[发明专利]催化剂及废气净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂及废气净化方法，特别涉及净化废气中所含的氮氧化物(下面有时记作NOx)的催化剂。

背景技术

柴油机或汽油机等所排出的废气中包含作为有害物质的氮氧化物，成为对环境造成不良影响的原因。因此，至今为止对除去废气中的氮氧化物的催化剂进行了各种研究。

例如，对于柴油机的废气，可例举利用尿素SCR(选择性催化还原)催化剂或使用轻油的SCR催化剂(下面有时记作轻油SCR催化剂)来削减氮氧化物的方法。

首先对尿素SCR催化剂的机理进行说明：使废气中的NOx选择性地吸附于催化剂，对其喷雾尿素水溶液，通过还原作用将NOx分解成氮和水后排出(例如专利文献1)。利用该机理，NOx分解率高达9成左右，所以作为NOx分解用催化剂受到关注。但是，在汽车和船舶等中，存在必须将尿素水溶液与燃料(还原剂)分开装载而难以确保装载空间的问题。还存在喷雾尿素水溶液后会发生到净化NOx为止的响应延迟，NOx转化率不稳定的问题。

接着，对轻油SCR催化剂进行说明。该机理如下所述：作为第一阶段，使废气与氮氧化物氧化催化剂接触，将废气中所含的一氧化氮(下面有时记作NO)氧化成二氧化氮(下面有时记作NO₂)，接着添加烃(轻油等还原剂)，然后作为第二阶段，使该废气与选自金属铑和铑氧化物的氮氧化物还原催化剂接触，将氮氧化物还原成氮(例如专利文献2)。

之所以如上所述首先将废气中所含的NO氧化成NO₂，是因为与NO相比，NO₂在氮氧化物还原催化剂的还原作用中与作为还原剂的轻油等的选择反应性更好。因此，通过在氮氧化物的接触还原之前预先将NO氧化成NO₂，可提高废气中所含的NOx的除去率。

而且，如果是轻油SCR催化剂，则无需像尿素SCR催化剂那样装载尿素水溶液，并且也不会产生到净化NOx为止的响应延迟的问题，所以近年来趋向于使用轻油SCR催化剂。

但是，现有的轻油SCR催化剂的NOx净化率低，特别是使用轻油作为还原剂的情况下，在200℃～250℃的条件下，净化率最高也只能达到20％左右(专利文献2)。而且，即使增加还原剂(轻油)的量，在将NOx还原之前还原剂也会氧化燃烧而无法用于与NOx的反应，无法提高NOx的净化率。

专利文献1：日本专利特开2005-334681号说明书

专利文献2：日本专利第3791968号说明书

发明的揭示

因为最近对环境问题的高度关注，对于轻油SCR催化剂强烈期待其催化活性的提高。于是，本发明的目的在于提供与以往相比催化活性更好且NOx净化性能更高的催化剂以及使用该催化剂的废气净化方法。

要净化NOx，有效的是如上所述采用从NO到NO₂的氧化作用和从NO₂到N₂的还原作用这2步反应。于是，作为进一步提高NOx的净化率的方法，本发明人为了找出氧化作用活性高的催化剂和还原作用活性高的催化剂而进行了认真研究。

结果发现，如果将具有规定的平均粒径的铂粒子承载于载体，则NOx的氧化作用提高，此外，如果使用平均粒径更大的铂粒子，则还原作用提高。还发现，如果使废气和轻油一起首先通过具有氧化作用高的铂粒子的催化剂层，然后通过具有上述的还原作用高的铂粒子的催化剂层，则可获得与以往相比更高的NOx净化性能，从而想到了本发明。

即，本发明涉及一种催化剂，该催化剂是用于使废气中的氮化合物净化的催化剂，其特征在于，由第一催化剂层和第二催化剂层构成；所述第一催化剂层中，在由氧化物类陶瓷构成的载体上承载有铂粒子作为催化剂成分，该铂粒子的平均粒径为150～250nm，粒径分布中从小粒径侧算起累计分布20％的粒径D₂₀在100nm以上，且累计分布90％的粒径D₉₀在350nm以下；所述第二催化剂层中，在由氧化物类陶瓷构成的载体上承载有铂粒子作为催化剂成分，该铂粒子的平均粒径为300～500nm，粒径分布中从小粒径侧算起累计分布20％的粒径D₂₀在200nm以上，且累计分布90％的粒径D₉₀在700nm以下。