尾气净化用催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种尾气净化用催化剂。由覆盖所述活性氧化铝粒子的 ZrLa复合氧化物承载铑而形成的催化剂成份和由储氧材料承载铑而形成 的催化剂成份共同存在于载体上的催化剂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种尾气净化用催化剂。
技术介绍
尾气净化用催化剂采用了多种催化剂金属，对例如三效催化剂而言，因为需要同时对HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)以及NOx(氮氧化物)进行净化，所以很多情况下采用对HC和CO的氧化性能良好的铂和钯，对NOx的还原性能良好的铑。而且，作为这些催化剂金属的载体使用比表面积大的活性氧化铝、储氧材料。尤其是，因为活性氧化铝能够使所述催化剂金属成为高分散状态，所以活性氧化铝的用处很大。但已知在由活性氧化铝承载铑的情况下，若暴露于高温尾气中，铑便会固溶于活性氧化铝中而失活。特开2005-103410号公报中公开了用以抑制活性氧化铝失活的方法，即由锆覆盖活性氧化铝表面，再在该锆上承载铑。这样一来，不仅能够防止铑固溶于活性氧化铝中，还容易根据水蒸气转化反应生成氢，还可期待着该氢会有利于NOx的还原。
技术实现思路
本案专利技术人，对所述被锆覆盖的活性氧化铝所承载的铑的情况进行了详细的分析。结果得知当尾气的状态(A/F)从富氧状态变化为贫氧状态的时候，处于氧化状态的Rh很容易成为还原状态。但是这并不一定对尾气净化性起好作用。还知道了若抑制该铑从氧化状态变化为还原状态，尾气净化性会提高。于是，根据上述见解，本专利技术所设立的课题是，对承载所述铑的被锆覆盖的活性氧化铝进行改良，以获得更高的尾气净化性能。本专利技术，针对这样的课题，通过用含有镧的锆系列复合氧化物来代替被锆覆盖的活性氧化铝中的锆，使所述铑的氧化状态不发生很大的变化，以谋求提高催化剂对尾气的净化性能。下面，进行具体的说明。本专利技术，是一种催化剂金属、锆系列复合氧化物、活性氧化铝以及储氧材料含在载体(11a)上的催化剂层中的尾气净化用催化剂。作为所述催化剂金属至少含有铑。所述锆系列复合氧化物，是以锆为主要成份且含有镧的复合氧化物，亦即ZrLa复合氧化物。所述锆系列复合氧化物覆盖所述活性氧化铝粒子的至少一部分。所述铑由覆盖所述活性氧化铝粒子的锆系列复合氧化物承载，所述铑也由所述储氧材料承载。根据本专利技术所涉及的催化剂，尾气净化性能提高(特别是三效净化性能提高)。认为其理由有二。第一个理由是，即使气氛(尾气的A/F)从富氧状态变化为贫氧状态，覆盖活性氧化铝粒子的ZrLa复合氧化物上的铑，也不会被还原多少，而是保持为适当的氧化状态。之所以保持为适当的氧化状态，是因为若使ZrLa复合氧化物承载铑，则容易在该ZrLa复合氧化物和铑之间形成La-O-Rh键，所形成的该La-O-Rh键使得铑的氧化状态难以受到影响。换句话说，被认为该铑由于镧的作用而容易保持为氧化状态。结果是，根据本专利技术，即使成为贫氧状态，也能将ZrLa复合氧化物上的铑保持为被适当氧化的状态，正因为如此，对HC的氧化性能、对CO的氧化性能下降得就少，也就不会发生铑被还原对HC、CO的氧化不利这样的情况了。而且，因为即使成为贫氧状态，HC、CO也被氧化，所以NOx的还原也伴随着该氧化在进行，对NOx的还原净化有利。另一方面，因为氧被该储氧材料储存起来，所以不仅在贫氧状态下，就是在富氧状态下，储氧材料上的铑也基本上保持着被还原的状态，对NOx的还原具有积极作用。因此，根据本专利技术所涉及的催化剂，无论气氛是富氧气氛还是贫氧气氛，都能得到储氧材料上的被还原的铑和ZrLa复合氧化物上的被氧化的铑共存的状态，所以尾气净化性能提高。第二个理由是，ZrLa复合氧化物上的铑容易保持着氧化状态，便促进了当气氛从富氧状态变化为贫氧状态时氧从储氧材料中释放出来。换句话说，若气氛成为贫氧，则该尾气中的HC、CO的浓度提高，但即使是贫氧ZrLa复合氧化物上的铑也保持着氧化状态。因此，该铑对HC、CO的氧化有积极作用，结果是，氧原子被从铑中除去。然而，因为该ZrLa复合氧化物上的铑容易取得氧化状态，所以若与HC、CO进行氧化反应，ZrLa复合氧化物上的氧被取走，铑就会努力地从周围吸取新的氧原子。因此，被认为为了给该铑补偿上氧，氧便活跃地从储氧材料中释放出来。结果是，该催化剂显示出高活性，也就是说，将尾气中的HC、CO氧化净化的性能提高，同时该NOx也被有效地还原。最好是，由覆盖所述活性氧化铝粒子的锆系列复合氧化物承载的铑的量，在由覆盖所述活性氧化铝粒子的锆系列复合氧化物承载的铑的量与由所述储氧材料承载的铑的量之合计中所占的比率，以质量百分比计在40％以上且75％以下。在50％以上且70％以下就更好了。若ZrLa复合氧化物上的被氧化铑的量相对变少，则对HC、CO的氧化净化不利。相反，若ZrLa复合氧化物上的被氧化铑的量增多，则储氧材料上的被还原的铑的量相对减少，对NOx的还原净化不利。这样规定了上述比率范围后，便能够使氧化状态的铑与还原状态的铑以适当的量共存，从而能够高效地净化尾气。最好是，为了提高催化剂的起燃温度，所述ZrLa复合氧化物的ZrO2/La2O3的质量比在5/1以上，使所述ZrLa复合氧化物的ZrO2/La2O3的质量比在20/1左右就更好了。能够采用铈、CeZr复合氧化物、CeZrNd复合氧化物等作所述储氧材料。如上所述，根据本专利技术，因为使承载铑的ZrLa复合氧化物覆盖的活性氧化铝粒子和承载铑的储氧材料共同存在于催化剂层，所以即使尾气的A/F在富氧状态和贫氧状态之间变化，也能够保持着使氧化状态的铑和还原状态的铑共存的状态，这样便不仅有利于借助氧化反应和还原反应对尾气进行净化，还能够使储氧材料的氧储放性能提高，从而能够使尾气净化性能大幅度地提高。附图的简单说明附图说明图1是装上了本专利技术实施例所涉及的尾气净化用催化剂的汽车火花点火式发动机的概略构成图。图2是显示该尾气净化用催化剂的构造的立体图和部分放大图。图3是显示各种催化剂材料的起燃温度的曲线图。图4是显示各种催化剂材料的高温净化率的曲线图。图5是分析了ZrLaO/Al2O3上铑的承载比率对起燃温度所造成的影响的曲线图。图6是一曲线图，示出了利用XPS(X射线光电子能谱仪)分析得到的Rh/ZrLaO/Al2O3上的铑的3d电子结合能的结果。图7是一曲线图，示出了利用XPS分析得到的Rh/ZrO2/Al2O3上铑的3d电子结合能的结果。图8是一曲线图，示出了ZrLaO/Al2O3上铑的承载比率对OSC材料的氧释放性能的影响。图9是示出了测量氧释放量的测量装置的一部分的剖面图。图10是Rh/ZrLaO/Al2O3与Rh/OSC材料共存的催化剂的富氧状态和贫氧状态的示意图。具体实施例方式以下，参考附图，详细说明为了实施本专利技术的最佳实施例。图1是装有该实施例所涉及的作为尾气净化用催化剂的三效催化剂11的汽车火花点火式发动机1的概略构成图。该发动机1中具有多个气筒2(图中仅示出一个)。经由吸气通路3供来的空气与由燃料喷射阀4供来的燃料的混合气体，在燃烧室6内由点火塞7发出的火花点火进行爆发燃烧，该尾气通过排气通路8排出到大气中。该排气通路8中包括催化剂转换器10，该催化剂转换器10内收放有三效催化剂11。符号5是活塞。如图2所示，三效催化剂11是在堇青石制蜂窝状载体11a的尾气通路壁上形成有催化剂层11b的结构。该催化剂层11b中含有承载铑的被ZrLa复合氧化物覆盖的活性氧化铝粒子(Rh/ZrLaO/Al2O3)和承载铑的储氧材料(Rh/OSC材料)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尾气净化用催化剂，其特征在于：催化剂金属、锆系列复合氧化物、活性氧化铝以及储氧材料含在载体（１１ａ）上的催化剂层（１１ｂ）中，作为所述催化剂金属至少含有铑，所述锆系列复合氧化物覆盖所述活性氧化铝粒子的至少一部分，所述铑由覆盖所述活性氧化铝粒子的锆系列复合氧化物承载，所述铑也由所述储氧材料承载；所述锆系列复合氧化物，是以锆为主要成份且含有镧的复合氧化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川端久也，重津雅彦，赤峰真明，
申请(专利权)人：马自达汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP