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JP5925956B2 - 排気ガス浄化用触媒組成物及び排気ガス浄化触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒組成物及び排気ガス浄化触媒 Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関から排気される排気ガスを浄化するために用いることができる排気ガス浄化用触媒組成物及び排気ガス浄化触媒に関する。中でも、マンガン酸イットリウム複合酸化物(本明細書では「YMO」とも称する)などのマンガン系複合酸化物を含有する排気ガス浄化用触媒組成物及び排気ガス浄化触媒に関する。
ガソリンを燃料とする自動車の排気ガス中には、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)等の有害成分が含まれる。前記炭化水素(HC)は酸化して水と二酸化炭素に転化させ、前記一酸化炭素(CO)は酸化して二酸化炭素に転化させ、前記窒素酸化物(NOx)は還元して窒素に転化させ、それぞれの有害成分を触媒で浄化する必要がある。
このような排気ガスを処理するための触媒(以下「排ガス浄化触媒」と称する)として、CO、HC及びNOxを酸化還元することができる三元触媒(Three Way Catalysts:TWC)が用いられている。
このような三元触媒としては、高い比表面積を有する耐火性酸化物多孔質体、例えば高い比表面積を有するアルミナ多孔質体に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属を担持し、これを基材、例えば耐火性セラミックや金属製のハニカム構造で出来ているモノリス型(monolithic)基材に担持したものや、或いは、耐火性粒子に担持したものが知られている。
近年、ディーゼルエンジン用の酸化触媒としてではあるが、マンガン酸イットリウム複合酸化物(YMO)を排ガス浄化用酸化触媒に用いる旨の発明が開示されている。
例えば特許文献1(特開2008−100184号公報)には、一般式Y1−xAgMnO(0.01≦x≦0.15)或いは一般式Y1−xAgMn1−yAyO(AはTi、Nb、Ta、Ruからなる群から選択される1種の金属。0.005≦y≦0.2)で表わされる複合金属酸化物からなる排ガス浄化用酸化触媒が開示されている。
特許文献2(特開2009−279579号公報)には、一般式Y1−xAgMn1−yで表され、AはTi、Ce、Ruからなる群から選択される1種の金属であって、0.01≦x≦0.30かつ0.005≦y≦0.30である複合金属酸化物のいずれか1種の複合金属酸化物と、酸化ジルコニウムとの混合物からなる酸化触媒が開示されている。
特許文献3(特開2010−284583号公報)には、化学式YMnO、Y1−xAgMnO(0.01≦x≦0.30)、Y1−xAgMn1−y(0.01≦x≦0.30かつ0.005≦y≦0.30、AはTi、Nb、Ta、Ru、Ce、Feのいずれか1種の金属)で表されるいずれか1種の複合金属酸化物からなる酸化触媒が開示されている。
特許文献4(特開2010−284584号公報)には、一般式Y1−xAgMn1−yFe(0.01≦x≦0.30かつ0.01≦y≦0.50)で表わされる複合金属酸化物を含むことを特徴とする排ガス浄化用酸化触媒が開示されている。
特許文献5(特開2013−233541号公報)には、AサイトがYを含み、BサイトがMnを含む、DyMn構造をとる結晶からなり、BサイトとAサイトの組成比B/Aが2より大きい複酸化物を含むことを特徴とする排気ガス浄化用触媒が開示されている。
特許文献6(WO2012/093599号公報)には、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスを浄化するために使用される、酸素吸蔵性に優れた排気ガス用触媒として、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体と、該触媒支持体上に担持されている複酸化物Y1-xxMn2-zz5(式中、AはLa、Sr、Ce、Ba、Ca、Sc、Ho、Er、Tm、Yb、Lu又はBiであり、BはCo、Fe、Ni、Cr、Mg、Ti、Nb、Ta、Cu又はRuであり、0.5≧x≧0であり、1≧z≧0である)と、該複酸化物Y1-xxMn2-zz5に担持されているAg、Pt、Au、Pd、Rh、Cu及びMnからなる群から選択される少なくとも一種の原子とを有することを特徴とする排気ガス浄化用触媒が開示されている。
また、マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子を含む排気ガス浄化用触媒組成物として、特許文献7(特開2006−26554号公報)には、一般式A2BO4(式中、AはCa、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種を表し、BはMn、Fe、Ti、Sn及びVからなる群から選択される少なくとも1種を表す)で示される正方晶系複合酸化物と、少なくとも表面層がMgAl24で構成されている耐火性無機酸化物と、該正方晶系複合酸化物中に固溶体化しているか若しくは担持されているか又は該耐火性無機酸化物に担持されている貴金属成分とからなる排気ガス浄化用触媒が開示されている。
特許文献8(特開2007−105633号公報)には、酸化物から形成される担体と、前記担体に担持された、平均粒径1nm以上50nm以下の多数の酸化パラジウム(PdO)粒子と、助触媒粒子としてMn、Fe、Co及びNiから選択される二種類以上の複合酸化物と、 前記酸化パラジウム(PdO)粒子と接触して前記担体に担持された、平均粒径11nm〜50nmの多数の希土類酸化物(LnOx)粒子と、を有することを特徴とする排ガス浄化触媒が開示されている。
特開2008−100184号公報 特開2009−279579号公報 特開2010−284583号公報 特開2010−284584号公報 特開2013−233541号公報 WO2012/093599号公報 特開2006−26554号公報 特開2007−105633号公報
触媒の価格は、触媒活性成分として含有される貴金属の量に大きく左右されるため、触媒の価格をできるだけ抑える目的で貴金属の量を減らす触媒の開発が盛んに行われている。
本発明の目的は、マンガンを含有する複合酸化物を含む排気ガス浄化用触媒組成物及び排気ガス浄化触媒に関し、触媒活性成分としての貴金属を担持しなくても、排気ガス浄化用触媒として十分に機能することができる、新たな排気ガス浄化用触媒組成物及び排気ガス浄化触媒を提供することにある。
本発明は、マンガンを含有する複合酸化物(「Mn系酸化物」とも称する)を含む粒子(「Mn系酸化物粒子」とも称する)と、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属(但し、Mn、Pt、Rh及びPdを除く)又はその酸化物(「混合金属・酸化物」とも称する)を含有する粒子(「混合金属・酸化物粒子」とも称する)とが混合状態で存在することを特徴とする排気ガス浄化用触媒組成物を提案する。
本発明が提案する排気ガス浄化用触媒組成物は、触媒活性成分としての貴金属を担持しなくても、排気ガス浄化用触媒として十分に機能させることができる。よって、本発明によれば、浄化性能に優れた排気ガス浄化触媒を、より安価に提供することができる。
実施例1及び比較例1で得た触媒組成物のXRDパターンを並べて示した図である。 (A)は実施例1で得た触媒組成物のEDXS MappingのベースとしてのSEM像であり、(B)はそのYの分布状態を示す図、(C)はそのMnの分布状態を示す図、(D)はそのCuの分布状態を示す図である。 (A)は比較例1で得た触媒組成物のEDX MappingのベースとしてのSEM像であり、(B)はそのYの分布状態を示す図、(C)はそのMnの分布状態を示す図、(D)はそのCuの分布状態を示す図である。
次に、本発明を実施するための形態について説明する。但し、本発明が次に説明する実施形態に限定されるものではない。
<本触媒組成物>
本発明の実施形態の一例に係る排気ガス浄化用触媒組成物(「本触媒組成物」と称する)は、前記Mn系酸化物粒子と前記混合金属・酸化物粒子とが混合状態で存在することを特徴とする排気ガス浄化用触媒組成物である。
Mn系酸化物粒子と前記混合金属・酸化物粒子とが混合状態で存在する触媒組成物であれば、触媒活性成分としての貴金属を担持しなくても、排気ガス浄化用触媒として十分に機能させることができる。
本触媒組成物は内燃機関からの排気ガスの浄化に適しており、ガソリン自動車、ディーゼル自動車いずれの触媒としても適用できる。
とりわけ、ガソリン自動車の三元触媒として好適である。
<Mn系酸化物粒子>
Mn系酸化物粒子は、マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子であればよい。
マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子であれば、酸化マンガンを含有する場合と比較して耐熱性が高くなり、マンガン含有粒子とCuO等の反応によりCuO等がMn含有粒子に埋没するおそれが少なくなる点から、特に好ましい。
Mn系酸化物粒子は、その浄化性能を確保する観点から、マンガンを含有する複合酸化物が粒子全体の95質量%以上を占めるのが好ましく、その中でも99質量%以上(100質量%含む)を占めるのが好ましい。この際、マンガンを含有する複合酸化物が100質量%を占めるとは、不可避不純物以外の成分が全てマンガンを含有する複合酸化物であるという意味である。
マンガンを含有する複合酸化物としては、例えばマンガン酸イットリウム、マンガン酸ランタン、マンガン酸プラセオジム、マンガン酸ネオジム、マンガン酸カルシウム、マンガン酸ストロンチウム、マンガン酸バリウムなどを挙げることができる。中でも、マンガン希土類複合酸化物、マンガンアルカリ土類金属複合酸化物が好ましく、その中でも、マンガン酸イットリウム複合酸化物が特に好ましい。
上記のマンガン酸イットリウム複合酸化物は、マンガン及びイットリウムを含有する複合酸化物であればよい。例えばYMn、Y1−xMn2−z(式中、AはLa、Sr、Ce、Ba、Ca、Sc、Ho、Er、Tm、Yb、Lu又はBiであり、BはCo、Fe、Ni、Cr、Mg、Ti、Nb、Ta、Cu又はRuであり、0.5≧x≧0であり、1≧z≧0である)、YMnO、Y1−xMn1−z(式中、AはLa、Sr、Ce、Ba、Ca、Sc、Ho、Er、Tm、Yb、Lu又はBiであり、BはCo、Fe、Ni、Cr、Mg、Ti、Nb、Ta、Cu又はRuであり、0.5≧x≧0であり、1≧z≧0である)及びYMnからなる群から選択される一種又は二種以上の混合物を挙げることができる。中でも、混合金属・酸化物粒子と混合した際の排ガス浄化性能の観点からすると、YMn、及び、Y1−xMn2−z(式中、AはLa、Sr、Ce、Ba、Ca、Sc、Ho、Er、Tm、Yb、Lu又はBiであり、BはCo、Fe、Ni、Cr、Mg、Ti、Nb、Ta、Cu又はRuであり、0.5≧x≧0であり、1≧z≧0である)からなる群から選択される一種又は二種の混合物、その中でもYMnが好ましい。
Mn系酸化物粒子のD50、すなわち、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置によって測定される体積累積粒径D50は1μm〜30μmであるのが好ましい。Mn系酸化物粒子のD50がかかる範囲内であれば、浄化性能を確保しやすくなり、また、生産の安定性を向上させることもできる。
<混合金属・酸化物粒子>
上記の混合金属・酸化物粒子は、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物を含有する粒子であればよい。
但し、上記Mn系酸化物粒子の主成分であるマンガン(Mn)、並びに、白金族としての白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)は、当該「d軌道に電子を有する第5〜11族の金属」から除くものとする。以下、同様である。
d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物を含有する粒子と、Mn系酸化物粒子とが混合状態で存在する場合、価数変動が容易であるMn系酸化物は酸化還元の雰囲気変動に伴い、その近傍に存在する混合金属・酸化物粒子中のd軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物に対して電子の授受が行われる。すなわち、Mn系酸化物から混合金属・酸化物へ電子が授受されることにより、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物へのガスの吸着及び解離を促し、触媒活性が高められる。
その一方、Mn系酸化物に混合金属・酸化物粒子を担持させると、Mn系酸化物のシンタリングを促進させ、触媒を失活させてしまうおそれがある。
よって、両者は混合状態で存在するのが好ましいと考えられる。
混合金属・酸化物粒子は、NOxの浄化性能を高める観点から、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物が85質量%以上を占めるのが好ましく、中でも95質量%以上、その中でも99質量%以上(100質量%含む)を占めるのが好ましい。この際、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物が100質量%を占めるとは、不可避不純物以外の成分が全てd軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物であるという意味である。
d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物の「当該d電子」は、より満たされている方が電子親和力が強く、排ガス成分への電子のやり取りが容易に行われ、触媒活性が高くなる。したがって、メタルの状態でd電子が3以上存在する金属又はその酸化物を採用することが望ましい。例えば第4族のZrの場合、イオン化した時にd電子がなくなるため、第5族以上の元素を含むのが好ましい。
また、軌道に空きがある状態の方が電子のやり取りが容易となるため、d軌道が満たされている(10個)の場合はS軌道の電子は1個であるのが望ましい。かかる観点から、d軌道に電子を有する第11族までの金属であるのがよいから、第5〜11族の元素を含むのが好ましい。
このような観点から、メタルの状態でd電子が3以上存在し、d軌道が満たされている場合はS軌道の電子は1個存在する元素、例えばV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo、Ag、Ta及びWからなる群から選択される一種又は二種以上の組合せからなるものが好ましい。中でも、生産コストを抑える観点から、Fe、Co、Ni、Ag及びCuからなる群から選択される一種又は二種以上の組合せからなるものがさらに好ましく、その中でも銅または銀が最も好ましい。
混合金属・酸化物粒子が銅又はその酸化物である場合、当該銅・酸化銅粒子は、銅(Cu)、酸化銅(I)(CuO)および酸化銅(II)(CuO)からなる群から選択される一種又は二種以上の組合せからなるものを含有する粒子であればよい。混合金属・酸化物粒子が銀又はその酸化物である場合、当該銀・酸化銀粒子は、銀(Ag)、酸化銀(AgO)から選択される一種又は二種の組み合わせからなるものを含有する粒子であればよい。また、銅、酸化銅、銀、酸化銀のいずれか一種以上を含む粒子の混合物であってもよい。
混合金属・酸化物粒子のD50、すなわち、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置によって測定される体積累積粒径D50は、浄化性能と生産安定の確保のため、0.2μm〜10μmであるのが好ましく、中でも1μm以上或いは7μm以下であるのがさらに好ましい。
なお、実際に触媒が使われる際は、エンジンから排出されるガスのA/F比の変化に伴う酸化還元反応により、本触媒に含まれる金属とその酸化物は可逆的に入れ替わるため、最初に添加される金属源が、金属粉であっても酸化金属であっても、同様の効果が発揮されるものと推察される。
但し、粒子内部まで確実に酸素が含まれている酸化金属を用いることがより一層好ましい。
なお、上記の「A/F比」とは、Air/Fuelの略で、空気と燃料の比率を示す数値である。
(混合状態)
本触媒組成物では、Mn系酸化物粒子と混合金属・酸化物粒子とが混合状態で存在することが必要である。
Mn系酸化物粒子と混合金属・酸化物粒子とが混合状態で存在すると、本触媒組成物は、貴金属を担持しなくても触媒として十分に機能することができる。また、Mn系酸化物粒子に、混合金属・酸化物粒子が担持された状態で存在する場合に比べて、より一層優れた触媒活性を発揮する、特にNOの浄化性能について顕著に優れた触媒活性を発揮する。
ここで、「混合状態で存在する」とは、これら2種類の各粒子が粒子として確認できる状態をいい、より具体的には、一方が他方に担持されていない状態をいう。また、「混合状態で存在する」か否かは、次に説明するように、2種類の粒子の平均粒径の大きさ、又は、XRDパターンにおける回折ピークの強度比によって確認することができる。
(粒子の大きさ)
本触媒組成物においては、前記混合金属・酸化物粒子の平均粒径が、前記Mn系酸化物粒子の平均粒径の3〜300%であるのが好ましい。このような関係であれば、Mn系酸化物粒子と混合金属・酸化物粒子とが混合状態で存在しているということができる。また、前記混合金属・酸化物粒子の平均粒径が、前記Mn系酸化物粒子の平均粒径の3%以上であれば、前記混合金属・酸化物粒子とMn系酸化物粒子との接触を良好に保つことができ、また、300%以下であれば、Cuの活性点を確保することができる。
よって、かかる観点から、前記混合金属・酸化物粒子の平均粒径は、前記Mn系酸化物粒子の平均粒径の3〜300%であるのが好ましく、中でも10%以上或いは200%以下、その中でも20%以上或いは150%以下であるのが特に好ましい。
ここで、「混合金属・酸化物粒子の平均粒径」及び「Mn系酸化物粒子の平均粒径」とは、SEM写真から各粒子の径を計測して得られた粒径の平均値である。
(ピーク強度)
また、本触媒組成物においては、XRD測定(Cu/Kα)によって求められるXRDパターンにおいて、前記混合金属・酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度が、前記Mn系酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度の5%以上であるのが好ましい。このような関係であれば、Mn系酸化物粒子と混合金属・酸化物粒子とが混合状態で存在しているということができる。
「混合金属・酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピーク」とは、混合金属・酸化物に起因する回折ピークが複数存在する場合、そのうちのピーク強度が最も大きな回折ピークを意味する。
また、「Mn系酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピーク」とは、Mn系酸化物に起因する回折ピークが複数存在する場合、そのうちのピーク強度が最も大きな回折ピークを意味する。
なお、「混合金属・酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピーク」と「Mn系酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピーク」とが重さなっている場合、すなわち各メインピークの2θ(deg)が近似していて各メインピークのピーク強度を正確に求められない場合には、それぞれ次に強度が高いピークをそれぞれのメインピークとする。
本触媒組成物において、前記混合金属・酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度が、前記Mn系酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度の5%以上であれば、優れた触媒活性を発揮すること、特にNOxについて顕著に優れた触媒活性を発揮することが、後述する実施例・比較例で確認されている。この強度比に上限はないが、経験的には最大で500%程度である。
よって、かかる観点から、本触媒組成物において、前記混合金属・酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度が、前記Mn系酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度の5%以上であるのが好ましく、中でも10〜500%、その中でも20%以上或いは200%以下であるのが特に好ましい。
例えば、前記Mn系酸化物粒子がマンガン及びイットリウムを含有する複合酸化物(「YMO粒子」と称する)であり、前記混合金属・酸化物粒子が銅又は酸化銅を含有する粒子である場合を例にとると、XRD測定(Cu/Kα)によって求められるXRDパターンにおいて、前記銅又は酸化銅の回折ピークとして2θ(deg)=48〜50°に現れる主ピークの強度が、前記マンガン酸イットリウム複合酸化物の回折ピークとして2θ(deg)=30〜32°に現れる主ピークの強度の5〜70%であるのが好ましい。
本触媒組成物において、2θ(deg)=48〜50°に現れる主ピークの強度が、回折ピークとして2θ(deg)=30〜32°に現れる主ピークの強度の5〜70%であれば、優れた触媒活性を発揮すること、特にNOxについて顕著に優れた触媒活性を発揮することが、後述する実施例・比較例で確認されている。
よって、かかる観点から、本触媒組成物において、2θ(deg)=48〜50°に現れる主ピークの強度が、回折ピークとして2θ(deg)=30〜32°に現れる主ピークの強度の5〜70%であるのが好ましく、中でも10%以上或いは60%以下であるのが特に好ましく、その中でも20%以上或いは50%以下であるのがさらに好ましい。
なお、「2θ(deg)=48〜50°に現れる主ピーク」とは、2θ(deg)=48〜50°の範囲内に複数のピークが確認できる場合には、そのうち強度が最も高いピークの意味である。
「2θ(deg)=30〜32°に現れる主ピーク」とは、2θ(deg)=30〜32°の範囲内に複数のピークが確認できる場合には、そのうち強度が最も高いピークの意味である。
(混合比率)
本触媒組成物において、混合金属・酸化物粒子の含有量(但し、酸化物の場合には酸素(O)量を無視したメタル換算量)が、当該混合金属・酸化物粒子の含有量とMn系酸化物粒子の含有量の合計100質量部に対して1〜60質量部であるのが好ましい。
本触媒組成物において、混合金属・酸化物粒子の含有量が上記範囲内であれば、優れた触媒活性を発揮することができる。
よって、かかる観点から、本触媒組成物において、混合金属・酸化物粒子の含有量は、当該混合金属・酸化物粒子の含有量と混合金属・酸化物粒子の含有量の合計100質量部に対して1〜60質量部であるのが好ましく、中でも4質量部以上或いは35質量部以下であるのがさらに好ましい。
この際、混合金属・酸化物粒子の含有量が、当該混合金属・酸化物粒子の含有量と混合金属・酸化物粒子の含有量の合計100質量部に対して4〜35質量部であれば、HC、NOxの浄化性能を維持した上で、CO浄化性能をより一層高めることができる。かかる観点から、当該混合金属・酸化物粒子の含有量は、6質量部以上或いは13質量部以下であるのが特に好ましい。
(貴金属)
本触媒組成物は、例えばRu、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Auなどの貴金属を担持しなくても、触媒として十分に機能することができるという特徴を有している。よって、本触媒組成物は、貴金属を担持しなくてもよい。このように貴金属、特にRu、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Auなどを担持しないことは生産コスト面の有利になる。
但し、必要に応じて貴金属を担持することも可能である。
この際、触媒活性成分として担持するのに好ましい貴金属としては、例えばパラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)を挙げることができ、これらのうちの一種又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
(他の成分)
本触媒組成物は、Mn系酸化物粒子及び混合金属・酸化物粒子(これらを「本触媒粒子」とも称する)以外の他の成分を含んでいてもよい。
例えば、無機多孔質粒子に貴金属などの触媒活性成分が担持されてなる他の触媒粒子や、OSC材粒子、安定剤、バインダ、その他の添加成分を含んでいてもよい。
バインダ成分としては、無機系バインダ、例えばアルミナゾル、シリカゾル、ジルコニアゾル等の水溶性溶液を使用することができる。これらは、焼成すると無機酸化物の形態をとることができる。
但し、本触媒組成物において、本触媒粒子及び他の触媒粒子の合計量の少なくとも50質量%以上、中でも70質量%以上、その中でも90質量%以上を、本触媒粒子が占めるのが好ましい。
前記他の触媒粒子を構成する無機多孔質粒子としては、例えばシリカ、セリア、セリア−ジルコニア、アルミナ又はチタニアから成る群から選択される化合物の多孔質体、より具体的には、例えばアルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、アルミノ−シリケート類、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−クロミアおよびアルミナ−セリアから選択される化合物からなる多孔質体を挙げることができる。
前記触媒粒子を構成する貴金属としては、例えば白金、ロジウム、パラジウム等の金属を挙げることができる。
OSC材粒子としては、酸素ストレージ能(OSC:Oxygen Storage Capacity)を有する材料からなる粒子であればよい。例えば、セリウム化合物粒子、ジルコニウム化合物粒子、セリア−ジルコニア粒子などを挙げることができる。
本触媒組成物は、安定剤を含んでいてもよい。この種の安定剤としては、例えばアルカリ土類金属やアルカリ金属を挙げることができる。中でも、マグネシウム、バリウム、カルシウムおよびストロンチウム、好適にはストロンチウムおよびバリウムから成る群から選択される金属のうちの一種又は二種以上を選択可能である。
(本触媒組成物の製造方法)
例えば、Mn系酸化物粒子を含有する粒子粉末と、混合金属・酸化物粒子を含有する粒子粉末と、水と、必要に応じて他の原料とを混合及び撹拌してスラリー状の本触媒組成物を得ることができる。また、必要に応じて、スラリー状の前記本触媒組成物を乾燥することで、粉末状の本触媒組成物を得ることもできる。
<本触媒>
次に、本触媒組成物を用いて作製することができる排気ガス浄化用触媒(以下「本触媒」と称する)について説明する。
本触媒組成物を、基材に担持させることで本触媒を作製することができる。
また、本触媒組成物をペレット状に成形して本触媒を作製することもできる。
本触媒の具体的構成例として、例えば本触媒組成物を水その他成分と混合し、ボールミルなどで撹拌してスラリーを作製し、このスラリーを基材に塗布、乾燥、焼成するなどして触媒層を形成してなる構成を備えた触媒を挙げることができる。
また、本触媒組成物を水その他成分と混合し、ボールミルなどで撹拌してスラリーを作製し、次に、このスラリー中に基材を浸漬し、これを引き上げて焼成して、基材表面に触媒層を形成してなる触媒を挙げることができる。
ただし、本触媒を製造するための方法は公知のあらゆる方法を採用することが可能であり、上記例に限定するものではない。
(基材)
本触媒に用いる基材の材質としては、セラミックス等の耐火性材料や金属材料を挙げることができる。
セラミック製基材の材質としては、耐火性セラミック材料、例えばコージライト、コージライト−アルファアルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ−シリカマグネシア、ケイ酸ジルコン、シリマナイト(sillimanite)、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト(petalite)、アルファアルミナおよびアルミノシリケート類などを挙げることができる。
金属製基材の材質としては、耐火性金属、例えばステンレス鋼または鉄を基とする他の適切な耐食性合金などを挙げることができる。
基材の形状は、ハニカム状、ペレット状、球状を挙げることができる。
ハニカム形状の基材を用いる場合、例えば基材内部を気体が流通するように、基材内部に平行で微細な気体流通路、すなわちチャンネルを多数有するモノリス型基材を使用することができる。この際、モノリス型基材の各チャンネル内壁表面に、触媒組成物をウォッシュコートなどによってコートして触媒層を形成することができる。
ハニカム形状の基材としては、内側の半径領域を画定する内側流路エリアおよび外側の半径領域を画定する外側流路エリアを有し、内側流路エリアは、外側流路エリアと比較して、より多くの排ガスが通過するように構成された基材を用いることが好ましい。そのような基材を用いることで、より多くの対流熱が中央領域に集中されて昇温速度を早めることができ、エンジン始動初期の排気ガス浄化性能を高めることができる。
(触媒層)
触媒層は、基材上に一層或いは二層以上積層してもよいし、また、排気ガスが流通する際の上流側と下流側とで異なる触媒層を形成してもよい。
<語句の説明>
本明細書において「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」或いは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
また、「第5〜11族」とは、長周期律表でいう第5〜11族の元素のことをいう。
以下、本発明を下記実施例及び比較例に基づいてさらに詳述する。
(実施例1)
Mn系酸化物粒子としてのYMn粉末(D50:60μm)90質量部と、混合金属・酸化物粒子としての酸化銅粒子粉末(CuOの純度90%、D50:4μm)を銅メタル換算で10質量部と、水とを、粉砕混合し、乾燥、焼成を行い、触媒組成物Aを得た。
なお、「YMn粉末90質量部」とは、CuOのOを無視した銅メタル換算の銅(Cu)とYMnの合計含有量100質量部に対する、YMn粉末の含有割合(YMn/Cu+YMn)が90質量部であるという意味である(後述する実施例・比較例も同様)。
また、「酸化銅粒子粉末を銅メタル換算で10質量部」とは、CuOのOを無視した銅メタル換算の銅(Cu)とYMnの合計含有量100質量部に対する、CuOのOを無視した銅メタル換算の銅の含有割合(Cu/Cu+YMn)が10質量部であるという意味である(後述する実施例・比較例も同様)。
(比較例1)
WO2012/093599号公報の実施例21に準じて、銅を担持したYMnを作製した。すなわち、銅メタル換算で10質量部の硫酸銅3水和物をイオン交換水に入れて撹拌し、溶解させた。硫酸銅が完全に溶解した後、酸化物換算で90質量部のYMn粉末(D50:60μm)を投入して、撹拌して分散させた。次いで、60℃で真空脱気を行い、蒸発乾固させ、焼成を行い、銅を担持したYMn粉末を得た。このYMn粉末とバインダーと水とを粉砕混合し、乾燥、焼成を行い触媒組成物Bを得た。
<排ガス浄化性能試験1>
排ガス浄化用触媒は900℃×8時間大気中で耐久を行った後、性能比較を行った。得られた触媒組成物A,Bをそれぞれ別個に評価装置に充填し、固定床流通型反応装置を用いて模擬排ガスの浄化性能を測定した。具体的には、反応管に触媒粉を0.3gセットし、模擬排ガスとして、10℃/min、空燃比(A/F)=14.3、CO、C36、NO、O2、CO2、H2O、H2、2を混合し、総流量1000cc/minで触媒粉に導入し、測定を行った。
COが50%浄化される温度(CO−T50)(℃)、HCが20%浄化される温度(HC−T20)(℃)、NOが50%浄化される温度(NO−T50)(℃)、及び、CO、HC、NOそれぞれの400℃の浄化率(CO−η400(%)、HC−η400(%)、NO−η400(%))は、表1に示す通りであった。
(考察)
上記実施例1及び比較例1で得た触媒組成物A,BをFE−SEMで観察すると共に、EDXを用いて成分観察を行った結果、上記実施例1で得た触媒組成物Aにおいては、YMO粒子と、酸化銅粒子とをそれぞれ観察することができ、両者が混合状態で存在することが確認された。
SEM写真からYMO粒子及び酸化銅粒子の平均粒径を測定した結果、YMO粒子の平均粒径は5μmであり、酸化銅粒子の平均粒径は2μmであった。
他方、比較例1で得た触媒組成物Bにおいては、2μm以上の粒径の銅・酸化銅粒子を確認することはできなかった。
また、上記実施例1及び比較例1で得た触媒組成物A,Bを、XRD測定(Cu/Kα)で分析した結果、上記実施例1で得た触媒組成物Aに関しては、2θ(deg)=48〜50°に現れる主ピークの強度が、2θ(deg)=30〜32°に現れる主ピークの強度の35%であった。
他方、上記比較例1で得た触媒組成物Bに関しては、2θ(deg)=48〜50°に現れるピークが存在しなかった。
上記実施例、比較例並びにこれまで発明者が行ってきた試験結果から、YMO粒子と、銅・酸化銅粒子とが混合状態で存在すると、貴金属を担持しなくても三元触媒として十分に機能することができることが分かった。また、YMO粒子に銅・酸化銅粒子が担持された状態で存在する場合に比べて、優れた三元触媒活性を発揮すること、特にNOxの浄化性能において顕著に優れた効果を発揮することが確認できた。
また、上記実施例、比較例並びにこれまで発明者が行ってきた試験結果から、銅・酸化銅粒子の平均粒径は、前記YMO粒子の平均粒径の3〜70%、中でも10%以上或いは60%以下、その中でも20%以上或いは50%以下であるのが特に好ましいものと推察された。
さらにまた、XRD測定(Cu/Kα)によって求められるXRDパターンにおいて、前記銅又は酸化銅の回折ピークとして2θ(deg)=48〜50°に現れる主ピークの強度が、前記マンガン酸イットリウム複合酸化物の回折ピークとして2θ(deg)=30〜32°に現れる主ピークの強度の10〜70%、中でも20%以上或いは50%以下であるのが特に好ましいことが分かった。
なお、上記の実施例では、YMO粒子として、YMn粒子を使用して効果を確認したが、例えばYMn、及び、Y1−xMn2−z(式中、AはLa、Sr、Ce、Ba、Ca、Sc、Ho、Er、Tm、Yb、Lu又はBiであり、BはCo、Fe、Ni、Cr、Mg、Ti、Nb、Ta、Cu又はRuであり、0.5≧x≧0であり、1≧z≧0である)など、Y及びMnを含有するマンガン酸イットリウム複合酸化物であれば、同様の性質を有することは、例えばWO2012/093599号公報の[0017]〜[0080]の記載からも理解することができる。
したがって、YMn以外のYMO粒子、すなわちY及びMnを含有するマンガン酸イットリウム複合酸化物を含有する粒子も、YMn粒子と同様の性能を発揮するものと理解することができる。
さらに、YMO粒子の効果は、マンガンの価数変化による影響が大きいと考えられるため、YMO粒子以外でも、マンガンを含有する複合酸化物からなる粒子であれば、YMO粒子と同様の効果を期待することができる。
かかる観点から、YMO粒子の代わりに、例えば酸化マンガン、マンガン酸イットリウム、マンガン酸ランタン、マンガン酸プラセオジム、マンガン酸ネオジム、マンガン酸カルシウム、マンガン酸ストロンチウム、マンガン酸バリウムなどのマンガン系酸化物粒子を使用しても、同様の効果を期待することができる。
(実施例2)
YMn粉末の質量割合を95質量部とし、酸化銅粒子粉末の質量割合を5質量部とした以外の点は、実施例1と同様にスラリー状の触媒組成物Cを得た。
<排ガス浄化性能試験2>
Φ25.4mm×L30mm−400セルのコージェライト製ハニカム基材を、実施例1及び実施例2で得たスラリー状の触媒組成物A又はC中に浸漬し、引き上げて過剰なスラリーを吹き払った後、乾燥させ、500℃で1時間焼成してコート層を形成させて排ガス浄化用触媒(サンプル)を得た。このコート層の量はハニカム基材1L当り110gであった。
ハニカム触媒は900℃×8時間大気中で耐久を行った後、性能比較を行った。ハニカム触媒の三元特性は、CO,CO2,C36,O2,NO,H2OおよびN2バランスから成る模擬排ガスをA/F=14.1〜14.8(CO及びO2濃度を変動)までスキャンを行い、SV=10,000h-1となるように上記セラミックハニカム触媒に流通させて400℃における出口ガス成分をCO/HC/NO分析計(堀場製作所製MOTOR EXHAUST GAS ANALYZER MEXA9100)を用いて測定し、触媒の性能を比較した。
ハニカム触媒のライトオフ性能は、CO,CO2,C36,O2,NO,H2OおよびN2バランスから成る模擬排ガスをA/F=16で、10℃/minで昇温させ、SV=10,000h-1となるように上記セラミックハニカム触媒に流通させて、出口ガス成分をCO/HC/NO分析計(堀場製作所製MOTOR EXHAUST GAS ANALYZER MEXA9100)を用いて測定し、触媒の性能を比較した。ハニカム触媒のライトオフ性能は、CO,CO2,C36,O2,NO,H2OおよびN2バランスから成る模擬排ガスをA/F=16で、10℃/minで昇温させ、SV=10,000h-1となるように上記セラミックハニカム触媒に流通させて、出口ガス成分をCO/HC/NO分析計(堀場製作所製MOTOR EXHAUST GAS ANALYZER MEXA9100)を用いて測定し、触媒の性能を比較した。
ライトオフ性能について、COが50%浄化される温度(CO−T50)(℃)、及び、HCが50%浄化される温度(HC−T50)(℃)は表2に示す通りであった。
(実施例3−5)
YMn粉末及び酸化銅粒子粉末の質量割合を表3に示すように変更した以外は、実施例1と同様にスラリー状の触媒組成物D〜Fを得た。
<排ガス浄化性能試験3>
Φ25.4mm×L30mm−400セルのコージェライト製ハニカム基材を、実施例1及び実施例2で得たスラリー状の触媒組成物A、D〜F中に浸漬し、引き上げて過剰なスラリーを吹き払った後、乾燥させ、500℃で1時間焼成してコート層を形成させて排ガス浄化用触媒(サンプル)を得た。このコート層の量はハニカム基材1L当り110gであった。
850℃に保持した電気炉に触媒をセットし、C36もしくはCOとO2 (完全燃焼比)の混合ガス(70s)及びAir(30s)を周期させながら模擬排ガスを流通させて25時間処理し、評価を行った。ハニカム触媒のライトオフ性能は、CO,CO2,C36,O2,NO,H2OおよびN2バランスから成る模擬排ガスをA/F=16で、10℃/minで昇温させ、SV=100,000h-1となるように上記セラミックハニカム触媒に流通させて、出口ガス成分をCO/HC/NO分析計(堀場製作所製MOTOR EXHAUST GAS ANALYZER MEXA9100)を用いて測定し、触媒の性能を比較した。
COが50%浄化される温度(CO−T50)(℃)、HCが10%浄化される温度(HC−T10)(℃)、及び、NOが10%浄化される温度(NO−T10)(℃)は表3に示す通りであった。
上記実施例1−5並びにこれまで発明者が行ってきた試験結果から、本触媒組成物において、銅・酸化銅粒子の含有量(但し、CuOの場合、CuOのOを無視した銅メタル換算のCu量)が、当該銅・酸化銅粒子の含有量とYMO粒子の含有量の合計100質量部に対して1〜60質量部であるのが好ましく、中でも4質量部以上或いは35質量部以下、その中でも5質量部以上或いは13質量部以下であるのが特に好ましいと考えることができた。
(実施例6−9、12)
酸化銅粒子粉末の代わりに、表4に示す酸化物粒子粉末を混合させた以外は、実施例1と同様にスラリー状の触媒組成物G〜J又はOを得た。
<排ガス浄化性能試験4>
Φ25.4mm×L30mm−400セルのコージェライト製ハニカム基材を、比較例2〜4で得たスラリー状の触媒組成物G〜J中に浸漬し、引き上げて過剰なスラリーを吹き払った後、乾燥させ、500℃で1時間焼成してコート層を形成させて排ガス浄化用触媒(サンプル)を得た。このコート層の量はハニカム基材1L当り110gであった。
ハニカム触媒は900℃×8時間大気中で耐久を行った後、性能比較を行った。ハニカム触媒の三元特性は、CO,CO2,C36,O2,NO,H2OおよびN2バランスから成る模擬排ガスをA/F=14.1〜14.8(CO及びO2濃度を変動)までスキャンを行い、SV=10,000h-1となるように上記セラミックハニカム触媒に流通させて400℃における出口ガス成分をCO/HC/NO分析計(堀場製作所製MOTOR EXHAUST GAS ANALYZER MEXA9100)を用いて測定し、触媒の性能を比較した。
上記実施例6−9及び12の結果から、YMO粒子とNiO粒子、YMO粒子とCo粒子、YMO粒子とFe粒子、YMO粒子とMnO粒子、並びに、YMO粒子とAgO粒子との組み合わせからなる混合状態であっても、三元触媒活性を発揮することを確認することができた。
但し、実施例1と比較すると、YMO粒子とNiO粒子、YMO粒子とCo粒子、YMO粒子とFe粒子、並びに、YMO粒子とMnO粒子との組み合わせからなる混合状態に比べて、YMO粒子とCuO粒子との組み合わせからなる混合状態は、より一層優れた三元触媒活性を発揮すること、特にNOxの浄化性能において顕著に優れた浄化性能を発揮することが分かった。
上記実施例、これまで本発明が行ってきた試験結果並びに上述した技術的理由などからすると、マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子と、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物を含有する粒子とが混合状態で存在すれば、少なくとも実施例1−9及び12と同様の効果を得ることができるものと推察することができる。
(実施例10−11)
Mn系酸化物粒子としてのYMn粉末の代わりに、表5に示すマンガン酸化物粒子粉末を混合させた以外は、実施例1と同様にスラリー状の触媒組成物K、Lを得た。
(比較例2−3)
酸化銅粒子粉末を混合せず、表5に示すマンガン酸化物粒子粉末と水とを粉砕混合した以外は、それぞれ実施例10、11と同様にスラリー状の触媒組成物M、Nを得た。
<排ガス浄化性能試験5>
Φ25.4mm×L30mm−400セルのコージェライト製ハニカム基材を、実施例10〜11および比較例2〜3で得たスラリー状の触媒組成物K〜N中に浸漬し、引き上げて過剰なスラリーを吹き払った後、乾燥させ、500℃で1時間焼成してコート層を形成させて排ガス浄化用触媒(サンプル)を得た。このコート層の量はハニカム基材1L当り110gであった。
ハニカム触媒は900℃×8時間大気中で耐久を行った後、性能比較を行った。ハニカム触媒の三元特性は、CO,CO2,C36,O2,NO,H2OおよびN2バランスから成る模擬排ガスをA/F=14.1〜14.8(CO及びO2濃度を変動)までスキャンを行い、SV=10,000h-1となるように上記セラミックハニカム触媒に流通させて400℃における出口ガス成分をCO/HC/NO分析計(堀場製作所製MOTOR EXHAUST GAS ANALYZER MEXA9100)を用いて測定し、触媒の性能を比較した。
三元特性については表5に示す通りであった。
上記実施例10−11の結果から、LaMnO3粒子とCuO粒子、YMnO3粒子とCuO粒子との組み合わせからなる混合状態であっても、三元触媒活性を発揮すること、特にNOxの浄化性能において顕著に優れた浄化性能を発揮することが分かった。
よって、YMO粒子粉末以外のマンガン酸化物粒子粉末であっても、YMO粒子粉末を混合した場合と同様の効果を得られることが分かった。
上記実施例10−11の結果からも、マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子と、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属又はその酸化物を含有する粒子とが混合状態で存在すれば、少なくとも実施例1−11と同様の効果を得ることができるものと推察することができる。

Claims (6)

  1. マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子(「Mn系酸化物粒子」と称する)と、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属(但し、Mn、Pt、Rh及びPdを除く)又はその酸化物を含有する粒子(「混合金属・酸化物粒子」と称する)とが混合状態で存在し、
    前記混合金属・酸化物粒子の平均粒径が、前記Mn系酸化物粒子の平均粒径の3〜300%であり、且つ、当該混合金属・酸化物粒子が白金族を含まないことを特徴とする排気ガス浄化用触媒組成物。
  2. マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子(「Mn系酸化物粒子」と称する)と、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属(但し、Mn、Pt、Rh及びPdを除く)又はその酸化物を含有する粒子(「混合金属・酸化物粒子」と称する)とが混合状態で存在し、
    XRD測定(Cu/Kα)によって求められるXRDパターンにおいて、前記混合金属・酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度が、前記Mn系酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度の5%以上であり、且つ、当該混合金属・酸化物粒子が白金族を含まないことを特徴とする排気ガス浄化用触媒組成物。
  3. マンガンを含有する複合酸化物を含む粒子(「Mn系酸化物粒子」と称する)と、d軌道に電子を有する第5〜11族の金属(但し、Mn、Pt、Rh及びPdを除く)又はその酸化物を含有する粒子(「混合金属・酸化物粒子」と称する)とが混合状態で存在し、
    前記混合金属・酸化物粒子の平均粒径が、前記Mn系酸化物粒子の平均粒径の3〜300%であり、且つ、
    XRD測定(Cu/Kα)によって求められるXRDパターンにおいて、前記混合金属・酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度が、前記Mn系酸化物に起因する回折ピークのうちのメインピークの強度の5%以上であり、且つ、
    当該混合金属・酸化物粒子が白金族を含まないことを特徴とする排気ガス浄化用触媒組成物。
  4. 混合金属・酸化物粒子の含有量(但し、酸化物の場合には酸素(O)量を無視したメタル換算量)が、当該混合金属・酸化物粒子の含有量とMn系酸化物粒子の含有量の合計100質量部に対して1〜60質量部であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の排気ガス浄化用触媒組成物。
  5. 貴金属を担持しないことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の排気ガス浄化用触媒組成物。
  6. 請求項1〜5の何れかに記載の排気ガス浄化用触媒組成物が、基材に担持されてなる構成を備えた排気ガス浄化触媒。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019097878A1 (ja) 2017-11-17 2019-05-23 三井金属鉱業株式会社 排ガス浄化用組成物
US11439983B2 (en) * 2019-03-29 2022-09-13 Johnson Matthey Public Limited Company Active perovskite-type catalysts stable to high temperature aging for gasoline exhaust gas applications
CN113396015A (zh) 2019-04-06 2021-09-14 庄信万丰股份有限公司 用于三元催化的氧化锰-锰酸镧钙钛矿-pgm复合物
WO2021261363A1 (ja) * 2020-06-22 2021-12-30 三井金属鉱業株式会社 排気ガス浄化用触媒
CN117940377A (zh) * 2021-09-13 2024-04-26 三井金属矿业株式会社 锰氧化物、锰氧化物粒子、近红外线透射材料及近红外线透射膜
CN114452811B (zh) * 2021-12-27 2023-03-17 深圳华明环保科技有限公司 一种脱硫脱硝剂及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0975733A (ja) * 1995-09-14 1997-03-25 Kyocera Corp 窒素酸化物除去用酸化物触媒材料並びに窒素酸化物除去方法
JP2001198440A (ja) * 1999-11-10 2001-07-24 Inst Fr Petrole 窒素酸化物の除去方法
JP2006026554A (ja) * 2004-07-16 2006-02-02 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP2007105633A (ja) * 2005-10-13 2007-04-26 Nissan Motor Co Ltd 排ガス浄化触媒
JP2007216099A (ja) * 2006-02-14 2007-08-30 Honda Motor Co Ltd 排ガス浄化酸化触媒
WO2012093600A1 (ja) * 2011-01-05 2012-07-12 本田技研工業株式会社 排気ガス浄化用触媒及び排気ガス浄化用触媒構成体
JP2013163178A (ja) * 2011-06-20 2013-08-22 Nippon Soken Inc 窒素酸化物浄化触媒及び排ガス浄化触媒担体

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3316057A (en) * 1959-07-22 1967-04-25 Du Pont Method of treating exhaust gases of internal combustion engines
US3216954A (en) * 1959-07-22 1965-11-09 Du Pont Mangano-chromia-manganite catalyst and process for its production
CN1060793A (zh) * 1990-10-22 1992-05-06 华东化工学院 非贵金属三效催化剂
KR0136893B1 (ko) * 1994-11-03 1998-04-25 강박광 선택적 촉매환원에 의한 배기가스중의 질소산화물의 제거방법
DE10130338A1 (de) * 2001-06-26 2003-04-24 Forschungszentrum Juelich Gmbh Dieselrussfilter mit einem feindispers verteiltem Dieselrusskatalysator
JP2003144926A (ja) * 2001-11-19 2003-05-20 Hitachi Ltd 内燃機関の排ガス浄化触媒、浄化方法及び浄化装置
US7442669B2 (en) * 2002-03-05 2008-10-28 Tda Research, Inc. Oxidation catalysts comprising metal exchanged hexaaluminate wherein the metal is Sr, Pd, La, and/or Mn
JP4689574B2 (ja) 2006-10-20 2011-05-25 本田技研工業株式会社 排ガス浄化用酸化触媒
JP5330018B2 (ja) 2008-04-22 2013-10-30 本田技研工業株式会社 酸化触媒
JP5436060B2 (ja) 2009-06-10 2014-03-05 本田技研工業株式会社 排ガス浄化用酸化触媒装置
JP2010284584A (ja) 2009-06-10 2010-12-24 Honda Motor Co Ltd 排ガス浄化用酸化触媒
JP5468321B2 (ja) * 2009-07-06 2014-04-09 三井金属鉱業株式会社 パティキュレート燃焼触媒
US8057767B1 (en) * 2010-08-10 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Base metal oxides oxidation catalyst
CN103429341B (zh) * 2011-01-05 2017-12-05 本田技研工业株式会社 废气净化用催化剂
JP5652271B2 (ja) * 2011-03-10 2015-01-14 株式会社豊田中央研究所 排ガス浄化用触媒担体、それを用いた排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化用触媒担体の製造方法
CN102806012B (zh) * 2011-06-03 2016-11-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于将no氧化成no2的非化学计量的钙钛矿氧化物氧化催化剂
JP5805603B2 (ja) 2012-04-10 2015-11-04 三井金属鉱業株式会社 排気ガス浄化用触媒
JP5787180B2 (ja) * 2012-08-07 2015-09-30 トヨタ自動車株式会社 排ガスセンサ
JP5925668B2 (ja) * 2012-11-27 2016-05-25 三井金属鉱業株式会社 排気ガス浄化用触媒
CN102989448A (zh) * 2012-12-18 2013-03-27 天津大学 一种镧锰钙钛矿型脱NOx催化剂的制备方法及应用
JP5220232B1 (ja) * 2012-12-26 2013-06-26 本田技研工業株式会社 金属酸素電池及びそれに用いる酸素貯蔵材料の製造方法
US20140336045A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Cdti Perovskite and Mullite-like Structure Catalysts for Diesel Oxidation and Method of Making Same
US20160023188A1 (en) * 2013-06-06 2016-01-28 Clean Diesel Technologies, Inc. Pseudo-brookite Compositions as Active Zero-PGM Catalysts for Diesel Oxidation Applications
JP2015100757A (ja) * 2013-11-26 2015-06-04 三菱重工業株式会社 排ガス処理触媒

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0975733A (ja) * 1995-09-14 1997-03-25 Kyocera Corp 窒素酸化物除去用酸化物触媒材料並びに窒素酸化物除去方法
JP2001198440A (ja) * 1999-11-10 2001-07-24 Inst Fr Petrole 窒素酸化物の除去方法
JP2006026554A (ja) * 2004-07-16 2006-02-02 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP2007105633A (ja) * 2005-10-13 2007-04-26 Nissan Motor Co Ltd 排ガス浄化触媒
JP2007216099A (ja) * 2006-02-14 2007-08-30 Honda Motor Co Ltd 排ガス浄化酸化触媒
WO2012093600A1 (ja) * 2011-01-05 2012-07-12 本田技研工業株式会社 排気ガス浄化用触媒及び排気ガス浄化用触媒構成体
JP2013163178A (ja) * 2011-06-20 2013-08-22 Nippon Soken Inc 窒素酸化物浄化触媒及び排ガス浄化触媒担体

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