[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汽车等的内燃机排出的废气的催化结构体、即废气处理用催化结构体。

背景技术

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，因此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、HC和NOx进行氧化还原的三元催化剂(Three way catalysts：TWC)。

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负载贵金属，将其负载在基材、例如耐火性陶瓷或能够形成金属制蜂窝结构的整装(monolith)型基材上或者负载在耐火性颗粒上而成的三元催化剂。

作为催化剂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负载贵金属，也难以确保充足的负载量。因此，为了使充足量的催化剂活性成分负载于基材的表面，进行有使贵金属负载于具有高比表面积的载体。

作为这种载体，以往以来已知由二氧化硅、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。而且，近年来，作为耐热性优异并且能够防止所负载的金属催化剂颗粒的烧结的载体，磷灰石型复合氧化物受到关注。

作为由磷灰石型复合氧化物构成的载体，例如专利文献1(日本特开平7-24323号公报)中公开了一种由磷灰石化合物构成的载体，其以通式M₁₀·(ZO₄)₆·X₂(M的一部分或全部为选自元素周期表的1B族和/或8族中的1种或2种以上的过渡金属，优选为选自铜、钴、镍和/或铁中的1种或2种以上的过渡金属，并且这些过渡金属含有0.5重量％～10重量％。Z表示3～7价的阳离子，X表示1～3价的阴离子)表示。

专利文献2(日本特开2007-144412号公报)中，作为在温度比较低的状态下也可实现废气的净化效果、在高温区域也可实现作为三元催化剂的净化性能的催化剂，公开了下述废气净化用催化剂，其由(La_a-xM_x)(Si_6-yN_y)O_27-z所表示的复合氧化物和固溶体化于或负载于该复合氧化物上的贵金属成分构成，低温活性高，且耐热性优异，可以得到稳定的废气净化性能。

专利文献3(日本特开2011-16124号公报)中公开了一种废气净化用催化剂，其由通式(A_a-w-xM_wM'_x)(Si_6-yN_y)O_27-z(式中，A为La和Pr中的至少一种元素的阳离子，M为Ba、Ca和Sr中的至少一种元素的阳离子，M'为Nd、Y、Al、Pr、Ce、Sr、Li和Ca中的至少一种元素的阳离子，N为Fe、Cu和Al中的至少一种元素的阳离子，6≤a≤10，0<w<5，0≤x<5，0<w+x≤5，0≤y≤3，0≤z≤3，A≠M'，A为La的阳离子的情况下x≠0)所表示的复合氧化物和固溶体化于或负载于该复合氧化物上的贵金属成分构成。

另外，以往提出了一种三元催化剂，其具备由两层或更多层构成的催化层。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4(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，上层为负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从单元孔通道侧的面穿过上层的净化催化层达到至下层的HC吸附层侧的面而向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吸附层穿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在穿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)。