説明

排気ガス浄化用触媒及び排気ガス浄化用触媒構成体

【課題】酸素貯蔵能力に優れ、高温耐久後の排気ガス浄化性能、特にリッチ域でのNO浄化性能に優れた排気ガス浄化用触媒を提供する。
【解決手段】ホウ酸アルミニウム中のアルミニウム原子の2.5〜11.5at%がFe、Co、Ga又はNiで置換されている置換ホウ酸アルミニウムを含む担体と、該担体に担持されたPdとを含む排気ガス浄化用触媒、並びに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上記の排気ガス浄化用触媒の層とを含む排気ガス浄化用触媒構成体とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は排気ガス浄化用触媒及び排気ガス浄化用触媒構成体に関し、より詳しくは、酸素貯蔵能力に優れ、高温耐久後の排気ガス浄化性能、特にリッチ域でのNO浄化性能に優れた排気ガス浄化用触媒及び排気ガス浄化用触媒構成体に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の内燃機関から排出される排気ガス中には炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)等の有害成分が含まれている。それで、従来から、これらの有害成分を浄化して無害化するために三元触媒が用いられている。
【0003】
このような三元触媒においては、触媒活性成分としてPt、Pd、Rh等の貴金属が用いられており、担体としてアルミナ、セリア、ジルコニアや酸素吸蔵能力を持つセリア−ジルコニア複合酸化物等が用いられており、触媒支持体としてセラミックス又は金属材料からなるハニカム、板、ペレット等の形状のものが用いられている。
【0004】
自動車排気ガスの規制強化に伴い、内燃機関排気ガス浄化用触媒の主要触媒活性成分であるPt及びRhの需要が増大し、価格が高騰したことを受け、特にRhについて価格変動の影響が大きいので、貴金属の中でも廉価であるPdへの代替化が望まれ、比較的安価なPdを触媒活性成分として利用することにより排気ガス浄化用触媒のコストを削減することが検討され、種々の手段が提案されている(例えば、特許文献1、2、3参照)。また、担体としてホウ酸アルミニウムを用いた例もあり、ホウ酸アルミニウムウィスカーによって外側が覆われその内部に中空部が形成された粉状体を含む圧粉体に触媒成分を担持させることで、ガス拡散性の向上を図っている(特許文献4参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平06−099069号公報
【特許文献2】特開平07−171392号公報
【特許文献3】特開平08−281071号公報
【特許文献4】特開2002−370035号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、Pdは高温の還元性雰囲気下においてシンタリングにより排気ガス浄化性能の低下を招くことが報告されており、今後の省貴金属触媒の設計に向けてPdのシンタリング抑制は不可避な課題となっている。また、ホウ酸アルミニウムウィスカーは針状であるので比表面積が小さく、それで耐久後の貴金属の凝集が避けられず、耐久性に問題がある。
【0007】
本発明の目的は、酸素貯蔵能力に優れ、高温耐久後の排気ガス浄化性能、特にリッチ域でのNO浄化性能に優れた排気ガス浄化用触媒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、耐熱性に優れたケージ型構造を有するホウ酸アルミニウム中の一部のアルミニウム原子がFe、Co、Ga、Ni等の原子で置換されている置換ホウ酸アルミニウム系化合物、特にFe、Niで置換されているホウ酸アルミニウム系化合物をPdの担体として用いた場合には、酸素貯蔵能力が発現し、リッチ域のNOx浄化活性が無置換ホウ酸アルミニウム又はLa安定化アルミナをPdの担体として用いた場合に比較して大幅に向上することを見出し、本発明を完成した。
【0009】
なお、ホウ酸アルミニウムの特性及びその製造方法等については、例えば、Siba P. Ray, “Preparation and Characterization of Aluminum Borate”, J. Am. Ceram. Soc., 75〔9〕, p2605-2609 (1992)等に記載されている。
【0010】
従来は、ホウ酸アルミニウムは化学分析により式9Al・2B(Al1833)で表示されていたが、Martin 等,”Crystal-chemistry of mullite- type aluminoborates Al18BO33 and AlBO:A stoichiometry puzzle”,Journal of Solid State Chemistry 184(2011) 70-80には、結晶構造解析によればホウ酸アルミニウムはAlBO(5Al:B、Al2036)、すなわち、式10Al・2Bで表示されること、ホウ酸アルミニウムに対しては式9Al・2B(Al1833)及びAlBO(5Al:B、Al2036)の両方が許容されること(即ち、同一物質であること)が記載されている。
【0011】
よって、本発明で用いるホウ酸アルミニウムは、式10Al・2B(5Al:B、Al2036)で表示されるもの、又は式9Al・2B(Al1833)で表示されるものを包含するものである。
【0012】
即ち、本発明の排気ガス浄化用触媒は、ホウ酸アルミニウム中のアルミニウム原子の2.5〜11.5at%がFe、Co、Ga又はNiで置換されている置換ホウ酸アルミニウムを含む担体と、該担体に担持されたPdとを含むことを特徴とする。ここで、本発明におけるホウ酸アルミニウムは、酸化アルミニウムと酸化ホウ素の比が10:2〜9:2のホウ酸アルミニウムであり、式10Al・2B(5Al:B、Al2036)で表示されるもの、又は式9Al・2B(Al1833)で表示されるものを包含する。かかるホウ酸アルミニウムは、X線回折によって式10Al・2Bで表わされるホウ酸アルミニウムであると同定できるが、X線回折の標準チャートとして式9Al・2B(Al1833)も存在し、式9Al・2B(Al1833)とも同定できるものである。
【0013】
本発明の排気ガス浄化用触媒は、一般式
Al20−m36(式中、MはFe、Co、Ga又はNiであり、mは0.5〜2.3である)で表されるM置換ホウ酸アルミニウムを含む担体と、該担体に担持されたPdとを含むことを特徴とすると記載することができる。
【0014】
また、本発明の排気ガス浄化用触媒は、一般式
Al18−n33(式中、MはFe、Co、Ga又はNiであり、nは0.45〜2.07である)で表されるM置換ホウ酸アルミニウムを含む担体と、該担体に担持されたPdとを含むことを特徴とすると記載することもできる。
【0015】
本発明の排気ガス浄化用触媒においては、担体が鉄置換ホウ酸アルミニウムであることが好ましい。
【0016】
また、本発明の排気ガス浄化用触媒構成体は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上記の排気ガス浄化用触媒の層とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明の排気ガス浄化用触媒は酸素貯蔵能力に優れ、高温耐久後の排気ガス浄化性能、特にリッチ域でのNO浄化性能に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】参考例1で得た鉄置換ホウ酸アルミニウムのXRDパターン及び参考例2で得た無置換ホウ酸アルミニウムのXRDパターンである。
【図2】参考例3で得た鉄置換ホウ酸アルミニウムの酸素吸放出挙動及び参考例4で得た無置換ホウ酸アルミニウムの酸素吸放出挙動を示す図である。
【図3】排気ガス浄化用触媒の空燃比の変化によるCOに対する触媒性能を示すグラフである。
【図4】排気ガス浄化用触媒の空燃比の変化によるHCに対する触媒性能を示すグラフである。
【図5】排気ガス浄化用触媒の空燃比の変化によるNOに対する触媒性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の排気ガス浄化用触媒で用いる担体は、ホウ酸アルミニウム中のアルミニウム原子の2.5〜11.5at%がFe、Co、Ga又はNiで置換されている置換ホウ酸アルミニウムである。このような置換ホウ酸アルミニウムは一般式
Al20−m36(式中、MはFe、Co、Ga又はNiであり、mは0.5〜2.3である)で表すことも、一般式
Al18−n33(式中、MはFe、Co、Ga又はNiであり、nは0.45〜2.07である)で表すこともできる。
【0020】
置換ホウ酸アルミニウムにおいて、ホウ酸アルミニウム中の置換されるアルミニウム原子の量が2.5at%未満(上記のmが0.5未満、nが0.45未満)の場合には酸素吸蔵能力、高温耐久後の触媒の排気ガス浄化性能が不十分となる傾向がある。ホウ酸アルミニウム中の置換されるアルミニウム原子の量が11.5at%を超える(上記のmが2.3を超え、nが2.07を超える)と固溶限界を超えて不純物相(Feならヘマタイト相)が形成される傾向があったり、又は比表面積が極端に低下して貴金属を高分散に担持できない傾向がある。
【0021】
上記のM置換ホウ酸アルミニウムは例えば下記の方法で製造することができる。
【0022】
<固相法>
目的化合物のM置換ホウ酸アルミニウム(一般式MAl18−n33)の所定比となるように秤量したホウ酸をイオン交換水に溶解する。その溶液に所定比となるように秤量した硝酸鉄、硝酸コバルト又は硝酸ガリウムを混合して溶解させる。その後、所定比となるように秤量した酢酸ベーマイトゾルを混合し、加熱撹拌する。得られたゲル状生成物を120℃程度で12時間以上乾燥する。乾燥後、空気中300℃程度で1時間程度焼成し、更に1000℃程度で5時間程度焼成してM置換ホウ酸アルミニウムを得ることができる。
【0023】
具体的には、目的化合物の鉄置換ホウ酸アルミニウム(FeAl1733)の所定比となるように秤量したホウ酸をイオン交換水に溶解する。その溶液に所定比となるように秤量した硝酸鉄九水和物を混合して溶解させる。その後、所定比となるように秤量した酢酸ベーマイトゾルを混合し、加熱撹拌する。得られたゲル状生成物を120℃で12時間以上乾燥する。乾燥後、空気中300℃で1時間焼成し、更に1000℃で5時間焼成して鉄置換ホウ酸アルミニウムを得る。
【0024】
<逆共沈法>
目的化合物のM置換ホウ酸アルミニウム(一般式MAl18−n33)の所定比となるように秤量したホウ酸を純温水に溶解させ、その溶液に所定比となるように秤量した硝酸アルミニウムと、所定比となるように秤量した硝酸鉄、硝酸コバルト又は硝酸ガリウムとを混合して溶解させる。次いで、その溶液を炭酸アンモニウム水溶液に滴下する。得られた沈殿物を純水でろ過洗浄し、ろ過し、120℃程度で一晩乾燥し、空気中300℃程度で1時間程度焼成した後、更に空気中1000℃程度で5時間程度焼成してM置換ホウ酸アルミニウムを得ることができる。
【0025】
具体的には、目的化合物の鉄置換ホウ酸アルミニウム(FeAl1733)の所定比となるように秤量したホウ酸をイオン交換水に溶解する。その溶液に所定比となるように秤量した硝酸アルミニウム九水和物及び硝酸鉄九水和物を混合して溶解させる。次いで、その溶液を炭酸アンモニウム水溶液に滴下した。得られた沈殿物を純水でろ過洗浄し、120℃で12時間以上乾燥する。次いで、空気中300℃で1時間焼成した後、更に空気中1000℃で5時間焼成して鉄置換ホウ酸アルミニウムを得る。この逆共沈法で調製した鉄置換ホウ酸アルミニウムと上記の固相法で調製した鉄置換ホウ酸アルミニウムとの間には差異は認められない。
【0026】
本発明の排気ガス浄化用触媒は、上記のM置換ホウ酸アルミニウムを含む担体にPdを担持させたものである。上記のM置換ホウ酸アルミニウムにPdを担持させることにより、酸素貯蔵能力に優れ、高温耐久後の排気ガス浄化性能、特にリッチ域でのNO浄化性能に優れた排気ガス浄化用触媒となるが、Pdの担持量はPdメタルの質量に換算して担体の質量を基準にして好ましくは0.35〜3質量%、より好ましくは0.4〜2質量%である。Pdの担持量がPdメタルの質量に換算して担体の質量を基準にして0.35質量%未満である場合には貴金属の絶対量が少ないため耐久性が悪くなり、3質量%を超える場合には貴金属の量が多すぎて高分散担持することができないことがある。
【0027】
本発明の排気ガス浄化用触媒は、例えば、前記した固相法又は逆共沈法で製造したM置換ホウ酸アルミニウムとPd化合物(可溶性のPd化合物、例えば、硝酸Pd、塩化Pd、硫酸Pd)の溶液とを、Pdの担持量がPdメタルの質量に換算して担体の質量を基準にして好ましくは0.2〜3質量%となる量比で混合し、その後、蒸発乾固させ、450〜650℃で焼成することにより製造することができる。なお、本明細書等の記載において、「溶液」を構成する溶媒は溶液を形成できるものであれば特には制限されないが、一般的には水が用いられる。
【0028】
本発明の排気ガス浄化用触媒構成体は、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体上に上記の本発明の排気ガス浄化用触媒からなる層を形成させ、担持させたものである。このような排気ガス浄化用触媒構成体においては、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体の形状は、特に限定されるものではないが、一般的にはハニカム、板、ペレット等の形状である。ハニカム形状の場合、触媒支持体に担持させる排気ガス浄化用触媒の担持量は好ましくは70〜200g/L、より好ましくは100〜200g/Lである。この担持量が70g/L未満である場合には担持量不足により耐久性が悪くなる傾向がある。また、このような触媒支持体の材質としては、例えば、アルミナ(Al)、ムライト(3Al−2SiO)、コージェライト(2MgO−2Al−5SiO)等のセラミックスや、ステンレス等の金属材料を挙げることができる。
【0029】
本発明の排気ガス浄化用触媒構成体は、例えば、次の方法によって製造することができる。M置換ホウ酸アルミニウム50〜70質量部、好ましくは50〜60質量部、La安定化アルミナ20〜40質量部、好ましくは20〜30質量部、水酸化バリウム0〜3質量部、好ましくは1〜3質量部、及びアルミナ系バインダー5〜10質量部をPd化合物の溶液と混合し、湿式粉砕処理してスラリーを調製する。この際、Pdの担持量がPdメタルの質量に換算して担体の質量を基準にして好ましくは0.35〜3質量%、好ましくは0.4〜2質量%となる量比で混合する。得られたスラリーを、周知の方法に従って、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体、好ましくはハニカム形状の触媒支持体に、排気ガス浄化用触媒の担持量が好ましくは70〜200g/L、より好ましくは100〜200g/Lとなるように塗布し、乾燥させ、450〜650℃で焼成して、触媒支持体と、該触媒支持体上に担持されている排気ガス浄化用触媒の層とを含む排気ガス浄化用触媒構成体を得る。
【0030】
以下に、参考例、実施例及び比較例に基づいて本発明を具体的に説明する。
【0031】
参考例1
鉄置換ホウ酸アルミニウム(FeAl1733)を以下に示す固相法で調製した。目的化合物の所定比となるように秤量したホウ酸をイオン交換水に溶解した。その溶液に所定比となるように秤量した硝酸鉄九水和物を混合して溶解させた。その後、所定比となるように秤量した酢酸ベーマイトゾルを混合し、加熱撹拌した。得られたゲル状生成物を120℃で12時間以上乾燥した。乾燥後、空気中300℃で1時間焼成し、更に1000℃で5時間焼成して鉄置換ホウ酸アルミニウムを得た。この鉄置換ホウ酸アルミニウムのXRDパターンは図1に示す通りであった。
【0032】
参考例2
無置換ホウ酸アルミニウム(Al1833)を以下に示す固相法で調製した。目的化合物の所定比となるように秤量したホウ酸をイオン交換水に溶解した。その後、所定比となるように秤量した酢酸ベーマイトゾルを混合し、加熱撹拌した。得られたゲル状生成物を120℃で12時間以上乾燥した。乾燥後、空気中300℃で1時間焼成し、更に1000℃で5時間焼成して無置換ホウ酸アルミニウムを得た。この無置換ホウ酸アルミニウムのXRDパターンは図1に示す通りであった。このホウ酸アルミニウムはX線回折によって式10Al・2Bで表わされるホウ酸アルミニウムであると同定できる。
【0033】
また、X線回折の標準チャートとして式9Al・2B(Al1833)が存在するが、生成物は、式9Al・2B(Al1833)とも同定できるものである。
【0034】
図1に示す鉄置換ホウ酸アルミニウムのXRDパターン及び無置換ホウ酸アルミニウムのXRDパターンの比較から明らかなように、無置換ホウ酸アルミニウムの場合のピークと比較して鉄置換ホウ酸アルミニウムの場合のピークが低角度側にシフトしていることが認められ、ホウ酸アルミニウム中のAl原子がFe原子により置換されていると判断される。
【0035】
参考例3
鉄置換ホウ酸アルミニウム(FeAl1733)を以下に示す逆共沈法で調製した。目的化合物の所定比となるように秤量したホウ酸をイオン交換水に溶解した。その溶液に所定比となるように秤量した硝酸アルミニウム九水和物及び硝酸鉄九水和物を混合して溶解させた。次いで、その溶液を炭酸アンモニウム水溶液に滴下した。得られた沈殿物を純水でろ過洗浄し、120℃で12時間以上乾燥した。次いで、空気中300℃で1時間焼成した後、更に空気中1000℃で5時間焼成して鉄置換ホウ酸アルミニウムを得た。この逆共沈法で調製した鉄置換ホウ酸アルミニウムと参考例1の固相法で調製した鉄置換ホウ酸アルミニウムとの間には差異は認められなかった。この鉄置換ホウ酸アルミニウムの酸素吸放出挙動を、温度800℃で、還元性雰囲気:1.4%H/Heと、酸化性雰囲気:0.7%O/Heとの切り替え時の質量変化で調べたところ図2に示す通りであった。
【0036】
参考例4
参考例2で得た無置換ホウ酸アルミニウムの酸素吸放出挙動を、温度800℃で、還元性雰囲気:1.4%H/Heと、酸化性雰囲気:0.7%O/Heとの切り替え時の質量変化で調べたところ図2に示す通りであった。
【0037】
図2に示す酸素吸放出挙動から明らかなように、還元性雰囲気と酸化性雰囲気との切り替え時の質量変化は鉄置換ホウ酸アルミニウムの場合には0.49%であり、無置換ホウ酸アルミニウムの場合には0.18%である。従って、無置換ホウ酸アルミニウムの場合の酸素貯蔵能力と比較して鉄置換ホウ酸アルミニウムの場合の酸素貯蔵能力は約2.7倍であった。
【0038】
実施例1
硝酸パラジウム溶液中に参考例3で製造した鉄置換ホウ酸アルミニウム担体を、Pdの担持量がPdメタルの質量に換算して担体の質量を基準にして0.4質量%となる量比で浸漬させ、その後、120℃で一晩(約15時間)蒸発乾固させ、空気中600℃で3時間焼成して本発明の排気ガス浄化用触媒(0.4質量%Pd/FeAl1733)を製造した。
【0039】
比較例1
硝酸パラジウム溶液中にLa安定化アルミナ担体を、Pdの担持量がPdメタルの質量に換算して担体の質量を基準にして0.4質量%となる量比で浸漬させ、その後、120℃で一晩(約15時間)蒸発乾固させ、空気中600℃で3時間焼成して比較例1の排気ガス浄化用触媒(0.4質量%Pd/La安定化アルミナ)を製造した。
【0040】
比較例2
硝酸パラジウム溶液中に参考例2で製造した無置換ホウ酸アルミニウム担体を、Pdの担持量がPdメタルの質量に換算して担体の質量を基準にして0.4質量%となる量比で浸漬させ、その後、120℃で一晩(約15時間)蒸発乾固させ、空気中600℃で3時間焼成して比較例2の排気ガス浄化用触媒(0.4質量%Pd/Al1833)を製造した。
【0041】
実施例2
実施例1と同様にして0.4質量%のPdを担持した鉄置換ホウ酸アルミニウム、0.4質量%のPdを担持したガリウム置換ホウ酸アルミニウム、及び0.4質量%のPdを担持したコバルト置換ホウ酸アルミニウムを製造した。得られた3種の排気ガス浄化用触媒と比較例2の排気ガス浄化用触媒の酸素吸放出挙動を、温度800℃で、還元性雰囲気:1.4%H/Heと、酸化性雰囲気:0.7%O/Heとの切り替え時の質量変化で調べたところ第1表に示す通りであった。
【0042】
実施例3
硝酸鉄九水和物の代わりに硝酸ニッケル六水和物を使用した以外は実施例1と同様にして0.4質量%のPdを担持したニッケル置換ホウ酸アルミニウムを製造した。得られた排気ガス浄化用触媒と比較例2の排気ガス浄化用触媒の酸素吸放出挙動を、温度800℃で、還元性雰囲気:1.4%H/Heと、酸化性雰囲気:0.7%O/Heとの切り替え時の質量変化で調べたところ第1表に示す通りであった。
【0043】
【表1】

【0044】
第1表のデータから明らかなように、無置換ホウ酸アルミニウムの場合の酸素貯蔵能力と比較して鉄、ガリウム又はコバルト置換のホウ酸アルミニウムの場合の酸素貯蔵能力は約2倍であった。さらにニッケル置換のホウ酸アルミニウムの場合の酸素貯蔵能力は、無置換ホウ酸アルミニウムの場合の酸素貯蔵能力と比較して約4倍であった。
【0045】
<空燃比の変化による触媒性能評価>
比較例2で製造した0.4質量%のPdを担持した無置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/Al1833)からなる比較例の排気ガス浄化用触媒及び実施例1の0.4質量%のPdを担持した鉄置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/FeAl1733)からなる実施例の排気ガス浄化用触媒及び実施例3の0.4質量%のPdを担持したニッケル置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/NiAl1733)からなる実施例の排気ガス浄化用触媒をそれぞれ水蒸気10%を含んだ大気雰囲気中で、900℃で25時間耐久処理した後、それらの排気ガス浄化用触媒の空燃比の変化による触媒活性の変化を以下のようにして評価した。即ち、固定床流通型反応装置を用い、反応管に触媒粉をセットし、完全燃焼を想定したCO:0.51%、NO:500ppm、C:1182ppmC、O:0.1〜0.9%、HO:10%、残余Nからなり、O濃度の変動により13.7〜15.0の範囲内の空燃比(A/F)を有する模擬排気ガスをW/F=5.0×10−4g・min・cm−3となるように反応管に流通させ、スキャン速度0.0363/min,測定温度390℃で出口ガス成分をCO/HC/NO分析計(HORIBA VA−3000)を用いて測定した。O濃度の変動によりリッチからリーンまで測定し、その後リーンからリッチに戻して測定した。その測定の結果はCOについては図3、HCについては図4、NOについては図5に示す通りであった。また、A/F=13.7での400℃における浄化率(η400)は第2表に示す通りであった。
【0046】
【表2】

【0047】
この結果、0.4質量%のPdを担持した鉄置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/FeAl1733)からなる実施例の排気ガス浄化用触媒は、無置換の比較例と比べて、リッチ域でのCO及びNOの浄化率が向上し、0.4質量%のPdを担持したニッケル置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/NiAl1733)からなる実施例の排気ガス浄化用触媒は、比較例と比較して、HC及びNOの浄化率が向上することがわかった。
【0048】
<耐熱後のBET、Pd分散度及び触媒性能評価>
比較例2で製造した0.4質量%のPdを担持した無置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/Al1833)からなる比較例の排気ガス浄化用触媒及び実施例3の0.4質量%のPdを担持したニッケル置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/NiAl1733)からなる実施例の排気ガス浄化用触媒をそれぞれ水蒸気10%を含んだ大気雰囲気中で、900℃で25時間耐久処理した後、それらの排気ガス浄化用触媒の比表面積をBET法により測定した。
【0049】
また、それぞれのPd分散度を公知手段であるCOパルス吸着法(T. Takeguchi、S. Manabe、R. Kikuchi、K. Eguchi、T. Kanazawa、S. Matsumoto、Applied Catalysis A:293(2005)91.)に基づいて測定した。このPd分散度は式
Pd分散度=CO吸着量に相当するPd量(モル)/含まれているPdの総量(モル)
により計算される値である。
【0050】
さらに、固定床流通型反応装置を用い、反応管に各浄化用触媒をセットし、0.05%NO、0.51%CO、0.039%C、0.4%O、残りがHeの模擬排気ガスを、W/F=5.0×10−4g・mim・cm−3で流通させ、100℃〜500℃まで10℃/minで昇温し、100℃〜500℃における出口ガス成分をCO/HC/NO分析計を用いて測定した。得られたライトオフ性能評価結果より、CO、HC及びNOの50%浄化率に到達する温度(T50)を求めた。
これらの結果は第3表に示す通りであった。
【0051】
【表3】

【0052】
この結果、0.4質量%のPdを担持したニッケル置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/NiAl1733)からなる実施例の排気ガス浄化用触媒は、耐久後の比表面積が無置換のものと同等で、Pd分散性が高いことがわかった。また、0.4質量%のPdを担持したニッケル置換ホウ酸アルミニウム(0.4質量%Pd/NiAl1733)からなる実施例の排気ガス浄化用触媒は、低温活性が高く、無置換のものと比較して、CO、HC及びNOのT50の温度が低温となった。
【0053】
実施例4
硝酸Pd溶液に参考例1に記載の方法で製造した鉄置換ホウ酸アルミニウム(FeAl1733)55質量部、La安定化アルミナ25質量部、水酸化バリウム2質量部及びアルミナ系バインダー8質量部を添加し、湿式粉砕処理を施してPd含有スラリーを得た。この時、Pd担持濃度は固形分に対し0.7質量%になるように硝酸Pd溶液を加えた。得られたスラリーをセラミックハニカム基材に100g/Lとなる量で塗布し、乾燥し、焼成して本発明のハニカム触媒(排気ガス浄化用触媒構成体)を得た。
【0054】
比較例3
硝酸Pd溶液にLa安定化アルミナ88質量部、水酸化バリウム2質量部及びアルミナ系バインダー8質量部を添加し、湿式粉砕処理を施してPd含有スラリーを得た。この時、Pd担持濃度は固形分に対し0.7質量%になるように硝酸Pd溶液を加えた。得られたスラリーをセラミックハニカム基材に100g/Lとなる量で塗布し、乾燥し、焼成して比較例のハニカム触媒(排気ガス浄化用触媒構成体)を得た。
【0055】
比較例4
硝酸Pd溶液に固相法にて調製したホウ酸アルミニウム(Al1833)55質量部、La安定化アルミナ25質量部、水酸化バリウム2質量部及びアルミナ系バインダー8質量部を添加し、湿式粉砕処理を施してPd含有スラリーを得た。この時、Pd担持濃度は固形分に対し0.7質量%になるように硝酸Pd溶液を加えた。得られたスラリーをセラミックハニカム基材に100g/Lとなる量で塗布し、乾燥し、焼成して比較例のハニカム触媒(排気ガス浄化用触媒構成体)を得た。
【0056】
<空燃比の変化による触媒性能評価>
第4表に示す組成及び空燃比(A/F)を有するCO,CO,C,H,O,NO,HO及びNバランスから成る完全燃焼を想定した模擬排ガスを用いて評価を実施した。また、1000℃に保持した電気炉にハニカム触媒をセットし、第4表に示す組成及び空燃比を有する模擬排ガス(50s)及び空気(50s)を周期させながら流通させ25時間耐久処理したハニカム触媒について浄化性能を評価した。
【0057】
【表4】

【0058】
触媒のλスキャンは、第4表に示す模擬排ガスをλ=0.4〜1.5までスキャンを行い、SV=100,000h−1となるように実施例4、比較例3及び比較例4のセラミックハニカム触媒に模擬排ガスを流通させて400℃における出口ガス成分をCO/HC/NO分析計を用いて測定し、各セラミックハニカム触媒の性能を評価した。その結果はCOについては第5表、HCについては第6表、NOについては第7表に示す通りであった。
【0059】
【表5】

【0060】
【表6】

【0061】
【表7】

【0062】
第7表のデータから明らかなように、鉄置換ホウ酸アルミニウムはリッチ域のNOx浄化性能がA/F=14.2にて38%、A/F=14.4にて44%であり、La安定化アルミナ及びホウ酸アルミニウムに比べて優れている。また、第6表のデータから明らかなように、鉄置換ホウ酸アルミニウムはリッチ域のHC浄化性能もA/F=14.2で41%、A/F=14.4で87%であり、La安定化アルミナ及びホウ酸アルミニウムに比べて優れている。これは、ホウ酸アルミニウム1分子中のアルミニウム原子18個の一部、好ましくは平均で0.5〜2個がFeの原子で置換されていることにより、酸素貯蔵能力が向上したことがリッチ域の性能向上に繋がったと推測される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ホウ酸アルミニウム中のアルミニウム原子の2.5〜11.5at%がFe、Co、Ga又はNiで置換されている置換ホウ酸アルミニウムを含む担体と、該担体に担持されたPdとを含むことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項2】
一般式
Al20−m36(式中、MはFe、Co、Ga又はNiであり、mは0.5〜2.3である)で表されるM置換ホウ酸アルミニウムを含む担体と、該担体に担持されたPdとを含むことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項3】
一般式
Al18−n33(式中、MはFe、Co、Ga又はNiであり、nは0.45〜2.07である)で表されるM置換ホウ酸アルミニウムを含む担体と、該担体に担持されたPdとを含むことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項4】
担体が鉄置換ホウ酸アルミニウムであることを特徴とする請求項1、2又は3記載の排気ガス浄化用触媒。
【請求項5】
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請求項1、2、3又は4記載の排気ガス浄化用触媒の層とを含むことを特徴とする排気ガス浄化用触媒構成体。

【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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【公開番号】特開2013−75286(P2013−75286A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−284546(P2011−284546)
【出願日】平成23年12月26日(2011.12.26)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成23年度、文部科学省、「元素戦略プロジェクト 高分散貴金属ミニマム化触媒の物質設計とプロセシング」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000006183)三井金属鉱業株式会社 (1,121)
【出願人】(504159235)国立大学法人 熊本大学 (314)
【Fターム(参考)】