JP2018103132A - Catalyst for exhaust gas purification - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の排気管に設けられる排ガス浄化用触媒に関する。詳しくは、ウォールフロー構造の基材を備えた排ガス浄化用触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine. Specifically, the present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst provided with a base material having a wall flow structure.
自動車エンジンなどの内燃機関から排出される排ガスには、粒子状物質(パティキュレートマター:PM)や、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などの有害成分が含まれており、これらの有害成分を効率よく除去するために、触媒金属が担体に担持された触媒体を含む触媒層を備えた排ガス浄化用触媒が従来から利用されている。かかる排ガス浄化用触媒の触媒層は、一般に複数の流路(セル)を有したハニカム構造の基材の内部に形成されている。 Exhaust gas emitted from internal combustion engines such as automobile engines contains harmful substances such as particulate matter (particulate matter: PM), hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx). In order to efficiently remove these harmful components, an exhaust gas purifying catalyst having a catalyst layer including a catalyst body in which a catalyst metal is supported on a carrier has been conventionally used. The catalyst layer of such an exhaust gas purifying catalyst is generally formed inside a honeycomb structure substrate having a plurality of flow paths (cells).
かかる排ガス浄化用触媒の基材の一例として、多孔質の隔壁を有しており、該多孔質の記載に排ガスを透過させるウォールフロー構造の基材が用いられる(例えば、特許文献1、2)。図1に示すように、かかるウォールフロー構造の基材10は、排ガス流入側の端部12のみが開口した入側セル20と、排ガス流出側の端部14のみが開口した出側セル22と、これらのセル20、22を仕切る多孔質の隔壁40とを有しており、上記した触媒体を含む触媒層(図示省略)は基材10の内部の隔壁40に形成される。
かかるウォールフロー構造の基材10を備えた排ガス浄化用触媒(以下、「ウォールフロー型の排ガス浄化用触媒」ともいう)では、図1中の矢印Aに示すように、入側セル20に排ガスが流入し、当該排ガスが多孔質の隔壁40を通過する。このときに、基材10内部の隔壁40に形成された触媒層と排ガスとが接触することによって排ガス中の有害成分が除去される。
As an example of the base material of the exhaust gas purifying catalyst, a wall flow structure base material that has porous partition walls and allows exhaust gas to permeate the porous description is used (for example, Patent Documents 1 and 2). . As shown in FIG. 1, the
In the exhaust gas purifying catalyst (hereinafter also referred to as “wall flow type exhaust gas purifying catalyst”) provided with the
ところで、近年、車両等に対する排ガス規制が更に強化される傾向にあり、当該排ガス規制に対応するために、上記したウォールフロー型の排ガス浄化用触媒において、排ガス中の有害成分を除去する能力(排ガス浄化能力)を向上させることが求められている。
本発明は、かかる要望を鑑みてなされたものであり、従来よりも高い排ガス浄化能力を有するウォールフロー型の排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。
By the way, in recent years, exhaust gas regulations for vehicles and the like tend to be further strengthened, and in order to meet the exhaust gas regulations, the above-described wall flow type exhaust gas purification catalyst has an ability to remove harmful components in exhaust gas (exhaust gas It is required to improve the purification capacity.
The present invention has been made in view of such a demand, and an object of the present invention is to provide a wall flow type exhaust gas purifying catalyst having a higher exhaust gas purifying ability than conventional ones.
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の排ガス浄化用触媒が提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides an exhaust gas purifying catalyst having the following configuration.
ここで開示される排ガス浄化用触媒は、内燃機関の排気管に配置され、該内燃機関から排出される排ガスの浄化を行うウォールフロー型の排ガス浄化用触媒である。
かかるウォールフロー型の排ガス浄化用触媒は、排ガス流入側の端部が開口するとともに排ガス流出側の端部が出側封止部材で封止されている入側セル、及び、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部が開口するとともに排ガス流入側の端部が入側封止部材で封止されている出側セル、並びに、入側セルと出側セルとを仕切る多孔質な隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、基材内部の隔壁に形成された内部触媒層であって、酸化及び/又は還元触媒として機能する物質からなる触媒体を含む内部触媒層とを備えている。
そして、ここで開示される排ガス浄化用触媒は、少なくとも入側封止部材の排ガス流入側の端面に上記した物質からなる触媒体を含む端部触媒層が形成されていることを特徴とする。
The exhaust gas purifying catalyst disclosed here is a wall flow type exhaust gas purifying catalyst that is disposed in an exhaust pipe of an internal combustion engine and purifies exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
Such a wall flow type exhaust gas purifying catalyst includes an inlet cell in which an end portion on the exhaust gas inflow side is open and an end portion on the exhaust gas outflow side is sealed with an outlet side sealing member, and the inlet cell An exit cell in which an end on the exhaust gas outflow side is adjacent and an end on the exhaust gas inflow side is sealed with an entrance sealing member, and a porous partition wall that partitions the entrance cell and the exit cell A wall flow structure base material, and an internal catalyst layer formed on a partition wall inside the base material, the internal catalyst layer including a catalyst body made of a substance that functions as an oxidation and / or reduction catalyst. .
The exhaust gas purifying catalyst disclosed herein is characterized in that an end catalyst layer including a catalyst body made of the above-described substance is formed at least on an end surface of the inlet side sealing member on the exhaust gas inflow side.
本発明者は、高い排ガス浄化能力を有した排ガス浄化用触媒を提供するために、排ガスと触媒層とを効率よく接触させることができるような構造を開発することを考えた。
そして、かかる構造の排ガス浄化用触媒を開発するに際して、先ず、ウォールフロー構造の基材において、排ガスがどのような流路を経て触媒層と接触しているのかについて検討した。かかる検討の結果、図1に示すようなウォールフロー構造の基材10の場合、入側セル20内に直接流入する排ガス(図1中の矢印A参照)だけでなく、矢印Bに示すように、入側封止部材34に衝突した後に入側セル20に流入する排ガスが存在していることが分かった。
本発明者は、かかる知見に基づいて、基材10の入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aに触媒層(端部触媒層)を形成することによって、かかる入側封止部材34の端面34aに衝突する排ガスを端部触媒層に接触させて浄化することができると考えた。そして、種々の実験を行った結果、かかる端部触媒層が形成された排ガス浄化用触媒は、従来よりも高い排ガス浄化能力を有していることを確認し、本発明を完成させるに至った。
In order to provide an exhaust gas purifying catalyst having a high exhaust gas purifying ability, the present inventor considered developing a structure capable of efficiently contacting the exhaust gas and the catalyst layer.
In developing an exhaust gas purifying catalyst having such a structure, first, the flow path through which the exhaust gas is in contact with the catalyst layer in the wall flow base material was examined. As a result of such examination, in the case of the
Based on this knowledge, the present inventor forms a catalyst layer (end catalyst layer) on the
すなわち、ここで開示される排ガス浄化用触媒は、少なくとも入側封止部材の排ガス流入側の端面に端部触媒層が形成されており、排ガス浄化用触媒に供給された排ガスの一部を入側セルに流入する前に浄化することができるため、従来よりも高い排ガス浄化能力を発揮することができる。 That is, the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein has an end catalyst layer formed at least on the end surface of the inlet side sealing member on the exhaust gas inflow side, and a part of the exhaust gas supplied to the exhaust gas purifying catalyst is input. Since it can purify | clean before flowing into a side cell, the exhaust gas purification capability higher than before can be exhibited.
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、入側封止部材の排ガス流入側の端面に続いて、隔壁の排ガス流入側の端部にも形成されていることを特徴とする。
本発明者は、上記した端部触媒層が形成された排ガス浄化用触媒の排ガス浄化能力をさらに向上させるために、かかる触媒に供給される排ガスの流路について再度検討した。
かかる検討の結果、ウォールフロー型の排ガス浄化用触媒では、図1中の矢印Cに示すように、排ガス流入側の端部12から隔壁40の内部に入り込んだ後に出側セル22へ流出するような排ガスが存在していることが分かった。かかる矢印Cに示す流路を経た排ガスは、入側セル20内に流入せずに排ガス浄化用触媒の外部に排出されるため、適切に有害成分が除去されない可能性がある。
本発明者は、このような排ガス流入側の端部12から隔壁40の内部に入り込む排ガスを適切に浄化するために種々の検討を行い、上記した端部触媒層を、入側封止部材34の端面34aだけでなく、隔壁40の排ガス流側の端部12にも形成することを考え、本態様の排ガス浄化用触媒に思い至った。
In a preferred aspect of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the exhaust gas inflow side end surface of the partition wall is formed on the exhaust gas inflow side end surface of the inlet side sealing member.
In order to further improve the exhaust gas purification ability of the exhaust gas purification catalyst in which the above-described end catalyst layer is formed, the present inventor examined again the flow path of the exhaust gas supplied to the catalyst.
As a result of such examination, the wall flow type exhaust gas purifying catalyst enters the inside of the
The present inventor has made various studies in order to appropriately purify the exhaust gas entering the
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、触媒体が、Pd、Pt、Rhから選択される少なくとも一種以上の金属元素を含むことを特徴とする。
ここで開示される排ガス浄化用触媒は、浄化対象とする有害成分の種類に応じて、触媒体の種類を適宜変更することができる。例えば、上記したように、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)を少なくとも一種以上を含む触媒体を用いることによって、排ガス中の有害成分(PM、HC、CO、NOx)のうち、HC、CO、NOxを浄化する三元触媒を構築することができる。
In a preferred aspect of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the catalyst body contains at least one metal element selected from Pd, Pt, and Rh.
In the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the type of the catalyst body can be appropriately changed according to the type of harmful component to be purified. For example, as described above, by using a catalyst body including at least one kind of palladium (Pd), platinum (Pt), and rhodium (Rh), among harmful components (PM, HC, CO, NOx) in exhaust gas A three-way catalyst that purifies HC, CO, and NOx can be constructed.
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、触媒体が、Cu、Feから選択される少なくとも一種以上の金属元素がゼオライトに担持された遷移金属イオン交換ゼオライトであることを特徴とする。
上記したように、ここで開示される排ガス浄化用触媒の触媒体は、浄化対象とする有害成分の種類に応じて、触媒体の種類を適宜変更することができ、三元触媒以外の触媒体を用いることもできる。かかる触媒体の他の例としてはSCR触媒が挙げられる。このSCR触媒は、遷移金属がゼオライトに担持された遷移金属イオン交換ゼオライトを有しており、排ガスに供給された還元剤(尿素等)と、排ガス中のNOxとを反応させることによって当該NOxを選択的に浄化することができる。
In a preferred aspect of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the catalyst body is a transition metal ion exchange zeolite in which at least one metal element selected from Cu and Fe is supported on the zeolite. .
As described above, the catalyst body of the exhaust gas purification catalyst disclosed herein can appropriately change the type of the catalyst body according to the type of harmful component to be purified, and a catalyst body other than the three-way catalyst Can also be used. Another example of such a catalyst body is an SCR catalyst. This SCR catalyst has a transition metal ion exchange zeolite in which a transition metal is supported on zeolite, and reacts the NOx in the exhaust gas by reacting the reducing agent (urea, etc.) supplied to the exhaust gas with NOx in the exhaust gas. It can be purified selectively.
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、内部触媒層および端部触媒層に含まれる触媒体の合計量を100wt%としたときの端部触媒層に含まれる触媒体の重量比が0.06wt%〜3wt%であることを特徴とする。
端部触媒層に含まれる触媒体の重量は、内部触媒層の触媒の重量、浄化対象とする有害成分の濃度、排ガスの流量などを考慮して適宜調整することが好ましい。例えば、上記した態様のように、内部触媒層および端部触媒層に含まれる触媒体の合計量を100wt%とした場合には、端部触媒層における触媒体の重量を0.06wt%〜3wt%程度にすることが好ましい。これによって、端部触媒層と接触した排ガスを適切に浄化して十分に高い排ガス浄化能力を発揮させることができる。
In a preferred embodiment of the exhaust gas purifying catalyst disclosed herein, the weight ratio of the catalyst bodies contained in the end catalyst layer when the total amount of the catalyst bodies contained in the inner catalyst layer and the end catalyst layer is 100 wt%. Is 0.06 wt% to 3 wt%.
The weight of the catalyst body contained in the end catalyst layer is preferably adjusted as appropriate in consideration of the weight of the catalyst in the internal catalyst layer, the concentration of harmful components to be purified, the flow rate of exhaust gas, and the like. For example, when the total amount of the catalyst bodies included in the internal catalyst layer and the end catalyst layer is 100 wt% as in the above-described aspect, the weight of the catalyst bodies in the end catalyst layer is 0.06 wt% to 3 wt%. % Is preferable. As a result, the exhaust gas in contact with the end catalyst layer can be appropriately purified to exhibit a sufficiently high exhaust gas purification capability.
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、基材の体積1L当たりの内部触媒層および端部触媒層に含まれる触媒体の合計量が10g以上150g以下であることを特徴とする。
ここで開示される排ガス浄化用触媒は、排ガス中の有害成分の濃度や基材の容積(入側セルと出側セルの体積の総量)や製造コストなどを考慮して、触媒全体における触媒体の合計量を調節することが好ましい。例えば、基材の体積1L当たりの内部触媒層と端部触媒層に含まれる触媒体の合計量は10g以上150g以下とすることが好ましい。
In a preferred aspect of the exhaust gas-purifying catalyst disclosed herein, the total amount of catalyst bodies contained in the inner catalyst layer and the end catalyst layer per liter of the base material is 10 g or more and 150 g or less. .
The exhaust gas purifying catalyst disclosed herein is a catalyst body in the whole catalyst in consideration of the concentration of harmful components in exhaust gas, the volume of the base material (total volume of the inlet side cell and the outlet side cell), the manufacturing cost, etc. It is preferable to adjust the total amount. For example, the total amount of catalyst bodies contained in the internal catalyst layer and the end catalyst layer per liter of the base material is preferably 10 g or more and 150 g or less.
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚みなど)は、実際の寸法関係を必ずしも反映するものではない。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術知識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. In addition, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not necessarily reflect the actual dimensional relationship. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in the present specification and technical knowledge in the field.
1.本実施形態に係る排ガス浄化用触媒
以下、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒について具体的に説明する。図2は本実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100は、図2に示すように、外形が円筒形のハニカム構造体である基材10と、該基材10に形成される触媒層(図示省略)とを備えている。なお、基材10の外形は、図2のような円筒形に限られず、楕円筒形、多角筒形などであってもよい。
1. Hereinafter, the exhaust gas purifying catalyst according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the exhaust gas purifying catalyst according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the exhaust gas purifying
(1)基材
本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100には、従来の排ガス浄化用触媒と同様に、図1に示すようなウォールフロー構造の基材10が用いられている。
上記したように、かかるウォールフロー構造の基材10は、入側セル20と出側セル22と隔壁40とを備えている。
入側セル20は、排ガス浄化用触媒100に供給された排ガスが流入するガス流路であり、排ガス流入側の端部12が開口するとともに、排ガス流出側の端部14が出側封止部材32によって封止されている。また、出側セル22は、排ガスを排ガス浄化用触媒100の外部に排出するためのガス流路であり、排ガス流出側の端部14が開口するとともに、排ガス流入側の端部12が入側封止部材34によって封止されている。
そして、ウォールフロー構造の基材10では、上記した入側セル20と出側セル22とが隣接して形成されており、かかる隣接した入側セル20と出側セル22とが多孔質の隔壁40によって仕切られている。
(1) Substrate For the exhaust
As described above, the
The
And in the
かかる基材10の材料には、一般的な排ガス浄化用触媒の基材に用いられ得る種々の材料を用いることができる。かかる基材10の材料の好適例としては、コージェライト、炭化ケイ素(SiC)、チタン酸アルミニウムなどのセラミックス、或いはステンレス鋼などの合金が挙げられる。これらの材料は高い耐熱性を有しているため、高負荷条件で内燃機関を運転して排ガス浄化用触媒が高温環境(例えば400℃以上)に曝された場合でも、かかる温度上昇によって基材10が破損することを防止できる。
As the material of the
なお、基材10の具体的な寸法等は、内燃機関の排気管の寸法や排ガス中の有害成分の濃度などを考慮して適宜調節することが好ましい。例えば、基材10の容積(入側セル20と出側セル22の体積の総量)は、0.1L〜5L(好ましくは0.5L〜3L、例えば1L)に設定することが好ましく、筒軸方向Xにおける基材10の全長は、10mm〜500mm(例えば50mm〜300mm)の範囲内に設定することが好ましい。また、各々の隔壁40の厚みは、基材10の耐久性と通気性の観点から、0.05mm以上2mm以下の範囲内に設定されていることが好ましい。
It should be noted that the specific dimensions and the like of the
(2)触媒層
図3は本実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す断面図である。図3に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100は、内部触媒層60と端部触媒層70の2種類の触媒層を備えている。
(2) Catalyst Layer FIG. 3 is a sectional view schematically showing the exhaust gas purifying catalyst according to this embodiment. As shown in FIG. 3, the exhaust
内部触媒層60と端部触媒層70の各々には、排ガス中の有害成分に対して酸化触媒(及び/又は還元触媒)として機能する物質からなる触媒体が含まれている。かかる触媒体は、触媒作用の主体となる触媒金属と、該触媒金属を担持する担体とから構成される。
本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100において、触媒体の種類は特に限定されず、浄化対象とする有害成分の種類に応じて適宜変更することができる。
例えば、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100をCO、HCの酸化とNOxの還元とを行う三元触媒として使用する場合には、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)から選択される少なくとも一種以上の元素を触媒金属として含む触媒体を用いることが好ましい。また、これらの白金族元素(PGM)を含む触媒金属を用いる場合には、当該PGMを担持する担体として、例えば、アルミナ添加セリア−ジルコニア複合酸化物(Al2O3/ZrO2−CeO2複合体)を用いることが好ましい。
また、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100を、排ガス中のNOxを選択的に浄化するSCR触媒として使用する場合には、内部触媒層60と端部触媒層70に含まれる触媒体として、ゼオライトに銅(Cu)や鉄(Fe)などの遷移金属を担持させた遷移金属イオン交換ゼオライトを用いることが好ましい。
Each of the
In the exhaust
For example, when the exhaust
Further, when the exhaust
なお、内部触媒層60と端部触媒層70には、同じ種類の触媒体が含まれていてもよいし、異なる種類の触媒体が含まれていてもよい。また、詳しくは後述するが、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100の内部触媒層60は、入側触媒層62と出側触媒層64の2種類の触媒層から構成されているが、このように内部触媒層60が複数の触媒層から構成されている場合についても同様に、各々の触媒層に含まれる触媒体を同じ種類の触媒体にしてもよいし、異なる種類の触媒体にしてもよい。
The
また、内部触媒層60と端部触媒層70に含まれる触媒体の合計量は、排ガス中の有害成分の濃度や基材の容積や製造コスト等を考慮して、適宜調節することが好ましい。例えば、基材10の体積1L当たりの内部触媒層60と端部触媒層70に含まれる触媒体の合計量を10g以上150g以下(より好ましくは50g以上150g以下、例えば100g)とすることが好ましい。
The total amount of the catalyst bodies contained in the
次に、内部触媒層60と端部触媒層70の各々の構造について具体的に説明する。
Next, the structure of each of the
(a)内部触媒層
上記したように、内部触媒層60は基材10内部の隔壁40に形成されている。本実施形態における内部触媒層60は、入側触媒層62と出側触媒層64とから構成されている。
内部触媒層60の入側触媒層62は、入側セル20に接する隔壁40の表面40aから隔壁40の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流入側の端部12から筒軸方向Xに沿って所定の長さで形成されている。一方、出側触媒層64は、出側セル22に接する隔壁40の表面40bから隔壁40の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流出側の端部14から筒軸方向Xに沿って所定の長さで形成されている。
本実施形態のように、入側触媒層62と出側触媒層64からなる二層構造の内部触媒層60を形成した場合には、供給される排ガスの流量などを考慮して各々の触媒層62、64の寸法(長さおよび厚み)を調節することができる。これによって、排ガスを内部触媒層60に効率よく接触させることができるようになるため、排ガス浄化能力を向上させることができる。
(A) Internal Catalyst Layer As described above, the
The inlet
When the
(b)端部触媒層
本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100では、基材10の排ガス流入側の端部12に端部触媒層70が形成されている。具体的には、本実施形態における端部触媒層70は、基材10の排ガス流入側の端部12のうち、入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aを覆うように形成されている。これによって、図中の矢印Bに示すように流れる排ガスを、入側セル20に流入する前に浄化することができるため、排ガス浄化用触媒100全体の排ガス浄化能力を向上させることができる。
(B) End Catalyst Layer In the exhaust
具体的には、上記したように、ウォールフロー構造の排ガス浄化用触媒100では、入側セル20に直接流入する排ガス(矢印A参照)だけでなく、矢印Bに示すような入側封止部材34に衝突した後に入側セル20内に流入するような排ガスも生じ得る。
本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100では、かかる矢印Bで示される排ガスが衝突する入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aを覆うように端部触媒層70が形成されているため、当該矢印Bの排ガスを入側セル20に流入する前に浄化することができる。このように、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒100によれば、排ガスと触媒層とを従来よりも効率よく接触させて高い排ガス浄化能力を発揮することができる。
Specifically, as described above, in the exhaust
In the exhaust
なお、端部触媒層70に含まれる触媒体の重量は、内部触媒層60の触媒体の重量、浄化対象とする有害成分の種類、該有害成分の濃度、排ガスの流量などを考慮して適宜調整することが好ましい。例えば、内部触媒層60および端部触媒層70に含まれる触媒体の合計量を100wt%としたとき、端部触媒層70に含まれる触媒体の重量は0.06wt%〜3wt%程度にすることが好ましく、0.1wt%〜3wt%にすることがより好ましい。これによって、十分に高い排ガス浄化能力を発揮させることができる。
The weight of the catalyst body included in the
2.他の実施形態に係る排ガス浄化用触媒
以上、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化用触媒について説明したが、ここで開示される排ガス浄化用触媒は、上記した実施形態に限定されず、種々の構造を変更することができる。以下、本発明の他の実施形態に係る排ガス浄化用触媒について説明する。
2. Exhaust gas purification catalyst according to another embodiment The exhaust gas purification catalyst according to an embodiment of the present invention has been described above, but the exhaust gas purification catalyst disclosed herein is not limited to the above-described embodiment, and various The structure of can be changed. Hereinafter, an exhaust gas purifying catalyst according to another embodiment of the present invention will be described.
(1)端部触媒層を形成する領域
上記した実施形態に係る排ガス浄化用触媒100では、入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aのみに端部触媒層70が形成されている。しかし、端部触媒層70は、少なくとも入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aに形成されていればよく、当該入側封止部材34の端面34a以外の領域に形成されていてもよい。
(1) Region for Forming End Catalyst Layer In the exhaust
例えば、図4に示す排ガス浄化用触媒100のように、入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aに続いて、隔壁40の排ガス流入側の端部12にも端部触媒層70が形成されていると好ましい。これによって、排ガス浄化用触媒100の排ガス浄化能力をさらに向上させることができる。
具体的には、図1に示すようなウォールフロー構造の基材10を用いた場合、矢印Cに示すように、排ガス流入側の端部12から多孔質の隔壁40の内部に流入する排ガスが生じることがある。かかる端部から隔壁40内部に流入した排ガスは、触媒層(内部触媒層)と接触しない可能性があるため、排ガス浄化能力を低下させる要因となり得る。
これに対して、図4に示す排ガス浄化用触媒100では、隔壁40の排ガス流入側の端部12にも端部触媒層70が形成されているため、矢印Cのような端部から隔壁40の内部に流入する排ガスを浄化することができる。このため、図4に示す排ガス浄化用触媒100によれば、触媒層と接触せずに排ガス浄化用触媒の外部に排出される排ガスが生じることを防止し、より高い排ガス浄化能力を発揮させることができる。
なお、隔壁40の排ガス流入側の端部12に形成される端部触媒層70は、図4に示すように、当該隔壁40の端面だけでなく、隔壁40の内部に形成されていてもよい。
For example, like the exhaust
Specifically, when the
On the other hand, in the exhaust
The
(2)内部触媒層の他の形態
また、図3に示す実施形態に係る排ガス浄化用触媒100は、入側触媒層62と出側触媒層64とから構成された内部触媒層60を備えているが、かかる内部触媒層60の構造は特に限定されない。例えば、図5に示すように隔壁40の内部全体に均質に内部触媒層60が形成されていてもよいし、図6に示すように入側セル20に接する隔壁40の表面40aを覆うように内部触媒層60が形成されていてもよい。
なお、図6に示すような隔壁40の表面40aに内部触媒層60が形成されている排ガス浄化用触媒100の場合には、排ガス流入側の端部12から隔壁40内部に流入する排ガス(矢印C参照)が内部触媒層60に接触せずに排ガス浄化用触媒100の外部に排出される可能性が高まる虞がある。このため、隔壁40の表面40aに内部触媒層60を形成する場合には、図6に示すように、端部触媒層70を入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aと、隔壁40の排ガス流入側の端部12の両方に形成する方が好ましい。
(2) Other Forms of Internal Catalyst Layer Further, the exhaust
In the case of the exhaust
3.製造方法
次に、上記した図3に示す排ガス浄化用触媒100を製造する方法の一例を説明する。なお、以下の説明は、ここで開示される排ガス浄化用触媒を限定することを意図するものではない。
3. Manufacturing Method Next, an example of a method for manufacturing the exhaust gas-
ここでは、先ず、各々の触媒層の前駆体である原料スラリーを調製する。具体的には、必須成分である触媒体(触媒金属および担体)と、その他の任意成分(例えば助触媒、増粘剤など)とを水系溶媒(例えばイオン交換水)に分散させることによって原料スラリーを調製する。 Here, first, a raw material slurry that is a precursor of each catalyst layer is prepared. Specifically, a raw material slurry is prepared by dispersing a catalyst body (catalyst metal and carrier), which are essential components, and other optional components (for example, a promoter and a thickener) in an aqueous solvent (for example, ion-exchanged water). To prepare.
次に、図1および図3に示すようなウォールフロー構造の基材10を用意し、該基材10内部の隔壁40に内部触媒層60を形成する。
具体的には、上記した原料スラリーを、基材10の排ガス流入側の端部12から入側セル20内に導入し、多孔質の隔壁40の内部に浸透させる。っそいて、基材10を所定の温度で加熱して乾燥および焼成することによって、隔壁40の内部に入側触媒層62を形成する。なお、原料スラリーを基材10の入側セル20内に導入する方法としては、例えばエアブローなどを用いる事ができる。
そして、上記した入側触媒層62と同じ手順で出側触媒層64を形成する。すなわち、調製した原料スラリーを排ガス流出側の端部14から出側セル22内に導入した後、基材10を乾燥および焼成することによって隔壁40の内部に出側触媒層64を形成する。
以上の工程によって、基材10内部の隔壁40に入側触媒層62と出側触媒層64とからなる内部触媒層60が形成される。
Next, a
Specifically, the raw material slurry described above is introduced into the
Then, the
Through the above steps, the
次に、基材10の排ガス流入側の端部12のうち、少なくとも入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aを覆うように端部触媒層70を形成する。
具体的には、先ず、上記した内部触媒層60と同様の手順で調製した原料スラリーを、少なくとも入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aを覆うように塗布する。そして、原料スラリーが塗布された基材を、所定の温度で乾燥および焼成することによって、入側封止部材34の排ガス流入側の端面34aに端部触媒層70が形成された排ガス浄化用触媒100を得ることができる。
Next, the
Specifically, first, the raw material slurry prepared in the same procedure as the above-described
[試験例]
次に、本発明に関する試験例を説明するが、以下の説明は本発明を限定することを意図したものではない。
[Test example]
Next, test examples relating to the present invention will be described. However, the following description is not intended to limit the present invention.
本試験例においては、内部触媒層と端部触媒層とが形成されている排ガス浄化用触媒を作製し、かかる排ガス浄化用触媒の排ガス浄化能力を調べた。以下、具体的な試験条件について説明する。 In this test example, an exhaust gas purification catalyst in which an internal catalyst layer and an end catalyst layer were formed was produced, and the exhaust gas purification ability of the exhaust gas purification catalyst was examined. Hereinafter, specific test conditions will be described.
1.各試験例の作製
(1)試験例1
試験例1では、比較対象として、端部触媒層が形成されておらず、内部触媒層のみが形成されている排ガス浄化用触媒を作製した。
具体的には、先ず、硝酸パラジウム(Pd(NO3))と、酸化アルミニウム(Al2O3)粉末と、セリア−ジルコニア複合体(ZrO2−CeO2複合体)粉末とをイオン交換水に分散させて原料スラリーを調製した。このとき、原料スラリー中のPdとAl2O3とZrO2−CeO2複合体との重量比が2:60:38になるように各々の添加量を調整した。そして、調製後の原料スラリーに対して粒度の調整を行った後に、増粘剤を添加して粘度を調整し、さらにイオン交換水を添加して固形分濃度を調整した。
1. Production of each test example (1) Test example 1
In Test Example 1, as an object to be compared, an exhaust gas purification catalyst in which an end catalyst layer was not formed and only an internal catalyst layer was formed was produced.
Specifically, first, palladium nitrate (Pd (NO 3 )), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, and ceria-zirconia complex (ZrO 2 —CeO 2 complex) powder are used as ion-exchanged water. A raw material slurry was prepared by dispersing. At this time, each addition amount was adjusted so that the weight ratio of Pd, Al 2 O 3 and ZrO 2 —CeO 2 composite in the raw slurry was 2:60:38. And after adjusting a particle size with respect to the raw material slurry after preparation, the thickener was added and the viscosity was adjusted, and also ion-exchange water was added, and solid content concentration was adjusted.
次に、調製した原料スラリーを、ウォールフロー構造の基材(容量:1L)の内部に100g導入した後に、当該基材を200℃で60分間乾燥させた後、500℃で10分間焼成することによって、基材内部の隔壁に内部触媒層が形成された排ガス浄化用触媒を作製した。 Next, after introducing 100 g of the prepared raw material slurry into the wall flow structure base (capacity: 1 L), the base is dried at 200 ° C. for 60 minutes, and then fired at 500 ° C. for 10 minutes. Thus, an exhaust gas purifying catalyst having an internal catalyst layer formed on the partition walls inside the substrate was produced.
(2)試験例2〜試験例7
試験例2〜試験例7では、内部触媒層と端部触媒層の2種類の触媒層が形成されている排ガス浄化用触媒を作製した。
具体的には、試験例2〜試験例7では、先ず、上記した試験例1と同様の手順で100gの原料スラリーを調製し、かかる100gの原料スラリーの一部を基材の内部に導入した後に乾燥および焼成を行うことによって内部触媒層を形成した。そして、内部触媒層の形成に使用しなかった残りの原料スラリーを基材の排ガス流入側の端部に塗布した後、乾燥および焼成を再度行うことによって端部触媒層を形成した。なお、試験例2〜試験例7では、内部触媒層の形成に使用した原料スラリーの量と、端部触媒層の形成に使用した原料スラリーの量をそれぞれ異ならせた。
(2) Test Example 2 to Test Example 7
In Test Example 2 to Test Example 7, an exhaust gas purification catalyst in which two types of catalyst layers, an internal catalyst layer and an end catalyst layer, were formed.
Specifically, in Test Example 2 to Test Example 7, first, 100 g of raw material slurry was prepared in the same procedure as in Test Example 1 described above, and a part of the 100 g of raw material slurry was introduced into the base material. The internal catalyst layer was formed by performing drying and baking later. And after applying the remaining raw material slurry which was not used for formation of an internal catalyst layer to the edge part by the side of the exhaust gas inflow of a base material, the edge part catalyst layer was formed by performing drying and baking again. In Test Examples 2 to 7, the amount of the raw slurry used for forming the internal catalyst layer and the amount of the raw slurry used for forming the end catalyst layer were different.
そして、作製後の各試験例の排ガス浄化用触媒について、使用した原料スラリー中のPd濃度と、触媒層の形成に使用した原料スラリー量とに基づいて、排ガス浄化用触媒全体に存在しているPdの重量を100%としたときの内部触媒層と端部触媒層の各々に存在するPdの重量比(%)を「Pd存在比率」として算出した。算出結果を表1に示す。 And about the exhaust gas purification catalyst of each test example after preparation, it exists in the whole exhaust gas purification catalyst based on the Pd concentration in the used raw material slurry and the raw material slurry amount used for forming the catalyst layer. The weight ratio (%) of Pd present in each of the internal catalyst layer and the end catalyst layer when the weight of Pd was 100% was calculated as “Pd abundance ratio”. The calculation results are shown in Table 1.
2.評価試験
本試験例においては、試験例1〜試験例7の排ガス浄化用触媒の排ガス浄化能力を評価する指標としてCO浄化の暖機性能を測定した。
具体的には、先ず、各試験例の排ガス浄化用触媒を内燃機関の排気経路に配置し、内燃機関を回転数2500±10rpm、吸入空気量25.0±0.5g/s、理論空燃比(ストイキ)の条件で稼働させた。そして、内燃機関から排出される排ガスの温度が測定開始温度(50±1℃)になるまで排ガスを排気経路の外部に排出し続け、測定開始温度になった時点で排ガス浄化用触媒に供給した。
そして、排ガス浄化用触媒の上流側と下流側の両方で、排ガス中の一酸化炭素(CO)濃度を測定し、排ガス浄化用触媒の下流側のCO濃度が上流側のCO濃度の50%になる(排ガス浄化用触媒のCO浄化率が50%になる)まで内燃機関を稼働し続けた。そして、当該CO浄化率が50%に達するまでに要した時間(sec)をCO浄化の暖機性能として評価した。結果を表1に示す。
2. Evaluation Test In this test example, the warm-up performance of CO purification was measured as an index for evaluating the exhaust gas purification ability of the exhaust gas purification catalysts of Test Examples 1 to 7.
Specifically, first, the exhaust gas purifying catalyst of each test example is arranged in the exhaust path of the internal combustion engine, the internal combustion engine is rotated at 2500 ± 10 rpm, the intake air amount is 25.0 ± 0.5 g / s, and the stoichiometric air-fuel ratio. It was operated under the conditions of (Stoichi). The exhaust gas was continuously discharged to the outside of the exhaust path until the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine reached the measurement start temperature (50 ± 1 ° C.), and supplied to the exhaust gas purification catalyst when the measurement start temperature was reached. .
Then, the carbon monoxide (CO) concentration in the exhaust gas is measured on both the upstream side and the downstream side of the exhaust gas purification catalyst, and the CO concentration on the downstream side of the exhaust gas purification catalyst becomes 50% of the CO concentration on the upstream side. The internal combustion engine continued to operate until the CO emission rate of the exhaust gas purification catalyst reached 50%. Then, the time (sec) required for the CO purification rate to reach 50% was evaluated as the warm-up performance of CO purification. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、試験例1〜試験例7の各々を比較すると、試験例2〜試験例5では、CO浄化の暖機性能が試験例1よりも向上していた。このことから、試験例2〜試験例5の排ガス浄化用触媒のように、内部触媒層と端部触媒層の2つの触媒層を形成することによって、高い排ガス浄化能力を発揮できることが確認できた。
また、Pd存在比率が0.10wt%〜3.00Wt%の範囲内であった試験例3〜試験例5では、CO浄化の暖機性能が16sec以下という特に好ましい排ガス浄化能力を発揮できることが確認できた。
As shown in Table 1, when each of Test Example 1 to Test Example 7 was compared, in Test Example 2 to Test Example 5, the warm-up performance of CO purification was improved as compared with Test Example 1. From this, it was confirmed that by forming the two catalyst layers of the internal catalyst layer and the end catalyst layer as in the exhaust gas purification catalysts of Test Example 2 to Test Example 5, high exhaust gas purification ability can be exhibited. .
Further, in Test Example 3 to Test Example 5 in which the Pd abundance ratio was in the range of 0.10 wt% to 3.00 Wt%, it was confirmed that the CO purification warm-up performance could exhibit particularly preferable exhaust gas purification performance of 16 sec or less. did it.
なお、試験例6および試験例7については、外部触媒層を形成しているにも関わらず、排ガス浄化能力が試験例1と同程度に(若しくは試験例1よりも低く)なっていた。これは、本試験例の試験条件において、内部触媒層と端部触媒層の触媒体(Pd)の合計量を100gに固定した結果、試験例6、7のように端部触媒層のPd存在比率を大きくすると、主な触媒反応の場である内部触媒層のPd存在比率が少なくなるためと解される。
但し、かかる結果は、本試験例のように内部触媒層と端部触媒層の触媒体の合計量を100gに固定した場合に限るものであり、内部触媒層の触媒体量を100gに固定した場合には、端部触媒層のPd存在比率を5.00wt%以上にしてもCO浄化の暖機性能の低下は生じず、高い排ガス浄化能力を発揮させることができる。
In Test Example 6 and Test Example 7, although the external catalyst layer was formed, the exhaust gas purification capacity was about the same as Test Example 1 (or lower than Test Example 1). This is because, as a result of fixing the total amount of the catalyst body (Pd) of the internal catalyst layer and the end catalyst layer to 100 g under the test conditions of this test example, the presence of Pd in the end catalyst layer as in Test Examples 6 and 7 It is understood that when the ratio is increased, the Pd existence ratio of the internal catalyst layer, which is a main catalytic reaction field, decreases.
However, this result is limited to the case where the total amount of the catalyst bodies of the internal catalyst layer and the end catalyst layer is fixed to 100 g as in this test example, and the catalyst body amount of the internal catalyst layer is fixed to 100 g. In this case, even if the Pd existence ratio of the end catalyst layer is 5.00 wt% or more, the CO purification warm-up performance does not deteriorate, and a high exhaust gas purification ability can be exhibited.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
10 基材
12 排ガス流入側の端部
14 排ガス流出側の端部
20 入側セル
22 出側セル
32 出側封止部材
34 入側封止部材
34a 入側封止部材の排ガス流入側の端面
40 隔壁
40a 入側セルに接する隔壁の表面
40b 出側セルに接する隔壁の表面
60 内部触媒層
62 入側触媒層
64 出側触媒層
70 端部触媒層
100 排ガス浄化用触媒
X 筒軸方向
DESCRIPTION OF
Claims (6)
排ガス流入側の端部が開口するとともに排ガス流出側の端部が出側封止部材で封止されている入側セル、及び、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部が開口するとともに排ガス流入側の端部が入側封止部材で封止されている出側セル、並びに、前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質な隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、
前記基材内部の前記隔壁に形成された内部触媒層であって、酸化及び/又は還元触媒として機能する物質からなる触媒体を含む内部触媒層と、
を備え、
ここで、少なくとも前記入側封止部材の前記排ガス流入側の端面に、前記物質からなる触媒体を含む端部触媒層が形成されていることを特徴とする排ガス浄化用触媒。 A wall flow type exhaust gas purification catalyst that is disposed in an exhaust pipe of an internal combustion engine and purifies exhaust gas discharged from the internal combustion engine,
An end of the exhaust gas inflow side is opened and an end of the exhaust gas outflow side is sealed with an exit side sealing member, and an end of the exhaust gas outflow side is opened adjacent to the entrance side cell. And an outlet side cell whose end on the exhaust gas inflow side is sealed with an inlet side sealing member, and a base material of a wall flow structure having a porous partition wall that partitions the inlet side cell and the outlet side cell; ,
An internal catalyst layer formed on the partition inside the base material, the internal catalyst layer including a catalyst body made of a substance that functions as an oxidation and / or reduction catalyst; and
With
Here, the exhaust gas purifying catalyst is characterized in that an end catalyst layer including the catalyst body made of the substance is formed on at least an end surface of the inlet side sealing member on the exhaust gas inflow side.
6. The total amount of the catalyst bodies contained in the inner catalyst layer and the end catalyst layer per 1 L of the base material is 10 g or more and 150 g or less, 6. The exhaust gas-purifying catalyst according to Item.
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