JP2019173583A - 車両用排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱効率と高温での排ガス浄化率の両方を向上させた車両用排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】基材と基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含むコート層とを有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と、を備える車両用排ガス浄化装置であって、マイクロ波吸収材が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、貴金属担持触媒が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含み、コート層が、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ２Ｏ３）をさらに含む前記車両用排ガス浄化装置に関する。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用排ガス浄化装置、特にマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置に関するものである。

自動車などの内燃機関から排出される排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分が含まれており、これらの有害成分は排ガス浄化触媒によって浄化されてから大気中に放出されている。

有害成分を浄化するために必要な排ガス浄化触媒の温度は、一般に２００℃以上である。そのため、排ガス浄化触媒の加熱には、排ガスの熱が利用される。

しかしながら、エンジンのコールドスタート直後など、排ガス浄化触媒の温度が浄化に必要な温度に達していない場合には、排ガス浄化触媒の活性が不十分であり、未浄化の有害成分（冷間エミッションともいう）が環境中に排出されてしまう恐れがある。また、近年の環境性能を考慮した自動車では、エンジンの高熱効率化、低燃費化に伴い、排ガス温度を低下させる傾向にあり、このため、排ガスの熱を利用しても、排ガス浄化触媒の温度を浄化に必要な温度まで加熱できない場合がある。

このような問題を解決するため、例えば、特許文献１には、マイクロ波が照射され、且つ、内部に形成された複数の孔を介して排気ガスを流通させる基材の当該孔の内面に設けられる排気ガス浄化用の触媒材料であって、マイクロ波を吸収して発熱することが可能な磁性酸化物粒子と、前記磁性酸化物粒子の表面を被覆する触媒担持コート材と、を有し、前記触媒担持コート材は、触媒担持酸化物と、前記触媒担持酸化物に担持されたＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも一種と、を有することを特徴とするマイクロ波加熱用触媒材料が開示されており、マイクロ波加熱用触媒材料としては三元触媒が例示されており、さらに、磁性酸化物粒子において、自律的にマイクロ波による加熱が停止するキュリー温度を規定することにより、貴金属粒子のシンタリングによる触媒性能の劣化を抑制することが記載されている。

特開２０１６−１８７７６６号公報

しかしながら、特許文献１などの従来技術では、マイクロ波を効果的に吸収して発熱させる観点から改善の余地があった。

したがって、本発明は、加熱効率と高温での排ガス浄化率の両方を向上させた車両用排ガス浄化装置を提供することを課題とする。

暖機性向上のためのマイクロ波発生（加熱）装置を搭載したエンジンにおいて、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、誘電損率が高く、マイクロ波の吸収特性に優れており、さらに、高温排ガス中においてもマイクロ波吸収の劣化が小さいため、排ガス浄化触媒のマイクロ波吸収材として使用される。

図１に、各材料（２５ｇ）にマイクロ波（５００Ｗ、１０秒）を照射した場合の各材料の上昇温度（昇温）を示す。図１より、例えば酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）は、マイクロ波照射によって大きな昇温効果を示すものの、５００℃になると、その昇温効果は低下してしまう。これに対し、ＳｉＣは、高温排ガス中においても良好な昇温効果を維持する。

しかしながら、排ガス浄化触媒に含まれるＳｉＣは、９００℃以上の高温で実機耐久試験を実施した場合に、貴金属を被毒劣化し、排ガス浄化触媒の性能を大幅に低下させることが判明した。

そこで、本発明者は、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、マイクロ波により加熱を行う排ガス浄化触媒を備える車両用排ガス浄化装置において、マイクロ波吸収材としてＳｉＣを使用する場合に、ＳｉＣと共に、遷移金属酸化物である酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）を使用することによって、貴金属、特にパラジウム（Ｐｄ）及び／又はロジウム（Ｒｈ）の被毒劣化を抑制できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）基材と基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含むコート層とを有する排ガス浄化触媒と、
排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と、
を備える車両用排ガス浄化装置であって、
マイクロ波吸収材が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、
貴金属担持触媒が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含み、
コート層が、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）をさらに含む前記車両用排ガス浄化装置。

本発明により、加熱効率と高温での排ガス浄化率の両方を向上させた車両用排ガス浄化装置を提供することが可能となる。

各材料（２５ｇ）にマイクロ波（５００Ｗ、１０秒）を照射した場合の各材料の上昇温度（昇温）を示す図である。 本発明の車両用排ガス浄化装置の一実施形態を示す図である。 実施例１及び２並びに比較例１〜５の昇温結果を示す図である。 実施例１及び２並びに比較例１〜５のＣＯ吸着量を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本明細書では、適宜図面を参照して本発明の特徴を説明する。図面では、明確化のために各部の寸法及び形状を誇張しており、実際の寸法及び形状を正確に描写してはいない。それ故、本発明の技術的範囲は、これら図面に表された各部の寸法及び形状に限定されるものではない。なお、本発明の車両用排ガス浄化装置は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。

本発明は、基材と基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含むコート層とを有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と、を備える車両用排ガス浄化装置であって、マイクロ波吸収材が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、貴金属担持触媒が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含み、コート層が、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）をさらに含む前記車両用排ガス浄化装置に関する。

本発明において、基材とは、コート層が塗布される材料であり、例えば、限定されないが、公知のハニカム形状を有する基材、例えば、ハニカム形状のモノリス基材でセル形状は六角や四角などである。このような基材の材質は、マイクロ波を反射してしまう金属以外で、セラミックス、例えば、コーディエライト、シリカ、アルミナ及びムライト、炭化ケイ素などがある。また、ハニカム形状のモノリス基材のセル数は、限定されないが、通常１平方インチ当たり３００個〜９００個、好ましくは１平方インチ当たり４００個〜７５０個である。本発明では、基材として、１平方インチ当たり４００個〜７５０個のセルを有するコーディエライトからなるハニカム形状のモノリス基材を使用することが好ましい。

基材の排ガスの流れ方向の長さは、限定されないが、通常４０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ〜９０ｍｍである。

基材の排ガス流入口の直径（基材の排ガス流入口の形状が円でない場合には、円相当直径）は、所望の触媒容量に応じて適宜変更することができ、限定されないが、通常４０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ〜１１０ｍｍである。

基材の容量は、限定されないが、通常０．３Ｌ〜１．２Ｌ、好ましくは０．４Ｌ〜０．８Ｌである。

基材として前記で説明する材料を使用することにより、排ガスを浄化するために十分な排ガスの流通経路を確保し、基材に塗布した触媒成分との反応を確保する。また、マイクロ波を吸収する成分を触媒成分と同様に保持し、昇温を確保する。

本発明において、基材にコートされているコート層は、マイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む。

マイクロ波吸収材とは、マイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱する材料である。本発明では、マイクロ波吸収材は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、例えば、β−ＳｉＣを含む。マイクロ波吸収材は、ＳｉＣであることが好ましい。

マイクロ波吸収材は、他のマイクロ波吸収材を含んでもよく、他のマイクロ波吸収材としては、例えば、限定されないが、ペロブスカイト型複合酸化物、例えば、ランタン（Ｌａ）・コバルト（Ｃｏ）系複合酸化物、ストロンチウム（Ｓｒ）・コバルト系複合酸化物及びランタン・ストロンチウム・コバルト系複合酸化物、フェライト（酸化鉄を含む）、酸化マンガン、酸化コバルト、硼化ジルコニウムなどがある。

マイクロ波吸収材の量は、限定されないが、排ガス浄化触媒の総重量に基づいて、通常５重量％〜５０重量％、好ましくは１０重量％〜２０重量％である。

マイクロ波吸収材の粒径は、限定されないが、通常０．１μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜５μｍである。

マイクロ波吸収材のＢＥＴによる比表面積は、限定されないが、通常２ｍ^２／ｇ〜１００ｍ^２／ｇ、好ましくは５ｍ^２／ｇ〜３０ｍ^２／ｇである。

マイクロ波吸収材がＳｉＣを含むことにより、マイクロ波吸収材は、マイクロ波発生装置から照射されるマイクロ波を効率よく吸収し、熱に変換することができる。

貴金属担持触媒とは、貴金属が担体に担持されている触媒である。

ここで、担体とは、主触媒として機能する貴金属を担持する材料であり、例えば、限定されないが、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２、セリア）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２、ジルコニア）、酸化珪素（ＳｉＯ_２、シリカ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３、イットリア）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、及びこれらからなる複合酸化物などがある。本発明では、担体として、ＣｅＯ_２とＺｒＯ_２の複合酸化物及びＡｌ_２Ｏ_３を使用することが好ましい。

貴金属とは、排ガス中の有害成分を浄化することができる主触媒として機能する材料である。本発明では、貴金属は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含む。貴金属は、その他にも、例えば、限定されないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及びこれらの混合物を含んでもよい。

担体に担持される貴金属の量は、限定されないが、貴金属換算で、担体総重量に基づいて、通常０．２重量％〜２．０重量％、好ましくは０．４重量％〜１．０重量％である。

貴金属担持触媒の量は、限定されないが、排ガス浄化触媒の総重量に基づいて、通常３５重量％〜６０重量％、好ましくは４５重量％〜５６重量％である。

貴金属担持触媒は、従来の製造方法により製造することができる。例えば、貴金属担持触媒は、５℃〜３０℃において、水中に、担体と、貴金属の塩酸塩や硝酸塩などの貴金属前駆体とを添加し、撹拌機により撹拌しながら、均一に分散させ、その後、蒸発乾固などの乾燥、場合により粉砕、さらに大気中において、例えば４５０℃〜５５０℃で、０．５時間〜１．５時間焼成を行うことにより製造される。粉砕には従来の粉砕技術、例えば乳鉢、ハンマーミル、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ローラーミルなど、乾式、湿式を問わず用いることができる。

貴金属担持触媒として前記で説明する材料を使用することにより、排ガス中の有害成分を効率よく浄化することができる。

コート層は、マイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒に加えて、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）をさらに含む。コート層は、マイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒に加えて、それ自身がマイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱することができるＮｉＯをさらに含むことが好ましい。

ＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３の量は、限定されないが、ＳｉＣとＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３の重量比（ＳｉＣ：ＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３）が、通常９：１〜７：３、好ましくは１７：３〜４：１である。

言い換えれば、ＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３の量は、排ガス浄化触媒の総重量に基づいて、通常１重量％〜９重量％、好ましくは２重量％〜６重量％である。

マイクロ波吸収材が、マイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒に加えて、ＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３をさらに含むことにより、貴金属の被毒劣化を抑制できる。この効果は、下記のように推察されるが、本発明は、下記推察によって限定されない。

マイクロ波により加熱される排ガス浄化触媒のコート層中にマイクロ波吸収材としてＳ
ｉＣが含まれる場合、ＳｉＣ表面は、７００℃以上の高温において酸化され、ＳｉＯ_２を生成する。生成したＳｉＯ_２膜は、内部のＳｉＣを保護するため、ＳｉＣの耐酸化性を向上させる。しかしながら、温度がさらに上がり、１６００℃以上になると、ＳｉＯ_２は安定に存在することができず、ガス状のＳｉＯ（ＳｉＯ蒸気）に分解・蒸発する。ＳｉＣと貴金属が近接する場合、ＳｉＣと貴金属の接点では、１６００℃以上に達していなくても、一部のＳｉＯ_２が分解され、ＳｉＯ蒸気となり、貴金属を被毒し得る。この現象は、ＳｉＣの表層のみで起こるため、ＳｉＣ全体の結晶構造の変化は生じない。

このようなＳｉＣと貴金属が近接し、ＳｉＣからＳｉＯ蒸気が生成する状況において、ＳｉＣと貴金属の接点近傍に、ＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３のような遷移金属酸化物が存在すると、生成したＳｉＯ蒸気は、貴金属に近接するＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３と反応し、複合酸化物を生成する。つまり、ＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３は、ＳｉＯ蒸気をトラップすることで貴金属の被毒劣化を抑制することができる。ここで、ＮｉＯを添加した場合は、Ｎｉ_２ＳｉＯ_４が生成し、Ｃｒ_２Ｏ_３を添加した場合は、Ｃｒ_２ＳｉＯ_４が生成する。生成した複合酸化物は、ＸＲＤなどでは同定できないため、非常に微小な非晶質状態であると考えられる。

コート層は、少なくとも１層、例えば、１層、２層及び３層以上である。例えば、コート層は、マイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３を含む１層からなる。あるいは、コート層は、マイクロ波吸収材並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３と、貴金属担持触媒とをそれぞれ別々の層に含む２層からなる。あるいは、コート層は、マイクロ波吸収材と、貴金属担持触媒並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３とをそれぞれ別々の層に含む２層からなる。あるいは、コート層は、マイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒と、ＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３とをそれぞれ別々の層に含む２層からなる。あるいは、コート層は、マイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３をそれぞれ別々の層に含む３層からなる。本発明では、コート層として、マイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３を含む１層からなるコート層を使用することが好ましい。

基材にコートされているコート層全てを合わせた厚さは、限定されないが、通常５０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは８０μｍ〜１２０μｍである。

コート層の厚さとして前記で説明する厚さを使用することにより、コート層に含まれるマイクロ波吸収材はマイクロ波と効率よく接触することができ、その結果、マイクロ波の効率的な吸収、熱への変換につながり、コート層に含まれる貴金属担持触媒は排ガスと効率よく接触することができ、その結果、排ガスの効率的な浄化につながる。

マイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３のコート層中における相対的な位置関係は、限定されない。例えば、マイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３は、コート層中で、別々に存在することができ、例えば１層からなるコート層中で、マイクロ波吸収材を含むコート層と貴金属担持触媒を含むコート層とＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３を含むコート層とは、水平に並んで存在することができる。

本発明では、マイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３は、マイクロ波により加熱されたマイクロ波吸収材が貴金属担持触媒を効率的に加熱し貴金属の低温での活性を上げることができるようにし、さらにマイクロ波吸収材から発生したＳｉＯ蒸気が遷移金属酸化物であるＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３により効率よくトラップされるように、１層からなるコート層中において均一に混合されている状態が好ましく、したがって、マイクロ波吸収材であるＳｉＣと貴金属とＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３とは、近接している状態が好ましい。

本発明において、排ガス浄化触媒は、前記で説明する材料を使用して、基材上にマイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３を含むコート層を形成することにより製造することができ、コート層の形成は、従来のコーティング技術により実施することができる。例えば、排ガス浄化触媒は、コートする部分以外をマスキングした基材上に、マイクロ波吸収材、貴金属担持触媒、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３を含むコート層スラリーをウォッシュコートして被覆し、余分なスラリーを吹き払った後、例えば、大気中、１２０℃〜１５０℃で、０．５時間〜１．５時間乾燥して溶剤分を除去し、大気中、４５０℃〜５５０℃で１時間〜２時間焼成を行い、コート層を形成させ、製造することができる。排ガス浄化触媒において、基材上に２層以上のコート層を形成する場合は、前記コート層の形成を繰り返せばよい。例えば、マイクロ波吸収材、並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３を下層に含み、貴金属担持触媒を上層に含む２層からなるコート層を形成する場合は、まず、マイクロ波吸収材並びにＮｉＯ及び／又はＣｒ_２Ｏ_３を含むコート層スラリーを使用して、前記コート層の形成を行い、その後、貴金属担持触媒を含むコート層スラリーを使用して、再度、前記コート層の形成を行えばよい。

本発明において、マイクロ波発生装置とは、マイクロ波吸収材が吸収し得るマイクロ波を発生する装置を示し、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置する。

ここで、マイクロ波発生装置は、排ガスの流れ方向に対する排ガス浄化触媒の前方において、マイクロ波吸収材がコートされている基材を有する排ガス浄化触媒に向かってマイクロ波を照射できる位置、すなわち、排ガスの流れ方向に対して水平（排ガス流入口と排ガス浄化触媒の中心とを結んだ線と、マイクロ波発生装置のマイクロ波照射口と排ガス浄化触媒の中心とを結んだ線により形成される角度（本明細書等では、マイクロ波照射角度ともいう）＝０°）から排ガスの流れ方向に対して垂直（マイクロ波照射角度＝９０°）の間に位置すれば限定されない。マイクロ波照射角度は、通常３０°〜９０°、好ましくは４５°〜９０°である。

マイクロ波発生装置の位置を前記で説明する位置にすることにより、マイクロ波を効率よく排ガス浄化触媒に照射することができる。

マイクロ波発生装置から発生するマイクロ波の周波数は、適宜変更することができ、限定されないが、通常１．５ＧＨｚ〜３ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚである。本発明では、マイクロ波の周波数として、工業用マイクロ波電源の周波数である２．４５ＧＨｚを使用することがより好ましい。

マイクロ波発生装置の出力は、使用する車両用排ガス浄化装置の規模や、所望する暖機性能などにより適宜変更することができ、限定されないが、通常２００Ｗ〜１０ｋＷ、好ましくは５００Ｗ〜２ｋＷである。また、マイクロ波発生装置は、シングルモード、マルチモードともに使用可能である。本発明は、シングルモードで実施することが好ましい。

図２には、本発明の車両用排ガス浄化装置の一実施形態を示す。図２では、排ガス浄化触媒（２）と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒（２）の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置（１）と、を備える車両用排ガス浄化装置が示されており、車両用排ガス浄化装置の排ガスの流れ方向に対して後方に、別の触媒が設置されている。別の触媒を設置することにより、浄化性能をさらに向上することができる。排ガスは、排ガス流入管から車両用排ガス浄化装置に入り、排ガス浄化触媒（２）を通って、排ガス流出管から排出される。図２では、マイクロ波照射角度は、約４５°である。

本発明の排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置は、当該技術分野において従来知られている車両用排ガス浄化装置に使用することができ、限定されないが、ガソリン車のエンジン、ハイブリッド車のエンジン及びプラグインハイブリッド車のエンジンでは、三元触媒として、ディーゼル車のエンジンでは、酸化触媒として利用することができる。

本発明の排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置を利用することにより、加熱効率が向上し、消費電力が低減できるため、燃費向上につながる。

以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

１．試料調製
実施例１．コート層がＳｉＣと貴金属担持触媒とＮｉＯとを含む、排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置の調製

（１）複合粉末の調製
マイクロ波吸収材としてのβ−ＳｉＣ粉末とＮｉＯ粉末を、４：１の重量比で、ビーカー中において湿式混合し、乾燥後、大気中、９５０℃で２時間熱処理して、複合粉末を調製した。熱処理後、ＳｉＣとＮｉＯの複合酸化物はＸＲＤで検出されなかった。
（２）排ガス浄化触媒の調製
貴金属担持触媒としてのＰｄをＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３に担持させたＰｄ担持触媒及びＲｈをＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３に担持させたＲｈ担持触媒、並びに（１）で調製した複合粉末を、水中に添加し、均一に混合することによりスラリーを得た。前記スラリーを、投入し吸引する方法により、基材としての、直径１０３ｍｍ、長さ８４ｍｍ、６００セル／ｉｎ^２のコーディエライト製ハニカム状モノリス基材にコートした。その後、乾燥、５００℃、２０分間の焼成を経て、三元触媒のコート層を形成させ、排ガス浄化触媒を調製した。

排ガス浄化触媒の特性
排ガス浄化触媒：３５７ｇ
コート層：１６８ｇ
（内、Ｐｄ：２．８７ｇ、Ｒｈ：０．１７ｇ、β−ＳｉＣ及びＮｉＯ：７１ｇ）
コート層厚さ：１２０μｍ

（３）車両用排ガス浄化装置の調製
（２）において調製した排ガス浄化触媒と、マイクロ波発生装置とを組み合わせて、車両用排ガス浄化装置を調製した。マイクロ波照射角度は４５°に設定した。

実施例２．コート層がＳｉＣと貴金属担持触媒とＣｒ_２Ｏ_３とを含む、排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置の調製

実施例１の（１）を以下のように変更した以外は、実施例１と同様にして、車両用排ガス浄化装置を調製した。

（１）複合粉末の調製
マイクロ波吸収材としてのβ−ＳｉＣ粉末とＣｒ_２Ｏ_３粉末を、４：１の重量比で、ビーカー中において湿式混合し、乾燥後、大気中、９５０℃で２時間熱処理して、複合粉末を調製した。熱処理後、ＳｉＣとＣｒ_２Ｏ_３の複合酸化物はＸＲＤで検出されなかった。

排ガス浄化触媒の特性
排ガス浄化触媒：３５７ｇ
コート層：１６８ｇ
（内、Ｐｄ：２．８７ｇ、Ｒｈ：０．１７ｇ、β−ＳｉＣ及びＣｒ_２Ｏ_３：７１ｇ）
コート層厚さ：１２０μｍ

比較例１．マイクロ波吸収材を含まない、排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置の調製

実施例１の（１）を実施せず、実施例１の（２）において、複合粉末を使用しないこと以外は、実施例１と同様にして、車両用排ガス浄化装置を調製した。

排ガス浄化触媒の特性
排ガス浄化触媒：３５７ｇ
コート層：１６８ｇ
（内、Ｐｄ：２．８７ｇ、Ｒｈ：０．１７ｇ）
コート層厚さ：１２０μｍ

比較例２．コート層がＳｉＣと貴金属担持触媒とを含む、排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置の調製

実施例１の（１）を実施せず、実施例１の（２）において、「（１）で調製した複合粉末」を「β−ＳｉＣ」に変更した以外は、実施例１と同様にして、車両用排ガス浄化装置を調製した。

排ガス浄化触媒の特性
排ガス浄化触媒：３５７ｇ
コート層：１６８ｇ
（内、Ｐｄ：２．８７ｇ、Ｒｈ：０．１７ｇ、β−ＳｉＣ：７１ｇ）
コート層厚さ：１２０μｍ

比較例３．コート層がＳｉＣと貴金属担持触媒とホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）とを含む、排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置の調製

実施例１の（１）を以下のように変更した以外は、実施例１と同様にして、車両用排ガス浄化装置を調製した。

（１）複合粉末の調製
マイクロ波吸収材としてのβ−ＳｉＣ粉末とＺｒＢ_２粉末を、４：１の重量比で、ビーカー中において湿式混合し、乾燥後、大気中、９５０℃で２時間熱処理して、複合粉末を調製した。熱処理後、ＳｉＣとＺｒＢ_２の複合酸化物はＸＲＤで検出されなかった。

排ガス浄化触媒の特性
排ガス浄化触媒：３５７ｇ
コート層：１６８ｇ
（内、Ｐｄ：２．８７ｇ、Ｒｈ：０．１７ｇ、β−ＳｉＣ及びＺｒＢ_２：７１ｇ）
コート層厚さ：１２０μｍ

比較例４．コート層がＳｉＣとＮｉＯとを含み、貴金属を含まない、排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置の調製

実施例１の（２）において、「貴金属担持触媒としてのＰｄをＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３に担持させたＰｄ担持触媒及びＲｈをＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３に担持させたＲｈ担持触媒」を「ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３」に変更した以外は、実施例１と同様にして、車両用排ガス浄化装置を調製した。

排ガス浄化触媒の特性
排ガス浄化触媒：３５７ｇ
コート層：１６８ｇ
（内、β−ＳｉＣ及びＮｉＯ：７１ｇ）
コート層厚さ：１２０μｍ

比較例５．コート層がＳｉＣとＣｒ_２Ｏ_３とを含み、貴金属を含まない、排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置の調製

実施例２の（２）において、「貴金属担持触媒としてのＰｄをＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３に担持させたＰｄ担持触媒及びＲｈをＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３に担持させたＲｈ担持触媒」を「ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末及びＡｌ_２Ｏ_３」に変更した以外は、実施例２と同様にして、車両用排ガス浄化装置を調製した。

排ガス浄化触媒の特性
排ガス浄化触媒：３５７ｇ
コート層：１６８ｇ
（内、β−ＳｉＣ及びＣｒ_２Ｏ_３：７１ｇ）
コート層厚さ：１２０μｍ

２．試料測定
２−１．マイクロ波による昇温試験
１．試料調製における実施例１及び２並びに比較例１〜５において調製した車両用排ガス浄化装置それぞれについて、以下のマイクロ波条件を用いて、マイクロ波照射直後の排ガス浄化触媒の温度を測定し、マイクロ波による昇温効率を評価した。測温は、排ガス浄化触媒の上流端面を、光ファイバーを用いた赤外温度計で測温することにより行った。光ファイバーは、排ガス浄化触媒容器の上流に設けた測温用孔部から設置した。

マイクロ波条件
出力：５００Ｗ
周波数：２．４５ＧＨｚ（波長０．１２２ｍ）
照射時間：１０秒

図３に実施例１及び２並びに比較例１〜５の昇温結果を示す。図３より、実施例１及び２並びに比較例２〜５の車両用排ガス浄化装置では、マイクロ波による昇温が１５℃〜２０℃と良好であった。すなわち、これらの車両用排ガス浄化装置では、照射したマイクロ波のエネルギーが効率よく熱に変換されたことを示す。しかしながら、比較例１の車両用排ガス浄化装置では、マイクロ波吸収材としてのＳｉＣを含まないので、マイクロ波による昇温がほとんど起こらなかった。すなわち、比較例１の車両用排ガス浄化装置では、照射したマイクロ波のエネルギーを効率よく熱に変換できなかったことを示す。

２−２．浄化性能測定
１．試料調製における実施例１及び２並びに比較例１〜５の（２）において調製した排ガス浄化触媒を、それぞれ、アルミナマットで巻いて、ステンレス容器に圧入し、触媒コンバーターを作製した。各触媒コンバーターを、熱交換機を有するガソリンエンジンベンチの排気管に取り付けた。

続いて、各触媒コンバーターについて、実ガス（実ガスの組成）中、９５０℃、５０時間の耐久を実施した。耐久後、各触媒のコート層を掻きとり、ＣＯパルス吸着法によりＣＯ吸着量を測定した。

図４に実施例１及び２並びに比較例１〜５のＣＯ吸着量を示す。比較例１をＳｉＯ蒸気による被毒劣化がない標準品として、図４より判明したことを以下に記載する。

実施例１は、比較例１のＳｉＣを含まないものと同等のＣＯ吸着量（１０２％）を示し、ＮｉＯへのＣＯ吸着を示す比較例４のＣＯ吸着量を考慮しても、比較例１のＳｉＣを含まないものと同等のＣＯ吸着量（１０１％）を示し、貴金属が被毒劣化していないことが確認された。

実施例２は、比較例１のＳｉＣを含まないものと比較して５５％のＣＯ吸着量を示し、貴金属の被毒抑制の効果が認められた。Ｃｒ_２Ｏ_３へのＣＯ吸着を示す比較例５のＣＯ吸着量を考慮すると、比較例１のＳｉＣを含まないものと比較して４７％のＣＯ吸着量を示し、貴金属の被毒劣化が一部抑制された。

実施例１（ＳｉＣとＮｉＯとを含む）と実施例２（ＳｉＣとＣｒ_２Ｏ_３とを含む）の差は、各遷移金属酸化物とＳｉＯ蒸気との反応性の差であると考えられる。Ｎｉ_２ＳｉＯ_４とＣｒ_２ＳｉＯ_４は実際には検出されなかったが、Ｎｉ_２ＳｉＯ_４とＣｒ_２ＳｉＯ_４の生成温度は、それぞれ１２００℃と１７２３℃であり、Ｎｉ_２ＳｉＯ_４の方が生成しやすくＳｉＯ蒸気との反応性が高い。このため、貴金属を被毒するＳｉＯ蒸気をトラップする能力はＮｉＯ＞Ｃｒ_２Ｏ_３になる。

比較例２は、比較例１のＳｉＣを含まないものと比較して１／５のＣＯ吸着量を示した。コート層が貴金属担持触媒及びＳｉＣ以外にＮｉＯ又はＣｒ_２Ｏ_３を含まない場合、比較例１と比較して貴金属の被毒抑制効果が確認されなかった。

比較例３は、比較例１のＳｉＣを含まないものと比較して１１％のＣＯ吸着量を示した。コート層が貴金属担持触媒及びＳｉＣに加えてＺｒＢ_２を含む場合、比較例１と比較して貴金属の被毒抑制効果が確認されなかった。

比較例４は、比較例１のＳｉＣを含まないものと比較して１％のＣＯ吸着量を示し、ほとんどＣＯ吸着がなかった。

比較例５は、比較例１のＳｉＣを含まないものと比較して９％のＣＯ吸着量を示した。

１．マイクロ波発生装置、２．排ガス浄化触媒

Claims (1)

1. 基材と基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含むコート層とを有する排ガス浄化触媒と、
   排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と、
   を備える車両用排ガス浄化装置であって、
   マイクロ波吸収材が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、
   貴金属担持触媒が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含み、
   コート層が、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）をさらに含む前記車両用排ガス浄化装置。

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