JP3129373B2 - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents
排気ガス浄化用触媒Info
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Description
xと略す)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(以下、H
Cと略す)を含有する排気ガスを浄化する触媒に関する
ものである。
ス中のCO、HCを利用して、アルミナを担体とした貴
金属系の触媒をを用いて浄化するのが一般的であるが、
理論空燃比付近の極めて狭い範囲でしかNOxは浄化さ
れない。近年、地球環境問題の高まりの中で自動車の低
燃費化の要求は強く理論空燃比以上で燃焼させるリーン
バーンエンジンがキーテクノロジーとして注目されてい
る。ただし、自動車の走行性、加速性を考慮に入れると
リーン領域のみのエンジンは不具合点が多く、実際は理
論空燃比(ストイキオ)付近、リーン領域の双方で燃焼
を行わせる必要がある。最近、リーン領域のNOxの浄
化に関してはコバルト又は銅を含有した結晶性シリケー
ト触媒が高性能を有する触媒として脚光をあびている。
性能を有するが、耐久性において問題点が生じており、
これまで耐久性を向上させるために種々の結晶性シリケ
ートの改良が検討されている。例えば、結晶性シリケー
トの主要な構成元素であるアルミニウムの脱離を防い
で、コバルト又は銅の安定性を図るために結晶格子中に
VIII族元素や希土類元素(特願平3−165816号公
報)、さらにアルカリ土類金属(特願平3−31919
5号)を添加させた新規なシリケートを用いる方法が提
案されている。加えて、アルミニウムの脱離を促進する
スチームの進入を防ぐため、結晶性シリケートの表層に
疎水性のシリカライトを結晶成長させ、耐スチーム性を
向上させた結晶性シリケートの適用も検討されている
(特願平3−192829号)。
リーン雰囲気での耐久性は飛躍的に向上したが、加速す
る場合、ガス温度が瞬時に高温になり、かつ、この時の
ガス組成は水素等の還元剤が過剰に存在するリッチ雰囲
気になる。この条件においては、上記改良型結晶性シリ
ケートを適用しても触媒の劣化を防ぐことができないた
め、高温リッチ雰囲気の触媒の耐久性向上がこれらの触
媒の実用化上の大きな課題となっている。
ルトを活性金属として用いる限りは避けられない。すな
わち、700℃以上の高温では卑金属元素は全てシンタ
リングを起こし凝集してしまうからである。そのため、
開発した結晶性シリケートを用いてリーン雰囲気で脱硝
活性を有する卑金属以外の金属を用いることができれ
ば、耐久性は十分保証され、実用化へ大きく前進すると
考えられる。
来触媒の不具合点を克服するため鋭意検討を行った結果
白金族元素を担持した結晶性シリケート触媒がリーン雰
囲気において脱硝性能を有し、かつ、リッチ条件の高温
雰囲気でもほとんど劣化しない触媒であることを見い出
し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
X線回折パターンを有し、脱水された状態において酸化
物のモル比で表わして(1±0.8 )R2 O・〔aM2 O
3 ・bM′O・cAl2 O3 〕・ySiO2(上記式
中、Rはアルカリ金属イオン及び/又は水素イオン、M
はVIII族元素、希土類元素、チタン、バナジウム、クロ
ム、ニオブ、アンチモン及びガリウムからなる群より選
ばれた少なくとも1種以上の元素イオン、M′はマグネ
シウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムのアル
カリ土類金属イオン、a>0、20>b>0、a+c=
1、3000>y>11)なる化学式を有する結晶性シ
リケートに、白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラ
ジウム、オスミウム、イリジウム、白金)を少なくとも
1種以上担持させてなることを特徴とする排気ガス浄化
用触媒、(2)上記(1)記載の結晶性シリケートが、
予め合成した結晶性シリケートを母結晶とし、その母結
晶の外表面に母結晶と同一の結晶構造を有するSiとO
よりなる結晶性シリケートを成長させた層状複合結晶性
シリケートであることを特徴とする上記(1)記載の排
気ガス浄化用触媒、(3)白金族元素がイリジウムであ
ることを特徴とする上記(1)又は(2)記載の排気ガ
ス浄化用触媒、(4)上記(1)又は(2)記載の結晶
性シリケートに、イリジウムとさらに、チタン、ジルコ
ニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、アル
ミニウム、スズ、ニッケル、銅、カルシウム、マグネシ
ウム、ランタン、ストロンチウム及びバリウムよりなる
群より選ばれた少なくとも1種以上の金属を共存させて
なることを特徴とする上記(1)又は(2)記載の排気
ガス浄化用触媒、である。
結晶性シリケートを用いて、NOx、CO、HCを含有
する排気ガスを浄化する浄化反応式は下記のとおりであ
る。
て示した。 *2)含酸素炭化水素の例としてCH2 Oを代表として
示した。 上記反応式において、(1)はHCの活性化、(2)は
HCの燃焼、(3)は脱硝反応、(4)はCOの燃焼を
意味している。
ジウム、オスミウム、イリジウム、白金)を担持した結
晶性シリケート触媒はいずれも上記反応により脱硝反応
が進むが、とりわけイリジウム担持結晶性シリケート触
媒が250℃〜500℃において高い脱硝性能を有す
る。またイリジウムにチタン、ジルコニウム、クロム、
マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、アルミニウム、スズ、
ニッケル、銅、カルシウム、マグネシウム、ストロンチ
ウム及びバリウムよりなる群から少なくとも1種以上の
金属を添加共存させても同様に高い脱硝活性を有する。
上記触媒は、700℃以上の高温リーン又はリッチ雰囲
気に長時間さらされても上記k1 ,k2 ,k3 及びk4
の反応速度定数はほとんど変化せず、耐久性を有する触
媒であることを見い出している。
トは下記表Aに示されるX線回折パターンを有し、脱水
された状態において酸化物のモル比で表わして(1±0.
8 )R2 O・〔aM2 O3 ・bM′O・cAl2 O3 〕
・ySiO2(上記式中、Rはアルカリ金属イオン及び
/又は水素イオン、MはVIII族元素、希土類元素、チタ
ン、バナジウム、クロム、ニオブ、アンチモン及びガリ
ウムからなる群より選ばれた少なくとも1種以上の元素
イオン、M′はマグネシウム、カルシウム、ストロンチ
ウム、バリウムのアルカリ土類金属イオン、a>0、2
0>b>0、a+c=1、3000>y>11)なる化
学式を有するものである。
結晶性シリケートを母結晶とし、その母結晶の外表面に
母結晶と同一の結晶構造を有するSiとOよりなる結晶
性シリケートを成長させた層状複合結晶性シリケートを
使用してもよい。この層状複合結晶性シリケートは外表
面に成長したSiとOよりなる結晶性シリケート(シリ
カライトと呼ぶ)の疎水性作用により、H2 Oだけが該
結晶性シリケート内部まで浸透しにくくなり、触媒の反
応活性点の回りにはH2 Oの濃度が低くなる効果を有
し、脱メタル作用を抑制する作用を奏する。そのため、
高温スチーム雰囲気においても結晶性シリケートの構造
は維持されており、白金族元素に対する担体効果は保持
されているので、触媒劣化はほとんどない。
り、本発明で使用する結晶性シリケート上においてのみ
白金族元素の分散性がいかなる条件においても、均一に
保持されており、シンタリング等の現象は認められな
い。
族元素の金属塩の水溶液に浸漬し、イオン交換法又は含
浸法にて担持する方法があげられる。また、イリジウム
を担持する方法もイオン交換法、含浸法があげられ、他
の化金属との共担持においても同様な方法が可能であ
る。
t%以上で十分に活性を発現し、好ましくは0.02w
t%以上で高い活性を有する。以後、本発明を実施例に
て詳述する。
%):5616gを水:5429gに溶解し、この溶液
を溶液Aとする。一方、水:4175gに硫酸アルミニ
ウム:718.9g、塩化第二鉄:110g、酢酸カル
シウム:47.2g、塩化ナトリウム:262g、濃塩
酸:2020gを溶解し、この溶液を溶液Bとする。溶
液Aと溶液Bを一定割合で供給し、沈殿を生成させ、十
分攪拌してpH=8.0のスラリを得る。このスラリを
20リットルのオートクレーブに仕込み、さらにテトラ
プロピルアンモニウムブロマイドを500g添加し、1
60℃にて72時間水熱合成を行い、合成後水洗して乾
燥させ、さらに500℃、3時間焼成させ結晶性シリケ
ート1を得る。この結晶性シリケート1は酸化物のモル
比で(結晶水を省く)下記の組成式で表され、結晶構造
はX線回折で前記表Aにて表示されるものである。 0.5Na2 O・0.5H2 O・〔0.8Al2 O3 ・
0.2Fe2 O3 ・0.25CaO〕・25SiO2
微粉砕した上記母結晶1(結晶性シリケート1):10
00gを水:2160gに添加し、さらにコロイダルシ
リカ(SiO2 :20%):4590gを添加し、十分
攪拌を行い、この溶液を溶液aとする。一方、水:20
08gに水酸化ナトリウム:105.8gを溶解させ溶
液bを得る。溶液aを攪拌しながら溶液bを徐々に滴下
し、沈殿を生成させてスラリを得る。このスラリをオー
トクレーブに入れ、テトラプロピルアンモニウムブロマ
イド:568gを水:2106gに溶解させた溶液を上
記オートクレーブに添加する。このオートクレーブで1
60℃、72時間水熱合成を行い(200rpmにて攪
拌)、攪拌後洗浄して乾燥後、500℃、3時間焼成を
行い層状複合結晶性シリケート1を得る。上記層状複合
結晶性シリケート1を4NのNH4 Cl水溶液40℃に
3時間攪拌してNH4 イオン交換を実施した。イオン交
換後洗浄して100℃、24時間乾燥させた後、400
℃、3時間焼成してH型の層状複合結晶性シリケート1
を得た。
層状複合結晶性シリケート1に対して、バインダとして
アルミナゾル:3部、シリカゾル:55部(SiO2 :
20%)及び水:200部加え、充分攪拌を行いウォッ
シュコート用スラリとした。次にコージェライト用モノ
リス基材(400セルの格子目)を上記スラリに浸漬
し、取り出した後余分なスラリを吹きはらい200℃で
乾燥させた。コート量は基材1リットルあたり200g
担持し、このコート物をハニカムコート物1とする。次
に、塩化イリジウム(IrCl4 ・H2 O:2.88g
/H2 O:200cc)に上記ハニカムコート物1を浸
漬し1時間含浸した後、基材の壁の付着した液をふきと
り200℃で乾燥させた。次で500℃で窒素雰囲気で
12時間パージ処理を行い、ハニカム触媒1を得た。
において塩化第二鉄の代わりに塩化コバルト、塩化ルテ
ニウム、塩化ロジウム、塩化ランタン、塩化セリウム、
塩化チタン、塩化バナジウム、塩化クロム、塩化アンチ
モン、塩化ガリウム及び塩化ニオブを各々酸化物換算で
Fe2 O3 と同じモル数だけ添加した以外は母結晶1と
同様の操作を繰り返して母結晶2〜12を調製した。こ
れらの母結晶の結晶構造はX線回折で前記表Aに表示さ
れるものであり、その組成は酸化物のモル比(脱水され
た形態)で表わして、(1±0.8)R2 O・(0.2
M2 O3 ・0.8Al2 O3・0.25CaO)・25
SiO2 である。ここでRはNa及びHMはCo,R
u,Rh,La,Ce,Ti,V,Cr,Sb,Ga,
Nbである。これら母結晶の構成は後記の表Bに示す。
例1の層状複合結晶性シリケート1の合成と同様の方法
にて、母結晶1の代わりに母結晶2〜12を用い、オー
トクレーブを用いて水熱合成させた結果、層状複合結晶
性シリケート2〜12を得た。
カルシウムの代わりに酢酸マグネシウム、酢酸ストロン
チウム、酢酸バリウムを各々酸化物換算でCaOと同じ
モル数だけ添加した以外は母結晶1と同様の操作を繰り
返して母結晶13〜15を調製した。これらの母結晶の
結晶構造はX線回折で前記表Aに表示されるものであ
り、その組成は酸化物のモル比(脱水された形態)で表
わして、0.5Na2 O・0.5H2 O・(0.2Fe
2 O3 ・0.8Al2 O3 ・0.25MeO)・25S
iO2 である。ここでMeはMg,Sr,Baである。
これらの母結晶13〜15を微粉砕して、実施例1の層
状複合結晶性シリケート1の合成と同様の方法にてオー
トクレーブを用いて水熱合成を行い層状複合結晶性シリ
ケート13〜15を得た。
用いて実施例1と同様の方法でH型の層状複合結晶性シ
リケート2〜15を得、このシリケートをさらに実施例
1の触媒の調製と同様の工程にてコージェライトモノリ
ス基材にコートしてハニカムコート物2〜15を得た。
次に塩化イリジウム水溶液に浸漬し実施例1と同様の処
理にてハニカム触媒2〜15を得た。
〜15を用いて実施例1と同様の方法でH型の結晶性シ
リケート16〜30を得、このシリケートをさらに実施
例1の触媒の調製と同様の工程にてハニカムコート物及
びハニカム触媒16〜30を得た。
た母結晶1〜15(層状複合化及びイオン交換をしてい
ないもの)をコージェライトモノリス基材にコートして
ハニカムコート物31〜45を得、これを実施例1と同
様にイリジウム水溶液に浸漬してハニカム触媒31〜4
5を得た。
性シリケート1をコートしたハニカムコート物1を用い
て、塩化イリジウム水溶液の代わりに、塩化ルテニウム
(RuCl3 :2g/H2 O:200cc)、塩化ロジ
ウム(RhCl3 :2g/H2 O:200cc)、硝酸
パラジウム{(Pd(NO3 )2 :2g/H2 O:20
0cc}、硝酸オスミウム{Os(NO3 )2 :2g/
H2 O:200cc}、塩化白金酸(H2 PtCl6 :
2g/H2 O:200cc)の各水溶液に浸漬し、実施
例1と同様の方法により触媒化を行い、ハニカム触媒4
6〜50を得た。
合結晶性シリケート1をコートしたハニカムコート物1
を用いて、塩化イリジウムと塩化アルミニウム(IrC
l4 ・H2 O:2.88g、Al2 O・6H2 O:6.
0g/H2 O:200cc)、塩化イリジウムと塩化チ
タン(IrCl4 ・H2 O:2.88g、TiCl4 :
7.5g/H2 O:200cc)、塩化イリジウムと塩
化スズ(IrCl4 ・H2 O:2.88g、SnC
l4 :7g/H2 O:200cc)、塩化イリジウムと
硝酸クロム(IrCl4 ・H2 O:2.88g、Cr
(NO3 )2 :6.0g/H2 O:200cc)、塩化
イリジウムと四塩化ジルコニウム(IrCl4 ・H
2 O:2.88g、ZrCl4 :6g/H2 O:200
cc)、塩化イリジウムと塩化コバルト(IrCl4 ・
H2 O:2.88g、CoCl2 ・6H2 O:7g/H
2O:200cc)、塩化イリジウムと塩化マンガン
(IrCl4 ・H2 O:2.88g、MnCl2 :20
g/H2 O:200cc)、塩化イリジウムと塩化鉄
(IrCl4 ・H2 O:2.88g、FeCl3 ・6H
2 O:7g/H2 O:200cc)、塩化イリジウムと
塩化ニッケル(IrCl4 ・H2 O:2.88g、Ni
Cl2 ・6H2 O:8g/H2 O:200cc)、塩化
イリジウムと塩化カルシウム(IrCl4 ・H2 O:
2.88g、CaCl2 ・2H2 O:6g/H2 O:2
00cc)、塩化イリジウムと塩化マグネシウム(Ir
Cl4 ・H2O:2.88g、MgCl2 ・6H2 O:
11g/H2 O:200cc)、塩化イリジウムと塩化
バリウム(IrCl4 ・H2 O:2.88g、BaCl
2 ・2H2 O:14g/H2 O:200cc)、塩化イ
リジウムと塩化ストロンチウム(IrCl4 ・H2 O:
2.88g、SrCl2 ・6H2 O:13g/H2 O:
200cc)、塩化イリジウムと塩化第二銅(IrCl
4 ・H2 O:2.88g、CuCl2 ・2H2 O:10
g/H2 O:200cc)、塩化イリジウムと塩化亜鉛
(IrCl4 ・H2 O:2.88g、ZnCl2 :6g
/H2 O:200cc)の各水溶液に浸漬し、実施例1
と同様の触媒化方法によりハニカム触媒51〜65を得
た。
同様にハニカムコートし、さらに実施例1,4と同様イ
リジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミ
ウム、白金をα−Al2 O3 に担持しハニカム触媒66
〜71を得た。以上、本発明の実施例触媒及び比較触媒
の構成を表B示す。
6及び比較例1にて調製したハニカム触媒1〜71の活
性評価試験を実施した。活性評価条件は下記の通り。 〇(ガス組成) NO:400ppm、CO:1000ppm、C
2 H4 :1000ppm、C 3 H6 :340ppm、O
2 :8%、CO2 :10%、H2 O:10%、残:
N 2 、GHSV 30000h-1、触媒形状:15mm
×15mm×60mm(144セル数) 反応温度350、450℃における初期状態の触媒の脱
硝率を表Cに示す。
チ雰囲気(還元雰囲気)で強制劣化試験を実施した。強
制劣化試験は下記の通り。 〇(ガス組成) H2 :3%、H2 O:10%、残:N2 GHSV:5000h-1、温度:700℃、ガス供給時
間:6時間 触媒形状:15mm×15mm×60mm(144セ
ル) 上記強制劣化条件にて処理した触媒1〜71を実験例1
の活性評価条件において活性評価試験を実施した。反応
温度350、450℃における強制劣化試験後の触媒の
脱硝率を表Cに併せて示す。表Cに示すように本発明触
媒1〜65は高温還元雰囲気においても触媒の活性を高
く維持することを確認した。
気ガス浄化用触媒は耐久性に富む安定な触媒であること
を可能にし、ガソリン車のリーンバーンエンジン排ガス
用やディーゼルエンジン排ガス浄化用触媒として利用が
可能である。
Claims (4)
- 【請求項1】 表Aに示されるX線回折パターンを有
し、脱水された状態において酸化物のモル比で表わして
(1±0.8 )R2 O・〔aM2 O3 ・bM′O・cAl
2 O3 〕・ySiO2(上記式中、Rはアルカリ金属イ
オン及び/又は水素イオン、MはVIII族元素、希土類元
素、チタン、バナジウム、クロム、ニオブ、アンチモン
及びガリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種以
上の元素イオン、M′はマグネシウム、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウムのアルカリ土類金属イオン、a
>0、20>b>0、a+c=1、3000>y>1
1)なる化学式を有する結晶性シリケートに白金族元素
からなる群より選ばれた少なくとも1種以上の金属を担
持させてなることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 【表1】 - 【請求項2】 結晶性シリケートが、予め合成した結晶
性シリケートを母結晶とし、その母結晶の外表面に母結
晶と同一の結晶構造を有するSiとOよりなる結晶性シ
リケートを成長させた層状複合結晶性シリケートである
ことを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化用触媒。 - 【請求項3】 白金族元素がイリジウムであることを特
徴とする請求項1又は請求項2記載の排気ガス浄化用触
媒。 - 【請求項4】 結晶性シリケートに、イリジウムとさら
に、チタン、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、亜鉛、アルミニウム、スズ、ニッケル、銅、カ
ルシウム、マグネシウム、ストロンチウム及びバリウム
よりなる群より選ばれた少なくとも1種以上の金属を共
存させてなることを特徴とする請求項1又は請求項2記
載の排気ガス浄化用触媒。
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