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排气用吸附材料

阅读：69发布：2021-03-01

IPRDB可以提供排气用吸附材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且通过将含有Fe－ZSM5的基材、和添加材料混合来制作排气用吸附材料，所述Fe－ZSM5是对Si/Al2O3摩尔比为28即Si的摩尔数∶Al2O3的摩尔数＝28∶1的ZSM5进行Fe离子交换而得到的，所述添加材料含有Si/Al2O3摩尔比为250的Y型沸石、Si/Al2O3摩尔比为200的丝光沸石、Si/Al2O3摩尔比为400的β型沸石中的至少一种。这样地得到的排气用吸附材料，能够同时地高效率吸附烃和氮氧化物。，下面是排气用吸附材料专利的具体信息内容。

权利要求

1、一种排气用吸附材料，其特征在于，是将含有Fe-ZSM5的基材、和添加材料混合而成的，所述添加材料含有Y型沸石、丝光沸石、β型沸石中的至少一种。

2、根据权利要求1所述的排气用吸附材料，其特征在于，所述添加材料的混合比率为1重量％～20重量％。

3、根据权利要求1或2所述的排气用吸附材料，其特征在于，所述 Fe-ZSM5是对Si/Al2O3摩尔比为28的ZSM5进行Fe离子交换而成的。

说明书全文

技术领域

本发明涉及吸附从汽车等的发动机排出的排气中所含的一氧化碳 (Co)、烃(HC)、氮氧化物(NOx)等的排气用吸附材料的技术。

背景技术

以往人们知道通过将含有铂(Pt)、铑(Rh)等贵金属的催化剂担载于载体上，并使其与排气接触，从而分解排气中所含的一氧化碳、烃、氮氧化物等(以下称为“净化对象物质”)，对排气进行净化的排气净化装置。
近年来，汽车的排气限制有进一步强化的倾向，要求进一步提高排气净化装置的排气净化性能。作为提高排气净化性能的方法，可举出：将增大载体表面积、使贵金属粒子微细化(增大贵金属表面积)、使贵金属粒子在载体表面上均匀分散等有效地组合的方法。
特别是从提高汽车燃料利用率的观点考虑，近年的汽车的发动机具有进行在空燃比(A/F)大的稀薄侧的区域中使燃料燃烧的稀燃控制的倾向，整寻求稀燃时的排气中较多地含有的氮氧化物的净化性能优异的排气净化装置。
另外，对于排气净化装置，探求着提高在例如汽车发动机起动时等排气净化装置的温度未充分上升的阶段的排气净化性能。
这是由于在排气净化装置的温度未充分上升的阶段，催化剂的温度低 (200℃以下)，催化剂活性不充分，因此排气净化装置的排气净化性能降低。
作为结果，在使用以往的排气净化装置的场合，在发动机起动时等所排出的排气中，比通常时(催化剂有活性时)多地含有一氧化碳、烃、氮氧化物等净化对象物质。
作为解决这样的问题的方法，已知在专利文献1(日本特开2003-326137 号公报)、专利文献2(日本特开2004-978号公报)、专利文献3(日本特开平7-80315号公报)和专利文献4(日本特表2001-526586号公报)中所记载的技术。
专利文献1～专利文献4中所记载的技术，是通过使用具有吸附一氧化碳、烃、氮氧化物等净化对象物质的性质(以下称为“吸附能力”)的沸石构成担载排气净化装置的催化剂的载体，或在担载排气净化装置的催化剂的载体的表面形成含有沸石的涂层，从而在排气净化装置的温度未充分上升的阶段将净化对象物质暂时地吸附在沸石等上，在排气净化装置的温度充分上升了的时刻，利用催化剂分解净化对象物质的技术。
另外，作为解决上述问题的另一方法，是通过在发动机的排气路径中，在成为排气净化装置的上流侧(接近发动机的一侧)的位置配置在载体上涂布沸石而成的材料(吸附材料)，在排气净化装置的温度低的阶段，将净化对象物质暂时地吸附在沸石等上，防止净化对象物质不被排气净化装置分解就排放到外部的方法。
然而，上述专利文献1～专利文献4中所记载的技术和使用吸附材料的技术存在以下问题。
一般地，沸石是泛指在结晶中形成有微细的孔的铝硅酸盐、以及将该铝硅酸盐中的铝原子或硅原子的一部分置换成别的金属原子而成的物质。另外，起因于结晶结构、在结晶中形成的微细孔的尺寸、进行了置换的金属原子的种类等，存在具有分别不同的性质的各种的沸石，对排气中所含的净化对象物质的各个成分(一氧化碳、烃、氮氧化物等)的吸附能力也不同。因此，要求使用适合于净化对象物质的各个成分(一氧化碳、烃、氮氧化物等)的沸石作为吸附材料。
另外，一般地，排气中所含的净化对象物质中，不限于沸石系的吸附材料，对于以往的Pd/CeO2系、Pd/Co3O4系的吸附材料等，烃也具有使用于吸附一氧化碳、氮氧化物的吸附材料中毒(使吸附能力降低)的倾向。
因此，以往，使用于吸附烃的吸附材料和用于吸附一氧化碳、氮氧化物的吸附材料为非一体，在排气路径的上游侧配置用于吸附烃的吸附材料，在其下游侧配置用于吸附一氧化碳、氮氧化物的吸附材料。然而，在采用这样的构成的场合，若将这些吸附材料合并时，则作为整体占有较大的体积，存在小型化不容易的问题。
本发明是鉴于以上的状况，提供能够同时地高效率吸附净化对象物质的各个成分的排气用吸附材料的发明。

发明内容

本发明要解决的课题如以上所述，下面对用于解决该课题的手段进行说明。
即，本发明是一种排气用吸附材料，其是将含有Fe-ZSM5的基材、和添加材料混合而成的，所述添加材料含有Y型沸石、丝光沸石、β型沸石中的至少一种。
另外，本发明所述的排气用吸附材料，是上述添加材料的混合比率为 1重量％～20重量％的排气用吸附材料。
另外，本发明中的上述Fe-ZSM5，是对Si/Al2O3摩尔比为28的ZSM5 进行Fe离子交换而成的。
ZSM5、Y型沸石、丝光沸石、β型沸石均是沸石的一种。
沸石泛指在结晶中形成有微细孔的铝硅酸盐、以及将该铝硅酸盐中的铝原子或硅原子的一部分置换成别的金属原子而成的物质。
Fe-ZSM5泛指以ZSM5为起始材料，通过对其进行Fe离子交换而得到的物质。
Fe-ZSM5，优选为以Si/Al2O3摩尔比为28(Si的摩尔数：Al2O3的摩尔数＝28:1)的ZSM5为起始材料，通过对其进行Fe离子交换而得到的物质。这是因为在以Si的摩尔数少的ZSM5为起始材料的场合，通过Fe离子交换而进入Fe-ZSM5中的Fe的数量增多，吸附能力(特别是对氮氧化物的吸附能力)提高。
添加材料既可以含有Y型沸石、丝光沸石、β型沸石中的一种，也可以含有其中的多种。
当添加材料的混合比率不到1重量％时，对烃的吸附能力降低，因此添加材料的混合比率优选为1重量％以上。
当添加材料的混合比率超过20重量％时，基材的比率降低，对氮氧化物的吸附能力降低，因此添加材料的混合比率优选为20重量％以下。
在本发明中，能够同时地高效率吸附排气中所含的烃和氮氧化物。

附图说明

图1是表示使用本发明的排气用吸附材料的实施例的吸附实验的结果的图。

具体实施方式

以下，对作为本发明的排气用吸附材料的实施方式的实施例1～实施例 4、以及作为以往的排气用吸附材料的实施方式的比较例进行说明。
实施例1～实施例4以及比较例按以下步骤进行制造。
首先，作为基材，准备通过对Si/Al2O3摩尔比为28(Si的摩尔数：Al2O3 的摩尔数＝28：1)的ZSM5进行Fe离子交换而得到的Fe-ZSM5。
另外，作为添加材料，准备Si/Al2O3摩尔比为250的Y型沸石、Si/Al2O3 摩尔比为200的丝光沸石、Si/Al2O3摩尔比为400的β型沸石。
接着，通过将这些基材和添加材料适当地混合，来制造与实施例1～实施例4以及比较例相对应的沸石粉末。
与实施例1相对应的沸石粉末，是通过将上述Fe-ZSM5和上述Y型沸石混合而制作。与实施例1相对应的沸石粉末的重量为200g，与实施例 1相对应的沸石粉末中的添加材料的混合比率(＝添加材料/(基材+添加材料)×100)为1重量％。
与实施例2相对应的沸石粉末，是通过将上述Fe-ZSM5和上述Y型沸石混合而制作。与实施例2相对应的沸石粉末的重量为200g，与实施例 2相对应的沸石粉末中的添加材料的混合比率为5重量％。
与实施例3相对应的沸石粉末，是通过将上述Fe-ZSM5和上述丝光沸石混合而制作。与实施例3相对应的沸石粉末的重量为200g，与实施例 3相对应的沸石粉末中的添加材料的混合比率为5重量％。
与实施例4相对应的沸石粉末，是通过将上述Fe-ZSM5和上述β型沸石混合而制作。与实施例4相对应的沸石粉末的重量为200g，与实施例4 相对应的沸石粉末中的添加材料的混合比率为5重量％。
与比较例相对应的沸石粉末，只由上述Fe-ZSM5形成。与比较例相对应的沸石粉末的重量为200g。
接着，将得到的共5种的沸石粉末分别与硅溶胶以及纯水混合，制造与实施例1～4以及比较例相对应的浆液状的涂敷材料。此时，沸石粉末、硅溶胶和纯水的混合比(重量比)为沸石粉末：硅溶胶：纯水＝100：35： 90。
接着，将得到的共5种的涂敷材料分别涂布在体积约为1000cc的整体料的表面，通过将这些整体料在120℃干燥2小时，然后在500℃烧成2 小时，从而制造出实施例1～实施例4和比较例。
以下，对使用实施例1～实施例4和比较例的吸附实验的实验方法进行说明。
首先，准备搭载有排气量为2400cc的发动机的汽车，在该发动机的排气路径的中途部且催化剂转化器的上游侧(接近发动机的一侧)配置实施例1。
然后，起动该发动机并保持20秒钟。该期间检测从实施例1通过而排出的排气中所含的烃和氮氧化物的浓度。
接着，基于得到的排气中所含的烃和氮氧化物的浓度，算出实施例1 的烃和氮氧化物的吸附率(％)。
烃(氮氧化物)的吸附率(％)，使用：(A)基于在排气路径的中途部没有配置排气用吸附材料的状态下，在起动发动机后直到经过20秒钟的期间所排出的排气中所含有的除了甲烷以外的烃(氮氧化物)的浓度而算出的烃(氮氧化物)的重量、以及(B)基于在排气路径的中途部配置了实施例1的状态下，在起动发动机后直到经过20秒种的期间所排出的排气中所含有的除了甲烷以外的烃(氮氧化物)的浓度而算出的烃(氮氧化物)的重量，采用计算式{(A-B)/A}×100算出。
对实施例2～实施例4和比较例也进行与上述同样的实验，算出实施例 2～实施例4和比较例的烃和氮氧化物的吸附率(％)。
以下，用图1对上述吸附实验的结果进行说明。
实施例1～实施例4和比较例的氮氧化物的吸附率均为100％，实施例 1～实施例4和比较例，针对氮氧化物显示出优异的吸附性。
比较例中的氮氧化物的吸附率为100％，由此表明作为基材的Fe -ZSM5有助于获得针对氮氧化物的优异的吸附性。另外，实施例1～实施例4中的氮氧化物的吸附率为100％，由此显示出氮氧化物的吸附率不会由于将本实施例所涉及的添加材料和基材混合而降低。
比较例的烃的吸附率为96.8％，而实施例1～实施例4的烃的吸附率分别为98.7％、99.2％、99.0％、99.0％，实施例1～实施例4与比较例相比，针对烃显示出更优异的吸附性。
实施例1～实施例4与比较例的不同是有无添加材料，由此表明通过将本实施例所涉及的添加材料(Y型沸石、丝光沸石、β型沸石中的至少一种)与基材(Fe-ZSM5)混合，对烃的吸附性提高。
另外，使用气相色谱仪分析上述实验时排气中的烃的种类的结果，比较例中的排气中含有甲烷、乙烷和异辛烷，而实施例1～实施例4中的排气中含有甲烷和乙烷但不含有异辛烷。因此表明实施例1～实施例4针对分子量比乙烷大的烃显示出100％的吸附率。
如以上所述，实施例1～实施例4，是将含有Fe-ZSM5的基材、和含有Y型沸石、丝光沸石、β型沸石中的至少一种沸石的添加材料混合而成的排气用吸附材料。
通过这样地构成，能够同时地高效率吸附排气中所含的烃和氮氧化物。
特别是能够防止发动机起动时等的催化剂转化器的温度没有充分上升的阶段的烃和氮氧化物的向外部的放出，有助于排气的净化。
另外，不需要使用于吸附烃的吸附材料和用于吸附氮氧化物的吸附材料为非一体，因此也有助于排气用吸附材料的小型化。
另外，实施例1～实施例4，是使添加材料的混合比率为1重量％～20 重量％的例子。
通过这样地构成，可充分地确保对氮氧化物的吸附能力，同时能够提高对烃的吸附能力。
特别是有助于从进行稀燃控制的发动机排出的排气的净化。
另外，实施例1～实施例4中的上述Fe-ZSM5，是对Si/Al2O3摩尔比为28的ZSM5进行Fe-离子交换而成的。
通过这样地构成，Fe-ZSM5中所含的Fe增多，对烃和氮氧化物的吸附能力更加提高。
产业上的利用可能性
本发明，不限于从汽车等的发动机排出的排气，可广泛地适用于吸附气体中所含的烃(HC)和氮氧化物(NOx)从而从该气体中分离出来的用途。

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