[发明专利]汽油发动机废气的净化用三元催化剂

说明书

本发明涉及：为包含贵金属成分的较廉价的三元催化剂、即使在高温下贵金属的烧结也被抑制、能净化一氧化碳(CO)、烃(HC)、氮氧化物(NOx)、特别是氮氧化物的净化优异的废气净化用催化剂；以及，废气净化方法。该废气净化用催化剂为一种汽油发动机废气的净化用三元催化剂，其特征在于，催化剂组合物在由蜂窝型结构体形成的载体上被覆盖为2层以上，上层中包含负载有Pd的耐热性无机氧化物、含La的氧化物，而且下层中包含负载有Rh的耐热性无机氧化物，对于La、Ce、Ba的各含量，相对于蜂窝型结构体中的单位体积，La含量以La₂O₃计为9.6～23g/L、Ce含量以CeO₂计为5～20g/L、且Ba含量以BaO计为1.2g/L以下。

技术领域

本发明涉及汽油发动机废气的净化用三元催化剂，涉及即使在自发动机启动后不久催化床的温度较低的期间内一氧化碳(CO)、烃(HC)、氮氧化物(NOx)的净化率也高的汽油发动机废气的净化用三元催化剂。

背景技术

为了净化包含自汽油车排出的HC、CO、NOx等的废气，使用有三元催化剂(TWC：Three Way Catalyst)。废气净化催化剂的TWC中，通常以如下方式设计：HC、CO、NOx等的浓度、和氧的浓度处于特定的范围(也称为窗口)时，发挥高的活性。氧浓度的变化的缓冲体现保持这样的窗口域的作用，有利于以高效率净化废气中的有害成分。

该废气中的HC、CO被铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等铂族金属所氧化。作为该催化剂成分的铂族金属以高分散负载于活性氧化铝等高表面积的耐热性无机氧化物上，并与其他催化剂材料一起形成催化剂组合物浆料，覆盖于蜂窝结构型载体上(参照专利文献1)。

作为氧化性的活性物种的Pt的活性特别高，即使发生中毒、颗粒生长，也发挥更高的净化性能。因此，被广泛用于自汽车等的内燃机排出的废气的净化用催化剂，但Pt从资源保护的观点、而且成本的方面出发，正在研究其用量的削减。

作为其用量的削减对策，研究了将Pt的至少一部分置换为Pd。Pt和Pd均是具有氧化功能的活性物种，但Pd随着由硫等导致的中毒、颗粒生长的活性的降低比Pt还明显。另外，Pd与Pt相比，与Rh组合使用时容易合金化。另外，在高温氧化气氛这种严苛条件下，有时由于颗粒生长而与助催化剂成分、废气中的中毒成分发生的不优选的相互作用从而导致性能降低。因此，Pd与以抑制中毒、烧结、颗粒生长、合金化为目的的成分一起使用(参照专利文献2、专利文献3)。

另外，来自汽车的废气包含各种反应性的成分，而且具有高热，因此，使废气净化催化剂成分烧结而容易产生中毒。对于废气净化催化剂，其净化活性的主要部分为贵金属，因此，抑制贵金属的中毒、烧结是重要的课题，研究了各种解决方法。

废气中的NO、NO₂等NOx为大气污染物质，且N₂O也为促进全球变暖的温室效应气体。因此，由各国政府机构执行了各种NOx的排出限制。

NOx的净化中，作为催化活性物种，使用有Rh，但Rh如果与Pd在同一组成中使用，则也为担心合金化的材料(参照专利文献2)。另外，如果将Rh与作为氧化性的活性物种的Pt、Pd一起在同一催化剂组成中使用，则也有会抵消氧化性能和还原性能的担心。因此，研究了Rh与Pt、Pd以分别不同的催化剂组合物的形式覆盖在蜂窝结构型载体上的方案。

废气净化催化剂中，除前述那样的活性物种之外，常使用选自下述物质的助催化剂成分：吸储释放氧的材料(以下，有时也称为储氧成分(OSC：Oxgen StorageComponent))、钡(Ba)成分、氧化锆、二氧化硅、氧化钛、氧化铝、沸石等无机氧化物。该OSC在废气中的氧浓度高时吸储氧、在废气中的氧浓度低时释放氧。通过氧的吸储释放而废气中的氧浓度的变化得到缓冲，可以调整至适于废气的净化的氧浓度(窗口域)。