(57)【要約】【課題】低温活性に優れると共にＮ２Ｏの副生成を抑制することのできる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジン１は、生成された排気ガスが流通する排気管２を備えている。排気管２には、高温活性触媒３と、これよりも下流側に設けられた低温活性触媒４とが設けられている。高温活性触媒３は、担体Ａｌ２Ｏ３にＡｇを担持した触媒であり、低温活性触媒４は、Ａｌ２Ｏ３にＴｉＯ２を混合した担体にＰｔを担持した触媒である。尚、低温活性触媒４の担体には、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２の他に、不可避的不純物のみが含まれている。【選択図】図１
2011104498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に含まれるＨ２を還元剤としてＮＯｘを還元する排気ガス浄化装置であって、
担体と、
該担体に担持されたＰｔと
からなる触媒を備え、
前記担体は、
Ａｌ２Ｏ３と、
ＴｉＯ２及びＺｒＯ２の少なくとも一方と、
不可避的不純物と
からなる排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記担体は、Ａｌ２Ｏ３と、ＴｉＯ２と、不可避的不純物とからなる、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記担体は、Ａｌ２Ｏ３を１０〜９０質量％含む、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記担体は、Ａｌ２Ｏ３を３０〜７０質量％含む、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記触媒よりも上流側に、該触媒よりも活性温度の高い高温活性触媒を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記高温活性触媒はＡｇ及びＡｌ２Ｏ３を含む、請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）は、水素（Ｈ２）を還元剤として用いることで、酸素共存下、低温であっても効率良く還元浄化できる。還元触媒としては白金（Ｐｔ） がもっともよく知られており、１００℃程度の低温でもＮＯｘを効率よく還元することができるが、活性温度域が極端に狭く、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ) を副生成するといった問題が指摘されている。特許文献１では、活性温度域の狭さを改善するために、活性温度域の異なる２種の触媒を組み合わせる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３２８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、ＮＯｘ還元温度域の拡張だけに留まり、同時にＮ２Ｏの副生成を抑制することはできないといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、低温活性に優れると共にＮ２Ｏの副生成を抑制することのできる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、排気ガス中に含まれるＨ２を還元剤としてＮＯｘを還元する排気ガス浄化装置であって、担体と、担体に担持された白金（Ｐｔ）とからなる触媒を備え、担体は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、チタニア（ＴｉＯ２）及びジルコニア（ＺｒＯ２）の少なくとも一方と、不可避的不純物とからなる。
担体は、Ａｌ２Ｏ３と、ＴｉＯ２と、不可避的不純物とから構成されてもよい。
担体は、Ａｌ２Ｏ３を１０〜９０質量％含んでもよい。
担体は、Ａｌ２Ｏ３を３０〜７０質量％含んでもよい。
触媒よりも上流側に、該触媒よりも活性温度の高い高温活性触媒を備えてもよい。
高温活性触媒は銀（Ａｇ）及びＡｌ２Ｏ３を含んでもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、Ｈ２を還元剤としてＮＯｘを還元する触媒が、Ａｌ２Ｏ３と、ＴｉＯ２及びＺｒＯ２の少なくとも一方と、不可避的不純物とからなる担体と、この担体に担持されたＰｔとを含むことにより、触媒が低温活性に優れると共にＮ２Ｏの副生成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の構成模式図である。
【図２】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の高温活性触媒及び低温活性触媒の、温度とＮＯｘ転化率との関係を示すグラフである。
【図３】各種触媒の温度と窒素（Ｎ２）生成率との関係を示すグラフである。
【図４】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の低温活性触媒において、担体中のＡｌ２Ｏ３含有率と各種触媒性能との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の排気ガス浄化装置の構成を図１に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１は、生成された排気ガスが流通する排気管２を備えている。排気管２には、高温活性触媒３と、これよりも下流側に設けられた低温活性触媒４とが設けられている。高温活性触媒３は、担体Ａｌ２Ｏ３にＡｇを担持した触媒であり、低温活性触媒４は、Ａｌ２Ｏ３にＴｉＯ２を混合した担体にＰｔを担持した触媒である。尚、低温活性触媒４の担体には、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２の他に、不可避的不純物のみが含まれている。図２に示されるように、高温活性触媒３は、２００℃以上の高温でＮＯｘの還元反応が起こり、低温活性触媒４は、１００℃〜２００℃の低温の範囲で、ＮＯｘの還元反応が起こる。また、ディーゼルエンジン１においては、燃料である軽油を、公知の技術で改質してＨ２を生成し、このＨ２を、図１に図示しない水素供給装置により、排気ガス中に還元剤として導入している。
【００１０】
次に、この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１が起動した直後は、一般的に、排気管２を流通する排気ガスの温度が低い。排気ガスの温度が上昇して１００℃〜２００℃の範囲に達すると、高温活性触媒３ではほとんど何の反応も起こらないが、低温活性触媒４において、Ｈ２の存在下、排気ガス中のＮＯｘの還元反応が起こる。後述するように、この低温活性触媒４は、Ｎ２Ｏの副生成が抑制されているので、この排気ガス浄化装置によって浄化された排気ガス中のＮ２Ｏの濃度を低く抑えることができる。
【００１１】
ディーゼルエンジン１の稼働が継続し、ディーゼルエンジン１が暖機されて、排気ガス温度が２００℃以上に上昇すると、高温活性触媒３においてＮＯｘの還元反応が起こるようになり、低温活性触媒４ではほとんどＮＯｘの還元反応が起こらなくなる。この高温活性触媒３は、Ｎ２Ｏの副生成がないことが知られているので、この排気ガス浄化装置によって浄化された排気ガス中のＮ２Ｏの濃度を低く抑えることができる。
【００１２】
次に、この実施の形態に係る排気ガス浄化装置がＮ２Ｏの副生成を抑制することについて説明する。
図３に、Ｐｔを担持する担体の成分を変更した触媒について、温度とＮ２生成率との関係を示す。この実施の形態の低温活性触媒４として使用した、Ａｌ２Ｏ３にＴｉＯ２を混合した担体にＰｔを担持した触媒（以下、「触媒Ｉ」と称する）は、１００℃〜２００℃の範囲において、Ａｌ２Ｏ３からなる担体にＰｔを担持した触媒（以下、「触媒ＩＩＩ」と称する）に比べて、Ｎ２生成率が大きくなった。ＮＯｘの還元反応において、生成される物質は主に、Ｎ２及びＮ２Ｏであることから、Ｎ２生成率が大きいということは、すなわちＮ２Ｏの生成が抑制されていることを意味している。従って、触媒Ｉを使用することにより、低温活性に優れると共にＮ２Ｏの副生成を抑制することのできる排気ガス浄化装置が実現される。
【００１３】
図３には、触媒Ｉ及び触媒ＩＩＩに加え、Ａｌ２Ｏ３にＺｒＯ２を混合した担体にＰｔを担持した触媒（以下、「触媒ＩＩ」と称する）についても、温度とＮ２生成率との関係を示している。尚、触媒Ｉ及びＩＩにおいて、担体中のＡｌ２Ｏ３含有量は同じ条件にしている。触媒ＩＩは、触媒Ｉに比べればＮ２生成率が劣るものの、触媒ＩＩＩに比べればＮ２生成率が大きい。このことから、触媒ＩＩを使用しても、低温活性に優れると共にＮ２Ｏの副生成を抑制することのできる排気ガス浄化装置が実現されると言える。図３には示されていないが、Ａｌ２Ｏ３にＴｉＯ２及びＺｒＯ２の両方を混合した担体にＰｔを担持した触媒は、温度とＮ２生成率との関係が触媒Ｉと触媒ＩＩとの間になる。ＺｒＯ２よりもＴｉＯ２の割合が大きくなれば触媒Ｉに近づき、ＴｉＯ２よりもＺｒＯ２の割合が大きくなれば触媒ＩＩに近づく。従って、Ａｌ２Ｏ３にＴｉＯ２及びＺｒＯ２の少なくとも一方を混合した担体にＰｔを担持した触媒を使用することにより、低温活性に優れると共にＮ２Ｏの副生成を抑制することのできる排気ガス浄化装置が実現される。また、触媒Ｉは触媒ＩＩに比べ特に１００℃前後におけるＮ２生成率が大きく、触媒Ｉが最適な触媒であることが分かる。
【００１４】
Ａｌ２Ｏ３にＴｉＯ２またはＺｒＯ２を混合することにより、Ｎ２Ｏの副生成を抑制できる理由としては、ＴｉＯ２及びＺｒＯ２の比表面積及び酸性度（等電点）が起因しているものと考えられる。Ａｌ２Ｏ３と、ＴｉＯ２及びＺｒＯ２と、その他の化合物、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とについて、化学便覧等から得られる比表面積及び等電点を、表１に示す。
【００１５】
【表１】
2011104498.tif 000003
【００１６】
表１によると、ＴｉＯ２及びＺｒＯ２は、その他の４つの化合物に比して、比表面積が大きいと共に酸性が強い（等電点が低い）。図３には図示していないが、これら４つの化合物については、Ｎ２生成率が触媒ＩＩＩと同等もしくは低くなっている。従って、ＴｉＯ２及びＺｒＯ２は比表面積が大きいと共に酸性が強い（等電点が低い）ことからＮ２Ｏの副生成を抑制できるのだと推測される。
【００１７】
図４には、触媒Ｉにおいて、担体中のＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２との比率（担体中のＡｌ２Ｏ３含有量をデータとして使用）と、触媒ＩのＮＯｘ転化率、Ｎ２生成率、Ｎ２選択性との関係を示す。尚、図４は、温度１２５℃の条件下で測定した結果である。担体中のＡｌ２Ｏ３またはＴｉＯ２のいずれかの含有量が多い場合、すなわち、図４において、Ａｌ２Ｏ３含有量が９０〜１００質量％の場合または０〜１０質量％の場合は、Ａｌ２Ｏ３含有量が１０〜９０質量％の場合に比べて、Ｎ２選択性が低下している。これは、Ｎ２Ｏの副生成が上昇していることを意味しており、担体中のＡｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２の比率がどちらか一方に偏りすぎると、Ｎ２Ｏの副生成が上昇することになる。従って、担体中のＡｌ２Ｏ３含有量は、１０〜９０質量％が好ましく、３０〜７０質量％がさらに好ましい。尚、図４には示されていないが、ＺｒＯ２についてもほぼ同様の結果が得られる。
【００１８】
このように、低温活性触媒４を用いることにより、１００℃〜２００℃の範囲でＮＯｘの還元反応が生じるようになるので、この実施の形態に係る排気ガス浄化装置は、低温活性に優れ、また、低温活性触媒４は、Ｎ２Ｏの副生成を抑制するので、この実施の形態に係る排気ガス浄化装置は、Ｎ２Ｏの副生成を抑制することができる。
また、低温活性触媒４よりも上流側に、低温活性触媒４よりも高温で触媒活性を示すと共にＮ２Ｏを副生成しない高温活性触媒３（担体Ａｌ２Ｏ３にＡｇを担持したもの）を設けることにより、排気ガス温度が２００℃以上の高温になったとしても、ＮＯｘを還元浄化することができる。
【００１９】
この実施の形態に係る排気ガス浄化装置は、高温活性触媒３及び低温活性触媒４を備えていたが、この形態に限定するものではない。低温活性触媒４のみを備えた形態であってもよい。また、高温活性触媒３と低温活性触媒４との間、または、高温活性触媒３よりも上流側に、活性温度の異なる触媒をさらに設けてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
３  高温活性触媒、４  低温活性触媒（触媒）。
【図１】
2011104498.tif 000004
【図２】
2011104498.tif 000005
【図３】
2011104498.tif 000006
【図４】
2011104498.tif 000007