Катализатор для очистки выхлопных газов, способ регенерации такого катализатора, а также устройство и способ очистки выхлопных газов при использовании данного катализатора

Катализатор для очистки выхлопных газов, способ регенерации такого катализатора, а также устройство и способ очистки выхлопных газов при использовании данного катализатора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Данное изобретение относится к катализатору для очистки выхлопных газов, способу регенерации такого катализатора, а также к устройству и способу очистки выхлопных газов при использовании данного катализатора.

Уровень техники, предшествующий данному изобретению

Катализаторы для очистки выхлопных газов обычно используются для удаления вредных компонентов, таких как газообразные углеводороды (HC), монооксид углерода (CO) и оксиды азота (NO_x), в выхлопных газах автомобильных двигателей. В качестве таких катализаторов для очистки выхлопных газов известны трёхкомпонентные катализаторы, которые одновременно очищают выхлопные газы, образованные сгоранием при теоретическом соотношении воздух-топливо, от HC, CO и NO_x и обычно содержат: подложку (несущую подложку), изготовленную из кордиерита, металлической фольги или т.п. и сформированную в виде сотовой структуры; носитель (слой, закрепленный катализатор), изготовленный из активного порошка оксида алюминия, порошка диоксида кремния или т.п. и сформированный на поверхности основы; и компонент катализатора из благородного металла, такого как платина, закрепленный на носителе.

Например, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № Хэйсэй 5-317652 (Документ 1) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, изготовленный нанесением оксида щелочноземельного металла и платины на носитель, сформованный из пористого материала. Кроме того, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № Хэйсэй 6-99069 (Документ 2) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, содержащий несущую подложку и слой компонента катализатора, изготовленный закреплением на поверхности несущей подложки компонентов катализатора, включающих от 1 г до 20 палладия, от 50 г до 250 г оксида алюминия, от 10 г до 150 г оксида церия и от 8 г до 50 г оксида бария на литр объема опорной основы. В дополнение к этому публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № Хэйсэй 10-174866 (Документ 3) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, содержащий слой первого катализатора, образованный закреплением по меньшей мере палладия на первом пористом носителе, и слой второго катализатора, сформированный на поверхности слоя первого катализатора закреплением по меньшей мере родия на втором пористом носителе, в котором масса палладия, закрепленного в первом слое катализатора, на единицу массы первого пористого носителя, больше массы родия, закрепленного во втором слое катализатора, на единицу массы второго пористого носителя.

Однако, когда катализаторы для очистки выхлопных газов, описанные в Документах с 1 по 3, подвергаются воздействию выхлопных газов при высокой температуре (особенно 800°C или выше), возникает проблема, связанная со снижением каталитической активности, которое обусловлено тем, что частицы благородного металла, обладающего каталитической активностью, такого как платина, родий или палладий, закрепленные на носителе, агрегируются и затем спекаются (происходит рост частиц), вследствие чего уменьшается их удельная поверхность.

Кроме того, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2004-41866 (Документ 4) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, содержащий сложный оксид со структурой перовскита специфической формулы, данный сложный оксид включает: по меньшей мере один элемент, выбранный из редкоземельных элементов, который непременно содержит редкоземельный элемент и не содержит редкоземельного элемента, который может иметь валентность меньше 3; по меньшей мере один элемент, выбранный из A1 и переходных элементов, исключая кобальт, палладий и редкоземельные элементы; и палладий. Однако в катализаторе для очистки выхлопных газов, описанном в Документе 4, благородный металл образует твердый раствор в структуре перовскита и стабилен в состоянии окисления, и в связи с этим возникает проблема, связанная с тем, что затруднено функционирование благородного металла, содержащегося в данной структуре, в качестве активных мест катализатора, так что каталитическая активность недостаточно высока.

Помимо этого, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2003-220336 (Документ 5) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, включающий носитель, который содержит оксид церия, и металлический катализатор, включающий переходный металл и благородный металл и закрепленный по меньшей мере на оксиде церия, в данном катализаторе соотношение между атомным отношением переходного металла и церия и атомным отношением переходного металла и благородного металла находится в заданном интервале. Однако катализатор для очистки выхлопных газов, описанный в Документе 5, недостаточно совершенен в восстановлении его каталитической активности повторным диспергированием благородного металла посредством процесса регенерации.

В добавление к этому, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2005-270882 (Документ 6) раскрывает катализатор, изготовленный посредством закрепления одного вида или же двух или более видов частиц металлического катализатора, включающих один вид или же два вида или более переходных металлов или оксидов переходных металлов с атомным числом от 10 до 50000 на пористом носителе, включающем оксид одного вида или же двух или более видов из оксидов церия, церия-циркония, церия-циркония-иттрия и церия-лантана-циркония. Кроме того, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2002-79053 (Документ 7) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, изготовленный нанесением на огнестойкую трехмерную структуру покрытия из каталитического активного компонента, содержащего композицию оксида циркония, которая содержит благородный металл по меньшей мере одного вида, огнестойкий неорганический оксид, церий и лантан и обладает монолитной структурой оксида циркония, обладающей тетрагональной кристаллографической структурой. Далее, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2004-141833 (Документ 8) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, в котором благородный металл закреплен на частицах оксида металла, содержащих оксид церия и диоксид циркония, и данные частицы оксида металла имеют центральную часть, содержащую больше оксида церия, чем диоксида циркония, и поверхностный слой, содержащий больше диоксида циркония, чем оксида церия. В дополнение к этому, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2004-243177 (Документ 9) раскрывает катализатор для очистки выхлопных газов, в котором благородный металл закреплен на частицах сложного оксида, содержащих по меньшей мере CeO₂ и ZrO₂ в каждой частице, который удовлетворяет соотношению 0,5≤C_Zr/C_Ce≤1,5, если C_Ce представляет собой содержание в % по массе CeO₂ в порошке сложного оксида, C_Zr представляет собой содержание в % по массе ZrO₂ в порошке сложного оксида, и в котором благородный металл закрепляется на частицах порошка сложного оксида при использовании водного раствора соли благородного металла с величиной pH меньше величины pH суспензии, образованной погружением порошка сложного оксида в чистую воду.

Однако в катализаторе, описанном в Документе 6, вследствие того, что благородный металл закрепляется в виде кластеров, чтобы тем самым попытаться обеспечить термическую стабилизацию частиц благородного металла, имеет место проблема, заключающаяся в том, что, если используется благородный металл, устойчивый к повышенным температурам, каталитическая активность на единичное количество благородного металла снижается. Кроме того, в катализаторе для очистки выхлопных газов, описанном в Документе 7, число мест закрепления благородного металла недостаточно, вследствие чего возникает проблема, связанная с ростом зерен благородного металла и снижением каталитической активности. Более того, поскольку катализаторы для очистки выхлопных газов, описанные в Документах 8 и 9, имеют неравномерное содержание церия и циркония внутри частиц носителя, термостойкость их низкая, и поэтому они обладают недостаточной устойчивостью к росту частиц благородного металла. К тому же в катализаторах для очистки выхлопных газов, описанных в Документах с 6 по 9, каталитическая активность на единичное количество благородного металла после использования в течение длительного периода времени недостаточно высокая, и достаточная каталитическая активность не восстанавливается посредством процесса регенерации.

С другой стороны, для разрешения проблемы со снижением каталитической активности вследствие спекания, как описано выше, разработаны различные способы регенерации катализаторов для очистки выхлопных газов, в которых происходит рост зерен в частицах благородного металла. Например, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № Хэйсэй 7-75737 (Документ 10) раскрывает способ регенерации катализатора для очистки выхлопных газов, изготовленного посредством закрепления благородного металла в качестве активного компонента в неорганической пористой матрице, который включает воздействие галогена на катализатор, чтобы образовать галогенид благородного металла на данной матрице, с последующим удалением галогена из галогенида. Однако в способе регенерации катализатора для очистки выхлопных газов, в котором галогеном воздействуют на катализатор, как описано в Документе 10, регенерация катализатора крайне затруднена в состоянии, в котором катализатор установлен в системе выпуска двигателя внутреннего сгорания, и имеет место предел сокращению времени, требующемуся для процесса регенерации посредством повторного диспергирования благородного металла с возросшим размером зерен, чтобы восстановить каталитическую активность.

Кроме того, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2000-202309 (Документ 11) раскрывает способ, в котором катализатор для очистки выхлопных газов, включающий носитель, который содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из оксидов щелочноземельных металлов и оксидов редкоземельных металлов, и платину, закрепленную на носителе, подвергается окислительной обработке, после чего катализатор подвергается восстановительной обработке. Однако даже способ, описанный в Документе 11, является неудовлетворительным с точки зрения сокращения времени и снижения температуры, требующихся для процесса регенерации посредством повторного диспергирования частиц платины с возросшим размером зерен, чтобы восстановить каталитическую активность.

Описание изобретения

Данное изобретение сделано, принимая во внимание рассмотренные выше проблемы обычных технологий. Целью данного изобретения является предоставление катализатора для очистки выхлопных газов, в котором может в достаточной степени сдерживаться агрегирование частиц благородного металла, чтобы в значительной степени предотвратить рост зерен благородного металла, даже если он подвергается воздействию выхлопных газов при высокой температуре в течение длительного периода времени, посредством чего данный катализатор обеспечивает возможность достаточного сдерживания снижения каталитической активности и возможность повторного диспергирования частиц благородного металла за короткое время, чтобы простым образом восстановить каталитическую активность, когда происходит рост зерен при использовании катализатора, даже если частицы благородного металла находятся в области со сравнительно низкой температурой, а также обеспечивается возможность регенерации катализатора простым образом даже в состоянии, в котором он установлен в системе выпуска двигателя внутреннего сгорания, предоставление способа регенерации данного катализатора для очистки выхлопных газов, а также устройства для очистки выхлопных газов и способа очистки выхлопных газов при использовании данного катализатора для очистки выхлопных газов.

Авторы данного изобретения провели тщательные исследования для достижения вышеуказанной цели. В результате, авторы нашли, что рост зерен благородного металла может существенным образом сдерживаться в течение длительного периода времени посредством специфического катализатора, имеющего поверхностный оксидный слой, образованный соединением благородного металла с катионом носителя через атом кислорода на поверхности носителя, чтобы обеспечить достаточное сдерживание снижения каталитической активности. Кроме того, они нашли, что катализатор может быть эффективным образом регенерирован посредством того, что этот катализатор для очистки выхлопных газов подвергают окислительной и восстановительной обработкам, даже если катализатор используется в течение длительного периода времени, и имеет место рост зерен благородного металла, расширяя этим аспектом данное изобретение.

Катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению является катализатором для очистки выхлопных газов, в котором благородный металл закреплен на носителе из оксида металла, при этом

в окислительной атмосфере благородный металл находится на поверхности носителя в состоянии высокой степени окисления, и данный благородный металл связывается с катионом носителя через атом кислорода на поверхности носителя, чтобы образовать поверхностный оксидный слой, и

в восстановительной атмосфере благородный металл находится на поверхности носителя в металлическом состоянии, и количество благородного металла, открытого на поверхности носителя, измеренное хемосорбцией CO, составляет 10 ат.% или более от общего количества благородного металла, закрепленного на носителе.

В катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению благородный металл является предпочтительно по меньшей мере одним элементом, выбранным из группы, состоящей из платины, палладия и родия.

Кроме того, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению величина энергии связи орбитали 1s атома кислорода в носителе предпочтительно составляет 531 эВ или менее.

В дополнение к этому, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению электроотрицательность по меньшей мере одного катиона среди катионов в носителе предпочтительно меньше электроотрицательности циркония.

Более того, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению предпочтительно, чтобы молярное соотношение катиона и благородного металла (катион/благородный металл) составляло 1,5 или более, катион был открыт на поверхности носителя и имел электроотрицательность меньше электроотрицательности циркония.

Помимо этого, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению носитель предпочтительно содержит сложный оксид диоксида циркония и/или оксида алюминия и по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из щелочноземельных элементов, редкоземельных элементов и элементов группы 3A, более предпочтительно содержит сложный оксид диоксида циркония и/или оксида алюминия и по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из магния, кальция, бария, лантана, церия, неодима, празеодима, иттрия и скандия.

В добавление к этому точно не известно, почему указанная цель достигается катализатором для очистки выхлопных газов по данному изобретению, однако авторы данного изобретения предполагают следующее. А именно, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению металлооксидный носитель (предпочтительно носитель, в котором электроотрицательность катиона в металлооксидном носителе меньше электроотрицательности циркония и величина энергии связи орбитали 1s атома кислорода в металлооксидном носителе составляет 531 эВ или менее) проявляет чрезвычайно сильное взаимодействие с благородным металлом. В дополнение к этому, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению, включающем такой носитель, в окислительной атмосфере образуется поверхностный оксидный слой, как показано на фиг.1, в котором благородный металл связывается с катионом носителя через атом кислорода на поверхности носителя. Кроме того, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению, поскольку образуется такой поверхностный оксидный слой, рост зерен благородного металла может существенным образом сдерживаться, даже если катализатор подвергается воздействию выхлопных газов при высокой температуре в течение длительного периода времени. Помимо этого, в катализаторе для очистки выхлопных газов по данному изобретению в восстановительной атмосфере благородный металл переходит в металлическое состояние на поверхности носителя, и количество благородного металла, открытого на поверхности носителя, которое измерено хемосорбцией CO, составляет 10 ат.% или более от общего количества благородного металла, закрепленного на носителе, и, таким образом, благородный металл, служащий в качестве активных мест катализатора, стабильно присутствует на поверхности носителя в высокодиспергированном состоянии (в состоянии высокой дисперсности в виде тонких частиц), что обеспечивает закрепление высокой каталитической активности.

Кроме того, даже если катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению используется в течение длительного периода времени, за который происходит рост зерен, благородный металл проявляет сильное взаимодействие на поверхности раздела с носителем, обеспечивая образование поверхностного оксидного слоя нагреванием катализатора в окислительной атмосфере, содержащей кислород, (предпочтительно нагреванием при температуре от 500°C до 1000°C) и постепенное диспергирование с переходом в диспергированное состояние на поверхности носителя. В результате, благородный металл на носителе становится высокодиспергированным и закрепленным в состоянии оксида посредством окислительной обработки в течение сравнительно короткого промежутка времени (повторное диспергирование). Затем благородный металл в состоянии оксида восстанавливается до металлического состояния восстановительной обработкой, посредством чего восстанавливается его каталитическая активность.

Катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению предпочтительно удовлетворяет Условию (I), представленному ниже.

<Условие (I)>

Катализатор также включает дополнительный компонент, закрепленный на носителе и содержащий по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из щелочноземельных элементов, редкоземельных элементов и элементов группы 3A, при этом количество благородного металла, закрепленного на носителе, находится в интервале от 0,05% до 2% по массе от массы катализатора, и молярное соотношение (количество дополнительного компонента/количество благородного металла) количества дополнительного компонента, закрепленного на носителе, и количества благородного металла, находится в интервале от 0,5 до 20 в расчете на металл.

Когда катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению удовлетворяет Условию (I), дополнительный компонент содержит предпочтительно по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из магния, кальция, неодима, празеодима, бария, лантана, церия, иттрия и скандия.

Кроме того, в этом случае катализатор для очистки выхлопных газов предпочтительно содержит железо, закрепленное на носителе, при этом молярное соотношение (количество железа/количество благородного металла) количества железа, закрепленного на носителе, и количества благородного металла находится в интервале от 0,8 до 12 в расчете на металл.

Авторами данного изобретения найдено, что, когда катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению удовлетворяет Условию (I), рост зерен благородного металла неожиданно может существенным образом сдерживаться в течение длительного периода времени, посредством чего достаточно сдерживается снижение каталитической активности, а также найдено, что применение окислительной и восстановительной обработок к такому катализатору для очистки выхлопных газов может сократить время, требующееся для процесса регенерации, и снизить его температуру, в результате чего обеспечивается эффективное восстановление каталитической активности.

Кроме того, в этом случае, причина, по которой достигается вышеуказанная цель, не совсем понятна, однако авторы данного изобретения предполагают следующее. А именно, в катализаторе для очистки выхлопных газов, удовлетворяющем Условию (I), сложный оксид (предпочтительно сложный оксид, в котором величина энергии связи орбитали 1s кислорода составляет 531 эВ или менее, и электронная плотность на атомах кислорода высока) диоксида циркония и/или оксида алюминия и по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из щелочноземельных элементов, редкоземельных элементов и элементов группы 3A, проявляет чрезвычайно сильное взаимодействие с благородным металлом. Также, поскольку на носителе закрепляется дополнительный материал, образованный включением по меньшей мере одного дополнительного элемента, выбранного из группы, состоящей из щелочноземельных элементов, редкоземельных элементов и элементов группы 3A, то основность носителя увеличивается и, в результате, носитель проявляет более сильное взаимодействие с благородным металлом. Поэтому в катализаторе для очистки выхлопных газов, удовлетворяющем Условию (I), даже если он подвергается воздействию выхлопных газов при высокой температуре в течение длительного периода времени, рост зерен благородного металла частицы может сдерживаться в большей степени, в результате чего обеспечивается дополнительное сдерживание снижения каталитической активности.

Помимо этого, когда катализатор для очистки выхлопных газов, удовлетворяющий Условию (I), используется в течение длительного периода времени, вызывающего рост зерен, сильное взаимодействие происходит на поверхности раздела между частицами благородного металла, закрепленного в состоянии с увеличенным размером зерен, и носителем. Вследствие этого нагревание катализатора в окислительной атмосфере, содержащей кислород, (предпочтительно нагревание при температуре от 500°C до 1000°C) принуждает благородный металл к образованию сложного оксида и оксида металла вместе с носителем, так что благородный металл постепенно диспергируется в распределенном на поверхности носителя состоянии. В результате этого благородный металл на носителе становится высокодиспергированным и переходит в состояние оксида, закрепленного на носителе, при проведении окислительной обработки (повторного диспергирования) в течение сравнительно короткого промежутка времени, после чего благородный металл в состоянии оксида восстанавливается до металлического состояния восстановительной обработкой, посредством чего восстанавливается его каталитическая активность.

Кроме того, катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению более предпочтительно удовлетворяет Условию (II), представленному ниже.

<Условие (II)>

Катализатор также содержит железо, закрепленное на носителе, при этом количество благородного металла, закрепленного на носителе, находится в интервале от 0,05% до 2% по массе от массы катализатора, и молярное соотношение (количество железа/количество благородного металла) количества железа, закрепленного на носителе, и количества благородного металла находится в интервале от 0,8 до 12 в расчете на металл.

Авторами данного изобретения найдено, что, когда катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению удовлетворяет Условию (II), рост зерен благородного металла неожиданно может существенным образом сдерживаться в течение длительного периода времени наряду с существенным сдерживанием снижения каталитической активности, а также найдено, что данный катализатор может быть эффективным образом регенерирован посредством применения окислительной и восстановительной обработок к такому катализатору для очистки выхлопных газов.

Кроме того, в этом случае, причина, по которой достигается вышеуказанная цель, не совсем понятна, однако авторы данного изобретения предполагают следующее. А именно, в катализаторе для очистки выхлопных газов, удовлетворяющем Условию (II), сложный оксид (предпочтительно сложный оксид, в котором величина энергии связи орбитали 1s кислорода составляет 531 эВ или менее и электронная плотность на атомах кислорода высока) диоксида циркония и/или оксида алюминия и по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из щелочноземельных элементов, редкоземельных элементов и элементов группы 3A, проявляет чрезвычайно сильное взаимодействие с благородным металлом. Помимо этого, железо (II) закрепляется на носителе, содержащем этот сложный оксид. К тому же такое железо образует сплав с благородным металлом в восстановительной атмосфере и осаждается на поверхности и вокруг благородного металла в виде оксида в окислительной атмосфере. По этой причине закрепление Fe в носителе делает возможным дополнительное сдерживание роста зерен благородного металла в различной атмосфере при использовании катализатора, благодаря чему обеспечивается возможность дополнительного достаточного сдерживания ухудшения каталитической активности. В дополнение к этому, в таком катализаторе для очистки выхлопных газов, вследствие того, что Fe находится поблизости от благородного металла, облегчаются окисление и восстановление благородного металла и соответственно обеспечивается возможность повышения активности реакции очистки выхлопных газов. В особенности, добавление Fe улучшает способность к восстановлению. Кроме того, когда катализатор регенерируется посредством данного способа регенерации в случае, когда катализатор для очистки выхлопных газов, удовлетворяющий Условию (II), используется в течение длительного периода времени, при котором происходит рост зерен благородного металла, диаметр частиц благородного металла, закрепленного на носителе, может быть уменьшен и тем самым каталитическая активность может быть легко восстановлена в достаточной степени.

Помимо этого, катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению более предпочтительно удовлетворяет Условию (III), представленному ниже.

<Условие (III)>

Носитель представляет собой носитель, имеющий структуру флюорита и содержащий сложный оксид циркония и по меньшей мере одного металлического элемента, включающего церий, и выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов и щелочноземельных элементов; при этом количество металлического элемента, содержащегося в носителе, находится в интервале от 51 мол.% до 75 мол.% в расчете на металл, по отношению к количеству носителя; количество церия, содержащегося среди остальных металлических элементов, составляет 90 мол.% или более в расчете на общее количество металлических элементов; и количество благородного металла, закрепленного на 100 г носителя, в два раза или менее превышает стандартную величину X и находится в интервале от 0,01 г до 0,8 г, при этом стандартная величина X рассчитывается по уравнению (1):

X=(σ/100)·S/s·N·M_nm·100 (1)

где X представляет собой стандартную величину (единица измерения: г) количества благородного металла для 100 г носителя; σ представляет вероятность (единица измерения: %), с которой металлический элемент окружается металлическим элементом, вероятность σ рассчитывается в соответствии с уравнением (2):

σ=M-50 (2)

где M представляет собой долю (единица измерения: мол. %) металлического элемента, содержащегося в носителе; S представляет собой удельную поверхность (единица измерения: м²/г) носителя; s представляет собой единичную площадь (единица измерения: Ų/число) на один катион, данная единичная площадь s рассчитывается по уравнению (3):

[Формула 1]

s={a²+(√2)·a²+(√3/2)·a²}/3·2 (3)

где a представляет собой постоянную решетки (единица измерения: Å); N представляет собой число Авогадро (6,02·10²³ (единица измерения: число); и M_nm представляет собой атомную массу благородного металла, закрепленного на носителе.

Авторами данного изобретения найдено, что, когда катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению удовлетворяет Условию (III), рост зерен благородного металла может существенным образом сдерживаться, даже если катализатор подвергается воздействию выхлопных газов при высокой температуре в течение длительного периода времени, посредством чего обеспечивается дополнительное достаточное сдерживание снижения каталитической активности, а также найдено, что каталитическая активность может быть легко восстановлена повторным диспергированием благородного металла, даже когда происходит рост его зерен, что каталитическая активность на единичное количество закрепленного благородного металла может быть достаточно высокой, и что данный катализатор может проявлять превосходную каталитическую активность.

Кроме того, в этом случае, причина, по которой достигается вышеуказанная цель, точно не известна, однако авторы данного изобретения предполагают следующее. А именно, в катализаторе для очистки выхлопных газов, удовлетворяющем Условию (III), сложный оксид циркония и по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из редкоземельных элементов и щелочноземельных элементов, включая церий, проявляет чрезвычайно сильное взаимодействие с благородным металлом. Это объясняется связыванием благородного металла с церием (Ce) или редкоземельным элементом и щелочноземельным металлом через кислород в окислительной атмосфере. Поэтому рост зерен благородного металла может существенным образом сдерживаться, даже если катализатор подвергается воздействию выхлопных газов при высокой температуре в течение длительного периода времени, посредством чего достаточно сдерживается ухудшение каталитической активности.

В дополнение к этому, в катализаторе для очистки выхлопных газов, удовлетворяющем Условию (III), носитель имеет структуру флюорита, и доля церия в металлическом элементе находится в интервале, указанном выше, поэтому уменьшение удельной поверхности существенным образом сдерживается даже в атмосфере с высокой температурой, поскольку церий находится в носителе в виде твердого раствора, и число мест, способных к закреплению благородного металла, на количество носителя значительно увеличивается; в соответствии с этим рост зерен благородного металла достаточно ограничивается и обеспечивается способность к сдерживанию ухудшения каталитической активности. Более того, поскольку количество благородного металла находится в интервале, отвечающем вышеуказанным условиям, сдерживается рост зерен, относимый на счет избыточного количества благородного металла.

Более того, когда катализатор для очистки выхлопных газов, удовлетворяющий Условию (III), используется в течение длительного периода времени, при котором происходит рост зерен, нагревание катализатора в окислительной атмосфере, содержащей кислород (предпочтительно нагревание при температуре от 500°C до 1000°C), принуждает благородный металл к образованию сложного оксида и оксида металла вместе с носителем, так что благородный металл постепенно диспергируется в распределенном на поверхности носителя состоянии. В результате этого благородный металл на носителе становится высокодиспергированным и переходит в состояние оксида, закрепленного на носителе, при проведении окислительной обработки (повторного диспергирования), после чего благородный металл в состоянии оксида восстанавливается до металлического состояния восстановительной обработкой, посредством чего восстанавливается его каталитическая активность.

Способ регенерации катализатора для очистки выхлопных газов по данному изобретению представляет собой способ применения окислительной обработки нагреванием в окислительной атмосфере, содержащей кислород, и восстановительной обработки к катализатору для очистки выхлопных газов по данному изобретению.

В способе регенерации катализатора для очистки выхлопных газов по данному изобретению (i) температура при окислительной обработке предпочтительно составляет от 500°C до 1000°C, и/или (ii) концентрация кислорода в окислительной атмосфере предпочтительно составляет 1% по объему или более.

Кроме того, в способе регенерации катализатора для очистки выхлопных газов по данному изобретению окислительная обработка и восстановительная обработка могут быть применены к катализатору для очистки выхлопных газов в состоянии, когда катализатор установлен в системе выпуска двигателя внутреннего сгорания.

Кроме того, способ регенерации катализатора для очистки выхлопных газов по данному изобретению предпочтительно включает (iii) стадию установки температурного датчика на катализаторе для очистки выхлопных газов и последующего определения степени ухудшения характеристик катализатора для очистки выхлопных газов на основании времени функционирования и температуры, определенной температурным датчиком; и стадию инициирования процесса регенерации после определения нахождения катализатора в состоянии с ухудшенными характеристиками, и/или включает (iv) стадию определения состояния ухудшения характеристик катализатора для очистки выхлопных газов при использовании устройства для диагностирования ухудшения характеристик катализатора, которое определяет состояние ухудшения характеристик катализатора для очистки выхлопных газов, и стадию инициирования процесса регенерации после определения нахождения катализатора в состоянии с ухудшенными характеристиками.

Первое устройство для очистки выхлопных газов по данному изобретению содержит трубу для подачи выхлопных газов, катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению, размещенный внутри данной трубы для подачи выхлопных газов, температурный датчик, установленный на катализаторе для очистки выхлопных газов, и блок управления для определения степени ухудшения характеристик катализатора для очистки выхлопных газов на основании времени функционирования и температуры, определенной температурным датчиком, и инициирования процесса регенерации с применением окислительной обработки нагреванием в окислительной атмосфере, содержащей кислород, и восстановительной обработки после определения того, что катализатор находится в состоянии с ухудшенными характеристиками.

Помимо этого, второе устройство для очистки выхлопных газов по данному изобретению содержит трубу для подачи выхлопных газов, катализатор для очистки выхлопных газов по данному изобретению, данный катализатор размещен в трубе для подачи выхлопных газов, устройство для диагностирования ухудшения характеристик катализатора, которое определяет состояние ухудшения характеристик катализатора для очистки выхлопных газов, и блок управления, который инициирует процесс регенерации с применением к катализатору окислительной обработки нагреванием в окислительной атмосфере, содержащей кислород, и восстановительной обработки после определения того, что катализатор для очистки выхлопных газов находится в состоянии с ухудшенными характеристиками, устройством для диагностирования ухудшения характеристик катализатора.

Кроме того, способ очистки выхлопных газов по данному изобретению включает очистку выхлопных газов приведением данных выхлопных газов в соприкосновение с катализатором для очистки выхлопных газов по данному изобретению.

В соответствии с данным изобретением возможно предоставление катализатора для очистки выхлопных газов, в котором может в достаточной степени сдерживаться агрегирование частиц благородного металла, чтобы в значительной степени предотвратить рост зерен благородного металла, даже если они подвергаются воздействию выхлопных газов при высокой температуре в течение длительного периода времени, посредством чего данный катализатор обеспечивает возможность достаточного сдерживания снижения каталитической активности и возможность повторного диспергирования частиц благородного металла за короткое время, чтобы простым образом восстановить каталитическую активность, когда происходит рост зерен