで昇温した。次に、前記装置内に、SO(66ppm)、O(10%)、CO(10%)、HO(10%)及びN(残部)からなる混合ガス(入りガス)を、400℃(入りガス温度)、55.5分、ガス流量7L/分の条件で供給した(硫黄被毒処理)。なお、このような硫黄被毒処理において供給された硫黄成分の全供給量は1.0g/30g−catである。
(PM混合処理II)
次いで、硫黄被毒処理後の触媒試料とカーボン粉末(模擬PM)とを、前記PM混合処理Iと同様にして混合し、評価用試料を作成した。なお、このようなPM混合処理による前記触媒への模擬PMの混合量は、触媒と模擬PMの重量比で49:1となる量であった。
(硫黄被毒再生処理)
次に、硫黄被毒処理−PM混合処理II後の前記触媒試料に対して、O(10%)+HO(10%)/N(残部)からなる混合ガス(入りガス)を、触媒への入りガス温度を20℃/分の昇温速度で120℃から720℃まで昇温しながら、ガス流量10L/分の条件で供給し、硫黄被毒再生処理を行った。
(PM混合処理III)
次いで、硫黄被毒再生処理後の触媒試料とカーボン粉末(模擬PM)とを、前記PM混合処理Iと同様にして混合し、評価用試料を作成した。なお、このようなPM混合処理による前記触媒への模擬PMの混合量は、触媒と模擬PMの重量比で49:1となる量であった。
(硫黄被毒再生処理後の触媒のPM酸化活性の測定:PM浄化処理II)
次に、PM混合処理III後の前記評価用試料に対してO(10%)+HO(10%)/N(残部)からなる混合ガス(入りガス)を、触媒への入りガス温度を20℃/分の昇温速度で120℃から720℃まで昇温しながら、ガス流量10L/分の条件で供給した。そして、前記混合ガスの供給開始から供給終了までの間に、前記装置から排出される出ガス中に含まれるCOの濃度を測定した。そして、このような出ガス中のCOの濃度と、入りガスの温度とに基づいて、各評価用試料に付着したカーボンの50%が酸化されるのに必要な混合ガスの温度(PM50%酸化温度)を算出し、硫黄被毒再生処理後の触媒のPM酸化活性の指標とした。なお、PM50%酸化温度が低いほど、硫黄被毒再生処理後の触媒のPM酸化活性が高いと言える。硫黄被毒再生処理後の触媒のPM酸化活性として、実施例1〜2、比較例1〜3、6及び7で得られた硫黄被毒再生処理後における排ガス浄化用触媒の50%PM酸化温度を示すグラフを図3に示す。
<X線回折(XRD)測定>
実施例1、実施例2及び比較例1で得られた各触媒について、各触媒の担持物の平均結晶子径(平均一次粒子径)を以下のようにして測定した。先ず、実施例1、実施例2及び比較例1で得られた各触媒を測定試料として、粉末X線回折装置(リガク社製、商品名「試料水平型強力X線回折装置RINT−TTR」)を用いて、複合金属酸化物のX線回折(XRD)パターンを、スキャンステップ0.02°、発散及び散乱スリット1/2deg、受光スリット0.15mm、CuKα線(λ=0.15418nm)、50kV、300mA、スキャン0.5sec/点の条件で測定した。このようにして得られたXRDパターンの触媒担持物について、AgSOの結晶は(311)面に由来するピーク(2θ=31.1°)の回折線幅に基づいて、Agの結晶は(111)面に由来するピーク(2θ=38.1°)に由来するピークの回折線幅に基づいて、それぞれシェラーの式:
D=0.9λ/βcosθ
(式中、Dは結晶子径を示し、λは使用X線波長を示し、βはXRDの測定試料の回折線幅を示し、θは回折角を示す)
を計算して、平均結晶子径(平均一次粒子径)を算出した。得られた結果を表2に示す。
表2に示した初期の実施例1、2及び比較例1のAg、AgSOの平均結晶子径から明らかなように。実施例1及び2の排ガス浄化用触媒に担持されたAgSOの平均結晶子径が50nm以下と微細であるのに対して、比較例1の比較用触媒ではAgの平均結晶子径が100nm以上と粗大化していることが確認された。
<評価結果>
図2及び3に記載した結果からも明らかなように、実施例1〜2の排ガス浄化用触媒は、比較例4〜5の比較用触媒に比較して、初期状態の触媒のPM酸化活性が優れていることが確認された。また、実施例1〜2の排ガス浄化用触媒は、比較例6及び7の比較用触媒に比較して、初期状態のみならず硫黄被毒後においても触媒のPM酸化活性が優れていることが確認された。更に、本発明の実施例1〜2の排ガス浄化用触媒は、比較例1〜3の比較用触媒に比べて、硫黄被毒後における触媒のPM酸化活性が優れており、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能な排ガス浄化用触媒であることが確認された。
以上の結果より、アルミナを主成分とする担体の表面に硫酸銀を主成分とする活性種微粒子を担持させた排ガス浄化用触媒とすることにより、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、硫黄を含むガスに曝されても十分に高いPM酸化活性を発揮することが可能な排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ並びに排ガス浄化方法を提供することが可能となる。
したがって、本発明の排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法は、ディーゼルエンジン等の内燃機関からの排ガス中に含まれる粒子状物質を浄化するためのPM酸化触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ又は排ガス浄化方法等として特に有用である。

Claims (5)

  1. アルミナを主成分とする担体と、該担体の表面に担持されている硫酸銀を主成分としかつ平均結晶子径が3nm以上100nm未満である活性種微粒子と、を備えることを特徴とする粒子状物質(PM)を酸化除去するための排ガス浄化用触媒。
  2. 前記硫酸銀の担持量が、前記担体と前記活性種微粒子との総量に対して金属銀換算で2〜50質量%であることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
  3. 前記担体の比表面積が5〜300m/gであることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化用触媒。
  4. 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒を通気性基材に担持せしめてなることを特徴とする粒子状物質(PM)を酸化除去するための排ガス浄化フィルタ。
  5. 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒に内燃機関からの排ガスを接触せしめて粒子状物質(PM)を酸化除去することを特徴とする排ガス浄化方法。
JP2014075965A 2014-04-02 2014-04-02 排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法 Expired - Fee Related JP5956496B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014075965A JP5956496B2 (ja) 2014-04-02 2014-04-02 排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法
CN201510147991.0A CN104971745A (zh) 2014-04-02 2015-03-31 废气净化催化剂、使用它的废气净化过滤器和废气净化方法
US14/674,973 US20150285116A1 (en) 2014-04-02 2015-03-31 Exhaust gas purification catalyst, and exhaust gas purification filter and exhaust gas purification method using the same
EP15162244.6A EP2926901A1 (en) 2014-04-02 2015-04-01 Exhaust gas purification catalyst, and exhaust gas purification filter and exhaust gas purification method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014075965A JP5956496B2 (ja) 2014-04-02 2014-04-02 排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015196141A JP2015196141A (ja) 2015-11-09
JP5956496B2 true JP5956496B2 (ja) 2016-07-27

Family

ID=53264444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014075965A Expired - Fee Related JP5956496B2 (ja) 2014-04-02 2014-04-02 排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150285116A1 (ja)
EP (1) EP2926901A1 (ja)
JP (1) JP5956496B2 (ja)
CN (1) CN104971745A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7479057B2 (ja) 2021-09-24 2024-05-08 株式会社トリウミ 廃タイヤ含有固形燃料の製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06198131A (ja) * 1992-12-28 1994-07-19 Agency Of Ind Science & Technol 窒素酸化物除去材及び窒素酸化物除去方法
US5714432A (en) * 1992-12-28 1998-02-03 Kabushiki Kaisha Riken Exhaust gas cleaner comprising supported silver or silver oxide particles
US5658542A (en) * 1994-07-15 1997-08-19 Kabushiki Kaisha Riken Exhaust gas cleaner and method for cleaning same
JPH0824654A (ja) * 1994-07-15 1996-01-30 Riken Corp 排ガス浄化材及び排ガス浄化方法
EP0770421A1 (en) * 1995-10-25 1997-05-02 Nikki Chemical Co., Ltd. Catalyst for removing nitrogen oxides
CN100355488C (zh) * 2003-05-07 2007-12-19 韩国高化环保技术有限公司 通过多次喷射还原氮氧化物的催化方法及其用法
US7153810B2 (en) * 2004-06-24 2006-12-26 Caterpillar Inc Silver doped catalysts for treatment of exhaust
US7803338B2 (en) * 2005-06-21 2010-09-28 Exonmobil Research And Engineering Company Method and apparatus for combination catalyst for reduction of NOx in combustion products
KR100871898B1 (ko) * 2005-10-28 2008-12-05 에스케이에너지 주식회사 디젤 엔진의 배기가스 정화 장치
JP5350614B2 (ja) 2007-08-22 2013-11-27 本田技研工業株式会社 排ガス浄化触媒及びこれを用いた排ガス浄化装置
WO2010033964A2 (en) * 2008-09-22 2010-03-25 Tufts University Treating catalysts
JP5440339B2 (ja) 2010-04-09 2014-03-12 株式会社デンソー 排ガス浄化フィルタ
JP5649503B2 (ja) * 2011-04-08 2015-01-07 株式会社豊田中央研究所 排ガス浄化装置及びそれを用いた排ガス浄化方法
CN102658175A (zh) * 2012-05-18 2012-09-12 华东理工大学 一种用于富氧条件下丙烯选择性催化还原NOx的负载银催化剂

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7479057B2 (ja) 2021-09-24 2024-05-08 株式会社トリウミ 廃タイヤ含有固形燃料の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015196141A (ja) 2015-11-09
CN104971745A (zh) 2015-10-14
EP2926901A1 (en) 2015-10-07
EP2926901A8 (en) 2015-12-09
US20150285116A1 (en) 2015-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9254480B2 (en) Oxidation catalyst for exhaust gas purification, method for producing the same, and exhaust gas purification method using the same
JP5901647B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒
JP6662852B2 (ja) 内燃機関排気ガスの浄化触媒及び該触媒を用いた排気ガス浄化方法
JP2005262201A (ja) 排ガス浄化用触媒およびその製造方法
JPWO2017051459A1 (ja) 排気浄化フィルタ
JP5565569B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JPWO2010044453A1 (ja) 排ガス浄化用触媒およびそれを用いた浄化方法
JP2007289921A (ja) 排ガス浄化用触媒及びその再生方法
JPWO2014123232A1 (ja) NOx吸蔵還元型排ガス浄化用触媒および当該触媒を用いた排ガス浄化方法
JP5956496B2 (ja) 排ガス浄化用触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法
EP3260199B1 (en) Catalyst for purification of exhaust gas and method for producing the catalyst
JP4807620B2 (ja) 排ガス浄化用触媒及びそれを用いた排ガス浄化方法
JP2007260564A (ja) 排ガス浄化用触媒及びその再生方法
JP6096818B2 (ja) 排ガス浄化触媒、その製造方法、及び、それを用いた排ガス浄化方法
JP2015047518A (ja) 触媒付パティキュレートフィルタ及びその製造方法
JP6392704B2 (ja) 排ガス中の粒子状物質(pm)を酸化除去するためのpm酸化触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法
JP6061406B2 (ja) Pm酸化触媒、それを用いた排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法
JP2007260568A (ja) 排ガス浄化用触媒及びその再生方法
JP6774654B2 (ja) 排ガス浄化触媒及び排ガス浄化方法
KR20240064639A (ko) 부분적으로 코팅된 촉매층을 갖는 미립자 필터
JP2018176054A (ja) 排ガス浄化用触媒、排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化方法
JP2007252995A (ja) 排ガス浄化用触媒、及びそれを用いた排ガス浄化方法
JP2018140367A (ja) NOx吸蔵還元型触媒及びその製造方法
JP2005246208A (ja) 排ガス浄化用触媒

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160428

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160616

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5956496

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees