(57)【要約】【課題】炭化水素と窒素酸化物を同時に効率良く吸着可能な排ガス用吸着材を提供する。【解決手段】Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２８（Ｓｉのモル数：Ａｌ２Ｏ３のモル数＝２８：１）のＺＳＭ５をＦｅイオン交換することにより得られるＦｅ−ＺＳＭ５を含むベース材と、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２５０のＹ型ゼオライト、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２００のモルデナイト、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が４００のβ型ゼオライトのうち、少なくとも一種類を含む添加材と、を混合することにより排ガス用吸着材を作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−ＺＳＭ５を含むベース材と、
Ｙ型ゼオライト、モルデナイト、β型ゼオライトのうち、少なくとも一種類を含む添加材と、
を混合してなることを特徴とする排ガス用吸着材。
【請求項２】
前記添加材の混合比率を１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の排ガス用吸着材。
【請求項３】
前記Ｆｅ−ＺＳＭ５は、
Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２８のＺＳＭ５をＦｅイオン交換してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排ガス用吸着材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジンから排出される排ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を吸着する排ガス用吸着材の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラチナ（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｈ）等の貴金属からなる触媒を担体に担持し、これと排ガスとを接触させることにより排ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等（以下「浄化対象物質」という。）を分解し、排ガスを浄化する排ガス浄化装置は公知となっている。
近年、自動車の排ガス規制は更に強化される傾向にあり、排ガス浄化装置の排ガス浄化性能の更なる向上が求められている。排ガス浄化性能を向上する方法としては、担体の表面積の増大、貴金属粒子の微細化（貴金属の表面積の増大）、担体表面への貴金属粒子の均一分散等を効果的に組み合わせることが挙げられる。
特に、自動車の燃費向上の観点から近年の自動車のエンジンは空燃比（Ａ／Ｆ）が大きいリーン側の領域で燃料を燃焼させるリーンバーン制御を行う傾向にあり、リーンバーン時の排ガスに多く含まれる窒素酸化物の浄化性能に優れた排ガス浄化装置が求められている。
【０００３】
また、排ガス浄化装置には、例えば自動車のエンジンの始動時等、排ガス浄化装置の温度が十分に上昇していない段階における排ガス浄化性能の向上が求められている。これは、排ガス浄化装置の温度が十分に上昇していない段階では触媒の温度が低く（２００℃以下）触媒の活性が不十分であるため、排ガス浄化装置の排ガス浄化性能が低下することによる。
結果として、従来の排ガス浄化装置を用いた場合、エンジンの始動時等において排出される排ガスには通常時（触媒活性時）よりも一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の浄化対象物質が多く含まれることとなる。
【０００４】
このような問題を解消する方法として、特許文献１乃至特許文献４に記載の技術が知られている。
特許文献１乃至特許文献４に記載の技術は、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の浄化対象物質を吸着する性質（以下「吸着能」という。）を有するゼオライトを用いて排ガス浄化装置の触媒を担持する担体を構成する、または、排ガス浄化装置の触媒を担持する担体の表面にゼオライトを含むコーティング層を形成することにより、排ガス浄化装置の温度が十分に上昇していない段階ではゼオライト等に一時的に浄化対象物質を吸着し、排ガス浄化装置の温度が十分に上昇した時点で浄化対象物質を触媒により分解するものである。
【０００５】
また、上記問題を解消する別の方法として、エンジンの排気経路において排ガス浄化装置よりも上流側（エンジンに近い側）となる位置にゼオライトを担体にコーティングしたもの（吸着材）を配置し、排ガス浄化装置の温度が低い段階ではゼオライト等に一時的に浄化対象物質を吸着することにより、浄化対象物質が排ガス浄化装置により分解されずに外部に放出されることを防止するものである。
【０００６】
しかし、上記特許文献１乃至特許文献４に記載の技術および吸着材を用いる技術は、以下の問題を有する。
【０００７】
一般に、ゼオライトは結晶中に微細な孔が形成されたアルミノ珪酸塩、および、当該アルミノ珪酸塩中のアルミニウム原子または珪素原子の一部を別の金属原子に置換したものを広く指すものである。そして、結晶構造、結晶中に形成される微細な孔のサイズ、置換した金属原子の種類等に起因してそれぞれ異なる性質を有する種々のゼオライトが存在し、排ガスに含まれる浄化対象物質のそれぞれの成分（一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等）の吸着能も異なる。従って、浄化対象物質のそれぞれの成分（一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等）に適したゼオライトを吸着材として使用することが求められる。
【０００８】
また、一般に、排ガスに含まれる浄化対象物質のうち炭化水素は、ゼオライト系の吸着材に限らず従来のＰｄ／ＣｅＯ２系やＰｄ／Ｃｏ３Ｏ４系の吸着材等についても一酸化炭素や窒素酸化物を吸着するための吸着材を被毒する（吸着能を低下させる）傾向がある。
【０００９】
そのため、従来は炭化水素を吸着するための吸着材と一酸化炭素や窒素酸化物を吸着するための吸着材とを別体とし、排気経路の上流側に炭化水素を吸着するための吸着材を配置し、それよりも下流側に一酸化炭素や窒素酸化物を吸着するための吸着材を配置していた。しかし、このような構成を採用した場合、これらの吸着材を合わせると全体として大きな体積を占めることとなり、小型化が容易でないという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−３２６１３７号公報
【特許文献２】特開２００４−９７８号公報
【特許文献３】特開平７−８０３１５号公報
【特許文献４】特表２００１−５２６５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は以上の如き状況に鑑み、浄化対象物質のそれぞれの成分を同時に効率良く吸着可能な排ガス用吸着材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１２】
即ち、請求項１においては、
Ｆｅ−ＺＳＭ５を含むベース材と、
Ｙ型ゼオライト、モルデナイト、β型ゼオライトのうち、少なくとも一種類を含む添加材と、
を混合してなるものである。
【００１３】
請求項２においては、
前記添加材の混合比率を１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とするものである。
【００１４】
請求項３においては、
前記Ｆｅ−ＺＳＭ５は、
Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２８のＺＳＭ５をＦｅイオン交換してなるものである。
【００１５】
ＺＳＭ５、Ｙ型ゼオライト、モルデナイト、β型ゼオライトはいずれもゼオライトの一種である。
【００１６】
ゼオライトは、結晶中に微細な孔が形成されたアルミノ珪酸塩、および、当該アルミノ珪酸塩中のアルミニウム原子または珪素原子の一部を別の金属原子に置換したものを広く指すものとする。
【００１７】
Ｆｅ−ＺＳＭ５は、ＺＳＭ５を出発材とし、これをＦｅイオン交換することにより得られるものを広く指すものとする。
Ｆｅ−ＺＳＭ５は、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２８（Ｓｉのモル数：Ａｌ２Ｏ３のモル数＝２８：１）のＺＳＭ５を出発材とし、これをＦｅイオン交換することにより得られるものが好ましい。これは、Ｓｉのモル数が少ないものを出発材とした場合にＦｅイオン交換によりＦｅ−ＺＳＭ５に取り込まれるＦｅの数が多くなり、吸着能（特に窒素酸化物の吸着能）が向上することによる。
【００１８】
添加材はＹ型ゼオライト、モルデナイト、β型ゼオライトのうち一種類を含んでいても良く、複数種類を含んでいても良い。
【００１９】
添加材の混合比率が１ｗｔ％未満となると炭化水素の吸着能が低下することから、添加材の混合比率は１ｗｔ％以上とすることが望ましい。
添加材の混合比率が２０ｗｔ％を超えるとベース材の比率が低下して窒素酸化物の吸着能が低下することから、添加材の混合比率は２０ｗｔ％以下とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２１】
請求項１においては、排ガスに含まれる炭化水素および窒素酸化物を同時に効率良く吸着することが可能である。
【００２２】
請求項２においては、排ガスに含まれる炭化水素および窒素酸化物を同時に効率良く吸着することが可能である。
【００２３】
請求項３においては、排ガスに含まれる炭化水素および窒素酸化物を同時に効率良く吸着することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下では本発明に係る排ガス用吸着材の実施形態である実施例１乃至実施例４、および従来の排ガス用吸着材の実施形態である比較例について説明する。
【００２５】
実施例１乃至実施例４および比較例は、以下の手順により作製される。
【００２６】
まず、ベース材として、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２８（Ｓｉのモル数：Ａｌ２Ｏ３のモル数＝２８：１）のＺＳＭ５をＦｅイオン交換することにより得られるＦｅ−ＺＳＭ５を用意する。
また、添加材として、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２５０のＹ型ゼオライト、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２００のモルデナイト、Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が４００のβ型ゼオライトを用意する。
【００２７】
次に、これらのベース材および添加材を適宜混合することにより、実施例１乃至実施例４および比較例に対応するゼオライト粉末を作製する。
【００２８】
実施例１に対応するゼオライト粉末は、上記Ｆｅ−ＺＳＭ５および上記Ｙ型ゼオライトを混合することにより作製される。実施例１に対応するゼオライト粉末の重量は２００ｇであり、実施例１に対応するゼオライト粉末における添加材の混合比率（＝添加材／（ベース材＋添加材）×１００）は１ｗｔ％である。
【００２９】
実施例２に対応するゼオライト粉末は、上記Ｆｅ−ＺＳＭ５および上記Ｙ型ゼオライトを混合することにより作製される。実施例２に対応するゼオライト粉末の重量は２００ｇであり、実施例２に対応するゼオライト粉末における添加材の混合比率は５ｗｔ％である。
【００３０】
実施例３に対応するゼオライト粉末は、上記Ｆｅ−ＺＳＭ５および上記モルデナイトを混合することにより作製される。実施例３に対応するゼオライト粉末の重量は２００ｇであり、実施例３に対応するゼオライト粉末における添加材の混合比率は５ｗｔ％である。
【００３１】
実施例４に対応するゼオライト粉末は、上記Ｆｅ−ＺＳＭ５および上記β型ゼオライトを混合することにより作製される。実施例４に対応するゼオライト粉末の重量は２００ｇであり、実施例４に対応するゼオライト粉末における添加材の混合比率は５ｗｔ％である。
【００３２】
比較例に対応するゼオライト粉末は、上記Ｆｅ−ＺＳＭ５のみからなる。実施例４に対応するゼオライト粉末の重量は２００ｇである。
【００３３】
続いて、得られた計５種類のゼオライト粉末を、それぞれシリカゾルおよび純水と混合することにより、実施例１乃至実施例４および比較例に対応するスラリー状のコート材を作製する。このとき、ゼオライト粉末、シリカゾルおよび純水の混合比（重量比）は、ゼオライト粉末：シリカゾル：純水＝１００：３５：９０である。
【００３４】
続いて、得られた計５種類のコート材を、それぞれ体積が約１０００ｃｃのモノリスの表面に塗布し、これらのモノリスを１２０℃で２時間乾燥し、その後５００℃で２時間焼成することにより、実施例１乃至実施例４および比較例が作製される。
【００３５】
以下では、実施例１乃至実施例４および比較例を用いた吸着実験の実験方法について説明する。
【００３６】
まず、排気量が２４００ｃｃのエンジンを搭載した自動車を用意し、当該エンジンの排気経路の中途部かつ触媒コンバーターよりも上流側（エンジンに近い側）に実施例１を配置する。
【００３７】
次に、当該エンジンを始動して２０秒間保持し、この間実施例１を通過して排出される排ガスに含まれる炭化水素および窒素酸化物の濃度を検出する。
【００３８】
続いて、得られた排ガスに含まれる炭化水素および窒素酸化物の濃度に基づいて、実施例１の炭化水素および窒素酸化物の吸着率（％）を算出する。
炭化水素（窒素酸化物）の吸着率（％）は、（Ａ）排気経路の中途部に排ガス用吸着材を配置しない状態で、エンジンを始動してから２０秒間経過するまでの間に排出される排ガスに含まれるメタンを除く炭化水素（窒素酸化物）の濃度に基づいて算出される炭化水素（窒素酸化物）の重量、および、（Ｂ）排気経路の中途部に実施例１を配置した状態で、エンジンを始動してから２０秒間経過するまでの間に排出される排ガスに含まれるメタンを除く炭化水素（窒素酸化物）の濃度に基づいて算出される炭化水素（窒素酸化物）の重量、を用いて、計算式｛（Ａ−Ｂ）／Ａ｝×１００により算出される。
【００３９】
上記と同様の実験を実施例２乃至実施例４および比較例についても行い、実施例２乃至実施例４および比較例の炭化水素および窒素酸化物の吸着率（％）を算出する。
【００４０】
以下では、図１を用いて上記吸着実験の結果について説明する。
【００４１】
実施例１乃至実施例４および比較例の窒素酸化物の吸着率はいずれも１００％であり、実施例１乃至実施例４および比較例は窒素酸化物に関して優れた吸着性を示す。
比較例における窒素酸化物の吸着率が１００％であることから、ベース材であるＦｅ−ＺＳＭ５が窒素酸化物に関する優れた吸着性に寄与していることが明らかである。また、実施例１乃至実施例４における窒素酸化物の吸着率が１００％であることから、本実施例に係る添加材とベース材とを混合することにより窒素酸化物の吸着率が低下することがないことが示されている。
【００４２】
比較例の炭化水素の吸着率が９６．８％であるのに対して、実施例１乃至実施例４の炭化水素の吸着率はそれぞれ９８．７％、９９．２％、９９．０％、９９．０％であり、実施例１乃至実施例４は、比較例に比べて炭化水素に関してより優れた吸着性を示す。
実施例１乃至実施例４と比較例との相違は添加材の有無であることから、本実施例に係る添加材（Ｙ型ゼオライト、モルデナイト、β型ゼオライトのうち、少なくとも一種類）をベース材（Ｆｅ−ＺＳＭ５）と混合することにより、炭化水素の吸着性が向上することが明らかである。
また、上記実験の際に排ガス中の炭化水素の種類をガスクロマトグラフィーにより分析した結果、比較例における排ガスにはメタン、エタンおよびイソオクタンが含まれていたのに対して、実施例１乃至実施例４における排ガスにはメタンおよびエタンが含まれているがイソオクタンが含まれていなかった。従って、実施例１乃至実施例４は、エタンよりも分子量が大きい炭化水素については吸着率が１００％を示すことが明らかである。
【００４３】
以上の如く、実施例１乃至実施例４は、
Ｆｅ−ＺＳＭ５を含むベース材と、
Ｙ型ゼオライト、モルデナイト、β型ゼオライトのうち、少なくとも一種類を含む添加材と、
を混合してなるものである。
このように構成することにより、排ガスに含まれる炭化水素および窒素酸化物を同時に効率良く吸着することが可能である。
特に、エンジンの始動時等、触媒コンバータの温度が十分に上昇していない段階における炭化水素および窒素酸化物の外部への放出を防止することが可能であり、排ガスのクリーン化に寄与する。
また、炭化水素を吸着するための吸着材と窒素酸化物を吸着するための吸着材とを別体とする必要が無く、排ガス用吸着材の小型化にも寄与する。
【００４４】
また、実施例１乃至実施例４は、
添加材の混合比率を１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下とするものである。
このように構成することにより、窒素酸化物の吸着能を十分に確保しつつ、炭化水素の吸着能を向上することが可能である。
特に、リーンバーン制御を行うエンジンから排出される排ガスのクリーン化に寄与する。
【００４５】
また、実施例１乃至実施例４は、
前記Ｆｅ−ＺＳＭ５は、
Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が２８のＺＳＭ５をＦｅイオン交換してなるものである。
このように構成することにより、Ｆｅ−ＺＳＭ５に含まれるＦｅが多くなり、炭化水素および窒素酸化物の吸着能がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る排ガス用吸着材の実施例を用いた吸着実験の結果を示す図。
【図１】
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