特許 6990606 排ガス処理部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-08

(45)【発行日】2022-01-12

(54)【発明の名称】排ガス処理部材

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/94 20060101AFI20220104BHJP

   B01J 35/04 20060101ALI20220104BHJP

   B01J 23/44 20060101ALI20220104BHJP

   F01N 3/10 20060101ALI20220104BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20220104BHJP

【ＦＩ】

B01D53/94 222

B01J35/04 301L

B01J23/44 A ZAB

B01D53/94 245

B01D53/94 280

F01N3/10 A

F01N3/28 301P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018038467

(22)【出願日】2018-03-05

(65)【公開番号】P2019150781

(43)【公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-02-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000228198

【氏名又は名称】エヌ・イーケムキャット株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100118991

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 聡二郎

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 友章

【審査官】松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５０１０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５３４１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４３２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１４１９０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０８０１９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／８６－５３／９０

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｂ０１Ｄ ５３／９６

Ｆ０１Ｎ ３／００

Ｆ０１Ｎ ３／０２

Ｆ０１Ｎ ３／０４－ ３／３８

Ｆ０１Ｎ ９／００－ １１／００

Ｂ０１Ｊ ２１／００－ ３８／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガス流路内に配置される基材と、
前記基材上に設けられ前記排ガス流路の上流側に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第１触媒層と、
前記基材上に設けられ前記排ガス流路の下流側に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第２触媒層と、
前記第１及び第２触媒層上に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第３触媒層と、
を少なくとも備え、
各触媒層中の白金及びパラジウムの合計濃度が、前記第１触媒層で最も高く、前記第２触媒層で最も低く、
前記第１及び第２触媒層におけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）が、１．０以上３．５以下であり、
前記第３触媒層におけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）が、２．５以上６．０以下である、
排ガス処理部材。

【請求項2】

前記第２触媒層における白金に対する前記第１触媒層における白金の濃度比（第１触媒層中のＰｔ／第２触媒層中のＰｔ）が、２．５以上３．５以下である
請求項１に記載の排ガス処理部材。

【請求項3】

前記第２触媒層におけるパラジウムに対する前記第１触媒層におけるパラジウムの濃度比（第１触媒層中のＰｄ／第２触媒層中のＰｄ）が、２．５以上３．５以下である
請求項１又は２に記載の排ガス処理部材。

【請求項4】

前記基材が、ハニカム構造体を構成している
請求項１から３のいずれか１項に記載の排ガス処理部材。

【請求項5】

白金及びパラジウムが担体に担持されており、前記担体が、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、ベーマイト及びシリカ－アルミナからなる群から選ばれる１種以上を含む
請求項１から４のいずれか１項に記載の排ガス処理部材。

【請求項6】

前記アルミナが、γ－アルミナ、δ－アルミナ、及びθ－アルミナからなる群から選ばれる１種以上である
請求項５に記載の排ガス処理部材。

【請求項7】

前記排ガスが、ディーゼルエンジンの排ガスである
請求項１から６のいずれか１項に記載の排ガス処理部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は環境技術に関し、排ガス処理部材に関する。

【背景技術】

【0002】

リーンバーン型ガソリンエンジン及びディーゼルエンジン等の燃焼機関で燃料が希薄燃焼して排出される排ガスは、様々な有害物質を含んでいる。有害物質は、炭化水素（ＨＣ）、可溶性有機成分（ＳＯＦ：Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）、及び煤等、大気汚染防止法で規制されている成分を含む。

【0003】

そのため、排ガス中の煤やＳＯＦ等の有害微粒子成分を減らすために、排ガス流路中にフィルターが配置されている。しかし、フィルターに有害微粒子成分が堆積すると、フィルターが目詰まりする。そのため、フィルターに堆積した有害微粒子成分を燃焼して除去するために、排ガスの熱及び二酸化窒素（ＮＯ₂）を利用することが検討されている（例えば、特許文献１から６参照。）。

【0004】

排ガスの温度を上昇させ、二酸化窒素（ＮＯ₂）の濃度を上昇させるために、エンジンとフィルターの間の排ガス流路に酸化触媒を備える部材が配置される。酸化触媒は、排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）を酸化して、排ガスの温度を上昇させる。また、酸化触媒は排ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化し、二酸化窒素（ＮＯ₂）の濃度を上昇させる。さらに、フィルターに到達する排ガスの温度を上昇させるために、エンジンに供給される燃料を増やして、酸化触媒で酸化される炭化水素（ＨＣ）の量を増やすことなどにより、フィルターに堆積した有害微粒子成分を燃焼させたりしている。

【0005】

また、排ガスに含まれるＮＯxを、アンモニア（ＮＨ₃）等の還元剤と、還元剤吸着成分を含む触媒と、を用いて窒素（Ｎ₂）に選択的に還元する選択的触媒還元方法（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）が提案されている。当該方法においては、還元剤吸着成分にアンモニア（ＮＨ₃）が供給され、排ガスの窒素酸化物が還元剤吸着成分に吸着したアンモニア（ＮＨ₃）に接することにより、下記化学式（１）から（３）に示すように、窒素酸化物が窒素（Ｎ₂）に還元される。
４ＮＯ ＋ ４ＮＨ₃＋ Ｏ₂ → ４Ｎ₂ ＋ ６Ｈ₂Ｏ ・・・（１）
２ＮＯ₂ ＋ ４ＮＨ₃＋ Ｏ₂ → ３Ｎ₂ ＋ ６Ｈ₂Ｏ ・・・（２）
ＮＯ ＋ ＮＯ₂＋ ２ＮＨ₃ → ２Ｎ₂ ＋ ３Ｈ₂Ｏ ・・・（３）

【0006】

上記化学式（１）から（３）で示した化学反応においては、化学式（３）で示した二酸化窒素（ＮＯ₂）を利用する化学反応が優位に進行するとされている。そのため、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化することは、窒素酸化物を還元する目的においても、有用である。

【0007】

また、ＮＯx成分を吸着する成分を含むＬＮＴ（Ｌｅａｎ ＮＯx Ｔｒａｐ）触媒にＮＯxを吸着させ、ＬＮＴ触媒に還元剤を供給してＮＯxを還元浄化する方法も検討されている。ＮＯx成分を吸着する成分としては、炭酸バリウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属成分、及びセリア等の希土類成分が挙げられる。還元剤としては、空気燃料比をリッチにして燃焼したときの排ガスに含まれるＨＣや、排管内に噴霧された燃料が利用される。ＬＮＴ触媒においては、一酸化窒素（ＮＯ）よりも二酸化窒素（ＮＯ₂）のほうが効率的に還元されるため、ＬＮＴ触媒の上流において一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化することが好ましい。

【0008】

一方、排ガスフィルターの強制再生においては、軽油ポスト噴霧又は排ガス管軽油噴霧により、排ガスフィルターに供給される排ガス温度を高めることが行われている。酸化触媒において軽油噴霧中にフィルターに供給される排ガス温度が低下しない下限の温度を着火温度という。着火温度が低いほうが、燃費が改善する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１７－５０１０３２号公報

【文献】特開２０１６－５１３５８４号公報

【文献】特開２０１６－５０３３４４号公報

【文献】特開２０１６－５００３３１号公報

【文献】特開２００８－２７２６５９号公報

【文献】国際公開第２０１４／１４１９０３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、軽油ポスト噴霧又は排ガス管軽油噴霧による着火温度をより低温化可能な、排ガス処理部材等を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、燃費が改善可能な、排ガス処理部材等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、積層構造の触媒層を有する排ガス処理部材において、上層側の触媒層及び下層側の触媒層中の酸化触媒の配合組成を調整することで、上記課題が解決され得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下に示す種々の具体的態様を提供する。

【0012】

（１）排ガス流路内に配置される基材と、前記基材上に設けられ前記排ガス流路の上流側に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第１触媒層と、前記基材上に設けられ前記排ガス流路の下流側に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第２触媒層と、前記第１及び第２触媒層上に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第３触媒層と、を少なくとも備え、各触媒層中の白金及びパラジウムの合計濃度が、前記第１触媒層で最も高く、前記第２触媒層で最も低く、前記第１及び第２触媒層におけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）が、１．０以上３．５以下であり、前記第３触媒層におけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）が、２．５以上６．０以下である、排ガス処理部材。

【0013】

（２）前記第２触媒層における白金に対する前記第１触媒層における白金の濃度比（第１触媒層中のＰｔ／第２触媒層中のＰｔ）が、２．５以上３．５以下である（１）に記載の排ガス処理部材。

【0014】

（３）前記第２触媒層におけるパラジウムに対する前記第１触媒層におけるパラジウムの濃度比（第１触媒層中のＰｄ／第２触媒層中のＰｄ）が、２．５以上３．５以下である（１）又は（２）に記載の排ガス処理部材。

【0015】

（４）前記基材が、ハニカム構造体を構成している（１）から（３）のいずれかに記載の排ガス処理部材。

【0016】

（５）白金及びパラジウムが担体に担持されており、前記担体が、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、ベーマイト及びシリカ－アルミナからなる群から選ばれる１種以上を含む（１）から（４）のいずれかに記載の排ガス処理部材。

【0017】

（６）前記アルミナが、γ－アルミナ、δ－アルミナ、及びθ－アルミナからなる群から選ばれる１種以上である（５）に記載の排ガス処理部材。

【0018】

（７）前記排ガスが、ディーゼルエンジンの排ガスである（１）から（６）のいずれかに記載の排ガス処理部材。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、軽油ポスト噴霧又は排ガス管軽油噴霧による着火温度をより低温化可能な排ガス処理部材を提供することが可能であり、燃費性能のさらなる改善にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態に係る排ガス処理部材を示す模式的断面図である。

【図2】排ガス処理部材の変形例を示す模式的断面図である。

【図3】排ガス処理部材の変形例を示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の実施の形態は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。なお、本明細書において、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、本明細書において、「～」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前後の値を含むものとして用いる。例えば「１～１００」との数値範囲の表記は、その上限値「１００」及び下限値「１」の双方を包含するものとする。また、他の数値範囲の表記も同様である。

【0022】

本実施形態に係る排ガス処理部材１００は、図１に示すように、排ガス流路内に配置される基材１０と、基材１０上に設けられ且つ排ガス流路の上流側に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第１触媒層１１と、基材１０上に設けられ且つ排ガス流路の下流側に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第２触媒層１２と、第１及び第２触媒層１１，１２上に配置された、少なくとも白金及びパラジウムを含む第３触媒層１３と、を少なくとも備える。したがって、本実施形態に係る排ガス処理部材１００は、基材１０の表面から高さ方向において少なくとも下層と上層を備える２層構造の触媒層を備えており、第１触媒層１１及び第２触媒層１２が下層の触媒層をなしており、第３触媒層１３が上層の触媒層をなしている。

【0023】

本実施形態に係る排ガス処理部材１００において、各触媒層中の白金及びパラジウムの合計濃度は、第１触媒層１１で最も高く、第２触媒層１２で最も低くなっている。また、本実施形態に係る排ガス処理部材１００において、第１及び第２触媒層１１，１２におけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）は、１．０以上３．５以下に、第３触媒層１３におけるパラジウムに対する白金の濃度比は２．５以上６．０以下に、それぞれ設定されている。本実施形態に係る排ガス処理部材１００は、例えばディーゼルエンジンの下流に配置され、排ガスを処理する。

【0024】

基材１０は、耐熱性に優れ、第１及び第２触媒層１１，１２を支持可能なものである限り、その種類は特に限定されない。例えば、金属、ステンレス等の合金、セラミックス、これらを組み合わせた積層構造体等が挙げられるが、これらに特に限定されない。また、その形状、平面形状、厚さ等も、用途や要求性能等に応じて適宜設定すればよい。これらは、１種を単独で、又は２種以上を適宜組み合わせて用いることができる。

【0025】

また、基材１０として、ハニカム構造体を採用することで、排ガス流中に設置する排ガス浄化用途への適用が容易となる。ハニカム構造体は、一般的には、排ガスが流れる複数のセルが長軸方向に並列して設けられたものであり、各セルの導入口から排出口に向けて排ガスが流れる。この場合、基材１０は、排ガスが流れるハニカム構造体の各セルの内壁をなす。このようなハニカム構造体としては、当業界で公知のものを適宜選択することができる。例えば自動車排ガス用途におけるハニカム構造体としては、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等のセラミックモノリス担体、ステンレス製等のメタルハニカム担体、ステンレス製等のワイヤメッシュ担体、スチールウール状のニットワイヤ担体等が挙げられる。これらは、１種を単独で、又は２種以上を適宜組み合わせて用いることができる。なお、ハニカム構造体の外形は、例えば、円柱状、四角柱状、六角柱状、球状、ハニカム状、シート状等の任意の形状のものが選択可能であり、特に限定されない。

【0026】

上述したハニカム構造体のサイズは、用途や要求性能に応じて適宜設定でき、特に限定されないが、例えば数ミリから数センチの直径（長さ）のものが好適に使用される。ハニカム構造体のセルの数（セル密度）は、処理される排ガスの種類、排ガスの流量、所望の圧力損失、及び排ガスに含まれる有害物質の所望の除去効率等に基づいて適宜設定すればよい。例えばディーゼルエンジンの排ガスを処理する場合、排ガス流に対する表面積を高く維持しつつ圧力損失の増大を抑制する等の観点から、セルの数は、好ましくは１００ｃｐｓｉ以上５００ｃｐｓｉ以下、より好ましくは１５０ｃｐｓｉ以上４００ｃｐｓｉ以下である。なお、セル密度とは、ハニカム構造体を気体流路に対して直角に切断した際の断面における単位面積あたりのセル数のことを意味する。セルの壁厚は、４ｍｉｌ以上１２ｍｉｌ以下が好ましく、５ｍｉｌ以上１０ｍｉｌ以下がより好ましく、６ｍｉｌ以上９ｍｉｌ以下がさらに好ましい。また、自動車排ガス用途のハニカム構造体としては、気体流路が連通しているフロースルー型構造体と、気体流路の一部端面が目封じされ且つ気体流路の壁面を通して気体が流通可能になっているウォールフロー型構造体とが広く知られており、いずれも適用可能である

【0027】

基材１０の表面上において、第１触媒層１１は、排ガス流路の上流側に配置されており、第２触媒層１２は、排ガス流路の下流側に配置されている。第１触媒層１１及び第２触媒層１２は、基材１０表面の少なくとも一部を覆っている。本実施形態では、第１触媒層１１及び第２触媒層１２は、基材１０上に隣接配置されている。第３触媒層１３は、第１触媒層１１及び第２触媒層１２の少なくとも一部又は全部を覆っている。第１触媒層１１は、主に一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化する。第２触媒層１２は、主に一酸化窒素（ＮＯ）を酸化する。第３触媒層１３、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化窒素（ＮＯ）を酸化する。

【0028】

第１触媒層１１、第２触媒層１２及び第３触媒層１３は、ウォッシュコート層である。第１触媒層１１、第２触媒層１２及び第３触媒層１３において、酸化触媒である白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）は、粒子状の担体に担持されている。担体は、母材粒子とも呼ばれる。担体と白金及びパラジウムとは、複合粒子である触媒粒子をなしている。担体に担持された白金及びパラジウムの大きさは、数ナノメートル～数百ナノメートルオーダーである。担体上の白金及びパラジウムの存在は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）による観察、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ：X‐ray Diffraction）、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy、又はＥＳＣＡ：Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）等の各種測定方法により把握することができる。

【0029】

担体は、耐熱性が高く、白金及びパラジウムを安定的に高分散可能なものであれば、公知のものから適宜選択でき、その種類は特に限定されない。例えば、シリカ、ベーマイト、アルミナ（α－Ａｌ₂Ｏ₃、δ－Ａｌ₂Ｏ₃、γ－Ａｌ₂Ｏ₃、δ－Ａｌ₂Ｏ₃、η－Ａｌ₂Ｏ₃、θ－Ａｌ₂Ｏ₃）、セリア（ＣｅＯ₂）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、セリア－ジルコニア、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化プラセオジム等の金属酸化物乃至は金属複合酸化物；希土類元素及び／又は遷移元素がドープされたジルコニアやセリア－ジルコニア等の複合酸化物；ペロブスカイト型酸化物；シリカ－アルミナ、シリカ－アルミナ－ジルコニア、シリカ－アルミナ－ボリア等のアルミナを含む複合酸化物；バリウム化合物、アナターゼ型チタニア、ゼオライト等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらの中でも、担体としては、ＢＥＴ比表面積が大きな多孔質粒子が好ましい。具体的には、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、ベーマイト及びシリカ－アルミナ等が挙げられる。アルミナの例としては、γ－アルミナ、δ－アルミナ、及びθ－アルミナが挙げられる。チタニアの例としては、アナターゼ型のチタニアが挙げられる。ジルコニアとしては、安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアが好ましい。安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアは、ジルコニアに、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、又は酸化イットリウム等の希土類酸化物を固溶させて得られる。安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアは、構造中に酸素空孔が形成され、立方晶及び正方晶が室温でも安定化し、昇降温による破壊が抑制される。シリカには、種々の異なる相変態を有する結晶性シリカの他、無定形、ガラス状、及びコロイド状シリカ等がある。シリカは、一般に、アルミナに比べＢＥＴ比表面積が高く、白金及びパラジウムが高度に分散される。シリカ－アルミナは、結晶性のものと非結晶性のものがある。シリカ－アルミナにおいて、Ｓｉ／Ａｌ比は様々であり、用途に合わせて、適宜設定される。結晶性のゼオライトの例としては、ＺＳＭ型ゼオライト及びやβ型ゼオライト等が挙げられる。担体は、１種を単独で、又は２種以上を適宜組み合わせて用いることができる。

【0030】

担体は、複数の材料からなっていてもよい。また、例えば、担体の耐熱性を向上させるために、担体には、ランタン等の希土類酸化物、シリカ、及びジルコニア等が添加されていてもよい。また、担体の比表面積は、耐熱性、並びに担体に担持されるＰｔやＰｄの分散性及び安定性に基づいて、適宜設定される。例えば、比表面積は、５０ｍ²／ｇ以上３００ｍ²／ｇ以下が好ましい。比表面積は、例えば、ＢＥＴ法により測定される。

【0031】

なお、ここで用いる担体は、製法によって特に限定されない。この種の担体は、各公知の製法で得ることができ、例えば、上記元素を含む硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、塩化物等の形態を有する出発原料を水溶液中に溶解させた後、混合し、ｐＨ調整等により沈殿物として沈降させるか、蒸発乾固させるかして得られた固形物を焼成することで、任意の組成及び結晶性を有する担体を得ることができる。なお、担体原料を混合又は複合化する際には、これらの複数の金属塩を一度に可溶化させて上記処理を行ってもよいし、単一又は複数の金属塩に上記処理を行うことにより酸化物を形成させた後、残りの金属塩を一度に又は逐次添加してもよい。

【0032】

第１触媒層１１、第２触媒層１２及び第３触媒層１３は、白金及びパラジウムの酸化触媒能を補助する助触媒をさらに備えていてもよい。助触媒成分の例としては、酸化セリウム（セリア）、セリア－ジルコニア、各種ゼオライト、ネオジム、及び酸化ランタン等の希土類酸化物、並びにジルコニア等が挙げられる。酸化セリウムは、セリウム（Ｃｅ）の酸化数の変化により、酸素過剰な雰囲気では酸素を貯蔵し、酸素が不足している雰囲気では酸素を放出することが可能である。そのため、酸化セリウムは、酸素不足雰囲気化で、煤及び可溶性有機成分（ＳＯＦ）の酸化及び燃焼に有効である。また、酸化セリウムは、白金及びパラジウムによる、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ等の低温下での酸化反応を促進する。各種ゼオライトは、ＨＣを低温で貯蔵し、高温でＨＣを放出して、白金やパラジウムによる、ＨＣの低温下での酸化反応を促進する。ネオジム及び酸化ランタン等の希土類酸化物、並びにジルコニアは、白金及びパラジウムが、熱で担体上を移動して凝集することを抑制すると考えられている。

【0033】

本実施形態の各触媒層中の排ガス処理部材１００において、白金及びパラジウムの合計濃度は、第１触媒層１１、第２触媒層１２及び第３触媒層１３のうち、第１触媒層１１で最も高く、第３触媒層１３で２番目に高く、第２触媒層１２で最も低く設定されている。このように触媒活性種の合計濃度を第３触媒層１３では比較的低濃度とすることで、排ガス中に含まれるリン（Ｐ）等の被毒による触媒性能の劣化の影響が低減され、また、触媒活性種の合計濃度を第１触媒層１１では比較的高濃度とすることで、触媒性能を高く維持され、その結果、着火温度をより低くすることができる。

【0034】

具体的には、第１触媒層１１及び第２触媒層１２におけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）は、１．０以上３．５以下が好ましく、より好ましくは１．０以上３．０以下、さらに好ましくは１．５以上２．５以下である。換言すれば、第１触媒層１１及び第２触媒層１２において、白金の濃度は、パラジウムの濃度の１倍以上３．５倍以下が好ましい。また、第３触媒層１３におけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）は、２．５以上６．０以下が好ましく、より好ましくは３．５以上５．０以下、さらに好ましくは４．０以上５．０以下である。換言すれば、第３触媒層１３において、白金の濃度は、パラジウムの濃度の２．５倍以上６．０倍以下が好ましい。上記好ましい範囲に設定することにより、酸化触媒の着火温度を低くすることができる。

【0035】

一方、第２触媒層１２における白金に対する第１触媒層１１における白金の濃度比（第
１触媒層１１中のＰｔ／第２触媒層中１２中のＰｔ）は、例えば、２．５以上３．５以下が好ましい。換言すれば、第１触媒層１１における白金の濃度は、第２触媒層１２における白金の濃度の２．５倍以上３．５倍以下が好ましい。第２触媒層におけるパラジウムに対する第１触媒層におけるパラジウムの濃度比（第１触媒層１１中のＰｄ／第２触媒層中１２中のＰｄ）は、２．５以上３．５以下が好ましいである。換言すれば、第１触媒層１１におけるパラジウムの濃度は、第２触媒層１２におけるパラジウムの濃度の２．５倍以上３．５倍以下である。上記好ましい範囲に設定することにより、酸化触媒の着火温度を低くすることができる。

【0036】

基材１０がハニカム構造体をなしている場合、ハニカム構造体に担持されている白金及びパラジウムの量（担持量）は、所望性能に応じて適宜設定でき、特に限定されないが、触媒性能やコスト等の観点から、ハニカム構造体のコート部体積１Ｌ当たり、金属換算で０．２ｇ以上５．０ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．３ｇ以上３．０ｇである。なお、ハニカム構造体のコート部体積とは、外壁を除くハニカム構造体のうちコートされる部分の体積であって、コートされる部分上であれば、ハニカム構造体内の空間部分の体積も含めた体積を指す。

【0037】

また、基材１０がハニカム構造体をなしている場合、第１触媒層１１、第２触媒層１２及び第３触媒層１３のそれぞれの量（塗布量）は、所望性能に応じて適宜設定でき、特に限定されないが、触媒性能、圧力損失、コスト等の観点から、ハニカム構造体のコート部体積１Ｌ当たり、１０ｇ以上３００ｇ以下が好ましく、より好ましくは１５ｇ以上２５０ｇ以下である。

【0038】

次に、本実施形態に係る排ガス処理部材の製造方法の一例について説明する。
まず、担体に白金及びパラジウムを担持するために、白金の出発塩として、水酸化白金（ＩＶ）酸のエタノールアミン溶液、テトラアンミン白金（ＩＩ）酢酸塩、テトラアンミン白金（ＩＩ）炭酸塩、テトラアンミン白金（ＩＩ）硝酸塩、水酸化白金（ＩＶ）酸の硝酸溶液、硝酸白金、ジニトロジアミン白金硝酸、及び塩化白金（ＩＶ）酸等を用意する。また、パラジウムの出発塩として、テトラアンミンパラジウム（ＩＩ）酢酸塩、テトラアンミンパラジウム（ＩＩ）炭酸塩、テトラアンミンパラジウム（ＩＩ）硝酸塩、ジニトロジアンミンパラジウム、硝酸パラジウム、及び塩化パラジウム等を用意する。

【0039】

ここで、白金の出発塩水溶液の酸性度とパラジウムの出発塩水溶液の酸性度とが近いと、両方の水溶液を混合した際に沈殿が生じにくく、溶液の分散性を保ちやすい。酸性度が近い組み合わせの例としては、テトラアンミン白金（ＩＩ）酢酸塩－テトラアンミンパラジウム（ＩＩ）酢酸塩（アルカリ性同士）、水酸化白金（ＩＶ）酸のエタノールアミン溶液－テトラアンミンパラジウム（ＩＩ）酢酸塩（アルカリ性同士）、硝酸白金－硝酸パラジウム（酸性同士）、ジニトロジアミン白金硝酸－硝酸パラジウム（酸性同士）、及び塩化白金（ＩＶ）酸－塩化パラジウム（酸性同士）等が挙げられる。これらは一例であり、限定されない。

【0040】

そして、含侵法、イオン交換法、及び混練法等の任意の方法を用いて、用意した金属塩の水溶液に含まれる白金及びパラジウムを担体上に担持させて複合粒子である触媒粒子を形成する。その後、例えば５０℃以上２００℃以下で触媒粒子を乾燥し、さらに例えば３５０℃以上１２００℃以下で触媒粒子を焼成する。次に、触媒粒子と水又は水に水溶性有機溶媒を加えた水溶性有機溶媒とを混合して、スラリーを得る。混合の際には、ボールミル等による粉砕混合等、公知の粉砕方法又は混合方法を適用することができる。また、スラリーには、必要に応じて当業界で公知のバインダー、他の触媒、助触媒粒子、ＯＳＣ材、母材粒子、添加剤等を所望の配合割合で混合することができる。添加剤としては、例えばｐＨ調整のための酸や塩基等のｐＨ調整剤、分散性向上のための非イオン系界面活性剤やアニオン系界面活性剤等の界面活性剤や分散安定化剤、粘度調整のための粘度調整剤等が挙げられるが、これらに特に限定されない。

【0041】

ここで、第１触媒層１１、第２触媒層１２及び第３触媒層１３のそれぞれを形成するためのスラリーのうち、白金及びパラジウムの合計濃度は、第１触媒層１１を形成するためのスラリーで最も高く、第３触媒層１３を形成するためのスラリーで２番目に高く、第２触媒層１２を形成するためのスラリーで最も低く設定すればよい。或いは、上述したとおり、白金及びパラジウムの合計濃度が第１触媒層１１で最も高く、第３触媒層１３で２番目に高く、第２触媒層１２で最も低くなるように、スラリーの塗布量をそれぞれ異ならしめてもよく、この場合は、各スラリーの白金及びパラジウムの合計濃度は、任意に設定できる。

【0042】

第１触媒層１１及び第２触媒層１２を形成するためのスラリーにおけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）は、特に限定されないが、好ましくは１：１から３．５：１、より好ましくは１．０以上３．０未満、さらに好ましくは１．５以上２．５以下である。また、第３触媒層１３を形成するためのスラリーにおけるパラジウムに対する白金の濃度比（Ｐｔ／Ｐｄ）は、特に限定されないが、好ましくは２．５以上６．０以下が好ましく、より好ましくは３．５以上５．０以下、さらに好ましくは４．０以上５．０以下である。

【0043】

第２触媒層１２を形成するためのスラリーにおける白金に対する第１触媒層１１を形成するためのスラリーにおける白金の濃度比（第１触媒層のスラリー中のＰｔ／第２触媒層のスラリー中のＰｔ）は、特に限定されないが、２．５：１から３．５：１が好ましい。また、第２触媒層を形成するためのスラリーにおけるパラジウムに対する第１触媒層を形成するためのスラリーにおけるパラジウムの濃度比（第１触媒層のスラリー中のＰｄ／第２触媒層のスラリー中のＰｄ）は、特に限定されないが、２．５：１から３．５：１が好ましい。

【0044】

次に、基材１０上にスラリーを付与する。スラリーの付与方法は、常法にしたがって行えばよく、その種類は特に限定されない。各種公知のコーティング法、例えば、ウォッシュコート法等を適用することができる。また、基材１０の部分ごとに異なる触媒層を形成するために、当該部分ごとに異なるスラリーを付与するという、いわゆるゾーンコート法を適用することもできる。

【0045】

例えば、基材１０としてハニカム構造体を用いる場合には、ハニカム構造体の導入口側からハニカム構造体の所定の長さを第１触媒層１１を形成するためのスラリーに浸漬させて、ハニカム構造体の導入口側から所定の長さ分を、第１触媒層１１を形成するためのスラリーでコーティングする。その後、ハニカム構造体をスラリーから引き上げ、余分なスラリーをエアーによりブローアウトする。さらに、必要に応じてハニカム構造体を適宜乾燥させ、焼成することで、ハニカム構造体の内壁である基材１０上に第１触媒層１１を形成する。

【0046】

このときの乾燥温度は、特に限定されないが、例えば７０℃以上２００℃以下が好ましく、より好ましくは８０℃以上１５０℃以下である。乾燥時間は、例えば０．５時間以上２時間以下である。また、焼成温度も、特に限定されないが、例えば３５０℃以上１２００℃以下が好ましく、より好ましくは４００℃以上６００℃以下である。焼成時間は、例えば０．５～４８時間程度が目安とされ、好ましくは１時間以上３時間以下である。なお、焼成雰囲気は、酸化性雰囲気、還元性雰囲気、中性雰囲気のいずれの雰囲気でもよい。ここで、加熱手段としては、例えば電気炉やガス炉等の公知の加熱手段を用いることができる。

【0047】

次に、ハニカム構造体の排出口側からハニカム構造体の所定の長さを第２触媒層１２を形成するためのスラリーに浸漬させて、ハニカム構造体の排出口側から所定の長さ分を第２触媒層１２を形成するためのスラリーでコーティングする。その後、第２触媒層１２を形成するためのスラリーを乾燥し、焼成させ、ハニカム構造体の内壁である基材１０上に第２触媒層１２を形成させる。乾燥及び焼成の条件は、第１触媒層１１を形成するためのスラリーと同様である。なお、第２触媒層１２を形成するためのスラリーでハニカム構造体をコーティングした後に、第１触媒層１１を形成するためのスラリーでハニカム構造体をコーティングしてもよい。

【0048】

次いで、ハニカム構造体の全長を第３触媒層１３を形成するためのスラリーに浸漬させ、第１触媒層１１及び第２触媒層１２の表面上を、第３触媒層１３を形成するためのスラリーでコーティングする。その後、第３触媒層１３を形成するためのスラリーを乾燥し、焼成させ、第１触媒層１１及び第２触媒層１２の表面上に第３触媒層１３を形成させる。乾燥及び焼成の条件は、第１触媒層１１を形成するためのスラリーと同様である。これにより、本実施形態に係る排ガス処理部材１００を得ることができる。

【0049】

なお、上記実施形態においては、図１に示すように、第１触媒層１１と第２触媒層１２とを隣接配置しているが、例えば図２に示すように第１触媒層１１と第２触媒層１２とを離間配置することができる。また、二重塗布等により、例えば図３に示すように第１触媒層１１と第２触媒層１２との間に、これらとは別の層１４を設けることもできる。この触媒層１４としては、上述した第３触媒層、第１乃至第３触媒層とは別の触媒層等が例示される。

【実施例】

【0050】

以下に試験例、実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらによりなんら限定されるものではない。すなわち、以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更することができる。また、以下の実施例における各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様における好ましい上限値又は好ましい下限値としての意味をもつものであり、好ましい範囲は前記した上限又は下限の値と、下記実施例の値又は実施例同士の値との組み合わせで規定される範囲であってもよい。

【0051】

（実施例１）
硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が２：１となるよう混合し、白金及びパラジウムの混合液を得た。次に、粒径（ｄ₅₀）が３０μｍ、ＢＥＴ比表面積が１４０ｍ²／ｇのアルミナ粉末に、混合液中の白金及びパラジウムを含侵させ、その後、複合粒子を５００℃で１時間焼成して、第１触媒層を形成するための複合粒子を得た。得られた複合粒子、水、増粘剤、界面活性剤、及びｐＨ調整剤をボールミルに投入し、複合粒子の粒径が所定の粒径になるまでミリングし、第１触媒層を形成するためのスラリーを得た。

【0052】

また、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が１．９９：１となるよう混合し、白金及びパラジウムの混合液を得た。当該混合液を使用した他は、第１触媒層を形成するためのスラリーの形成方法と同様の方法により、第２触媒層を形成するためのスラリーを得た。さらに、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が４．７：１となるよう混合し、白金及びパラジウムの混合液を得た。当該混合液を使用した他は、第１触媒層を形成するためのスラリーの形成方法と同様の方法により、第３触媒層を形成するためのスラリーを得た。

【0053】

次に、コージュライト製のフロースルー型ハニカム構造体を用意した。このハニカム構造体のセル密度は３００ｃｐｓｉ／８ｍｉｌ、直径は１４３．８ｍｍ、長さは７６．２ｍｍ、体積は１．２３８Ｌであった。ハニカム構造体の導入口側から、ハニカム構造体の約半分を第１触媒層を形成するためのスラリーに浸漬させ、ハニカム構造体の各セル内部の上流側を第１触媒層を形成するためのスラリーでコーティングした。その後、１５０℃１時間でスラリーを乾燥させ、大気雰囲気下、４５０℃で焼成して、コート部体積当たり、白金を０．９４ｇ／Ｌ、パラジウムを０．４７ｇ／Ｌ含有する第１触媒層を形成した。

【0054】

次に、ハニカム構造体の排出口側から、ハニカム構造体の約半分を第２触媒層を形成するためのスラリーに浸漬させ、ハニカム構造体の各セル内部の下流側を第２触媒層を形成するためのスラリーでコーティングした。その後、第１触媒層と同様の条件でスラリーを乾燥及び焼成し、コート部体積当たり、白金を０．３１ｇ／Ｌ、パラジウムを０．１６ｇ／Ｌ含有する第２触媒層を形成した。

【0055】

さらに、ハニカム構造体全体を第３触媒層を形成するためのスラリーに浸漬させ、第１触媒層及び第２触媒層の表面を第３触媒層を形成するためのスラリーでコーティングした。その後、第１触媒層と同様の条件でスラリーを乾燥及び焼成し、コート部体積当たり、白金を０．８８ｇ／Ｌ、パラジウムを０．１９ｇ／Ｌ含有する第３触媒層を形成した。以上示した方法により、実施例１に係る排ガス処理部材を製造した。

【0056】

（実施例２）
硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が３：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、第１触媒層を形成するためのスラリーを得た。また、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が３：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、第２触媒層を形成するためのスラリーを得た。さらに、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が３：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、第３触媒層を形成するためのスラリーを得た。

【0057】

得られた各スラリーを用いて、実施例１と同様の方法により、ハニカム構造体に第１から第３の触媒層を形成して、実施例２に係る排ガス処理部材を得た。第１触媒層は、コート部体積当たり、白金を１．４１ｇ／Ｌ、パラジウムを０．４７ｇ／Ｌ含有していた。第２触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．４７ｇ／Ｌ、パラジウムを０．１６ｇ／Ｌ含有していた。第３触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．５６ｇ／Ｌ、パラジウムを０．１９ｇ／Ｌ含有していた。

【0058】

（実施例３）
硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が２．４：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、第１触媒層を形成するためのスラリーを得た。また、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が２．４：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、第２触媒層を形成するためのスラリーを得た。さらに、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が３．６：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、第３触媒層を形成するためのスラリーを得た。

【0059】

得られたスラリーを用いて、実施例１と同様の方法により、ハニカム構造体に第１から第３の触媒層を形成して、実施例３に係る排ガス処理部材を得た。第１触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．９０ｇ／Ｌ、パラジウムを０．３７ｇ／Ｌ含有していた。第２触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．３０ｇ／Ｌ、パラジウムを０．１２ｇ／Ｌ含有していた。第３触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．９０ｇ／Ｌ、パラジウムを０．２５ｇ／Ｌ含有していた。

【0060】

（比較例１）
上述したように、実施例に係る排ガス処理部材は、基材の表面から高さ方向において少なくとも下層と上層を備える２層構造の触媒層を備えており、下層が上流側の第１触媒層と下流側の第２触媒層に分けられていた。これに対し、下層の組成が上流側と下流側で分けられていない比較例１に係る排ガス処理部材を製造した。

【0061】

具体的には、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が３：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、下層の触媒層を形成するためのスラリーを得た。また、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が３：１となるよう混合した以外は、実施例１と同様に、上層の触媒層を形成するためのスラリーを得た。

【0062】

実施例１と同じハニカム構造体の全体を下層の触媒層を形成するためのスラリーに浸漬して、実施例１と同様のコーティング条件により下層の触媒層を形成した。さらに、ハニカム構造体の全体を上層の触媒層を形成するためのスラリーに浸漬して、実施例１と同様のコーティング条件により、下層の触媒層の上に上層の触媒層を形成して、比較例１に係る排ガス処理部材を得た。下層の触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．５６ｇ／Ｌ、パラジウムを０．１９ｇ／Ｌ含有していた。上層の触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．９４ｇ／Ｌ、パラジウムを０．３１ｇ／Ｌ含有していた。

【0063】

（比較例２）
硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が２．３：１となるよう混合した以外は、比較例１と同様に、下層の触媒層を形成するためのスラリーを得た。また、硝酸白金水溶液と硝酸パラジウム水溶液とを、白金とパラジウムの質量比が３．７：１となるよう混合した以外は、比較例１と同様に、上層の触媒層を形成するためのスラリーを得た。

【0064】

得られたスラリーを用いて、比較例１と同様の方法により、ハニカム構造体に下層の触媒層及び上層の触媒層を形成して、比較例２に係る排ガス処理部材を得た。下層の触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．５９ｇ／Ｌ、パラジウムを０．２５ｇ／Ｌ含有していた。上層の触媒層は、コート部体積当たり、白金を０．９１ｇ／Ｌ、パラジウムを０．２５ｇ／Ｌ含有していた。

【0065】

（酸化触媒の着火温度の評価）
実施例１から３及び比較例１から２に係る排ガス処理部材をディーゼルエンジンに接続して、エンジンにおいて燃料と空気の混合気が１分以上低下しない温度の下限（着火温度）をリン被毒前後で評価した。エンジンの容積は２.４Ｌ、３×１０³ｒｐｍにおけるグロス出力は５×１０⁴Ｗであった。回転数を３×１０³ｒｐｍに保って、トルク変動により温度を調整し、ＪＩＳ２号の軽油を用いて、排気管内で軽油を２０ｃｃ／分の頻度で噴射した。測定結果を、表１に示す。

【0066】

（リン被毒）
上記のように実施例１に係る排ガス処理部材をディーゼルエンジンに接続し、エンジンの回転数を３×１０³ｒｐｍに保って、トルク変動により排ガス温度を５００℃以上に保ちリン含有溶液を排気管内に噴射し、実施例１に係る排ガス処理部材に付着したリンの量を計測した。その結果、ハニカム構造体の上流側の長さ方向３８．１ｍｍにおいて、１７ｇのＰ₂Ｏ₅が付着しており、下流側の長さ方向３８．１ｍｍにおいて、９ｇのＰ₂Ｏ₅が付着していた。

【0067】

【表1】

【0068】

（酸化性能の評価）
上記のように実施例１に係る排ガス処理部材をディーゼルエンジンに接続し、エンジンの回転数を３×１０³ｒｐｍに保って、トルク変動により温度を変化させ、排ガスに含まれる二酸化窒素（ＮＯ₂）の濃度を酸化窒素（ＮＯx）の濃度で除した値で、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する性能を評価した。測定結果を、表２に示す。

【0069】

【表2】

【0070】

表１及び表２に示すように、実施例１から３の排ガス処理部材は、比較例１から２の排ガス処理部材に比して、酸化性能は同等以上でありながらも、着火温度が有意に低いことが確認された。特に、実施例１の排ガス処理部材は、着火温度が１９０℃と極めて低いにもかかかわらず酸化性能が大幅に向上しており、とりわけ３００℃以下の低温領域における酸化性能は、比較例１から２の排ガス処理部材を遥かに凌駕していることがわかる。

【0071】

（ＣＯ及びＨＣの浄化性能の評価）
次に、実施例１及び２並びに比較例１の排ガス処理部材のＣＯ及びＨＣの浄化性能を評価した。ここでは、表３に示す組成を有するモデルガスを、流量３０．２Ｌ／分、空間速度（ＳＶ）４７０００／時で、実施例１及び２並びに比較例１の排ガス処理部材に流し、ＣＯ及びＨＣの浄化率が５０％に達する温度（Ｔ５０）を測定した。測定結果を、表４に示す。

【0072】

【表3】

【0073】

【表4】

【0074】

表４に示すように、実施例１及び２の排ガス処理部材は、比較例１の排ガス処理部材に比して、ＣＯ及びＨＣの浄化性能が有意に向上していることが確認された。このことから、実施例１及び２の排ガス処理部材は、比較例１の排ガス処理部材に比して、低温での浄化性能が向上していることが裏付けられる。

【産業上の利用可能性】

【0075】

実施形態に係る排ガス処理部材の用途は特に限定されないが、実施形態に係る排ガス処理部材は、例えば、酸化触媒（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）部材として使用可能である。

【符号の説明】

【0076】

１０・・・基材、１１・・・第１触媒層、１２・・・第２触媒層１２、１３・・・第３触媒層、１００，１０１，１０２・・・排ガス処理部材

【図1】

【図2】

【図3】