(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン等希薄燃焼機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアと選択還元触媒によって浄化する技術に関するものであって、低温でも窒素酸化物を効果的に浄化できるとともにアンモニアの漏出を抑制する選択還元型触媒、およびそれを用いた排気ガス浄化装置並びに排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】還元剤としてアンモニアまたは尿素を使用して、希薄燃焼機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための選択還元型触媒において、一体構造型担体（Ｃ）の表面に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ）の酸化機能を有する下層触媒層（Ａ）と、アンモニアの吸着機能を有する上層触媒層（Ｂ）を有しており、下層触媒層（Ａ）が貴金属成分（ｉ）、無機母材成分（ｉｉ）、及びゼオライト（ｉｉｉ）を含み、一方、上層触媒層（Ｂ）が、成分（ｉ）を実質的に含まず、成分（ｉｉｉ）を含むことを特徴とする選択還元型触媒などによって提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤としてアンモニアまたは尿素を使用して、希薄燃焼機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための選択還元型触媒において、
一体構造型担体（Ｃ）の表面に排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）の酸化機能を有する下層触媒層（Ａ）と、アンモニアの吸着機能を有する上層触媒層（Ｂ）を有しており、下層触媒層（Ａ）が下記成分（ｉ）、（ｉｉ）、及び（ｉｉｉ）を含み、一方、上層触媒層（Ｂ）が、下記成分（ｉ）を実質的に含まず、成分（ｉｉｉ）を含むことを特徴とする選択還元型触媒。
（ｉ）  白金、パラジウム、またはロジウムの貴金属から選ばれる一種以上、
（ｉｉ）  アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化タングステン、遷移金属酸化物、希土類酸化物、またはこれらの複合酸化物から選ばれる一種以上、
（ｉｉｉ）  ゼオライト
【請求項２】
下層触媒層（Ａ）の成分（ｉ）が、貴金属として白金を含有し、その含有量が一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり０．０５〜３ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１に記載の選択還元型触媒。
【請求項３】
下層触媒層（Ａ）中の成分（ｉｉ）の含有量が、一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり５〜８０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１又は２に記載の選択還元型触媒。
【請求項４】
下層触媒層（Ａ）又は上層触媒層（Ｂ）中の成分（ｉｉｉ）が、ベータ型ゼオライト及び／またはＭＦＩ型ゼオライトを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の選択還元型触媒。
【請求項５】
下層触媒層（Ａ）又は上層触媒層（Ｂ）中の成分（ｉｉｉ）が、鉄成分またはセリウム成分の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の選択還元型触媒。
【請求項６】
下層触媒層（Ａ）中の成分（ｉｉｉ）の含有量が、一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり５〜８０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の選択還元型触媒。
【請求項７】
下層触媒層（Ａ）又は上層触媒層（Ｂ）は、助触媒成分として下記成分（ｉｖ）をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の選択還元型触媒。
（ｉｖ）  希土類酸化物、遷移金属酸化物、酸化スズまたはこれらの複合酸化物から選ばれる一種以上
【請求項８】
下層触媒層（Ａ）及び上層触媒層（Ｂ）の厚さが、いずれも実質的に５〜２００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の選択還元型触媒。
【請求項９】
下層触媒層（Ａ）が一体構造型担体（Ｃ）に被覆され、更にその直上に上層触媒層（Ｂ）が前記排気ガス流に直接接触する最表面層となるように被覆されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の選択還元型触媒。
【請求項１０】
上層触媒層（Ｂ）中の成分（ｉｉｉ）の含有量が、一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり１０〜１６０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の選択還元型触媒。
【請求項１１】
排気ガス流路に、一酸化窒素、炭化水素の酸化機能を有する酸化触媒（ＤＯＣ）と、その後段に請求項１〜１０のいずれかに記載の酸化機能層を有する選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を配置した排気ガス浄化触媒装置であって、
前記酸化触媒の下流、かつ前記選択還元型触媒の上流側に、尿素水溶液もしくはアンモニア水溶液を供給するための噴霧手段が配置されていることを特徴とする排気ガス浄化触媒装置。
【請求項１２】
前記酸化機能層を有する選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）の上流、かつ前記噴霧手段の下流に、さらに実質的に酸化機能層を有さない選択還元触媒（ＳＣＲ）を配置したことを特徴とする請求項１１に記載の排気ガス浄化触媒装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の排気ガス浄化触媒装置を用いて、希薄燃焼機関から排出される排気ガスを前記酸化触媒（ＤＯＣ）に通過させ、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に転化した後、尿素水溶液またはアンモニア成分を噴霧供給して、前記選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を通過させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の排気ガス浄化触媒装置を用いて、希薄燃焼機関から排出される排気ガスを前記酸化触媒（ＤＯＣ）に通過させ、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に転化した後、尿素水溶液またはアンモニア成分を噴霧供給して、前記選択還元触媒（ＳＣＲ）を通過させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元し、さらに、前記選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を通過させることで、排気ガス中の余剰アンモニアを酸化浄化することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択還元型触媒、およびそれを用いた排気ガス浄化装置並びに排気ガス浄化方法に関し、より詳しくは、ディーゼルエンジン等希薄燃焼機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアと選択還元触媒によって浄化する技術に関するものであって、低温でも窒素酸化物を効果的に浄化できるとともにアンモニアの漏出を抑制する選択還元型触媒、およびそれを用いた排気ガス浄化装置並びに排気ガス浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラー、リーンバーン型ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼機関から排出される排気ガスには、その構造、種類に応じて、燃料や燃焼空気に由来した様々な有害物質が含まれる。このような有害物質には炭化水素（ＨＣ）、可溶性有機成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ：ＳＯＦともいう）、煤（Ｓｏｏｔ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などがあり、これらは大気汚染防止法で規制されている。そして、それらの浄化方法として、排気ガスを触媒に接触させ、浄化する接触処理法が実用化されている。
【０００３】
また、このような希薄燃焼機関では、燃料の種類や供給量に応じて燃焼に最適な量の空気を供給するなどの操作により燃焼温度を制御し、有害物質の発生量を抑制するようにされている。しかし、全ての燃焼装置において空気と燃料を常に理想の状態に制御できるわけではなく、不完全燃焼によって窒素酸化物などの有害物質を多量に発生させてしまうことがある。このような状況は内燃機関でも同様であり、ディーゼル機関の場合、希薄燃焼によってエンジンを稼動する構造であることから、窒素酸化物が排出されやすい。中でも自動車に搭載されるディーゼルエンジンの場合、その稼動条件は常に変化することから、有害物質の発生を適切に抑制することは特に困難であった。
【０００４】
このように排出される有害物質のうち、ＮＯｘを浄化（脱硝）する手段として、ＮＯｘをアンモニア（ＮＨ３）成分の存在下で、酸化チタン、酸化バナジウム、ゼオライト等を主成分とする触媒と接触させて還元脱硝する技術が検討されている。このために用いられる触媒は、選択還元触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：以下、ＳＣＲということがある）として知られている。
【０００５】
このＮＨ３成分を還元剤として用いるＳＣＲでは、主として次に示す反応式（１）〜（３）によって、ＮＯｘを最終的にＮ２に還元する。
４ＮＯ  ＋  ４ＮＨ３  ＋  Ｏ２  →  ４Ｎ２  ＋  ６Ｈ２Ｏ    ・・・（１）
２ＮＯ２  ＋  ４ＮＨ３  ＋  Ｏ２  →  ３Ｎ２  ＋  ６Ｈ２Ｏ  ・・・（２）
ＮＯ  ＋  ＮＯ２  ＋  ２ＮＨ３  →  ２Ｎ２  ＋  ３Ｈ２Ｏ    ・・・（３）
【０００６】
このような反応機構を利用した脱硝触媒システムには、還元成分としてガス化したＮＨ３を用いても良いが、ＮＨ３はそれ自体、刺激臭を有するなど有害性を有する。そのため、ＮＨ３成分として脱硝触媒の上流から尿素水を添加して、熱分解や加水分解によりＮＨ３を発生させ、還元剤として前記式の反応により脱硝性能を発現させる方式が提案されている。
【０００７】
このように尿素の分解でＮＨ３を得る反応を式に表すと以下のとおりである。
ＮＨ２−ＣＯ−ＮＨ２  →  ＮＨ３  ＋  ＨＣＮＯ        （尿素熱分解）
ＨＣＮＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＮＨ３  ＋  ＣＯ２          （イソシアン酸加水分解）
ＮＨ２−ＣＯ−ＮＨ２  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ２ＮＨ３  ＋  ＣＯ２    （尿素加水分解）
【０００８】
排気ガス中のＮＯｘの浄化に際しては、前記脱硝反応（１）〜（３）において、理論上はＮＨ３／ＮＯｘモル比が１．０であれば良いが、ディーゼルエンジンの稼動時における過渡的なエンジン運転条件の場合や、空間速度やガス温度が適していない場合に、充分なＮＯｘ浄化性能を得るために供給するＮＨ３のＮＨ３／ＮＯｘ比率を大きくせざるを得ない場合がある。このような場合には、未反応のＮＨ３が漏出（以下、スリップ、またはＮＨ３スリップということがある）し、新たな環境汚染などの二次公害を引き起こす危険性が指摘されていた。
【０００９】
このような問題を踏まえて、ＳＣＲとして様々な触媒技術が検討されてきた（特許文献１）。また、ＳＣＲからスリップしたＮＨ３を浄化するために、ＳＣＲの後段に白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などをアルミナなどの母材に担持したＮＨ３浄化触媒を設置して、スリップしたＮＨ３を下記反応式（４）のように酸化することで浄化する方法も検討されてきた。
２ＮＨ３  ＋  ３／２Ｏ２  →  Ｎ２  ＋  ３Ｈ２Ｏ            ・・・（４）
【００１０】
しかし、上記のＮＨ３を浄化する触媒では、触媒活性種として酸化性能が高い白金や、パラジウム、ロジウムなどの貴金属成分を用いることから、下記反応式（５）〜（６）のように、ＮＨ３の酸化と同時に新たにＮ２ＯやＮＯ、ＮＯ２などのＮＯｘ成分の発生を引き起こす問題があった。
２ＮＨ３  ＋  ５／２Ｏ２  →  ２ＮＯ  ＋  ３Ｈ２Ｏ          ・・・（５）
２ＮＨ３  ＋  ７／２Ｏ２  →  ２ＮＯ２  ＋  ３Ｈ２Ｏ        ・・・（６）
２ＮＨ３  ＋  ２Ｏ２  →  Ｎ２Ｏ  ＋  ３Ｈ２Ｏ              ・・・（７）
【００１１】
このようなＮＯｘの発生を抑制するため、下層にＮＨ３の酸化分解活性を有する成分を、上層にＮＨ３の酸化活性を有しないチタン、タングステン、モリブデン、バナジウムから選ばれる１種以上の酸化物を脱硝活性成分として積層した、スリップＮＨ３対策がされた浄化触媒が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２によれば、脱硝活性のみを有する触媒層が表面層に薄く形成されており、その表面層で脱硝反応がまず進行し、大半のＮＯとＮＨ３は脱硝反応に利用される。そして残存したＮＨ３とＮＯが触媒内部に拡散し、脱硝活性と酸化活性とを有する触媒内部の層（内層）に達する。このとき内層ではＮＨ３がＮＯに対して大過剰に存在するので、内層でＮＨ３の酸化分解に加え、脱硝反応も促進することができる。ここで最終的に余剰となったＮＨ３のみが内層の貴金属担持成分で酸化分解されることになり、スリップしたＮＨ３の浄化により新たなＮＯｘの生成を抑制することができるとされている。この特許文献２の触媒は反応効率が高く古くから脱硝成分として有用とされていたバナジウムを必須成分として用いている。しかし、バナジウムはそれ自体有害な重金属であり、触媒に用いると排気ガス中への蒸発も懸念されることから、その使用は望ましいものではなく、自動車触媒メーカーの中には使用を避けているところもある。
【００１２】
また、選択還元触媒（ＳＣＲ）の後段に、ＳＣＲからスリップしたＮＨ３を浄化するための触媒を配置し、スリップしたＮＨ３を浄化することが検討されている（特許文献３、特許文献４参照）。このように後段にＮＨ３を酸化する触媒を配置することでスリップＮＨ３の浄化は進行するが、高活性の貴金属触媒を担体の表面に存在させているために新たなＮＯｘが発生するという危険性が伴い、近年厳しさを増すＮＯｘの規制に対して満足できるものとは言えなかった。
【００１３】
また、このような問題に対してバナジウムなどを触媒成分とせず、スリップＮＨ３浄化の際に新たなＮＯｘを発生させないためには、ＮＨ３が消費されるＳＣＲの容量を大きくする事も考えられる。触媒反応は触媒の表面積の大きさに比例して促進されるが、自動車用途では触媒の搭載容量や配置に制限があり、単純にＳＣＲの触媒容量を増やすという対応は現実的な解決策とは言い難い。
【００１４】
また、ＮＯｘの浄化とあわせて、排気ガス中の可溶性有機成分、煤などの可燃性粒子成分も浄化する技術が提案されている（特許文献４）。排気ガス中の可燃性粒子成分は、フィルターを使用して排気ガスから濾し取られる。濾し取られた可燃性粒子成分はフィルターに堆積し、そのままではフィルターを目詰まりさせてしまう。そこで、フィルターに堆積した可燃性粒子成分を燃焼除去している。このような燃焼にあたっては、排気ガス中の酸素やＮＯ２が利用される。そしてＮＯ２であれば可燃性粒子成分の燃焼がディーゼルエンジンの排気ガスのような低い温度でも進行する（特許文献５）。
しかし、ＮＯ２を使用した場合でも可燃性粒子成分の燃焼は酸化反応であり、燃焼後に排出される排気ガスには大量のＮＯが含まれるため、ここでもＮＯｘの浄化手段が必要になる。そこで、フィルターの後段にＳＣＲを配置し、フィルターによる可燃性粒子成分の燃焼の後段でＮＯｘの浄化が行われる。
【００１５】
このように、従来のＮＨ３−ＳＣＲ技術では、新たなＮＯｘの発生が抑制され、充分なＮＯｘ浄化性能とスリップＮＨ３浄化性能を同時に得られる触媒系は無く、これらの性能を併せ持っている触媒が切望されていた。
【特許文献１】特表２００４−５２４９６２号公報（請求項１０）
【特許文献２】特開平１０−５５９１号公報（請求項１、請求項１７、００２２、００２３）
【特許文献３】特開２００５−２３８１９５号公報（請求項１、０００９、００６１）
【特許文献４】特表２００２−５０２９２７号公報（請求項１、００１３）
【特許文献５】特許第３０１２２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、上記従来の課題に鑑み、ディーゼルエンジン等希薄燃焼機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアと選択還元触媒によって浄化する技術に関するものであって、低温でも窒素酸化物を効果的に浄化できるとともにアンモニアの漏出を抑制する選択還元型触媒、およびそれを用いた排気ガス浄化装置並びに排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、このような上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、脱硝成分として安全な材料を使用し、ＮＨ３成分を還元剤としてＮＯｘ成分を浄化するための触媒、およびその触媒を使用した排気ガス浄化方法に関するものであって、一体構造型担体に白金などの貴金属成分とゼオライト含む層を形成し、その層の上に貴金属成分を含まずゼオライトを含む層を被覆した触媒を見いだし、この触媒技術によれば、触媒の活性が得られ難い比較的低温時からもＮＯｘが浄化でき、スリップＮＨ３やスリップＮＨ３の浄化に伴うＮＯｘの発生を抑制することが可能になることを確認して、本発明を完成するに至った。
【００１８】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、還元剤としてアンモニアまたは尿素を使用して、希薄燃焼機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための選択還元型触媒において、一体構造型担体（Ｃ）の表面に排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）の酸化機能を有する下層触媒層（Ａ）と、アンモニアの吸着機能を有する上層触媒層（Ｂ）を有しており、下層触媒層（Ａ）が下記成分（ｉ）、（ｉｉ）、及び（ｉｉｉ）を含み、一方、上層触媒層（Ｂ）が、下記成分（ｉ）を実質的に含まず、成分（ｉｉｉ）を含むことを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
「（ｉ）  白金、パラジウム、またはロジウムの貴金属から選ばれる一種以上、（ｉｉ）  アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化タングステン、遷移金属酸化物、希土類酸化物、またはこれらの複合酸化物から選ばれる一種以上、（ｉｉｉ）  ゼオライト。」
【００１９】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、下層触媒層（Ａ）の成分（ｉ）が、貴金属として白金を含有し、その含有量が一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり０．０５〜３ｇ／Ｌであることを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、下層触媒層（Ａ）中の成分（ｉｉ）の含有量が、一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり５〜８０ｇ／Ｌであることを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
【００２０】
また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明において、下層触媒層（Ａ）又は上層触媒層（Ｂ）中の成分（ｉｉｉ）が、ベータ型ゼオライト及び／またはＭＦＩ型ゼオライトを含むことを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
また、本発明の第５の発明によれば、第１〜４のいずれかの発明において、下層触媒層（Ａ）又は上層触媒層（Ｂ）中の成分（ｉｉｉ）が、鉄成分またはセリウム成分の少なくとも一種を含むことを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、下層触媒層（Ａ）中の成分（ｉｉｉ）の含有量が、一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり５〜８０ｇ／Ｌであることを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
また、本発明の第７の発明によれば、第１〜６のいずれかの発明において、下層触媒層（Ａ）又は上層触媒層（Ｂ）は、助触媒成分として下記成分（ｉｖ）をさらに含むことを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
「（ｉｖ）  希土類酸化物、遷移金属酸化物、酸化スズまたはこれらの複合酸化物から選ばれる一種以上。」
さらに、本発明の第８の発明によれば、第１〜７のいずれかの発明において、下層触媒層（Ａ）及び上層触媒層（Ｂ）の厚さが、いずれも実質的に５〜２００μｍの範囲にあることを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
一方、本発明の第９の発明によれば、第１〜８のいずれかの発明において、下層触媒層（Ａ）が一体構造型担体（Ｃ）に被覆され、更にその直上に上層触媒層（Ｂ）が前記排気ガス流に直接接触する最表面層となるように被覆されていることを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
さらに、本発明の第１０の発明によれば、第１〜９のいずれかの発明において、上層触媒層（Ｂ）中の成分（ｉｉｉ）の含有量が、一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり１０〜１６０ｇ／Ｌであることを特徴とする選択還元型触媒が提供される。
【００２１】
一方、本発明の第１１の発明によれば、第１〜１０のいずれかの発明に係り、排気ガス流路に、一酸化窒素、炭化水素の酸化機能を有する酸化触媒（ＤＯＣ）と、その後段に前記の酸化機能層を有する選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を配置した排気ガス浄化触媒装置であって、前記酸化触媒の下流、かつ前記選択還元型触媒の上流側に、尿素水溶液もしくはアンモニア水溶液を供給するための噴霧手段が配置されていることを特徴とする排気ガス浄化触媒装置が提供される。
また、本発明の第１２の発明によれば、第１１の発明に係り、前記酸化機能層を有する選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）の上流、かつ前記噴霧手段の下流に、さらに実質的に酸化機能層を有さない選択還元触媒（ＳＣＲ）を配置したことを特徴とする排気ガス浄化触媒装置が提供される。
【００２２】
さらに、本発明の第１３の発明によれば、第１１の発明に係り、前記の排気ガス浄化触媒装置を用いて、希薄燃焼機関から排出される排気ガスを前記酸化触媒（ＤＯＣ）に通過させ、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に転化した後、尿素水溶液またはアンモニア成分を噴霧供給して、前記選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を通過させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化することを特徴とする排気ガス浄化方法が提供される。
また、本発明の第１４の発明によれば、第１２の発明に係り、前記の排気ガス浄化触媒装置を用いて、希薄燃焼機関から排出される排気ガスを前記酸化触媒（ＤＯＣ）に通過させ、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に転化した後、尿素水溶液またはアンモニア成分を噴霧供給して、前記選択還元触媒（ＳＣＲ）を通過させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元し、さらに、前記選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を通過させることで、排気ガス中の余剰アンモニアを酸化浄化することを特徴とする排気ガス浄化方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の酸化機能層を有する選択還元型触媒によれば、各種希薄燃焼機関から排出される排気ガス中のＮＯｘに対して優れた浄化性能が得られると共に、還元剤としてＮＨ３成分を用いた場合にもスリップしたＮＨ３を高い効率で浄化し、かつＮＨ３の酸化に伴う新たなＮＯｘの発生を抑制できる。排気ガスの温度が低い時でも優れたＮＯｘ浄化性能、ＮＨ３浄化性能が得られる。また、触媒成分として、バナジウム等有害な重金属が含まれないことから、安全性が高い。
また、この選択還元触媒の前段にＮＯをＮＯ２に酸化する酸化触媒（ＤＯＣ）を配置すれば、更にＮＯｘ浄化性能を向上させることが可能になる。さらに、酸化触媒（ＤＯＣ）、フィルター（ＤＰＦ）とこの選択還元型触媒を組み合わせれば、ＤＰＦに堆積した可燃性粒子成分を燃焼し、ＤＰＦを再生したうえで、ＤＰＦから発生したＮＯや、ＤＰＦを通過したＮＯｘ、スリップＮＨ３の浄化も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の選択還元型触媒、およびそれを用いた排気ガス浄化装置並びに排気ガス浄化方法について、主に自動車に使用されるディーゼルエンジンを例にして図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は自動車用途に限定されるものではなく、排気ガス中の窒素酸化物の除去技術、スリップＮＨ３の浄化に対しても広く適用可能である。また、使用される燃料は軽油を想定しているが、軽油の他、ガソリン、重油をはじめ、アルコール等のバイオ燃料、またバイオ燃料と軽油、バイオ燃料とガソリンの混合燃料を使用した燃焼機関から排出された排気ガスに対して適用しても良い。本発明は、可燃性粒子成分が堆積したフィルターの再生を伴う排気ガス浄化触媒装置に適用しても効果が発揮される。
【００２５】
１．選択還元型触媒
本発明の選択還元型触媒は、酸化機能層を有する選択還元触媒（以下、選択還元酸化触媒、またはＳＲＯＣ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）ということがある）であって、還元剤としてアンモニアまたは尿素等のＮＨ３成分を使用して、希薄燃焼機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための選択還元型触媒において、一体構造型担体（Ｃ）の表面に排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）の酸化機能を有する下層触媒層（Ａ）と、アンモニアの吸着機能を有する上層触媒層（Ｂ）を有しており、下層触媒層（Ａ）が下記成分（ｉ）、（ｉｉ）、及び（ｉｉｉ）を含み、一方、上層触媒層（Ｂ）が、下記成分（ｉ）を実質的に含まず、成分（ｉｉｉ）を含むことを特徴とする。
「（ｉ）  白金、パラジウム、またはロジウムの貴金属から選ばれる一種以上、（ｉｉ）  アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化タングステン、遷移金属酸化物、希土類酸化物、またはこれらの複合酸化物から選ばれる一種以上、（ｉｉｉ）  ゼオライト。」
【００２６】
（Ａ）下層触媒層
本発明の下層触媒層（Ａ）は、貴金属成分を必須成分とし、具体的には白金、パラジウム、ロジウム等が好ましい。
【００２７】
これらの中でも白金は酸化活性が高く、優れたＮＨ３浄化性能を発揮するので、主要な貴金属成分とすることができる。ここで、主要な貴金属成分とは、本発明の触媒に使用される貴金属の総量に対して５０ｗｔ％以上含有させる成分をいい、貴金属の全てが白金であっても良い。
【００２８】
この場合、白金の使用量は、本発明の下層触媒層成分を一体構造型担体上に被覆した場合、一体構造型担体の単位体積あたり、白金が０．０５〜３ｇ／Ｌである事が好ましく、０．１〜２ｇ／Ｌである事がより好ましい。０．０５ｇ／Ｌ未満では白金の活性を充分に利用できず、３ｇ／Ｌを超えてもそれ以上の効果の向上が期待できない。
【００２９】
下層触媒層を形成する触媒成分は、貴金属が特にＰｔ、Ｐｄであると優れた酸化性能を発揮する。中でもＰｔは優れた酸化性の触媒活性種であり、その比表面積を高く維持することで活性面が増え、高い活性を発揮することができる。
そのため、本発明の貴金属成分（ｉ）は、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化タングステン等の遷移金属酸化物、酸化セリウム、酸化ランタン等の希土類酸化物、またはこれらの複合酸化物の一種、すなわち成分（ｉｉ）を母材とし、これら母材に担持されている。なお、これら母材は、微粒子であれば貴金属を高分散に担持することができ、また耐熱性が高いので触媒成分（ｉ）が焼結し難くなり、使用時における貴金属の高分散を長期間維持しうる。
【００３０】
このように貴金属成分は、比表面積値の高く、耐熱性にも優れた無機母材に高分散に担持されるが、上記のような無機母材は、従来（例えば特開２００６−２１１４１号公報、請求項５、段落００１９）から用いられてきたものである。中でも、本発明ではチタニア、またはチタニアと他の無機酸化物との複合酸化物を使用することが好ましい。チタニアと他の無機酸化物との複合酸化物としては、チタニア−シリカ、チタニア−アルミナ、チタニア−タングステンが使用できる。このようなチタニア含有複合酸化物であれば、脱硝性能の向上、耐熱性の向上、耐硫黄被毒性能の向上、２００℃以下の低温活性の向上などが期待できる。なお、耐硫黄被毒性能の向上についてはチタニア含有複合酸化物の他、シリカ−アルミナ複合酸化物も好ましい材料であり、また、耐熱性の向上についていえばγ−アルミナも好ましい母材といえる。
このような無機母材は、貴金属成分の分散性の点からいえば、比表面積（ＢＥＴ法による、以下同様）が３０ｍ２  ／ｇ以上であることが好ましく、更に９０ｍ２／ｇ以上であるものがより好ましい。比表面積値が３０ｍ２／ｇ以上であれば貴金属を高分散状態で安定に担持させることができる。
【００３１】
このような無機母材に貴金属を担持させる方法には、塩化白金（ＩＶ）酸、亜硝酸ジアンミン白金（ＩＩ）、水酸化白金酸アミン溶液、塩化白金酸、ジニトロジアンミンパラジウム、硝酸パラジウム、塩化パラジウム、塩化ロジウム（ＩＩＩ）、硝酸ロジウム（ＩＩＩ）など金属塩との水溶液と、無機母材とを混合して乾燥、焼成を行う等、適宜公知の方法により行うことができる。
また、本発明の一体型触媒担体に被覆される下層には、上記無機母材は別に、チタニア、ジルコニア、酸化タングステン等の遷移金属酸化物、セリア、ランタン、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、ネオジム等の希土類酸化物、酸化ガリウム、酸化スズ等の碑金属酸化物、またはこれらの複合酸化物等の一種を助触媒成分として添加することができる。チタニア、酸化タングステン、ジルコニアを含む複合酸化物は、固体酸性を有し、ＮＨ３による選択還元活性を示すだけでなく、ＮＨ３成分としての尿素に対し、低温での熱分解や加水分解を促進する作用がある。酸化スズや他の遷移金属、希土類酸化物の作用は明確でない点もあるが、ＮＯｘの吸着や酸化に寄与することで本発明の触媒性能が向上するものと考えられる。
【００３２】
このような助触媒成分としては、セリウム化合物が好ましく通常酸化物として使用され、それは純粋なセリウム酸化物であっても良いが、セリウムとジルコニウムなど遷移金属との複合酸化物、セリウムとアルミニウムとの複合酸化物、セリウムと、ランタン、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、ネオジム等の希土類との複合酸化物でも良い。
このようなセリウム化合物がＮＯｘ浄化触媒において助触媒成分として有効な理由は定かではないが、セリウム化合物は、酸素吸蔵放出材料（Ｏｘｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＯＳＣともいう）として知られており、このようなＯＳＣを本発明の選択還元型触媒に使用することで、ＯＳＣが持つ酸素の吸蔵能力により、ＮＯｘが吸着され、他の触媒成分との接触する機会が増し、反応が促進されるものと思われる。
また、酸化物としてのセリウム化合物とＮＯｘは、相対的に酸、塩基の関係を有することから、これによってもＯＳＣにＮＯｘが吸着され、他の触媒成分との接触する機会が増し、反応が促進されるものと思われる。
助触媒成分を使用する場合、その配合量は触媒組成物の重量に対して０．１〜１０重量％（酸化物換算）が好ましく、０．５〜４重量％である事がより好ましい。これら助触媒成分の量が１０重量％を超えると、添加量に見合った浄化性能の向上が望めないことがあり、０．１重量％未満では、排気ガスの浄化性能も向上が見られないことがある。
【００３３】
下層触媒層（Ａ）中の成分（ｉｉ）の含有量は、一体構造型担体（Ｃ）の単位体積あたり５〜８０ｇ／Ｌであり、特に１５〜６０ｇ／Ｌであることが望ましい。その理由は、成分（ｉｉ）が多すぎるとＰｔの分散性が向上してＮＨ３酸化能力が向上し過ぎ、結果としてＮＯｘエミッションが多くなる場合があり、逆に母材が少な過ぎるとＮＨ３酸化が促進されずＮＨ３スリップを起こす場合があるからである。
【００３４】
また、この下層を形成する触媒には、アンモニアによって優れた脱硝性能を発揮する種々のゼオライト成分（ｉｉｉ）が使用される。ゼオライト成分（ｉｉｉ）の種類は、特に制限されず適宜選択できるが、三次元細孔構造を有するβ型、ＭＦＩ型のゼオライトが好ましい。特にβ型ゼオライトは比較的大きな径を有する一方向に整列した直線的細孔とこれに交わる曲線的細孔とからなる比較的複雑な３次元細孔構造を有し、イオン交換時のカチオンの拡散、およびＮＨ３等のガス分子の拡散が優れる等の性質を有している点から好ましい。
【００３５】
ゼオライトは、ＮＨ３のような塩基性化合物が吸着できる酸点を有しており、Ｓｉ／Ａｌモル比に応じてその酸点数が異なる。一般的にはＳｉ／Ａｌ比が低い方が酸点数は多いが、水蒸気共存での耐久においてＳｉ／Ａｌ比の低いゼオライトは劣化度合いが大きく、逆にＳｉ／Ａｌ比が高いゼオライトは耐熱性に優れると言われている。本発明におけるＮＨ３選択還元型触媒において、ゼオライトの酸点にＮＨ３が吸着し、そこが活性点となってＮＯ２などの窒素酸化物を還元除去するので、酸点が多い方（Ｓｉ／Ａｌ比が低い方）が脱硝反応には有利であると考えられる。このようにＳｉ／Ａｌ比については耐久性と活性がトレードオフの関係であるが、これらを考慮すると、ゼオライトのＳｉ／Ａｌ比は５〜５００が好ましく、１０〜１００がより好ましく、１５〜５０がさらに好ましい。このような特性はβ型、ＭＦＩ型等他のゼオライトにも同様にいうことができる。
【００３６】
β型とＭＦＩ型ゼオライトの特性をＮＨ３−ＴＰＤで比較すると、ＭＦＩ型は吸着容量に優れ、β型はより高温までＮＨ３を保持できる能力がある。ディーゼルエンジンの実際の使用環境では、β型とＭＦＩ型を混合してＮＨ３選択還元触媒に使用することで、エンジン稼動時の過渡的な温度変化や排ガス量の変化、またＮＨ３成分の噴射量の変化に応じて広い領域で対応できる。この際、β型／ＭＦＩ型で表される構成比率は０．１〜１０が好ましく、０．２〜５がより好ましい。
また、ゼオライトには固体酸点として、カチオンがカウンターイオンとして存在する。カチオンとしては、アンモニウムイオンやプロトンが一般的に知られている。本発明においては、そのカチオン種を制限するものではなく、アンモニウムイオンやプロトンの他、遷移金属元素、希土類金属元素、貴金属元素が使用でき、中でも鉄元素もしくはセリウム元素が好ましい。ここで鉄元素もしくはセリウム元素は、ゼオライトに対してそれぞれ単独でも良いし、鉄元素とセリウム元素の両方を使用したものでも良く、また、鉄元素とセリウム元素がイオン交換量を超えて、またはイオン交換された元素とは別に酸化物としてゼオライト成分中に含まれていても良い。
【００３７】
このように、ゼオライトには、鉄元素やセリウム元素を添加することができるが、鉄元素やセリウム元素でイオン交換されたゼオライトによって性能が向上する理由は定かではなく、推測の域を出ないが、ゼオライト表面においてＮＯをＮＯ２に酸化してＮＨ３との反応活性を高めたり、ゼオライトの骨格構造が安定化され、耐熱性を向上させるものと考えられる。ゼオライトに対するイオン交換種の添加量は０．０１〜５ｗｔ％が好ましく、０．２〜２．０ｗｔ％がより好ましい。
本発明において、ゼオライトは２種類以上を使用してもよく、β型若しくはＭＦＩ型のゼオライトを使用する場合、β型、ＭＦＩ型のゼオライトをゼオライトＡ、Ｘ、Ｙ、ＭＯＲ等様々なタイプのゼオライトの一種以上と組み合わせてもよい。ただし、触媒に含まれる全ゼオライト中、β型若しくはＭＦＩ型のトータルの比率は５０〜１００％であることが好ましい。
【００３８】
本発明において好ましいβゼオライトは、単位胞組成が下記の平均組成式で表される組成を有し、かつ正方晶系の合成ゼオライトとして分類される。
Ｍｍ／ｘ［ＡｌｍＳｉ（６４−ｍ）Ｏ１２８］・ｐＨ２Ｏ
（式中、Ｍはカチオン種であり、ｘは前記Ｍの価数であり、ｍは０を越え６４未満の数であり、ｐは０以上の数である）
また、βゼオライトは、前述したとおり比較的大きな径を有する一方向に整列した直線的細孔とこれに交わる曲線的細孔とからなる比較的複雑な３次元細孔構造を有し、イオン交換時におけるカチオンの拡散、および還元時におけるＮＨ３ガス分子の拡散が優れる等の性質を有している。これは、モルデナイト、ホージャサイト等が一方向に整列した直線的な空孔のみを有するのに対して、特異な構造を有しており、このような複雑な空孔構造であるがゆえに、βゼオライトは、熱による構造破壊が生じにくく安定性が高い。
βゼオライトに対する鉄元素によるイオン交換の割合としては、鉄元素（イオン）１個と、ゼオライト中の一価のイオン交換サイトである上記［ＡｌＯ４／２］−単位の２個とがイオン対を形成することに基づいて、次式（１）で表されることが好ましい。
［単位重量のゼオライト中にイオン交換により含まれている鉄イオンのモル数／｛（単位重量のゼオライト中に存在するＡｌ２Ｏ３のモル数）×（１／２）｝］×１００    ………（１）
【００３９】
また、そのイオン交換率は、１０〜１００％である事が好ましく、１２〜９２％であることがより好ましく、３０〜７０％であることが更に好ましく、１５〜８０％であることが最も好ましい。イオン交換率が９２％以下、より好ましくは８０％以下、更に好ましくは７０％以下であると、ゼオライトの骨格構造がより安定化し、触媒の耐熱性、ひいては触媒の寿命が向上し、より安定した触媒活性を得ることができる。ただし、イオン交換率が低すぎて、１０％未満になると充分な脱硝性能が得られない場合がある。なお、前記イオン交換率が１００％である場合には、ゼオライト中のカチオン種全てが鉄イオンでイオン交換されていることを意味する。このように、イオン交換されたゼオライトは優れた浄化能力を発揮する。
【００４０】
また、本発明においてゼオライトが鉄元素、及びセリウム元素により促進されたゼオライトを含むβゼオライトである場合、ゼオライトに対する鉄元素、セリウム元素の含有量は、鉄として０．１〜１０重量％（酸化物換算）、セリウムとして０．０５〜５重量％（酸化物換算）である事が好ましく、より好ましくは鉄として０．５〜５重量％、セリウムとして０．１〜３重量％である。鉄元素の量が１０重量％を超えると、活性な固体酸点数が確保できなくなり活性が下がるだけでなく、耐熱性も低下し、０．１重量％未満では、充分なＮＯｘ浄化性能が得られず排気ガスの浄化性能が低下するので好ましくない。一方、セリウム元素の量が５重量％を超えると、活性な固体酸点数が確保できなくなり活性が下がるだけでなく、耐熱性も低下し、０．０５重量％未満では、ＨＣ被毒抑制効果が促進されず排気ガスの浄化性能が低下するので好ましくない。
なお、鉄元素、セリウム元素で促進されたゼオライトとして、市販のものを用いる場合も、鉄元素成分、セリウム元素成分の含有量が上記範囲内にあるものを選択することが好ましい。
【００４１】
鉄元素、セリウム元素を添加したゼオライトは、様々なグレードの市販品があり、また、前記特許文献１（特開２００５−５０２４５１号公報）などに記載された要領で製造できる。
すなわち、鉄元素、セリウム元素（以下、これを金属触媒成分ともいう）は、前記βゼオライトの細孔内あるいは細孔入り口付近に担持されればよく、担持の方法は、イオン交換でも含浸による方法でも構わない。本発明では、ゼオライトの少なくとも一部が、金属触媒成分によりイオン交換によって促進されることが望ましい。適切にイオン交換されることにより、ゼオライトの骨格構造が安定化され、ゼオライトそのものの耐熱性が向上する。なお、金属触媒成分は、完全にイオン交換されなくてもよく、その一部が酸化物として存在しても良い。
イオン交換ゼオライトを得る方法は、特に制限されず、常法により、ゼオライトを金属触媒成分化合物（例えば、硝酸第二鉄）の水溶液を用いてイオン交換処理し、乾燥後に焼成すればよい。金属触媒成分化合物は、通常、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩等の形態で使用される。なお、焼成条件は、金属触媒成分が安定して担持されたゼオライトが得られるのに十分な程度であればよく、特に限定されない。焼成温度は、３００〜１２００℃が好ましく、４００〜８００℃がより好ましい。加熱手段については、電気炉やガス炉等の公知の加熱手段によって行う事ができる。
なお、ゼオライトは、そのタイプに関わらず、前記鉄元素、セリウム元素の他に、他の遷移金属、希土類金属、また貴金属などを含んでいてもよい。具体的には、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、銅などの遷移金属、ランタン、プラセオジム、ネオジウムなどの希土類金属、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属などを挙げることができる。
【００４２】
成分（ｉｉｉ）であるゼオライトの含有量は、５〜８０ｇ／Ｌであり、より好ましくは１５〜６０ｇ／Ｌである。ゼオライトが少なく５ｇ／Ｌ未満では、ＮＨ３とＮＯｘの反応が低下し、またＮＨ３吸着容量が少なくなるのでＰｔと接触するＮＨ３が増え、ＮＨ３酸化が促進されてＮＯｘエミッションが多くなる可能性があり、逆に多すぎて８０ｇ／Ｌを超えると、圧損上昇によるエンジンへの負荷が高くなり好ましくない。
【００４３】
また、本発明では下層におけるＮＯ酸化能、ＮＨ３吸着量、ＮＯｘ還元能、また下層から上層に供給されるＮＯｘ中のＮＯ２濃度、上層のＮＨ３吸着量、上層のＮＯｘ還元能とのバランスも重要な要因である。そのため、上層には下層の倍量以上の成分（ｉｉｉ）ゼオライトが含まれ、適切なガス拡散性の抑制能力を有している事が望ましい。ガス拡散性については以下のような要因が考えられる。
すなわち、ゼオライトはガス拡散を抑制することが知られているが、上層のゼオライト量が少なすぎると、上層におけるガス拡散性が低下してしまうことから、下層の貴金属に供給されるＮＯ量が過剰になり、下層の貴金属によるＮＯ酸化が追いつかず、ＳＣＲに必要なＮＯ２の濃度の上昇が得られず、効率的なＮＯｘ浄化が出来なくなる場合がある。
また、上層のゼオライト量が少なくガス拡散性が低いと、上層を通過して下層に供給されるＮＨ３量が増え、このＮＨ３が下層の貴金属により酸化されて多量のＮＯｘが発生してしまうことがある。このように発生した多量のＮＯｘは本発明の触媒で浄化しきれず、ＮＯｘとしてそのまま大気中に排出されてしまう。
【００４４】
本発明においては、成分（ｉｉｉ）ゼオライトを必須としているが、下層にゼオライトが含まれていなくても、下層の貴金属のＮＯ酸化作用により、多少のＮＯｘ浄化機能が発揮される場合がある。しかし、ゼオライトは、有効なＳＣＲ成分であるから、このゼオライトが含まれないと、所期のＮＯｘ浄化性能が発揮されることは無い。
【００４５】
（Ｂ）上層触媒層
上層触媒層は、種々のゼオライト成分（ｉｉｉ）を必須成分とし、貴金属成分を含まずに構成される。
【００４６】
ゼオライト成分（ｉｉｉ）の含有量は、１０〜１６０ｇ／Ｌであり、より好ましくは３０〜１２０ｇ／Ｌとする。ゼオライトが１０ｇ／Ｌよりも少ないと、ＮＨ３とＮＯｘの反応が低下し、またＮＨ３吸着容量が少なくなるので下層触媒層のＰｔと接触するＮＨ３が増え、ＮＨ３酸化が促進されてＮＯｘエミッションが多くなり、逆に１６０ｇ／Ｌよりも多いと、圧損上昇によるエンジンへの負荷が大きくなるので好ましくない。
【００４７】
また、上記のように本発明では下層におけるＮＯ酸化能、ＮＨ３吸着量、ＮＯｘ還元能、また下層から上層に供給されるＮＯｘ中のＮＯ２濃度、上層のＮＨ３吸着量、上層のＮＯｘ還元能とのバランスも重要な要因である。そのため、上層には下層の倍量以上のゼオライトが含まれ、適切なガス拡散性の抑制能力を有している事が望ましい。ガス拡散性については以下のような要因が考えられる。すなわち、ゼオライトはガス拡散を抑制することが知られているが、上層のゼオライト量が少なすぎると、上層におけるガス拡散性が低下してしまうことから、下層の貴金属に供給されるＮＯ量が過剰になり、下層の貴金属によるＮＯ酸化が追いつかず、ＳＣＲに必要なＮＯ２の濃度の上昇が得られず、効率的なＮＯｘ浄化が出来なくなる場合がある。
また、上層のゼオライト量が少なくガス拡散性が低いと、上層を通過して下層に供給されるＮＨ３量が増え、このＮＨ３が下層の貴金属により酸化されて多量のＮＯｘが発生してしまうことがある。このように発生した多量のＮＯｘは本発明の触媒で浄化しきれず、ＮＯｘとしてそのまま大気中に排出されてしまう。
【００４８】
ゼオライト成分（ｉｉｉ）には、さらに必要に応じて、上記成分（ｉｉ）であるアルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化タングステン等の遷移金属酸化物や、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化ガドリニウム、酸化ネオジム等の希土類酸化物、またはこれらの複合酸化物の一種を助触媒成分、あるいはバインダーとして使用することができる。
このような助触媒成分としては、セリウム化合物が好ましい。セリウム化合物は、酸素吸蔵放出材料（ＯＳＣ）であり、前記のとおり通常酸化物とされ、それは純粋なセリウム酸化物でも良いが、セリウムとジルコニウムなど遷移金属との複合酸化物、セリウムとアルミニウムとの複合酸化物、セリウムと、ランタン、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、ネオジム等の希土類との複合酸化物としても良い。
このようなセリウム化合物をＯＳＣとして含有させることで、ＯＳＣが持つ酸素の吸蔵能力により、ＮＯｘが吸着され、他の触媒成分との接触する機会が増し、反応が促進される。ＯＳＣを本発明の触媒の上層に含有させることで、ＳＣＲ成分の濃度が高い上層により多くのＮＯ２を留めることが可能になり、ＮＨ３との反応が促進される。
【００４９】
（Ｃ）一体構造型担体
一体構造型担体としては、特に制限されるわけではないが、ハニカム構造型担体の他にも、細い繊維状物を編んだシート状構造体、比較的太い繊維状物からなるフェルト様の不燃性構造体が使用できる。中でもハニカム構造型担体が好ましく、このようなハニカム構造型担体の表面に触媒成分を被覆したものを、以下ハニカム構造型触媒ということがある。
【００５０】
ハニカム構造型担体は、特に限定されるものではなく、公知のハニカム構造型担体の中から選択可能である。このようなものには、フロースルー型担体や、ＤＰＦ、ＣＳＦに用いられるウォールフロー型担体があるが、選択還元触媒（ＳＣＲ）の後段にスリップＮＨ３の浄化のみを目的として使用するのであればフロースルー型担体が好ましい。
また、このようなハニカム構造体はその全体形状も任意であり、円柱型、四角柱型、六角柱型など、適用する排気系の構造に応じて適宜選択できる。さらに開口部の孔数についても処理すべき排気ガスの種類、ガス流量、圧力損失あるいは除去効率などを考慮して適正な孔数が決められるが、通常、ディーゼル自動車の排気ガス浄化用では、１平方インチ当たり１０〜１５００個程度、特に１００〜９００個であることが好ましい。１平方インチ当たりのセル密度が１０個以上であれば、排気ガスと触媒の接触面積を確保でき、充分な排気ガスの浄化機能が得られ、１平方インチ当たりのセル密度が１５００個以下であれば、著しい排気ガスの圧力損失が生じないので内燃機関の性能を損なう事がない。
また、このようなハニカム構造型担体は、セルの壁の厚みを２〜１２ｍｉｌ（ミリインチ）とすることが好ましく、４〜８ｍｉｌがより好ましい。また、ハニカム構造型担体の材質としては、ステンレス等の金属、コーディエライト等のセラミックスがある。
なお、本発明では、細い繊維状物を編んだシート状構造体、比較的太い繊維状物からなるフェルト様の不燃性構造体も使用できるが、これらハニカム構造担体とは異なる一体構造型担体は、背圧が高まる恐れはあるものの、触媒成分の担持量が大きく、また排気ガスとの接触面積が大きいので、他の構造型担体よりも処理能力が高くなる場合がある。
【００５１】
本発明の選択還元型触媒を上記フロースルー型ハニカム担体に被覆して使用する場合、その被覆量は、１平方インチ当たりの開口部の孔数２００〜９００個、セルの壁の厚みが４〜８ｍｉｌの担体において、上層は下層の５０％以上の被覆量で、上層下層の合計の被覆量は単位体積あたり１００ｇ／Ｌ以上であることが好ましく１５０ｇ／Ｌ以上であることがより好ましい。このような被覆状態であれば、本発明におけるＮＯ酸化機能が充分に発揮され、選択還元型触媒としての機能の充分に発揮される。
なお、被覆量の上限であるが、生産コストが上昇したり、ハニカムの孔が目詰まりを起たり、排気ガスの背圧が著しく上昇しない程度であれば特に限定されないが、このような事情を考慮すると、前記フロースルー型ハニカム担体において、凡そ４００ｇ／Ｌ以下が望ましく、３００ｇ／Ｌ程度に留める事がより望ましい。
【００５２】
本発明の触媒には、下層又は上層を構成する材料として上記した材料の他、固体酸、あるいはバインダーなども混合して用いる事ができる。このような固体酸としてはＷＯ３／Ｚｒ、ＷＯ３／Ｔｉ、ＳＯ３／Ｚｒ、メタロシリケート等が挙げられ、バインダーとしては、アルミナ、シリカゾル、シリカ−アルミナ、ジルコニアが使用されることが好ましい。
従来の触媒では、バナジウム化合物がタングステン、チタン等との複合酸化物として選択還元触媒の成分に利用されている。しかし、バナジウムは揮発性が高く、排気ガスによって大気中に放出され、大気中に放出されたバナジウムは人間の健康に重大な影響を与える恐れがある。このため、本発明においては、触媒のＳＣＲ成分にバナジウム化合物等の有害な重金属成分を含有していない。
各層の厚さは、５〜２００μｍであればよいが、上層の厚さは、４０〜１２０μｍ、下層の厚さは５〜８０μｍであることが望ましい。各層の厚みは不均一であっても差し支えないが、上記範囲内であることが好ましい。各層の厚みが薄すぎると、触媒成分が不足し、またガス成分の拡散性が低下し、層としての機能を発揮しずらくなる。各層の厚みが厚すぎると、ガス拡散性が上昇しすぎ、反応や成分の移動の点で、層とのバランスが取り難くなる。  
また、ハニカム構造体を担体とした場合、そのセル密度にもよるが、現実的なセル密度のハニカム構造体を使用するであれば、層の厚みが厚すぎると背圧が上昇し、燃焼機関の性能を阻害する場合がある。  
また、下層については、本発明の触媒を、セラミックス等の浸透性の構造担体に被覆して使用する場合、下層の成分が構造担体に浸透し、下層の全て、またはその一部が構造担体と一体化していてもよい。また、構造担体を下層の成分で構成し、その上に上層の成分を被覆しても良い。なお、下層と構造担体の間に、触媒層の密着性の向上などを目的としてボトム層を設ける場合もあるが、この場合、ボトム層と下層の関係は、前記構造担体と下層の関係に同じである。  
【００５３】
図１は本発明の選択還元型触媒の構成を簡単に模式化したものである。本発明では、ハニカム担体などの一体構造型担体に酸化機能を有する下層触媒層（Ａ）が形成され、この酸化機能層の上に還元機能を有する上層触媒層（Ｂ）が配置されている。図１では、触媒層は上層と下層の二層のみで構成されているが、このように上層、下層の間に第三の層を有さない構成は、ガス拡散性に有利であり、ＮＨ３、ＮＯ２など反応に必要な成分を層間で供給、排出するのに効果的である。しかし、本発明ではこの模式図の構成に限定されず、層間、構造担体と下層の間、上層の表面等に、剥離対策、硫黄被毒対策、脱硝促進対策、他の排気ガス成分の浄化等を目的として別途被覆層を設けても良い。ただし、別途設けられる層は本発明の効果を阻害してはならない。なお、図１には図を簡略化するために助触媒やバインダーを図示していないが、これらを適宜使用できることはいうまでも無い。
【００５４】
本発明の触媒がＮＨ３浄化  （酸化）性能とＮＯｘの浄化性能を発揮する理由は定かでないが、図１では、主に以下の３つの反応経路によって脱硝反応が促進されるものとしてモデル化している。図の矢印（１）のように、選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）に排気ガス中のＮＯ、ＮＯ２が流入し、ＮＨ３が供給される。
【００５５】
反応経路の概略は、第一に、「上層のＳＣＲ成分（ゼオライト）に、ＮＯ、ＮＯ２などのＮＯｘ成分と共に還元剤であるＮＨ３が供給され、ＮＯｘがＮ２とＨ２Ｏ（図示せず）として排出される反応経路」、第二に、「上層を通過して下層に届いたＮＯが貴金属成分（Ｐｔ）によってＮＯ２に酸化され、このＮＯ２が上層に移行してＳＣＲ成分と接触し、上層のＳＣＲ成分上に吸着保持されたＮＨ３と反応し、Ｎ２とＨ２Ｏとして排出される反応経路（図１中、点線で示された「ＳＣＲ経路：Ａ」）」、そして、第三に、「下層に届いたＮＯが貴金属によってＮＯ２に酸化され、このＮＯ２が下層のＳＣＲ成分に供給され、下層のＳＣＲ成分に吸着保持されたＮＨ３と反応し、Ｎ２とＨ２Ｏ（図示なし）として排出される反応経路（図１中、実線で示す「ＳＣＲ経路：Ｂ」）」となる。
【００５６】
図１の貴金属を介した反応経路では、ＮＯとＮＨ３との反応よりも、ＮＯ２とＮＨ３との反応の方が反応性に優れ、図１ではＰｔを介してＮＯをＮＯ２に酸化したうえで、上層下層の各ＳＣＲ成分（ゼオライト）に供給することにより脱硝反応が促進される。
本発明では、貴金属成分とＳＣＲ成分の位置関係も構成上重要なポイントである。本発明の触媒において、貴金属成分は上層には含まれず下層のみに含まれている。それは、白金等の貴金属成分は還元成分の酸化反応を促進する機能に優れるため、貴金属成分が選択還元酸化触媒の上層に有ると、ＳＣＲ成分におけるＮＨ３とＮＯｘの反応よりも、ＮＨ３と排気ガス中の酸素との反応が優先して進行し、ＮＨ３に由来した新たなＮＯｘが発生し、還元されずそのまま排出されてしまうためである。本発明における貴金属成分は下層にのみ含まれることで、仮にＮＨ３に由来した新たなＮＯｘが下層で発生し、この新たなＮＯｘが下層で還元しきれない場合であっても、この新たなＮＯｘは上層を通過することで浄化されるので還元されずそのまま排出されることは無い。
【００５７】
なお、貴金属成分を含む触媒は、従来から選択還元触媒（ＳＣＲ）として使用されている。しかし、従来の使用法では、ＮＨ３酸化に由来したＮＯｘが生じると共に、本来ＳＣＲ成分で使用されるべきＮＨ３が貴金属上で消費されてしまっていた。そのため、充分な脱硝性能を得る為には、貴金属により消費されるＮＨ３を見込んで過剰量のＮＨ３成分を供給する必要があった。しかし、過剰量のＮＨ３成分を供給すると、脱硝反応に使用されずに排出されるスリップＮＨ３が発生する危険が伴う。本発明では、従来の触媒とは貴金属成分とＳＣＲ成分の位置が異なっており、上層に貴金属成分が存在しないので、このような問題が発生しない。
【００５８】
もう一つのポイントは、下層中に貴金属成分（ｉ）と共にＮＯｘを選択的に還元するゼオライト成分（ｉｉｉ）が存在することである。本発明では貴金属成分が下層にのみ存在するとはいえ、貴金属成分がＮＨ３を吸着して酸化するので、ＮＨ３に由来したＮＯｘが発生してしまう。下層のみに白金等の貴金属成分とＳＣＲ成分が共存するので、貴金属成分上で発生したＮＨ３に由来するＮＯｘが、ＳＣＲ成分に吸着保持されたＮＨ３を還元剤としてより速やかに還元する。
また、ここでＮＨ３は、貴金属成分の強い酸化促進作用により、その多くが酸化されＮＯ２としてＳＣＲ成分（ゼオライト）に供給される。ＮＯ２はＮＨ３との反応性に優れることから、ＳＣＲ成分（ゼオライト）と接触して速やかに還元され、ＮＨ３に由来して発生するＮＯｘがそのまま排出されるのを抑制する。
【００５９】
また、本発明の選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）は、低温時のＮＯｘ浄化性能にも優れた効果を発揮する。排気ガスが低温でもＮＯｘ浄化性能が低下しない理由は定かでないが、触媒中の貴金属の働きで、ＮＯｘ中のＮＯ２濃度が濃くなり、ＮＨ３との反応性が向上するためと考えられる。
本発明によれば、酸化活性を有する貴金属の作用により、排気ガス中のＮＯｘ成分のうちＮＯが酸化され、反応性の良いＮＯ２に変換してからＮＨ３との反応に提供することで、ＮＯｘ全体に対する浄化性能の向上が図られる。
【００６０】
２．選択還元（ＳＣＲ）触媒
上記本発明の選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）触媒は、還元剤としてアンモニアまたは尿素を使用して、希薄燃焼機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化する選択還元酸化触媒であって、一体構造型担体（Ｃ）の表面に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ）の酸化機能を有する下層触媒層（Ａ）と、アンモニアの吸着機能を有する上層触媒層（Ｂ）を有しており、下層触媒層（Ａ）が下記成分（ｉ）、（ｉｉ）、及び（ｉｉｉ）を含み、一方、上層触媒層（Ｂ）が、下記成分（ｉ）を実質的に含まず、成分（ｉｉｉ）を含むが、この触媒は、還元剤としてアンモニアまたは尿素を使用して、希薄燃焼機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための選択還元触媒（ＳＣＲ）としても利用できる。
【００６１】
ディーゼルエンジン等、希薄燃焼機関からは、高温で希薄燃焼されることでＮＯｘが排出される。このＮＯｘを浄化するため、排気ガスと共に還元剤を選択還元触媒に供給しＮＯｘを浄化するために用いられるのがＳＣＲ触媒である。このようなＳＣＲでは、還元剤としてＨＣ、アルデヒド、ＮＨ３成分が用いられるが、ＮＨ３成分を還元剤としたＳＣＲに使用する場合に優れた効果を発揮する。以下、ＳＣＲというときはこのＮＨ３成分を還元剤としたＳＣＲのことを指す。
【００６２】
ＳＣＲ触媒は、公知のものを使用することが出来るが、本発明に好ましく使用されるＳＣＲ触媒を構成する成分は、前記成分（ｉｉｉ）を必須成分とし、任意成分として成分（ｉ）白金、パラジウム、またはロジウムの貴金属から選ばれる一種以上、成分（ｉｉ）、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化タングステン、遷移金属酸化物、希土類酸化物、またはこれらの複合酸化物から選ばれる一種以上等、上記本発明の選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）触媒と同様の成分を使用できる。しかしながら、ＳＣＲでは、ＳＲＯＣとは酸化機能を有さない点において相違し、そのため、下層（Ａ）に含まれる触媒成分のうち、成分（ｉ）の量を少なくすることが望ましい。具体的には、この場合、白金の使用量は、本発明の下層触媒層成分を一体構造型担体上に被覆した場合、一体構造型担体の単位体積あたり、白金が０．０１ｇ／Ｌ以下である事が好ましく、特に０．００５ｇ／Ｌ以下である事がより好ましい。
【００６３】
３．選択還元型触媒の製造方法
本発明の選択還元型触媒を調製するには、まず、下層触媒材料、上層触媒材料、一体構造型担体を用意する。触媒材料は必要に応じてバインダーや界面活性剤などの添加剤を水系媒体と混合してスラリー状混合物にしてから、一体構造型担体へ塗工した後、乾燥、焼成する事により製造される。すなわち、触媒材料と水系媒体を所定の比率で混合してスラリー状混合物を得る。本発明においては、水系媒体は、スラリー中で各触媒成分が均一に分散できる量を用いれば良い。
【００６４】
下層触媒材料は、成分（ｉ）の貴金属を含む金属触媒成分、成分（ｉｉ）のアルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化タングステン、遷移金属酸化物、希土類酸化物、またはこれらの複合酸化物から選ばれる無機母材、及び成分（ｉｉｉ）のゼオライトを含んでいる。成分（ｉ）の貴金属は、予め成分（ｉｉ）の無機母材に担持させておくこともできる。金属触媒成分と無機母材とゼオライトを水系媒体中で混合してスラリーを調製しておく。これとは別に、上層触媒原料は、成分（ｉｉｉ）のゼオライトを必須とし、必要により、成分（ｉｉ）の無機母材を配合する。
【００６５】
下層触媒材料を調製するにあたり、成分（ｉ）の貴金属を、予め成分（ｉｉ）の無機母材に担持させておく場合、適宜公知の方法を採用できるが、その一例を示すと以下のとおりである。
まず、貴金属成分の原料として硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩等の化合物、具体的には塩化白金（ＩＶ）酸、亜硝酸ジアンミン白金（ＩＩ）、水酸化白金酸アミン溶液、塩化白金酸、ジニトロジアンミンパラジウム、硝酸パラジウム、塩化パラジウム、塩化ロジウム（ＩＩＩ）、硝酸ロジウム（ＩＩＩ）として用意する。これらから選択して水、有機溶媒に溶解して貴金属成分原料の溶液を用意する。なお、水または水に水溶性有機溶媒を加えた溶媒については以下「水系媒体」という。
【００６６】
次に、この貴金属成分原料の溶液を、水系媒体と共に無機母材と混合した後、５０〜２００℃で乾燥して溶媒を除去した後、３００〜１２００℃で焼成する。なお、上記必須成分以外に、酸素吸蔵放出材料、母材、バインダー等として公知の触媒材料を配合してもよい。このような公知の触媒材料としては、セリウム−ジルコニウム系複合酸化物や、酸化セリウム、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、アルカリ金属材料、アルカリ土類金属材料、遷移金属材料、希土類金属材料、ロジウム、ロジウム塩、銀、銀塩等が挙げられ、必要に応じて分散剤、バインダー、ｐＨ調整剤を合わせて使用することができる。
【００６７】
触媒組成物を一体構造型担体に被覆するには触媒組成物をスラリー状混合物として塗工する。塗工方法は、特に限定されないが、ウオッシュコート法が好ましい。塗工した後、乾燥、焼成を行う事により触媒組成物が担持された一体構造型触媒が得られる。なお、乾燥温度は、１００〜３００℃が好ましく、１００〜２００℃がより好ましい。また、焼成温度は、３００〜７００℃が好ましく、特に４００〜６００℃が好ましい。加熱手段については、電気炉やガス炉等の公知の加熱手段によって行う事ができる。
本発明の選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）のように、一体構造型担体へ触媒組成物を複数層形成するには、材料を塗工した後に乾燥、焼成する操作を各層毎に２回以上繰り返せばよい。また、ウオッシュコート法により下層触媒材料、上層触媒材料を２回続けて塗工した後に、一度で乾燥、焼成する方法、あるいは、ウオッシュコート法により下層触媒材料を塗工した後に乾燥し、その上に二層目以降の材料を被覆した後乾燥、焼成してもよい。また、各触媒材料を前駆体を含むスラリーとして塗工し、一体構造型担体を乾燥、焼成することで本発明の一体構造型触媒を完成しても良い。
【００６８】
ハニカム型一体構造型担体に触媒組成物を被覆する場合、ハニカム形状が多角形であると、層の厚みはハニカムの部位により異なることがあるが、実質的に殆どの部位で上層、下層とも、５〜２００μｍの範囲、特に１０〜１５０μｍの範囲である事がより好ましい。
上層が薄すぎて５μｍ未満であると、先のガス拡散性が低下する。また、トータルの層が厚すぎて２００μｍを超えると、通常使われるハニカム型一体構造型担体に本発明の触媒組成物を被覆した場合に、圧損上昇によるエンジンへの負荷が懸念される。特に好ましい厚さは、上層：４０〜１２０μｍ、下層：５〜８０μｍである。
【００６９】
４．排気ガス浄化触媒装置、それを用いた浄化方法
本発明では、排気ガス流路に、上記の酸化機能層を有する選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）のみを配置し、その上流側に、尿素水溶液もしくはアンモニア水溶液を供給するための噴霧手段を配置することで排気ガス浄化触媒装置を構成できる。
【００７０】
しかしながら、本発明のＳＲＯＣでは、ＮＯｘの浄化において、ＮＨ３との反応性に優れるＮＯ２を有効に使用するものであることから、排気ガス流れに対して前段に酸化触媒（ＤＯＣ）を配置し、「ＤＯＣ＋ＳＲＯＣ」とする事が好ましい。ＤＯＣは、ＮＯ酸化のみならず、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、また微粒子成分の一部を酸化、燃焼して浄化するものでもある。
すなわち、この排気ガス浄化触媒装置では、排気ガス流路に、一酸化窒素、炭化水素の酸化機能を有する酸化触媒（ＤＯＣ）と、その後段に酸化機能層を有する選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を配置し、前記酸化触媒の下流、かつ前記選択還元型触媒の上流側に、尿素水溶液もしくはアンモニア水溶液を供給するための噴霧手段を配置する。
すなわち、この排気ガス浄化触媒装置を用いて、希薄燃焼機関から排出される排気ガスを前記酸化触媒（ＤＯＣ）に通過させ、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に転化した後、尿素水溶液またはアンモニア成分を噴霧供給して、前記選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を通過させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化することを特徴とする排気ガス浄化方法である。
【００７１】
（ＮＯｘの浄化）
排気ガス中のＮＯｘの浄化にあたっては、その主な作用は以下のとおりである。すなわち、ディーゼルエンジンなど希薄燃焼機関から排出される排気ガスの流路に本触媒を配置し、本触媒の作用で排気ガス中のＮＯをＮＯ２に変換し、ＮＯｘ中のＮＯ２成分の量が増やされる。従来から、ＮＯｘ成分のうち、ＮＯ２はＮＨ３との反応性がＮＯよりも高いことから、前もってＮＯを酸化しておくことが好ましいとされている（Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ｔｏｄａｙ  １１４（２００６）３−１２（第４頁左欄））。本発明はこれを効果的に利用し、前段にＤＯＣを配置して、排気ガス中のＮＯ成分をＮＨ３との反応性に優れたＮＯ２に変換し、ＮＯｘ中のＮＯ２濃度を増してから本発明のＳＲＯＣに供給することでＮＯｘ浄化性能が促進されるものである。
このようにＮＯ２成分の量が増えた排気ガスは、アンモニア成分が供給され、ＤＯＣ触媒の後段に配置された選択還元型触媒と接触し、排気ガス中のＮＯｘが浄化される。ここで、アンモニア成分の供給はＮＨ３水溶液を排気ガス流路に直接噴霧してもよいが、安全性、また取り扱いの容易さから尿素水溶液として供給されることが望ましい。尿素水溶液は排気ガス流路中に直接供給してもよいが、排気ガス流路中、または排気ガス流路への噴霧前に適宜改質され、より反応性の高いＮＨ３に改質して供給されてもよい。このように触媒を配置すれば、図１のように予測される反応経路により効率的にＮＯｘが浄化される。
【００７２】
（「ＤＯＣ＋ＳＣＲ触媒＋ＳＲＯＣ」配置）
この配置は、上記「ＤＯＣ＋ＳＲＯＣ」配置に対して、ＳＣＲ触媒を加えたものである。本発明のＳＲＯＣは、優れたＮＨ３浄化機能を有することから、排気ガス流れに対し、公知のＳＣＲ触媒の後段に配置し、ＳＣＲからスリップしてくるＮＨ３を酸化する。
すなわち、この排気ガス浄化触媒装置は、排気ガス流路に、一酸化窒素、炭化水素の酸化機能を有する酸化触媒（ＤＯＣ）と、その後段に前記酸化機能層を有する選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を配置し、前記酸化触媒の下流、かつ前記選択還元型触媒の上流側に、尿素水溶液もしくはアンモニア水溶液を供給するための噴霧手段が配置するとともに、選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）の上流、かつ前記噴霧手段の下流に、さらに実質的に酸化機能層を有さない選択還元触媒（ＳＣＲ）が配置される。
そして、この排気ガス浄化触媒装置を用いて、希薄燃焼機関から排出される排気ガスを前記酸化触媒（ＤＯＣ）に通過させ、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に転化した後、尿素水溶液またはアンモニア成分を噴霧供給して、前記選択還元触媒（ＳＣＲ）を通過させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元し、さらに、前記選択還元型触媒（ＳＲＯＣ）を通過させることで、排気ガス中の余剰アンモニアを酸化浄化する排気ガス浄化方法である。
【００７３】
このように、本発明のＳＲＯＣをＳＣＲ触媒後段に配置し、スリップＮＨ３浄化することでＮＯｘの浄化が更に向上する。ＳＲＯＣの前段に公知のＳＣＲ触媒を配置することは、トータルでＳＣＲの容量を増やすことになりＮＯｘの浄化性能の向上にもなる。また、スリップＮＨ３の浄化でも、本発明のＳＲＯＣは、前述したとおり優れたＳＣＲ作用を発揮するから、スリップしたＮＨ３を有効に利用して前段ＳＣＲで浄化し切れなかったＮＯｘを浄化する事ができる。
また、自動車用ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの温度は広範囲にわたり、これを概ね１５０〜２５０℃を低温域として、また概ね３００〜６００℃を高温域として分けた場合、貴金属を使用しないＳＣＲ触媒は、高温域の活性には優れるものの、低温域に充分な活性が得られない傾向がある点に問題があるとされてきた。本発明のＳＲＯＣは、低温域でも優れた活性を有することから、高温域の脱硝性能に優れたＳＣＲ触媒を選択して前段に配置すれば、低温域から高温域まで、広い温度範囲で高い脱硝性能を発揮することができる。
【００７４】
（「ＤＯＣ＋ＤＰＦ＋ＳＲＯＣ」配置）
この配置は、上記「ＤＯＣ＋ＳＲＯＣ」配置に対して、フィルター（ＤＰＦ）を加えたものである。
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、ＮＯｘの他、可燃性粒子成分が含まれている。この可燃性粒子成分は、可溶性有機成分（ＳＯＦ）や、煤（Ｓｏｏｔ）が主な成分である。これら可燃性粒子成分を除去する方法として、フィルターを持って排気ガスから濾し取る方法がある（特開平０９−５３４４２等）。従来は、可燃性粒子成分の燃焼でＮＯ２が効果的に使用されることから、「ＤＯＣ＋ＤＰＦ」として配置されている。しかし、この「ＤＯＣ＋ＤＰＦ」は酸化系の反応と、燃焼系の反応の組み合わせであり、その後段から排出される排気ガスにはＮＯ成分が多量に含まれる。
【００７５】
そのため本発明のＳＲＯＣを「ＤＯＣ＋ＤＰＦ＋ＳＲＯＣ」として配置することで、排気ガス中の可燃性粒子成分とＮＯｘを同時に、かつ効果的に除去することが可能になる。なお、ＤＰＦについては、単にフィルタリング機能を有するものであってもよいが、微粒子成分の燃焼促進のためＰｔ、Ｐｄ等を配合し触媒化されているものを使用してもよい。
本発明のＳＲＯＣを使用した排気ガス中のＮＯｘの浄化にあたっては前述と同様、本発明のＳＲＯＣ前段で素水溶液もしくはアンモニア水溶液を供給することで行われる。フィルターに堆積した有害微粒子成分の除去にあたっては、酸化触媒（ＤＯＣ）の前方から燃料が供給される。燃料を供給する方法は、排気ガス流路中に直接噴霧する方法の他、別途加熱気化したり適宜改質して供給してもよく、供給方法は排気ガス流路中へ噴霧してもよい。供給される燃料成分はディーゼルエンジンから排出される排気ガスの浄化にあたっては軽油成分が供給される。排気ガス流路中に供給された燃料成分は、ＮＯと共に本触媒に接触する。これにより排気ガスは加熱され、ＮＯはＮＯ２に変換され、ＮＯｘ中のＮＯ２成分の量が増える。
このように改質された排気ガスは、本触媒後段に配置したフィルターに捕集された有害微粒子成分に接触し、熱と、ＮＯ２と、場合によっては排気ガス中に残存する酸素によって有害微粒子成分を燃焼除去し、フィルターを再生する。
自動車の排気ガス雰囲気は、その制御条件、稼動条件によりＨＣの量またその成分組成が刻々変化する。そのような状態であっても、本発明のこの配置をもってすれば、優れたＨＣ酸化性能、発熱性能を維持でき、ＤＯＣ、ＤＰＦを組み合わせて使用することで、高い効率で有害微粒子成分を燃焼させ、フィルターの再生を行い、排気ガス中のＮＯｘ成分を浄化し、ＮＨ３スリップも抑制することができる。
【００７６】
（他の触媒配置）
本発明の選択還元型触媒を、自動車用に使用する場合、他の作用を発揮する触媒と組み合わせて使用することができる。以下、その配置を前述したものを含めて例示する。なお、以下の例示では、酸化触媒をＤＯＣ、本発明の選択還元酸化触媒をＳＲＯＣ、公知の選択還元触媒をＳＣＲ、排気ガス中の煤や可溶性粒子成分を濾し取るフィルターをＤＰＦ（酸化触媒を被覆したＤＰＦを含む）と表記する。
なお、「（ＮＨ３）」は、還元剤としての尿素水溶液、アンモニア水溶液などの噴霧供給位置をあらわしている。また、本発明に使用されるＮＨ３成分は、尿素水溶液、アンモニア水溶液などの噴霧供給による他、ＳＣＲ、ＳＲＯＣの前段に配置される触媒によって、排気ガス中の成分、または燃料成分を使用して自己生成するものであってもよく、バイオ燃料を使用した際に発生することがあるアルデヒド類を使用しても良い。なお、このように還元成分を自己生成する場合であっても、必要に応じて別途還元成分を外部から噴霧供給しても良い。
【００７７】
配置例（１）：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＲＯＣ
配置例（２）：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ＋ＳＲＯＣ
配置例（３）：ＤＯＣ＋ＤＰＦ＋（ＮＨ３）＋ＳＲＯＣ
配置例（４）：ＤＯＣ＋ＤＰＦ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ＋ＳＲＯＣ
配置例（５）：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＲＯＣ＋ＤＰＦ
配置例（６）：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ＋ＳＲＯＣ＋ＤＰＦ
配置例（７）：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＲＯＣ＋ＤＯＣ＋ＤＰＦ
配置例（８）：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ＋ＳＲＯＣ＋ＤＯＣ＋ＤＰＦ
【実施例】
【００７８】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴を一層明確にする。なお、本発明は、これら実施例の態様に限定されるものではない。なお、本実施例、並びに比較例に使用する触媒は次に示す方法によって調製した。
【００７９】
［ＳＲＯＣ（１）の製造］
＝下層（ＮＨ３酸化機能を有する触媒層）＝
貴金属成分原料としての塩化白金水溶液を、母材としてのチタニア粉末（ＢＥＴ値：１００ｍ２／ｇ）に含浸担持させ（位置変更：Ｐｔ換算２．５ｗｔ％）、更に水と、鉄元素でイオン交換したβ型ゼオライト（鉄元素換算：濃度２ｗｔ％  イオン交換量７０％  ＳＡＲ＝４０）と、バインダーとしてのシリカを加えて濃度の調整しボールミルを用いてミリングして、ＮＨ３酸化触媒部のスラリーを得た。このスラリーをウォッシュコート法でハニカムフロースルー型コージェライト担体（セル密度：３００ｃｅｌ／ｉｎｃｈ、壁厚：５ｍｉｌ、長さ：６ｉｎｃｈ、直径：７．５ｉｎｃｈ）に被覆し、１５０℃で１時間乾燥した後、大気雰囲気下、５００℃で２時間焼成した。下層の厚さは２０〜１２０μｍであった。
＝上層（ＳＣＲ層）＝
その後、鉄元素とセリウム元素でイオン交換したβ型ゼオライト（鉄元素換算：濃度２ｗｔ％、イオン交換量７０％）（セリウム元素換算：濃度０．１ｗｔ％、イオン交換量５％）（ＳＡＲ＝４０）と酸化セリウム（ＢＥＴ値：１５０ｍ２／ｇ）に、水とバインダーとしてのシリカを、ボールミルにてミリングしてスラリーを得た。このスラリーを、下層部がコーティングされたハニカムフロースルー型コージェライト担体にウォッシュコート法をもって担持し、１５０℃で１時間乾燥した後、大気雰囲気下、５００Ｃで２時間焼成した。
このようにして得られたＳＲＯＣの触媒組成を表１に記す。なお、表１中の数値は、ハニカムフロースルー型コージェライト担体の単位体積あたりの担持量（ｇ／Ｌ）である。上層の厚さは、４０〜１２０μｍであった。
【００８０】
［ＳＲＯＣ（２）の製造］
ＳＲＯＣ（１）の上層の一部を鉄元素でイオン交換したＭＦＩ型ゼオライト（鉄元素換算：濃度２ｗｔ％、イオン交換量７０％）に変えた他、ＳＲＯＣ（１）と同様の手法によりＳＲＯＣ（２）を得た。得られたＳＲＯＣの触媒組成を表１に記す。層の厚さは下層：２０〜１２０μｍ、上層：４０〜１２０μｍであった。上記のように調整されたＳＲＯＣ、ＳＣＲ、ＤＯＣを、以下のように排気ガス管内に配置した。
【００８１】
［ＳＣＲの製造］
比較例として、上記ＳＲＯＣ（１）と同様の手法により、下層にＰｔを含まない還元層としたＳＣＲ触媒を作成した。得られた触媒組成を表１に記す。
上記のように調整されたＳＲＯＣ、ＳＣＲ、ＤＯＣを、以下のように排気ガス管内に配置した。層の厚さは下層：２０〜１２０μｍ、上層：４０〜１２０μｍであった。
【００８２】
［前段酸化触媒（ＤＯＣ）の製造］
貴金属成分原料としての塩化白金水溶液を、母材としてのアルミナ粉末（ＢＥＴ値：２００ｍ２／ｇ）に含浸担持させ（位置変更：Ｐｔ換算２．５ｗｔ％）、更に水と、酸化セリウム粉末（ＢＥＴ値：１５０ｍ２／ｇ）を加えて濃度の調整しボールミルを用いてミリングして、前段に使用する酸化触媒用のスラリーを得た。このスラリーをウォッシュコート法でハニカムフロースルー型コージェライト担体（セル密度：４００ｃｅｌ／ｉｎｃｈ、壁厚：６ｍｉｌ、長さ：７ｉｎｃｈ、直径：７．５ｉｎｃｈ）に被覆し、１５０℃で１時間乾燥した後、大気雰囲気中５００℃で２時間焼成した。得られた触媒組成を表１に記す。
【００８３】
【表１】
2008279334.tif 000002
【００８４】
［実施例１、２］
上記のように調製した本発明の選択還元型触媒ＳＲＯＣ（１）を用い、ＤＯＣとともに以下のように排気ガス管内に配置した。（ＮＨ３）はアンモニア成分としての尿素水の噴霧供給位置を示す。
実施例１：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＲＯＣ（１）
実施例２：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ＋ＳＲＯＣ（１）
【００８５】
［実施例３，４］
上記のように調製した本発明の選択還元型触媒ＳＲＯＣ（２）を用い、ＤＯＣとともに以下のように排気ガス管内に配置した。（ＮＨ３）はアンモニア成分としての尿素水の噴霧供給位置を示す。
実施例３：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＲＯＣ（２）
実施例４：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ＋ＳＲＯＣ（２）
【００８６】
［比較例１、２］
上記のように調製した公知の選択還元触媒（ＳＣＲ）を用い、ＤＯＣとともに以下のように排気ガス管内に配置した。（ＮＨ３）はアンモニア成分としての尿素水の噴霧供給位置を示す。
比較例１：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ      
比較例２：ＤＯＣ＋（ＮＨ３）＋ＳＣＲ＋ＳＣＲ
なお、「実施例１、実施例３と比較例１」、「実施例２、実施例４と比較例１」は本発明の実施例と比較例を比較するためＳＣＲ、ＳＲＯＣの容量を合わせたものである。
【００８７】
＜触媒性能評価＞（ＮＯｘ・ＮＨ３−スリップ評価）
各実施例、比較例について、下記測定条件のもと、ＮＯｘの浄化性能と、スリップするＮＨ３の濃度を測定した。ＮＯｘの浄化性能を図２に、スリップするＮＨ３の濃度を図３に記す。なお「（ＮＨ３）」は触媒系中におけるアンモニア成分として、実施例では３２．５％尿素水溶液を噴霧した。
図２中、Ｙ軸は触媒系におけるＮＯｘ転化率を表し、図３中、Ｙ軸は触媒系におけるスリップＮＨ３濃度を表す。また、ＮＯｘ、ＮＨ３の測定は、エンジンを始動してから３分経過後、排気ガス成分の値、触媒表面の温度が安定した状態で、排気ガス中に含まれる各成分の濃度を測定した。
【００８８】
＜測定条件＞
・エンジン：ディーゼル５Ｌエンジン
・回転数：２５００ｒｐｍ
・ＤＯＣ表面温度：３００℃
・ＳＣＲ，各ＳＲＯＣ表面温度：２８０℃
・空間速度：１５０，０００  ／ｈ
・尿素水噴霧量：排気ガス中のＮＨ３／ＮＯｘ比率を１．５に制御。
【００８９】
［評価］
本発明の選択還元型触媒ＳＲＯＣ（１）または（２）を使用した実施例では、図２に示すとおり、ＮＯｘ浄化性能が優れていることがわかる。特に実施例２、実施例４では、選択還元触媒ＳＣＲと組み合わせることで優れた効果を発揮している。これは、比較例１と比較例２が、触媒の量が同一であるにも関わらず、その性能差が僅かであることからすると驚くべきことである。
また、図２から本発明の選択還元型触媒ＳＲＯＣ（１）または（２）を使用するとＮＨ３スリップ性能も優れている事がわかる。ここでも実施例２、実施例４のようにＳＣＲと組み合わせると優れた効果が発揮される。これに対して、比較例１と比較例２が、触媒量が同一にも関わらず、その性能差が殆ど見られない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の基本構成と、想定される反応経路を表す模式図である。
【図２】実施例と比較例におけるＮＯｘ転化率を表すグラフである。
【図３】実施例と比較例におけるスリップＮＨ３濃度を表すグラフである。
【図１】
2008279334.tif 000003
【図２】
2008279334.tif 000004
【図３】
2008279334.tif 000005