催化材料制造技术

本发明专利技术提供一种化学稳定的甲烷的净化性能优异的排气净化用催化剂。该催化材料(30)包含：由氧化铝构成的载体(32)；和直接载持于载体(32)的由钯和钯氧化物中的至少一种构成的催化剂(34)。载体(32)的比表面积优选为20m2/g以上90m2/g以下。在优选的一个方式中，在催化剂(34)与载体(32)的接合面上的催化剂(34)的结晶面中，Pd(100)和PdO(101)所占的比例为20个数％以上。个数％以上。个数％以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化材料


[0001]本专利技术涉及用于净化含有甲烷的排气的催化材料。本专利技术基于2019年3月29日提出的日本专利申请第2019－067927号主张优先权，将该申请的全部内容作为参照而引入本说明书中。

技术介绍

[0002]从汽车等车辆等的内燃机(发动机)排出的排气中含有烃(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害气体成分以及以碳为主要成分的颗粒状物质(Particulate Matter：PM)。限制这些有害气体和PM的排出量的排气规定正在逐年加强。因此，在内燃机及其周边技术中，进行着用于降低来自车辆等的有害气体和PM的排出量的研究。
[0003]因此，由于每单位距离的CO2排放量少，近年来利用以天然气为燃料的天然气内燃机的车辆(例如CNG车辆)受到关注。其中，从以汽油为燃料的汽油内燃机排出的HC是芳烃、烯烃、烷烃等容易在较低温度下燃烧的成分，而从天然气内燃机排出的HC，其大部分是化学稳定且在低温下不易分解的甲烷(CH4)。作为关于用于净化这样的天然气内燃机的排气所含的甲烷的催化剂的现有技术，例如可以列举专利文献1～5。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本专利申请公开第2002－336655号公报
[0007]专利文献2：日本专利申请公开第2002－263491号公报
[0008]专利文献3：日本专利申请公开第2001－190931号公报
[0009]专利文献4：日本专利申请公开第2008－246473号公报
[0010]专利文献5：日本专利申请公开第2014－091119号公报

技术实现思路

[0011]然而，排气净化用催化剂发挥功能是由于利用排气升温至催化剂被活化的温度。因此，在内燃机冷启动时，排出气体中的甲烷的净化困难，可能会有未被净化的甲烷排至大气中。以天然气为燃料的天然气内燃机虽然每单位距离的CO2排放量低，但排气中的HC的80质量％以上是甲烷，甲烷的全球变暖潜能值高达CO2的25倍，这成为严重的问题。
[0012]本专利技术是鉴于上述情况而完成的专利技术，其目的在于提供一种化学稳定的甲烷的净化性能优异的排气净化用催化剂。
[0013]根据本专利技术，提供一种用于净化甲烷的催化材料。该催化材料包含由氧化铝构成的载体和直接载持于上述载体的由钯和钯氧化物中的至少一种构成的催化剂。并且，上述载体的比表面积为20m2/g以上90m2/g以下。
[0014]根据上述构成，作为催化剂载体的氧化铝的比表面积限制在特定的范围内。对于这样的比表面积的氧化铝，能够使在其表面直接结晶生长并载持的钯和钯氧化物的结晶结构成为特定的结晶取向性高的结构。结果，能够降低作为催化剂的钯和钯氧化物的例如甲
烷50％净化温度，从而能够提高催化材料的甲烷的净化性能。
[0015]在本技术所提供的催化材料的优选的一个方式中，在上述催化剂与上述载体的接合面上的上述催化剂的结晶面中，Pd(100)和PdO(101)所占的比例为20个数％以上。根据这样的构成，能够更可靠地提高甲烷净化性能，因而优选。
[0016]在本技术所提供的催化材料的优选的一个方式中，在上述催化剂与上述载体的接合面上的上述载体的结晶面中，θ(001)、θ(111)和α(104)所占的比例为30个数％以上。根据这样的构成，能够提高接合面上的催化剂的Pd(100)和PdO(101)的比例，进而得到甲烷净化性能优异的催化材料，因而优选。
[0017]在本技术所提供的催化材料的优选的一个方式中，上述催化剂的平均粒径为20nm以下。根据这样的构成，能够提高单位质量催化剂与甲烷气体的接触效率，因而优选。另外，上述催化剂的平均粒径为10nm以下时，由于尺寸效应，能够进一步提高催化剂活性，因而优选。
[0018]在本技术所提供的催化材料的优选的一个方式中，上述催化剂在上述载体与上述催化剂的总量中所占的载持率为10质量％以下。在此公开的催化材料能够以更少的催化剂量发挥高的甲烷净化性能。因此，使催化剂的载持率为10质量％以下时，能够特别明显地发挥其效果，因而优选。
[0019]在本技术所提供的催化材料的优选的一个方式中，用于净化从以天然气为燃料的上述内燃机排出的排气。在内燃机以天然气为燃料时，排气所含的HC的80质量％以上是甲烷。本技术的排气净化用催化剂应用于这样的甲烷含有率高的排气的净化时，更适当地发挥上述的效果，因而优选。
[0020]如上所述，在此公开的催化材料的甲烷的净化性能优异，例如能够在更低的温度域内使气体中的甲烷的净化率达到50％以上。关于这样的特征，例如在应用于内燃机冷启动时或怠速停止控制时等较低温的排出气体所含的甲烷的净化时，也能够发挥其优点，因而优选。因此，该催化材料适合用作例如天然气(CNG)发动机、汽油发动机、柴油发动机等的排气净化用催化体的催化材料。另外，在内燃机是转速变动相对较大的车辆(除了发动机车辆以外，还包括具有驱动用电源的混合动力汽车或插电式混合动力汽车等)的内燃机时也适合使用。其中，特别优选用作排气所含的HC中甲烷所占的比例高的CNG发动机的排气净化用催化体的催化材料。
附图说明
[0021]图1是示意地表示一个实施方式所涉及的催化体的构成的部分截面图。
[0022]图2是表示一个实施方式所涉及的排气净化系统的构成的示意图。
[0023]图3A是示意地表示一个实施方式所涉及的排气净化用催化剂的立体图。
[0024]图3B是示意地表示一个实施方式所涉及的排气净化用催化剂的催化剂层的构成的部分截面图。
[0025]图4是表示关于各例的催化体的、催化剂/载体界面上的钯的特定结晶面的比例与甲烷50％净化温度的关系的图。
[0026]图5是表示关于各例的催化体的、钯的平均粒径与甲烷50％净化温度的关系的图。
[0027]图6是表示关于各例的催化体的、催化剂/载体界面上的钯的特定结晶面的比例与
氧化铝的特定结晶面的比例的关系的图。
[0028]图7是表示在各例的催化体中钯的平均粒径和氧化铝的特定结晶面的比例与氧化铝的比表面积的关系的图。
[0029]图8是表示各例的催化体的钯载持率与甲烷50％净化温度的关系的图。
具体实施方式
[0030]以下，参照附图对本专利技术的优选实施方式进行说明。另外，在本说明书中特别提及的事项以外的实施本专利技术所必须的事宜，可以基于该领域的现有技术理解为本领域技术人员的设计事项。本专利技术可以基于本说明书所公开的内容和本领域的技术常识实施。另外，在以下的附图中，对实现相同作用的部件和部位标注相同的符号，有时省略或简化重复的说明。各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)不一定反映实际的尺寸关系。其中，在本说明书中，表示数值范围的表述“A～B”指“A以上B以下”。
[0031]图1是表示一个实施方式所涉及的催化材料30的构成的截面示意图。在此公开的催化材料30是用于净化甲烷的催化材料。催化材料3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种催化材料，其用于甲烷的净化，该催化材料的特征在于，包含：由氧化铝构成的载体；和直接载持于所述载体的由钯和钯氧化物中的至少一种构成的催化剂，所述载体的比表面积为20m2/g以上90m2/g以下。2.如权利要求1所述的催化材料，其特征在于：在所述催化剂与所述载体的接合面上的所述催化剂的结晶面中，Pd(100)和PdO(101)所占的比例为20个数％以上。3.如权利要求1或2所述的催化材料，其特征在于：在所述催化剂与所述载体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田直人，M，
申请(专利权)人：国立大学法人东海国立大学机构，
类型：发明
国别省市：