内燃机废气净化用催化剂、其制备方法以及内燃机废气的净化方法技术

本发明专利技术提供不会导致发动机背压上升，可以有效净化柴油发动机等内燃机排放的气体中的颗粒物、ＳＯＦ、硫酸盐、ＳＯＯＴ等的催化剂。本发明专利技术还提供使用通道壁平均孔径为１０－４０μｍ的开放流动蜂窝体而成的内燃机废气净化用催化剂。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机废气净化用催化剂、其制法以及内燃机废气的净化方法。更详细地说，本专利技术涉及可捕获废气中含有的有害成分、特别是颗粒物(主要为可燃性碳微粒)并使其燃烧或分解降低的废气净化用催化剂、其制法以及内燃机废气的净化方法。
技术介绍
近年来，由内燃机排出的微粒物质(主要由固态碳微粒、硫酸盐等硫系微粒、以及液态乃至固态的高分子量烃微粒等构成)对人体产生负面影响，对其的排放规定正在变得严格，各领域都在试图降低其排放量。废气净化用催化剂领域也不例外。已知目前已开发的降低微粒物质(颗粒物(PM))的技术大致分为具有捕获颗粒物功能的催化剂和使用开放流动式氧化催化剂的方法。其中，具有捕获功能的催化剂技术中，所采用的载体大多为堇青石制的壁流式载体，为了进一步提高捕获效率，也有人提出使用碳化硅材料的颗粒物过滤器。该方法是用过滤器捕捉颗粒物，以抑制其排放，这对干烟灰(ドラィス-ツ)比例高的废气特别有效。但是，随着颗粒物积累到一定程度以上，反压力上升，使发动机负荷增加，可能引起发动机停止。特别是对于汽车废气，由于有各种运行状况，排气温度有很大不同，因此在全部运转区域内连续地进行颗粒物的捕获并使其燃烧是非常困难的。因此出现了目前的在低温区捕获，在高温区燃烧的方法；为了使催化剂再生而通过控制发动机或旁路、电加热等使排气温度上升的热处理方法。但是，在汽车内设置该热处理系统，这在成本和空间方面都不太现实。并且捕获的颗粒物全部一起燃烧，会导致过滤器内部的温度急剧上升，出现过滤器融化损坏等耐久性方面的问题。而氧化催化剂被认为是目前可靠性最高的技术，已经实际应用。氧化催化剂通常是在开放流动式的蜂窝体上涂布催化剂而构成，其功能是通过附着并净化颗粒物中的可溶性有机成分(以下称为SOF成分)来减少颗粒物，但问题是在SOF成分低的发动机中，相对地颗粒物的净化率低，并且在高温区，随着燃料中硫浓度的不同，可能因硫酸盐的排放而使颗粒物更难处理。另外，对于占颗粒物中相当部分的“黑烟”(以下称为SOOT)，催化剂对SOOT的捕获和燃烧功能低，因此有颗粒物减少率低的问题。特别是柴油发动机的废气温度比汽油车低很多，因此要求即使低温(最好为350℃以下)，可燃性碳微粒的燃烧仍然良好的催化剂。但是以前所报道的催化剂的状况是催化剂成分以微粒状态层状附载于三维结构体的气体接触部分，与捕捉到的可燃性碳微粒的接触效率差，催化活性物质无法发挥充分的燃烧性能。因此近年来，为提高对可燃性碳微粒的捕捉效果，提出了各种提案。例如，尝试使耐热性无机纤维附着于具有贯通孔的结构体的贯通孔内壁上，以此提高碳微粒的捕捉效果(日本特开昭59-142820号公报)、或尝试在具有贯通孔的陶瓷蜂窝状结构体的内壁上设置很多不规则排列状的突起以捕捉碳微粒(日本特开昭57-99314号公报)、或尝试将催化剂活性成分呈突起状地附载于具有气体过滤器功能的间隔壁的气体入口侧，改善与蓄积的碳微粒的接触效率，提高催化剂燃烧性能(日本特开平7-24740号公报)；还提出了一种载体使陶瓷粗大颗粒物附着于开放蜂窝体或旋塞蜂窝体上，或使壁面发泡，产生突起，然后进行干燥、烧结，以此提高对碳微粒的捕捉效果(日本特开昭58-14921号公报)。但是至今尚未有公开如本专利技术所公开的专利技术，即通过抑制通道壁上平均孔径为10-40μm的开放流动式蜂窝载体的孔的堵塞，使催化剂活性成分和/或耐热性无机物质呈突起状地附载于载体上，来改善与蓄积的碳微粒的接触效率，提高催化剂燃烧性能。另一方面，在日本特开平10-151348号公报中公开了含有二氧化铈和锆的开放流动式氧化催化剂。该氧化催化剂通过包含二氧化铈和氧化锆中至少一种氧化物的载体，以及将至少一种选自铜、铁和锰的金属氧化物附载于该载体，可以使颗粒物有效燃烧。另外还提出了将铂族元素等催化剂金属附载于过滤器，通过其氧化催化剂作用使蓄积的颗粒物氧化并燃烧除去的技术。另外，也可以考虑使到达催化剂过滤器的颗粒物与催化剂金属接触，同时使其燃烧。如果这种方法可行，由于可以连续地进行催化剂的再生，则可以无需进行如上所述的催化剂再生处理。但是，在颗粒物排放量多的情况下，特别是在低温区，催化剂的氧化功能赶不上，未燃尽的颗粒物会堆积在催化剂上。此时，由催化剂金属看，燃烧所需的氧被阻断，催化剂与颗粒物的接触也变差，因此催化剂难以氧化颗粒物。并且高温时难燃性干烟灰成分的堆积增多，仍然需要进行催化剂的再生处理。本专利技术鉴于上述问题而专利技术，其目的在于提供在不使用过滤器的形式而是使用开放流动式的情况下，也可以通过使废气流通来燃烧除去颗粒物的氧化催化剂。因此，本专利技术的目的在于提供新型的。本专利技术的另一目的在于提供可捕获废气中含有的有效成分、特别是颗粒物，使其燃烧或分解降低的废气净化用催化剂、其制备方法以及内燃机废气的净化方法。
技术实现思路
上述各目的通过下述(1)-(15)来实现。(1)内燃机废气净化用催化剂，该催化剂使用通道壁的平均孔径为10-40μm的开放流动蜂窝体而成。(2)上述(1)的催化剂，其中所述蜂窝体由催化剂活性成分涂布于开放流动蜂窝载体的通道壁上而构成。(3)上述(1)的催化剂，其中所述催化剂活性成分薄涂(wash coating)于所述开放流动蜂窝载体的通道壁上。(4)上述(1)-(3)中任一项的催化剂，其中所述蜂窝体的棱(rib)厚为0.05mm-0.50mm，且开孔率为60-90％。(5)上述(1)-(4)中任一项的催化剂，其中所述催化剂活性成分对所述载体的附载量为5-200g/升，且附载了所述催化剂活性成分后的催化剂通道壁的平均孔径为10-40μm。(6)内燃机废气净化用催化剂，该催化剂是在开放流动蜂窝载体上形成了抑制该载体的通道壁孔的堵塞的、由具有催化剂活性成分和/或耐火性无机物的粗颗粒状突起物构成的附着膜的催化剂，该催化剂的通道壁的平均孔径为10-40μm。(7)上述(6)的催化剂，其中所述粗颗粒状突起物由其中粒径超过40μm的颗粒物占80％质量以上、且粒径为300μm以上的颗粒物占5％质量以下的粗粒状物质形成。(8)上述(1)-(7)中任一项的催化剂，其中所述催化剂活性成分含有至少一种选自第IIIB-VB族第3周期、第IIIA-VIIA、VIII、IB-IVB族第4周期、第5周期、第6周期、碱金属、碱土金属和稀土金属的元素。(9)上述(6)-(7)中任一项的催化剂，其中用于形成所述粗颗粒状附着膜的耐火性无机物含有选自活性氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、二氧化硅-氧化铝、氧化铝-氧化锆、氧化铝-二氧化钛、二氧化硅-二氧化钛、二氧化硅-氧化锆、二氧化钛-氧化锆和沸石的至少一种物质。(10)上述(6)-(9)中任一项的内燃机废气净化用催化剂的制法，其特征在于将粗颗粒状物质与至少一种选自氧化铝溶胶、二氧化钛溶胶、氧化锆溶胶、二氧化硅溶胶、可溶性勃姆石和可溶性有机高分子化合物的分散剂一起制成水性淤浆，将该水性淤浆和催化剂活性成分薄涂于通道壁平均孔径为10-40μm的开放流动蜂窝体上。(11)上述(10)的方法，该方法是在薄涂所述水性淤浆之后再薄涂所述催化剂活性成分。(12)上述(10)的方法，该方法是与所述水性淤浆同时薄涂所述催化剂活性成分。(13)内燃机废气的净化方法，该方法是使内燃机废本文档来自技高网...

【技术保护点】
内燃机废气净化用催化剂，该催化剂使用通道壁的平均孔径为１０－４０μｍ的开放流动蜂窝体而成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松元武史，小林孝夫，中根卓司，宇野高弘，堀内真，
申请(专利权)人：株式会社ICT，国际催化剂技术公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]