説明

排ガス浄化触媒

【課題】従来に比して少ない貴金属量であるにも関わらず、高い耐久性を有し、且つ低温域においても優れた触媒活性を有する排ガス浄化触媒を提供する。
【解決手段】内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物を浄化するために用いられる排ガス浄化触媒であって、セリウム含有酸化物を主成分とし、前記セリウム含有酸化物に担持されたパラジウムと、前記セリウム含有酸化物に担持された亜鉛と、を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排ガス浄化触媒に関し、特に、従来に比して少ない貴金属量であるにも関わらず、耐久性が高く、低温域においても優れた触媒活性を有する排ガス浄化触媒に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、内燃機関から排出される排ガスを浄化する目的で、三元触媒等の排ガス浄化触媒が用いられている。三元触媒は、排ガス中に含まれる一酸化炭素(以下、COともいう)及び炭化水素(以下、HCともいう)を酸化して浄化するとともに、排ガス中に含まれる窒素酸化物(以下、NOxともいう)を還元して浄化する。このような三元触媒としては、例えばコージェライト等からなる耐熱性ハニカム基材に、γ−Alからなる担体層を形成し、その担体層に白金(Pt)やロジウム(Rh)等の貴金属を担持させたものが広く知られている。
【0003】
三元触媒等の排ガス浄化触媒に用いられる担体としては、比表面積が大きく、且つ耐熱性が高いことが求められる。このため、一般的には、Al、SiO、ZrO、TiO等の担体が多く用いられている。また、排ガスの雰囲気変動を緩和する目的で、上記担体に加えて、酸素吸蔵放出能(以下、OSCともいう)を有するCeOが併用されている。さらには、CeOのOSC耐久性を向上させる目的で、CeOとZrOとの複合酸化物が用いられている。
【0004】
ところで、近年の排ガス規制の強化により、エンジン始動直後から排ガスを浄化する必要性が極めて高くなってきている。このため、より低温域で触媒を活性化でき、エンジン始動直後の低温域から高い触媒活性を発揮し得る排ガス浄化触媒が求められている。
【0005】
例えば、セリウム酸化物を含む担体と、遷移金属及び貴金属からなり少なくとも該セリウム酸化物に担持された触媒金属と、を含み、該遷移金属のセリウム原子に対する原子比と、該遷移金属の該貴金属に対する原子比とが特定の関係にあることを特徴とする排ガス浄化用触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この排ガス浄化触媒によれば、貴金属の担持量を増大させることなく、触媒を早期活性化させることができるとされている。
【0006】
また、活性成分としてパラジウム(Pd)を触媒全体容量に対し0.5〜10g/l含み、且つセリウムを触媒全体容量に対し酸化セリウム(CeO)換算で10〜150g/l含む排ガス浄化触媒が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この排ガス浄化触媒によれば、高濃度のCO及びHCを含む排ガスを供給することにより、触媒を早期に活性化できる結果、エンジン始動直後の排ガス中に多量に含まれているCO及びHCを速やかに浄化できるとされている。
【0007】
また、セリアを含む担体に貴金属を担持してなる触媒に、CO濃度が1%以上の排ガスを供給してCOを酸化燃焼させ、その燃焼熱によって触媒を昇温し、排ガス中のHCを酸化燃焼することを特徴とする排ガス浄化方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。この排ガス浄化方法によれば、CO濃度が高い排ガスを、酸素吸放出能を有する触媒に供給することにより、低温域からCOを酸化燃焼できるとされている。また、酸化燃焼により生ずる燃焼熱によって、HCの酸化燃焼が可能な温度まで速やかに触媒を昇温できるため、低温域からHCを効率良く酸化除去できるとされている。
【特許文献1】特開2003−220336号公報
【特許文献2】特開平5−285387号公報
【特許文献3】特開2004−26872号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、高出力エンジンでは、排圧を低減する目的でエキマニの等長化やターボの使用が行われる。このため、排温が低下して触媒が温まり難い傾向があることから、より低温域での浄化性能が求められる。例えば、Pt及びPdをCeOに担持してなる触媒によれば、CeOのOSCがさらに向上し、より低温域からCOを浄化できるとされている。また、このような触媒を用いることにより、COが低温で着火するため、COの浄化によって発生する反応熱により、触媒を早期活性化できるとされている。
【0009】
しかしながら、近年、厳しさを増す排ガス規制をクリアするためには、エンジン始動時に排出される未燃HC等の浄化も必要であり、触媒のさらなる早期活性化が求められている。触媒のさらなる早期活性化を図るためには、触媒作用を司る貴金属の担持量を増加させることが考えられるが、貴金属の価格は益々高騰しており、貴金属の増量は触媒のコストの増加に直結するため好ましくない。このため、単価の高いPtからPdへの移行が併せて進められている。
【0010】
また、高出力エンジンでは、排ガス浄化触媒は高熱環境下に晒されるため、高い耐久性を有する排ガス浄化触媒が求められる。しかしながら、要求レベルを満足し得る高耐久性の排ガス浄化触媒については、これまでのところ見出されておらず、貴金属量を増やすことで対応しているのが現状である。従って、貴金属量を抑えつつ、高い耐久性を有し、且つ低温域においても優れた触媒活性を有する排ガス浄化触媒の開発が望まれる。
【0011】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比して少ない貴金属量であるにも関わらず、高い耐久性を有し、且つ低温域においても優れた触媒活性を有する排ガス浄化触媒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、パラジウム(Pd)が担持されたセリウム(Ce)含有酸化物を主体とする三元触媒組成に、所定量の亜鉛(Zn)を含有させることにより、従来に比して少ない貴金属量であるにも関わらず、高い耐久性を有し、且つ低温域においても優れた触媒活性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【0013】
請求項1記載の排ガス浄化触媒は、内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物を浄化するために用いられる排ガス浄化触媒であって、セリウム含有酸化物を主成分とし、前記セリウム含有酸化物に担持されたパラジウムと、前記セリウム含有酸化物に担持された亜鉛と、を含むことを特徴とする。
【0014】
請求項2記載の排ガス浄化触媒は、請求項1記載の排ガス浄化触媒において、前記亜鉛の含有量が、前記セリウム含有酸化物と前記亜鉛の総量に対して1質量%〜20質量%であることを特徴とする。
【0015】
請求項3記載の排ガス浄化触媒は、請求項1又は2記載の排ガス浄化触媒において、前記セリウム含有酸化物の含有量が、前記排ガス浄化触媒に対して50質量%〜99質量%であることを特徴とする。
【0016】
請求項4記載の排ガス浄化触媒は、請求項1又は2記載の排ガス浄化触媒において、前記セリウム含有酸化物の含有量が、前記排ガス浄化触媒に対して60質量%〜99質量%であることを特徴とする。
【0017】
請求項5記載の排ガス浄化触媒は、請求項1から4いずれか記載の排ガス浄化触媒において、前記セリウム含有酸化物が、酸化セリウムであることを特徴とする。
【0018】
請求項6記載の排ガス浄化触媒は、請求項1から4いずれか記載の排ガス浄化触媒にお
いて、セリウムと、ジルコニウム、イットリウム、プラセオジム、ネオジム、テルビウム、サマリウム、ガドリニウム、及びランタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、を含む混合酸化物及び/又はこれらの少なくとも1種の元素を基本組成とする複合酸化物であることを特徴とする。
【0019】
請求項7記載の排ガス浄化触媒は、請求項1から6いずれか記載の排ガス浄化触媒において、前記パラジウムの含有量が、前記排ガス浄化触媒に対して0.5質量%〜7質量%であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、従来に比して少ない貴金属量であるにも関わらず、高い耐久性を有し、低温域においても優れた触媒活性を有する排ガス浄化触媒を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【0022】
<排ガス浄化触媒>
本実施形態に係る排ガス浄化触媒は、内燃機関から排出される排ガス中に含まれるCO、HC、及びNOxを浄化するために用いられる。中でも、ガソリンエンジン用の排ガス浄化装置に好適に用いられ、特に、高出力エンジン(等長エキマニ、ターボ)や低燃費エンジンから排出されるCO、HC、及びNOxの浄化に好ましく用いられる。
【0023】
本実施形態に係る排ガス浄化触媒は、Ce含有酸化物を主成分とする。また、Ce含有酸化物に担持されたPdと、Ce含有酸化物に担持されたZnと、を含むことを特徴とする。即ち、従来から見られる、Pdが担持されたCe含有酸化物に対して、さらにZnを担持させたことを特徴とする。
【0024】
[Zn]
本実施形態に係る排ガス浄化触媒で用いられるZnは、Ce含有酸化物に担持されている。Ce含有酸化物にZnを担持させることにより、低温域における優れた浄化性能を保持しつつ、高い耐久性が得られるため、高価なPdの含有量を低減できる。
【0025】
また、Ce含有酸化物にZnを担持させることにより、CeOに酸素欠陥又は活性酸素種を多く発現させることができると考えられる。このため、後述する水性ガスシフト反応特性がさらに向上する結果、触媒のさらなる早期活性化が達成されると考えられる。
【0026】
Znの含有量は、本発明の効果を奏する範囲内であれば特に限定されないが、Ce含有酸化物とZnの総量に対して、1質量%〜20質量%であることが好ましい。Znの含有量が1質量%以上であれば、水性ガスシフト反応を促進させることができ、COを効率良く浄化できる。Znの含有量が20質量%以下であれば、CeO等のCe含有酸化物のOSC能力を阻害することがなく、優れた浄化性能を発揮できる。より好ましいZn含有量は、Ce含有酸化物とZnの総量に対して、1質量%〜15質量%である。
【0027】
[Ce含有酸化物]
Ce含有酸化物は、担体として触媒金属であるPdやZnを担持する他に、OSC剤として機能する。Ce含有酸化物としては、Ceを含有する酸化物であれば特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。具体的には、酸化セリウムが好ましく用いられる他、セリウムと、ジルコニウム、イットリウム、プラセオジム、ネオジム、テルビウム、サマリウム、ガドリニウム、及びランタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、を含む混合酸化物及び/若しくはこれらの少なくとも1種の元素を基本組成とする複合酸化物が好ましく用いられる。
【0028】
Ce含有酸化物は、本実施形態に係る排ガス浄化触媒の主成分である。Ce含有酸化物の含有量は、排ガス浄化触媒全体に対して50質量%〜99質量%であることが好ましい。Ce含有酸化物の含有量がこの範囲内であれば、担体及びOSC剤として有効に機能する。より好ましくは、Ce含有酸化物の含有量は、排ガス浄化触媒全体に対して60質量%〜99質量%である。
【0029】
[Pd]
触媒金属であるPdは、担体であるCe含有酸化物に担持されている。PdはPtよりも安価であり、良好な触媒活性を有する。Pdの含有量は、排ガス浄化触媒に対して0.5質量%〜7質量%であることが好ましい。Pdの含有量が0.5質量%以上であれば、十分な触媒活性を発揮することができる。Pdの含有量が7質量を超えてもそれ以上の効果は望めないため、7質量以下であればコスト的にも有利である。より好ましいPdの含有量は、排ガス浄化触媒に対して0.5質量%〜5質量%である。
【0030】
PdをCeO等のセリウム含有酸化物に担持させる理由について、図1を参照しながら説明する。先ず、本実施形態に係る排ガス浄化触媒に排ガスが流通すると、排ガス中のCOがPdに吸着した後、Pd近傍のCeO中の酸素が、吸着したCOにアタックすることにより、COがCOに変換される。次いで、CeO中の脱離格子欠陥に、HOがアタックして下記式で表される水性ガスシフト反応が進行し、Hが生成、脱離する。以上の作用が繰り返されることにより、CeO中の酸素(欠陥)を利用した水性ガスシフト反応が促進される。このように、Pdをセリウム含有酸化物に担持させることにより、水性ガスシフト反応を促進できるとともに、HC及びCOの燃焼反応も同時に促進されて開始される結果、生じた反応熱により触媒が早期活性化されるからである。
【化1】

【0031】
[その他]
本実施形態に係る排ガス浄化触媒は、本発明の効果が奏される限りにおいて、上記成分以外の他の成分を含有していてもよい。例えば、Pd以外の他の触媒金属成分や、Ce含有酸化物以外の酸化物等を含有していてもよく、他の添加剤等を含有していてもよい。
【0032】
なお、本実施形態に係る排ガス浄化触媒の調製方法は特に限定されず、従来公知のスラリー法等を採用することができる。また、本実施形態に係る排ガス浄化触媒は、例えばコージェライト製ハニカム支持体に、Ce含有酸化物やPd、Znを含有するスラリーをコートして焼成することにより得られる。
【実施例】
【0033】
<実施例1:Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=1質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
酸化セリウム((株)ニッキ製)95g、硝酸亜鉛6水和物(関東化学製、鹿特級)36.16g、イオン交換水1000gをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除いた。次いで、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて500℃×2時間焼成し、粉末Aを得た。
【0034】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)2.268g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)2.329g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末A89.lgとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Bを得た。
【0035】
[操作(c)]
粉末B40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーCを得た。
【0036】
[操作(d)]
得られたスラリーCに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=1質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0037】
<実施例2:Pd/Zn/CeO(Zn=1質量%、Pd=1質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
酸化セリウム((株)ニッキ製)99g、硝酸亜鉛6水和物(関東化学製、鹿特級)7.232g、イオン交換水1000gをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除いた。次いで、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて500℃×2時間焼成し、粉末Dを得た。
【0038】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)2.268g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)2.329g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末D89.1gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Eを得た。
【0039】
[操作(c)]
粉末E40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーFを得た。
【0040】
[操作(d)]
得られたスラリーFに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=1質量%、Pd=1質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0041】
<実施例3:Pd/Zn/CeO(Zn=10質量%、Pd=1質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
酸化セリウム((株)ニッキ製)90g、硝酸亜鉛6水和物(関東化学製、鹿特級)72.32g、イ才ン交換水1000gをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除いた。次いで、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて500℃×2時間焼成し、粉末Gを得た。
【0042】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)2.268g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)2.329g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末G89.1gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Hを得た。
【0043】
[操作(c)]
粉末H40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーIを得た。
【0044】
[操作(d)]
得られたスラリーIに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=10質量%、Pd=1質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0045】
<実施例4:Pd/Zn/CeO(Zn=20質量%、Pd=1質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
酸化セリウム((株)ニッキ製)80g、硝酸亜鉛6水和物(関東化学製、鹿特級)144.64g、イオン交換水1000gをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除いた。次いで、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて500℃×2時間焼成し、粉末Jを得た。
【0046】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)2.268g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)2.329g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末J89.lgとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Kを得た。
【0047】
[操作(c)]
粉末K40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーLを得た。
【0048】
[操作(d)]
得られたスラリーLに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=20質量%、Pd=1質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0049】
<実施例5:Pd/Zn/CeO(Zn=50質量%、Pd=1質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
酸化セリウム((株)ニッキ製)50g、硝酸亜鉛6水和物(関東化学製、鹿特級)361.6g、イオン交換水1000gをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除いた。次いで、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて500℃×2時間焼成し、粉末Mを得た。
【0050】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)2.268g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)2.329g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末M89.lgとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Nを得た。
【0051】
[操作(c)]
粉末N40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーOを得た。
【0052】
[操作(d)]
得られたスラリーOに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=50質量%、Pd=1質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0053】
<実施例6:Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=0.5質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
実施例1と同様の操作により、粉末Aを得た。
【0054】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)1.134g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)1.164g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末A89.6gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Pを得た。
【0055】
[操作(c)]
粉末P40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーQを得た。
【0056】
[操作(d)]
得られたスラリーQに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=0.5質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0057】
<実施例7:Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=2質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
実施例1と同様の操作により、粉末Aを得た。
【0058】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)4.536g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)4.658g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末A88.2gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Rを得た。
【0059】
[操作(c)]
粉末R40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーSを得た。
【0060】
[操作(d)]
得られたスラリーSに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=2質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0061】
<実施例8:Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=5質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
実施例1と同様の操作により、粉末Aを得た。
【0062】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)11.34g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)11.65g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末A85.5gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Tを得た。
【0063】
[操作(c)]
粉末T40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーUを得た。
【0064】
[操作(d)]
得られたスラリーUに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=5質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0065】
<実施例9:Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=7質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
実施例1と同様の操作により、粉末Aを得た。
【0066】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)15.88g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)16.31g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末A83.7gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Vを得た。
【0067】
[操作(c)]
粉末V40gとアルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーWを得た。
【0068】
[操作(d)]
得られたスラリーWに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=10質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0069】
<実施例10:Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=10質量%)触媒の製造>
[操作(a)]
実施例1と同様の操作により、粉末Aを得た。
【0070】
[操作(b)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)22.68g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)23.29g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、粉末A81gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Xを得た。
【0071】
[操作(c)]
粉末X40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーYを得た。
【0072】
[操作(d)]
得られたスラリーYに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Zn/CeO(Zn=5質量%、Pd=10質量%)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0073】
<比較例1:Pd/CeO触媒の製造>
[操作(a)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)2.268g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)2.329g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、酸化セリウム((株)ニッキ製)89.lgとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末Zを得た。
【0074】
[操作(b)]
粉末Z40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーAAを得た。
【0075】
[操作(c)]
得られたスラリーAAに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/CeOを得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0076】
<比較例2:Pd/Al触媒の製造>
[操作(a)]
硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)2.2329g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、アルミナ(SASOL製)89.1gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて500℃×2時間焼成し、粉末ABを得た。
【0077】
[操作(b)]
粉末AB40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーACを得た。
【0078】
[操作(c)]
得られたスラリーACに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Alを得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0079】
<比較例3:Pd/Al(Pd5倍量)触媒の製造>
[操作(a)]
硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)11.645g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、アルミナ(SASOL製)85.5gとを、ナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて500℃×2時間焼成し、粉末ADを得た。
【0080】
[操作(b)]
粉末AD40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーAEを得た。
【0081】
[操作(c)]
得られたスラリーAEに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Al(Pd5倍量)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0082】
<比較例4:Pd/CeO(Pd5倍量)触媒の製造>
[操作(a)]
DL−リンゴ酸(関東化学製、鹿特級)11.34g、硝酸パラジウム((株)小島化学薬品製)11.645g、イオン交換水600gをビーカーに入れ、1時間攪拌した。攪拌後の水溶液と、酸化セリウム((株)ニッキ製)89.1gとをナス型フラスコに入れ、ロータリーエバポレーターにて余分な水分を取り除き、乾燥炉にて200℃×2時間、マッフル炉にて800℃×2時間焼成し、粉末AFを得た。
【0083】
[操作(b)]
粉末AF40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーAGを得た。
【0084】
[操作(c)]
得られたスラリーAGに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セルin2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/CeO(Pd5倍量)を得た。ウオッシュコート量は200g/Lであった。
【0085】
<比較例5:Pd/CeO(ウオッシュコート量100g/L)触媒の製造>
[操作(a)、(b)]
比較例1と同様の操作により、スラリーAAを得た。
【0086】
[操作(c)]
得られたスラリーAAに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/CeO(ウオッシュコート量100g/L)を得た。
【0087】
<比較例6:Pd/Al(ウオッシュコート量100g/L)触媒の製造>
[操作(a)、(b)]
比較例2と同様の操作により、スラリーACを得た。
【0088】
[操作(c)]
得られたスラリーACに、ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、Pd/Al(ウオッシュコート量100g/L)を得た。
【0089】
<比較例7:CeO触媒の製造>
[操作(a)]
酸化セリウム((株)ニッキ製)40g、アルミナゾル(日産化学工業株式会社製)50g(Al濃度20%)、及びアルミナボールをポリエチレン製容器(250ml)に入れ、14時間湿式粉砕することにより、スラリーAIを得た。
【0090】
[操作(b)]
得られたスラリーAIに、ハニカムφ25.4mml×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬した。次いで、そのハニカム支持体をスラリーから取り出し、過剰分をエア噴射により除去した。除去後、ハニカム支持体を200℃×2時間加熱した。この操作を所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、マッフル炉で500℃×2時間焼成し、CeO触媒を得た。ウオッシュコート量は100g/Lであった。
【0091】
<評価>
各実施例及び比較例で得られた排ガス浄化触媒に対して、先ず、以下の条件で耐久試験を実施した。耐久試験後、下記に示す組成、条件でモデルガスA〜Cを流通させたときのCO、HC、及びNOの浄化率、及びこれら成分の50%浄化時の温度T50(℃)を評価した。評価結果を図2〜7に示した。
【0092】
[耐久試験条件]
実施例及び比較例で得られた排ガス浄化触媒に、ストイキモデルガスを980℃の耐久温度にて20時間流通させた。ここで、ストイキとは、完全燃焼反応における化学量論比を意味する。
【0093】
[モデルガスA]
NOx:500ppm
HC:l200ppm(C
CO:5000ppm
CO:14%
:0.49%
:バランスガス
SV(空間速度):50000h−1
リニア昇温:50℃〜450℃
【0094】
[モデルガスB]
NOx:500ppm
HC:l200ppmC(C
CO:20000ppm
CO:14%
:1.24%
O:10%
:バランスガス
SV(空間速度):50000h−1
リニア昇温:50℃〜450℃
【0095】
[モデルガスC]
CO:5000ppm
O:10%
:バランスガス
SV(空間速度):50000h−1
リニア昇温:50℃〜450℃
【0096】
実施例1及び比較例1〜4で調製された排ガス浄化触媒に、モデルガスAを流通させたときのT50(℃)を図2に示した。図2に示される通り、触媒中にZnを含有させた実施例1は、Znを含有させていない比較例1に比して、低温活性を維持しつつ、耐久性を向上させることができた。また、Znを含有させた実施例1は、Pdを5倍量担持させた比較例3及び4と同等以上の耐久性が得られた。これらの結果から、Znを含有させることにより、Pd量の低減が可能であることが確認された。
【0097】
実施例1及び比較例1で調製された排ガス浄化触媒に、モデルガスCを流通させたときの温度とCO浄化率との関係を図3に示した。図3に示される通り、Znを含有していない比較例1に比して、Znを含有させた実施例1は、より低温でCOを浄化できた。このことから、Znを含有させることにより、水性ガスシフト反応特性が向上し、より低温でCOを浄化できることが分かった。これは、Znを含有させることにより、CeOに酸素欠陥又は活性酸素種が多く存在するようになるためであると考えられた。
【0098】
比較例5のPd/CeO触媒、比較例6のPd/Al触媒、及び比較例7のCeO単独触媒に、モデルガスCを流通させたときの温度とCO浄化率との関係を図4に示した。図4に示されるように、Pd/CeO触媒(比較例5)に比して、Pd/Al触媒(比較例6)では水性ガスシフト反応特性が低く、CeO単独触媒(比較例7)では水性ガスシフト反応がほとんど進行しなかった。この結果から、CeOにPdを担持させることにより、水性ガスシフト反応特性を向上させることができることが確認された。これは、上述した通り、PdがCeO上に存在することにより、CeO中の酸素欠陥のやり取りが促進される結果、少量のPdでも優れた浄化性能を発揮できるからであると考えられた。
【0099】
Pd/Zn/CeO触媒において、Zn含有量を0質量%(比較例5)、1質量%(実施例2)、5質量%(実施例1)、10質量%(実施例3)、20質量%(実施例4)、50質量%(実施例5)と段階的に変化させた各触媒に、モデルガスAを流通させたときのT50(℃)を図5に示した。図5に示されるように、Znが含有されていない若しくはZnの含有量が少ない場合には、水性ガスシフト特性が得られず、特にCOの浄化率が悪い結果であった。一方、Zn量が多すぎるとCeOのOSC(酸素放出)能力が低下してしまい、触媒活性が低下してしまう傾向にあった。これらの結果から、Zn含有量は、セリウム含有酸化物と亜鉛との総量に対して、1質量%〜20質量%の範囲(図5におけるXの範囲)が好ましいことが確認された。
【0100】
Pd/Zn/CeO触媒において、Pd含有量を0.5質量%(実施例6)、1質量%(実施例1)、2質量%(実施例7)、5質量%(実施例8)、7質量%(実施例9)、10質量%(実施例10)と段階的に変化させた各触媒に、モデルガスAを流通させたときのT50(℃)を図6に示した。図6に示されるように、Pd量が少なすぎると十分な触媒活性が得られない一方、Pd量が一定量に達すると、それ以上Pd量を増加させても触媒活性の向上は認められなかった。この結果から、Pdの含有量は、排ガス浄化触媒に対して0.5質量%〜7質量%の範囲(図6におけるXの範囲)が好ましいことが確認された。
【0101】
実施例1、比較例1及び3で調製された排ガス浄化触媒に、CO濃度が高いモデルガスBを流通させたときのT50(℃)を図7に示した。図7に示されるように、Znを含有させた実施例1は、Znを含有させていない比較例1及び3に比して、排ガス中のCO濃度が増加した場合であっても、高い耐久性を有し、低温域で優れた浄化活性を有することが確認された。また、実施例1の排ガス浄化触媒にモデルガスAを流通させたときと比較して(図2参照)、CO濃度がモデルガスAより1.5%多いモデルガスBを流通させた場合であっても、COの低温浄化性能は同等であり、且つHC、NOの低温浄化性能はより向上していることが確認された。これにより、本実施例に係る排ガス浄化触媒は、CO濃度が高い排ガスの浄化に特に好ましいことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【0102】
【図1】本実施形態に係る排ガス浄化触媒のメカニズムを説明するための図である。
【図2】実施例及び比較例のT50を示す図である。
【図3】実施例及び比較例における温度とCO浄化率との関係を示す図である。
【図4】比較例における温度とCO浄化率との関係を示す図である。
【図5】実施例及び比較例におけるZn含有量とT50との関係を示す図である。
【図6】実施例及び比較例におけるPd量とT50との関係を示す図である。
【図7】実施例及び比較例のT50を示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物を浄化するために用いられる排ガス浄化触媒であって、
セリウム含有酸化物を主成分とし、前記セリウム含有酸化物に担持されたパラジウムと、前記セリウム含有酸化物に担持された亜鉛と、を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒。
【請求項2】
前記亜鉛の含有量が、前記セリウム含有酸化物と前記亜鉛の総量に対して1質量%〜20質量%であることを特徴とする請求項1記載の排ガス浄化触媒。
【請求項3】
前記セリウム含有酸化物の含有量が、前記排ガス浄化触媒に対して50質量%〜99質量%であることを特徴とする請求項1又は2記載の排ガス浄化触媒。
【請求項4】
前記セリウム含有酸化物の含有量が、前記排ガス浄化触媒に対して60質量%〜99質量%であることを特徴とする請求項1又は2記載の排ガス浄化触媒。
【請求項5】
前記セリウム含有酸化物が、酸化セリウムであることを特徴とする請求項1から4いずれか記載の排ガス浄化触媒。
【請求項6】
前記セリウム含有酸化物が、セリウムと、ジルコニウム、イットリウム、プラセオジム、ネオジム、テルビウム、サマリウム、ガドリニウム、及びランタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、を含む混合酸化物及び/又はこれらの少なくとも1種の元素を基本組成とする複合酸化物であることを特徴とする請求項1から4いずれか記載の排ガス浄化触媒。
【請求項7】
前記パラジウムの含有量が、前記排ガス浄化触媒に対して0.5質量%〜7質量%であることを特徴とする請求項1から6いずれか記載の排ガス浄化触媒。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2009−241057(P2009−241057A)
【公開日】平成21年10月22日(2009.10.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−320897(P2008−320897)
【出願日】平成20年12月17日(2008.12.17)
【出願人】(000005326)本田技研工業株式会社 (23,863)
【Fターム(参考)】