日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 40(3): 117-129 (2023)
doi:10.20731/zeoraito.40.3.117

解説解説

ゼオライトの高耐熱化と自動車排ガス触媒への利用Development of Highly Durable Zeolites for Automotive Catalysts

1三井金属鉱業株式会社モビリティ事業本部触媒事業部Catalysts Division, Mobility Sector, Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. ◇ 〒362–0025 埼玉県上尾市上尾下1013–1

2三井金属鉱業株式会社事業創造本部Business Creation Sector, Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. ◇ 〒362–0021 埼玉県上尾市原市1333–2

3東京工業大学物質理工学院応用化学系Departoment of Chemical Science and Engineering, School of Materials and Chemical Technology, Tokyo Institute of Technology ◇ 〒152–8550 東京都目黒区大岡山2–12–1

4秋田大学大学院理工学研究科物質科学専攻Department of Materials Science, Graduate School of Engineering Science, Akita University ◇ 〒010–8502 秋田県秋田市手形学園町1–1

受理日:2023年5月23日Accepted: May 23, 2023
発行日:2023年7月15日Published: July 15, 2023
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ガソリン自動車に搭載される三元触媒は,排ガス規制の厳格化とともにその性能を確実に向上させてきた。しかしながら,エンジン始動直後は,触媒が活性化していないことから,性能向上の寄与は薄れ,大部分の排ガス成分は浄化されずに放出される。その中でも,光化学スモッグの主要因となる炭化水素化合物(HC)や窒素酸化物(NOx)は,その排出量が厳しく規制されていることから,始動直後の排出低減が,今後の触媒開発の重要な鍵となる。ゼオライトを有するHCトラップ触媒は,始動直後のHC低減に有効な触媒として注目され,2000年頃には実用化もされている。しかしながら,それらはシステム開発を主体とした実用化であり,既存システムへの適用を目的としたゼオライトの耐熱性向上や機能性向上という点には及んでいなかった。近年,筆者らはジルコニウムやリン修飾によってゼオライトの耐熱性が大きく向上することを見出し,得られた高耐熱性ゼオライトが既存システムにて効果を発現すること報告した。本解説では,高耐熱性ゼオライトのHCトラップ触媒としての性能を紹介し,NMRを中心とした解析結果から耐熱性と機能性発現のメカニズムについて説明する。

Low-temperature activity is an important requirement for automotive catalysts. In particular, most of the tailpipe emissions occur right after the engine starts. These cold emissions can be effectively reduced by using a trap material such as zeolite for hydrocarbon (HC) adsorption. However, using zeolite in automotive catalyst is largely limited due to its low durability under hydrothermal aging conditions. In most cases, zeolites need to be placed away from large thermal loads in order to take advantage of their adsorption abilities. In general, the thermal endurance of close-coupled catalysts for gasoline powered vehicles proceeds at about 1000°C in the presence of water. Under these conditions, the zeolite structure would be decomposed by the dissociation of aluminum from the zeolite frameworks. Through this study, we show that the hydrothermal durability of zeolite can be dramatically improved by chemical modification of zeolite with zirconium phosphate. This improvement strategy works well, especially for Beta-type zeolites with low silica-alumina ratio. We also found that this modified Beta zeolite worked well as HC trap material and showed an enormous reduction of cold HC emissions with Pd/Rh three-way catalyst (TWC).In the vehicle test evaluations with the close-coupled TWC+TWC and TWC+HC trap system as aged catalysts, advantages of this HC trap catalyst in cold emissions were observed. It is found that HC emission decrease by up to 43% when compared to those from the corresponding TWC+TWC system which does not have any zeolite. In this report, we introduce the performance of this highly durable zeolite and the discussions about mechanism for generating high durability based on nuclear magnetic resonance (NMR) analyses.

キーワード:排ガス浄化触媒;ゼオライト;高耐熱性;HC吸着触媒;冷間始動排ガス

Key words: automotive catalysts; zeolites; high durability; HC trap catalysts; cold start emissions

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