(57)【要約】【課題】活性金属の必要量が少なく、高温の条件下で長期間使用しても活性が低下しにくい排ガス浄化触媒等を提供する。【解決手段】排ガス浄化触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に、例えば貴金属等の活性金属を担持して構成される。このとき、ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が前記排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下であり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下であることが好ましい。排ガス浄化触媒がこのような構成を備えることにより活性金属の活性が向上するものと推測され、担体の比表面積が低下したり、担体上で活性金属が凝集したりするシンタリングが進行した場合であっても高い触媒活性を維持することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に活性金属を担持したことを特徴とする排ガス浄化触媒。
【請求項２】
ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が前記排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下であり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項３】
前記排ガス浄化触媒の比表面積が０．０５ｍ２／ｇ以上、５．０ｍ２／ｇ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項４】
前記活性金属は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ及びＡｇからなる貴金属群から選ばれる少なくとも１種類以上の活性金属であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の排ガス浄化触媒。
【請求項５】
前記活性金属の担持量が、前記排ガス浄化触媒重量の０．０１重量％以上、２．０重量％以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の排ガス浄化触媒。
【請求項６】
前記排ガス浄化触媒に担持された活性金属の平均粒径が３ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の排ガス浄化触媒。
【請求項７】
ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含む担体に活性金属を担持した排ガス浄化触媒の製造方法であって、
バリウムを含む原料と、アルミニウムを含む原料と、ジルコニウムを含む原料と、の混合物を１１００℃以上、１６００℃以下の温度で焼成して、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する前記担体を製造する工程を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項８】
前記バリウムを含む原料は、バリウム酸化物、バリウム水酸化物、バリウム硝酸塩、バリウム塩化物、バリウム酢酸塩、バリウム炭酸塩、バリウム錯塩、バリウムアルコキシドからなるバリウム源群から選択される少なくとも１種類以上のバリウム源を含むことを特徴とする請求項７に記載の排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項９】
前記アルミニウムを含む原料は、アルミニウム酸化物、アルミニウム水酸化物、アルミニウム硝酸塩、アルミニウム塩化物、アルミニウム酢酸塩、アルミニウム炭酸塩、アルミニウム錯塩、アルミニウムアルコキシドからなるアルミニウム源群から選択される少なくとも１種類以上のアルミニウム源を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項１０】
前記ジルコニウムを含む原料は、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム水酸化物、ジルコニウム硝酸塩、ジルコニウム塩化物、ジルコニウム酢酸塩、ジルコニウム炭酸塩、ジルコニウム錯塩、ジルコニウムアルコキシドからなるジルコニウム源群から選択される少なくとも１種類以上のジルコニウム源を含むことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一つに記載の排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項１１】
ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が前記排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下となり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が前記排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下となるように、アルミニウムを含む原料と、ジルコニウムを含む原料と、バリウムを含む原料との混合物を調製する工程を含むことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一つに記載の排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項１２】
さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ及びＡｇからなる貴金属群から選ばれる少なくとも１種類以上の活性金属を前記担体に担持する工程を含むことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか一つに記載の排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項１３】
前記活性金属を担持する工程にて、当該活性金属を排ガス浄化触媒重量の０．０１重量％以上、２．０重量％以下担持することを特徴とする請求項７ないし１２のいずれか一つに記載の排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項１４】
ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に活性金属を担持してなる排ガス浄化触媒からなる触媒層を、ハニカム成形体の表面に設けてなるモノリス触媒であって、該触媒層の比表面積が１．５ｍ２／ｇ以上、５０ｍ２／ｇ以下の範囲にあることを特徴とするモノリス触媒。
【請求項１５】
前記排ガス浄化触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下であり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下であることを特徴とする請求項１４に記載のモノリス触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車排ガス中の有害物質を除去する排ガス浄化触媒、この排ガス浄化触媒の製造方法及び当該排ガス浄化触媒からなる触媒層を設けたモノリス触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の排ガス中に含まれる窒素酸化物や一酸化炭素、炭化水素は環境規制の対象となっており、三元触媒（以下、排ガス浄化触媒という）はこれらの物質を分解して排ガスを浄化してから大気へと排出する役割を果たしている。排ガス浄化触媒は、例えばアルミナなどの担体に、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を活性金属として担持させたものが一般的に知られている。この排ガス浄化触媒は、例えばエンジンの出口部付近に配置され、高温の排ガスと接触させることにより汚染物質を分解する活性を得ている。
【０００３】
一般的に、排ガス浄化触媒は例えば１００ｍ２／ｇ以上もの比表面積を有する担体の表面に粒子径の小さな活性金属を均一に分散担持することにより、汚染物質と活性金属との接触効率を向上させるといった構造的な効果を利用して触媒の活性を高めている。ところが排ガス浄化触媒は、高温の排ガスと長期間接触すると、担体の比表面積が低下したり、活性金属が凝集して粒子径が大きくなったりするため、次第にこうした構造的な効果が失われて触媒の活性が低下してしまうシンタリングと呼ばれる現象が知られている。
【０００４】
このため従来の排ガス浄化触媒は、シンタリングによる活性の低下を見越して、使用開始時の必要量よりも例えば３％程度多い活性金属を担持しておくことにより、構造的な効果が失われた後も必要な活性を維持する方策が採られてきた。しかしながらこの方策は、使用開始後、当面の期間中に必要な量以上の活性金属を触媒に担持する必要があるため、触媒コストへの影響が大きく、排ガス処理システムを高額にする要因となっていた。
【０００５】
ここで特許文献１には、本発明でも採用しているスピネル構造を持つＢａＡｌ２Ｏ４を含む排ガス浄化触媒が記載されており、当該触媒は高温雰囲気下で使用しても活性金属が凝集しにくい点と、それでも活性が低下してしまった場合には活性金属を再分散させる再生処理が可能である点とに特徴を有している。これに対して本発明に係わる排ガス浄化触媒は、特許文献１に開示されていない他の成分（ＢａＺｒＯ３）を含み、後述のように担体上の活性金属の平均径が比較的大きな状態、即ち従来の排ガス浄化触媒ではシンタリングが進行した状態であっても高い活性を示す点に特徴を有しており特許文献１に記載の触媒とは構成及び作用が異なる。なお本発明者らは、特許文献１に開示されている製造方法では、本発明に係わる他の成分（ＢａＺｒＯ３）を形成することができないことを実験的に確認している。
【特許文献１】特開２００８−２３４８２号公報：第００１７段落〜第００１８段落
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、活性金属の必要量が少なく、高温の条件下で長期間使用しても活性が低下しにくい排ガス浄化触媒及び当該排ガス浄化触媒の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る排ガス浄化触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に活性金属を担持したことを特徴とする。  
ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量は前記排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下であり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量は当該排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下であることが好適である。また前記排ガス浄化触媒の比表面積は０．０５ｍ２／ｇ以上、５．０ｍ２／ｇ以下であり、前記活性金属は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ及びＡｇからなる貴金属群から選ばれる少なくとも１種類以上の活性金属であること、また、前記活性金属の担持量が、前記排ガス浄化触媒重量の０．０１重量％以上、２．０重量％以下であること、並びに前記排ガス浄化触媒に担持された活性金属の平均粒径が３ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
次に本発明に係わる排ガス浄化触媒の製造方法は、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含む担体に活性金属を担持した排ガス浄化触媒の製造方法であって、
バリウムを含む原料と、アルミニウムを含む原料と、ジルコニウムを含む原料と、の混合物を１１００℃以上、１６００℃以下の温度で焼成して、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する前記担体を製造する工程を含むことを特徴とする。  
前記バリウムを含む原料は、バリウム酸化物、バリウム水酸化物、バリウム硝酸塩、バリウム塩化物、バリウム酢酸塩、バリウム炭酸塩、バリウム錯塩、バリウムアルコキシドからなるバリウム源群から選択される少なくとも１種類以上のバリウム源を含むこと、前記アルミニウムを含む原料は、アルミニウム酸化物、アルミニウム水酸化物、アルミニウム硝酸塩、アルミニウム塩化物、アルミニウム酢酸塩、アルミニウム炭酸塩、アルミニウム錯塩、アルミニウムアルコキシドからなるアルミニウム源群から選択される少なくとも１種類以上のアルミニウム源を含むこと、また前記ジルコニウムを含む原料は、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム水酸化物、ジルコニウム硝酸塩、ジルコニウム塩化物、ジルコニウム酢酸塩、ジルコニウム炭酸塩、ジルコニウム錯塩、ジルコニウムアルコキシドからなるジルコニウム源群から選択される少なくとも１種類以上のジルコニウム源を含むことが好ましい。
【０００９】
ここでＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が前記排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下となり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が前記排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下となるように、アルミニウムを含む原料と、ジルコニウムを含む原料と、バリウムを含む原料との混合物を調製する工程を含むことを特徴とするとよく、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ及びＡｇからなる貴金属群から選ばれる少なくとも１種類以上の活性金属を前記担体に担持する工程を含むとよい。そして前記活性金属を担持する工程においては、当該活性金属を排ガス浄化触媒重量の０．０１重量％以上、２．０重量％以下担持することが好ましい。
【００１０】
また本発明に係るモノリス触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に活性金属を担持してなる排ガス浄化触媒からなる触媒層を、ハニカム成形体の表面に設けてなるモノリス触媒であって、該触媒層の比表面積が１．５ｍ２／ｇ以上、５０ｍ２／ｇ以下の範囲にあることを特徴とする。ここで前記排ガス浄化触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下であり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に活性金属を担持することにより活性金属の活性が向上するものと推測され、担体の比表面積が低下したり、担体上で活性金属が凝集したりするシンタリングが進行した場合であっても、従来の排ガス浄化触媒に比べて高い触媒活性を維持することができる。この結果、シンタリングの進行に伴う活性の低下を見越して使用開始時に必要量以上の活性金属を担持するといった方策を採る必要がないか、必要があったとしてもその担持量を削減することが可能となり触媒コストの低減に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施の形態に係わる排ガス浄化触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に、例えばＰｔ（白金）などの貴金属からなる活性金属を担持した構成となっている。ここでＢａＡｌ２Ｏ４はスピネル型の結晶構造を持ち、ＢａＺｒＯ３はペロブスカイト型の結晶構造を持つ酸化物である。
【００１３】
本発明の排ガス浄化触媒は、例えば次のようにして製造することができるが、特に本例に開示する方法に限定するものではない。まずバリウム、アルミニウム及びジルコニウム夫々の酸化物、水酸化物、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、炭酸塩、錯塩及びアルコキシドからなる元素源群（バリウム源群、アルミニウム源群、ジルコニウム源群）から各々少なくとも１種類以上ずつのバリウム源、アルミニウム源、ジルコニウム源を選択し、これらの元素源を含む原料を用意する。これらの元素源群は、入手の容易さやコスト等の観点から適宜選択されるが、製造上の観点においては酸化物、水酸化物、硝酸塩、酢酸塩が好適である。
【００１４】
そして選択された各原料の態様、例えば粉末状であるか溶液であるかなどに応じて固相混合法、液相混合法、共沈法、含浸法などの適切な混合方法を選択し、これらの原料の混合物を得る。各原料を混合するにあたっては、各原料の混合比と、焼成後の担体中のＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３の含有量との相関関係を予備実験などにより予め求めておき、排ガス浄化触媒中のＢａＡｌ２Ｏ４、ＢａＺｒＯ３の含有量が設計値となるように各原料の混合比を当該相関に基づいて決定するとよい。
【００１５】
得られた混合物は、必要に応じて乾燥させ、その後、例えば空気中で１１００℃〜１６００℃の範囲の温度にて焼成することにより、本実施の形態に係わる排ガス浄化触媒の担体を得る。焼成温度が１１００℃よりも低い場合には、スピネル構造のＢａＡｌ２Ｏ４及びペロブスカイト構造のＢａＺｒＯ３が形成されにくく十分な触媒活性を得ることができない。また１６００℃を越える温度で焼成を行う場合には、耐熱性の高い特殊な炉材を用いた焼成炉が必要となり経済性が低くなるおそれがある。
【００１６】
既述のように本実施の形態に係わる担体中には、スピネル構造のＢａＡｌ２Ｏ４とペロブスカイト構造のＢａＺｒＯ３との２種類の物質が含有されていることが必要である。即ち、前記混合物を例えば１１００℃よりも低い温度にて焼成し、例えば単純にＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２の結晶のみが混ざり合った担体を得たとしても、本実施の形態に係わる排ガス浄化触媒のように、比表面積が小さく、粒径の大きな活性金属が担持された状態において高い触媒活性を示す排ガス浄化触媒を得ることはできない。
【００１７】
ＢａＡｌ２Ｏ４及びＢａＺｒＯ３の含有量は、活性金属を担持した後の排ガス浄化触媒の全重量に対して、ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が２５重量％〜７２重量％、好ましくは４５重量％〜７２重量％であり、且つＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が触媒重量の２６重量％〜９９．９重量％、好ましくは４６重量％〜９９．９重量％であることが望ましい。ＢａＡｌ２Ｏ４単独の含有量、及びＢａＺｒＯ３との合計の含有量が前記の下限値より各々少ない場合には必要な触媒活性が得られないおそれがある。この場合、特に高温耐久性能が低下する傾向が大きくなる。ここでＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が触媒重量の９９．９重量％であるとは、排ガス浄化触媒には、少なくとも０．０１重量％程度の活性金属を担持する必要があることから、担体のほぼ１００％がＢａＡｌ２Ｏ４とＢａＺｒＯ３とにより構成されていることを意味している。なお、残部の０．０９重量％については、ＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３であってもよいし、不純物などであってもよい。
【００１８】
また高温雰囲気下での耐久性の観点では、担体はシンタリングしにくい特性を有していることが好ましい。この点で本実施の形態に係わる手法により製造された担体は、活性金属を担持した後の状態で例えば１．０ｍ２／ｇ前後の比表面積を有しており、従来の触媒（例えば比表面積が１００ｍ２／ｇ程度）に比べて非常に比表面積が小さい担体となっている。このため、当該排ガス浄化触媒は、従来品であれば既にシンタリングが進行して比表面積の小さくなった状態、即ち使用時間に対する比表面積の変化量が飽和した状態となっていることから、長期間使用しても更なる比表面積の低下が進行しにくくなっている。
【００１９】
高温雰囲気下での耐久性の観点からは、排ガス浄化触媒の比表面積は例えば０．０５ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇ、好ましくは０．１ｍ２／ｇ〜１．３ｍ２／ｇ程度の範囲が好適である。一方、担体の比表面積は、例えば焼成温度を高くすると低下する相関関係が見られ、またＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３の含有量や各種原料の選択によっても変化することを確認している。しかし焼成温度は、既述のように担体中にＢａＡｌ２Ｏ４、ＢａＺｒＯ３を形成するための制御因子であり、ＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３の含有量は排ガス浄化触媒の設計時に触媒活性などを考慮して決定される値である。また、各原料は入手やハンドリングの容易さ、コストなどを考慮して決定されることが多く、比表面積はこれら各種の要因を決定することによって従属的に決定されてしまう場合が多い。しかしながら、焼成温度やＢａＡｌ２Ｏ４、ＢａＺｒＯ３の含有量、各種の原料の選択と、比表面積との相関関係を例えば予備実験などにより予め把握しておき、設計値などの制約の範囲内でこれらの値を変化させることにより、当該制約の範囲内で排ガス浄化触媒の比表面積を調節することも可能である。  
前記排ガス浄化触媒の比表面積が、０．０５ｍ２／ｇ未満の場合は、実用的な触媒活性を得られない場合がある。また、前記触媒層の比表面積として、５．０ｍ２／ｇを超える場合は、既に充分な触媒活性が得られるため、必ずしも必要とはされない。  
なお、前記排ガス浄化触媒をハニカム成形体上に処理して得られる触媒層として好適な比表面積については、後に記した。
【００２０】
以上に説明した手法により、ＢａＡｌ２Ｏ４、ＢａＺｒＯ３の含有量や比表面積が調節された担体には、Ｐｔ、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルビジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）からなる貴金属群より選択された少なくとも１種類の活性金属が担持される。活性金属の担持法は、特定の手法に限定されるものではなく、例えば固相混合法、液相混合法、共沈法、含浸法、逆ミセル法などの各種の担持法が適用される。
【００２１】
活性金属の担持量は、排ガス浄化触媒の全重量に対して例えば０．０１重量％〜２．０重量％、好ましくは０．１重量％〜２．０重量％の範囲が好適であり、更に好ましくは、０．３重量％〜２．０重量％の範囲が推奨される。活性金属の担持量が０．０１重量％を下回る場合には、十分な触媒活性が得られないことがあり、担持量が２．０重量％を上回る場合には触媒活性を向上させる効果が飽和すると共に、触媒のコストが高騰する。
【００２２】
また、排ガス浄化触媒に担持される活性金属の平均粒径は例えば３ｎｍ〜６００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲が好適である。更に好ましくは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が推奨される。平均粒径が３ｎｍよりも小さい場合には、特殊な金属原料や調製方法を採用しなければならないなど、原料上、製造上の問題が顕在化し、平均粒径が６００ｎｍを超える場合には触媒の活性が低下するおそれがある。
【００２３】
これら活性金属の担持量や粒径につき、担持量の調整は採用した担持法に応じて活性金属原料の混合量や原料中の金属成分の濃度を増減することなどによって調節することができ、また活性金属の粒径は例えばＢａＡｌ２Ｏ４とＢａＺｒＯ３との組成比を変化させることによって調節することができる。後述の実験結果に示すように、活性金属の粒径は例えば担体中の総バリウム量が多いほど大きくなる傾向があることを確認している。
【００２４】
当該排ガス浄化触媒には、上述の活性金属に加えて、例えば遷移金属元素あるいは希土類元素等の元素、例えばＴｉ（チタン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｙ（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）などから選択される１以上の元素を添加剤として担持してもよい。なおこれらの添加剤は、活性向上の目的で必要に応じて適宜添加されるものであり、シンタリングなどによる触媒の活性低下を抑制するといった本実施の形態に係わる排ガス浄化触媒の効果を得るうえでは必須の要素ではない。
【００２５】
以上に説明した手法により、ＢａＡｌ２Ｏ４を排ガス浄化触媒の２５重量％〜７２重量％の範囲で含有し、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３とを合計で同触媒の２６重量％〜９９．９重量％の範囲で含有すると共に、比表面積が０．０５ｍ２／ｇ〜５．０ｍ２／ｇ程度であり、平均粒径が３ｎｍ〜６００ｎｍの状態で担持された活性金属を同触媒の０．０１重量％〜２．０重量％の範囲で含有する排ガス浄化触媒を得ることができる。
【００２６】
製造された排ガス浄化触媒は、例えばセラミック製のハニカム基体に例えばウォッシュコート法などによってコーティングすることにより、モノリス触媒を得ことができる。ウォッシュコート法は、前記排ガス浄化触媒を均一に分散させ、粘度を調整したスラリー中に当該基体を浸漬してから引き上げ、これを乾燥させることにより触媒をコーティングする手法である。なお、自動車などに搭載する排ガス浄化触媒の形状はモノリス触媒に限定されるものではなく、例えば打錠や転動により、触媒をペレット状に形成してもよい。
【００２７】
以上に述べた手法によって得られた排ガス浄化触媒は、後述の実験結果に示すように、従来の排ガス浄化触媒と比較して比表面積が小さく、且つ活性金属の担持量が少ないにも拘らず、排ガス中の窒素酸化物や一酸化炭素、炭化水素を分解して排ガスを浄化する高い触媒活性を備えている。さらにこの排ガス浄化触媒は、高温の排ガスと長期間接触させてもその触媒活性が低下しにくいといった特徴も備えている。
【００２８】
排ガス浄化触媒の担体中にスピネル構造のＢａＡｌ２Ｏ４やペロブスカイト構造のＢａＺｒＯ３を含有していることにより、汚染物質の分解活性が高くなり、且つその耐久性が向上する理由は必ずしも明らかではないが、本発明者らはその機構について以下の推察をしている。即ち、ＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３を含んだ担体に例えば貴金属からなる活性金属を担持すると当該活性金属の活性が向上し、いわばＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３は当該活性金属に対して助触媒としての役割を果たしているのではないかと考えられる。そしてこれら助触媒としてのＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３は、比表面積の大きな担体に平均粒径の小さな活性金属を分散させることにより触媒の活性を向上させる構造的な効果と同等、あるいはこれを上回る効果を奏し、この結果、従来の排ガス浄化触媒と比較して触媒の比表面積が小さく、活性金属の担持量が少なくても汚染物質を分解するのに十分な触媒活性が得られるのではないかと推察できる。
【００２９】
そしてこのように当該排ガス浄化触媒は、使用開始時から比表面積が小さく、活性金属の平均粒子径が大きくなっていることにより、更なる比表面積の低下や活性金属の凝集が進行しにくい、いわば飽和した状態となっているため、高温雰囲気下で長期間使用してもシンタリングしにくくなっているのではないかと考えられる。また既述のようにＢａＡｌ２Ｏ４やＢａＺｒＯ３を含有する担体上の活性金属はその活性が向上していると考えられるので、例えシンタリングが幾分か進行したとしても、十分な浄化作用を発揮できるものと考えられる。
【００３０】
なお、実用上は、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に活性金属を担持してなる排ガス浄化触媒からなる触媒層を、ハニカム成形体の表面に設けてなるモノリス触媒であって、該触媒層の比表面積が１．５ｍ２／ｇ以上、５０ｍ２／ｇ以下の範囲にあることを特徴とするモノリス触媒が好適に使用される。また、前記排ガス浄化触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２５重量％以上、７２重量％以下であり、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３との合計の含有量が当該排ガス浄化触媒重量の２６重量％以上、９９．９重量％以下であるものが好ましい。前記触媒層の比表面積が１．５ｍ２／ｇ未満の場合は、実用的な触媒活性を得られない場合がある。また、前記触媒層の比表面積として、５０ｍ２／ｇを超える場合については、既に充分な触媒活性が得られるため、必ずしも必要とはされない。なお、前記触媒層の厚さについては、格別に限定されるものではない。
【００３１】
前記排ガス浄化触媒におけるＢａＡｌ２Ｏ４単独の含有量が２５重量％未満の場合、必要な触媒活性を得られない場合がある。同じくＢａＡｌ２Ｏ４単独の含有量が７２重量％を超える場合も必要な触媒活性を得られない場合がある。また、前記排ガス浄化触媒におけるＢａＡｌ２Ｏ４及びＢａＺｒＯ３の合計含有量が２６重量％未満の場合には必要な触媒活性が得られないおそれがある。  
本発明におけるハニカム成形体は、例えば、一定方向に向かって、互いに平行な薄い壁によって仕切られてなる貫通口（気体流路）を有する成形体のことであり、モノリス成形体とも呼ばれるものである。ハニカム成形体の外形は、特に限定されるものではないが、その一例としては、長さ方向の軸に垂直な断面の形状が、円形状、四角形状又は六角形状のものを挙げることができる。本発明のモノリス触媒は、本発明の排ガス浄化触媒をハニカム成形体の気体流路内壁に塗布し触媒層を設けたものを意味する。
【００３２】
本実施の形態に係わる排ガス浄化触媒によれば以下の効果がある。当該排ガス浄化触媒は、ＢａＡｌ２Ｏ４と、ＢａＺｒＯ３と、を含有する担体に活性金属を担持することにより活性金属の活性が向上するものと推測され、担体の比表面積が低下したり、担体上で活性金属が凝集したりするシンタリングが進行した場合であっても、従来の排ガス浄化触媒に比べて高い触媒活性を維持することができる。この結果、シンタリングの進行に伴う活性の低下を見越して使用開始時に必要量以上の活性金属を担持するといった方策を採る必要がないか、必要があったとしてもその担持量を削減することが可能となり触媒コストの低減に貢献することができる。
【００３３】
また特に、従来であれば相当程度にシンタリングが進行した状態の比表面積及び活性金属の平均粒径にて排ガス浄化触媒の使用を開始することにより、高温の雰囲気下で長期間使用してもそれ以上の比表面積の低下や活性金属の凝集が進行しにくくなるようにすることができ触媒の耐久性が向上する。
【００３４】
従来の排ガス浄化触媒は、高温での経時使用により、当該触媒のシンタリングが進行し、その結果、比表面積が低下し、触媒性能が低下する傾向があることが知られていた。本発明の排ガス浄化触媒は、従来の排ガス浄化触媒より小さい比表面積であり、高温での経時使用により、比表面積が低下する余地が小さく、また、比表面積が低下しても、実用的な触媒性能（汚染物質の分解能力）を示すことが可能であるので、担体に担持させる活性金属の使用量を従来より減らすことが可能である。
【実施例】
【００３５】
［１］Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）
Ｘ線回折測定は株式会社リガク製MultiFlexを用いた。測定はＸ線源をＣｕ、波長15.4056nm）、管電圧を４０ｋＶ、管電流を２０ｍＡ、データ範囲を２Θ＝１０〜８０Ｄｅｇ．、サンプリング間隔を０．０２Ｄｅｇ．、スキャン速度を０．３Ｄｅｇ．/秒、発散スリットを１．０Ｄｅｇ．、散乱スリットを１．０Ｄｅｇ．、発光スリットを０．３ｍｍの条件で行った。
［２］比表面積測定
比表面積はＢＥＴ法によって測定した。測定はユアサアイオニクス株式会社製マルチソーブ１２型を用い、サンプルの前処理は２５０℃で４０分間行った。
排ガス浄化触媒の比表面積は、調製した排ガス浄化触媒（粉体状）を試料とした。また、モノリス触媒の比表面積（ハニカム成形体表面に設けた触媒層の比表面積）は、カッターで、モノリス触媒表面から
排ガス浄化触媒を削って、試料とした。
［３］ＣＯパルス法による担持微粒子の平均粒子径測定
貴金属の担持微粒子の平均粒子径測定は、自作の流通式の装置を用いた。測定は日本触媒学会発行の触媒(１９８６年、頁２８〜４１)に記載されているＣＯパルス法によって求めた。
【００３６】
（実験）  
ＢａＡｌ２Ｏ４及びＢａＺｒＯ３を含有する排ガス浄化触媒と、これらを含有しない排ガス浄化触媒とを調製し、これらの触媒を高温雰囲気下で保持する高温耐久処理を行い、処理前後での触媒の活性を調べた。
【００３７】
Ａ．実験条件  
後記する方法で調整した各排ガス浄化触媒をコージェライト製のセラミックハニカム基体（体積５．３ｃｍ３、４００cells／inch２）にウォッシュコート法によりコート密度が１００ｇ／Lとなるようにコーティングしてサンプル用のモノリス触媒を得た。そして各モノリス触媒を９００℃に加熱した大気雰囲気中で２４時間保持する高温耐久処理を行い、当該処理の前後にてモデルガスを処理し、各触媒の耐久性能を調べた。モデルガスの処理実験にあたっては、各モノリス触媒を常圧流通式の試験装置に装填し、（表１）に示す組成のモデルガス（理論空気比１４．７）を空間速度５００００ｈ−１で通流した。試験装置の触媒のホルダーにはヒータが設けられており、このヒータにより高温耐久処理前のモノリス触媒の温度を１５０℃から４５０℃へと漸次上昇させ、また高温耐久処理後のモノリス触媒の温度を１５０℃から６５０℃へと漸次上昇させ、モデルガス中のプロピレン（Ｃ３Ｈ６：以下ＨＣという）の浄化率（（モノリス触媒入口のＨＣ濃度−モノリス触媒出口のＨＣ濃度）×１００／モノリス触媒入口のＨＣ濃度［％］）が５０％に達したときの温度をライトオフ温度（以下、Ｔ５０温度と記す）と定義して、このライトオフ温度を比較することにより評価を行った。
【００３８】
（表１）モデルガス組成  
2010012459.tif 000002
ＮＯ：一酸化窒素、ＣＯ：一酸化炭素、Ｈ２：水素、Ｃ３Ｈ６：プロピレン、Ｎ２：窒素
【００３９】
（実施例１）
市販のアルミナ担体（粉末）に、市販のジルコニア粉末を混合し、これらの混合物に硝酸バリウム水溶液を含浸させた後、水分を蒸発させて乾固させた。ジルコニアの混合量は、乾固後の混合物の２５重量％であり、バリウムの混合量は乾固後の混合物の２０重量％となるように調製した。乾固させた当該混合物をさらに１１０℃の大気雰囲気中で３時間以上乾燥させた後、１５００℃の大気雰囲気中で１０時間焼成した。こうして得られた担体をジニトロジアンミン白金溶液に含浸し、蒸発乾固させて、さらに１１０℃の大気雰囲気中で３時間以上乾燥後、４００℃の大気雰囲気中で３時間焼成し、以下の組成を有する排ガス浄化触媒を得た。なお、スピネル型ＢａＡｌ２Ｏ４とペロブスカイト型ＢａＺｒＯ３の存在はＸＲＤ（X-ray diffraction、Ｘ線回折）により確認した。
ＢａＡｌ２Ｏ４含有量：排ガス浄化触媒重量の３６重量％  
ＢａＺｒＯ３含有量 ：同１．０重量％  
ＢａＡｌ２Ｏ４＋ＢａＺｒＯ３含有量トータルの含有量  
：同３７重量％  
Ｐｔ含有量        ：同１．０重量％  
また、当該排ガス浄化触媒の比表面積をＢＥＴ法により測定した結果、及び当該触媒に担持されたＰｔの平均粒径をＣＯパルス法により測定した結果は以下の通りである。  
触媒比表面積：１．３ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：２７ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：６．８ｎｍ
【００４０】
（実施例２）
バリウムの混合量を乾固後の混合物の３０重量％とした点以外は、（実施例１）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。  
ＢａＡｌ２Ｏ４含有量：排ガス浄化触媒重量の５４重量％  
ＢａＺｒＯ３含有量 ：同３．０重量％  
ＢａＡｌ２Ｏ４＋ＢａＺｒＯ３含有量トータルの含有量  
：同５７重量％  
Ｐｔ含有量        ：同１．０重量％  
触媒比表面積：０．２ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：８．６ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：１３ｎｍ
【００４１】
（実施例３）
バリウムの混合量を乾固後の混合物の５０重量％とした点以外は、（実施例１）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。  
ＢａＡｌ２Ｏ４含有量：排ガス浄化触媒重量の５９重量％  
ＢａＺｒＯ３含有量 ：同３１重量％  
ＢａＡｌ２Ｏ４＋ＢａＺｒＯ３含有量トータルの含有量  
：同９０重量％  
Ｐｔ含有量        ：同１．０重量％  
触媒比表面積：０．１ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：２．１ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：８８ｎｍ
【００４２】
（実施例４）
バリウムの混合量を乾固後の混合物の６０重量％とした点以外は、（実施例１）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。  
ＢａＡｌ２Ｏ４含有量：排ガス浄化触媒重量の３５重量％  
ＢａＺｒＯ３含有量 ：同４５重量％  
ＢａＡｌ２Ｏ４＋ＢａＺｒＯ３含有量トータルの含有量  
：同８０重量％  
Ｐｔ含有量        ：同１．０重量％  
触媒比表面積：０．３ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：２．２ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：５４０ｎｍ
【００４３】
（実施例５）
担体をジニトロジアンミン白金溶液に含浸して得た排ガス浄化触媒のＰｔ含有量を０．３重量％とした点以外は、（実施例２）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。
ＢａＡｌ２Ｏ４含有量：排ガス浄化触媒重量の５４重量％  
ＢａＺｒＯ３含有量 ：同３．０重量％  
ＢａＡｌ２Ｏ４＋ＢａＺｒＯ３含有量トータルの含有量  
：同５７重量％  
Ｐｔ含有量        ：同０．３重量％  
触媒比表面積：０．８ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：８．７ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：３９３ｎｍ
【００４４】
（実施例６）
担体をジニトロジアンミン白金溶液に含浸して得た排ガス浄化触媒のＰｔ含有量を０．３重量％とした点以外は、（実施例３）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。
ＢａＡｌ２Ｏ４含有量：排ガス浄化触媒重量の５９重量％  
ＢａＺｒＯ３含有量 ：同３１重量％  
ＢａＡｌ２Ｏ４＋ＢａＺｒＯ３含有量トータルの含有量  
：同９０重量％  
Ｐｔ含有量        ：同０．３重量％  
触媒比表面積：０．４ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：２．２ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：８８ｎｍ
【００４５】
（実施例７）
担体をジニトロジアンミン白金溶液に含浸して得た排ガス浄化触媒のＰｔ含有量を０．１重量％とした点以外は、（実施例２）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。
ＢａＡｌ２Ｏ４含有量：排ガス浄化触媒重量の５４重量％  
ＢａＺｒＯ３含有量 ：同３．０重量％  
ＢａＡｌ２Ｏ４＋ＢａＺｒＯ３含有量トータルの含有量  
：同５７重量％  
Ｐｔ含有量        ：同０．１重量％  
触媒比表面積：０．９ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：８．４ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：１０ｎｍ
【００４６】
（比較例１）
市販のγ-アルミナ担体をジニトロジアンミン白金溶液に含浸し、蒸発乾固させて、さらに１１０℃の大気雰囲気中で３時間以上乾燥後、４００℃の大気雰囲気中で３時間焼成し排ガス浄化触媒を得た。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。  
Ａｌ２Ｏ３含有量：９９重量％  
（ＢａＡｌ２Ｏ４、ＢａＺｒＯ３含有量：０重量％）  
Ｐｔ含有量        ：同１．０重量％  
触媒比表面積：１７９ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：１７９ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：１．１ｎｍ
【００４７】
（比較例２）
市販のγ-アルミナ担体をジニトロジアンミン白金溶液に含浸して得た排ガス浄化触媒のＰｔ含有量を０．３重量％とした点以外は、（比較例１）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。
Ａｌ２Ｏ３含有量：９９重量％  
（ＢａＡｌ２Ｏ４、ＢａＺｒＯ３含有量：０重量％）  
Ｐｔ含有量        ：同０．３重量％  
触媒比表面積：１７０ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：１７８ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：１．５ｎｍ
【００４８】
（比較例３）
市販のγ-アルミナ担体をジニトロジアンミン白金溶液に含浸して得た排ガス浄化触媒のＰｔ含有量を０．１重量％とした点以外は、（比較例１）と同様の手法により排ガス浄化触媒を調製した。得られた排ガス浄化触媒の各物性値は以下のとおりである。
Ａｌ２Ｏ３含有量：９９重量％  
（ＢａＡｌ２Ｏ４、ＢａＺｒＯ３含有量：０重量％）  
Ｐｔ含有量        ：同０．１重量％  
触媒比表面積：１７１ｍ２／ｇ  
ハニカム成形体にコート後の触媒層の比表面積：１７０ｍ２／ｇ  
Ｐｔ平均粒径：２．１ｎｍ
【００４９】
（実施例１）〜（実施例７）及び（比較例１）〜（比較例３）の排ガス浄化触媒の物性値をまとめた結果を（表２）に示す。  
（表２）各排ガス浄化触媒の物性値  
2010012459.tif 000003
（表２）から、既述のように触媒中に含まれる総バリウム量が多いほど、活性金属の平均粒径が大きくなっていることが分かる。
【００５０】
Ｂ．実験結果  
（表３）に（実施例１）〜（実施例７）及び（比較例１）〜（比較例３）の高温耐久処理前後でのＴ５０温度を示す。  
（表３）各排ガス浄化触媒のＴ５０温度  
2010012459.tif 000004
【００５１】
Ｔ５０温度は排ガス浄化触媒の活性を示す指標であり、Ｔ５０温度が低いほど触媒の活性が高く、Ｔ５０温度が高いほど触媒の活性が低いことを示している。また、高温耐久処理前後でのＴ５０温度の温度差が小さいほど、高温の雰囲気に対する排ガス浄化触媒の耐久性が高いことを示している。
【００５２】
（表３）に示した結果によれば、排ガス浄化触媒重量におけるＰｔ含有量が１重量％である（実施例１）〜（実施例４）のいずれについても、高温耐久処理前、処理後におけるＴ５０温度は、同じくＰｔ含有量が１重量％の（比較例１）の高温耐久処理前、処理後におけるＴ５０温度よりも低くなっている。また排ガス触媒重量におけるＰｔ含有量が０．３重量％である（実施例５）〜（実施例６）のいずれについても、高温耐久処理前、処理後におけるＴ５０温度は、同じくＰｔ含有量が０．３重量％である（比較例２）の高温耐久処理前、処理後におけるＴ５０温度よりも低くなっている。さらに、排ガス浄化触媒重量のＰｔ含有量が０．１重量％である（実施例７）について、高温耐久処理前、処理後におけるＴ５０温度は、同じくＰｔ含有量が０．１重量％の（比較例３）の高温耐久処理前、処理後におけるＴ５０温度よりも低くなっている。即ち、排ガス浄化触媒の担体中にスピネル構造のＢａＡｌ２Ｏ４とペロブスカイト構造のＢａＺｒＯ３との２種類の酸化物を含有していることにより、活性金属（Ｐｔ）の担持量が同じであっても、これらの物質を含有しない場合と比較して触媒の活性が向上することを確認できた。
【００５３】
また（実施例１）〜（実施例７）のいずれにおいても（比較例１）〜（比較例３）と比較して高温耐久処理前後でのＴ５０温度の温度差が小さくなっており、高温雰囲気に対する耐久性が向上していることを確認できた。これは（表２）にも示したように、各実施例と各比較例とを比べると、実施例における排ガス浄化触媒の比表面積が小さくなっており、またＰｔの平均粒径が大きくなっていることにより各実施例にてシンタリングが進行しにくくなった結果であるといえる。