触媒担持体および触媒担持ステンレス鋼材
【課題】煩雑な工程によらず簡単に触媒物質を担持させることができ、かつ、担持後も触媒活性を発揮させやすい多孔状の表面形態が容易に得られるようなステンレス鋼製触媒担持体を提供する。
【解決手段】クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面対する表面積増加率が３〜１０であり、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上である電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体。前記電解粗面化表面は、電解によって生じたピットによって構成されており、例えば塩化第二鉄水溶液中での交番電解によって形成されるものである。前記ステンレス鋼材としては、公知のオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種が適用できる。
【解決手段】クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面対する表面積増加率が３〜１０であり、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上である電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体。前記電解粗面化表面は、電解によって生じたピットによって構成されており、例えば塩化第二鉄水溶液中での交番電解によって形成されるものである。前記ステンレス鋼材としては、公知のオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種が適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体、およびその表面に触媒物質を担持させた触媒担持ステンレス鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全対策として、触媒機能を利用した汚染物質の浄化が様々な分野で実施されている。たとえば、ＴｉＯ2などの光触媒を利用して大気汚染を軽減する試みが多方面でなされている。また、大気汚染の一因となっているガソリン自動車の排ガスは、Ｐｔ触媒によって浄化されている。
【０００３】
一方、環境におよぼす影響を考慮した動力源として、各種の燃料電池が開発されている。燃料電池の燃料として使用される水素を精製するために、メタンガス等をＰｔ触媒によって改質する試みがなされている。
【０００４】
使用される触媒物質の種類は、その用途によって様々であるが、Ｐｔなどの貴金属を使用したり、貴金属でなくとも微細に調整した粉末を原料としたりすることから総じて高価なものとなる。そのため、使用する触媒の性能を最大限に利用するために、担持された触媒が反応物質に対して最大限に接触できるような工夫がなされている。
【０００５】
一般に、触媒担持体は、セラミックス系の基体上にウオッシュコート層を形成させ、触媒粉末を担持している。たとえば５００〜６００℃位の高温で触媒機能を発揮するＰｔ触媒用担持体には、アルミナ、シリカなどのセラミックス製のウオッシュコート層が形成される。担持体の原料である粉末を焼成し触媒担持体を形成する際にマイクロポアの存在する多孔質体とすることで触媒担持量を多くして、触媒活性を増大させている。また、近年、自動車の排ガス浄化用の触媒担持体としてステンレス鋼が使用されている。ステンレス鋼など金属製の触媒担持体は、耐衝撃性がセラミックス系の担持体より優れ薄肉化も可能であることから、軽量化やコンパクト化を図る上で有利であり、特に自動車などの移動体への搭載には好適である。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−９６７２６号公報
【特許文献２】特開昭５７−７１８９８号公報
【特許文献３】特開昭５６−１２１６４１号公報
【特許文献４】特開昭５８−１７７４３７号公報
【特許文献５】特開平７−３２３２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ステンレス鋼など金属製の触媒担持体は、触媒を担持するための表面積を、マイクロポアを有するセラミックス製の触媒担持体のように大きくすることができず、触媒活性が劣るといった問題点があった。
【０００８】
金属製の触媒担持体においては、特にステンレス鋼は、高温での耐酸化性に優れることから、ステンレス鋼の箔をコルゲート加工してハニカム状のフレームを形成し、そのフレームに触媒物質を把持するためのアルミナ（γ−Ａｌ2Ｏ3）をコーティングして、乾燥焼結した後、触媒コーティングを施すことにより、触媒物質をステンレス鋼表面に担持させ、触媒コンバータを得ている。ところが上記ステンレス鋼製のフレームはアルミナとの密着性が必ずしも十分でなく、そのため、種々の改良が試みられている。
【０００９】
例えば、その一例として、Ａｌを３〜８質量％含有するＡｌ含有ステンレス鋼を用い、このステンレス鋼を焼きなまし後にコルゲート加工し、成形後、更に熱処理して鋼中のＡｌを利用してステンレス鋼表面にα−Ａｌ2Ｏ3ウイスカー（針状結晶）を生成させ、その針状結晶の上にγ−Ａｌ2Ｏ3をコーティングする方法が知られている（特許文献１）。
【００１０】
この他、α−Ａｌ2Ｏ3ウイスカーの生成を促進するため上記Ａｌ含有ステンレス鋼を予めＣＯ2雰囲気等で加熱処理する方法（特許文献２）、あるいはステンレス鋼の成分にＺｒ、Ｙ等を添加し、機械的強度や高温クリープ特性を改善する方法（特許文献３、４）等が知られている。
【００１１】
ところが、ステンレス鋼を用いて触媒コンバータのフレームを形成する上記従来方法は、何れも高Ａｌ含有ステンレス鋼を用い、ステンレス鋼の加熱処理により鋼中のＡｌを利用して鋼表面にα−Ａｌ2Ｏ3を生成させるものであり、製造工程が煩雑である。
【００１２】
また、特許文献５には鉄基合金箔からなるハニカムをγ−Ａｌ2Ｏ3またはγ−Ａｌ2Ｏ3とα−Ａｌ2Ｏ3をベースとするＡｌ拡散剤またはＡｌ−Ｃｒ複合拡散剤に埋没させ、７００〜９５０℃で４〜２０時間、無酸化雰囲気中で熱処理することにより、ＡｌまたはＡｌ−Ｃｒの複合拡散浸透処理と波板／平板の接合を行い、かつ多孔質なハニカム表面を得る方法が開示されている。しかし、この方法においても拡散剤に基材を埋没させて長時間加熱することが必要であり、工程が煩雑である。
【００１３】
本発明はこのような現状に鑑み、煩雑な工程によらず簡単に触媒物質を担持させることができ、かつ、担持後も触媒活性を発揮させやすい多孔状の表面形態が容易に得られるようなステンレス鋼製触媒担持体を提供することを目的とする。また、この触媒担持体に触媒物質を担持させた合理的な構成の触媒担持ステンレス鋼材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】
【００１４】
上記目的は、クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面対する表面積増加率が３〜１０であり、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上である電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体によって達成される。前記電解粗面化表面は、電解によって生じたピットによって構成されており、例えば塩化第二鉄水溶液中での交番電解によって形成されるものである。前記ステンレス鋼材としては、ＪＩＳ Ｇ４３０５に規定される公知のオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種が適用できる。
【００１５】
ここで、「完全平滑面に対する表面積増加率」とは、粗面化表面の一定の測定領域についてクリプトンガス吸着法によって測定される表面積Ｓと、その測定領域の面積Ｓ0の比の値、Ｓ／Ｓ0を意味する。「面粗さＳＰａ」は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に規定される断面曲線の算術平均高さＰａを一定面積の表面領域について測定し、その平均値をとったものである。具体的には、ＳＰａは走査型レーザー顕微鏡により測定される三次元表面プロファイルのデータを解析することにより求まる面粗さパラメータの１つであり、断面曲面の平均面に対する断面曲面の標高の絶対値の平均値を意味する。三次元表面プロファイルを測定する表面領域は、一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域とする。すなわち５０μｍ×５０μｍ以上の測定面積を確保する。
【００１６】
また本発明では、上記の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、触媒物質を付着させることにより、触媒物質を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材が提供される。具体的には、
（i）Ｐｔめっきを施すことにより、Ｐｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材、
（ii）ＴｉＯ2をコーティングすることにより、ＴｉＯ2光触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材、
を挙げることができる。
【００１７】
「ピット壁」は、粗面化表面を構成している個々のピットの表面であり、開口部が隣接するピットの間に形成される「稜」の部分もピット壁の一部とみなされる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、触媒物質の担持を容易な工程で行うことができるステンレス鋼製の触媒担持体が提供された。この触媒担持体は、従来のステンレス鋼製触媒担持体と比べ、担持面積が格段に増大しているため、担持後の触媒性能が大幅に向上する。また、ステンレス鋼材を基材とするものであるから、セラミックス製のものに比べ振動や衝撃に対する耐久性が高い。さらにコスト面でも、従来のステンレス鋼製ハニカム担持体やセラミックス担持体に対して有利であると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
触媒活性を大きくするためには、反応に供する物質と接触する触媒の面積を大きくすることが必要である。一方で触媒物質を有効に利用するためには、触媒担持体の表面全面に薄く均一に担持する必要がある。触媒のコーティング面積を大きくするためには、触媒担持体の実表面積を大きくすることが重要である。
【００２０】
金属製の触媒担持体の場合は、表面を粗面化することによって実表面積を増大させることができる。ただし、微細なピットを高密度で形成したものでなければ、実表面積を増大させるメリットに乏しい。
【００２１】
種々検討の結果、ステンレス鋼を基材として、その表面を塩化第二鉄水溶液中での交番電解により粗面化した場合に、触媒担持体として極めて有効な実表面積の増大効果が得られることが確認された。
【００２２】
〔ステンレス鋼〕
本願において「ステンレス鋼」は、Ｃｒ含有量が１０.５質量％以上の鋼をいう（ＪＩＳ Ｇ０２０３の番号４２０１）。触媒担持体としては、用途に応じて既存鋼種の中から適切な耐食性レベルの鋼種を選択することができる。例えばＪＩＳ Ｇ４３０５に規定されるオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種に相当するものを選択することができる。具体的にはオーステナイト系鋼種としてはＳＵＳ３０４系の汎用鋼種の他、ＳＵＳ３１０系、ＳＵＳ３１５系、ＳＵＳ３１６系、ＳＵＳ３１７系等の鋼種が挙げられる。フェライト系鋼種としてはＳＵＳ４３０系の汎用鋼種の他、ＳＵＳ４３６系、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４５系等の鋼種が挙げられる。
【００２３】
また、ＪＩＳ Ｇ４３０５に規定されるオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種をベースとして、用途に応じて、Ａｌ：５質量％以下、Ｔｉ：１質量％以下、Ｎｂ：１質量％以下、Ｖ：１質量％以下、Ｂ：１質量％以下、Ｃａ：０.１質量％以下、Ｍｇ：０.１質量％以下、Ｙ：０.１質量％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１質量％以下の１種以上を含有させた組成のステンレス鋼を採用することができる。
【００２４】
〔粗面化表面〕
本発明の触媒担持体においては、粗面化表面の第１の要件として、クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面に対する表面積増加率が３〜１０であることが要求される。この規定は、粗面化形態を表面積の観点から捉えたものである。触媒担持体では反応に供する物質と接触する触媒物質の面積が、反応の促進に大きく影響するからである。発明者らの検討の結果、上記の完全平滑面に対する表面積増加率（以下、単に「表面積増加率」ということがある）が３未満の場合は、触媒性能を向上させるのに不十分であり、また粗面化処理に要する工程やコストを考慮するとメリットに乏しい。一方、電解処理によって表面積増加率が１０を超えるような粗面化表面を得るには困難を伴うことが多い。また、そのような非常に高い表面積増加率の電解粗面化表面では開口径の小さい極めて微細なピットが高密度に形成されている状態となる。この場合、触媒物質の担持によって占領されるピット内部の体積割合が増大するので、ピット内部に残される空隙の割合が減少することになり、却って反応に供する物質と触媒物質との接触が阻害される傾向が大きくなることも懸念される。
【００２５】
粗面化表面の第２の要件として、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上であることが要求される。面粗さＳＰａはピットの深さ方向の形状を大きく反映したパラメータである。概念的にはＳＰａが大きいほど、深いピットが数多く形成されていることになる。発明者らは種々検討の結果、上述の表面積増加率が前記規定範囲であるとともに、ＳＰａが０.３μｍ以上となるような形態の電解粗面化表面を形成することが、触媒担持後に優れた触媒活性を発揮せるうえで極めて有効であることを見出した。表面積増加率が上記範囲を満たす大きな値をとるにも拘わらずＳＰａが０.３μｍを下回るような場合には、比較的浅いピットによって大きな表面積が確保されていることを意味し、つまりそのときのピット形状は非常に微細な状態となっていると考えられる。このような粗面化形態では触媒物質を担持させた状態でピット内部に残される空隙の割合が減少してしまい、触媒活性を十分に発揮させることが難しくなる。なお、ＳＰａの上限は電解粗面化によって実現可能な範囲に必然的に制約されるので、特に規定する必要はないが、ＳＰａが概ね１μｍ以下の範囲で良好な結果が得られることが確認されている。
【００２６】
〔電解粗面化〕
電解粗面化に供するステンレス鋼材としては、一般的な酸洗仕上げ材や調質圧延仕上げ材などが適用可能である。電解粗面化処理に供する際には、前処理として通常の電解脱脂を行うことが好ましく、あるいは更に必要に応じて塩酸酸洗を実施することができる。
【００２７】
上記のような粗面化形態を得るためには、塩化第二鉄水溶液中での交番電解処理が好適に適用できる。その粗面化メカニズムを簡単に説明する。電解液中でステンレス鋼板を交番電解するとまず、アノード電解によりピットが形成され、次のカソード電解でＨ2が発生する。このとき電解液中に、Ｆｅ3+が含まれていると、まだピットが形成されていないフラットな表面部に比べてピット内部では、一時的にＦｅ3+＋３ＯＨ-→Ｆｅ(ＯＨ)3の反応が起こる領域までｐＨが上昇し、この時にピット内壁は、Ｆｅ(ＯＨ)3に覆われ保護される。このため、次のアノード電解では、ピット内部よりもＨ2発生により活性化されているフラットな表面が優先的に溶解され、この繰り返しによって、比較的短時間に微細なピットがステンレス鋼表面にほぼ形成される。
【００２８】
電解液のエッチング力が弱いと浅めのピットが形成されやすく、エッチング力が増すにつれて半球状あるいは、鍵穴状といったピット開口部の割には深さのあるピットが形成されるようになる。これはエッチング力を強めるとステンレス鋼板の不動態化作用が低下し、深さ方向へのピット成長が促進されるためと考えられる。
【００２９】
Ｆｅ3+を含まない塩化第一鉄、硝酸、塩酸、硫酸などの電解液中では、上記メカニズムを利用した電解粗面化が行われない。さらに本発明では、ステンレス鋼を対象とするので、電解液中にはステンレス鋼の酸化作用を促進するＮＯ3―、ＳＯ42-といったイオンが含まれていないことも、孔食、すなわちピットの形成を容易にさせ、粗面化処理時間を短時化するために重要となる。このような観点から、電解液としては、Ｆｅ3+を含む塩化第二鉄溶液を使用するのが好ましい。
【００３０】
電解液の濃度や電解条件は、ステンレス鋼種に応じて上述の粗面化形態が得られる適正範囲に設定する必要がある。例えば、フェライト系ステンレス鋼の場合、Ｆｅ3+濃度５〜５０ｇ／Ｌの塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度１.０〜１０.０ｋＡ／ｍ2、カソード電解時の電流密度０.１〜２.０ｋＡ／ｍ2とした０.５〜５Ｈｚの交番電解を１０〜１２０秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。一方、オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、Ｆｅ3+濃度４０〜１２０ｇ／Ｌの塩化第二鉄溶液中で、アノード電解時の電流密度１.０〜１０.０ｋＡ／ｍ2、カソード電解時の電流密度０.３〜２.０ｋＡ／ｍ2とした０.５〜５Ｈｚの交番電解を１０〜１２０秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。
【００３１】
〔触媒物質の担持〕
本発明の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、触媒物質を付着させることにより、触媒物質を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材を得ることができる。触媒担持方法としては、触媒を分散させた水溶液中に担持体を浸漬し引上げる方法、触媒を分散させた水溶液に混合して、スプレーで触媒担持体に塗布後、乾燥固化する方法、触媒を電気めっき液中に混合し、電気めっき法で触媒担持体に触媒を析出させる方法、気相法により触媒金属または化合物を触媒担持体に蒸着する方法等がある。
【００３２】
上記いずれの方法においても触媒物質は、極薄くコーティングすることが好ましい。コーティング量が過剰に多くなると、余剰の触媒は効力を発揮せず無駄となるばかりでなく、電解粗面化処理によって形成した凹凸が緩和され、かえって触媒反応効率が低下する。したがって、触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に必要最小限の触媒物質を薄く付着させ、付着後にもピット形状が残存して、反応に供する物質との接触面積が十分に確保されるようにすることが理想的である。
【００３３】
自動車排ガスの浄化触媒をはじめ、種々の用途に適用される代表的な触媒物質として、Ｐｔ（白金）が挙げられる。本発明の触媒担持体は金属であるから、電気めっき法によりその粗面化表面に効率良くＰｔ触媒をコーティングすることが可能である。
【００３４】
大気浄化、脱臭、抗菌、浄水等の目的で使用される代表的な触媒物質として、光触媒であるＴｉＯ2（酸化チタン）が挙げられる。この場合は、ＴｉＯ2粒子を分散させた水溶液中に触媒担持体を浸漬し引上げる方法などによって、比較的容易に粗面化表面にＴｉＯ2触媒をコーティングすることが可能である。
【実施例１】
【００３５】
市販のＳＵＳ４３０（１８Ｃｒ）フェライト系ステンレス鋼板、板厚０.２５ｍｍ、２Ｄ仕上げ材を用意した。この鋼板から切り出したサンプルについて、前処理として、濃度５質量％、液温６０℃のオルソケイ酸ナトリウム溶液に上記サンプルを浸漬し、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2で１０秒間アノード電解する方法で電解脱脂を行った。
【００３６】
電解脱脂後のサンプルについて、塩化第二鉄水溶液中での交番電解による粗面化処理を種々の条件で施した。電解条件は表１中に示してある。比較材として電解粗面化処理を施していないもの（電解脱脂ままの表面肌のもの）も用意した。これらの電解粗面化処理材および電解処理を施していない比較材（以下、これらを「供試材」と呼ぶ）について、以下に示す方法で表面積増加率、および面粗さＳＰａを求めた。また、供試材を触媒担持体として用いて以下に示す方法でＰｔ触媒を担持させ、触媒性能を調べた。
【００３７】
図１に、本発明例の触媒担持体における電解粗面化表面のＳＥＭ写真を例示する。これは表１のＮｏ.１の例である。
【００３８】
（表面積増加率の測定）
全自動ガス吸着量測定装置（オートソーブ−１−Ｃ／ＶＰ／ＴＣＤ／ＭＳ（ユアサアイオニクス製）を用いて、クリプトンガス吸着法による定容法にて供試材の粗面化表面の表面積Ｓを測定した。これを測定領域の面積Ｓ0で除することにより完全平滑面に対する表面積増加率を求めた。表面積Ｓの測定は１２０℃真空下で６０分間脱気後に行った。結果を表１中に示す。
【００３９】
（面粗さＳＰａの測定）
走査型レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製；ＯＬＳ１２００）を用いて、供試材の粗面化表面における５１μｍ×５１μｍの表面領域について、分解能０.０１μｍにて面粗さＳＰａを測定した。具体的には、対物レンズ１００倍（深さ方向分解能：０.０１μｍ）、ズーム２.５倍の倍率に設定し、５１μｍ×５１μｍ視野の粗面化表面の画像を取り込んだ後、ピークノイズ除去および画像輝度平均化の画像処理を行うことによって三次元表面プロファイルを求め、そのデータに基づいて算出される面粗さＳＰａを求めた。結果を表１中に示す。
【００４０】
（Ｐｔ触媒の担持）
供試材の粗面化ステンレス鋼板を、濃度５質量％、液温６０℃のオルソケイ酸ナトリウム溶液に上記鋼板を浸漬し、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2でアノード電解する方法で電解脱脂を行った。次いで、下地処理として、ＮｉＳＯ4・６Ｈ2Ｏ：４００ｇ／Ｌ、Ｎａ2ＳＯ4：１００ｇ／Ｌを含む液温５５℃、ｐＨ＝１.５のＮｉめっき浴を用い、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2で１２秒間電気めっきを行う方法にて、粗面化表面上にＮｉ下地めっきを施した。その後、Ｐｔ濃度６ｇ／Ｌ、液温４５℃のＰｔめっき液を用い、電流密度０.１ｋＡ／ｍ2でＰｔめっきを施した。
【００４１】
図２に、本発明例におけるＰｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面のＳＥＭ写真を例示する。これは図１に示したＮｏ.１の電解粗面化表面にＰｔ触媒を担持させたものである。他の発明例、比較例についても同様のＳＥＭ観察を行っている。観察の結果、本発明例のＰｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面には、全域においてほぼ均一に、ピット壁にＰｔがコーティングされていることが確認された。
【００４２】
（触媒性能）
上記のようにしてＰｔ触媒を担持させた触媒担持粗面化ステンレス鋼材を３００℃に加熱し、この状態で触媒を担持させた表面に２０ｍｏｌのシクロヘキサンを噴霧した後、揮発成分を捕捉し、冷却により液化させて回収し、液体クロマトグラフィーによりシクロヘキサンからベンゼンに変換された転化率を求めた。転化率が高いほど触媒性能に優れる。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１からわかるように、表面積増加率および面粗さＳＰａが適正範囲にある触媒担持体を用いた本発明例のものは、比較例のものに比べ、顕著に高い触媒性能が発揮された。
【実施例２】
【００４５】
市販のＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）オーステナイト系ステンレス鋼板、板厚０.２５ｍｍ、２Ｄ仕上げ材を用意した。この鋼板から切り出したサンプルについて、前処理として、濃度５質量％、液温６０℃のオルソケイ酸ナトリウム溶液に上記サンプルを浸漬し、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2で１０秒間アノード電解する方法で電解脱脂を行った。
【００４６】
電解脱脂後のサンプルについて、塩化第二鉄水溶液中での交番電解による粗面化処理を種々の条件で施した。電解条件は表２中に示してある。比較材として電解粗面化処理を施していないもの（電解脱脂ままの表面肌のもの）も用意した。これらの電解粗面化処理材および電解処理を施していない比較材（以下、これらを「供試材」と呼ぶ）について、実施例１と同様の方法で表面積増加率、および面粗さＳＰａを求めた。また、供試材を触媒担持体として用いて以下に示す方法でＴｉＯ2触媒を担持させ、触媒性能を調べた。
【００４７】
（ＴｉＯ2触媒の担持）
供試材の粗面化ステンレス鋼板を、ディップコーター装置にセットし、ＴｉＯ2粒子を混合した溶液に浸せきした後、引上げ速度２ｍｍ／ｓｅｃで引上げた。その後、乾燥固化させた。
【００４８】
図３に、本発明例におけるＴｉＯ2触媒を担持させた状態の粗面化表面のＳＥＭ写真を例示する。これは表２のＮｏ.１の例である。他の発明例、比較例についても同様のＳＥＭ観察を行っている。観察の結果、本発明例のＴｉＯ2触媒を担持させた状態の粗面化表面には、全域においてほぼ均一に、ピット壁にＴｉＯ2触媒がコーティングされていることが確認された。
【００４９】
（触媒性能）
上記のようにしてＴｉＯ2触媒を担持させた触媒担持粗面化ステンレス鋼材を内容積約５０Ｌのチャンバーに入れて、ＮＯｘガスを濃度が約５００ｐｐｍになるまで注入した。そして、試験片に紫外線をブラックライトで３時間照射して、照射後のＮＯｘ濃度を測定し、ＮＯｘ分解率を算出した。分解率が高いほど触媒性能に優れる。結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
表２からわかるように、表面積増加率および面粗さＳＰａが適正範囲にある触媒担持体を用いた本発明例のものは、比較例のものに比べ、顕著に高い触媒性能が発揮された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明例の触媒担持体の電解粗面化表面を例示したＳＥＭ写真。
【図２】Ｐｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面を例示したＳＥＭ写真。
【図３】ＴｉＯ2触媒を担持させた状態の粗面化表面を例示したＳＥＭ写真。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体、およびその表面に触媒物質を担持させた触媒担持ステンレス鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全対策として、触媒機能を利用した汚染物質の浄化が様々な分野で実施されている。たとえば、ＴｉＯ2などの光触媒を利用して大気汚染を軽減する試みが多方面でなされている。また、大気汚染の一因となっているガソリン自動車の排ガスは、Ｐｔ触媒によって浄化されている。
【０００３】
一方、環境におよぼす影響を考慮した動力源として、各種の燃料電池が開発されている。燃料電池の燃料として使用される水素を精製するために、メタンガス等をＰｔ触媒によって改質する試みがなされている。
【０００４】
使用される触媒物質の種類は、その用途によって様々であるが、Ｐｔなどの貴金属を使用したり、貴金属でなくとも微細に調整した粉末を原料としたりすることから総じて高価なものとなる。そのため、使用する触媒の性能を最大限に利用するために、担持された触媒が反応物質に対して最大限に接触できるような工夫がなされている。
【０００５】
一般に、触媒担持体は、セラミックス系の基体上にウオッシュコート層を形成させ、触媒粉末を担持している。たとえば５００〜６００℃位の高温で触媒機能を発揮するＰｔ触媒用担持体には、アルミナ、シリカなどのセラミックス製のウオッシュコート層が形成される。担持体の原料である粉末を焼成し触媒担持体を形成する際にマイクロポアの存在する多孔質体とすることで触媒担持量を多くして、触媒活性を増大させている。また、近年、自動車の排ガス浄化用の触媒担持体としてステンレス鋼が使用されている。ステンレス鋼など金属製の触媒担持体は、耐衝撃性がセラミックス系の担持体より優れ薄肉化も可能であることから、軽量化やコンパクト化を図る上で有利であり、特に自動車などの移動体への搭載には好適である。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−９６７２６号公報
【特許文献２】特開昭５７−７１８９８号公報
【特許文献３】特開昭５６−１２１６４１号公報
【特許文献４】特開昭５８−１７７４３７号公報
【特許文献５】特開平７−３２３２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ステンレス鋼など金属製の触媒担持体は、触媒を担持するための表面積を、マイクロポアを有するセラミックス製の触媒担持体のように大きくすることができず、触媒活性が劣るといった問題点があった。
【０００８】
金属製の触媒担持体においては、特にステンレス鋼は、高温での耐酸化性に優れることから、ステンレス鋼の箔をコルゲート加工してハニカム状のフレームを形成し、そのフレームに触媒物質を把持するためのアルミナ（γ−Ａｌ2Ｏ3）をコーティングして、乾燥焼結した後、触媒コーティングを施すことにより、触媒物質をステンレス鋼表面に担持させ、触媒コンバータを得ている。ところが上記ステンレス鋼製のフレームはアルミナとの密着性が必ずしも十分でなく、そのため、種々の改良が試みられている。
【０００９】
例えば、その一例として、Ａｌを３〜８質量％含有するＡｌ含有ステンレス鋼を用い、このステンレス鋼を焼きなまし後にコルゲート加工し、成形後、更に熱処理して鋼中のＡｌを利用してステンレス鋼表面にα−Ａｌ2Ｏ3ウイスカー（針状結晶）を生成させ、その針状結晶の上にγ−Ａｌ2Ｏ3をコーティングする方法が知られている（特許文献１）。
【００１０】
この他、α−Ａｌ2Ｏ3ウイスカーの生成を促進するため上記Ａｌ含有ステンレス鋼を予めＣＯ2雰囲気等で加熱処理する方法（特許文献２）、あるいはステンレス鋼の成分にＺｒ、Ｙ等を添加し、機械的強度や高温クリープ特性を改善する方法（特許文献３、４）等が知られている。
【００１１】
ところが、ステンレス鋼を用いて触媒コンバータのフレームを形成する上記従来方法は、何れも高Ａｌ含有ステンレス鋼を用い、ステンレス鋼の加熱処理により鋼中のＡｌを利用して鋼表面にα−Ａｌ2Ｏ3を生成させるものであり、製造工程が煩雑である。
【００１２】
また、特許文献５には鉄基合金箔からなるハニカムをγ−Ａｌ2Ｏ3またはγ−Ａｌ2Ｏ3とα−Ａｌ2Ｏ3をベースとするＡｌ拡散剤またはＡｌ−Ｃｒ複合拡散剤に埋没させ、７００〜９５０℃で４〜２０時間、無酸化雰囲気中で熱処理することにより、ＡｌまたはＡｌ−Ｃｒの複合拡散浸透処理と波板／平板の接合を行い、かつ多孔質なハニカム表面を得る方法が開示されている。しかし、この方法においても拡散剤に基材を埋没させて長時間加熱することが必要であり、工程が煩雑である。
【００１３】
本発明はこのような現状に鑑み、煩雑な工程によらず簡単に触媒物質を担持させることができ、かつ、担持後も触媒活性を発揮させやすい多孔状の表面形態が容易に得られるようなステンレス鋼製触媒担持体を提供することを目的とする。また、この触媒担持体に触媒物質を担持させた合理的な構成の触媒担持ステンレス鋼材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】
【００１４】
上記目的は、クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面対する表面積増加率が３〜１０であり、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上である電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体によって達成される。前記電解粗面化表面は、電解によって生じたピットによって構成されており、例えば塩化第二鉄水溶液中での交番電解によって形成されるものである。前記ステンレス鋼材としては、ＪＩＳ Ｇ４３０５に規定される公知のオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種が適用できる。
【００１５】
ここで、「完全平滑面に対する表面積増加率」とは、粗面化表面の一定の測定領域についてクリプトンガス吸着法によって測定される表面積Ｓと、その測定領域の面積Ｓ0の比の値、Ｓ／Ｓ0を意味する。「面粗さＳＰａ」は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に規定される断面曲線の算術平均高さＰａを一定面積の表面領域について測定し、その平均値をとったものである。具体的には、ＳＰａは走査型レーザー顕微鏡により測定される三次元表面プロファイルのデータを解析することにより求まる面粗さパラメータの１つであり、断面曲面の平均面に対する断面曲面の標高の絶対値の平均値を意味する。三次元表面プロファイルを測定する表面領域は、一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域とする。すなわち５０μｍ×５０μｍ以上の測定面積を確保する。
【００１６】
また本発明では、上記の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、触媒物質を付着させることにより、触媒物質を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材が提供される。具体的には、
（i）Ｐｔめっきを施すことにより、Ｐｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材、
（ii）ＴｉＯ2をコーティングすることにより、ＴｉＯ2光触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材、
を挙げることができる。
【００１７】
「ピット壁」は、粗面化表面を構成している個々のピットの表面であり、開口部が隣接するピットの間に形成される「稜」の部分もピット壁の一部とみなされる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、触媒物質の担持を容易な工程で行うことができるステンレス鋼製の触媒担持体が提供された。この触媒担持体は、従来のステンレス鋼製触媒担持体と比べ、担持面積が格段に増大しているため、担持後の触媒性能が大幅に向上する。また、ステンレス鋼材を基材とするものであるから、セラミックス製のものに比べ振動や衝撃に対する耐久性が高い。さらにコスト面でも、従来のステンレス鋼製ハニカム担持体やセラミックス担持体に対して有利であると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
触媒活性を大きくするためには、反応に供する物質と接触する触媒の面積を大きくすることが必要である。一方で触媒物質を有効に利用するためには、触媒担持体の表面全面に薄く均一に担持する必要がある。触媒のコーティング面積を大きくするためには、触媒担持体の実表面積を大きくすることが重要である。
【００２０】
金属製の触媒担持体の場合は、表面を粗面化することによって実表面積を増大させることができる。ただし、微細なピットを高密度で形成したものでなければ、実表面積を増大させるメリットに乏しい。
【００２１】
種々検討の結果、ステンレス鋼を基材として、その表面を塩化第二鉄水溶液中での交番電解により粗面化した場合に、触媒担持体として極めて有効な実表面積の増大効果が得られることが確認された。
【００２２】
〔ステンレス鋼〕
本願において「ステンレス鋼」は、Ｃｒ含有量が１０.５質量％以上の鋼をいう（ＪＩＳ Ｇ０２０３の番号４２０１）。触媒担持体としては、用途に応じて既存鋼種の中から適切な耐食性レベルの鋼種を選択することができる。例えばＪＩＳ Ｇ４３０５に規定されるオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種に相当するものを選択することができる。具体的にはオーステナイト系鋼種としてはＳＵＳ３０４系の汎用鋼種の他、ＳＵＳ３１０系、ＳＵＳ３１５系、ＳＵＳ３１６系、ＳＵＳ３１７系等の鋼種が挙げられる。フェライト系鋼種としてはＳＵＳ４３０系の汎用鋼種の他、ＳＵＳ４３６系、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４５系等の鋼種が挙げられる。
【００２３】
また、ＪＩＳ Ｇ４３０５に規定されるオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種をベースとして、用途に応じて、Ａｌ：５質量％以下、Ｔｉ：１質量％以下、Ｎｂ：１質量％以下、Ｖ：１質量％以下、Ｂ：１質量％以下、Ｃａ：０.１質量％以下、Ｍｇ：０.１質量％以下、Ｙ：０.１質量％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１質量％以下の１種以上を含有させた組成のステンレス鋼を採用することができる。
【００２４】
〔粗面化表面〕
本発明の触媒担持体においては、粗面化表面の第１の要件として、クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面に対する表面積増加率が３〜１０であることが要求される。この規定は、粗面化形態を表面積の観点から捉えたものである。触媒担持体では反応に供する物質と接触する触媒物質の面積が、反応の促進に大きく影響するからである。発明者らの検討の結果、上記の完全平滑面に対する表面積増加率（以下、単に「表面積増加率」ということがある）が３未満の場合は、触媒性能を向上させるのに不十分であり、また粗面化処理に要する工程やコストを考慮するとメリットに乏しい。一方、電解処理によって表面積増加率が１０を超えるような粗面化表面を得るには困難を伴うことが多い。また、そのような非常に高い表面積増加率の電解粗面化表面では開口径の小さい極めて微細なピットが高密度に形成されている状態となる。この場合、触媒物質の担持によって占領されるピット内部の体積割合が増大するので、ピット内部に残される空隙の割合が減少することになり、却って反応に供する物質と触媒物質との接触が阻害される傾向が大きくなることも懸念される。
【００２５】
粗面化表面の第２の要件として、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上であることが要求される。面粗さＳＰａはピットの深さ方向の形状を大きく反映したパラメータである。概念的にはＳＰａが大きいほど、深いピットが数多く形成されていることになる。発明者らは種々検討の結果、上述の表面積増加率が前記規定範囲であるとともに、ＳＰａが０.３μｍ以上となるような形態の電解粗面化表面を形成することが、触媒担持後に優れた触媒活性を発揮せるうえで極めて有効であることを見出した。表面積増加率が上記範囲を満たす大きな値をとるにも拘わらずＳＰａが０.３μｍを下回るような場合には、比較的浅いピットによって大きな表面積が確保されていることを意味し、つまりそのときのピット形状は非常に微細な状態となっていると考えられる。このような粗面化形態では触媒物質を担持させた状態でピット内部に残される空隙の割合が減少してしまい、触媒活性を十分に発揮させることが難しくなる。なお、ＳＰａの上限は電解粗面化によって実現可能な範囲に必然的に制約されるので、特に規定する必要はないが、ＳＰａが概ね１μｍ以下の範囲で良好な結果が得られることが確認されている。
【００２６】
〔電解粗面化〕
電解粗面化に供するステンレス鋼材としては、一般的な酸洗仕上げ材や調質圧延仕上げ材などが適用可能である。電解粗面化処理に供する際には、前処理として通常の電解脱脂を行うことが好ましく、あるいは更に必要に応じて塩酸酸洗を実施することができる。
【００２７】
上記のような粗面化形態を得るためには、塩化第二鉄水溶液中での交番電解処理が好適に適用できる。その粗面化メカニズムを簡単に説明する。電解液中でステンレス鋼板を交番電解するとまず、アノード電解によりピットが形成され、次のカソード電解でＨ2が発生する。このとき電解液中に、Ｆｅ3+が含まれていると、まだピットが形成されていないフラットな表面部に比べてピット内部では、一時的にＦｅ3+＋３ＯＨ-→Ｆｅ(ＯＨ)3の反応が起こる領域までｐＨが上昇し、この時にピット内壁は、Ｆｅ(ＯＨ)3に覆われ保護される。このため、次のアノード電解では、ピット内部よりもＨ2発生により活性化されているフラットな表面が優先的に溶解され、この繰り返しによって、比較的短時間に微細なピットがステンレス鋼表面にほぼ形成される。
【００２８】
電解液のエッチング力が弱いと浅めのピットが形成されやすく、エッチング力が増すにつれて半球状あるいは、鍵穴状といったピット開口部の割には深さのあるピットが形成されるようになる。これはエッチング力を強めるとステンレス鋼板の不動態化作用が低下し、深さ方向へのピット成長が促進されるためと考えられる。
【００２９】
Ｆｅ3+を含まない塩化第一鉄、硝酸、塩酸、硫酸などの電解液中では、上記メカニズムを利用した電解粗面化が行われない。さらに本発明では、ステンレス鋼を対象とするので、電解液中にはステンレス鋼の酸化作用を促進するＮＯ3―、ＳＯ42-といったイオンが含まれていないことも、孔食、すなわちピットの形成を容易にさせ、粗面化処理時間を短時化するために重要となる。このような観点から、電解液としては、Ｆｅ3+を含む塩化第二鉄溶液を使用するのが好ましい。
【００３０】
電解液の濃度や電解条件は、ステンレス鋼種に応じて上述の粗面化形態が得られる適正範囲に設定する必要がある。例えば、フェライト系ステンレス鋼の場合、Ｆｅ3+濃度５〜５０ｇ／Ｌの塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度１.０〜１０.０ｋＡ／ｍ2、カソード電解時の電流密度０.１〜２.０ｋＡ／ｍ2とした０.５〜５Ｈｚの交番電解を１０〜１２０秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。一方、オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、Ｆｅ3+濃度４０〜１２０ｇ／Ｌの塩化第二鉄溶液中で、アノード電解時の電流密度１.０〜１０.０ｋＡ／ｍ2、カソード電解時の電流密度０.３〜２.０ｋＡ／ｍ2とした０.５〜５Ｈｚの交番電解を１０〜１２０秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。
【００３１】
〔触媒物質の担持〕
本発明の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、触媒物質を付着させることにより、触媒物質を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材を得ることができる。触媒担持方法としては、触媒を分散させた水溶液中に担持体を浸漬し引上げる方法、触媒を分散させた水溶液に混合して、スプレーで触媒担持体に塗布後、乾燥固化する方法、触媒を電気めっき液中に混合し、電気めっき法で触媒担持体に触媒を析出させる方法、気相法により触媒金属または化合物を触媒担持体に蒸着する方法等がある。
【００３２】
上記いずれの方法においても触媒物質は、極薄くコーティングすることが好ましい。コーティング量が過剰に多くなると、余剰の触媒は効力を発揮せず無駄となるばかりでなく、電解粗面化処理によって形成した凹凸が緩和され、かえって触媒反応効率が低下する。したがって、触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に必要最小限の触媒物質を薄く付着させ、付着後にもピット形状が残存して、反応に供する物質との接触面積が十分に確保されるようにすることが理想的である。
【００３３】
自動車排ガスの浄化触媒をはじめ、種々の用途に適用される代表的な触媒物質として、Ｐｔ（白金）が挙げられる。本発明の触媒担持体は金属であるから、電気めっき法によりその粗面化表面に効率良くＰｔ触媒をコーティングすることが可能である。
【００３４】
大気浄化、脱臭、抗菌、浄水等の目的で使用される代表的な触媒物質として、光触媒であるＴｉＯ2（酸化チタン）が挙げられる。この場合は、ＴｉＯ2粒子を分散させた水溶液中に触媒担持体を浸漬し引上げる方法などによって、比較的容易に粗面化表面にＴｉＯ2触媒をコーティングすることが可能である。
【実施例１】
【００３５】
市販のＳＵＳ４３０（１８Ｃｒ）フェライト系ステンレス鋼板、板厚０.２５ｍｍ、２Ｄ仕上げ材を用意した。この鋼板から切り出したサンプルについて、前処理として、濃度５質量％、液温６０℃のオルソケイ酸ナトリウム溶液に上記サンプルを浸漬し、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2で１０秒間アノード電解する方法で電解脱脂を行った。
【００３６】
電解脱脂後のサンプルについて、塩化第二鉄水溶液中での交番電解による粗面化処理を種々の条件で施した。電解条件は表１中に示してある。比較材として電解粗面化処理を施していないもの（電解脱脂ままの表面肌のもの）も用意した。これらの電解粗面化処理材および電解処理を施していない比較材（以下、これらを「供試材」と呼ぶ）について、以下に示す方法で表面積増加率、および面粗さＳＰａを求めた。また、供試材を触媒担持体として用いて以下に示す方法でＰｔ触媒を担持させ、触媒性能を調べた。
【００３７】
図１に、本発明例の触媒担持体における電解粗面化表面のＳＥＭ写真を例示する。これは表１のＮｏ.１の例である。
【００３８】
（表面積増加率の測定）
全自動ガス吸着量測定装置（オートソーブ−１−Ｃ／ＶＰ／ＴＣＤ／ＭＳ（ユアサアイオニクス製）を用いて、クリプトンガス吸着法による定容法にて供試材の粗面化表面の表面積Ｓを測定した。これを測定領域の面積Ｓ0で除することにより完全平滑面に対する表面積増加率を求めた。表面積Ｓの測定は１２０℃真空下で６０分間脱気後に行った。結果を表１中に示す。
【００３９】
（面粗さＳＰａの測定）
走査型レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製；ＯＬＳ１２００）を用いて、供試材の粗面化表面における５１μｍ×５１μｍの表面領域について、分解能０.０１μｍにて面粗さＳＰａを測定した。具体的には、対物レンズ１００倍（深さ方向分解能：０.０１μｍ）、ズーム２.５倍の倍率に設定し、５１μｍ×５１μｍ視野の粗面化表面の画像を取り込んだ後、ピークノイズ除去および画像輝度平均化の画像処理を行うことによって三次元表面プロファイルを求め、そのデータに基づいて算出される面粗さＳＰａを求めた。結果を表１中に示す。
【００４０】
（Ｐｔ触媒の担持）
供試材の粗面化ステンレス鋼板を、濃度５質量％、液温６０℃のオルソケイ酸ナトリウム溶液に上記鋼板を浸漬し、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2でアノード電解する方法で電解脱脂を行った。次いで、下地処理として、ＮｉＳＯ4・６Ｈ2Ｏ：４００ｇ／Ｌ、Ｎａ2ＳＯ4：１００ｇ／Ｌを含む液温５５℃、ｐＨ＝１.５のＮｉめっき浴を用い、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2で１２秒間電気めっきを行う方法にて、粗面化表面上にＮｉ下地めっきを施した。その後、Ｐｔ濃度６ｇ／Ｌ、液温４５℃のＰｔめっき液を用い、電流密度０.１ｋＡ／ｍ2でＰｔめっきを施した。
【００４１】
図２に、本発明例におけるＰｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面のＳＥＭ写真を例示する。これは図１に示したＮｏ.１の電解粗面化表面にＰｔ触媒を担持させたものである。他の発明例、比較例についても同様のＳＥＭ観察を行っている。観察の結果、本発明例のＰｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面には、全域においてほぼ均一に、ピット壁にＰｔがコーティングされていることが確認された。
【００４２】
（触媒性能）
上記のようにしてＰｔ触媒を担持させた触媒担持粗面化ステンレス鋼材を３００℃に加熱し、この状態で触媒を担持させた表面に２０ｍｏｌのシクロヘキサンを噴霧した後、揮発成分を捕捉し、冷却により液化させて回収し、液体クロマトグラフィーによりシクロヘキサンからベンゼンに変換された転化率を求めた。転化率が高いほど触媒性能に優れる。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１からわかるように、表面積増加率および面粗さＳＰａが適正範囲にある触媒担持体を用いた本発明例のものは、比較例のものに比べ、顕著に高い触媒性能が発揮された。
【実施例２】
【００４５】
市販のＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）オーステナイト系ステンレス鋼板、板厚０.２５ｍｍ、２Ｄ仕上げ材を用意した。この鋼板から切り出したサンプルについて、前処理として、濃度５質量％、液温６０℃のオルソケイ酸ナトリウム溶液に上記サンプルを浸漬し、電流密度０.５ｋＡ／ｍ2で１０秒間アノード電解する方法で電解脱脂を行った。
【００４６】
電解脱脂後のサンプルについて、塩化第二鉄水溶液中での交番電解による粗面化処理を種々の条件で施した。電解条件は表２中に示してある。比較材として電解粗面化処理を施していないもの（電解脱脂ままの表面肌のもの）も用意した。これらの電解粗面化処理材および電解処理を施していない比較材（以下、これらを「供試材」と呼ぶ）について、実施例１と同様の方法で表面積増加率、および面粗さＳＰａを求めた。また、供試材を触媒担持体として用いて以下に示す方法でＴｉＯ2触媒を担持させ、触媒性能を調べた。
【００４７】
（ＴｉＯ2触媒の担持）
供試材の粗面化ステンレス鋼板を、ディップコーター装置にセットし、ＴｉＯ2粒子を混合した溶液に浸せきした後、引上げ速度２ｍｍ／ｓｅｃで引上げた。その後、乾燥固化させた。
【００４８】
図３に、本発明例におけるＴｉＯ2触媒を担持させた状態の粗面化表面のＳＥＭ写真を例示する。これは表２のＮｏ.１の例である。他の発明例、比較例についても同様のＳＥＭ観察を行っている。観察の結果、本発明例のＴｉＯ2触媒を担持させた状態の粗面化表面には、全域においてほぼ均一に、ピット壁にＴｉＯ2触媒がコーティングされていることが確認された。
【００４９】
（触媒性能）
上記のようにしてＴｉＯ2触媒を担持させた触媒担持粗面化ステンレス鋼材を内容積約５０Ｌのチャンバーに入れて、ＮＯｘガスを濃度が約５００ｐｐｍになるまで注入した。そして、試験片に紫外線をブラックライトで３時間照射して、照射後のＮＯｘ濃度を測定し、ＮＯｘ分解率を算出した。分解率が高いほど触媒性能に優れる。結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
表２からわかるように、表面積増加率および面粗さＳＰａが適正範囲にある触媒担持体を用いた本発明例のものは、比較例のものに比べ、顕著に高い触媒性能が発揮された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明例の触媒担持体の電解粗面化表面を例示したＳＥＭ写真。
【図２】Ｐｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面を例示したＳＥＭ写真。
【図３】ＴｉＯ2触媒を担持させた状態の粗面化表面を例示したＳＥＭ写真。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面に対する表面積増加率が３〜１０であり、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上である電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体。
【請求項２】
前記電解粗面化表面は塩化第二鉄水溶液中での交番電解によって形成されるものである請求項１に記載の触媒担持体。
【請求項３】
前記ステンレス鋼材は、ＪＩＳ Ｇ４３０５に規定されるオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種に相当するものである請求項１または２に記載の触媒担持体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、触媒物質を付着させることにより、触媒物質を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、Ｐｔめっきを施すことにより、Ｐｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、ＴｉＯ2をコーティングすることにより、ＴｉＯ2光触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材。
【請求項１】
クリプトンガス吸着法で測定される完全平滑面に対する表面積増加率が３〜１０であり、分解能０.０１μｍの走査型レーザー顕微鏡で一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域を測定したときの面粗さＳＰａが０.３μｍ以上である電解粗面化表面を持つステンレス鋼材からなる触媒担持体。
【請求項２】
前記電解粗面化表面は塩化第二鉄水溶液中での交番電解によって形成されるものである請求項１に記載の触媒担持体。
【請求項３】
前記ステンレス鋼材は、ＪＩＳ Ｇ４３０５に規定されるオーステナイト系鋼種またはフェライト系鋼種に相当するものである請求項１または２に記載の触媒担持体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、触媒物質を付着させることにより、触媒物質を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、Ｐｔめっきを施すことにより、Ｐｔ触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の触媒担持体の粗面化表面を構成しているピット壁に、ＴｉＯ2をコーティングすることにより、ＴｉＯ2光触媒を担持させた状態の粗面化表面を形成した触媒担持ステンレス鋼材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２１３９８５（Ｐ２００９−２１３９８５Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５８８０２（Ｐ２００８−５８８０２）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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