JP3463378B2

JP3463378B2 - 排ガス浄化触媒及びその製造方法，及び排ガス浄化触媒を用いた排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP3463378B2
Application number: JP27639294A
Authority: JP
Inventors: 達郎宮▲ざき▼; 雅昭有田; 信行徳渕; 雅博井上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: JPH08131831A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関等の燃
焼機関から排出される産業排ガス中に含有される炭化水
素や可燃性炭素微粒子等の微粒子状物質を除去する排ガ
ス浄化触媒及びその製造方法，及び排ガス浄化触媒を用
いた排ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼル機関等の燃焼機関から
排出される産業排ガス中の微粒子状物質（固体状炭素微
粒子や、液体状あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒
子等）は、その粒径が殆ど１ミクロン以下と微小で、大
気中に浮遊し易いため、呼吸により人体内に取り込まれ
易く、しかも発癌性物質を含んでいることから、その排
出量等が規制されており、排出の規制は今後更に強化さ
れる。従来これらの微粒子状物質の除去方法として、
片端閉じ型のセラミックハニカム，セラミック多孔体
（又はセラミックフォーム），金属多孔体（又は金属発
泡体）等の耐熱性の３次元構造体（又は排ガス浄化フィ
ルター）を用いて産業排ガス中の微粒子状物質を捕集
し、圧損が上昇すれば、電気ヒーター等で３次元構造体
内に堆積した微粒子状物質を燃焼させ３次元構造体を再
生する方法や、耐熱性の３次元構造体に触媒物質を担
持させ微粒子状物質を捕集すると同時に触媒作用により
燃焼反応を行わせ、３次元構造体を再生し、前者の方法
の燃焼再生の頻度を小さくしたり、更に触媒物質に高活
性触媒を用いることによりヒーター等を要せず排ガス温
度で燃焼再生を行う方法等が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、以下のような問題点を有していた。すなわ
ち、ａ，前者（）の方法では、ディーゼル機関等から排出
された産業排ガスの温度（以下排ガス温度と称す）が、
微粒子状物質の着火温度（又は燃焼温度）に比べて格段
に低く、また燃焼に必要となる産業排ガス中の酸素濃度
が低いため、３次元構造体の再生のために多量のエネル
ギーが必要となり、経済性に欠けるという問題点を有し
ていた。特に、アイドリング時のようにディーゼル機関
等が十分暖気されていない場合、３次元構造体を再生す
るには、より多量のエネルギーが必要となり、かつ、急
激な温度変化によって３次元構造体にサーマルストレス
を生じ、この結果、破損等が生じ、経済性や信頼性に欠
けるという問題点を有していた。また微粒子状物質の除
去効率を上げれば３次元構造体の圧損が大きくなり、そ
のため、再生頻度が大きくなり、ランニングコストが増
大し、経済性に欠けるという問題点を有していた。

【０００４】ｂ，後者（）の方法では、ディーゼル機
関等から排出された産業排ガス中に、ガソリンエンジン
等に比べ、多量のＳＯ₂が含有されているため、このＳ
Ｏ₂により排ガス浄化触媒が劣化してしまい、またＳＯ₂
が酸化して生じたサルフェートによりやはり排ガス浄化
触媒が劣化してしまい、排ガス浄化触媒の触媒作用が低
下し、この結果、産業排ガス中の微粒子状物質の捕捉や
燃焼等が困難となり、信頼性に欠けるという問題点を有
していた。また、微粒子状物質の着火時、３次元構造体
が局所的に高温となり、この結果、排ガス浄化触媒に熱
劣化が起こり、排ガス浄化触媒の触媒作用が低下し、や
はり産業排ガス中の微粒子状物質の捕捉や燃焼等が困難
となり、信頼性に欠けるという問題点を有していた。

【０００５】ｃ，ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆｔｈｅＪ
ａｐａｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
１９７４１６９９−１０５（ブリティンオブ
ザジャパンペトロリウムインスティテュート１９
７４年第１６巻第９９〜第１０５頁）Ｓｏｃｉｅ
ｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｊｉｎｅｅｒ
ｒｓＰａｐｅｒ８３００８２１９８３（ソサイア
ティオブオートモーティブエンジニィアペーパ
ー第８３００８２号１９８３年）等にはアルカリ金
属が炭化水素や煤との接触分解や酸化反応に大して高い
活性を示すことが報告されているものの、ＳＯ₂に対す
る耐久性や耐熱性等に劣り、信頼性に欠けるという問題
点を有していた。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、微粒子状物質との接触分解や酸化反応等に高い活性
を有し、かつ産業排ガス中に含有されるＳＯ₂やこのＳ
Ｏ₂の酸化生成物であるサルフェート等に対する耐久性
や、微粒子状物質の着火時等の高温化時にも耐熱性を有
し、経済性や信頼性，量産性に優れた排ガス浄化触媒及
びその製造方法を提供すること、及び、ディーゼル機関
等の通常の走行時にディーゼル機関等から発生される産
業排ガスの温度範囲で微粒子状物質を燃焼除去でき、特
にアイドリング時のように排ガス温度が低い温度条件下
でも産業排ガス中の微粒子状物質を確実に捕捉し、負荷
運転時の排ガス温度の上昇とともに３次元構造体内に捕
捉された微粒子状物質を燃焼除去でき、経済性や信頼
性，量産性に優れた排ガス浄化触媒を用いた排ガス浄化
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、以下の構成を有している。すなわち、請求
項１に記載の排ガス浄化触媒は、３次元構造体上に又は
３次元構造体上にコートされた無機質コート層上に担持
される排ガス浄化触媒であって、排ガス浄化触媒が、リ
チウム（Ｌｉ）と、白金（Ｐｔ）と、アルミニウム（Ａ
ｌ）と、セリウム（Ｃｅ）と、マグネシウム（Ｍｇ）
と、を有していることを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の排ガス浄化触媒は、請求
項１において、３次元構造体が、金属多孔体，セラミッ
クハニカム又はセラミック多孔体等の内いずれか１から
なることを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の排ガス浄化触媒の製造方
法は、３次元構造体上に又は前記３次元構造体上にコー
トされた無機質コート層上に担持される排ガス浄化触媒
の製造方法であって、３次元構造体上に又は３次元構造
体上にコートされた無機質コート層上に、リチウム（Ｌ
ｉ）と、アルミニウム（Ａｌ）と、セリウム（Ｃｅ）
と、マグネシウム（Ｍｇ）と、を担持させる第１担持工
程と、次いで、白金（Ｐｔ）を担持させる第２担持工程
と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】請求項４に記載の排ガス浄化触媒を用いた
排ガス浄化装置は、請求項１乃至２の内いずれか１に記
載の排ガス浄化触媒を担持させた３次元構造体と、前記
３次元構造体を収納するケースと、前記ケースに形成さ
れた排ガス流入口と、前記ケースに形成された排ガス流
出口と、前記ケース内に配設された加熱部と、を備えた
ことを特徴とする。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】ここで、ＩＵＰＡＣとは、Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌＵｎｉｏｎｏｆＰｕｒｅａｎｄＡ
ｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ（インターナショナ
ルユニオンオブピュアアンドアプライドケミ
ストリー）をいう。

【００１７】３次元構造体（又は排ガス浄化フィルタ
ー）とは、ディーゼル機関等から排出される産業排ガス
を浄化するガスフィルター機能を有するもの、すなわ
ち、産業排ガス中に含有される微粒子状物質（固体状炭
素微粒子や、液体状あるいは固体状の高分子量炭化水素
微粒子等）を除去し、産業排ガスを浄化するものであ
る。３次元構造体としては、金属多孔体（又は金属発泡
体），片端閉じ型のセラミックハニカムやセラミック多
孔体（又はセラミックフォーム）が挙げられる。３次元
構造体の材料としては、コージェライト（２ＭｇＯ・５
ＳｉＯ₂・２Ａｌ₂Ｏ₃），ムライト（２Ａｌ₂Ｏ₃・３Ｓ
ｉＯ₂），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），シリカ（ＳｉＯ₂），
チタニア（ＴｉＯ₂），ジルコニア（ＺｒＯ₂），シリカ
−アルミナ，アルミナ−ジルコニア，アルミナ−チタニ
ア，シリカ−チタニア，シリカ−ジルコニア，チタニア
−ジルコニア等のセラミックス，ＳＵＳ−３０１Ｓ，イ
ンコネル（インコネルＸ，インコネルＷ等）等が挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。

【００１８】無機質コート層とは、３次元構造体上にコ
ートされる高比表面積の多孔質体である。無機質コート
層の材料としては、通常、排ガス浄化触媒担体の基盤材
料として用いられるアルミナ，シリカ，チタニア，ジル
コニア，シリカ−アルミナ，アルミナ−ジルコニア，ア
ルミナ−チタニア等のセラミックス等が好適に用いられ
るが、これらに限定されるものではない。３次元構造体
上へ無機質コート層を担持させる方法としては、ゾル−
ゲル法や、スラリー法等のウオッシュコート等が挙げら
れる。ゾル−ゲル法とは、無機質コート層を構成する金
属元素の有機塩（アルコキシド等）を含む溶液に酸（塩
酸，酢酸等）を加えて溶液のｐＨを調整した後、この溶
液に３次元構造体を含浸して無機質コート層を構成する
金属元素の有機塩を含む溶液をコーティングし、次いで
３次元構造体にコーティングされた溶液と水蒸気等とを
接触させ加水分解反応によりゾル化させ、更にゲル化を
行った後に焼成するものである。スラリー法とは、無機
質コート層の原料粉体を予め分散剤（ポリカルボン酸塩
等）を溶解した水溶液に投入し、この水溶液中の原料粉
体をボールミル等にて解粒・混合を行ってスラリーを調
整した後、このスラリーに３次元構造体を含浸してスラ
リーをコーティングした後に焼成するものである。

【００１９】排ガス浄化触媒の調整には前述した３次元
構造体や、表面に前述した無機質コート層を担持させた
３次元構造体を用いるものである。

【００２０】排ガス浄化触媒に含有される１Ａ族金属元
素（又はアルカリ金属）としては、リチウム（Ｌｉ），
ナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ），ルビジウム（Ｒ
ｂ），セシウム（Ｃｓ），フランシウム（Ｆｒ）が含ま
れる。白金族元素としては、ルテニウム（Ｒｕ），ロジ
ウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），オスミウム（Ｏ
ｓ），イリジウム（Ｉｒ），白金（Ｐｔ）が含まれる。
４Ａ族元素（又はチタン族）としては、チタン（Ｔ
ｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ）が含
まれる。３Ｂ族元素（又はホウ素族）としては、ホウ素
（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），イ
ンジウム（Ｉｎ），タリウム（Ｔｌ）が含まれる。４Ｂ
族元素（又は炭素族）としては、炭素（Ｃ），珪素（Ｓ
ｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），錫（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ）
が含まれる。１Ｂ族元素（又は銅族）としては、銅（Ｃ
ｕ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ）が含まれる。５Ａ族元素
（又はバナジウム族）としては、バナジウム（Ｖ），ニ
オブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ）が含まれる。６Ａ族元
素（又はクロム族）としては、クロム（Ｃｒ），モリブ
デン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）が含まれる。８族元
素とは、鉄族と白金族を含めたものを言い、鉄（Ｆ
ｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ルテニウ
ム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），
オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ），白金（Ｐ
ｔ）が含まれる。希土類元素としては、スカンジウム
（Ｓｃ），イットリウム（Ｙ），ランタン（Ｌａ），セ
リウム（Ｃｅ），プラセオジム（Ｐｒ），ネオジム（Ｎ
ｄ），プロメチウム（Ｐｍ），サマリウム（Ｓｍ），ユ
ウロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウ
ム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈ
ｏ），エルビウム（Ｅｒ），ツリウム（Ｔｍ），イッテ
ルビウム（Ｙｂ），ルテニウム（Ｌｕ）が含まれる。２
Ａ族元素（又はアルカリ土類金属）としては、ベリリウ
ム（Ｂｅ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃ
ａ），ストロンチウム（Ｓｒ），バリウム（Ｂａ），ラ
ジウム（Ｒａ）が含まれる。

【００２１】３次元構造体や表面に無機質コート層を担
持させた３次元構造体上へ排ガス浄化触媒を担持させる
方法としては、排ガス浄化触媒が、（ａ）１Ａ族金属元
素の内少なくとも１種の元素と、（ｂ）白金族元素の内
少なくとも１種の元素と、（ｃ）４Ａ族元素，３Ｂ族元
素又は４Ｂ族元素の内少なくとも１種の元素と、を有す
る場合、（ａ）１Ａ族金属元素の内少なくとも１種の元
素を有する化合物及び（ｃ）４Ａ族元素，３Ｂ族元素又
は４Ｂ族元素の内少なくとも１種の元素を有する化合物
を水溶液、或いは有機溶媒（アルコール等）等に懸濁さ
せ、これら水溶液や有機溶媒中に３次元構造体や表面に
無機質コート層を担持させた３次元構造体を含浸して担
持させるか、または、水溶性或いは有機溶媒可溶性の塩
を用いて調整した前述した元素を有する溶液に３次元構
造体や表面に無機質コート層を担持させた３次元構造体
を含浸して担持させた後、８００℃〜１，０００℃で焼
成し（第１担持工程）、次に、白金，ロジウム，パラジ
ウム等の白金族元素の内少なくとも１種の元素を含む化
合物を水溶液或いは有機溶媒（アルコール等）等に懸濁
させ、これら水溶液や有機溶媒中に３次元構造体や表面
に無機質コート層を担持させた３次元構造体を含浸して
担持させるか、または、水溶性或いは有機溶媒可溶性の
塩を用いて調整した前述した元素を有する溶液に３次元
構造体や表面に無機質コート層を担持させた３次元構造
体を含浸して担持させた後、４００℃〜６００℃で焼成
する（第２担持工程）方法等が挙げられる。

【００２２】また、排ガス浄化触媒が、（ａ）１Ａ族金
属元素の内少なくとも１種の元素と、（ｂ）白金族元素
の内少なくとも１種の元素と、（ｃ）４Ａ族元素，３Ｂ
族元素又は４Ｂ族元素の内少なくとも１種の元素と、
（ｄ）１Ｂ族元素，５Ａ族元素，６Ａ族元素，８族元素
又は希土類元素の内少なくとも１種の元素、及び／又
は、（ｅ）２Ａ族元素の内少なくとも１種の元素を含有
する場合は、（ａ）１Ａ族金属元素の内少なくとも１種
の元素を有する化合物，（ｃ）４Ａ族元素，３Ｂ族元素
又は４Ｂ族元素の内少なくとも１種の元素を有する化合
物，（ｄ）１Ｂ族元素，５Ａ族元素，６Ａ族元素，８族
元素又は希土類元素の内少なくとも１種の元素を有する
化合物、及び／又は、（ｅ）２Ａ族元素の内少なくとも
１種の元素を有する化合物を水溶液、或いは有機溶媒
（アルコール等）等に懸濁させ、これら水溶液や有機溶
媒中に３次元構造体や表面に無機質コート層を担持させ
た３次元構造体を含浸して担持させるか、または、水溶
性或いは有機溶媒可溶性の塩を用いて調整した前述した
元素を有する溶液に３次元構造体や表面に無機質コート
層を担持させた３次元構造体を含浸して担持させた後、
８００℃〜１，０００℃で焼成し（第１担持工程）、次
に、白金，ロジウム，パラジウム等の白金族元素の内少
なくとも１種の元素を含む化合物を水溶液或いは有機溶
媒（アルコール等）等に懸濁させ、これら水溶液や有機
溶媒中に３次元構造体や表面に無機質コート層を担持さ
せた３次元構造体を含浸して担持させるか、または、水
溶性或いは有機溶媒可溶性の塩を用いて調整した前述し
た元素を有する溶液に３次元構造体や表面に無機質コー
ト層を担持させた３次元構造体を含浸して担持させた
後、４００℃〜６００℃で焼成する（第２担持工程）方
法等が挙げられる。

【００２３】また、排ガス浄化触媒が、（ａ）１Ａ族金
属元素の内少なくとも１種の元素と、（ｂ）白金族元素
の内少なくとも１種の元素と、（ｃ）４Ａ族元素，３Ｂ
族元素又は４Ｂ族元素の内少なくとも１種の元素と、
（ｄ）１Ｂ族元素，５Ａ族元素，６Ａ族元素，８族元素
又は希土類元素の内少なくとも１種の元素、及び／又は
（ｅ）２Ａ族元素の内少なくとも１種の元素を有する場
合には、３次元構造体や表面に無機質コート層を担持さ
せた３次元構造体上へ、（ａ）１Ａ族金属元素の内少な
くとも１種の元素を有する化合物及び（ｃ）４Ａ族元
素，３Ｂ族元素又は４Ｂ族元素の内少なくとも１種の元
素を有する化合物を水溶液、或いは有機溶媒（アルコー
ル等）等に懸濁させ、これら水溶液や有機溶媒中に３次
元構造体や表面に無機質コート層を担持させた３次元構
造体を含浸して担持させるか、または、水溶性或いは有
機溶媒可溶性の塩を用いて調整した前述した元素を有す
る溶液に３次元構造体や表面に無機質コート層を担持さ
せた３次元構造体を含浸して担持させた後、８００℃〜
１，０００℃で焼成し（第１担持工程）、次に、（ｄ）
１Ｂ族元素，５Ａ族元素，６Ａ族元素，８族元素又は希
土類元素の内少なくとも１種の元素を有する化合物、及
び／又は（ｅ）２Ａ族元素の内少なくとも１種の元素を
有する化合物を水溶液、或いは有機溶媒（アルコール
等）等に懸濁させ、これら水溶液や有機溶媒中に３次元
構造体や表面に無機質コート層を担持させた３次元構造
体を含浸して担持させるか、または、水溶性或いは有機
溶媒可溶性の塩を用いて調整した前述した元素を有する
溶液に３次元構造体や表面に無機質コート層を担持させ
た３次元構造体を含浸して担持させた後、８００℃〜
１，０００℃で焼成し（第２担持工程）、次に、白金，
ロジウム，パラジウム等の白金族元素の内少なくとも１
種の元素を含む化合物を水溶液或いは有機溶媒（アルコ
ール等）等に懸濁させ、これら水溶液や有機溶媒中に３
次元構造体や表面に無機質コート層を担持させた３次元
構造体を含浸して担持させるか、または、水溶性或いは
有機溶媒可溶性の塩を用いて調整した前述した元素を有
する溶液に３次元構造体や表面に無機質コート層を担持
させた３次元構造体を含浸して担持させた後、４００℃
〜６００℃で焼成する（第３担持工程）方法等が挙げら
れる。

【００２４】また、３次元構造体上へ、無機質コート層
と排ガス浄化触媒の各成分を同時に含浸、焼成して担持
させてもよい。すなわち、無機質コート層を構成する金
属元素の有機塩（アルコキシド等）を含む溶液に酸（塩
酸，酢酸等）と排ガス浄化触媒を構成する元素の化合物
を有する水溶液とを加え、これに３次元構造体を含浸し
て、無機質コート層を構成する元素や排ガス浄化触媒を
構成する元素を有する溶液をコーティングし、このコー
ティングされた溶液に水蒸気等を接触させアルコキシド
を加水分解反応によりゾル化させ、更にゲル化を行った
後に焼成してもよい。

【００２５】前述した化合物としては、酢酸塩，ギ酸塩
等のカルボン酸塩や錯化合物等の有機化合物、或いは酸
化物，硝酸塩，炭酸塩，リン酸塩，硫酸塩，金属酸塩，
ハロゲン化物，水酸化物等の無機化合物等の中から適宜
選択されるが、特に水やエチルアルコール等への溶解度
が高いものが望ましい。

【００２６】排ガス浄化触媒の形態としては、前述した
３次元構造体や表面に無機質コート層を担持させた３次
元構造体だけでなく、長軸または短軸の円柱形状等に形
成されたペレットに排ガス浄化触媒の成分を担持しても
よい。この場合、排ガス浄化触媒を担持させたペレット
を収納するケースには、排ガス流入口と浄化ガス流出口
に前述のペレットより小さい孔径の孔部を有する網等を
配設することが望ましい。ペレットの流失等を防止でき
るからである。

【００２７】加熱部としては、電気ヒーター，バーナ
ー，マイクロ波等が挙げられる。また、エタン，プロパ
ン，ブタン，エチレン，プロピレン，ブチレン及びこれ
らの混合物である液化石油ガス（以下ＬＰＧと称す）等
の可燃性ガスをケース内に導入させてもよい。

【００２８】

【作用】この構成によって、３次元構造体上に又は３次
元構造体上にコートされた無機質コート層上に担持され
る排ガス浄化触媒が、（ａ）１Ａ族金属元素の内少なく
とも１種の元素と、（ｂ）白金族元素の内少なくとも１
種の元素と、（ｃ）４Ａ族元素，３Ｂ族元素又は４Ｂ族
元素の内少なくとも１種の元素と、を有していることに
より、１Ａ族金属元素（又はアルカリ金属）が安定化さ
れ、すなわち、微粒子状物質との接触分解や酸化反応に
対し高い活性を有することができ、また、産業排ガス中
に含有されるＳＯ₂やその酸化生成物であるサルフェー
ト等に対する耐久性を有することができ、更に微粒子状
物質の着火時等の高温に対する耐熱性を有することがで
きる。

【００２９】また、排ガス浄化触媒に、（ｄ）１Ｂ族元
素，５Ａ族元素，６Ａ族元素，８族元素又は希土類元素
の内少なくとも１種の元素、及び／又は（ｅ）２Ａ族元
素の内少なくとも１種の元素が、含有されていることに
より、更に１Ａ族金属元素（又はアルカリ金属）を安定
化することができ、微粒子状物質との接触分解や酸化反
応に対し高い活性や、また、産業排ガス中に含有される
ＳＯ₂やその酸化生成物であるサルフェート等に対する
耐久性、更に微粒子状物質の着火時等の高温に対する耐
熱性を向上することができる。

【００３０】また、３次元構造体が、金属多孔体，セラ
ミックハニカム又はセラミック多孔体等の内いずれか１
からなることにより、特別な３次元構造体等を要せず、
従来使用される３次元構造体等に排ガス浄化触媒を担持
させることができ、産業排ガス中に含有される微粒子上
物質を燃焼除去できる。

【００３１】また、前述した排ガス浄化触媒を担持させ
た３次元構造体と、３次元構造体を収納するケースと、
ケースに形成された排ガス流入口と、ケースに形成され
た排ガス流出口と、ケース内に配設された加熱部と、を
備えたことにより、産業排ガス中に含まれる微粒子状物
質の浄化効果を向上することができ、すなわち、ディー
ゼル機関等の通常の走行時にディーゼル機関等から発生
される産業排ガスの温度範囲で微粒子状物質を燃焼除去
でき、特にアイドリング時のように排ガス温度が低い温
度条件下でも産業排ガス中の微粒子状物質を確実に捕捉
し、負荷運転時の排ガス温度の上昇とともに３次元構造
体内に捕捉された微粒子状物質を燃焼除去できる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の一実施例における排ガス浄化
触媒について図面を参照しながら説明する。なお、以下
の実施例１〜実施例２０において、実施例１３及び実施
例１５以外は参考例である。

【００３３】（実施例１〜４）まず、酢酸リチウムと硝
酸アルミニウムを、各金属元素（リチウム，アルミニウ
ム）が（表１）に示すモル比となるように秤量した。

【００３４】

【表１】

【００３５】次に、秤量された各原料をそれぞれ約４０
℃の蒸留水に溶解させて水溶液を作製した後、各水溶液
を互いに混合した。次に、この水溶液の水分をロータリ
ーエバポレーターで蒸発させ、金属塩を濃縮した後、ホ
ットプレートの上で乾燥・固化させた。次に、この金属
塩をボールミルで４時間混合・粉砕した後、４００℃で
５時間仮焼し、更に蓋付き坩堝で７５０℃で５時間焼成
し、触媒の前駆体を得た。次に、得られた前駆体に対し
てヘキサクロロ白金酸を０．８ｗｔ％となるように秤量
した後、このヘキサクロロ白金酸を約４０℃の蒸留水に
溶解させて水溶液を作製した。次に、この水溶液と前述
の前駆体を混合した後、この水溶液の水分をロータリー
エバポレーターで蒸発させ、金属塩を濃縮した後、ホッ
トプレートの上で乾燥・固化させた。次に、この金属塩
をボールミルで４時間混合・粉砕した後、５００℃で５
時間焼成して、本発明の第１〜第４実施例における排ガ
ス浄化触媒を調製した。

【００３６】（実施例５）酢酸リチウムの代わりに酢酸
カリウムを用いた以外は実施例１〜４と同様な方法で本
発明の第５実施例における排ガス浄化触媒を調製した。
尚、各金属元素のモル比は、カリウム：アルミニウム＝
２：１とした。

【００３７】（実施例６）酢酸リチウムと硝酸アルミニ
ウムと酢酸銅を、各金属元素のモル比が、リチウム：ア
ルミニウム＝２：１：１となるように秤量した。以下、
実施例１〜４と同様な方法で本発明の第６実施例におけ
る排ガス浄化触媒を調製した。

【００３８】（実施例７〜１２）酢酸銅の代わりに硝酸
クロム（実施例７）、酢酸鉄（実施例８）、酢酸コバル
ト（実施例９）、硝酸セリウム（実施例１０）、酢酸ラ
ンタン（実施例１１）、またはバナジン酸アンモニウム
（実施例１２）を用いた以外は、実施例６と同様な方法
で本発明の第７〜第１２実施例における排ガス浄化触媒
を調製した。

【００３９】（実施例１３）酢酸リチウムと酢酸マグネ
シウムと硝酸アルミニウムと硝酸セリウムとを、各金属
元素のモル比が、リチウム：マグネシウム：アルミニウ
ム：セリウム＝１．６：０．２：１：１となるように秤
量した以外は、実施例１〜４と同様な方法で本発明の第
１３実施例における排ガス浄化触媒を調製した。

【００４０】（実施例１４）酢酸リチウムと硝酸アルミ
ニウムを、各金属元素のモル比が、リチウム：アルミニ
ウム＝２：１となるように秤量した。次に、秤量された
各原料をそれぞれ約４０℃の蒸留水に溶解させて水溶液
を作製した後、各水溶液を互いに混合した。次に、この
水溶液の水分をロータリーエバポレーターで蒸発させ、
金属塩を濃縮した後、ホットプレートの上で乾燥・固化
させた。次に、この金属塩をボールミルで４時間混合・
粉砕した後、４００℃で５時間仮焼し、更に蓋付き坩堝
で９００℃で５時間焼成した。次に、硝酸セリウムを、
金属塩（又は混合物）におけるリチウムとのモル比がリ
チウム：セリウム＝２：１となるように秤量した後、こ
の原料を約４０℃の蒸留水に溶解させて水溶液を作製し
た。次に、この水溶液と金属塩を混合した後、この水溶
液の水分をロータリーエバポレーターで蒸発させ、金属
塩を濃縮した後、ホットプレートの上で乾燥・固化させ
た。次に、この金属塩をボールミルで４時間混合・粉砕
した後、４００℃で５時間仮焼し、更に蓋付き坩堝で７
５０℃で５時間焼成し、触媒の前駆体を得た。以下、実
施例１〜４と同様にして本発明の第１４実施例における
排ガス浄化触媒を調製した。

【００４１】（実施例１５）酢酸リチウムと酢酸マグネ
シウムと硝酸アルミニウムを、各金属元素のモル比が、
リチウム：マグネシウム：アルミニウム＝１．６：０．
２：１となるように秤量した。次に、秤量された各原料
をそれぞれ約４０℃の蒸留水に溶解させて水溶液を作製
した後、各水溶液を互いに混合した。次に、この水溶液
の水分をロータリーエバポレーターで蒸発させ、金属塩
を濃縮した後、ホットプレートの上で乾燥・固化させ
た。次に、この金属塩をボールミルで４時間混合・粉砕
した後、４００℃で５時間仮焼し、更に蓋付き坩堝で９
００℃で５時間焼成した。次に、硝酸セリウを、金属塩
（又は混合物）のアルミニウムとのモル比がアルミニウ
ム：セリウム＝１：１となるように秤量した後、この原
料を約４０℃の蒸留水に溶解させて水溶液を作製した。
以下、実施例１４と同様にして本発明の第１５実施例に
おける排ガス浄化触媒を調製した。

【００４２】（実施例１６）酢酸リチウムを約４０℃の蒸留水に溶解させて水溶液を
作製した。次に、アルミナとシリカを、各金属元素のモ
ル比が、リチウム：アルミニウム：珪素＝２：１：１と
なるように秤量した後、各原料を前述の水溶液に混合さ
せた。次に、この水溶液の水分をホットプレート上で蒸
発させ、金属塩を濃縮し、乾燥固化させた。次に、この
金属塩を４００℃〜５００℃で２時間仮焼し、次いで、
ボールミルで４時間混合・粉砕した後、７５０℃で５時
間焼成して、触媒の前駆体を得た。以下、実施例１〜４
と同様にして本発明の第１６実施例における排ガス浄化
触媒を調製した。

【００４３】（実施例１７）酢酸リチウムとアルミナと
シリカを、各金属元素のモル比が、リチウム：アルミニ
ウム：珪素＝２：２：３となるように秤量した以外は、
実施例１６と同様な方法で本発明の第１７実施例におけ
る排ガス浄化触媒を調製した。

【００４４】（実施例１８，１９）シリカの代わりにジ
ルコニア（実施例１８）、またはチタニア（実施例１
９）を用いた以外は、実施例１６と同様な方法で本発明
の第１８，第１９実施例における排ガス浄化触媒を調製
した。

【００４５】（実施例２０）図１は本発明の第２０実施
例における排ガス浄化触媒を担持させた３次元構造体を
示す要部断面拡大図である。１は後述する平板シート３
及び波型シート２を積層し表面に排ガス浄化触媒が担持
された３次元構造体（又は多孔質担持体）、３は平板シ
ート、２は波型シートである。尚、３次元構造体１は、
アルミナ−シリカ系セラミック繊維（Ａｌ₂Ｏ₃：ＳｉＯ
₂＝４７：５３）を原料として、これを抄紙法にてシー
ト体（平板シート３，波型シート２）を成形した後、こ
れらシート体を図１に示すように平板シート３と波型シ
ート２とを順次積層して、コルゲートハニカム構造に成
るように積層形成し、更に１２５０℃で２時間焼成して
形成した。

【００４６】まず、実施例１６と同様にして排ガス浄化
触媒の前駆体を得た。次に、得られた前駆体をこの前駆
体に対して０．５ｗｔ％となるようにポリカルボン酸ア
ンモニウム塩を溶解させた水溶液に投入した後、これを
ボールミルで１８時間解粒・混合して、スラリーを調製
した。次に、真空デシケーター内で、得られたスラリー
に、図１に示す３次元構造体（又はセラミックフィルタ
ー）１を漬けた後、真空デシケーター内を減圧して３次
元構造体１内の気泡を取り除き、３次元構造体１の内部
までスラリーを浸透させた。次に、余分なスラリーを振
り切って１２０℃で５時間乾燥した後、８００℃で２時
間焼成した。次に、得られた前駆体に対してヘキサクロ
ロ白金酸を０．８ｗｔ％となるように秤量した後、この
ヘキサクロロ白金酸を約４０℃の蒸留水に溶解させて水
溶液を作製した。次に、真空デシケーター内で、得られ
た水溶液に前述の排ガス浄化触媒の一部を焼成した３次
元構造体１を漬けた後、真空デシケーター内を減圧して
３次元構造体１内の気泡を取り除き、３次元構造体１の
内部まで水溶液を浸透させた。次に、水溶液を浸透させ
た３次元構造体１をマイクロ波乾燥器を用いて、出力２
ｋＷ，乾燥時間２５分で乾燥させた後、５００℃で２時
間焼成して、本発明の第２０実施例における排ガス浄化
触媒を調製した。

【００４７】（比較例１）硝酸アルミニウムを用いない
以外は実施例１〜４と同様な方法で従来の排ガス浄化触
媒を調製した。

【００４８】（比較例２）γ−Ａｌ₂Ｏ₃に対してヘキサ
クロロ白金酸を０．８ｗｔ％となるように秤量した後、
このヘキサクロロ白金酸を蒸留水に溶解させて水溶液を
作製した。次に、得られた水溶液にγ−Ａｌ₂Ｏ₃を投入
し、超音波発振子を用いて懸濁させた。次に得られた懸
濁液を２００℃に加熱したホットプレート上に滴下し、
溶媒を乾燥させた。次に、得られた溶媒を水素雰囲気下
で、５００℃で１時間焼成して従来の排ガス浄化触媒、
すなわち白金担持γ−Ａｌ₂Ｏ₃を調製した。

【００４９】（比較例３）酢酸リチウムを約４０℃の蒸
留水に溶解させて水溶液を作製した。次に、真空デシケ
ーター内で、得られた水溶液に、図１に示す３次元構造
体１を漬けた後、真空デシケーター内を減圧して３次元
構造体１内の気泡を取り除き、３次元構造体１の内部ま
で水溶液を浸透させた。次に、水溶液を浸透させた３次
元構造体１をマイクロ波乾燥器を用いて、出力２ｋＷ，
乾燥時間２５分で乾燥させた後、７５０℃で２時間焼成
して、従来の排ガス浄化触媒を調製した。

【００５０】以上のように構成された本発明の一実施例
における排ガス浄化触媒（実施例１乃至実施例２０）
と、従来の排ガス浄化触媒（比較例１乃至比較例３）に
ついて、性能比較試験を行った。以下その結果につい
て、説明する。

【００５１】（実験例１）本発明の実施例１乃至実施例
１９における排ガス浄化触媒，及び従来の排ガス浄化触
媒と、ディーゼルエンジンの排ガスパティキュレートと
を、ディーゼルエンジンの排ガスパティキュレートが、
排ガス浄化触媒に対して２０ｗｔ％となるように秤量し
た後、それぞれ物理混合した。次に、物理混合した試料
を石英ガラス製の反応管に充填した。次に、この反応管
内に、窒素バランスの１０％酸素ガスを５００ｍｌ／ｍ
ｉｎで流通させながら、この反応管内の温度を室温から
６００℃まで、５℃／ｍｉｎで昇温させた。次に、反応
管を冷却させ、次いで、反応管内の排ガスパティキュレ
ートが燃焼したときに発生した水を冷却トラップで除去
した後、反応管内の反応ガス、すなわち一酸化炭素及び
二酸化炭素を赤外式のガス分析装置にて測定し、その時
の発生量のピークから各試料の燃焼温度、すなわち排ガ
スパティキュレートの着火温度を測定した。この結果を
（表２）に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】（表２）から明らかなように、排ガスパテ
ィキュレートの着火温度は、従来の排ガス浄化触媒を用
いた場合に比べ本発明の一実施例における排ガス浄化触
媒を用いた場合の方が低下していることがわかった。

【００５４】（実験例２）本発明の実施例１乃至実施例
１９における排ガス浄化触媒，及び従来の排ガス浄化触
媒を、７００℃で５００時間熱処理を行った。以下、実
験例１と同様にして各試料の燃焼温度を測定した。この
結果を（表３）に示す。

【００５５】

【表３】

【００５６】（表３）から明らかなように、７００℃で
５００時間熱処理後の排ガスパティキュレートの着火温
度は、従来の排ガス浄化触媒を用いた場合に比べ本発明
の一実施例における排ガス浄化触媒を用いた場合の方が
低下していることがわかった。

【００５７】（実験例３）本発明の実施例１乃至実施例
１９における排ガス浄化触媒，及び従来の排ガス浄化触
媒を、それぞれ石英ガラス製の反応管に充填した後、こ
の反応管内に、窒素バランスで９００ｐｐｍのＳＯ₂と
５％の酸素ガスとを１０００ｍｌ／ｍｉｎで流通させな
がら、４００℃で２，０００時間熱処理を行った。以
下、実験例１と同様にして各試料の燃焼温度を測定し
た。この結果を（表４）に示す。

【００５８】

【表４】

【００５９】（表４）から明らかなように、窒素バラン
スで９００ｐｐｍのＳＯ₂と５％の酸素ガスとを１００
０ｍｌ／ｍｉｎで流通させながら、４００℃で２，００
０時間熱処理後の排ガスパティキュレートの着火温度
は、従来の排ガス浄化触媒を用いた場合に比べ本発明の
一実施例における排ガス浄化触媒を用いた場合の方が低
下していることがわかった。

【００６０】（実験例４）本発明の実施例２０における
排ガス浄化触媒を担持させた３次元構造体１と、排ガス
浄化触媒を担持させていない３次元構造体１と、比較例
３における排ガス浄化触媒を担持させた３次元構造体１
と、を準備し、それぞれケースにセットした。次に、各
３次元構造体１をセットしたケースに、排気量２，００
０ｃｃ４気筒のディーゼルエンジンからの排ガスを導入
し、ディーゼルエンジンからの排ガスパティキュレート
の捕捉性を調べた。ここで、ディーゼルエンジンの回転
数は２，５００ｒｐｍとした。尚、排ガスパティキュレ
ートの捕捉性は、ケースの排ガス流入口と排ガス流出口
とにおける排ガスパティキュレート量を測定し、その比
を算出した。この結果を（表５）に示す。更に実施例と
同様にして排ガスパティキュレートが着火する温度を調
べた。更に着火試験を行った３次元構造体を用いて再度
排ガスパティキュレートの捕捉、着火試験を３０回繰り
返し、初期の着火温度との比較を行った。この結果を
（表５）に示す。

【００６１】

【表５】

【００６２】（表５）から明らかなように、本発明の第
２０実施例における排ガス浄化触媒を担持させた３次元
構造体１では、従来の排ガス浄化触媒を担持させた３次
元構造体１や排ガス浄化触媒を担持させなかった３次元
構造体１に比べ、排ガスパーティキュレートの捕捉率が
向上していることがわかった。また、本発明の第２０実
施例における排ガス浄化触媒を担持させた３次元構造体
１では、従来の排ガス浄化触媒を担持させた３次元構造
体１や排ガス浄化触媒を担持させなかった３次元構造体
１に比べ、排ガスパーティキュレートの燃焼温度が低
く、また、比較例３のように排ガスパティキュレートの
捕捉、着火の繰り返しによって排ガスパティキュレート
の着火温度の上昇は認められなかった。

【００６３】以下、本発明の一実施例における排ガス浄
化装置を用いた排ガス浄化装置について、図面を参照し
ながら説明する。

【００６４】（実施例２１）図２は本発明の一実施例に
おける排ガス浄化触媒を用いた排ガス浄化装置を示す断
面図である。４は本発明の一実施例における排ガス浄化
触媒を用いた排ガス浄化装置、５は平板シート３及び波
型シート２とコルゲートハニカム構造となるように積層
した後１４５０℃で２時間焼成し、更に表面に本発明の
一実施例における排ガス浄化触媒が担持された３次元構
造体（又は多孔質担持体）、６は３次元構造体５の周囲
に巻回された３次元構造体５を加熱するヒーターからな
る加熱部、７は３次元構造体５及び加熱部６を収納する
ケース、８はケース７に形成されたディーゼル機関等の
燃焼機関から排出された排ガスが流入される排ガス流入
口、９はケース７内で浄化された浄化ガスが流出される
浄化ガス流出口である。

【００６５】以上のように構成された本発明の一実施例
における排ガス浄化装置について、以下その動作を説明
する。

【００６６】まず、排ガス流入口８から排ガス（排ガス
温度：約２５０℃）をケース７内に流入させる。次に、
加熱部６により３次元構造体５を加熱し、３次元構造体
５の温度を３２０℃に保持した。この動作を行った後、
３次元構造体５を観察したところ、微粒子状物質は残存
しておらず、更に浄化ガス流出口８から排出される浄化
ガス中に微粒子状物質の排出は認められなかった。

【００６７】以上のように本実施例によれば、排ガス温
度が触媒活性温度に達しない場合、ヒーター等の加熱部
６により、例えばアイドリング時のように排ガス温度が
低い場合でも十分に排ガス中の微粒子状物質を捕捉し、
しかも随時燃焼させることができる。尚、本実施例で
は、ヒーターを３次元構造体５の周囲に巻回させたが、
３次元構造体５の近傍であればどのように設置してもよ
い。また、本実施例では、加熱部６としてヒーターを用
いたが、ヒーターの代わりにバーナーを用いたり、また
可燃性ガスをケース内に導入させることにより３次元構
造体５を加熱する等、他の加熱手段を用いてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、以下の優
れた効果を奏する。すなわち、３次元構造体上に又は３
次元構造体上にコートされた無機質コート層上に担持さ
れる排ガス浄化触媒であって、排ガス浄化触媒が、リチ
ウム（Ｌｉ）と、白金（Ｐｔ）と、アルミニウム（Ａ
ｌ）と、セリウム（Ｃｅ）と、マグネシウム（Ｍｇ）
と、を有していることにより、すなわち（１）リチウム
に白金やアルミニウムを適切な量添加することにより、
アルカリ金属を安定化することができ、すなわち、アル
カリ金属に微粒子状物質との接触分解や酸化反応に対す
る高い活性や、産業排ガス中に含有されるＳＯ₂やその
酸化生成物であるサルフェート等に対する耐久性、更に
微粒子状物質の着火時等の高温に対する耐熱性を向上さ
せることができ、産業排ガス中に含まれる微粒子状物質
（固体状炭素微粒子、液体状あるいは固体状の高分子量
炭化水素微粒子）を確実に除去でき、また燃焼温度を低
減することができ、更に特殊な装置を要せずに排ガス温
度で排ガス中の微粒子状物質の燃焼が可能となり経済性
や信頼性に優れた排ガス浄化触媒を実現することができ
るものである。

【００６９】更に、（２）排ガス浄化触媒に、セリウム
と、マグネシウムとが、含有されている場合、アルカリ
金属の安定化をより向上することができ、すなわち、ア
ルカリ金属の微粒子状物質との接触分解や酸化反応に対
するより高い活性や、産業排ガス中に含有されるＳＯ₂
やその酸化生成物であるサルフェート等に対する耐久
性、更に微粒子状物質の着火時等の高温に対する耐熱性
をより向上させることができ、経済性や信頼性に優れた
排ガス浄化触媒を実現することができるものである。

【００７０】（３）３次元構造体が、金属多孔体，セラ
ミックハニカム又はセラミック多孔体等の内いずれか１
からなる場合、特別な３次元構造体等を要せず、従来使
用される３次元構造体等に排ガス浄化触媒を担持させる
ことができ、産業排ガス中に含有される微粒子上物質を
燃焼除去でき、経済性や信頼性に優れた排ガス浄化触媒
を実現することができるものである。

【００７１】（４）本発明の排ガス浄化触媒を担持させ
た３次元構造体と、３次元構造体を収納するケースと、
ケースに形成された排ガス流入口と、ケースに形成され
た排ガス流出口と、ケース内に配設された加熱部と、を
備えたので、産業排ガス中に含まれる微粒子状物質の浄
化効果を向上することができ、すなわち、ディーゼル機
関等の通常の走行時にディーゼル機関等から発生される
産業排ガスの温度範囲で微粒子状物質を燃焼除去でき、
特にアイドリング時のように排ガス温度が低い温度条件
下でも産業排ガス中の微粒子状物質を確実に捕捉し、負
荷運転時の排ガス温度の上昇とともに３次元構造体内に
捕捉された微粒子状物質を燃焼除去でき、経済性や信頼
性に優れた排ガス浄化装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２０実施例における排ガス浄化触媒
を担持させた３次元構造体を示す要部断面拡大図

【図２】本発明の一実施例における排ガス浄化触媒を用
いた排ガス浄化装置を示す断面図

【符号の説明】

１３次元構造体２波型シート３平板シート４排ガス浄化装置５３次元構造体６加熱部７ケース８排ガス流入口９浄化ガス流出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/20 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＢ 3/28 ３０１１０４Ｂ (72)発明者井上雅博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭60−78640（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−117326（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−149222（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−189033（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−30338（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/86 B01D 53/94

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元構造体上に又は前記３次元構造体
上にコートされた無機質コート層上に担持される排ガス
浄化触媒であって、前記排ガス浄化触媒が、リチウム（Ｌｉ）と、白金（Ｐ
ｔ）と、アルミニウム（Ａｌ）と、セリウム（Ｃｅ）
と、マグネシウム（Ｍｇ）と、を有していることを特徴
とする排ガス浄化触媒。
【請求項２】前記３次元構造体が、金属多孔体，セラ
ミックハニカム又はセラミック多孔体等の内いずれか１
からなることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化
触媒。
【請求項３】３次元構造体上に又は前記３次元構造体
上にコートされた無機質コート層上に担持される排ガス
浄化触媒の製造方法であって、前記３次元構造体上に又は前記３次元構造体上にコート
された無機質コート層上に、リチウム（Ｌｉ）と、アル
ミニウム（Ａｌ）と、セリウム（Ｃｅ）と、マグネシウ
ム（Ｍｇ）と、を担持させる第１担持工程と、次いで、
白金（Ｐｔ）を担持させる第２担持工程と、を備えたこ
とを特徴とする排ガス浄化触媒の製造方法。
【請求項４】請求項１乃至２の内いずれか１に記載の
排ガス浄化触媒を担持させた３次元構造体と、前記３次
元構造体を収納するケースと、前記ケースに形成された
排ガス流入口と、前記ケースに形成された排ガス流出口
と、前記ケース内に配設された加熱部と、を備えたこと
を特徴とする排ガス浄化触媒を用いた排ガス浄化装置。