(57)【要約】【課題】非貴金属遷移元素を排ガス浄化触媒の成分としながらも、非貴金属遷移元素を含む蒸散成分の大気中への放出を防止することができる排ガス浄化装置を提供すること。【解決手段】内燃機関６から排出される排ガスＧが通過する排ガス流路６２を形成する排気管６１内に配置される排ガス浄化装置１である。非貴金属遷移元素を含有する触媒成分をハニカム構造体に担持してなる触媒担持体２、３と、その触媒成分から蒸散した非貴金属遷移元素を含む蒸散成分を吸着する多孔質体４とを有する。排気管６１において、多孔質体４は触媒担持体２、３よりも排ガス流路６２の下流側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスが通過する排ガス流路を形成する排気管内に配置される排ガス浄化装置であって、
非貴金属遷移元素を含有する触媒成分をハニカム構造体に担持してなる触媒担持体と、該触媒担持体の上記触媒成分から蒸散した上記非貴金属遷移元素を含む蒸散成分を吸着する多孔質体とを有し、
上記排気管において、上記多孔質体は上記触媒担持体よりも排ガス流路の下流側に配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置において、上記多孔質体は、ゼオライト、メソポーラスシリカ、及びシリカゲルから選ばれる少なくとも１種の吸着剤をハニカム構造体に担持してなることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の排ガス浄化装置において、上記吸着剤は、Ａ型ゼオライト、Ｌ型ゼオライト、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、ＭＦＩ、モルデナイト、フェリエライト、及びソーダライトから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置において、上記触媒成分は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭｎから選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非貴金属遷移元素を含有する触媒成分をハニカム構造体に担持してなる触媒担持体を備えた排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関から排出される排ガス中には、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分が含まれている。これらの有害成分を浄化するために、ハニカム構造体に担持した排ガス浄化触媒が用いられている。排ガス浄化触媒としては、例えば貴金属である白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の三元触媒が広く知られている。
【０００３】
排ガス浄化触媒を用いた排ガス浄化装置の一例を図４に示す。
同図に示すごとく、排ガス浄化装置７は、内燃機関７０から排出される排ガスＧが通過する排ガス流路７２を形成する排気管７１内に、排ガス浄化触媒をハニカム構造体に担持した触媒担持体８１、８２を配置することにより構築される。かかる排ガス浄化装置７においては、内燃機関７０から排出される排ガスＧは、排気管７１内において触媒担持体８１、８２を通ってマフラー７８を介してテールパイプ７９から大気中へ放出される。このとき、触媒担持体８１、８２に担持された貴金属などの排ガス浄化触媒により、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等が浄化されるため、クリーンな排ガスが大気中へ放出される。
【０００４】
ところで、排ガス浄化触媒として用いられる貴金属は、コストが高く、また、資源枯渇の観点から安定供給にも懸念がある。そこで、近年、例えばＣｕ等の非貴金属遷移元素を用いた排ガス浄化触媒が開発されている。
【０００５】
また、排ガス中には、難分解性ハロゲン化合物（ＰＣＢ）等の有害成分も含まれているが、ＰＣＢ等を分解する方法も開発されている（特許文献１参照）。
このように、自動車業界においては、排ガス中に含まれる有害成分は、大気中に放出する前に、分解等により無害な成分に浄化して放出されることが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０５３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、触媒担持体８１、８２に担持する排ガス浄化触媒として、例えばＣｕ等の非貴金属遷移元素を含有するものを用いると、触媒担持体８１、８２からＣｕやＣｕＯ等の遷移金属やその酸化物が蒸散成分となって排ガスＧ中に蒸散するおそれがある（図４参照）。そして、蒸散成分を含んだ排ガスＧは、マフラー７８を介してテールパイプ７９からそのまま大気中へ放出されるおそれがある。
【０００８】
遷移金属やその酸化物には有害なものがあるため、これらを含む蒸散成分についても、その放出を防止する必要がある。非貴金属遷移元素を含有する排ガス浄化触媒の実用化のためにも蒸散成分の放出防止策が要求されている。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、非貴金属遷移元素を排ガス浄化触媒の成分としながらも、非貴金属遷移元素を含む蒸散成分の大気中への放出を防止することができる排ガス浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内燃機関から排出される排ガスが通過する排ガス流路を形成する排気管内に配置される排ガス浄化装置であって、
非貴金属遷移元素を含有する触媒成分をハニカム構造体に担持してなる触媒担持体と、該触媒担持体の上記触媒成分から蒸散した上記非金属遷移元素を含む蒸散成分を吸着する多孔質体とを有し、
上記排気管において、上記多孔質体は上記触媒担持体よりも排ガス流路の下流側に配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の排ガス浄化装置は、非貴金属遷移元素を含有する触媒成分をハニカム構造体に担持してなる触媒担持体を備える。
そのため、上記触媒担持体において、上記触媒成分によって排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯx等を浄化することができる。
【００１２】
非貴金属遷移元素を含有する上記触媒成分が担持された上記触媒担持体においては、上記触媒成分から非貴金属遷移元素を含む蒸散成分が蒸散し易い。そのため、上記触媒担持体を通過した排ガスには、非遷移金属元素を含む蒸散成分が含まれる。
本発明の排ガス浄化装置においては、上記蒸散成分を吸着する上記多孔質体が上記触媒担持体よりも排ガス流路の下流側に配置されているため、上記蒸散成分が蒸散しても、上記多孔質体によって上記蒸散成分を吸着することができる。それ故、上記排ガス浄化装置においては、非貴金属遷移元素を含む蒸散成分が大気中へ放出してしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１にかかる、排ガス浄化装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例１にかかる、触媒担持体の全体を示す説明図（ａ）、触媒担持体の径方向の断面を部分的に拡大した様子を示す説明図（ｂ）。
【図３】実施例１にかかる、多孔質体の全体を示す説明図（ａ）、多孔質体の径方向の断面を部分的に拡大した様子を示す説明図（ｂ）。
【図４】従来の排ガス浄化装置の構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。
上記排ガス浄化装置は、上記触媒担持体と上記多孔質体とを含有する。
上記触媒担持体は、非貴金属遷移元素を含有する触媒成分をハニカム構造体に担持してなる。
上記触媒成分は、非貴金属遷移元素を含有する排ガス浄化用の触媒であって、遷移金属、遷移金属の合金、遷移金属元素を含む酸化物であってもよい。上記触媒成分としては、排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯx等を酸化して浄化できる酸化触媒を用いることができる。
【００１５】
非貴金属遷移元素としては、例えばＣｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、及びＣｒ等から選ばれる１種以上がある。
【００１６】
好ましくは、上記触媒成分は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＭｎから選ばれる少なくとも１種を含有することがよい（請求項４）。
この場合には、上記触媒担持体が優れた排ガス浄化性能を示すことができると共に、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、又はＭｎを含有する蒸散成分を上記多孔質体にて吸着することができる。また、融点の低いＣｕを含有する触媒成分からは、Ｃｕ及び／又はＣｕＯの蒸散が特に起こりやすい。そのため、Ｃｕを含有する触媒成分を用いた場合には、上記排ガス流路の下流側に上記多孔質体を配置する上述の意義がより一層顕著になる。
上記遷移金属元素を含有する触媒成分としては、遷移金属、遷移金属の合金、遷移金属の酸化物、遷移金属酸化物の固溶体、遷移金属と他の金属との複合酸化物等がある。
【００１７】
ハニカム構造体としては、例えばコージェライトセラミックス等からなり、多角形格子状に配された多孔質のセル壁と、該セル壁に囲まれた多角形状の多数のセルを有するものを用いることができる。
【００１８】
上記多孔質体は、触媒担持体の上記触媒成分から蒸散した上記遷移金属元素を含む蒸散成分を吸着する。上記多孔質体としては、蒸散成分を吸着する多孔質体を用いることができる。
【００１９】
また、上記多孔質体は、ゼオライト、メソポーラスシリカ、及びシリカゲルから選ばれる少なくとも１種の吸着剤をハニカム構造体に担持してなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記多孔質体における上記蒸散成分の吸着性を向上させることができる。また、圧損の増大を防止することができる。
ハニカム構造体としては、上述の触媒担持体と同様に、例えばコージェライトセラミックス等からなり、多角形格子状に配された多孔質のセル壁と、該セル壁に囲まれた多角形状の多数のセルを有するものを用いることができる。
【００２０】
ゼオライトとしては、例えば細孔径２〜１５Åのものを採用することができる。また、メソポーラスシリカとしては、例えば細孔径１０〜１５０Åのものを採用することができる。
これらの細孔径がそれぞれ上述の下限を下回る場合には、細孔容積が小さくなり過ぎて吸着量が少なくなるおそれがある。また、上述の上限を超える場合には、上記蒸散成分に対する吸着性能を十分に向上させることが困難になるおそれがある。
【００２１】
また、上記吸着剤は、Ａ型ゼオライト、Ｌ型ゼオライト、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、ＭＦＩ、モルデナイト、フェリエライト、及びソーダライトから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記多孔質体における上記蒸散成分の吸着性をより一層向上させることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
次に、本発明の排ガス浄化装置の実施例につき、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の排ガス浄化装置１は、内燃機関６から排出される排ガスＧが通過する排ガス流路６２を形成する排気管６１内に配置される。
排ガス浄化装置１は、非貴金属遷移元素を含有する触媒成分をハニカム構造体に担持してなる触媒担持体２、３と、該触媒担持体２、３の触媒成分から蒸散した非貴金属遷移元素を含む蒸散成分を吸着する多孔質体４とを有する。排気管６１において、多孔質体４は触媒担持体２、３よりも排ガス流路６２の下流側に配置されている。
【００２３】
以下、本例の排ガス浄化装置１について詳細に説明する。
図１に示すごとく、本例の排ガス浄化装置１においては、排気管６１内に触媒担持体２、３を２つ備えている。これら二つの触媒担持体をそれぞれ第１触媒担持体２、及び第２触媒担持体３とすると、第１触媒担持体２は、第２触媒担持体３よりも排気管内の上流側、即ち内燃機関６に近い側に配置されている。
【００２４】
図１、図２（ａ）及び（ｂ）に示すごとく、第１触媒担持体２及び第２触媒担持体３は、いずれもコージェライトセラミックスからなる円筒形状（直径φ１０３ｍｍ×長さＬ１０５ｍｍ）のハニカム構造体２０、３０に、触媒成分２５、３５としての酸化銅を担持してなる。本例において、触媒成分２５、３５は、アルミナからなるバインダーと共にハニカム構造体２０、３０に担持されている。
【００２５】
また、ハニカム構造体２０、３０は、六角形格子状に配された多孔質のセル壁２１、３１と、このセル壁２１、３１に囲まれた六角形状の多数のセル２２、３２を有する。ハニカム構造体２０、３０は、いずれも１平方インチあたりに６００個のセル２２、３２を有し、セル壁２１、３１の厚みは３．５ｍｉｌ（ｍｉｌは１／１０００インチ）である。第１触媒担持体２及び第２触媒担持体３において、触媒成分２５、３５は、ハニカム構造体２０、３０の少なくともセル壁２１、３１に担持されている。
【００２６】
また、図３に示すごとく、多孔質体４は、コージェライトセラミックスからなる円筒形状（直径φ１０３ｍｍ×長さＬ１０５ｍｍ）のハニカム構造体４０に、吸着剤４５としてのゼオライト（β型ゼオライト）を担持してなる。本例において、吸着剤４５は、シリカからなるバインダーと共にハニカム構造体４０に担持されている。
【００２７】
ハニカム構造体４０は、上記触媒担持２、３のハニカム構造体２０、３０と同形状のものであり、六角形格子状に配された多孔質のセル壁４１と、このセル壁４１に囲まれた六角形状の多数のセル４２を有する。ハニカム構造体４０は、一平方インチあたりに４００個のセル４２を有し、セル壁４１の厚みは４ｍｉｌ（ｍｉｌは１／１０００インチ）である。多孔質体４において、吸着剤４５は、ハニカム構造体４０の少なくともセル壁４１に担持されている。
【００２８】
また、図１に示すごとく、本例の排ガス浄化装置１においては、多孔質体４による非貴金属遷移元素（Ｃｕ）を含む蒸散成分の吸着性能を評価するために、排ガス流路６２における多孔質体４の下流側に、さらに破過検知用の非貴金属遷移元素トラップ５を設けてある。
【００２９】
非貴金属遷移元素トラップ５は、図３に示すごとく、寸法を除いて多孔質体４と同様の構成を有している。即ち、非貴金属遷移元素トラップ５は、コージェライトセラミックスからなる円筒形状（直径φ１０３ｍｍ×長さＬ５０ｍｍ）のハニカム構造体５０に、多孔質体４と同様の吸着剤５５を担持してなる。非貴金属遷移元素トラップ５におけるハニカム構造体５０は、上述の多孔質体４のハニカム構造体４０と同様に、六角形格子状に配された多孔質のセル壁５１と、このセル壁５１に囲まれた六角形状の多数のセル５２を有する。ハニカム構造体５０は、一平方インチあたりに４００個のセル５２を有し、セル壁５１の厚みは４ｍｉｌ（ｍｉｌは１／１０００インチ）である。非貴金属遷移元素トラップ５において、吸着剤５５は、ハニカム構造体５０の少なくともセル壁５１に担持されている。
【００３０】
図１に示すごとく、排ガス浄化装置１においては、第１触媒担持体２、第２触媒担持体３、多孔質体４、及び破過検知用の非貴金属遷移元素トラップ５は、それぞれこの順序で排ガス流路６２における上流側から下流側に配置されている。したがって、内燃機関６から排出される排ガスＧは、第１触媒担持体２、第２触媒担持体３、多孔質体４、及び破過検知用の非貴金属遷移元素トラップ５を、それぞれこの順序で通過し、マフラー６８を通ってテールパイプ６９から排出される。
【００３１】
次に、本例の排ガス浄化装置１の製造方法について説明する。
まず、第１触媒担持体２及び第２触媒担持体３をそれぞれ次のようにして作製する（図２参照）。
第１触媒担持体２の作製にあたっては、触媒成分２１である酸化銅を水に分散させ、さらにバインダーとしてのアルミナゾルを添加して分散させる。これにより、触媒スラリーを得る。次いで、触媒スラリー中に、ハニカム構造体（直径φ１０３ｍｍ×長さＬ１０５ｍｍ、セル壁の厚み：３．５ｍｉｌ、セル数：６００個／平方インチ）２０を浸漬し、引き上げる。そして、ハニカム構造体２０に塗布された触媒スラリーを乾燥させ、加熱する。これにより、第１触媒担持体２を得る。なお、本例においては、触媒成分として、酸化銅を用いたが、排ガス浄化能、即ちＨＣ、ＣＯ、及びＮＯxに対する浄化能が確認された非貴金属遷移元素を含有する触媒であれば、適用可能である。
また、本例の第２触媒担持体３の作製にあたっては、上述の第１触媒担持体２と同様の操作を行って第２触媒担持体３を構築することができる。
【００３２】
次に、多孔質体４及び非貴金属遷移元素トラップ５をそれぞれ次のようにして作製する（図３参照）。
多孔質体４の作製にあたっては、まず、吸着剤４５としてのゼオライト（東ソー（株）製のBeta型ゼオライトHSZ-980HOA、細孔径約９Å）２００ｇを秤量し、純水１０００ｍｌに添加して３０分間撹拌する。次いで、φ２０ｍｍのジルコニアボールとジルコニア製のポットミルを用いて３時間ミリングし、ゼオライトスラリーを得る。このゼオライトスラリーに、バインダー（日産化学工業（株）製のスノーテックスＯ、粒径１０〜２０ｎｍ、固形比２０％）１００ｇを添加し、１時間撹拌する。次いで、スラリー中に、ハニカム構造体（直径φ１０３ｍｍ×長さＬ１０５ｍｍ、セル壁の厚み：４ｍｉｌ、セル数：４００個／平方インチ）４０を浸漬し、引き上げる。これにより、ハニカム構造体４０に、吸着剤とバインダーとを１１０ｇ（うちバインダーが１０ｇ）担持させる。そして、ハニカム構造体４０に塗布されたスラリーを乾燥させ、温度６００℃で２時間大気雰囲気にて焼成する。これにより、多孔質体４を得る。
【００３３】
また、本例の非貴金属遷移元素トラップ５の作製にあたっては、ハニカム構造体として、直径φ１０３ｍｍ×長さＬ５０ｍｍのものを用いる点を除いては、上述の多孔質体４と同様の操作を行って非貴金属遷移元素トラップ５を構築することができる。
【００３４】
次に、図１に示すごとく、内燃機関６の排ガス管６１内に、排ガス流路６２の上流側から順に、第１触媒担持体２、第２触媒担持体３、多孔質体４、及び破過検知用の非貴金属遷移元素トラップ５をそれぞれ配置する。これにより、本例の排ガス浄化装置１を構築することができる。
【００３５】
次に、本例の排ガス浄化装置の作用効果について説明する。
図１及び図２に示すごとく、本例の排ガス浄化装置１は、非貴金属遷移元素を含有する触媒成分２５、３５をハニカム構造体２０、３０に担持してなる触媒担持体２、３を備える。そのため、触媒担持体２、３において、触媒成分２５、３５によって排ガスＧ中に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯx等を浄化することができる。
【００３６】
非貴金属遷移元素を含有する触媒成分２５、３５が担持された触媒担持体２、３においては、触媒成分２５、３５から非貴金属遷移元素を含む蒸散成分が蒸散し易い。そのため、触媒担持体２、３を通過した排ガスＧには、非遷移金属元素を含む蒸散成分が含まれる。
【００３７】
本例の排ガス浄化装置１においては、蒸散成分を吸着する多孔質体４が触媒担持体２、３よりも排ガス流路６２の下流側に配置されている。そのため、排ガスＧ中に蒸散成分が蒸散しても、多孔質体４によって蒸散成分を吸着することができる。それ故、本例の排ガス浄化装置１においては、非貴金属遷移元素を含む蒸散成分が大気中へ放出してしまうことを防止することができる。
【００３８】
実際に、本例の排ガス浄化装置１においては、多孔質体４及びそのさらに下流に配置した非貴金属遷移元素トラップ５について、ＩＣＰ分析により蒸散成分の検出を行った。
具体的には、まず、図１に示す本例の排ガス浄化装置１について、実車１５万マイル相当の耐久試験を実施した。次いで、多孔質体４及び非貴金属遷移元素トラップ５を取り出して、これらをそれぞれ粉砕した。各粉砕物をそれぞれ容量５Ｌのアルミナ製ポットミルに入れ密閉し、６０ｒｐｍで１時間撹拌した。次いで、各粉砕物をポットミルから取り出し、０．０５ｇずつ秤量した。そして、秤量分を酸に溶解させ、純水５０ｍｌに希釈した。その後、（株）島津製作所製のＩＣＰ分析装置（ＩＣＰＳ−７５１０）を用いてＩＣＰ分析を行った。
その結果、多孔質体４の粉砕物からはＣｕが検出され、多孔質体４には約３ｇのＣｕが吸着していた。一方、非貴金属遷移元素トラップ５の粉砕物からはＣｕは検出されなかった。
【００３９】
したがって、本例の排ガス浄化装置１においては、非貴金属遷移元素（Ｃｕ）を触媒成分としながらも、非貴金属遷移元素を含む蒸散成分の大気中への放出を防止できることがわかる。本例においては、非貴金属遷移元素として、特に融点が低く、蒸散が起こりやすいＣｕを含む触媒成分を用いているが、この場合にも多孔質体４によりＣｕを含む蒸散成分を十分に吸着できることがわかる。
【００４０】
（実施例２）
次に、本例においては、第１触媒担持体及び第２触媒担持体に担持させる触媒成分として、実施例１の酸化銅に代えて、それぞれ酸化コバルト、酸化ニッケル、及び酸化マンガンを用いて、第１触媒担持体及び第２触媒担持体を構築し、これらの触媒担持体を用いて排ガス浄化装置をそれぞれ構築した。これらの排ガス浄化装置については、触媒成分を変更した点を除いては、実施例１の排ガス浄化装置と同様にして作製することができる。
【００４１】
本例の排ガス浄化装置についても、実施例１と同様に、ＩＣＰ分析により、多孔質体及び非貴金属遷移元素トラップに吸着する蒸散成分の検出を行った。
その結果、酸化コバルトを担持した触媒担持体を用いた触媒浄化装置においては、多孔質体から約０．３ｇのＣｏが検出されたが、非貴金属遷移元素トラップからはＣｏは検出されなかった。
また、酸化ニッケルを担持した触媒担持体を用いた触媒浄化装置においては、多孔質体から約０．２ｇのＮｉが検出されたが、非貴金属遷移元素トラップからはＮｉは検出されなかった。
また、酸化マンガンを担持した触媒担持体を用いた触媒浄化装置においては、多孔質体から約０．９ｇのＭｎが検出されたが、非貴金属遷移元素トラップからはＭｎは検出されなかった。
【００４２】
このように、排ガス中に蒸散するおそれのある様々な非貴金属遷移元素を触媒成分として用いても、本例のように下流側に多孔質体を配置することにより、非貴金属遷移元素を含む蒸散成分を吸着し、蒸散成分の大気中への放出を防止できることがわかる。
【符号の説明】
【００４３】
１  排ガス浄化装置
２  触媒担持体（第１触媒担持体）
３  触媒担持体（第２触媒担持体）
４  多孔質体
５  非貴金属遷移元素トラップ
６  内燃機関
６１  排気管
６２  排ガス流路
【図１】
2012180787.tif 000003
【図２】
2012180787.tif 000004
【図３】
2012180787.tif 000005
【図４】
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