排気ガス浄化用触媒
【課題】触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を高めることができる排気ガス浄化用触媒を提供する。
【解決手段】ハニカム担体の外周に磁場発生装置又は永久磁石が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料粒子１５と触媒金属粒子１６とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒において、前記触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定される。また、前記触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定された前記触媒金属粒子と前記磁性材料粒子とからなる複合粒子１７が、中空部１８を有するシェル状に形成される。
【解決手段】ハニカム担体の外周に磁場発生装置又は永久磁石が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料粒子１５と触媒金属粒子１６とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒において、前記触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定される。また、前記触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定された前記触媒金属粒子と前記磁性材料粒子とからなる複合粒子１７が、中空部１８を有するシェル状に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車等の車両においては、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の大気汚染物質を含んだ排気ガスを浄化するために、排気ガス浄化用触媒がエンジンの排気系に備えられている。そして、かかる排気ガス浄化用触媒を用いて、ＨＣ及びＣＯが酸化されて浄化され、ＮＯｘが還元されて浄化される。
【０００３】
従来、このような排気ガス浄化用触媒として、例えば高比表面積を有するアルミナや酸素吸蔵放出能を有するＣｅＺｒ系複合酸化物などの酸化物担体表面に、例えばＰｔなどの触媒金属を高分散状態で担持させた排気ガス浄化用触媒が用いられ、排気ガスの浄化が行われている。
【０００４】
しかし、前記排気ガス浄化用触媒においては、高温の排気ガスに曝されることにより触媒金属が次第に凝集しシンタリングすることが問題となっている。触媒金属がシンタリングすると、触媒金属の比表面積が低下し触媒金属が失活することにより、排気ガスの浄化性能の低下を招くこととなる。
【０００５】
これに対し、排気ガス浄化用触媒に磁性材料を含有させ触媒金属のシンタリングを抑制することが知られており、例えば特許文献１には、触媒金属粒子に作用する磁力を発生させる強磁性粒子を含む排気ガス浄化用触媒を備えるとともに該排気ガス浄化用触媒の外周に永久磁石帯を備えた排気ガス浄化装置が開示されている。また、例えば特許文献２には、排気ガス浄化用触媒の周辺に磁場を存在させた内燃機関の排ガス浄化装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６ー２９１３８号公報
【特許文献２】特開２００３ー３０１７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１に記載される排気ガス浄化用触媒においても、高温の排気ガスに曝されることにより、磁性粒子の磁力が次第にその効力を弱め、触媒金属が凝集しシンタリングする畏れがある。従って、排気ガス浄化用触媒においては、更なる耐熱性の向上が望まれる。
【０００７】
そこで、この発明は、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を高めることができる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】
【０００８】
このため、本願の請求項１に係る排気ガス浄化用触媒は、ハニカム担体の外周に磁場発生装置又は永久磁石が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料粒子と触媒金属粒子とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒であって、前記触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定されていることを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定された前記触媒金属粒子と前記磁性材料粒子とからなる複合粒子が、中空部を有するシェル状に形成されていることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願の請求項１に係る排気ガス浄化用触媒によれば、触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が磁性材料粒子と固溶して磁性材料粒子の表面に露出固定されていることにより、触媒金属が磁性材料に強固に固定化され触媒金属の移動が抑制されるので、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、排気ガス中のＮＯ成分を磁性材料や触媒金属に引き寄せ吸着させることができ、排気ガス、特にＮＯ成分の浄化性能を高めることができる。かかるＮＯ成分は、触媒金属による還元作用やリッチ（酸素不足）雰囲気時におけるＨＣ成分による還元作用により還元され浄化される。
【００１１】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、触媒金属粒子と磁性材料粒子とからなる複合粒子が、中空部を有するシェル状に形成されていることにより、触媒層において表面に露出する触媒金属粒子を多く存在させることができ、排気ガスと触媒金属との接触面積を高め、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、触媒金属粒子と磁性材料粒子とからなる複合粒子の中空部を通じて排気ガスが流れることができ、排気ガスと触媒金属との接触機会が増え、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。図１に示すように、例えば自動車等の車両の排気系には、矢印の方向（図１において右方向）へ流れる排気ガスＧを浄化するための排気ガス浄化用触媒装置１が配設される。
【００１３】
排気ガス浄化用触媒装置１は、排気ガスＧを浄化するための触媒層がハニカム担体上に形成された排気ガス浄化用触媒２と、該排気ガス浄化用触媒２の外周を覆うインターラムマット２０と備えており、排気ガス浄化用触媒２の外周には、具体的にはインターラムマット２０の外周には磁場発生装置３０が配設されている。
【００１４】
インターラムマット２０は、例えばセラミックファイバ等から成形されており、排気ガス浄化用触媒２を保温、及び保持・固定するとともに排気ガスＧからの熱が磁場発生装置３０に伝熱されることを抑制するように、排気ガス浄化用触媒２の外周に、具体的にはハニカム担体の外周に巻かれている。また、インターラムマット２０は、前記ハニカム担体を排気ガス浄化用触媒装置１内に保持している。
【００１５】
磁場発生装置３０は、略断面コ字状に形成され排気ガス浄化用触媒２に含有される磁性材料に磁力を与える鉄心３１と、該鉄心３１に巻き付けられたコイル３２を含む励磁回路３３と、該励磁回路３３に電流を供給する電源３４とを備えている。磁場発生装置３０では、電源３４からコイル３２に電流が流れることにより、鉄心３１が磁化され該鉄心３１の端部に磁極３５ａ、３５ｂが形成され、前記磁性材料に磁力が与えられる。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の要部断面図である。図２に示すように、排気ガス浄化用触媒２は、例えばコージェライトなどから成形されるハニカム担体３上に、排気ガスＧを浄化するための触媒層４が形成される。本実施形態では、該触媒層４に、触媒金属と磁性材料とを含有させ、触媒金属としてＰｔを用い、磁性材料としてγ−フェライト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）を用いた。
【００１７】
また、本実施形態では、磁性材料と触媒金属とを含有させた触媒層４において、触媒金属粒子の少なくとも一部を磁性材料粒子と固溶させ、前記触媒金属粒子を前記磁性材料粒子の表面に露出固定させた触媒を用い、該触媒を共沈法及び噴霧熱分解法によってそれぞれ調製した。以下に、共沈法及び噴霧熱分解法による触媒の調製方法についてそれぞれ説明する。
【００１８】
（１）触媒粉末の調製
先ず、共沈法による触媒粉末の調製方法について説明する。
イオン交換水に、触媒金属と磁性材料との原料塩、本実施形態ではジニトロジアミン白金塩と硝酸鉄とをそれぞれ所定量溶解し、原料溶液を調製する。次に、この原料溶液とアンモニア水溶液とを所定の割合で混合することにより、前駆体（水酸化物）が共沈して得られる。なお、ここでは、アンモニア水溶液を用いたが、これに限らず、水酸化ナトリウム溶液やシュウ酸水溶液等、その他の塩基性溶液を用いることができる。
【００１９】
そして、前記前駆体（水酸化物）を含む溶液を一晩静置した上で、遠心分離により沈殿物を分離させた。その後、上澄み液を除去して前記前駆体を十分に水洗し、該水洗後、大気中で加熱焼成した。この焼成は、５００℃の温度に２時間保持することにより行った。このようにして得られた酸化物粉末に対して、Ｈ２／Ｈｅ混合ガスを７００℃の温度で８時間流通させて、触媒金属Ｐｔと磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３とを一部固溶させ、共沈法による触媒粉末を得た。
【００２０】
図３は、共沈法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。なお、図３では、後述するように、磁性材料と触媒金属とを含む触媒粉末に、排気ガス中のＮＯ成分が吸着される状態も示している。
図３に示すように、共沈法による触媒粉末には、磁性材料粒子５、具体的にはγ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒粉末粒子６、具体的にはＰｔ粒子とが含有され、磁性材料粒子５と触媒金属粒子６とはそれらの一部が固溶した固溶部７を形成している。このようにして、触媒金属粒子６の少なくとも一部が磁性材料粒子５と固溶して触媒金属粒子６が磁性材料粒子７の表面に露出して固定されている共沈法による触媒粉末が得られる。
【００２１】
次に、噴霧熱分解法による触媒粉末の調製方法について説明する。
イオン交換水に、磁性材料の原料塩、本実施形態では硝酸鉄を所定量溶解し、該溶解後に、有機溶剤としてヘキサンを前記イオン交換水に対して４０ｖｏｌ％添加してＷ／Ｏ型エマルジョン（油中水型エマルジョン）を形成し、原料溶液を調製する。
【００２２】
そして、前記原料溶液を、キャリアガスとして空気を用いて噴霧させることにより前記原料溶液を液滴化させ、炉室温度９５０℃の加熱炉内に通過させる。該加熱炉を通過した粒子をバグフィルタによって捕集し、捕集された前記粒子を水洗し、該水洗後に乾燥させる。このようにして、磁性材料粒子、具体的にはγ−Ｆｅ２Ｏ３粒子が凝集して、中空状の形態をした磁性材料粒子粉末が得られる。
【００２３】
次に、前記中空状の磁性材料粒子粉末に、触媒貴金属としてＰｔを蒸発乾固法によって担持させる。すなわち、前記磁性材料粒子の粉末に、ジニトロジアミン白金硝酸溶液を加え、更にイオン交換水を加えて混合し、該混合物を蒸発乾固させる。そして、触媒金属Ｐｔが担持された中空状の磁性材料粒子に対して、Ｈ２／Ｈｅ混合ガスを７００℃の温度で８時間流通させて、触媒金属Ｐｔと磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３とを一部固溶させ、噴霧熱分解法による触媒粉末を得た。
【００２４】
図４は、噴霧熱分解法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。図４に示すように、噴霧熱分解法による触媒粉末には、磁性材料粒子１５、具体的にはγ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒粉末粒子１６、具体的にはＰｔ粒子とが含有されている。前記触媒金属粒子１６は、前記共沈法による触媒粉末と同様に、触媒金属粒子１６の少なくとも一部が磁性材料粒子１５と固溶して磁性材料粒子１５の表面に露出して固定されている。
【００２５】
このようにして、触媒金属粒子１６の一部が磁性材料粒子１５と固溶して磁性材料粒子１５の表面に露出固定された触媒金属粒子１６と磁性材料粒子１５とからなる複合粒子１７が凝集して、中空部１８を有するシェル状、具体的には略球殻状に形成されてなる噴霧熱分解法による触媒粉末が得られる。
【００２６】
（２）ハニカム担体へのコーティング
次に、共沈法及び噴霧熱分解法により得られた触媒粉末をハニカム担体にコーティングする方法について説明する。
図５は、触媒粉末をハニカム担体にコーティングする方法を示す説明図である。図５に示すように、先ず、触媒粉末をコーティングするためのハニカム担体を用意する（ステップＳ１）。なお、前記ハニカム担体は、セル密度４ｍｉｌ／４００ｃｐｓｉで、コージェライト製のものを使用した。
【００２７】
そして、共沈法又は噴霧熱分解法により得られた触媒粉末、バインダ及び水を混合し、本実施形態では更に、酸素吸蔵材に触媒金属Ｒｈを担持させたＲｈ担持酸素吸蔵材と、アルミナに触媒金属Ｐｄを担持させたＰｄ担持アルミナとを混合してスラリーを調製し、該スラリーをハニカム担体にウォッシュコートした（ステップＳ２）。前記スラリー中にハニカム担体を浸漬させ、ハニカム担体上に共沈法又は噴霧熱分解法により得られた触媒粉末を含む触媒層を形成した。
【００２８】
次に、前記ハニカム担体の表面に付着した余分なスラリーをエアブローにより吹き飛ばし（ステップＳ３）、該エアブロー後に、ハニカム担体を乾燥させた（ステップＳ４）。前記ハニカム担体に所定量の触媒が担持されるまで、ウォッシュコート、エアブロー及び乾燥を繰り返した（ステップＳ２〜ステップＳ４）。
【００２９】
前記ハニカム担体に所定量の触媒が担持されると、前記ハニカム担体を空気中で加熱焼成した（ステップＳ５）。この焼成は、５００℃の温度で２時間保持することにより行った。このようにして、ハニカム担体上に触媒層が形成されてなるハニカム担体触媒を得た（ステップＳ６）。
【００３０】
なお、共沈法により調製され磁性材料粒子と触媒金属粒子とが一部固溶した触媒粉末と、Ｐｄ担持アルミナと、Ｒｈ担持酸素吸蔵材とを含有した触媒を実施例１とし、噴霧熱分解法により調製され磁性材料粒子と触媒金属粒子とが一部固溶した触媒粉末と、Ｐｄ担持アルミナと、Ｒｈ担持酸素吸蔵材とを含有した触媒を実施例２とした。
【００３１】
また、比較例として、実施例１において磁性材料粒子と触媒金属粒子とが固溶していないもの（比較例１とする）と、実施例２において磁性材料粒子と触媒金属粒子とが固溶していないもの（比較例２とする）とを調製した。具体的には、比較例１の触媒は、共沈法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末と、Ｐｄ担持アルミナと、Ｒｈ担持酸素吸蔵材とを含有させ、比較例２の触媒は、噴霧熱分解法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末と、Ｒｈ担持酸素吸蔵材と、Ｐｄ担持アルミナとを含有させた。
【００３２】
前記各実施例及び比較例として用いた触媒の組成を以下の表１に示す。なお、表１では、共沈法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒金属Ｐｔ粒子とが一部固溶した触媒粉末をＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材と表し、噴霧熱分解法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒金属Ｐｔ粒子とが一部固溶した触媒粉末をＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材と表し、共沈法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末をＰｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材と表し、噴霧熱分解法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末をＰｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材と表している。
【００３３】
【表１】
【００３４】
また、前記各実施例及び比較例の触媒に含有される触媒粉末、具体的にはＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材及びＰｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材、アルミナ並びに酸素吸蔵材の担持量をそれぞれ以下の表２に示す。なお、表２では、前記触媒粉末における触媒金属Ｐｔと磁性材料Ｆｅ２Ｏ３との質量比、アルミナに担持される触媒金属Ｐｄの担持量、酸素吸蔵材に担持される触媒金属Ｒｈの担持量も示している。
【００３５】
【表２】
【００３６】
表１及び表２に示すように、実施例１の触媒はＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を３０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝２０：８０である。また、実施例２の触媒は、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を２０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝１０：９０である。
【００３７】
一方、比較例１の触媒は、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を３０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝２０：８０である。また、比較例２の触媒は、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を２０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝１０：９０である。
【００３８】
なお、排気ガス浄化用触媒において、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材は、好ましくは、例えば１〜１００ｇ／Ｌ程度の範囲で含有され、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材におけるＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比は、例えばＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝１０：９０〜４０：６０の範囲に設定される。また、排気ガス浄化用触媒において、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材は、好ましくは、例えば１〜１００ｇ／Ｌ程度の範囲で含有され、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材におけるＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比は、例えばＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝５：９５〜２０：８０の範囲に設定される。また、アルミナは、好ましくは、例えば３５〜８０ｇ／Ｌ程度の範囲で含有され、酸素吸蔵材は、好ましくは、例えば８０〜１７０ｇ／Ｌ程度の範囲で含有される。
【００３９】
（３）触媒性能評価
次に、前記各実施例及び比較例の触媒について、排気ガスの浄化性能をライトオフ性能により評価した。
前記各実施例及び比較例のハニカム担体触媒を大気中において９５０℃の温度で１０時間保持するエージング処理を行った後に、ライトオフ性能を評価した。モデルガス流通反応装置及び排気ガス分析装置を用いて、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度を測定した。なお、ライトオフ温度は、触媒に流入させるモデルガスのガス温度を常温から漸次上昇させ、ＨＣ、ＣＯ又はＮＯｘの浄化率が５０％に達したときのガス温度である。
【００４０】
ライトオフ性能の評価に際し、先ず測定条件を一定にするためにプリコンディショニングを行った。前記エージング処理したハニカム担体触媒をモデルガス流通反応装置に取り付け、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）のモデルガスを６００℃の温度で２０分間流した。ここでは、空間速度ＳＶを１２０，０００／時間とし、その昇温速度を３０℃／分とした。なお、モデルガスのガス組成を以下の表３に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
ライトオフ性能の評価に際しては、モデルガスの空燃比をＡ／Ｆ＝１４．７±０．９とした。すなわち、理論空燃比Ａ／Ｆ＝１４．７のメインストリームガスを定常的に流しつつ、表３に示した所定量の変動用ガスを一定周期（１Ｈｚ）でパルス状に添加することにより、Ａ／Ｆを±０．９の振幅で強制的に振動させた。ここでは、空間速度ＳＶを６０，０００／時間とし、その昇温速度を３０℃／分とした。
【００４３】
前記各実施例及び比較例の触媒について、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度の測定結果を以下の表４にそれぞれ示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】
表４に示すように、ＨＣの浄化に関するライトオフ温度について、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む比較例１の触媒では２４４℃、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む比較例２の触媒では２３９℃であるのに対し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒では２２３℃、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２の触媒では２２１℃であり、実施例１、２の触媒は、比較例１、２の触媒に対し、ＨＣの浄化に関するライトオフ温度が低くなっている。
【００４６】
また、ＣＯの浄化に関するライトオフ温度については、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む比較例１の触媒では２２５℃、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む比較例２の触媒では２２０℃であるのに対し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒では２０９℃、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２では２０７℃であり、実施例１、２の触媒は、比較例１、２の触媒に対し、ＣＯの浄化に関するライトオフ温度が低くなっている。
【００４７】
更に、ＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度についても、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む比較例１の触媒では２３３℃、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む比較例２の触媒では２２９℃であるのに対し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒では２１３℃、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２の触媒では２１０℃であり、実施例１、２の触媒は、比較例１、２の触媒に対し、ＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度が低くなっている。
【００４８】
このように、触媒金属Ｐｔと磁性材料Ｆｅ２Ｏ３とが含有された排気ガス浄化用触媒において、触媒金属Ｐｔを磁性材料Ｆｅ２Ｏ３の表面に担持させた触媒に対し、触媒金属Ｐｔ粒子と磁性材料Ｆｅ２Ｏ３粒子とを一部固溶させることで、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度をそれぞれ低下させることができる。
【００４９】
また、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２の触媒は、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒に比して、触媒の単位体積当りの触媒金属Ｐｔ担持量が少ないにも関わらず、具体的には、実施例１では触媒金属Ｐｔ担持量が６ｇ／Ｌであるのに対して実施例２では触媒金属Ｐｔ担持量が２ｇ／Ｌであるにも関わらず、表４に示すように、実施例２の触媒は、実施例１の触媒に比して、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度がそれぞれ低くなっている。これは、中空材の場合、前記中空部１８により排気ガスの流通、拡散が良好で、触媒金属との接触機会が増加しているためと考えられる。
【００５０】
このように、触媒金属Ｐｔと磁性材料Ｆｅ２Ｏ３とが含有され、触媒金属Ｐｔ粒子と磁性材料Ｆｅ２Ｏ３粒子とを一部固溶させた排気ガス浄化用触媒において、触媒金属Ｐｔ粒子と磁性材料Ｆｅ２Ｏ３粒子とを一部固溶させた複合粒子を略球殻状に凝集させることで、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度をそれぞれ低下させることができる。
【００５１】
本実施形態では、磁性材料と固溶させる触媒金属としてＰｔを用いているが、Ｐｄ、Ｒｈなどの触媒金属を用いてもよい。特に、排気ガス中のＮＯ成分を酸化状態で吸着させるためには、触媒金属としてＰｔ又はＰｄを用いることが好ましい。また、磁性材料としては、フェライト系材料、具体的にはγ−フェライト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）が好ましいが、その他の磁性材料を用いることも可能である。
【００５２】
なお、排気ガス浄化用触媒２では、排気ガスＧ中に含まれ分子サイズの小さいＮＯ成分が磁性材料５や触媒金属６に吸引される。これは、ＮＯ成分が常磁性であることによる。かかるＮＯ成分は、図３に示すように、磁性材料５上ではＮＯ２として吸着され、触媒金属６上ではＮＯ３−として吸着される。このようにして、排気ガスＧに含まれるＮＯ成分が大気中に排出されることを抑制することができる。
【００５３】
前記磁性材料Ｆｅ２Ｏ３は、Ｆｅが３価の状態にあり酸化された状態であることから、その表面にＯ原子が存在していると考えられる。そこにＮＯが近づくことでＮＯ２として吸着する。一方、触媒金属Ｐｔは、磁性材料Ｆｅ２Ｏ３よりも酸素分解能力が強いため、より酸素が結合したＮＯ３−という状態になりやすい。
【００５４】
前記排気ガス浄化用触媒においては、磁性材料５上に吸着されたＮＯ２及び／又は触媒金属６上に吸着されたＮＯ３−は、触媒金属Ｐｔによる還元作用やリッチ（酸素不足）雰囲気時にＨＣ成分による還元作用により還元され、排気ガス中のＮＯ成分をＮ２として浄化することができる。
【００５５】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。図６に示すように、排気ガス浄化用触媒装置では、磁場発生装置３０に代え、永久磁石５０を用いるようにしてもよい。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては、同一符号を付し、それ以上の説明は省略する。
【００５６】
図６に示すように、排気ガス浄化用触媒装置４０は、第１の実施形態と同様に、排気ガス浄化用触媒２とインターラムマット２０とを備えているが、排気ガス浄化用触媒２の外周には、具体的にはインターラムマット２０の外周には、磁場発生装置３０に代え永久磁石５０が配設されている。
【００５７】
前記永久磁石５０としては、例えばＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石又はＣｕ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石等の鋳造磁石、例えばＢａフェライト磁石又はＳｒフェライト磁石等のフェライト磁石、例えばＳｍ−Ｃｏ磁石又はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石等の希土類磁石等を使用することができる。この永久磁石５０は、前記ハニカム担体の外周全体にわたって設けてもよく、あるいは前記ハニカム担体の外周の一部に設けるようにしてもよい。
【００５８】
第２の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置４０においても、排気ガス浄化用触媒２の外周に永久磁石５０が配設されているので、第１の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置１の磁場発生装置３０と同様に、ハニカム担体３上に形成された触媒層４に含有される磁性材料５、１５の磁力の劣化を抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の浄化性能を有効に確保することができる。
【００５９】
このように、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒２によれば、触媒金属粒子６、１６は、該触媒金属粒子６、１６の少なくとも一部が磁性材料粒子５、１５と固溶して磁性材料粒子５、１５の表面に露出固定されていることにより、触媒金属が磁性材料に強固に固定化され触媒金属の移動が抑制されるので、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒２では、排気ガス中のＮＯ成分を磁性材料Ｆｅ２Ｏ３や触媒金属Ｐｔに引き寄せ吸着させることができ、排気ガス、特にＮＯ成分の浄化性能を高めることができる。かかるＮＯ成分は、触媒金属による還元作用やリッチ（酸素不足）雰囲気時におけるＨＣ成分による還元作用により還元され浄化される。
【００６０】
また、触媒金属粒子１６と磁性材料粒子１５とからなる複合粒子１７が、中空部１８を有するシェル状に形成されていることにより、触媒層４において表面に露出する触媒金属粒子１６を多く存在させることができ、排気ガスと触媒金属との接触面積を高め、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、触媒金属粒子と磁性材料粒子とからなる複合粒子の中空部を通じて排気ガスが流れることができ、排気ガスと触媒金属との接触機会が増え、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
【００６１】
本実施形態では、排気ガス浄化用触媒に含有される触媒金属粒子と磁性材料粒子とをＨ２／Ｈｅ混合ガスを用いて一部固溶させているが、その他の好適な方法を用いて、触媒金属粒子と磁性材料粒子とを一部固溶させ触媒金属粒子を磁性材料粒子の表面に露出固定させるようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、排気ガス浄化用触媒に含有された磁性材料に磁力を与えるために、排気ガス浄化用触媒の外周に、磁力発生装置又は永久磁石が配設されているが、その他の好適な着磁手段を用いて排気ガス浄化用触媒に磁場を作用させ、前記磁性材料に磁力を与えるようにしてもよい。
【００６３】
以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、磁性材料粒子と触媒金属粒子とを含有し、触媒金属粒子の一部を磁性材料粒子に固溶させ、触媒金属粒子を磁性材料粒子の表面に露出して固定させた排気ガス浄化用触媒であり、例えば自動車等の車両の排気系に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。
【図２】本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の要部断面図である。
【図３】共沈法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。
【図４】噴霧熱分解法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。
【図５】触媒粉末をハニカム担体にコーティングする方法を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
２ 排気ガス浄化用触媒
３ ハニカム担体
４ 触媒層
５、１５ 磁性材料粒子
６、１６ 触媒金属粒子
１７ 複合粒子
１８ 中空部
３０ 磁場発生装置
５０ 永久磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車等の車両においては、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の大気汚染物質を含んだ排気ガスを浄化するために、排気ガス浄化用触媒がエンジンの排気系に備えられている。そして、かかる排気ガス浄化用触媒を用いて、ＨＣ及びＣＯが酸化されて浄化され、ＮＯｘが還元されて浄化される。
【０００３】
従来、このような排気ガス浄化用触媒として、例えば高比表面積を有するアルミナや酸素吸蔵放出能を有するＣｅＺｒ系複合酸化物などの酸化物担体表面に、例えばＰｔなどの触媒金属を高分散状態で担持させた排気ガス浄化用触媒が用いられ、排気ガスの浄化が行われている。
【０００４】
しかし、前記排気ガス浄化用触媒においては、高温の排気ガスに曝されることにより触媒金属が次第に凝集しシンタリングすることが問題となっている。触媒金属がシンタリングすると、触媒金属の比表面積が低下し触媒金属が失活することにより、排気ガスの浄化性能の低下を招くこととなる。
【０００５】
これに対し、排気ガス浄化用触媒に磁性材料を含有させ触媒金属のシンタリングを抑制することが知られており、例えば特許文献１には、触媒金属粒子に作用する磁力を発生させる強磁性粒子を含む排気ガス浄化用触媒を備えるとともに該排気ガス浄化用触媒の外周に永久磁石帯を備えた排気ガス浄化装置が開示されている。また、例えば特許文献２には、排気ガス浄化用触媒の周辺に磁場を存在させた内燃機関の排ガス浄化装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６ー２９１３８号公報
【特許文献２】特開２００３ー３０１７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１に記載される排気ガス浄化用触媒においても、高温の排気ガスに曝されることにより、磁性粒子の磁力が次第にその効力を弱め、触媒金属が凝集しシンタリングする畏れがある。従って、排気ガス浄化用触媒においては、更なる耐熱性の向上が望まれる。
【０００７】
そこで、この発明は、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を高めることができる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】
【０００８】
このため、本願の請求項１に係る排気ガス浄化用触媒は、ハニカム担体の外周に磁場発生装置又は永久磁石が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料粒子と触媒金属粒子とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒であって、前記触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定されていることを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定された前記触媒金属粒子と前記磁性材料粒子とからなる複合粒子が、中空部を有するシェル状に形成されていることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願の請求項１に係る排気ガス浄化用触媒によれば、触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が磁性材料粒子と固溶して磁性材料粒子の表面に露出固定されていることにより、触媒金属が磁性材料に強固に固定化され触媒金属の移動が抑制されるので、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、排気ガス中のＮＯ成分を磁性材料や触媒金属に引き寄せ吸着させることができ、排気ガス、特にＮＯ成分の浄化性能を高めることができる。かかるＮＯ成分は、触媒金属による還元作用やリッチ（酸素不足）雰囲気時におけるＨＣ成分による還元作用により還元され浄化される。
【００１１】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、触媒金属粒子と磁性材料粒子とからなる複合粒子が、中空部を有するシェル状に形成されていることにより、触媒層において表面に露出する触媒金属粒子を多く存在させることができ、排気ガスと触媒金属との接触面積を高め、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、触媒金属粒子と磁性材料粒子とからなる複合粒子の中空部を通じて排気ガスが流れることができ、排気ガスと触媒金属との接触機会が増え、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。図１に示すように、例えば自動車等の車両の排気系には、矢印の方向（図１において右方向）へ流れる排気ガスＧを浄化するための排気ガス浄化用触媒装置１が配設される。
【００１３】
排気ガス浄化用触媒装置１は、排気ガスＧを浄化するための触媒層がハニカム担体上に形成された排気ガス浄化用触媒２と、該排気ガス浄化用触媒２の外周を覆うインターラムマット２０と備えており、排気ガス浄化用触媒２の外周には、具体的にはインターラムマット２０の外周には磁場発生装置３０が配設されている。
【００１４】
インターラムマット２０は、例えばセラミックファイバ等から成形されており、排気ガス浄化用触媒２を保温、及び保持・固定するとともに排気ガスＧからの熱が磁場発生装置３０に伝熱されることを抑制するように、排気ガス浄化用触媒２の外周に、具体的にはハニカム担体の外周に巻かれている。また、インターラムマット２０は、前記ハニカム担体を排気ガス浄化用触媒装置１内に保持している。
【００１５】
磁場発生装置３０は、略断面コ字状に形成され排気ガス浄化用触媒２に含有される磁性材料に磁力を与える鉄心３１と、該鉄心３１に巻き付けられたコイル３２を含む励磁回路３３と、該励磁回路３３に電流を供給する電源３４とを備えている。磁場発生装置３０では、電源３４からコイル３２に電流が流れることにより、鉄心３１が磁化され該鉄心３１の端部に磁極３５ａ、３５ｂが形成され、前記磁性材料に磁力が与えられる。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の要部断面図である。図２に示すように、排気ガス浄化用触媒２は、例えばコージェライトなどから成形されるハニカム担体３上に、排気ガスＧを浄化するための触媒層４が形成される。本実施形態では、該触媒層４に、触媒金属と磁性材料とを含有させ、触媒金属としてＰｔを用い、磁性材料としてγ−フェライト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）を用いた。
【００１７】
また、本実施形態では、磁性材料と触媒金属とを含有させた触媒層４において、触媒金属粒子の少なくとも一部を磁性材料粒子と固溶させ、前記触媒金属粒子を前記磁性材料粒子の表面に露出固定させた触媒を用い、該触媒を共沈法及び噴霧熱分解法によってそれぞれ調製した。以下に、共沈法及び噴霧熱分解法による触媒の調製方法についてそれぞれ説明する。
【００１８】
（１）触媒粉末の調製
先ず、共沈法による触媒粉末の調製方法について説明する。
イオン交換水に、触媒金属と磁性材料との原料塩、本実施形態ではジニトロジアミン白金塩と硝酸鉄とをそれぞれ所定量溶解し、原料溶液を調製する。次に、この原料溶液とアンモニア水溶液とを所定の割合で混合することにより、前駆体（水酸化物）が共沈して得られる。なお、ここでは、アンモニア水溶液を用いたが、これに限らず、水酸化ナトリウム溶液やシュウ酸水溶液等、その他の塩基性溶液を用いることができる。
【００１９】
そして、前記前駆体（水酸化物）を含む溶液を一晩静置した上で、遠心分離により沈殿物を分離させた。その後、上澄み液を除去して前記前駆体を十分に水洗し、該水洗後、大気中で加熱焼成した。この焼成は、５００℃の温度に２時間保持することにより行った。このようにして得られた酸化物粉末に対して、Ｈ２／Ｈｅ混合ガスを７００℃の温度で８時間流通させて、触媒金属Ｐｔと磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３とを一部固溶させ、共沈法による触媒粉末を得た。
【００２０】
図３は、共沈法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。なお、図３では、後述するように、磁性材料と触媒金属とを含む触媒粉末に、排気ガス中のＮＯ成分が吸着される状態も示している。
図３に示すように、共沈法による触媒粉末には、磁性材料粒子５、具体的にはγ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒粉末粒子６、具体的にはＰｔ粒子とが含有され、磁性材料粒子５と触媒金属粒子６とはそれらの一部が固溶した固溶部７を形成している。このようにして、触媒金属粒子６の少なくとも一部が磁性材料粒子５と固溶して触媒金属粒子６が磁性材料粒子７の表面に露出して固定されている共沈法による触媒粉末が得られる。
【００２１】
次に、噴霧熱分解法による触媒粉末の調製方法について説明する。
イオン交換水に、磁性材料の原料塩、本実施形態では硝酸鉄を所定量溶解し、該溶解後に、有機溶剤としてヘキサンを前記イオン交換水に対して４０ｖｏｌ％添加してＷ／Ｏ型エマルジョン（油中水型エマルジョン）を形成し、原料溶液を調製する。
【００２２】
そして、前記原料溶液を、キャリアガスとして空気を用いて噴霧させることにより前記原料溶液を液滴化させ、炉室温度９５０℃の加熱炉内に通過させる。該加熱炉を通過した粒子をバグフィルタによって捕集し、捕集された前記粒子を水洗し、該水洗後に乾燥させる。このようにして、磁性材料粒子、具体的にはγ−Ｆｅ２Ｏ３粒子が凝集して、中空状の形態をした磁性材料粒子粉末が得られる。
【００２３】
次に、前記中空状の磁性材料粒子粉末に、触媒貴金属としてＰｔを蒸発乾固法によって担持させる。すなわち、前記磁性材料粒子の粉末に、ジニトロジアミン白金硝酸溶液を加え、更にイオン交換水を加えて混合し、該混合物を蒸発乾固させる。そして、触媒金属Ｐｔが担持された中空状の磁性材料粒子に対して、Ｈ２／Ｈｅ混合ガスを７００℃の温度で８時間流通させて、触媒金属Ｐｔと磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３とを一部固溶させ、噴霧熱分解法による触媒粉末を得た。
【００２４】
図４は、噴霧熱分解法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。図４に示すように、噴霧熱分解法による触媒粉末には、磁性材料粒子１５、具体的にはγ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒粉末粒子１６、具体的にはＰｔ粒子とが含有されている。前記触媒金属粒子１６は、前記共沈法による触媒粉末と同様に、触媒金属粒子１６の少なくとも一部が磁性材料粒子１５と固溶して磁性材料粒子１５の表面に露出して固定されている。
【００２５】
このようにして、触媒金属粒子１６の一部が磁性材料粒子１５と固溶して磁性材料粒子１５の表面に露出固定された触媒金属粒子１６と磁性材料粒子１５とからなる複合粒子１７が凝集して、中空部１８を有するシェル状、具体的には略球殻状に形成されてなる噴霧熱分解法による触媒粉末が得られる。
【００２６】
（２）ハニカム担体へのコーティング
次に、共沈法及び噴霧熱分解法により得られた触媒粉末をハニカム担体にコーティングする方法について説明する。
図５は、触媒粉末をハニカム担体にコーティングする方法を示す説明図である。図５に示すように、先ず、触媒粉末をコーティングするためのハニカム担体を用意する（ステップＳ１）。なお、前記ハニカム担体は、セル密度４ｍｉｌ／４００ｃｐｓｉで、コージェライト製のものを使用した。
【００２７】
そして、共沈法又は噴霧熱分解法により得られた触媒粉末、バインダ及び水を混合し、本実施形態では更に、酸素吸蔵材に触媒金属Ｒｈを担持させたＲｈ担持酸素吸蔵材と、アルミナに触媒金属Ｐｄを担持させたＰｄ担持アルミナとを混合してスラリーを調製し、該スラリーをハニカム担体にウォッシュコートした（ステップＳ２）。前記スラリー中にハニカム担体を浸漬させ、ハニカム担体上に共沈法又は噴霧熱分解法により得られた触媒粉末を含む触媒層を形成した。
【００２８】
次に、前記ハニカム担体の表面に付着した余分なスラリーをエアブローにより吹き飛ばし（ステップＳ３）、該エアブロー後に、ハニカム担体を乾燥させた（ステップＳ４）。前記ハニカム担体に所定量の触媒が担持されるまで、ウォッシュコート、エアブロー及び乾燥を繰り返した（ステップＳ２〜ステップＳ４）。
【００２９】
前記ハニカム担体に所定量の触媒が担持されると、前記ハニカム担体を空気中で加熱焼成した（ステップＳ５）。この焼成は、５００℃の温度で２時間保持することにより行った。このようにして、ハニカム担体上に触媒層が形成されてなるハニカム担体触媒を得た（ステップＳ６）。
【００３０】
なお、共沈法により調製され磁性材料粒子と触媒金属粒子とが一部固溶した触媒粉末と、Ｐｄ担持アルミナと、Ｒｈ担持酸素吸蔵材とを含有した触媒を実施例１とし、噴霧熱分解法により調製され磁性材料粒子と触媒金属粒子とが一部固溶した触媒粉末と、Ｐｄ担持アルミナと、Ｒｈ担持酸素吸蔵材とを含有した触媒を実施例２とした。
【００３１】
また、比較例として、実施例１において磁性材料粒子と触媒金属粒子とが固溶していないもの（比較例１とする）と、実施例２において磁性材料粒子と触媒金属粒子とが固溶していないもの（比較例２とする）とを調製した。具体的には、比較例１の触媒は、共沈法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末と、Ｐｄ担持アルミナと、Ｒｈ担持酸素吸蔵材とを含有させ、比較例２の触媒は、噴霧熱分解法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末と、Ｒｈ担持酸素吸蔵材と、Ｐｄ担持アルミナとを含有させた。
【００３２】
前記各実施例及び比較例として用いた触媒の組成を以下の表１に示す。なお、表１では、共沈法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒金属Ｐｔ粒子とが一部固溶した触媒粉末をＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材と表し、噴霧熱分解法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子と触媒金属Ｐｔ粒子とが一部固溶した触媒粉末をＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材と表し、共沈法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末をＰｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材と表し、噴霧熱分解法により調製され磁性材料γ−Ｆｅ２Ｏ３粒子に触媒金属Ｐｔ粒子を担持させた触媒粉末をＰｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材と表している。
【００３３】
【表１】
【００３４】
また、前記各実施例及び比較例の触媒に含有される触媒粉末、具体的にはＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材及びＰｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材、アルミナ並びに酸素吸蔵材の担持量をそれぞれ以下の表２に示す。なお、表２では、前記触媒粉末における触媒金属Ｐｔと磁性材料Ｆｅ２Ｏ３との質量比、アルミナに担持される触媒金属Ｐｄの担持量、酸素吸蔵材に担持される触媒金属Ｒｈの担持量も示している。
【００３５】
【表２】
【００３６】
表１及び表２に示すように、実施例１の触媒はＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を３０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝２０：８０である。また、実施例２の触媒は、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を２０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝１０：９０である。
【００３７】
一方、比較例１の触媒は、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を３０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝２０：８０である。また、比較例２の触媒は、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を２０ｇ／Ｌ、アルミナを５０ｇ／Ｌ、酸素吸蔵材を１２０ｇ／Ｌ含有し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材ではＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比がＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝１０：９０である。
【００３８】
なお、排気ガス浄化用触媒において、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材は、好ましくは、例えば１〜１００ｇ／Ｌ程度の範囲で含有され、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材におけるＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比は、例えばＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝１０：９０〜４０：６０の範囲に設定される。また、排気ガス浄化用触媒において、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材は、好ましくは、例えば１〜１００ｇ／Ｌ程度の範囲で含有され、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材におけるＰｔとＦｅ２Ｏ３との質量比は、例えばＰｔ：Ｆｅ２Ｏ３＝５：９５〜２０：８０の範囲に設定される。また、アルミナは、好ましくは、例えば３５〜８０ｇ／Ｌ程度の範囲で含有され、酸素吸蔵材は、好ましくは、例えば８０〜１７０ｇ／Ｌ程度の範囲で含有される。
【００３９】
（３）触媒性能評価
次に、前記各実施例及び比較例の触媒について、排気ガスの浄化性能をライトオフ性能により評価した。
前記各実施例及び比較例のハニカム担体触媒を大気中において９５０℃の温度で１０時間保持するエージング処理を行った後に、ライトオフ性能を評価した。モデルガス流通反応装置及び排気ガス分析装置を用いて、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度を測定した。なお、ライトオフ温度は、触媒に流入させるモデルガスのガス温度を常温から漸次上昇させ、ＨＣ、ＣＯ又はＮＯｘの浄化率が５０％に達したときのガス温度である。
【００４０】
ライトオフ性能の評価に際し、先ず測定条件を一定にするためにプリコンディショニングを行った。前記エージング処理したハニカム担体触媒をモデルガス流通反応装置に取り付け、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）のモデルガスを６００℃の温度で２０分間流した。ここでは、空間速度ＳＶを１２０，０００／時間とし、その昇温速度を３０℃／分とした。なお、モデルガスのガス組成を以下の表３に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
ライトオフ性能の評価に際しては、モデルガスの空燃比をＡ／Ｆ＝１４．７±０．９とした。すなわち、理論空燃比Ａ／Ｆ＝１４．７のメインストリームガスを定常的に流しつつ、表３に示した所定量の変動用ガスを一定周期（１Ｈｚ）でパルス状に添加することにより、Ａ／Ｆを±０．９の振幅で強制的に振動させた。ここでは、空間速度ＳＶを６０，０００／時間とし、その昇温速度を３０℃／分とした。
【００４３】
前記各実施例及び比較例の触媒について、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度の測定結果を以下の表４にそれぞれ示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】
表４に示すように、ＨＣの浄化に関するライトオフ温度について、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む比較例１の触媒では２４４℃、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む比較例２の触媒では２３９℃であるのに対し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒では２２３℃、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２の触媒では２２１℃であり、実施例１、２の触媒は、比較例１、２の触媒に対し、ＨＣの浄化に関するライトオフ温度が低くなっている。
【００４６】
また、ＣＯの浄化に関するライトオフ温度については、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む比較例１の触媒では２２５℃、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む比較例２の触媒では２２０℃であるのに対し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒では２０９℃、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２では２０７℃であり、実施例１、２の触媒は、比較例１、２の触媒に対し、ＣＯの浄化に関するライトオフ温度が低くなっている。
【００４７】
更に、ＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度についても、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む比較例１の触媒では２３３℃、Ｐｔ担持Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む比較例２の触媒では２２９℃であるのに対し、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒では２１３℃、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２の触媒では２１０℃であり、実施例１、２の触媒は、比較例１、２の触媒に対し、ＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度が低くなっている。
【００４８】
このように、触媒金属Ｐｔと磁性材料Ｆｅ２Ｏ３とが含有された排気ガス浄化用触媒において、触媒金属Ｐｔを磁性材料Ｆｅ２Ｏ３の表面に担持させた触媒に対し、触媒金属Ｐｔ粒子と磁性材料Ｆｅ２Ｏ３粒子とを一部固溶させることで、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度をそれぞれ低下させることができる。
【００４９】
また、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中空材を含む実施例２の触媒は、Ｐｔ／Ｆｅ２Ｏ３中実材を含む実施例１の触媒に比して、触媒の単位体積当りの触媒金属Ｐｔ担持量が少ないにも関わらず、具体的には、実施例１では触媒金属Ｐｔ担持量が６ｇ／Ｌであるのに対して実施例２では触媒金属Ｐｔ担持量が２ｇ／Ｌであるにも関わらず、表４に示すように、実施例２の触媒は、実施例１の触媒に比して、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度がそれぞれ低くなっている。これは、中空材の場合、前記中空部１８により排気ガスの流通、拡散が良好で、触媒金属との接触機会が増加しているためと考えられる。
【００５０】
このように、触媒金属Ｐｔと磁性材料Ｆｅ２Ｏ３とが含有され、触媒金属Ｐｔ粒子と磁性材料Ｆｅ２Ｏ３粒子とを一部固溶させた排気ガス浄化用触媒において、触媒金属Ｐｔ粒子と磁性材料Ｆｅ２Ｏ３粒子とを一部固溶させた複合粒子を略球殻状に凝集させることで、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化に関するライトオフ温度をそれぞれ低下させることができる。
【００５１】
本実施形態では、磁性材料と固溶させる触媒金属としてＰｔを用いているが、Ｐｄ、Ｒｈなどの触媒金属を用いてもよい。特に、排気ガス中のＮＯ成分を酸化状態で吸着させるためには、触媒金属としてＰｔ又はＰｄを用いることが好ましい。また、磁性材料としては、フェライト系材料、具体的にはγ−フェライト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）が好ましいが、その他の磁性材料を用いることも可能である。
【００５２】
なお、排気ガス浄化用触媒２では、排気ガスＧ中に含まれ分子サイズの小さいＮＯ成分が磁性材料５や触媒金属６に吸引される。これは、ＮＯ成分が常磁性であることによる。かかるＮＯ成分は、図３に示すように、磁性材料５上ではＮＯ２として吸着され、触媒金属６上ではＮＯ３−として吸着される。このようにして、排気ガスＧに含まれるＮＯ成分が大気中に排出されることを抑制することができる。
【００５３】
前記磁性材料Ｆｅ２Ｏ３は、Ｆｅが３価の状態にあり酸化された状態であることから、その表面にＯ原子が存在していると考えられる。そこにＮＯが近づくことでＮＯ２として吸着する。一方、触媒金属Ｐｔは、磁性材料Ｆｅ２Ｏ３よりも酸素分解能力が強いため、より酸素が結合したＮＯ３−という状態になりやすい。
【００５４】
前記排気ガス浄化用触媒においては、磁性材料５上に吸着されたＮＯ２及び／又は触媒金属６上に吸着されたＮＯ３−は、触媒金属Ｐｔによる還元作用やリッチ（酸素不足）雰囲気時にＨＣ成分による還元作用により還元され、排気ガス中のＮＯ成分をＮ２として浄化することができる。
【００５５】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。図６に示すように、排気ガス浄化用触媒装置では、磁場発生装置３０に代え、永久磁石５０を用いるようにしてもよい。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては、同一符号を付し、それ以上の説明は省略する。
【００５６】
図６に示すように、排気ガス浄化用触媒装置４０は、第１の実施形態と同様に、排気ガス浄化用触媒２とインターラムマット２０とを備えているが、排気ガス浄化用触媒２の外周には、具体的にはインターラムマット２０の外周には、磁場発生装置３０に代え永久磁石５０が配設されている。
【００５７】
前記永久磁石５０としては、例えばＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石又はＣｕ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石等の鋳造磁石、例えばＢａフェライト磁石又はＳｒフェライト磁石等のフェライト磁石、例えばＳｍ−Ｃｏ磁石又はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石等の希土類磁石等を使用することができる。この永久磁石５０は、前記ハニカム担体の外周全体にわたって設けてもよく、あるいは前記ハニカム担体の外周の一部に設けるようにしてもよい。
【００５８】
第２の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置４０においても、排気ガス浄化用触媒２の外周に永久磁石５０が配設されているので、第１の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置１の磁場発生装置３０と同様に、ハニカム担体３上に形成された触媒層４に含有される磁性材料５、１５の磁力の劣化を抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の浄化性能を有効に確保することができる。
【００５９】
このように、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒２によれば、触媒金属粒子６、１６は、該触媒金属粒子６、１６の少なくとも一部が磁性材料粒子５、１５と固溶して磁性材料粒子５、１５の表面に露出固定されていることにより、触媒金属が磁性材料に強固に固定化され触媒金属の移動が抑制されるので、触媒金属が凝集しシンタリングすることを抑制することができ、排気ガス浄化用触媒の耐熱性を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒２では、排気ガス中のＮＯ成分を磁性材料Ｆｅ２Ｏ３や触媒金属Ｐｔに引き寄せ吸着させることができ、排気ガス、特にＮＯ成分の浄化性能を高めることができる。かかるＮＯ成分は、触媒金属による還元作用やリッチ（酸素不足）雰囲気時におけるＨＣ成分による還元作用により還元され浄化される。
【００６０】
また、触媒金属粒子１６と磁性材料粒子１５とからなる複合粒子１７が、中空部１８を有するシェル状に形成されていることにより、触媒層４において表面に露出する触媒金属粒子１６を多く存在させることができ、排気ガスと触媒金属との接触面積を高め、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
前記排気ガス浄化用触媒では、触媒金属粒子と磁性材料粒子とからなる複合粒子の中空部を通じて排気ガスが流れることができ、排気ガスと触媒金属との接触機会が増え、排気ガスの浄化性能を高めることができる。
【００６１】
本実施形態では、排気ガス浄化用触媒に含有される触媒金属粒子と磁性材料粒子とをＨ２／Ｈｅ混合ガスを用いて一部固溶させているが、その他の好適な方法を用いて、触媒金属粒子と磁性材料粒子とを一部固溶させ触媒金属粒子を磁性材料粒子の表面に露出固定させるようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、排気ガス浄化用触媒に含有された磁性材料に磁力を与えるために、排気ガス浄化用触媒の外周に、磁力発生装置又は永久磁石が配設されているが、その他の好適な着磁手段を用いて排気ガス浄化用触媒に磁場を作用させ、前記磁性材料に磁力を与えるようにしてもよい。
【００６３】
以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、磁性材料粒子と触媒金属粒子とを含有し、触媒金属粒子の一部を磁性材料粒子に固溶させ、触媒金属粒子を磁性材料粒子の表面に露出して固定させた排気ガス浄化用触媒であり、例えば自動車等の車両の排気系に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。
【図２】本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒の要部断面図である。
【図３】共沈法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。
【図４】噴霧熱分解法により得られた触媒粉末の要部を模式的に示す説明図である。
【図５】触媒粉末をハニカム担体にコーティングする方法を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒装置を概略的に示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
２ 排気ガス浄化用触媒
３ ハニカム担体
４ 触媒層
５、１５ 磁性材料粒子
６、１６ 触媒金属粒子
１７ 複合粒子
１８ 中空部
３０ 磁場発生装置
５０ 永久磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム担体の外周に磁場発生装置又は永久磁石が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料粒子と触媒金属粒子とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒であって、
前記触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定されている、
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定された前記触媒金属粒子と前記磁性材料粒子とからなる複合粒子が、中空部を有するシェル状に形成されている、
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項１】
ハニカム担体の外周に磁場発生装置又は永久磁石が配設されるとともに、前記ハニカム担体上に形成された触媒層に磁性材料粒子と触媒金属粒子とが含有されてなる排気ガス浄化用触媒であって、
前記触媒金属粒子は、該触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定されている、
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記触媒金属粒子の少なくとも一部が前記磁性材料粒子と固溶して前記磁性材料粒子の表面に露出固定された前記触媒金属粒子と前記磁性材料粒子とからなる複合粒子が、中空部を有するシェル状に形成されている、
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−３６６０４（Ｐ２００８−３６６０４Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１８３７３（Ｐ２００６−２１８３７３）
【出願日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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