排気ガス浄化用触媒
【課題】 触媒担持層全体にわたって磁力を均等に触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化用触媒を提供する。
【解決手段】 基材１０と、基材１０上に延在する連続層としての強磁性層１２と、強磁性層１２上に形成された触媒担持層１４と、触媒担持層１４に担持された触媒金属粒子１６とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【解決手段】 基材１０と、基材１０上に延在する連続層としての強磁性層１２と、強磁性層１２上に形成された触媒担持層１４と、触媒担持層１４に担持された触媒金属粒子１６とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関から排出される排ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを分解除去して排ガスを浄化するための触媒は、基材と、該基材上の触媒担持層と、該触媒担持層上の触媒金属とから基本的に構成される。触媒作用の主体である触媒金属としては一般にＰｔ、Ｒｈ等の貴金属が用いられる。高い触媒活性を確保するために触媒金属は表面積の大きい微細な粒子の状態で担持される。
【０００３】
しかし、排ガスとの接触により高温に曝された触媒金属の粒子はシンタリング（焼結）により相互に合体して粗大化し、表面積が減少して触媒活性が低下し、所定の浄化性能が得られなくなるという問題があった。
【０００４】
これに対してシンタリングを抑制するために種々の対策が講じられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、強磁性粒子を触媒担持層中に混入させ、または、触媒金属粒子と混在させた触媒装置が提案されている。この装置は、強磁性粒子の個々に触媒金属粒子を磁力で吸引固定することにより拘束して、触媒金属粒子の移動を抑止可能と考えられる。
【０００６】
しかし、強磁性粒子からの磁力が及ばず吸引固定されない触媒金属粒子が存在するため、シンタリングの抑制効果を更に向上させる余地が残されている、という問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０１７１５号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、触媒担持層全体にわたって磁力を均等に触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基材と、該基材上に延在する連続層としての強磁性層と、該強磁性層上に形成された触媒担持層と、該触媒担持層に担持された触媒金属粒子とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排気ガス浄化用触媒は、基材上に連続層として延在する磁性層が、その上に形成された触媒担持層全体にわたって磁力を均等に作用させるので、触媒担持層内のどの位置でも担持されている触媒金属粒子は確実に磁力により吸引固定されるため、高いシンタリング抑制効果が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して、本発明の一実施形態による排気ガス浄化用触媒を説明する。
【００１２】
図示した排気ガス浄化用触媒１００は、基材１０と、基材１０上に延在する連続層としての強磁性層１２と、強磁性層１２上に形成された触媒担持層１４と、触媒担持層１４に担持された触媒金属粒子１６とを備えている。
【００１３】
連続層である強磁性層１２からは触媒担持層１４の全体に均等に磁力が作用している。そのため、触媒担持層１４内のどの位置でも、触媒担持層１４に担持されている触媒金属粒子１６は強磁性層１２からの磁力Ｆにより吸引固定される。
【００１４】
これに対して、前述の特許文献１に示される従来の排気ガス浄化用触媒は、図２に示す構造であった。すなわち従来の排気ガス浄化用触媒２００は、基材１０上に形成された触媒担持層１４内に分散している強磁性粒子１８が、触媒担持層１４に担持されている触媒金属粒子１６に磁力を作用させていた。触媒担持層１４内の磁力の作用する有効領域は強磁性粒子１８の近傍のみに離散的に存在しているため、図示したように強磁性粒子１８の近くにある触媒金属粒子１６（図中の２個）に対しては磁力ｆによる吸引固定作用が有効に働くが、強磁性粒子１８から遠くにある他の触媒金属粒子１６に対しては磁力による吸引固定作用が有効に働かない。そのため、シンタリング抑制効果が十分に得られなかった。
【００１５】
本発明の排気ガス浄化用触媒１００は、前述のとおり触媒担持層１４内のどの触媒金属粒子１６に対しても均等に強磁性層１２からの磁力が作用して吸引固定作用を発現できるので、触媒金属粒子１６に対する吸引固定作用が一部発現しない上記従来の排気ガス浄化用触媒２００に比べて、シンタリング抑制効果が向上する。
【００１６】
また、従来の構造２００では多孔質である触媒担持層１４の一部領域を中実体である強磁性粒子１８が占めていたため、その部分は触媒担持層１４としての比表面積が低下してしまい、触媒担持層１４全体としての触媒担持容量が低下した。
【００１７】
これに対して本発明の構造１００においては、触媒担持層１４とは別個に強磁性層１２を設けたので、触媒担持層１４は全体として多孔質であり本来の触媒担持容量を確保できる点でも有利である。
【００１８】
なお、触媒担持層１４に更にＮＯｘ吸蔵材も担持させると、常磁性のＮＯｘが触媒担持層１４内の磁場により吸蔵材に引き付けられ、同時に、反磁性のＳＯｘが吸蔵材から離反するので、ＮＯｘ吸蔵性能とＳＯｘ放出性能を共に高めることができる。
【００１９】
本発明の強磁性層１２を構成するための強磁性材料は、浄化対象とする排ガスの温度に適応するキュリー点のものを選択する。この観点で一般的な選択の目安を表１にまとめて示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１に示した具体的な各磁石は各排ガス温度に適応したキュリー点を持つ磁石の代表例であり、本発明に用いる強磁性材料はこれらに限定する必要はなく、表１に示されていない他の磁石でもこれらと同等のキュリー点を持つ磁石であればよい。
【実施例】
【００２２】
本発明による排気ガス浄化用触媒を下記の手順で作製した。
【００２３】
（１）Ｂａフェライトスラリーの調製
強磁性材料としてのＢａフェライト（ＢａＯ・６Ｆｅ２Ｏ３）粉末５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）の４０wt％水溶液５ｇ、イオン交換水１４ｇを混合、攪拌してＢａフェライトスラリーを調製した。
【００２４】
（２）強磁性層の形成
上記のＢａフェライトスラリーを、コージェライト製ハニカム基材テストピース（寸法：φ３０ｍｍ×Ｌ５０ｍｍ）に塗布した。塗布量はテストピース１個当り固形分で１．７５ｇ（５０ｇ／Ｌ触媒）とした。従来と同様の条件で乾燥および焼成して、基材表面にＢａフェライトから成る強磁性層を形成した。
【００２５】
（３）アルミナスラリーの調製
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末１５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）の４０wt％水溶液７２ｇ、イオン交換水２００ｇを混合、攪拌してアルミナスラリーを調製した。
【００２６】
（４）触媒担持層の形成
上記のアルミナスラリーを、上記Ｂａフェライト強磁性層上に塗布した。塗布量はテストピース１個当り固形分で５．２５ｇ（１５０ｇ／Ｌ触媒）とした。従来と同様の条件で乾燥および焼成して、基材表面に触媒担持層下層部分の前駆体として多孔質アルミナ層から成る触媒担持層を形成した。
【００２７】
（５）触媒金属の担持
ジニトロジアミンＰｔ溶液を用いて、触媒金属としてＰｔを触媒１Ｌ当り２ｇとなるように、上記触媒担体の触媒担持層に含浸担持させた。
【００２８】
（６）着磁処理
テストピースの横方向から１５ｋＯｅの磁界を印加して着磁させた。
【００２９】
これにより、コージェライト基材１０の表面に、Ｂａフェライトから成る連続層としての強磁性層１２と、この強磁性層１２上に形成されＰｔ（触媒金属）１６を担持した触媒担体層上層１４とを備えた排気ガス浄化用触媒１００が完成した。
【００３０】
なお、本実施例では、触媒担持層１４をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成したが、これに限定する必要はなく、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、セリア（ＣｅＯ２）等、従来から触媒担持層に用いられている材料を用いることができる。
【００３１】
また、触媒金属もＰｔ（白金）に限定する必要はなく、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の貴金属、あるいはこれらとＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）等との合金を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、触媒担持層全体にわたって磁力を均等に触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化用触媒が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明により基材上に連続層としての強磁性層を備え、この強磁性層上に触媒担持層を形成した排気ガス浄化用触媒の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、従来の排気ガス浄化用触媒を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００ 本発明の排気ガス浄化用触媒
１０ 基材
１２ 強磁性層
１４ 触媒担持層
１６ 触媒金属粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関から排出される排ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを分解除去して排ガスを浄化するための触媒は、基材と、該基材上の触媒担持層と、該触媒担持層上の触媒金属とから基本的に構成される。触媒作用の主体である触媒金属としては一般にＰｔ、Ｒｈ等の貴金属が用いられる。高い触媒活性を確保するために触媒金属は表面積の大きい微細な粒子の状態で担持される。
【０００３】
しかし、排ガスとの接触により高温に曝された触媒金属の粒子はシンタリング（焼結）により相互に合体して粗大化し、表面積が減少して触媒活性が低下し、所定の浄化性能が得られなくなるという問題があった。
【０００４】
これに対してシンタリングを抑制するために種々の対策が講じられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、強磁性粒子を触媒担持層中に混入させ、または、触媒金属粒子と混在させた触媒装置が提案されている。この装置は、強磁性粒子の個々に触媒金属粒子を磁力で吸引固定することにより拘束して、触媒金属粒子の移動を抑止可能と考えられる。
【０００６】
しかし、強磁性粒子からの磁力が及ばず吸引固定されない触媒金属粒子が存在するため、シンタリングの抑制効果を更に向上させる余地が残されている、という問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０１７１５号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、触媒担持層全体にわたって磁力を均等に触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基材と、該基材上に延在する連続層としての強磁性層と、該強磁性層上に形成された触媒担持層と、該触媒担持層に担持された触媒金属粒子とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排気ガス浄化用触媒は、基材上に連続層として延在する磁性層が、その上に形成された触媒担持層全体にわたって磁力を均等に作用させるので、触媒担持層内のどの位置でも担持されている触媒金属粒子は確実に磁力により吸引固定されるため、高いシンタリング抑制効果が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して、本発明の一実施形態による排気ガス浄化用触媒を説明する。
【００１２】
図示した排気ガス浄化用触媒１００は、基材１０と、基材１０上に延在する連続層としての強磁性層１２と、強磁性層１２上に形成された触媒担持層１４と、触媒担持層１４に担持された触媒金属粒子１６とを備えている。
【００１３】
連続層である強磁性層１２からは触媒担持層１４の全体に均等に磁力が作用している。そのため、触媒担持層１４内のどの位置でも、触媒担持層１４に担持されている触媒金属粒子１６は強磁性層１２からの磁力Ｆにより吸引固定される。
【００１４】
これに対して、前述の特許文献１に示される従来の排気ガス浄化用触媒は、図２に示す構造であった。すなわち従来の排気ガス浄化用触媒２００は、基材１０上に形成された触媒担持層１４内に分散している強磁性粒子１８が、触媒担持層１４に担持されている触媒金属粒子１６に磁力を作用させていた。触媒担持層１４内の磁力の作用する有効領域は強磁性粒子１８の近傍のみに離散的に存在しているため、図示したように強磁性粒子１８の近くにある触媒金属粒子１６（図中の２個）に対しては磁力ｆによる吸引固定作用が有効に働くが、強磁性粒子１８から遠くにある他の触媒金属粒子１６に対しては磁力による吸引固定作用が有効に働かない。そのため、シンタリング抑制効果が十分に得られなかった。
【００１５】
本発明の排気ガス浄化用触媒１００は、前述のとおり触媒担持層１４内のどの触媒金属粒子１６に対しても均等に強磁性層１２からの磁力が作用して吸引固定作用を発現できるので、触媒金属粒子１６に対する吸引固定作用が一部発現しない上記従来の排気ガス浄化用触媒２００に比べて、シンタリング抑制効果が向上する。
【００１６】
また、従来の構造２００では多孔質である触媒担持層１４の一部領域を中実体である強磁性粒子１８が占めていたため、その部分は触媒担持層１４としての比表面積が低下してしまい、触媒担持層１４全体としての触媒担持容量が低下した。
【００１７】
これに対して本発明の構造１００においては、触媒担持層１４とは別個に強磁性層１２を設けたので、触媒担持層１４は全体として多孔質であり本来の触媒担持容量を確保できる点でも有利である。
【００１８】
なお、触媒担持層１４に更にＮＯｘ吸蔵材も担持させると、常磁性のＮＯｘが触媒担持層１４内の磁場により吸蔵材に引き付けられ、同時に、反磁性のＳＯｘが吸蔵材から離反するので、ＮＯｘ吸蔵性能とＳＯｘ放出性能を共に高めることができる。
【００１９】
本発明の強磁性層１２を構成するための強磁性材料は、浄化対象とする排ガスの温度に適応するキュリー点のものを選択する。この観点で一般的な選択の目安を表１にまとめて示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１に示した具体的な各磁石は各排ガス温度に適応したキュリー点を持つ磁石の代表例であり、本発明に用いる強磁性材料はこれらに限定する必要はなく、表１に示されていない他の磁石でもこれらと同等のキュリー点を持つ磁石であればよい。
【実施例】
【００２２】
本発明による排気ガス浄化用触媒を下記の手順で作製した。
【００２３】
（１）Ｂａフェライトスラリーの調製
強磁性材料としてのＢａフェライト（ＢａＯ・６Ｆｅ２Ｏ３）粉末５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）の４０wt％水溶液５ｇ、イオン交換水１４ｇを混合、攪拌してＢａフェライトスラリーを調製した。
【００２４】
（２）強磁性層の形成
上記のＢａフェライトスラリーを、コージェライト製ハニカム基材テストピース（寸法：φ３０ｍｍ×Ｌ５０ｍｍ）に塗布した。塗布量はテストピース１個当り固形分で１．７５ｇ（５０ｇ／Ｌ触媒）とした。従来と同様の条件で乾燥および焼成して、基材表面にＢａフェライトから成る強磁性層を形成した。
【００２５】
（３）アルミナスラリーの調製
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末１５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）の４０wt％水溶液７２ｇ、イオン交換水２００ｇを混合、攪拌してアルミナスラリーを調製した。
【００２６】
（４）触媒担持層の形成
上記のアルミナスラリーを、上記Ｂａフェライト強磁性層上に塗布した。塗布量はテストピース１個当り固形分で５．２５ｇ（１５０ｇ／Ｌ触媒）とした。従来と同様の条件で乾燥および焼成して、基材表面に触媒担持層下層部分の前駆体として多孔質アルミナ層から成る触媒担持層を形成した。
【００２７】
（５）触媒金属の担持
ジニトロジアミンＰｔ溶液を用いて、触媒金属としてＰｔを触媒１Ｌ当り２ｇとなるように、上記触媒担体の触媒担持層に含浸担持させた。
【００２８】
（６）着磁処理
テストピースの横方向から１５ｋＯｅの磁界を印加して着磁させた。
【００２９】
これにより、コージェライト基材１０の表面に、Ｂａフェライトから成る連続層としての強磁性層１２と、この強磁性層１２上に形成されＰｔ（触媒金属）１６を担持した触媒担体層上層１４とを備えた排気ガス浄化用触媒１００が完成した。
【００３０】
なお、本実施例では、触媒担持層１４をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成したが、これに限定する必要はなく、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、セリア（ＣｅＯ２）等、従来から触媒担持層に用いられている材料を用いることができる。
【００３１】
また、触媒金属もＰｔ（白金）に限定する必要はなく、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の貴金属、あるいはこれらとＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）等との合金を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、触媒担持層全体にわたって磁力を均等に触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化用触媒が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明により基材上に連続層としての強磁性層を備え、この強磁性層上に触媒担持層を形成した排気ガス浄化用触媒の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、従来の排気ガス浄化用触媒を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００ 本発明の排気ガス浄化用触媒
１０ 基材
１２ 強磁性層
１４ 触媒担持層
１６ 触媒金属粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材上に延在する連続層としての強磁性層と、該強磁性層上に形成された触媒担持層と、該触媒担持層に担持された触媒金属粒子とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項１】
基材と、該基材上に延在する連続層としての強磁性層と、該強磁性層上に形成された触媒担持層と、該触媒担持層に担持された触媒金属粒子とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−５５８０８（Ｐ２００６−５５８０８Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４２６６３（Ｐ２００４−２４２６６３）
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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