(57)【要約】【課題】  従来の三元触媒を用いたものと同等の浄化作用を具備し、かつ低コストで得られる、内燃機関排気浄化触媒と、それを用いた内燃機関排気浄化装置を提供する。【解決手段】  有機物繊維からなる布を、アパタイト前駆体溶液である、塩化カルシウム水溶液とリン酸水溶液に交互に浸漬することによって表面にアパタイト層を形成し、これに熱処理を施すことにより、多孔質のアパタイト複合体を得る。これは内燃機関排気浄化触媒として機能するので、排気マニホールドやマフラーに配置して、内燃機関排気浄化装置として用いることができる。また、この内燃機関排気浄化触媒は、白金、パラジウム、ロジウムのような貴金属を用いないので、低コストで製作可能で、しかも従来よりも触媒の寿命を延ばすことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化カルシウム水溶液とリン酸水溶液に交互に浸漬することによって表面にアパタイト層が形成されてなる有機物繊維の布を、熱処理することにより得られるアパタイト複合体を有することを特徴とする、内燃機関排気浄化触媒。
【請求項２】
前記有機物繊維は、絹であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関排気浄化触媒。
【請求項３】
前記アパタイト層の厚さは、１５〜２５μｍであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内燃機関排気浄化触媒。
【請求項４】
前記アパタイト複合体は、セラミック製の触媒担体に担持されてなることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関排気浄化触媒。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃機関排気浄化触媒を具備してなることを特徴とする、内燃機関排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、窒素酸化物などを含む内燃機関の排気を無害化する、排気浄化触媒と、それを用いた排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ガソリンなどを燃料とする内燃機関の排気には、主な有害物質として炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物が含まれる。これらは白金、パラジウム、ロジウムを含む、所謂三元触媒によって、炭化水素は水と二酸化炭素に、一酸化炭素は二酸化炭素に、窒素酸化物は窒素に、それぞれ酸化もしくは還元されて大気中に放出される。【０００３】  この触媒は、担体、つまりアルミナ、セリアなどのセラミックからなり、比表面積の大きな多孔質材、ハニカム構造体などに担持された状態で、排気マニホールド、マフラーなどの排気の排出経路を構成する部材に組み込まれて用いられる。【０００４】  そして、三元触媒が十分に機能するには、温度管理の他、内燃機関の運転状態を適切に維持するために制御される、燃料と空気の混合比の変化にも対応させる必要がある。つまり、空気の混合比を大きくすると、排気中の酸素濃度が高くなって、三元触媒が機能しなくなったり、その際に窒素酸化物を還元するために必要な、還元剤としての炭化水素が不足したりすることがあり、対処を必要となる。【０００５】  このような技術の一例として、特許文献１には、エンジンの運転情報検出手段と、触媒情報検出手段と、これらの情報を記憶する情報蓄積手段を用いて、還元剤の添加量を制御し得る排気浄化装置が開示されている。【０００６】  この他にも、前記三元触媒を最適状態で使用する技術が、内燃機関の高性能化技術と併せて、開発実用化され、排気の浄化に寄与している。しかしながら、この触媒においては、前記のように、白金、パラジウム、ロジウムという貴金属を必須成分とするため、資源の保全やコストの面で、なお検討の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特開平１０−３１１２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  従って、本発明の課題は、従来の三元触媒を用いたものと同等の浄化作用を具備し、かつ低コストで得られる、内燃機関排気浄化触媒と、それを用いた内燃機関排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  近年、リン酸塩鉱物の一種であるアパタイトの触媒作用が注目されているが、本発明は、その触媒活性を十分に発現し得る生成方法を検討した結果、なされたものである。【００１０】  即ち、本発明は、塩化カルシウム水溶液とリン酸水溶液に交互に浸漬することによって表面にアパタイト層が形成されてなる有機物繊維の布を、熱処理することにより得られるアパタイト複合体を有することを特徴とする、内燃機関排気浄化触媒である。【００１１】  また、本発明は、前記有機物繊維が、絹であることを特徴とする、前記の内燃機関排気浄化触媒である。【００１２】  また、本発明は、前記アパタイト層の厚さが、１５〜２５μｍであることを特徴とする、前記の内燃機関排気浄化触媒である。【００１３】  また、本発明は、前記アパタイト複合体が、セラミック製の触媒担体に担持されてなることを特徴とする、前記の内燃機関排気浄化触媒である。【００１４】  また、本発明は、前記の内燃機関排気浄化触媒を具備してなることを特徴とする内燃機関排気浄化装置である。
【発明の効果】
【００１５】  本発明の内燃機関排気浄化触媒は、有機物繊維にアパタイトの前駆体の層を形成して、有機物繊維が燃焼しない条件で、熱処理を施して得られるので、全体が多孔質で、触媒としての活性が極めて高いものである。有機物繊維としては種々検討した結果、絹が好ましい特性を与えることが判明したが、これは、絹がフィブリル及びマイクロフィブリルという階層構造を持ち、太さが一様で１本の繊維が極めて長いという構造的な特徴と、タンパク質からなるという化学的な特徴を有し、本発明の内燃機関排気浄化触媒を得るのに適していたためと解される。【００１６】  また、本発明者の検討結果によれば、布表面に形成するアパタイト層の厚みは、１５〜２５μｍ程度が最適であり、その理由は、これ以上の厚みであると、熱処理後の空隙率が不十分となり、これ以下の厚みであると、十分な量のアパタイト層が形成できなかったことによるものである。【００１７】  そして、有機物繊維が炭化した状態で、形状を維持することが、多孔質の内燃機関排気浄化触媒を得るための要件であり、内部まで均一な炭化状態とするには、燃焼が起こらない程度の低温で、なるべく長時間処理を施す必要があり、本発明者の検討結果によれば、１２０〜１８０℃で２〜３時間保持するのが、好ましい熱処理条件であった。ただし、これ以外の条件であっても、本発明の内燃機関排気浄化触媒が得られることは勿論である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  次に具体的な例を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】  まず、ｐＨを７．４に調整したトリス塩酸緩衝液に、２００ｍＭ／Ｌの濃度で塩化カルシウムを溶解したカルシウム溶液と、１２０ｍＭ／Ｌの濃度に調整したリン酸水溶液を、アパタイトを生成するための前駆体溶液として調製した。
【００２０】  これら２種類の溶液を３７℃に保温した状態で、絹を平織りにした布を、カルシウム溶液に１時間浸漬して乾燥し、リン酸水溶液に同じく１時間浸漬して乾燥するという操作、つまり、交互浸漬を繰り返したところ、２１回目の交互浸漬で、アパタイト層の厚みが約２０μｍに到達した。なお、この場合の溶液濃度は、ここ示した数値に対して２０％程度増減しても、問題なくアパタイト層が形成できることが確認できた。
【００２１】  次に、繊維の表面にアパタイト層が形成された絹布を加熱炉に装入し、温度を１５０℃に保持して、２時間熱処理を施すことにより、複合アパタイトを得た。これをこのまま内燃機関排気触媒として用いることも可能であるが、機械的な強度が必ずしも十分ではないので、従来の三元触媒と同様に、アルミナやケイ酸リチウムなどのセラミックからなる、多孔質体やハニカム構造体に担持させて、内燃機関排気浄化触媒として用いることができる。
【００２２】  実際に本発明の内燃機関排気浄化触媒を用いる場合は、排気が排出される経路の下流側に、４５０〜７００℃の温度領域で二酸化炭素を吸収する機能を示す、リチウムジルコネートを配置すると、一層効果的な浄化が行え、二酸化炭素削減の面で、環境への負荷低減にも寄与する。また、これを配置する箇所は、従来と同様に、排気マニホールド、マフラーなどであり、ディーゼルエンジンなどにあっては、バグフィルターが設置されている箇所にも配置することができ、内燃機関排気浄化装置を構成することができる。
【００２３】  この内燃機関排気浄化装置をガソリンエンジンに取り付けて、排気に含まれる、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の濃度を測定した結果、従来の三元触媒を用いた場合と同等の結果が得られ、ディーゼルエンジンにおいても、従来の浄化装置と同等の結果が得られた。また、加速試験によれば、本発明の内燃機関排気浄化触媒の寿命は、従来の三元触媒の、約１．５倍になると推定される結果が得られた。
【００２４】  以上に説明したように、本発明によれば、従来よりも低コストで、同等の機能を有する内燃機関排気浄化触媒と、それを用いた内燃機関排気浄化装置が得られ、自動車などの環境への負荷を低減することができ、工業上有益である。なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。