説明

排ガス粒子酸化触媒

【課題】 高価な白金触媒に代えて、より低コストであり、かつ、低温で、PM(粒子状物質)を効率的に酸化除去することができる排ガス粒子酸化触媒を提供する。
【解決手段】 第1主成分として酸化銅と、第2主成分としてコバルト酸化物、ニッケル酸化物、バナジウム酸化物のうちの少なくともいずれか1種と、第2主成分としてカリウム塩化物、リチウム塩化物の少なくともいずれか1種を第1主成分および第2主成分の総重量に対して2重量%以上とを配合してなることを特徴とする触媒を用いる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ディーゼル機関等から排出される粒子状物質(PM;particulate matter)の燃焼を促進するための排ガス粒子酸化触媒に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれるPMは、気管支喘息等の呼吸器系の疾患や肺ガン等の健康への悪影響や、花粉症とも関係があると言われており、このような状況を踏まえて、ディーゼル車から排出されるPMについては、条例による規制も行われている。
この排ガス規制への対応策としては、PMをフィルタにより捕集し、燃焼により除去して再生させて除去効果を維持する装置(DPF;diesel particulate filter)、または、PMを白金等の触媒作用により酸化して削減する方法が採用されている。
【0003】
排ガス中のPMの削減を図るために用いられる触媒としては、白金触媒、バナジウム触媒等が一般に使用されており、これらの触媒は、排ガス成分の一つである一酸化窒素を酸化して、二酸化窒素に変換させ、この二酸化窒素の強い酸化力を利用して、フィルタにトラップされたPMを酸化させることができる。
【0004】
さらに、連続的かつ多量に排出されるPMの主成分であるカーボンを効率よく燃焼させるための技術開発が活発になされており、例えば、特許文献1,2等には、所定の担体に担持させて、白金触媒の触媒活性を高めることが開示されている。
また、特許文献3には、500℃を超える高温域においてもPMを効率よく除去することができる触媒として、ニッケル、コバルトからなる触媒が開示されている。
【0005】
【特許文献1】特開2003−251151号公報
【特許文献2】特開平8−57313号公報
【特許文献3】特開平5−200290号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、白金触媒は、確かに、カーボン酸化反応に対して有効であるが、非常に高価であり、PMの除去効率を上げるために、多量に使用することはコストの面から好ましくない。
このため、上記引用文献3に記載されているようなニッケル、コバルト等のより安価な元素からなる触媒によって、PMが効率的に除去されることが望まれる。
【0007】
さらに、500℃を超えるような高温条件下ではなく、むしろ、通常のエンジン運転条件で到達する低温域の排ガス温度である300℃付近においても、カーボンを酸化除去することができる触媒開発が期待されている。
【0008】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、高価な白金触媒に代えて、より低コストであり、かつ、低温でPMを効率的に酸化除去することができる排ガス粒子酸化触媒を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る排ガス粒子酸化触媒は、第1主成分として酸化銅と、第2主成分としてコバルト酸化物、ニッケル酸化物、バナジウム酸化物のうちの少なくともいずれか1種と、添加剤としてカリウム塩化物、リチウム塩化物の少なくともいずれか1種とを混合してなることを特徴とする。
このように、所定の遷移金属酸化物と塩化物とを組み合わせた触媒を用いることにより、一般的に用いられている高価な白金触媒を用いることなく、しかも、白金触媒よりも低温で、PMの酸化除去を行うことができる触媒を得ることができ、例えば、ディーゼル機関のアイドリング時、低速運転時を想定した300℃付近の低温においても、PMを効率的に酸化除去することが可能となる。
【0010】
前記排ガス粒子酸化触媒中の添加剤は、PMの燃焼開始温度を低温化させる上で重要であり、第1主成分および第2主成分の総重量に対して2重量%以上含まれていることが好ましい。
【0011】
また、前記排ガス粒子酸化触媒は、PMの効率的な酸化除去能を発揮させる観点から、比表面積が1.0m2/g以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
上述のとおり、本発明に係る排ガス粒子酸化触媒によれば、高価な白金触媒を代替することができ、白金触媒よりも低コストで、PMを酸化除去する触媒を提供することができる。
また、本発明に係る排ガス粒子酸化触媒によれば、例えば、ディーゼル機関のアイドリング時、低速運転時を想定した低温においても、PMを効率的に酸化除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係る排ガス粒子酸化触媒は、第1主成分として酸化銅と、第2主成分としてコバルト酸化物、ニッケル酸化物、バナジウム酸化物のうちの少なくともいずれか1種と、添加剤としてカリウム塩化物、リチウム塩化物の少なくともいずれか1種とを混合してなるものである。
このように、本発明に係る触媒は、一般的に用いられている高価な白金触媒を用いることなく、代わりに、特定の遷移金属酸化物と塩化物とを組み合わせた触媒を用いることを特徴とするものである。
【0014】
上記のような本発明に係る触媒によれば、白金触媒よりも低温で、PMの酸化除去を行うことができる。
具体的には、本発明によれば、PMの酸化開始温度が400℃未満である触媒を得ることができ、さらには、例えば、ディーゼル機関のアイドリング時、低速運転時等を想定した300℃付近の低温においても、PMを酸化除去することができる触媒を得ることができる。
【0015】
本発明に係る触媒において配合されるコバルト酸化物、ニッケル酸化物、バナジウム酸化物のうちの少なくともいずれか1種からなる第2主成分は、該触媒の繰り返し使用によるPMの燃焼開始温度の上昇率を抑制し、触媒寿命を長くする働きを有している。
これらの第2主成分として配合される酸化物は、いずれか1種のみでもよく、あるいはまた、混合して用いてもよい。
【0016】
また、本発明に係る触媒において配合されるカリウム塩化物、リチウム塩化物の少なくともいずれか1種からなる添加剤は、PMの燃焼開始温度が400℃未満の低温とする上で、重要な役割を果たしている。
前記添加剤として配合される塩化物は、いずれか1種のみでもよいが、混合して用いることがより好ましい。
【0017】
また、前記添加剤の配合量は、第1主成分および第2主成分の総重量に対して2重量%以上であることが好ましい。
前記添加剤の配合量が2重量%未満である触媒を用いた場合、PMの燃焼開始温度を400℃未満とすることは困難であり、低温ではPMは酸化除去され難くなる。
【0018】
前記排ガス粒子酸化触媒は、PMの効率的な酸化除去能を発揮させる観点から、比表面積は大きい方が好ましく、好ましくは、1.0m2/g以上である。
前記比表面積が1.0m2/g未満である場合は、触媒の排ガスとの接触面積が小さすぎるため、PMの十分な酸化除去能を確保するためには、触媒の使用量が多くなる傾向がある。
【0019】
上記のような本発明に係る触媒は、例えば、以下に示すような方法により製造することができる。
まず、第1主成分となる硫酸銅の飽和水溶液と、その第2主成分となる硫酸コバルトの飽和水溶液を所定割合で混合し、混合液を調製する。
そして、得られた混合液を液体窒素中に滴下して凍結粒子を形成した後、脱水処理する(フリーズドライ)。
得られた粒子は、大気焼成して、SOx成分を除去するのと同時に酸化し、これを触媒の母材とする。
この母材に、添加剤である塩化カリウムおよび塩化リチウムの各飽和水溶液を所定割合で混合した混合液を含浸させ、これを乾燥させることにより、本発明に係る触媒が得られる。
【0020】
上記製造方法は、水溶液から触媒を作製するため、原料の分散性に優れ、原料の各配合成分が均一に存在する触媒粒子を得ることができる。
また、上記製造方法においては、フリーズドライ方式を採用しているため、触媒母材は、水分が抜けた後の気孔が多数存在する多孔質体となるため、比表面積が大きくなるため、触媒の作用効率を向上させることができるという利点も有している。
なお、十分な均一分散性、比表面積を得ることができる限り、本発明に係る触媒の第1主成分および第2主成分の金属酸化物を出発原料として用いもよい。
【0021】
上記製造方法により得られた触媒に、例えば、ディーゼル機関から排出されたPMを付着させ、TG/DTAによる熱分析測定を行ったところ、290℃でPMの酸化が開始することが認められた。
このように、本発明に係る所定の遷移金属酸化物と塩化物とを組み合わせた触媒を用いることにより、一般的に用いられている高価な白金触媒を用いることなく、しかも、白金触媒よりも低温で、PMの酸化除去を行うことができる。
【実施例】
【0022】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
[実施例1]
硫酸銅および硫酸コバルトの各飽和水溶液を、後述する大気焼成後における酸化銅および酸化コバルトの重量比が1:1となる割合で混合し、混合液を調製した。
得られた混合液を液体窒素中に滴下して凍結粒子を形成し、脱水処理後、大気焼成して、触媒の母材を作製した。
この母材に、塩化カリウムおよび塩化リチウムの各飽和水溶液を、塩化カリウムおよび塩化リチウムの重量比が1:1となる割合で混合した混合液を含浸させ、これを乾燥して、触媒を作製した。
得られた触媒の第1主成分、第2主成分、添加剤の各配合比(重量比)は、表1の実施例1に示すとおりである。
【0023】
[実施例2〜6]
表1の実施例2〜6に示すような第1主成分、第2主成分、添加剤の各配合比(重量比)となるように、実施例1と同様の方法で触媒を作製した。
【0024】
[比較例1〜6]
表2の比較例1〜6に示すような第1主成分、第2主成分、添加剤の各配合比(重量比)となるように、実施例1と同様の方法で触媒を作製した。
【0025】
上記実施例および比較例において得られた各触媒について、炭素の燃焼開始温度および触媒寿命を測定した。これらの結果を、実施例については表1に、比較例については表2に示す。
燃焼開始温度は、触媒10mgに対して煤2mgを混合し、TG/DTAを用いて、600℃まで昇温し、発熱ピークから求めた。
また、触媒寿命は、上記燃焼開始温度の測定試験1回毎に、新しい煤2mgを追加混合し、試験を50回繰り返した後の燃焼開始温度上昇率により評価した。この燃焼開始温度上昇率が5%以下の場合は○(良好)、燃焼開始温度上昇率が10%を超える場合は×(不良)として、表1および表2に示した。
【0026】
【表1】



【0027】
【表2】

【0028】
上記表1および表2に示した結果から分かるように、第1主成分として酸化銅と、第2主成分としてコバルト酸化物、ニッケル酸化物、バナジウム酸化物のうちの少なくともいずれか1種と、添加剤としてカリウム塩化物、リチウム塩化物の少なくともいずれか1種とを配合した触媒(実施例1〜6)は、PMの燃焼開始温度が350℃未満と低温であり、かつ、触媒寿命も長いことが認められた。
これに対して、前記第2主成分を配合しない触媒(比較例1〜3)は、PMの燃焼開始温度は400℃未満であるものの、繰り返し使用によるPMの燃焼開始温度の上昇率が大きく、触媒寿命が短いものであった。
また、前記添加剤を配合しない触媒(比較例4〜6)は、PMの燃焼開始温度が400℃以上であり、低温でのPMの酸化除去は困難であった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化銅を第1主成分とし、第2主成分としてコバルト酸化物、ニッケル酸化物、バナジウム酸化物のうちの少なくともいずれか1種と、添加剤としてカリウム塩化物、リチウム塩化物の少なくともいずれか1種とを混合してなることを特徴とする排ガス粒子酸化触媒。
【請求項2】
前記添加剤が、第1主成分および第2主成分の総重量に対して2重量%以上含まれていることを特徴とする請求項1記載の排ガス粒子酸化触媒。
【請求項3】
比表面積が1.0m2/g以上であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の排ガス粒子酸化触媒。

【公開番号】特開2006−95390(P2006−95390A)
【公開日】平成18年4月13日(2006.4.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−282666(P2004−282666)
【出願日】平成16年9月28日(2004.9.28)
【出願人】(000221122)東芝セラミックス株式会社 (294)
【Fターム(参考)】