廢氣凈化用催化劑的制作方法
【專利說明】廢氣凈化用催化劑
[0001]本申請為一份分案申請，原申請申請日為2010年3月4日，申請號為201080009883.2，發明名稱為“廢氣凈化用催化劑”。
技術領域
[0002]本發明涉及一種廢氣凈化用催化劑。尤其是，本發明涉及一種即使被暴露于高溫的廢氣中，也能夠維持優異的催化劑性能的廢氣凈化用催化劑。
【背景技術】
[0003]近年來，提出了大量有關于廢氣凈化的技術，尤其是關于對由汽油發動機、柴油發動機、以及使用生物燃料或含有甲醇的燃料的發動機等的內燃機產生的廢氣的處理技術的提案較多。
[0004]作為用于對由內燃機產生的廢氣進行凈化的催化劑，提出了可以同時去除氮氧化物(以下，也稱為“NOx”)、一氧化碳(以下，也稱為“CO”)、以及碳氫化合物(以下，也稱為“HC”)的三元催化劑，或在由于稀薄燃料的燃燒而導致的氧氣過剩狀態下，可以同時去除NOx, CO以及HC的催化劑等。即，為兼具將CO及HC氧化成C02，而且將NOx還原成N 2的功能的催化劑。這些催化劑多數具有，當廢氣處于氧過剩的狀態(氧化氣體環境)時，催化劑本身儲存氧氣，且在廢氣處于貧氧的狀態(還原氣體環境)時，釋放所儲存的氧氣的儲氧能力(Oxygen Storage Capacity，以下，也稱為“OSC”)。將具有這種OSC的助催化劑組分稱為儲氧材料(以下，也稱為“0SC材料”)，由此，即使在貧氧狀態下也能夠有效地將CO以及HC氧化成C02。作為OSC材料，已知氧化鐘(CeO2;也稱為“二氧化鐘”)、二氧化鐘-氧化錯復合氧化物(CeO2-Zr O2復合氧化物)的性能較優異。
[0005]為了提高OSC材料的性能以及耐久性，而開發出了一種在0602或CeO 2_Zr02復合氧化物等中添加鐵等的金屬元素的技術。
[0006]例如，在專利文獻I中公開了一種OSC材料，其在鋯、鈰、以及作為穩定劑的稀土類金屬中，含有0.0I?0.25mo I %的選自鐵、銅、鈷、鎳、銀、錳以及鉍中的至少一種金屬。而且，這些金屬在OSC材料的結晶結構中作為固溶體而存在。
[0007]此外，在專利文獻2中公開了一種OSC材料，其由含有二氧化鈰((CeO2)的載體和作為該載體所含有的活性種的氧化鐵構成。并且，含有CeO2的載體優選為CeO2-ZrO2固溶體。而且，相對于OSC材料的重量，氧化鐵的含量優選為，作為Fe2O3而在2?30重量％的范圍內，并且，當脫離此范圍時，將無法得到實質性的0SC。
[0008]雖然含有鈰的OSC材料作為氧化還原反應的助催化劑而發揮功能，但是在上述專利文獻I以及專利文獻2所記載的技術中，為了促進該鈰的催化劑性能，而使鐵存在于鈰的附近。
[0009]此外，在專利文獻3中公開了一種廢氣凈化用催化劑，其通過在主要由氧化鋁(Al2O3)構成的耐火性載體上，負載鐵氧化物、鈰氧化物以及至少兩種貴金屬元素而構成。該催化劑的特征在于，將至少一種貴金屬元素化合物、有機酸鈰、含有水溶性鐵鹽的水溶液A以及含有其它貴金屬元素化合物的水溶液B作為浸漬液而使用，并使催化劑組分負載在該耐火性載體上。
[0010]此外，在非專利文獻I中公開了如下內容，即，通過在質量百分比20 %的CeO2-Al2O3上負載了質量百分比1%的Pd-Rh的三元催化劑中，添加質量百分比0.1?0.3%的鐵，從而提尚OSC0
[0011]在先技術文獻
[0012]專利文獻1:美國專利第6585944號說明書
[0013]專利文獻2:日本特開2005 - 125317號公報
[0014]專利文獻3:日本特開昭59 - 82946號公報
[0015]非專利文獻
[0016]非專利文獻1:Panay1ta S.Lambrou 以及 Angelos Μ.Efstat1u, Journal ofCatalysis, 2006年6月10日發行，第240卷，第2卷，第182?193頁
【發明內容】
[0017]發明所要解決的課題
[0018]但是，上述的催化劑存在如下問題，S卩，一旦將OSC材料暴露于高溫(800°C以上)的廢氣中，則OSC將降低，結果導致催化劑整體的氧化還原性能明顯降低。認為該OSC的降低的原因之一為，由于高溫的廢氣而使構成OSC材料的母材的結晶結構被破壞，從而比表面積減小。
[0019]尤其是，廢氣中的氧濃度根據發動機的運行狀況而發生變化，但當如上文所述這樣由于暴露于高溫的廢氣中從而OSC降低時，廢氣的凈化性能將明顯降低。
[0020]因此，本發明的目的在于，提供一種即使被暴露于800°C以上的高溫的廢氣中，也能夠維持優異的催化劑性能的廢氣凈化用催化劑。
[0021]用于解決課題的方法
[0022]本發明人為了解決上述問題而進行了專心研宄。在其過程中發現，通過將含有鈰以及鋯的OSC材料中的鐵的含量設為大于等于質量百分比0.01%，且小于質量百分比0.70%，從而可以獲得即使被暴露于高溫中之后也具有顯著的廢氣凈化性能的催化劑，由此完成了本發明。
[0023]S卩，本發明的廢氣凈化用催化劑通過在載體上負載有包含貴金屬的催化劑活性組分、和包含儲氧材料的助催化劑組分而形成。所述儲氧材料含有鈰、鋯以及鐵，并且，相對于儲氧材料的總質量，所述儲氧材料中的鐵的含量為大于等于質量百分比0.01%，且小于質量百分比0.70% (Fe2O3換算)。而且，所述儲氧材料為，(a)鐵和含有鈰以及鋯的金屬的、復合氧化物或固溶體，或者，(b)在含有鈰和鋯的金屬的復合氧化物或固溶體的表面上，負載有鐵的材料。
[0024]發明的效果
[0025]本發明的廢氣凈化用催化劑即使被暴露于800°C以上的高溫的廢氣中也能夠維持優異的催化劑性能。
【附圖說明】
[0026]圖1為模式化地表示作為本發明的一個實施方式的廢氣凈化用催化劑中的、催化劑層的層疊結構的一部分的剖視圖。
[0027]圖2為表示催化劑A?F的空燃比特性試驗的結果的圖表。
[0028]圖3為表示催化劑A?F的起燃特性試驗的結果的圖表。
[0029]圖4為表示催化劑A、G?I的空燃比特性試驗的結果的圖表。
[0030]圖5為表示催化劑A、G?I的起燃特性試驗的結果的圖表。
[0031]符號說明
[0032]I 載體；
[0033]3催化劑層；
[0034]3a 上層；
[0035]3b 下層。
【具體實施方式】
[0036]以下，對本發明的優選方式進行說明。本方式的廢氣凈化用催化劑(以下，也簡稱為“催化劑”)，通過在載體上負載有含有貴金屬的催化劑活性組分、和含有儲氧材料的助催化劑組分而形成。所述儲氧材料含有鈰、鋯以及鐵，且相對于儲氧材料的總質量，所述儲氧材料中的鐵的含量為大于等于質量百分比0.01%，且小于質量百分比0.70% (Fe2O3換算)。而且，所述儲氧材料為，(a)鐵與含有鈰以及鋯的金屬的、復合氧化物或固溶體(以下，也將“復合氧化物或固溶體”簡單地稱為“復合氧化物等”)，或者，(b)在含有鈰和鋯的金屬的復合氧化物或固溶體的表面上，負載有鐵的材料。以下，參照附圖對本方式進行說明，但是，本發明的技術范圍應根據權利要求書中的記載而被規定，而并不僅限定于以下的方式。另外，附圖的尺寸比率有時會根據說明的情況而被夸張，從而與實際的比率不同。
[0037]<廢氣凈化用催化劑>
[0038]圖1為，模式化地表示作為本發明的一個實施方式的廢氣凈化用催化劑中的、催化劑層的層疊結構的一部分的剖視圖。如圖1所示，本方式通過在載體I上形成催化劑層3而構成。催化劑層3具有層疊了下層3a和上層3b的結構，載體I由三維結構體(未圖示)構成，在圖1中僅圖示了其表面的一部分。下層3a含有作為貴金屬的Pd以作為催化劑活性組分，并含有La203、BaO,以及作為OSC材料的CeO2-ZrO2-Y2O3以作為助催化劑組分，且含有La2O3-Al2O3以作為耐火性無機氧化物。此外，上層3b含有作為貴金屬的Pt以及Rh以作為催化劑活性組分，并含有作為OSC材料的Fe2O3-CeO2-ZrO2-La2O3以作為助催化劑組分，且含有La2O3-Al2O3以作為耐火性無機氧化物。以下，對本方式的廢氣凈化用催化劑所含有的各個構成要素進行說明。
[0039]【催化劑活性組分】
[0040]催化劑活性組分為，直接對用于凈化廢氣的化學反應(氧化還原反應)進行催化的組分。本方式的廢氣凈化用催化劑必須含有貴金屬以作為催化劑活性組分。
[0041]雖然對于作為催化劑活性組分而使用的貴金屬的種類沒有特別的限定，但優選為含有選自鉑(Pt)、鈀(Pd)以及銠(Rh