[发明专利]废气处理用催化结构体

说明书

技术领域

本发明涉及可以用于净化从双轮或四轮汽车等的内燃机排出的废气的催化剂。

背景技术

(三元催化剂)

以汽油为燃料的汽车等的内燃机的废气中含有烃(THC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害成分。需要使用氧化还原反应同时净化各种有害成分并进行排气。例如需要使烃(THC)发生氧化而转化为水和二氧化碳，使一氧化碳(CO)发生氧化而转化为二氧化碳，使氮氧化物(NOx)发生还原而转化为氮，从而进行净化。

作为用于处理这种来自内燃机的废气的催化剂(以下称作“废气净化催化剂”)，使用可以对CO、THC和NOx进行氧化还原的三元催化剂(Three way catalysts：TWC)，该三元催化剂通常以转化器的形式安装在排气管的发动机与消音器的中间位置。

作为这种三元催化剂，已知例如在具有高表面积的氧化铝多孔质体等耐火性氧化物多孔质体中担载贵金属，将其担载在基材(例如耐火性陶瓷或能够形成金属制蜂窝结构的整装(monolith)型基材)上或者担载在耐火性颗粒上而成的三元催化剂。

(OSC材料)

对于废气净化用催化剂，要求在空燃比变动的条件下也始终发挥高净化性能。因此，通过使具有储放氧功能(OSC功能)的助催化剂(也称作“OSC材料”)与贵金属共存，来确保净化性能。

氧化铈等氧化物是其晶格的Ce离子的III价和IV价间发生可逆变化而具有储放氧能力的OSC材料。通过使这种OSC材料与贵金属共存，可以减缓废气的气氛变动，可以大幅提高净化率。

例如专利文献1(日本特开平5-277375号公报)中公开了一种催化剂，将含有活性氧化铝和镍化合物以及铈化合物、锆化合物的浆料涂布在载体上，进行干燥、烧制而得到洗涂载体，在该洗涂载体中担载贵金属成分，然后担载碱土金属成分。

(催化载体)

作为催化活性成分的贵金属与基材的结合力并不很强，因此即使想要在基材上直接担载贵金属，也难以确保充足的担载量。因此，为了使充足量的催化活性成分担载于基材的表面，进行有使贵金属担载于具有高比表面积的颗粒状催化载体。

作为这种催化载体，已知由例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛化合物等耐火性无机氧化物构成的多孔质体。其中，由γ相氧化铝和δ相氧化铝的混合物构成的活化氧化铝具有特别高的表面积，作为催化载体是优异的材料。

(双层结构)

作为三元催化剂，包括具备由两层或更多层构成的催化层的三元催化剂。

这是出于使各个催化层具有不同的功能、或者将混在同一层中时会使活性下降的成分分开等目的而使用的。

例如专利文献2(日本特开平2-56247号公报)中公开了一种低温HC捕获催化剂，其构成为，在蜂窝载体上具有上下两层催化层，下层为以沸石为主要成分的HC吸附层，上层为担载有催化金属的净化催化层。由此，流入载体单元孔通道内的废气通过上层的净化催化层，从单元孔通道侧的面直至下层的HC吸附层侧的面，并向HC吸附层扩散，其结果是，低温下废气中的HC被吸附在构成HC吸附层的沸石中。并且，如果催化剂的温度(更具体指HC吸附层的温度)随着废气温度的上升而上升至一定程度的高温(例如120℃～200℃)，则所吸附的HC会开始脱附，并从下层的HC吸附层出发通过上层的净化催化层至单元孔通道侧从而流出至载体单元孔通道外。并且，此时，HC在通过净化催化层时会因催化金属的催化作用而被氧化净化为水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)。

专利文献3(日本特开2004-298813号公报)中公开了一种层状催化剂，其具有由陶瓷或金属材料构成的载体、在该载体上形成的第一催化层、在该第一催化层上形成的第二催化层，其特征在于，上述第一催化层由含有在多孔质氧化铝中担载铂成分而成的铂担载氧化铝和储氧性氧化铈-氧化锆复合氧化物的复合陶瓷构成，上述第二催化层由复合陶瓷构成，该复合陶瓷含有：在低热劣化性氧化铈-氧化锆复合氧化物或多孔质氧化铝中担载铑成分而成的铑担载氧化铈-氧化锆复合氧化物和铑担载氧化铝中的至少一种、以及多孔质氧化铝和低热劣化性氧化铈-氧化锆复合氧化物中的至少一种。

(气体扩散性)

对于汽车的废气等来说，尤其在高速范围内存在因气体流速快而导致废气难以扩散至催化涂层的内部的课题。为了解决该课题，提出了如下的方案。