JP6201588B2 - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒に関し、特にその排気ガスに含まれる触媒毒によって触媒が被毒、劣化するのを抑制する触媒に関する。 The present invention relates to a catalyst that purifies exhaust gas discharged from an engine, and more particularly to a catalyst that suppresses poisoning and deterioration of the catalyst due to catalyst poison contained in the exhaust gas.
エンジンの排気ガスを浄化する触媒において、使用時間が長くなると、排気ガス中の触媒毒(P、Mn、Zn、Caなど)が触媒を構成する触媒貴金属や助触媒と結合して堆積するため、触媒としての機能が低下するということが知られている。 In the catalyst that purifies the exhaust gas of the engine, if the usage time is prolonged, the catalyst poison (P, Mn, Zn, Ca, etc.) in the exhaust gas is deposited in combination with the catalyst precious metal and promoter that constitute the catalyst. It is known that the function as a catalyst is reduced.
上記触媒毒は、エンジンオイル中の酸化防止剤や高圧潤滑油添加剤等に含まれているが、燃焼及び排気時にごく僅か排気系に放出され、このように放出された触媒毒が触媒貴金属や助触媒を劣化させるものである。 The catalyst poison is contained in antioxidants and high-pressure lubricating oil additives in engine oil, but is released to the exhaust system only slightly during combustion and exhaust. It degrades the cocatalyst.
被毒対策の例として、特許文献1には、触媒毒が主に触媒コンバーターの上流の2.5センチメートル以内に堆積することを利用し、触媒毒を付着・堆積させる触媒貴金属を含まない毒補足領域を設定した触媒が記載されている。この対策によって、排気ガス中の触媒毒を下流の触媒貴金属に接触させないため、触媒貴金属への被毒を抑制すると記載されている。 As an example of poisoning countermeasures, Patent Document 1 discloses that a poison that does not contain a catalyst precious metal that adheres and deposits a catalyst poison by utilizing the fact that the catalyst poison is deposited within 2.5 centimeters upstream of the catalytic converter. A catalyst with a supplementary region is described. According to this measure, it is described that the poisoning of the catalyst noble metal is suppressed because the catalyst poison in the exhaust gas is not brought into contact with the catalyst noble metal downstream.
しかし、特許文献1の対策では、流入した排気ガスが対策している領域以外の触媒貴金属と接触した場合は、そこに存在する触媒貴金属を被毒してしまう。また、触媒製造時に、特定の箇所だけ触媒貴金属成分を有さない領域を設けるのは、製造方法として工程数が多く、手間がかかるという問題がある。 However, in the countermeasure of patent document 1, when the exhaust gas which flowed in contacts with the catalyst noble metal other than the area | region which the countermeasure is taking, the catalyst noble metal which exists there will be poisoned. In addition, providing a region having no catalyst noble metal component only at a specific location during catalyst production has a problem in that the number of steps is large as a production method.
特許文献2には、リン被毒の対策が開示されている。具体的には、Ba、Sr、Mgを担体上の触媒中に含浸法により含有させることで、排気ガスの酸素濃度が高いときに排気ガス中のリンを捕集し、排気ガスの酸素濃度が低いときには捕集していたリンを放出することによって、セリア系酸化物またはアルミナに結合するリンの量を減らすことが記されている。しかし上記対策物質はリンの被毒抑制のみを対策したものであった。 Patent Document 2 discloses measures against phosphorus poisoning. Specifically, by containing Ba, Sr, and Mg in the catalyst on the support by the impregnation method, phosphorus in the exhaust gas is collected when the oxygen concentration of the exhaust gas is high, and the oxygen concentration of the exhaust gas is reduced. It is described that the amount of phosphorus bound to ceria-based oxides or alumina is reduced by releasing the collected phosphorus when it is low. However, the above-mentioned countermeasure substances were only countermeasures against phosphorus poisoning suppression.
リン以外にも、触媒毒の一種であるカルシウム及び亜鉛が触媒貴金属を劣化させることは一般的に知られているが、リンや硫黄に比べてその被毒度合は少ないため、無視できる程度であった。しかし、近年、エンジン燃焼の高効率化により、排気ガス温度が低温化する傾向にある。このため、排気ガス温度が触媒貴金属触媒の活性温度に満たないことや活性まで時間がかかることが原因で、全体としての浄化率が落ちることが予想される。このとき、触媒への触媒毒の流入量は同じであるため、浄化率に対する被毒の割合が増加してしまい、触媒毒による触媒劣化が無視できない程度となる。つまり、より確実に触媒毒による被毒を抑制する必要がある。 In addition to phosphorus, it is generally known that calcium and zinc, which are catalyst poisons, degrade catalyst noble metals, but the degree of poisoning is small compared to phosphorus and sulfur, so it is negligible. It was. However, in recent years, exhaust gas temperature tends to be lowered due to higher efficiency of engine combustion. For this reason, it is expected that the purification rate as a whole decreases due to the fact that the exhaust gas temperature is less than the activation temperature of the catalyst noble metal catalyst and the activation takes time. At this time, since the inflow amount of the catalyst poison into the catalyst is the same, the ratio of poisoning to the purification rate increases, and the catalyst deterioration due to the catalyst poison cannot be ignored. That is, it is necessary to more reliably suppress poisoning due to the catalyst poison.
この課題を解決するために、本発明は、触媒担体上の触媒層に排ガス中の触媒毒の一つであるカルシウム及び亜鉛と優先的に反応する化合物を含有させることで、触媒貴金属や助触媒への触媒毒の被毒を抑制する排気ガス浄化用触媒を提供するものである。 In order to solve this problem, the present invention includes a catalyst layer on a catalyst carrier containing a compound that preferentially reacts with calcium and zinc, which are one of catalyst poisons in exhaust gas, to thereby provide a catalyst noble metal and a promoter. The present invention provides an exhaust gas purification catalyst that suppresses poisoning of the catalyst poison.
すなわち、本発明の請求項1は、エンジンの排気通路に配設され、少なくともカルシウム及び亜鉛の一方を含む排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒であって、上記触媒は、基材上に設けられた触媒層を有し、上記触媒層の排気ガス流路側表層には、Ca又はZnを含むとともに排気ガスの中の触媒毒であるCa又はZnと優先的に反応する前駆体化合物を含有する前駆体化合物含有層が設けられており、上記前駆体化合物は、リン酸水素カルシウム(Ca(HPO 4 ) 2 )及びリン酸水素亜鉛(ZnHPO 4 )の少なくとも一種であることを特徴とする排気ガス浄化用触媒である。 That is, claim 1 of the present invention is an exhaust gas purifying catalyst that is disposed in an exhaust passage of an engine and purifies exhaust gas containing at least one of calcium and zinc. The catalyst is provided on a substrate. The exhaust gas flow path side surface layer of the catalyst layer contains Ca or Zn and contains a precursor compound that preferentially reacts with Ca or Zn that is a catalyst poison in the exhaust gas. A precursor compound-containing layer is provided, and the precursor compound is at least one of calcium hydrogen phosphate (Ca (HPO 4 ) 2 ) and zinc hydrogen phosphate (ZnHPO 4 ). It is a purification catalyst.
この形態によれば、上記前駆体に排気ガス中の触媒毒であるカルシウム及び亜鉛が化合し、長期使用の間で次第に飽和化合物となる。このとき、上記前駆体は排気ガス流れ上流側の表層に含まれ、排気ガス中の上記触媒毒は触媒層まで到達する前に上記前駆体と化合し飽和化合物となるため、触媒層中のCe、Al等の酸化物(Ce含有酸化物や活性アルミナ)及びこれらに担持されている触媒貴金属と、排気ガス中の触媒毒が化合する機会が少なくなり、触媒貴金属の活性低下を抑制することができる。また、この対策は触媒の表面全体に施されているため、運転条件によるガスあたりの変化にも安定して被毒を抑制することができる。また、上記前駆体化合物は、リン酸水素カルシウム(Ca(HPO 4 ) 2 )及びリン酸水素亜鉛(ZnHPO 4 )の少なくとも一種としたので、耐熱性が高く、長期に亘って排ガス中の触媒毒と化合する機能を維持することができる。 According to this embodiment, calcium and zinc, which are catalyst poisons in the exhaust gas, are combined with the precursor, and gradually become saturated compounds during long-term use. At this time, the precursor is contained in the surface layer upstream of the exhaust gas flow, and the catalyst poison in the exhaust gas combines with the precursor before reaching the catalyst layer to become a saturated compound. Therefore, Ce in the catalyst layer Oxide such as Al (Ce-containing oxide or activated alumina) and the catalyst noble metal supported on these and the catalyst poison in the exhaust gas are less likely to combine, and the activity decrease of the catalyst noble metal can be suppressed. it can. In addition, since this measure is applied to the entire surface of the catalyst, poisoning can be stably suppressed even with changes per gas due to operating conditions. Moreover, since the precursor compound is at least one of calcium hydrogen phosphate (Ca (HPO 4 ) 2 ) and zinc hydrogen phosphate (ZnHPO 4 ), it has high heat resistance and is a catalyst poison in exhaust gas for a long time. The function of combining with can be maintained.
また、請求項2の発明は、上記前駆体化合物は、上記触媒層に対し0.22mol/L以上含まれていることを特徴とする、排気ガス浄化用触媒である。 The invention according to claim 2 is the exhaust gas purifying catalyst, wherein the precursor compound is contained in an amount of 0.22 mol / L or more with respect to the catalyst layer .
また、請求項3の発明は、上記前駆体化合物は、排気ガスの中の触媒毒であるCa又はZnと優先的に反応してCa 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 及びZn 3 (PO 4 ) 2 のうち少なくとも一種を形成することを特徴とする排気ガス浄化用触媒である。 According to a third aspect of the present invention, the precursor compound reacts preferentially with Ca or Zn, which is a catalyst poison in exhaust gas, to cause Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 and Zn 3 (PO 4 ) An exhaust gas purifying catalyst characterized in that at least one of the two is formed .
上記化合物は耐熱性が高く、当該表層よりも基材側に設けられる触媒層が高温排ガスに晒されて触媒貴金属のシンタリングや触媒貴金属を担持するサポート材の表面積が低下するのを長期に亘って抑制できる。 The above compound has high heat resistance, and the catalyst layer provided on the substrate side of the surface layer is exposed to high temperature exhaust gas, and the surface area of the support material supporting the catalyst noble metal is reduced over a long period of time. Can be suppressed.
本発明は、上記前駆体が触媒毒を配位可能な構造であり、排気ガス中の触媒毒との親和性が高いことを利用し、触媒が触媒毒の被毒によって劣化することを抑制しようと創意を重ねた結果発明された触媒である。
即ち、表層に触媒毒である排気ガス中のカルシウム及び亜鉛と親和性の高い前駆体を設けたため、上記前駆体層が排気ガス中の触媒毒と反応し化合物を生成する。そのため、表層以下の排気ガス流れ下流には触媒毒がいきわたりにくく、触媒貴金属や助触媒を含む触媒層へのカルシウム及び亜鉛被毒を抑制することができるものである。
The present invention utilizes the fact that the precursor is capable of coordinating the catalyst poison and has a high affinity with the catalyst poison in the exhaust gas, so that the catalyst is prevented from being deteriorated by poisoning of the catalyst poison. This is an invented catalyst.
That is, since a precursor having high affinity with calcium and zinc in exhaust gas, which is a catalyst poison, is provided on the surface layer, the precursor layer reacts with the catalyst poison in the exhaust gas to produce a compound. Therefore, the catalyst poison is less likely to flow downstream of the exhaust gas flow below the surface layer, and the poisoning of calcium and zinc to the catalyst layer containing the catalyst noble metal and the promoter can be suppressed.
また、表層の前駆体と触媒層が密着しているが、表層の上記前駆体、又は化合物の方が触媒層より熱力学的に安定であるため、上記前駆体又は化合物によって触媒層のカルシウム及び亜鉛による被毒劣化を長期に亘り抑制することができる。したがって、本発明の触媒によれば、触媒層の触媒貴金属や酸化物への被毒を抑制することができ、長期に亘る使用によってもエンジン潤滑油による触媒の被毒劣化を抑制する排気ガス浄化用触媒を提供することができる。 In addition, the precursor of the surface layer and the catalyst layer are in close contact, but the precursor or compound of the surface layer is thermodynamically more stable than the catalyst layer. Poisoning deterioration due to zinc can be suppressed over a long period of time. Therefore, according to the catalyst of the present invention, the exhaust gas purification can suppress the poisoning of the catalyst layer to the catalyst noble metal or oxide and suppress the deterioration of the catalyst due to the engine lubricating oil even when used for a long time. A catalyst can be provided.
以下に本発明の好ましい形態を詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の一例であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されない。 Although the preferable form of this invention is demonstrated in detail below, the following description is an example of this invention and this invention is not limited to these content, unless the summary is exceeded.
図1は、本発明に係る排気ガス浄化用触媒の触媒層構成を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒6では、ハニカム担体のセル壁1の上流側に触媒層2が形成され、そのさらに上流側に触媒層3が形成されている。そして表層に、前駆体を含んでなる前駆体化合物含有層4が形成されている。上記触媒層2と触媒層3は触媒貴金属を含み、触媒層5で表される。本実施形態及び図1では、触媒層5は2層からなるが、単層でも複数層でも同じ効果が得られる。ハニカム担体は、本実施例では四角形であるが、六角形などの多角形でもよい。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a catalyst layer configuration of an exhaust gas purifying catalyst according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the exhaust gas purifying catalyst 6 according to this embodiment, the catalyst layer 2 is formed on the upstream side of the cell wall 1 of the honeycomb carrier, and the catalyst layer 3 is further formed on the upstream side thereof. . And the precursor compound content layer 4 which comprises a precursor is formed in the surface layer. The catalyst layer 2 and the catalyst layer 3 contain a catalyst noble metal and are represented by a catalyst layer 5. In this embodiment and FIG. 1, the catalyst layer 5 is composed of two layers, but the same effect can be obtained by a single layer or a plurality of layers. The honeycomb carrier is a quadrangle in this embodiment, but may be a polygon such as a hexagon.
<触媒の構成>
本発明の触媒層2、触媒層3の構成は次のとおりである。
[触媒層2]
触媒粉末(1):Rh担持第1ZrCeNd複合酸化物;72.9g/L(Rh;0.32g/L)
触媒粉末(2):Rh担持第2活性アルミナ;29.5g/L(Rh;0.1g/L)
その他助触媒(3):第1活性アルミナ;12.7g/L
バインダ:ジルコニアバインダ;12.8g/L
触媒粉末(1)の組成はZrO2:CeO2:Nd2O3=80:10:10(質量比)である。
<Composition of catalyst>
The configurations of the catalyst layer 2 and the catalyst layer 3 of the present invention are as follows.
[Catalyst layer 2]
Catalyst powder (1): Rh-supported first ZrCeNd composite oxide; 72.9 g / L (Rh; 0.32 g / L)
Catalyst powder (2): Rh-supported second active alumina; 29.5 g / L (Rh; 0.1 g / L)
Other cocatalyst (3): first activated alumina; 12.7 g / L
Binder: Zirconia binder; 12.8 g / L
The composition of the catalyst powder (1) is ZrO 2 : CeO 2 : Nd 2 O 3 = 80: 10: 10 (mass ratio).
[触媒層3]
触媒粉末(4):Pd担持第2ZrCeNd複合酸化物;35g/L(Pd;0.69g/L)
触媒粉末(5):Pd担持第1活性アルミナ;45.1g/L(Pd;1.39g/L)
その他助触媒(6):ZrCeNd複合酸化物;5.72g/L、セリア;5.72g/L
バインダ:ジルコニアバインダ;7.69g/L
触媒粉末(4)の組成はZrO2:CeO2:Nd2O3=67:23:10(質量比)である。
[Catalyst layer 3]
Catalyst powder (4): Pd-supported second ZrCeNd composite oxide; 35 g / L (Pd; 0.69 g / L)
Catalyst powder (5): Pd-supported first active alumina; 45.1 g / L (Pd; 1.39 g / L)
Other co-catalyst (6): ZrCeNd composite oxide; 5.72 g / L, ceria; 5.72 g / L
Binder: Zirconia binder; 7.69 g / L
The composition of the catalyst powder (4) is ZrO 2 : CeO 2 : Nd 2 O 3 = 67: 23: 10 (mass ratio).
[前駆体化合物含有層4]
前駆体;触媒(触媒層2と触媒層3の合計量)に対し0.22mol/L
[Precursor compound-containing layer 4]
Precursor: 0.22 mol / L relative to catalyst (total amount of catalyst layer 2 and catalyst layer 3)
<触媒層の製法>
触媒の基本的な製法は次のとおりである。
<Production method of catalyst layer>
The basic production method of the catalyst is as follows.
(下層)
触媒粉末(1)は、ZrCeNd複合酸化物を助触媒とし、これに触媒貴金属としてRhを蒸発乾固法等によって担持させて形成する。また、触媒粉末(2)は、第2活性アルミナを助触媒とし、触媒貴金属としてRhを蒸発乾固法等によって担持させて形成する。触媒粉末(1)、(2)は必要あればミル等で粉砕し、粒径を整える。触媒粉末(1)と触媒粉末(2)とその他助触媒(3)と、上記バインダ及び水を混合してスラリーを作成し、このスラリーを担体1にウォッシュコートし、乾燥・焼成することによって下層触媒2を形成する。
(Underlayer)
The catalyst powder (1) is formed by using a ZrCeNd composite oxide as a co-catalyst and supporting Rh as a catalyst noble metal by an evaporation to dryness method or the like. Further, the catalyst powder (2) is formed by supporting the second activated alumina as a co-catalyst and supporting Rh as a catalyst noble metal by an evaporation to dryness method or the like. If necessary, the catalyst powders (1) and (2) are pulverized by a mill or the like to adjust the particle size. Catalyst powder (1), catalyst powder (2), other cocatalyst (3), the above binder and water are mixed to prepare a slurry, and this slurry is coated on carrier 1 and dried and fired to form a lower layer. Catalyst 2 is formed.
(上層)
触媒粉末(4)は、ZrCeNd複合酸化物を助触媒とし、触媒貴金属としてPdを蒸発乾固法等によって担持させて形成する。触媒粉末(5)は第1活性アルミナを助触媒とし、触媒貴金属としてPdを蒸発乾固法等によって担持させて形成する。触媒粉末(4)、(5)は必要によっては、ミル等で粉砕し、粒径を整える。触媒粉末(4)と触媒粉末(5)とその他助触媒(6)と、上記バインダ及び水を混合してスラリーを作成し、このスラリーを触媒層2上にウォッシュコートし、乾燥・焼成することによって触媒層3を形成する。
(Upper layer)
The catalyst powder (4) is formed by using ZrCeNd composite oxide as a co-catalyst and carrying Pd as a catalyst noble metal by an evaporation to dryness method or the like. The catalyst powder (5) is formed by supporting the first activated alumina as a co-catalyst and carrying Pd as a catalyst noble metal by an evaporation-drying method or the like. If necessary, the catalyst powders (4) and (5) are pulverized with a mill or the like to adjust the particle size. The catalyst powder (4), the catalyst powder (5), the other promoter (6), the binder and water are mixed to prepare a slurry, and this slurry is washed on the catalyst layer 2 and dried and fired. Thus, the catalyst layer 3 is formed.
(前駆体層)
前駆体化合物含有層4は、Caが不飽和状態で存在し、排気ガスの中の触媒毒と化合して飽和となる前駆体を含むように調製する。具体的には、スラリー状にした前駆体と、上記バインダを前駆体の10wt%混合し、上記触媒層3上にウォッシュコートし、乾燥・焼成することによって前駆体層を形成する。
(Precursor layer)
The precursor compound-containing layer 4 is prepared so as to include a precursor in which Ca exists in an unsaturated state and becomes saturated by combining with the catalyst poison in the exhaust gas. Specifically, the precursor in slurry form and the binder are mixed by 10 wt% of the precursor, washed on the catalyst layer 3, dried and fired to form the precursor layer.
<実施例1>
上記触媒層5に、前駆体化合物含有層4として、リン酸水素カルシウム(Ca(HPO4)2)を、30g/Lを表層に担持したものである。
<Example 1>
The catalyst layer 5 carries 30 g / L of calcium hydrogen phosphate (Ca (HPO 4 ) 2 ) as a precursor compound-containing layer 4 on the surface layer.
<実施例2>
上記触媒層5に、前駆体化合物含有層4として、リン酸水素亜鉛(ZnHPO4)を、33g/Lを表層に担持したものである。
<Example 2>
In the catalyst layer 5, as a precursor compound-containing layer 4, 33 g / L of zinc hydrogen phosphate (ZnHPO 4 ) is supported on the surface layer.
<比較例>
上記実施例1の触媒構成に、前駆体層を含まない触媒である。
<Comparative example>
The catalyst structure of Example 1 is a catalyst that does not include a precursor layer.
<触媒の評価・断面の面分析方法>
―ベンチエージング―
実施例1〜5及び比較例の排気ガス浄化用触媒にベンチエージング処理を施した。使用したのはいずれも、セル壁厚さ3.5mil(8.89×10−2mm)、1平方インチ(645.16mm2)当たりのセル数600のセラミックス製(容量1L)のハニカム触媒である。各ハニカム触媒をエンジン排気系に取り付け、(1)A/F=14の排気ガスを15秒間流す→(2)A/F=17の排気ガスを5秒間流す→(3A/F=14.7の排気ガスを40秒間流す、というサイクルが合計200時間繰り返されるように、且つ触媒入口ガス温度が930℃となるようにエンジン回転数を設定したものである。上記実施例及び比較例の触媒について、触媒毒であるCa、Znが被毒した状態の触媒を再現した。エンジンオイルには、P:0.22mass%、Ca:0.49mass%、Zn0.21mass%を含むエンジンオイルを用いた。
<Catalyst evaluation and cross-sectional surface analysis method>
―Bench aging―
Bench aging treatment was applied to the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Example. All used were honeycomb catalysts made of ceramics (capacity 1 L) having a cell wall thickness of 3.5 mil (8.89 × 10 −2 mm) and 600 cells per square inch (645.16 mm 2 ). is there. Each honeycomb catalyst is attached to the engine exhaust system, (1) A / F = 14 exhaust gas flows for 15 seconds → (2) A / F = 17 exhaust gas flows for 5 seconds → (3A / F = 14.7 The engine speed was set so that the cycle of flowing the exhaust gas for 40 seconds was repeated for a total of 200 hours, and the catalyst inlet gas temperature was 930 ° C. About the catalyst of the above embodiment and comparative example The catalyst in a state of being poisoned by the catalyst poisons Ca and Zn was reproduced using engine oil containing P: 0.22 mass%, Ca: 0.49 mass%, and Zn 0.21 mass%.
HC、CO及びNOxの浄化に関するライトオフ温度T50を測定した。T50は、触媒に流入するモデル排気ガス温度を常温から漸次上昇させていき、浄化率が50%に達したときの触媒入口のガス温度(℃)である。排気ガス浄化率C400は、触媒入口でのモデル排気ガス温度が400℃であるときのガスの各成分の浄化率である。モデルガスは、A/F=14.7±0.9とした。すなわち、A/F=14.7のメインストリームガスを定常的に流しつつ、所定量の変動用ガスを1Hzでパルス状に添加することにより、A/Fを±0.9の振幅で強制的に振動させた。空間速度SVは60000h−1、昇温速度は30℃/分である。モデル排気ガスのA/F=14.7、A/F=13.8及びA/F=15.6のときのガス組成を表1に示す。 The light-off temperature T50 relating to the purification of HC, CO and NOx was measured. T50 is the gas temperature (° C.) at the catalyst inlet when the temperature of the model exhaust gas flowing into the catalyst is gradually increased from room temperature and the purification rate reaches 50%. The exhaust gas purification rate C400 is the purification rate of each component of the gas when the model exhaust gas temperature at the catalyst inlet is 400 ° C. The model gas was A / F = 14.7 ± 0.9. That is, the A / F is forced at an amplitude of ± 0.9 by adding a predetermined amount of fluctuation gas in a pulse form at 1 Hz while constantly flowing the main stream gas of A / F = 14.7. Vibrated. The space velocity SV is 60000h-1, and the heating rate is 30 ° C./min. Table 1 shows the gas composition of the model exhaust gas when A / F = 14.7, A / F = 13.8, and A / F = 15.6.
−ライトオフ性能の評価−
モデル排気ガス流通反応装置に、ベンチ耐久後の触媒入口端からφ25.4mm×50mmを切り取ったコアサンプルをセットし、HC及びNOxの浄化に関するライトオフ温度T50を測定した。T50は、触媒に流入するモデル排気ガス温度を常温から漸次上昇させていき、浄化率が50%に達したときの触媒入口のガス温度(℃)であり、触媒の低温浄化性能を表すものである。モデルガスは、A/F=14.7±0.9とした。すなわち、A/F=14.7のメインストリームガスを定常的に流しつつ、所定量の変動用ガスを1Hzでパルス状に添加することにより、A/Fを±0.9の振幅で強制的に振動させた。空間速度SVは60000h−1、昇温速度は30℃/分である。
-Evaluation of light-off performance-
A core sample obtained by cutting 25.4 mm × 50 mm from the catalyst inlet end after bench durability was set in the model exhaust gas flow reactor, and the light-off temperature T50 relating to the purification of HC and NOx was measured. T50 is the gas temperature (° C.) at the catalyst inlet when the purification rate reaches 50% by gradually increasing the temperature of the model exhaust gas flowing into the catalyst from room temperature, and represents the low temperature purification performance of the catalyst. is there. The model gas was A / F = 14.7 ± 0.9. That is, the A / F is forced at an amplitude of ± 0.9 by adding a predetermined amount of fluctuation gas in a pulse form at 1 Hz while constantly flowing the main stream gas of A / F = 14.7. Vibrated. The space velocity SV is 60000 h −1 , and the heating rate is 30 ° C./min.
実施例(1)、(2)と比較例について、被毒耐久後の浄化率を測定した結果を図2に示す。 FIG. 2 shows the results of measuring the purification rate after poisoning durability for Examples (1) and (2) and Comparative Examples.
図2から分かるように、実施例(1)、実施例(2)のいずれも、HC、NOxのライトオフ(T50)性能が比較例より優れている。これは、実施例(1)のようにカルシウムを未飽和で含む前駆体を用いると排ガス中のカルシウムを効果的に取り込んで触媒の被毒を抑制でき、また、実施例(2)のように亜鉛を未飽和で含む前駆体を用いると排ガス中の亜鉛を効果的に取り込んで触媒の被毒を抑制できることによるものである。 As can be seen from FIG. 2, the light off (T50) performance of HC and NOx is superior to that of the comparative example in both Example (1) and Example (2). This is because, when a precursor containing unsaturated calcium as in Example (1) is used, calcium in the exhaust gas can be effectively taken in and the poisoning of the catalyst can be suppressed, and as in Example (2). This is because when a precursor containing unsaturated zinc is used, zinc in the exhaust gas can be effectively taken in and poisoning of the catalyst can be suppressed.
−被毒触媒断面の面分析−
電子線プローブマイクロアナリシス法(Electron Probe Micro Analyzer:EPMA)により、比較例、実施例(1)の触媒で耐久前、耐久後のそれぞれの触媒層断面の面分析を行った。元素マッピング結果を、図3に示す。図3の濃淡の違いは、上記EPMAで、電子線照射により発生する特性X線をエネルギーで分光し、リンの検出値に準じて濃淡をつけたものである。
-Surface analysis of cross section of poisoned catalyst-
Surface analysis of the cross sections of the catalyst layers before and after the endurance with the catalysts of the comparative example and Example (1) was performed by an electron probe microanalyzer (EPMA). The element mapping results are shown in FIG. The difference in shading in FIG. 3 is that the characteristic X-rays generated by electron beam irradiation are dispersed with energy in the above EPMA, and shading is applied according to the detected value of phosphorus.
図3の上段は比較例の触媒層断面の面分析結果であり、前駆体を含まない触媒である。また、図3の下段は実施例(1)の触媒層断面の面分析結果であり、前駆体としてリン酸水素カルシウムを含む。 The upper part of FIG. 3 shows a surface analysis result of the cross section of the catalyst layer of the comparative example, which is a catalyst not containing a precursor. Moreover, the lower stage of FIG. 3 is a surface analysis result of the catalyst layer cross section of Example (1), and contains calcium hydrogen phosphate as a precursor.
図3の(a)は、被毒耐久前の面分析結果である。実施例(1)の排気ガスの流れる通路側の表面が平らでない層がリン酸水素カルシウム層である。 (A) of FIG. 3 is a surface analysis result before poisoning durability. In the embodiment (1), the layer having an uneven surface on the side of the passage through which the exhaust gas flows is a calcium hydrogen phosphate layer.
図3(b)は、被毒耐久後の触媒中のカルシウム分布を調べた面分析の結果である。図3(b)上段より、被毒耐久後の比較例は、カルシウムが触媒上層13上に、広範囲に薄く堆積していることが見て取れる。 FIG. 3 (b) shows the results of an area analysis in which the calcium distribution in the catalyst after poisoning durability was examined. From the upper part of FIG. 3B, it can be seen that in the comparative example after the poisoning endurance, calcium is deposited thinly over a wide range on the catalyst upper layer 13.
一方、図3(b)下段より、被毒耐久後の実施例(1)は、カルシウムの分布が主にリン酸水素カルシウムを含む前駆体層24に留まり、触媒層上層3へのカルシウムの分布は比較例に比べて少ないことが見て取れる。これは、実施例(1)が前駆体層24を有するために、排気ガス中のカルシウムが優先的に前駆体層24に堆積し、触媒層上層23には堆積しないことを示している。つまり、実施例(1)の方が、触媒層25に含まれる触媒貴金属と排気ガス中のカルシウムの接触が少ないため、触媒貴金属等が被毒し難いということを示す。 On the other hand, from the lower part of FIG. 3B, in the example (1) after the poisoning endurance, the distribution of calcium stays in the precursor layer 24 mainly containing calcium hydrogen phosphate, and the distribution of calcium to the upper layer 3 of the catalyst layer. It can be seen that there is less compared to the comparative example. This indicates that since Example (1) has the precursor layer 24, calcium in the exhaust gas is preferentially deposited on the precursor layer 24 and not on the catalyst layer upper layer 23. That is, Example (1) indicates that the catalytic noble metal and the like are less likely to be poisoned because there is less contact between the catalytic noble metal contained in the catalyst layer 25 and calcium in the exhaust gas.
上記効果は、前駆体化合物含有層4が存在することにより、排気ガス中のカルシウムが優先的に前駆体と反応し、次第にヒドロキシアパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2)を形成することで、触媒層の触媒貴金属や酸化物への被毒を抑制しているためであると考えられる。前駆体化合物含有層4の前駆体が、ベンチエージング後にヒドロキシアパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2)となることは、XRD(X-ray diffraction)を用いて分析し、確認することができる。 The above effect is that the presence of the precursor compound-containing layer 4 causes calcium in the exhaust gas to preferentially react with the precursor, and gradually form hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ). This is considered to be because the poisoning of the catalyst layer to the catalyst noble metal and oxide is suppressed. Analyzing and confirming that the precursor of the precursor compound-containing layer 4 becomes hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) after bench aging is performed using XRD (X-ray diffusion). Can do.
この実施例(1)の効果は、上記前駆体が、触媒層に対し0.22mol/L以上含まれていれば、24万km走行時相当の排気ガス中の触媒毒と前駆体が不足なく反応してヒドロキシアパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2)となり、触媒貴金属へのカルシウム被毒を防ぐことができることである。よって、排気ガス規制の基準となる24万km相当の排気ガス浄化性能を持たせるためには、触媒に対しリン酸水素カルシウム(Ca(HPO4)2)が0.22mol/L以上含まれている方が好ましい。 The effect of this embodiment (1) is that the above precursor is contained in an amount of 0.22 mol / L or more with respect to the catalyst layer. It reacts to become hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) and can prevent calcium poisoning of the catalyst noble metal. Therefore, in order to provide exhaust gas purification performance equivalent to 240,000 km, which is the standard for exhaust gas regulations, calcium phosphate (Ca (HPO 4 ) 2 ) is contained in an amount of 0.22 mol / L or more with respect to the catalyst. Is preferred.
実施例(2)についても同様に、前駆体化合物含有層4に前駆体としてリン酸水素亜鉛を含有し、EPMAを用いて分析を行ったところ、同様の結果が得られた。即ち、前駆体化合物含有層に被毒物質である亜鉛が堆積し、触媒層への亜鉛の堆積は見られなかった。 Similarly, in Example (2), the precursor compound-containing layer 4 contained zinc hydrogen phosphate as a precursor, and analysis was performed using EPMA. The same result was obtained. That is, zinc as a poisoning substance was deposited on the precursor compound-containing layer, and no zinc was deposited on the catalyst layer.
実施例(2)は、上記前駆体化合物含有層4にリン酸水素亜鉛が存在することにより、排気ガス中の亜鉛が優先的に前駆体と反応し、次第にリン酸亜鉛(Zn3(PO4)2)を形成することで、触媒層の触媒貴金属や酸化物への被毒を抑制しているためであると考えられる。前駆体が、ベンチエージング後にリン酸亜鉛(Zn3(PO4)2)となることは、XRD(X-ray diffraction)を用いて分析し、確認することができる。 In Example (2), zinc zinc in the exhaust gas preferentially reacts with the precursor due to the presence of zinc hydrogen phosphate in the precursor compound-containing layer 4, and gradually zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 It is considered that the formation of 2 ) suppresses poisoning of the catalyst layer to the catalyst noble metal and oxide. It can be confirmed by analyzing using XRD (X-ray diffraction) that the precursor becomes zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 ) after bench aging.
この実施例(2)の効果は、上記前駆体が、触媒層に対し0.22mol/L以上含まれていれば、24万km走行時相当の排気ガス中の触媒毒と前駆体が不足なく反応してリン酸亜鉛(Zn3(PO4)2)となり、触媒貴金属への亜鉛被毒を防ぐことができることである。よって、排気ガス規制の基準となる24万km相当の排気ガス浄化性能を持たせるためには、触媒に対しリン酸水素亜鉛(ZnHPO4)が0.22mol/L以上含まれている方が好ましい。 The effect of this embodiment (2) is that if the precursor is contained in an amount of 0.22 mol / L or more with respect to the catalyst layer, the catalyst poison and the precursor in the exhaust gas equivalent to traveling at 240,000 km are not insufficient. It reacts to become zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 ) and can prevent zinc poisoning of the catalyst noble metal. Therefore, in order to provide an exhaust gas purification performance equivalent to 240,000 km, which is a standard for exhaust gas regulations, it is preferable that zinc hydrogen phosphate (ZnHPO 4 ) is contained in the catalyst in an amount of 0.22 mol / L or more. .
1 触媒を担持する、ハニカム状の担体を示す。
2 触媒層の下層
3 触媒層の上層
4 前駆体を含む層
5 触媒層(触媒層の下層2と触媒層の上層3を含む)
6 排気ガス浄化用触媒6(上記1から5までを含む)
11 耐久前の比較例の担体を示す
12 耐久前の比較例の触媒層下層を示す
13 耐久前の比較例の触媒層上層を示す
21 耐久後の実施例(1)の担体を示す
22 耐久後の実施例(1)の触媒層下層を示す
23 耐久後の実施例(1)の触媒層上層を示す
24 耐久後の実施例(1)の前駆体層を示す
25 耐久後の実施例(1)の触媒層を示す
1 shows a honeycomb-shaped carrier carrying a catalyst.
2 Lower layer of catalyst layer 3 Upper layer of catalyst layer 4 Layer containing precursor 5 Catalyst layer (including lower layer 2 of catalyst layer and upper layer 3 of catalyst layer)
6 Exhaust gas purification catalyst 6 (including 1 to 5 above)
11 shows a carrier of a comparative example before endurance 12 shows a lower layer of a catalyst layer of a comparative example before endurance 13 shows an upper layer of a catalyst layer of a comparative example before endurance 21 shows a carrier of Example (1) after endurance 22 after endurance 23 shows the lower layer of the catalyst layer of Example (1) of 23 shows the upper layer of the catalyst layer of Example (1) after endurance 24 shows the precursor layer of Example (1) after endurance 25 Example after endurance (1 ) Shows the catalyst layer
Claims (3)
上記触媒は、基材上に設けられた触媒層を有し、
上記触媒層の排気ガス流路側表層には、Ca又はZnを含むとともに排気ガスの中の触媒毒であるCa又はZnと優先的に反応する前駆体化合物を含有する前駆体化合物含有層が設けられており、
上記前駆体化合物は、リン酸水素カルシウム(Ca(HPO 4 ) 2 )及びリン酸水素亜鉛(ZnHPO 4 )の少なくとも一種である
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 An exhaust gas purification catalyst that is disposed in an exhaust passage of an engine and purifies exhaust gas containing at least one of calcium and zinc,
The catalyst has a catalyst layer provided on a substrate,
The exhaust gas flow path side surface layer of the catalyst layer is provided with a precursor compound-containing layer that contains Ca or Zn and contains a precursor compound that reacts preferentially with the catalyst poison in the exhaust gas. and,
It said precursor compound, calcium hydrogen phosphate (Ca (HPO 4) 2) and hydrogen phosphate of zinc (ZnHPO 4) of at least one a is <br/> exhaust gas purifying catalyst, characterized in that.
上記前駆体化合物は、上記触媒層に対し0.22mol/L以上含まれている
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 In claim 1,
The exhaust gas purifying catalyst , wherein the precursor compound is contained in an amount of 0.22 mol / L or more with respect to the catalyst layer .
上記前駆体化合物は、排気ガスの中の触媒毒であるCa又はZnと優先的に反応してCa 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 及びZn 3 (PO 4 ) 2 のうち少なくとも一種を形成する
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 In claim 1 or claim 2,
The precursor compound reacts preferentially with Ca or Zn which is a catalyst poison in the exhaust gas to form at least one of Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 and Zn 3 (PO 4 ) 2. An exhaust gas purifying catalyst characterized by comprising:
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