(57)【要約】【課題】ＳＣＲ方式の浄化装置に用いた際に圧損の上昇を適切に抑制することができるウォールフロー型の排ガス浄化用触媒を提供する。【解決手段】ここで開示される排ガス浄化用触媒は、多孔質な隔壁４を有するウォールフロー構造の基材１と、入側セル２ａに接する隔壁４の表面４ａから隔壁４の内方に形成され、かつ、排ガス流入側の端部１ａから延伸方向Ｘに沿って形成された入側触媒層６ａと、出側セル２ｂに接する隔壁４の表面４ｂから隔壁４の内方に形成され、かつ、排ガス流出側の端部６ｂから延伸方向Ｘに沿って形成された出側触媒層６ｂとを備え、ここで、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂの長さＬ１、Ｌ２の合計が隔壁４の全長Ｌｗよりも長く、かつ、出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体の総量が入側触媒層６ａに存在するＳＣＲ触媒体の総量よりも多いことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に配置され、該内燃機関から排出される排ガスと還元剤とを反応させることによって前記排ガスの浄化を行うウォールフロー型の排ガス浄化用触媒であって、
排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル、及び、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル、並びに、前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質な隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、
前記入側セルに接する前記隔壁の表面から前記隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、前記排ガス流入側の端部近傍から前記隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている入側触媒層であって、前記還元剤を吸着して前記排ガス中のＮＯｘを浄化する物質からなるＳＣＲ触媒体を含む入側触媒層と、
前記出側セルに接する前記隔壁の表面から前記隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、前記排ガス流出側の端部近傍から前記隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている出側触媒層であって、前記物質からなるＳＣＲ触媒体を含む出側触媒層と、
を備え、
ここで、前記延伸方向における前記入側触媒層の長さと前記出側触媒層の長さとの合計が、前記延伸方向における前記隔壁の全長よりも長く、かつ、
前記出側触媒層に存在する前記ＳＣＲ触媒体の総量が、前記入側触媒層に存在する前記ＳＣＲ触媒体の総量よりも多いことを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項２】
前記出側触媒層の厚みが前記入側触媒層の厚みよりも厚いことを特徴とする、請求項１に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項３】
前記隔壁の前記入側セルに接する表面から前記出側セルに接する表面までの平均厚みを１００％としたときの前記出側触媒層の厚みが５０％以上８０％以下であり、前記入側触媒層の厚みが２０％以上５０％以下であることを特徴とする、請求項２に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項４】
前記延伸方向における前記出側触媒層の長さが前記入側触媒層の長さよりも長いことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項５】
前記延伸方向における前記隔壁の全長を１００％としたときの前記出側触媒層の長さが６０％以上９５％以下であり、前記入側触媒層の長さが１０％以上５０％以下であることを特徴とする、請求項４に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項６】
前記出側触媒層の単位体積当たりの前記ＳＣＲ触媒体の含有量が、前記入側触媒層の単位体積当たりの前記ＳＣＲ触媒体の含有量よりも多いことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項７】
前記隔壁の内部に存在する前記ＳＣＲ触媒体の全量を１００ｗｔ％としたときの前記出側触媒層に存在する前記ＳＣＲ触媒体が６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項８】
パームポロメータ測定に基づいた前記入側触媒層が形成されている領域の平均細孔径が０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項９】
パームポロメータ測定に基づいた前記出側触媒層が形成されている領域の平均細孔径が１２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項１０】
前記基材の体積を１Ｌとしたときの前記入側触媒層および前記出側触媒層に存在する前記ＳＣＲ触媒体の合計量が５０ｇ以上１５０ｇ以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項１１】
前記ＳＣＲ触媒体がゼオライトを主体として構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項１２】
前記ゼオライトが、国際ゼオライト協会により定義されたＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＳＴ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＴＲ、ＧＭＥ、ＩＴＥ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＰＡＵ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＴＨＯ、ＵＦＩからなる骨格型コードの群より選択される少なくとも一種類以上のゼオライトであることを特徴とする、請求項１１に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項１３】
前記ウォールフロー構造の基材が、コージェライト、炭化ケイ素、チタン酸アルミニウムのうちから選択される何れかによって構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項１４】
前記還元剤が尿素であることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気管に設けられる排ガス浄化用触媒に関する。詳しくは、ＳＣＲ方式の浄化装置に用いられるウォールフロー型の排ガス浄化用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンなどの内燃機関から排出される排ガスには、粒子状物質（パティキュレートマター：ＰＭ）や、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分が含まれる。上記の有害成分の中でも、ディーゼルエンジンから排出される排ガスにはＮＯｘが含まれており、このＮＯｘを選択的に浄化することができるＳＣＲ方式の浄化装置が内燃機関の排気管に配置されている。
【０００３】
かかるＳＣＲ方式の浄化装置は、還元剤供給部と排ガス浄化用触媒とを備えており、内燃機関から排出された排ガスに還元剤（例えば尿素）を供給した後に、該還元剤が混合した排ガスを排ガス浄化用触媒に通過させる。かかる排ガス浄化用触媒の内部にはＳＣＲ触媒体を含む触媒層が形成されており、ＳＣＲ触媒体に吸着した還元剤がＳＣＲ触媒体の触媒作用によって排ガス中のＮＯｘと反応することによって、排ガス中のＮＯｘを浄化する。例えば、かかるＳＣＲ方式の浄化装置に関する技術が特許文献１に開示されている。
【０００４】
上記したＳＣＲ方式の浄化装置に使用される排ガス浄化用触媒の一例として、特許文献２に記載されているようなウォールフロー型の排ガス浄化用触媒が挙げられる。このウォールフロー型の排ガス浄化用触媒は、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル（入側流路）と、排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル（出側流路）と、これらのセルを仕切る多孔質の隔壁（リブ壁）とを有したウォールフロー構造の基材を備えており、当該基材の隔壁にＳＣＲ触媒体を含む触媒層が形成されている。
かかるウォールフロー型の排ガス浄化用触媒において、入側セル内に流入した排ガスは、多孔質の隔壁を通過して当該隔壁に形成された触媒層に接触した後に、出側セルに流出して排ガス浄化用触媒の外部に排出される。これによって、還元剤が混合した排ガスが触媒層中のＳＣＲ触媒体と接触し、上記したＳＣＲ反応によるＮＯｘの浄化が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５７８７０３１号
【特許文献２】特開２００９−８２９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記したように、ウォールフロー型の排ガス浄化用触媒をＳＣＲ方式の浄化装置に使用すると、粒子状物質（ＰＭ）の堆積によって排ガス浄化用触媒の圧力損失（以下「圧損」ともいう）が短期間で上昇して排ガスの流量が低下するという問題が生じることがあった。このため、近年では、ウォールフロー型の排ガス浄化用触媒をＳＣＲ方式の浄化装置に使用した際の圧損の上昇を適切に抑制することができる技術の開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ＳＣＲ方式の浄化装置に用いた際に圧損の上昇を適切に抑制することができるウォールフロー型の排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】
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の排ガス浄化用触媒の製造方法が提供される。
【０００９】
ここで開示される排ガス浄化用触媒は、内燃機関の排気管に配置され、該内燃機関から排出される排ガスと還元剤とを反応させることによって排ガスの浄化を行うウォールフロー型の排ガス浄化用触媒である。
そして、かかる排ガス浄化用触媒は、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル、及び、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル、並びに、入側セルと出側セルとを仕切る多孔質な隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、入側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流入側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている入側触媒層であって、還元剤を吸着して排ガス中のＮＯｘを浄化する物質からなるＳＣＲ触媒体を含む入側触媒層と、出側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流出側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている出側触媒層であって、ＮＯｘを浄化する物質からなるＳＣＲ触媒体を含む出側触媒層とを備えている。
ここで、延伸方向における入側触媒層の長さと出側触媒層の長さとの合計が、延伸方向における隔壁の全長よりも長く、かつ、出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量が、入側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量よりも多いことを特徴とする。
【００１０】
本発明者は、上記の課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、ＳＣＲ方式の浄化装置にウォールフロー型の排ガス浄化用触媒を使用すると、粒子状物質（ＰＭ）が多孔質の隔壁の細孔内に入り込んで当該ＰＭによって隔壁の細孔が詰まることがあり、この場合により顕著な圧損上昇を引き起こすことが分かった。
具体的には、一般的な排ガス浄化用触媒では、Ｐｔなどの貴金属触媒体が触媒層に含まれており、かかる貴金属触媒体の作用によってＰＭを燃焼させ易くすることができるため、隔壁内に入り込んだＰＭを除去して圧損の上昇を比較的に軽微なものに抑制することができる。
しかし、ＳＣＲ方式の浄化装置の排ガス浄化用触媒に、上記した貴金属触媒体を使用すると、当該貴金属触媒体の触媒作用によって排ガス中の還元剤が焼失してしまいＮＯｘを浄化できなくなる。このため、ＳＣＲ方式の浄化装置の排ガス浄化用触媒には貴金属触媒体を使用することができず、隔壁内に入り込んだＰＭが燃焼されにくく、当該ＰＭによって隔壁の細孔が詰まって顕著な圧損上昇を引き起こすと予想される。
【００１１】
そこで、本発明者は、ＳＣＲ方式の浄化装置において顕著な圧損上昇を抑制するためには、隔壁内にＰＭが入り込むこと自体を防止する必要があると考えて種々の検討を行った。その結果、ここで開示される排ガス浄化用触媒のように、入側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流入側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている入側触媒層を形成することによって、隔壁内にＰＭが入り込むことによる圧損の上昇を抑制できることを見出した。
なお、以下の説明では、便宜上、上記した入側触媒層が形成されている領域を「入側領域」と称する。
【００１２】
具体的には、ここで開示される排ガス浄化用触媒のように入側触媒層を形成すると、かかる入側触媒層が形成された入側領域における隔壁の細孔径が小さくなって、隔壁内部にＰＭが入り込みにくくなる。これによって、排ガス中のＰＭが、入側セルに接する入側領域の隔壁の表面で捕集されるため、隔壁内部に入り込んだＰＭによって圧損が上昇することを抑制できる。
【００１３】
そして、本発明者は、さらに検討を重ねた結果、入側領域の隔壁に形成した入側触媒層は、ＮＯｘ浄化率が低下し易いという特徴を見出し、かかる入側触媒層におけるＮＯｘ浄化率の低下が生じても、排ガス浄化用触媒全体として十分なＮＯｘ浄化率を維持することができるような手段に思い至ることによって、本発明を完成させるに至った。
【００１４】
具体的には、上記したように、入側領域の隔壁に入側触媒層を形成すると、排ガス中のＰＭの多くが入側領域の隔壁の表面に捕集される。このため、排ガスの浄化を続けると、捕集されたＰＭによって、入側領域におけるガス拡散性が急激に減少するため、ＮＯｘ浄化率が低下し易い。
本発明者は、かかるガス拡散性の減少によるＮＯｘ浄化率の低下に対し、排ガス浄化用触媒全体で高いＮＯｘ浄化率を維持することができるような手段を検討した。
そして、ここで開示される排ガス浄化用触媒のように、出側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流出側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている出側触媒層を形成し、かかる出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量を、入側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量よりも多くすることに思い至った。なお、以下の説明では、便宜上、上記した出側触媒層が形成されている領域を「出側領域」と称する。
【００１５】
かかる出側触媒層が形成されている出側領域は、上記した上側領域とは異なり、ＰＭを多く含む排ガスが供給されにくい領域である。ここで開示される排ガス浄化用触媒は、かかる出側領域に触媒層（出側触媒層）を形成し、出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量を多くすることによって、ＮＯｘの浄化が高効率に行われるようにしている。これによって、排ガス浄化用触媒の出側領域において高いＮＯｘ浄化率を発揮させることができるため、排ガス浄化用触媒全体として高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
【００１６】
以上のように、ここで開示される排ガス浄化用触媒では、入側領域の隔壁に入側触媒層を形成することによって、隔壁内部にＰＭが入り込むことによる顕著な圧損上昇を適切に抑制するとともに、当該入側触媒層よりも多くのＳＣＲ触媒体を含む出側触媒層を出側領域の隔壁に形成することによって、排ガス浄化用触媒全体として高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
【００１７】
なお、上記したような入側触媒層と出側触媒層とを備えた排ガス浄化用触媒において、入側触媒層と出側触媒層との間に、触媒層が形成されていない領域（触媒未形成領域）が存在していると、かかる触媒未形成領域を通過した排ガス中のＮＯｘを浄化することができないためＮＯｘ浄化率が大幅に低下する虞がある。
このため、ここで開示される排ガス浄化用触媒では、隔壁の延伸方向における入側触媒層の長さと出側触媒層の長さとの合計が、該延伸方向における隔壁の全長よりも長くなるようにし、入側触媒層と出側触媒層との間に触媒未形成領域が存在しないようにしている。
【００１８】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、出側触媒層の厚みが入側触媒層の厚みよりも厚いことを特徴とする。
上記したように、ここで開示される排ガス浄化用触媒は、出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量を、入側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量よりも多くすることによって、触媒全体のＮＯｘ浄化率を高い状態で維持しているが、このように出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くする手段の一つとして、出側触媒層の厚みを入側触媒層よりも厚くすることが挙げられる。
【００１９】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、隔壁の入側セルに接する表面から出側セルに接する表面までの平均厚みを１００％としたときの出側触媒層の厚みが５０％以上８０％以下であり、入側触媒層の厚みが２０％以上５０％以下であることを特徴とする。
上記した態様のように、出側触媒層の厚みを入側触媒層の厚みよりも厚くする場合には、隔壁の厚み（隔壁の入側セルに接する表面から出側セルに接する表面までの平均厚み）を１００％としたときに、出側触媒層の厚みを５０％以上８０％以下とし、入側触媒層の厚みを２０％以上５０％以下とすることが好ましい。これによって、出側触媒層のＮＯｘ浄化能力を十分に確保することができる。
【００２０】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、延伸方向における出側触媒層の長さが入側触媒層の長さよりも長いことを特徴とする。
また、出側触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くする手段の他の一例として、出側触媒層の長さを入側触媒層よりも長くすることが挙げられる。この場合であっても、出側触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くすることができる。
【００２１】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、延伸方向における隔壁の全長を１００％としたときの出側触媒層の長さが６０％以上９５％以下であり、入側触媒層の長さが１０％以上５０％以下であることを特徴とする。
上記した態様のように、出側触媒層の長さを入側触媒層よりも長くする場合には、隔壁の全長を１００％としたときの出側触媒層の長さを６０％以上９５％以下とし、入側触媒層の長さを１０％以上５０％以下とすることが好ましい。これによって、出側触媒層のＮＯｘ浄化能力を十分に確保することができる。
【００２２】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、出側触媒層の単位体積当たりのＳＣＲ触媒体の含有量が、入側触媒層の単位体積当たりのＳＣＲ触媒体の含有量よりも多いことを特徴とする。
上記した各々の態様では、各々の触媒層の厚みや長さを調節して出側触媒層の体積を入側触媒層よりも大きくすることによって、出側触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くしている。しかし、出側触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くする手段はこれに限定されず、上記のように、単位体積当たりのＳＣＲ触媒体の含有量を調節することによって、出側触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くしてもよい。
【００２３】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、隔壁の内部に存在するＳＣＲ触媒体の全量を１００ｗｔ％としたときの出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体が６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下であることを特徴とする。
また、出側触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くするに際しては、隔壁の内部に存在するＳＣＲ触媒体の全量を１００ｗｔ％としたときの出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体を６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とすることが好ましい。これによって、出側触媒層のＮＯｘ浄化能力を十分に確保することができる。
【００２４】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、パームポロメータ測定に基づいた入側触媒層が形成されている領域の平均細孔径が０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
上記したように、ここで開示される排ガス浄化用触媒では、入側触媒層を設けることによって、入側領域における隔壁の細孔径を小さくし、隔壁内部にＰＭが侵入することを防止している。このときの入側領域における隔壁の細孔径は、浄化対象である排ガスに含まれるＰＭの粒子径を考慮して適宜調整することが好ましく、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にすることが好ましい。
【００２５】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、パームポロメータ測定に基づいた出側触媒層が形成されている領域の平均細孔径が１２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする。
上記したように、ここで開示される排ガス浄化用触媒では、主に出側触媒層においてＮＯｘを浄化する。このため、出側触媒層が形成されている出側領域における隔壁の細孔径は、十分な流量の排ガスを通過させることができるような孔径であることが好ましい。かかる観点から、出側領域における平均細孔径は、例えば、１２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００２６】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、基材の容積を１Ｌとしたときの入側触媒層および出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の合計量が５０ｇ以上１５０ｇ以下であることを特徴とする。
ここで開示される排ガス浄化用触媒をＳＣＲ方式の浄化装置に使用する場合には、内燃機関から排出される排ガス中のＮＯｘの含有量を考慮して、隔壁の内部に存在するＳＣＲ触媒体の全量を調節することが好ましい。例えば、基材の容積（入側セルと出側セルの体積の総量）が１Ｌである排ガス浄化用触媒を用い、一般的なディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＮＯｘを適切に浄化するには、入側触媒層および出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の合計量を５０ｇ以上１５０ｇ以下とすることが好ましい。
【００２７】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、ＳＣＲ触媒体がゼオライトを主体として構成されていることを特徴とする。
かかるゼオライトを主体として構成されたＳＣＲ触媒体は、排ガスに混合した還元剤を適切に加水分解し、ＮＯｘと反応するアンモニア（ＮＨ３）を好適に生じさせることができるため、ＮＯｘの浄化効率を向上させることができる。
【００２８】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、ゼオライトが、国際ゼオライト協会により定義されたＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＳＴ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＴＲ、ＧＭＥ、ＩＴＥ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＰＡＵ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＴＨＯ、ＵＦＩからなる骨格型コードの群より選択される少なくとも一種類以上のゼオライトであることを特徴とする。
上記した態様のように、ゼオライトを主体として構成されたＳＣＲ触媒体を用いる場合には、かかるゼオライトとして、上記した骨格型コードのゼオライトを用いることが好ましい。これらのゼオライトは、細孔径が小さく炭化水素の影響を受けにくいため、高効率にＮＯｘを浄化することができる。
【００２９】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、ウォールフロー構造の基材が、コージェライト、炭化ケイ素、チタン酸アルミニウムのうちから選択される何れかによって構成されていることを特徴とする。
排ガス浄化用触媒の基材の材料は、内燃機関が高負荷条件で運転されたときの温度上昇によって基材が破損することを防止するという観点から、コージェライト、炭化ケイ素、チタン酸アルミニウムなどの耐熱性材料であることが好ましい。
【００３０】
ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一態様では、還元剤が尿素であることを特徴とする。
また、排ガス浄化用触媒において排ガスに混合される還元剤には、尿素を用いることが好ましい。かかる尿素は、熱により容易に分解されてアンモニアを生じさせ、当該アンモニアとＮＯｘとを反応させることによってＮＯｘを浄化することができるため、還元剤として好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化用触媒を備えたＳＣＲ方式の浄化装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２に示す排ガス浄化用触媒の断面構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化用触媒の隔壁内部の構造を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化用触媒において、入側触媒層が形成された隔壁を模式的に示す拡大断面図である。
【図６】入側触媒層と出側触媒層とを備えた排ガス浄化用触媒の他の例の隔壁内部を模式的に示す断面図である。
【図７】試験例６の排ガス浄化用触媒の隔壁内部を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚みなど）は、実際の寸法関係を必ずしも反映するものではない。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術知識とに基づいて実施することができる。
【００３３】
１．ＳＣＲ方式の浄化装置
先ず、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒を備えたＳＣＲ方式の浄化装置について図１を参照しながら説明する。なお、図１に示すＳＣＲ方式の浄化装置１００は、図中の左側から右側に排ガスが供給されるように配置されている。
【００３４】
図１に示すＳＣＲ方式の浄化装置１００は、内燃機関（図示省略）の排気管５０に配置されており、第１〜第３の排ガス浄化用触媒１０〜３０の３種類の排ガス浄化用触媒を備えている。
第１〜第３の排ガス浄化用触媒１０〜３０は、何れもハニカム構造を有した基材と、該基材の内部に形成された触媒層とを備えており、基材内のセル（流路）に排ガスを通過させることによって、排ガス中の有害成分（ＰＭ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）の何れかを浄化するように構成されている。
例えば、排ガス供給方向の最上流側に配置された第１の排ガス浄化用触媒１０には、排ガス中の未燃焼成分（ＨＣ、ＣＯ）を浄化するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）や、リーン条件下でＮＯｘを吸蔵してリッチ条件下で還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）などが用いられる。
また、第２の排ガス浄化用触媒２０にはＳＣＲ触媒体が用いられる。かかる第２の排ガス浄化用触媒２０の上流には還元剤供給部４０が設けられており、かかる還元剤供給部４０から霧状の還元剤（尿素など）が供給されることによって還元剤と排ガスとが混合される。そして、当該還元剤を含む排ガスが第２の排ガス浄化用触媒２０を通過する際に、該触媒の内部に担持されている触媒体の作用によって還元剤とＮＯｘとが反応してＮＯｘが浄化される。
また、最下流側に配置された第３の排ガス浄化用触媒３０には、第２の排ガス浄化用触媒２０と同様のＳＣＲ触媒体と、ＡＳＣ触媒とが設けられる。ＡＳＣ触媒は、排ガスに添加された還元剤が外部に排出されることを防止するために設けられており、ＳＣＲ触媒体で反応せずに残った還元剤を酸化して浄化する触媒体を備えている。
【００３５】
本実施形態に係る排ガス浄化用触媒は、触媒層にＳＣＲ触媒体が含まれるＳＣＲ触媒体であるが、上記した第１〜第３の排ガス浄化用触媒１０〜３０のうち、第２の排ガス浄化用触媒２０に特に好ましく用いることができる。詳しくは後述するが、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒は、ＰＭによって基材の隔壁の細孔が詰まって顕著な圧損上昇を引き起こすことを抑制することができるとともに、高いＮＯｘ浄化率を維持することができるため、ＰＭとＮＯｘを同時に序供する必要がある第２の排ガス浄化用触媒２０に好ましく用いることができる。
【００３６】
２．排ガス浄化用触媒
以下、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒について具体的に説明する。図２は本実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す斜視図であり、図３は図２に示す排ガス浄化用触媒の断面構造を模式的に示す図である。かかる排ガス浄化用触媒２０は、基材１と、該基材１内部の隔壁に形成される触媒層（図示省略）とを備えている。
【００３７】
（１）基材
図２に示すように、基材１は外形が円筒形のハニカム構造を有している。図３に示すように、かかるハニカム構造の基材１は、基材１の筒軸方向Ｘに沿って延びる複数のセル（流路）２ａ、２ｂと、該セル２ａ、２ｂを仕切る隔壁４とを備えている。なお、基材１全体の外形は、図２のような円筒形に限られず、楕円筒形、多角筒形などであってもよい。
【００３８】
また、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒２０の基材１はウォールフロー構造の基材である。かかるウォールフロー構造の基材１は、排ガス流入側の端部１ａのみが開口し、排ガス流出側の端部１ｂが封止部材３ａで封止されている入側セル２ａと、排ガス流出側の端部１ｂのみが開口し、排ガス流入側の端部１ａが封止部材３ｂで封止されている出側セル２ｂとを備えている。また、該入側セル２ａと出側セル２ｂとは隣接して形成されており、全体として図２に示すような市松模様状に形成されている。
【００３９】
また、上記した入側セル２ａと出側セル２ｂとを仕切る隔壁４は、基材１の筒軸方向Ｘに沿って延びている、すなわち、本実施形態において「隔壁４の延伸方向」は、基材１の筒軸方向Ｘと略同じ方向である。かかる隔壁４は、排ガスが通過可能な細孔が複数形成された多孔質構造を有しており、図３中の矢印のように、入側セル２ａから基材１内に供給された排ガスは、当該多孔質の隔壁４を通過した後、出側セル２ｂから基材１外へ排出される。かかる隔壁４の細孔の平均細孔径は、例えば、１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内に設定される。なお、本明細書において「平均細孔径」は、パームポロメータを用いたバブルポイント法によって測定したものである。
隔壁４の厚みＴ（すなわち、入側セル２ａに接する表面から出側セル２ｂに接する表面までの平均厚み）は、基材１の耐久性と通気性の観点から、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲内に設定することが好ましい。また、延伸方向Ｘにおける隔壁４の全長Ｌｗは、通常１０ｍｍ〜５００ｍｍ（例えば５０ｍｍ〜３００ｍｍ）の範囲内に設定することが好ましい。また、基材１全体の容積（入側セル２ａと出側セル２ｂの総体積）は、通常１Ｌ〜１０Ｌ（好ましくは２Ｌ〜８Ｌ）に設定される。
【００４０】
また、基材１には、一般的な排ガス浄化用触媒の基材に用いられ得る種々の材料を用いることができる。かかる基材１の材料の好適例として、コージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、チタン酸アルミニウムなどのセラミックス、或いはステンレス鋼などの合金が挙げられる。これらの材料は高い耐熱性を有しているため、高負荷条件で内燃機関を運転して排ガス浄化用触媒が高温環境（例えば４００℃以上）に曝された場合でも、かかる温度上昇によって基材が破損することを防止できる。
【００４１】
（２）触媒層
上記したように、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒の触媒層は、基材１の隔壁４の内部に形成されている。図４は本実施形態に係る排ガス浄化用触媒の基材の隔壁内部の構造を模式的に示す断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒２０では、基材１の隔壁４の内部に、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂの２種類の触媒層が形成されている。
【００４２】
かかる入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂには、排ガスに混合された還元剤を吸着してＮＯｘを浄化する物質からなるＳＣＲ触媒体が含まれている。具体的には、還元剤として尿素を用いた場合には、かかる尿素が加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）が発生し、かかるアンモニアとＮＯｘとが反応することによって排ガス中のＮＯｘが浄化される。
【００４３】
かかるＳＣＲ触媒体には、例えばゼオライトを主体として構成されている触媒体を用いることができる。かかるゼオライトを主体として構成された触媒としては、例えば、ゼオライトに銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）などの遷移金属を担持させた遷移金属イオン交換ゼオライトが挙げられる。
また、このようなゼオライトを主体としたＳＣＲ触媒体を用いる場合には、当該ゼオライトとして、国際ゼオライト協会により定義されたＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＳＴ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＴＲ、ＧＭＥ、ＩＴＥ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＰＡＵ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＴＨＯ、ＵＦＩからなる骨格型コードの群より選択される少なくとも一種類以上のゼオライトを用いることが好ましい。これらのゼオライトは、細孔径が小さく炭化水素の影響を受けにくいため、高効率にＮＯｘを浄化することができる。
【００４４】
なお、排ガス中のＮＯｘを適切に浄化するためには、内燃機関からのＮＯｘ排出量を考慮して、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体の合計量を調整することが好ましい。例えば、容量が２Ｌの基材１を用いて、一般的な排気量２Ｌ程度のディーゼルエンジンの排ガスを適切に浄化するには、入側触媒層６ａおよび出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体の合計量を５０ｇ以上１５０ｇ以下にすると好ましい。
【００４５】
次に、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂの各々について具体的に説明する。
【００４６】
（ａ）入側触媒層
図４に示すように、入側触媒層６ａは、入側セル２ａに接する隔壁４の表面４ａから隔壁４の内方に所定の厚みＴ１で形成され、かつ、排ガス流入側の端部１ａの近傍から隔壁４の延伸方向Ｘに沿って所定の長さＬ１で形成されている。上記したように、本明細書においては、かかる入側触媒層６ａが形成されている領域を「入側領域」と称する。
【００４７】
かかる入側領域では、図５に示すように、入側セル２ａに接する隔壁４の表面４ａと、隔壁４の細孔７の側壁７ａとを覆うように入側触媒層６ａが形成される。このため、入側触媒層６ａが形成される入側領域では、隔壁４の細孔７の径が小さくなって隔壁４内部にＰＭが入り込みにくくなる。
なお、かかる入側領域における細孔７の平均細孔径は０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。これによって、隔壁４内部にＰＭが入り込むことを確実に防止することができる。
【００４８】
そして、上記したように、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒２０では、入側触媒層６ａが、排ガス流入側の端部１ａ近傍から隔壁４の延伸方向Ｘに沿って所定の長さＬ１で形成されている。一般的なウォールフロー型の排ガス浄化用触媒２０の場合、ＰＭを多く含む排ガスは、排ガス流入側の端部１ａ近傍の隔壁４を通過しやすいため、かかる排ガス流入側の端部１ａ近傍を含む入側領域に入側触媒層６ａを形成することによって、ＰＭが隔壁内部に入り込んで顕著な圧損上昇を生じさせることを好適に抑制することができる。
【００４９】
（ｂ）出側触媒層
出側触媒層６ｂは、図４に示すように、出側セル２ｂに接する隔壁４の表面４ｂから隔壁４の内方に所定の厚みＴ２で形成され、かつ、排ガス流出側の端部１ｂ近傍から隔壁４の延伸方向Ｘに沿って所定の長さＬ２で形成されている。上記したように、本明細書においては、かかる出側触媒層６ｂが形成されている領域を「出側領域」と称する。
【００５０】
上記したように、入側領域の隔壁４には入側触媒層６ａが形成されているため、細孔７の径が小さくなっており、隔壁４の表面にＰＭが捕集されやすくなっている。このため、入側触媒層６ａは、ＰＭが隔壁４の内部に入り込むことによる顕著な圧損上昇を抑制できる一方で、捕集されたＰＭによって入側領域におけるガス拡散性が減少してＮＯｘ浄化率が低下し易いという問題を有している。
これに対して、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒２０では、排ガス浄化用触媒全体で高いＮＯｘ浄化率を維持することができるように、出側領域に形成された出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層６ａよりも多くしている。このように、出側領域の触媒層（出側触媒層６ｂ）に多くのＳＣＲ触媒体を存在させ、出側触媒層８ｂにおいて高効率にＮＯｘの浄化が行われるようにすることによって、排ガス浄化用触媒全体のＮＯｘ浄化率を高い状態で維持することができる。
【００５１】
なお、出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体の総量の具体的な値は、基材１の容量などに応じて適宜変更し得るため特に限定されないが、隔壁４の内部に存在するＳＣＲ触媒体の全量を１００ｗｔ％とした場合には、出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体を６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とすることが好ましい。これによって、排ガス浄化用触媒全体のＮＯｘ浄化率を確実に高い状態で維持することができる。
【００５２】
また、上記したように、本実施形態では、出側触媒層６ｂが主なＮＯｘ浄化の場となるため、かかる出側触媒層６ｂが形成される出側領域に十分な流量の排ガスを通過させることができるように、出側領域における隔壁４の細孔径を調整することが好ましい。かかる出側領域の隔壁４の平均細孔径は、例えば、１２μｍ以上２０μｍ以下にすることが好ましい。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、ＰＭが多く含まれた排ガスが通過しやすい入側領域の隔壁に入側触媒層６ａを設けて、当該入側領域の隔壁４の表面４ａでＰＭを捕集することによってＰＭが隔壁４の内部に入り込んで圧損を上昇させることを抑制することができる。そして、比較的にＰＭの含有量が少ない排ガスが通過する出側領域に多くのＳＣＲ触媒体が存在する出側触媒層６ｂを設けて、かかる出側領域を主なＮＯｘ浄化の場とすることによって、ＮＯｘ浄化率を高い状態で維持することができる。
【００５４】
なお、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒２０では、図４に示すように入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂが、隔壁４の延伸方向Ｘに沿って所定の長さで形成されているが、排ガス中のＮＯｘを適切に浄化するためには、隔壁４の延伸方向Ｘにおける入側触媒層６ａの長さＬ１と出側触媒層６ｂの長さＬ２との合計が、該延伸方向Ｘにおける隔壁４の全長Ｌｗよりも長くなるようにする必要がある。
具体的には、図６に示すように、入側触媒層６ａの長さＬ１と、出側触媒層６ｂの長さＬ２との合計が隔壁４の全長Ｌｗよりも短くなると、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂとの間に触媒未形成領域８が形成される。かかる触媒未形成領域８に排ガスが供給されると、排ガスがＳＣＲ触媒体に接触せずに触媒外に排出され、ＮＯｘ浄化率が大幅に低下する虞がある。このため、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒２０では、図４に示すように、入側触媒層６ａの長さＬ１と出側触媒層６ｂの長さＬ２との合計を隔壁４の全長Ｌｗよりも長くして触媒未形成領域８が形成されないようにしている。
【００５５】
（ｃ）触媒層に関する種々の態様
上記したように、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒２０は、出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体の総量が入側触媒層６ａよりも多くなるように構成されている。かかる出側触媒層６ｂと入側触媒層６ａにおけるＳＣＲ触媒体の総量を調整するには種々の手段を採用することができる。
【００５６】
例えば、各触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を調整する手段の一例として、各々の触媒層の厚みＴ１、Ｔ２を調節するという手段が挙げられる。
具体的には、各々の触媒層に含まれているＳＣＲ触媒体の密度が同じ場合には、入側触媒層６ａの厚みＴ１よりも出側触媒層６ｂの厚みＴ２を厚くすることによって、出側触媒層６ｂにおけるＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層６ａよりも多くすることができる。このように触媒層の厚みＴ１、Ｔ２によってＳＣＲ触媒体の総量を調整する場合には、隔壁４の厚みＴを１００％としたときの出側触媒層６ｂの厚みＴ１を５０％以上８０％以下とし、入側触媒層６ａの厚みＴ２を２０％以上５０％以下とすることが好ましい。
【００５７】
また、各触媒層のＳＣＲ触媒体の総量を調整する手段の他の例として、各々の触媒層の長さＬ１、Ｌ２を調節するという手段が挙げられる。
具体的には、各々の触媒層に含まれているＳＣＲ触媒体の密度が同じ場合には、出側触媒層６ｂの長さＬ２を入側触媒層６ａの長さＬ１よりも長くした場合でも、出側触媒層６ｂにおけるＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層６ａよりも多くすることができる。このように触媒層の長さＬ１、Ｌ２によってＳＣＲ触媒体の総量を調整する場合には、延伸方向における隔壁４の全長Ｌｗを１００％としたときの出側触媒層６ｂの長さＬ２を６０％以上９５％以下とし、入側触媒層６ａの長さＬ１を１０％以上５０％以下とすることが好ましい。
【００５８】
なお、上記したように、各々の触媒層６ａ、６ｂの厚みや長さなどの寸法を規定するに際しては、入側触媒層６ａ（又は出側触媒層６ｂ）を形成するために使用したＳＣＲ触媒体の８０％が存在している領域の寸法を、入側触媒層６ａ（又は出側触媒層６ｂ）の寸法とみなすと好ましい。かかる触媒層において存在するＳＣＲ触媒体は、隔壁断面におけるＳＥＭ観察画像（又はＥＰＭＡ観察画像）を撮影した後、画像処理によってＳＣＲ触媒体のみを抽出することによって調べることができる。そして、かかるＳＣＲ触媒体の存在割合は、入側触媒層（又は出側触媒層）の面積に対する、抽出したＳＣＲ触媒体の面積比率で求めることができる。そして、観察視野全体の面積を積算し、入側触媒層および出側触媒層のそれぞれの表面から８０％存在する寸法を触媒層の厚みとすることができる。
これは、各々の触媒層を形成するために使用した触媒形成用スラリーの粘度や基材１の隔壁４の材料などによっては、触媒未形成領域８に向かってＳＣＲ触媒体の含有量が徐々に減少するように入側触媒層６ａ（又は出側触媒層６ｂ）が形成されたり、一部のＳＣＲ触媒体がはみ出したような入側触媒層６ａ（又は出側触媒層６ｂ）が形成されたりして、入側触媒層６ａ（又は出側触媒層６ｂ）と触媒未形成領域８との境界が不明確になる虞があるためである。
【００５９】
また、上記した各々の態様では、各々の触媒層の寸法（厚みや長さ）を調節して、各触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量を調整している。しかし、各々の触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量を調整する方法はこれに限られない。例えば、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂの寸法が同じである場合であっても、出側触媒層６ｂの単位体積当たりのＳＣＲ触媒体の含有量（ＳＣＲ触媒体の密度）を入側触媒層６ａよりも多くすることによって、出側触媒層６ｂのＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層６ａよりも多くすることができる。
【００６０】
３．製造方法
次に、上記した実施形態に係る排ガス浄化用触媒を製造する方法の一例を説明する。なお、以下の説明は、ここで開示される排ガス浄化用触媒を限定することを意図するものではない。
【００６１】
ここでは、先ず、図２，３に示すようなウォールフロー構造の基材１を用意するとともに、ＳＣＲ触媒体を含む原料スラリーを調製する。かかる原料スラリーは、必須成分であるＳＣＲ触媒体（典型的には、遷移金属イオン交換ゼオライト）と、その他の任意成分（例えば助触媒やバインダなど）とを水などの溶媒に混合させることによって調製される。このとき、形成する触媒層に応じて、原料スラリー中のＳＣＲ触媒体の濃度を調整してもよい。
【００６２】
次に、この製造方法では、基材１の隔壁４の入側領域に入側触媒層６ａを形成する。具体的には、上記の原料スラリーを、エアブローによって基材１の排ガス流入側の端部１ａから入側セル２ａ内に導入する。これによって、多孔質の隔壁４の内部に原料スラリーが浸透する。そして、その後、基材１を所定の温度で加熱して乾燥、焼成することによって、入側領域の隔壁４の内部に入側触媒層６ａが形成される。このとき、原料スラリーを導入する量や、エアブローの圧力・流量などを調節することによって、形成後の入側触媒層６ａの長さＬ１や厚みＴ１（図４参照）を調整することができる。
【００６３】
次に、基材１の隔壁４の出側領域に出側触媒層６ｂを形成する。出側触媒層６ｂを形成する方法は、基本的には上記した入側触媒層６ａの形成と同じである。
すなわち、原料スラリーを基材１の排ガス流出側の端部１ｂから出側セル２ｂ内に導入して、当該原料スラリーを出側領域の隔壁４の内部に浸透させた後に、基材１を所定の温度で加熱して乾燥、焼成する。また、かかる出側触媒層６ｂの形成においても、スラリーの量やエアブロー条件を調節することによって、形成後の出側触媒層６ｂの長さＬ２や厚みＴ２を調整することができる。
【００６４】
以上のように、この製造方法では、排ガス流入側の端部１ａから原料スラリーを導入して入側触媒層６ａを形成した後に、排ガス流出側の端部１ｂから原料スラリーを導入して出側触媒層６ｂを形成する。そして、このときに原料スラリーの量や組成またはエアブロー条件などの種々の条件を調整することによって、出側触媒層６ｂにおけるＳＣＲ触媒体の総量が入側触媒層６ａよりも多い排ガス浄化用触媒２０を製造することができる。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化用触媒について説明したが、本発明は上記した実施形態に限られず、適宜変更することができる。例えば、入側触媒層６ａおよび出側触媒層６ｂの寸法やＳＣＲ触媒体の含有量などについては、浄化対象である排ガスの組成や基材の寸法などを考慮し、予め試験等を行うことによって適宜調整することが好ましい。
【００６６】
［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の説明は本発明を限定することを意図したものではない。
【００６７】
＜実験Ａ＞
実験Ａにおいては、入側触媒層と出側触媒層とが隔壁の内部に形成されており、該入側触媒層と出側触媒層の長さ、厚み、ＳＣＲ触媒体の含有量がそれぞれ異なった排ガス浄化用触媒を作製した（試験例１〜試験例６）。そして、各々の排ガス浄化用触媒の圧損とＮＯｘ浄化率を測定することによって、圧損の上昇を適切に抑制し、高いＮＯｘ浄化率を発揮できる排ガス浄化用触媒について調べた。
【００６８】
１．各試験例の作製
（１）試験例１
試験例１では、後述する表１に示すように、隔壁４の延伸方向Ｘにおける長さＬ１が４０ｍｍ、厚みＴ１が隔壁４の平均厚みＴの５０％、ＳＣＲ触媒体の総量が４５ｇ、平均細孔径が８μｍである入側触媒層６ａと、長さＬ２が８０ｍｍ、厚みＴ２が隔壁４の平均厚みＴの８０％、ＳＣＲ触媒体の総量が１０５ｇ、平均細孔径が１３μｍである出側触媒層６ｂとを備えた排ガス浄化用触媒２０を作製した。具体的な作製手順を以下に記載する。
【００６９】
先ず、ＣＨＡ型のゼオライトのアルミナシリケートであるＳＳＺ−１３をイオン交換水に分散させた後に酢酸銅を添加した。そして、かかる分散液を８０℃まで加熱して１２時間撹拌した後に濾過と洗浄を行い、得られた固形物を２００℃で５時間乾燥させることによって、ＳＣＲ触媒体であるＣｕイオン交換ゼオライト（Ｃｕ担持量３ｗｔ％）を作製した。そして、かかるＣｕイオン交換ゼオライト（１０００ｇ）と、シリカゾル（５００ｇ）と、純水（１０００ｇ）とを混合した後、ボールミルで１時間撹拌して原料スラリーを調製した。
【００７０】
次に、図２、３に示すようなウォールフロー構造の円筒形状の基材１（コージェライト製、直径１６０ｍｍ、隔壁４の全長Ｌｗ１００ｍｍ）を用意した。
そして、上記した原料スラリーを、固形分量で４５ｇのＳＣＲ触媒体（Ｃｕイオン交換ゼオライト）が含まれるように計量し、かかる原料スラリーをエアブローでガス流入側の端部１ａから入側セル２ａ内に導入して隔壁４内部に付与した。このとき、ガス流入側の端部１ａから延伸方向Ｘに４０ｍｍ、かつ、入側セル２ａに接する隔壁４の表面４ａから厚さ方向に５０％の領域に原料スラリーが浸透するように、エアブローの流速と処理時間を制御した。
そして、原料スラリーを浸透した後の基材１を１００℃で６０分間乾燥させた後、５００℃で３０分間熱処理することによって、長さＬ１が４０ｍｍ、厚さＴ１が隔壁４の厚さＴの５０％であり、４５ｇのＳＣＲ触媒体が存在している入側触媒層６ａを形成した。
【００７１】
次に、上記した原料スラリーを、固形分量で１０５ｇのＳＣＲ触媒体（Ｃｕイオン交換ゼオライト）が含まれるように計量し、かかる原料スラリーをエアブローでガス流出側の端部１ｂから出側セル２ｂ内に導入して隔壁４内部に付与した後、上記と同じ条件で基材を乾燥、熱処理することによって出側触媒層６ｂを形成した。なお、出側触媒層６ｂの形成においては、エアブローの条件を調整して、隔壁４の延伸方向Ｘにおける長さＬ２が８０ｍｍ、厚さＴ２が隔壁４の厚さＴの８０％であり、１０５ｇのＳＣＲ触媒体が存在する出側触媒層６ｂを形成した。
【００７２】
（２）試験例２〜試験例５
試験例２〜試験例５では、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂを形成するに際して、原料スラリーの導入量やエアブローの条件を調節し、表１に示すように、各々の触媒層の寸法やＳＣＲ触媒体の含有量が異なる排ガス浄化用触媒を作製した。なお、試験例２〜試験例５の排ガス浄化用触媒を作製するに際して、表１に示す条件以外は、試験例１と同じ条件になるように種々の作製条件を設定した。
【００７３】
（３）試験例６
試験例６では、比較対象として、図７に示すような基材１の隔壁４内の全ての領域に、均一な触媒層６が形成されている排ガス浄化用触媒を作製した。なお、試験例６の触媒層６に存在するＳＣＲ触媒体の総量は、上記した試験例１〜試験例５における入側触媒層と出側触媒層の各々に存在しているＳＣＲ触媒体の合計と同じ量である１５０ｇに設定した。
【００７４】
２．評価試験
本実験では、各々の試験例で作製した排ガス浄化用触媒を評価するための評価試験として、各々の触媒層が形成されている領域における隔壁の平均細孔径と、排ガス浄化用触媒の圧力損失と、ＮＯｘ浄化率とを測定した。具体的な測定方法を以下で説明する。
【００７５】
（１）平均細孔径の測定
各試験例の排ガス浄化触媒について、入側領域における平均細孔径と、出側領域における平均細孔径を測定した。
具体的には、作製後の排ガス浄化用触媒のガス流入側の端部１ａから隔壁４の延伸方向Ｘに沿って２０ｍｍの位置の隔壁４を切り出し、当該切り出した隔壁４に対してパームポロメータを使用したガス透過による細孔径測定（バブルポイント法）を行って平均細孔径を測定し、測定結果を入側領域における平均細孔径（μｍ）とした。
また、排ガス浄化用触媒２０のガス流出側の端部１ｂから隔壁４の延伸方向Ｘに沿って２０ｍｍの位置の隔壁４を切り出し、当該隔壁４の平均細孔径を上記と同じ手順で測定し、測定結果を出側領域における平均細孔径（μｍ）とした。
【００７６】
（２）圧力損失の測定
作製後の排ガス浄化用触媒を内燃機関の排気管に配置し、内燃機関を一定時間稼働させて、排ガスを排ガス浄化用触媒に通過させ、排ガス浄化用触媒の下流側の圧力を測定して圧力損失（圧損）を算出した。
具体的には、内燃機関として２．２Ｌのコモンレール式のディーゼルエンジンを使用し、回転数２０００ｒｐｍで所定時間稼働させた後に排ガス浄化用触媒の前後の圧力差を測定した。なお、かかるディーゼルエンジンには、回転数２０００ｒｐｍで稼働させたときに５ｇのＰＭが排出されることを予め実験で把握したものを使用した。そして、触媒層が形成されていない基材に当該ディーゼルエンジンの排ガスを通過させた際の基材の下流側の圧力を基準にして各々の排ガス浄化触媒における圧力損失（ＫＰａ）を算出した。
【００７７】
（３）ＮＯｘ浄化率の測定
各々の試験例の排ガス浄化用触媒を内燃機関の排気管に配置し、内燃機関を一定時間稼働させてＮＯｘ浄化率を測定した。
具体的には、内燃機関として、上記した圧力損失の測定に用いた２．２Ｌのコモンレール式のディーゼルエンジンを使用し、かかるディーゼルエンジンの排気管にＤＯＣ触媒を配置し、かかるＤＯＣ触媒の下流側に、各々の試験例の排ガス浄化用触媒を配置した。
そして、各々の試験例の排ガス浄化用触媒の上流側において、排ガスに霧状の尿素を添加し、尿素が混合した排ガスを排ガス浄化用触媒に供給することによって、排ガス中のＮＯｘの浄化を行った。このときの尿素の添加量は、当該尿素がＳＣＲ触媒体の作用によってアンモニア（ＮＨ３）となったときに、当該アンモニアとＮＯｘとの重量比が１：１になるように調整した。
そして、排ガス浄化触媒の温度を３００℃に維持してＮＯｘの浄化を行って、排ガス浄化用触媒に供給される前の排ガスのＮＯｘ濃度（触媒入りガスのＮＯｘ濃度）と、排ガス浄化用触媒から排出された排ガスのＮＯｘ濃度（触媒出ガスのＮＯｘ濃度）を測定し、測定結果と下記の数１に記載の式に基づいて各々の排ガス浄化用触媒のＮＯｘ浄化率を算出した。
【００７８】
【数１】
2018149463.tif 000003
【００７９】
上記した各々の評価試験の結果を表１に示す。
【００８０】
【表１】
2018149463.tif 000004
【００８１】
表１に示すように、各々の試験例の排ガス浄化用触媒の圧損を比較すると、入側触媒層と出側触媒層の２つの触媒層が形成されている試験例１〜試験例５の排ガス浄化用触媒では、均一な触媒層が形成されている試験例６に比べて圧損が大幅に改善されているという結果が得られた。このことから、入側触媒層と出側触媒層の２つの触媒層を形成し、入側領域における隔壁の表面でＰＭが捕集されるようにすることによって圧損の上昇を適切に抑制できることが分かった。
【００８２】
一方、各々の試験例のＮＯｘ浄化率を比較すると、試験例４、５のＮＯｘ浄化率が試験例６から大幅に低下していた。これは、入側触媒層では、隔壁表面に捕集されたＰＭによってＮＯｘ浄化能力が低下しやすく、試験例４、５では、かかる入側触媒層に多くのＳＣＲ触媒体を存在させていたため、ＮＯｘ浄化率の大幅な低下が生じたと考えられる。
これに対して、試験例１、２では、ＮＯｘ浄化率の低下が見られなかった。このことから、出側触媒層に存在するＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くし、かかる出側触媒層を主なＮＯｘ浄化の場とすることによって、排ガス浄化用触媒全体として高いＮＯｘ浄化率を維持できることが確認できた。
【００８３】
なお、試験例３の排ガス浄化用触媒では、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂとを形成し、出側触媒層６ｂのＳＣＲ触媒体の総量を入側触媒層よりも多くしているにも関わらず、ＮＯｘ浄化率が大幅に低下していた。これは、試験例３の排ガス浄化用触媒では、入側触媒層の長さＬ１（２５ｍｍ）と出側触媒層の長さＬ２（６５ｍｍ）との合計を、基材１の全長Ｌｗ（１００ｍｍ）よりも短くしたため、図６のように、入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂとの間に触媒未形成領域８が形成され、かかる触媒未形成領域８を通過する排ガス中のＮＯｘが浄化されなかったためと解される。
【００８４】
＜実験Ｂ＞
次に、入側触媒層の平均細孔径が排ガス浄化用触媒の圧損に与える影響を調べるために、実験Ｂを行った。
【００８５】
１．各試験例の作製
（１）各試験例の作製
表２に示すように、入側領域における隔壁４の平均細孔径が、試験例７〜試験例１１の各々で異なるように、種々の条件を調節して排ガス浄化用触媒を作製した。なお、試験例７〜試験例１１の何れにおいても、表１に示す条件以外は実験Ａの試験例１と同じ条件に設定した。また、本実験でも、比較対象として実験Ａと同じ条件で試験例６の排ガス浄化用触媒を作製した。
【００８６】
２．評価試験
上記した実験Ａと同じ条件の下で、入側領域の隔壁の平均細孔径と、出側領域の隔壁の平均細孔径と、排ガス浄化用触媒の圧損と、ＮＯｘ浄化率とを測定した。結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】
2018149463.tif 000005
【００８８】
表２に示すように、試験例７〜試験例１１の各々で、試験例６よりも圧損が大幅に改善されていることが確認できた。そして、これらの試験例７〜試験例１１の中でも、試験例７〜試験例９が特に好適に圧損が改善されていた。このことから、入側触媒層の平均細孔径を０．１μｍ以上１０μｍ以下にすることによって、圧損の上昇を好適に抑制できることが分かった。
また、出側触媒層の平均細孔径の測定結果より、少なくとも出側触媒層の平均細孔径が１２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内であれば、十分なＮＯｘ浄化率を確保できることが分かった。
【００８９】
＜実験Ｃ＞
次に、隔壁４の延伸方向Ｘにおける入側触媒層６ａの長さＬ１と、出側触媒層６ｂの長さＬ２のそれぞれが、圧力損失とＮＯｘ浄化率に与える影響を調べるために実験Ｃを行った。
【００９０】
実験Ｃにおいても、下記の表３に示す各条件を異ならせたことを除いて、実験Ａの試験例１と同じ条件で試験例１２〜試験例１８の排ガス浄化用触媒を作製した。そして、実験Ａと同様に各々の試験例において、触媒層の平均細孔径と、圧力損失と、ＮＯｘ浄化率を測定した。測定結果を表３に示す。
【００９１】
【表３】
2018149463.tif 000006
【００９２】
表３に示すように、試験例１２ではＮＯｘ浄化率に若干の低下が見られた。これは、試験例１２では、入側触媒層の体積が他の試験例よりも低く、当該入側触媒層におけるＳＣＲ触媒体の密度が高くなっているため、入側領域におけるＰＭの堆積によるＮＯｘ浄化率の低下の程度が大きくなったためと解される。
一方、試験例１３〜試験例１８では、圧損とＮＯｘ浄化率の両方で好適な結果が得られた。この結果より、少なくとも、隔壁４の延伸方向Ｘにおける全長Ｌｗが１００ｍｍである場合には、入側触媒層６ａの長さＬ１を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とし、出側触媒層６ｂの長さＬ２を６０ｍｍ以上９５ｍｍ以下とすることによって、圧損の抑制とＮＯｘ浄化率の維持の両方の効果を奏する排ガス浄化用触媒が確実に得られることが分かった。
【００９３】
＜実験Ｄ＞
次に、入側触媒層６ａの厚みＴ１と出側触媒層６ｂの厚みＴ２が、排ガス浄化用触媒の圧損とＮＯｘ浄化率に与える影響を調べるために実験Ｄを行った。なお、実験Ｄにおいても、下記の表４に示す各々の条件を異ならせたことを除いて、実験Ａの試験例１と同じ条件で各試験例の排ガス浄化用触媒を作製した。
そして、実験Ａと同じ条件で入側触媒層６ａと出側触媒層６ｂの平均細孔径と、圧力損失と、ＮＯｘ浄化率とを測定した。測定結果を表４に示す。
【００９４】
【表４】
2018149463.tif 000007
【００９５】
表４に示すように、何れの試験例においても、圧損とＮＯｘ浄化率の両方で好適な結果が得られた。この結果より、入側触媒層６ａの厚みＴ１を隔壁４の厚みＴの２０％以上５０％以下とし、出側触媒層６ｂの厚みＴ２を隔壁４の厚みＴの５０％以上８０％以下とすることによって、圧損の抑制とＮＯｘ浄化率の維持の両方の効果を奏する排ガス浄化用触媒が確実に得られることが分かった。
【００９６】
＜実験Ｅ＞
次に、各々の触媒層におけるＳＣＲ触媒体の好ましい含有量を調べるために実験Ｅを行った。実験Ｅにおいても、下記の表５に示す各々の条件を異ならせたことを除いて、実験Ａの試験例１と同じ条件で各試験例の排ガス浄化用触媒を作製した。
そして、本実験においても、実験Ａと同じ条件で各々の試験例の排ガス浄化用触媒の触媒層の平均細孔径と、圧損と、ＮＯｘ浄化率とを測定した。測定結果を表５に示す。
【００９７】
【表５】
2018149463.tif 000008
【００９８】
表５に示すように、何れの試験例においても、圧力損失とＮＯｘ浄化率の両方で好適な結果が得られた。そして、試験例２３、２４では、圧力損失とＮＯｘ浄化率の両方で、試験例２４よりも更に好適な結果が得られた。この結果より、隔壁内部に存在するＳＣＲ触媒体の全量を１００％（１５０ｇ）としたときの出側触媒層６ｂに存在するＳＣＲ触媒体を６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下（９０ｇ以上１２０ｇ以下）とすることによって、圧損の抑制とＮＯｘ浄化率の維持の両方の効果を奏する排ガス浄化用触媒が確実に得られることが分かった。
【００９９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１                基材
１ａ              排ガス流入側の端部
１ｂ              排ガス流出側の端部
２ａ              入側セル
２ｂ              出側セル
３ａ、３ｂ        封止部材
４                隔壁
４ａ              入側セルに接する隔壁の表面
４ｂ              出側セルに接する隔壁の表面
６ａ              入側触媒層
６ｂ              出側触媒層
７                細孔
７ａ              細孔の側壁
８                触媒未形成領域
１０、２０、３０  排ガス浄化用触媒
４０              還元剤供給部
５０              排気管
１００            ＳＣＲ方式の浄化装置
Ｌ１              入側触媒層の長さ
Ｌ２              出側触媒層の長さ
Ｌｗ              隔壁の全長
ＰＭ              粒子状物質（ＰＭ）
Ｔ１              入側触媒層の厚み
Ｔ２              出側触媒層の厚み
Ｔ                隔壁の厚み
Ｘ                基材の筒軸方向（隔壁の延伸方向）
【図１】
2018149463.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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