CN113385033A - 废气净化装置 - Google Patents

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佐藤明美
中岛谅太
池部雅俊
村胁启介
小里浩隆
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Abstract

本发明涉及废气净化装置。提供能够提高净化性能并且能够抑制压力损失的废气净化装置。本发明的废气净化装置是具备蜂窝基材和流入孔侧催化剂层的废气净化装置，其特征在于，蜂窝基材具有划分出从流入侧端面到流出侧端面延伸的多个孔的多孔分隔壁，多个孔包含隔着分隔壁而邻接的流入孔和流出孔，流入孔侧催化剂层设于分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的流入孔侧的表面上，将包含分隔壁的流入侧区域和流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将至少包含分隔壁的从规定位置到流出侧端的流出侧区域的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb在0.4以上且0.8以下的范围内。

Description

废气净化装置
技术领域
本发明涉及在壁流结构的过滤器中设有催化剂的废气净化装置。
背景技术
在从汽车等的内燃机排出的废气中包含成为大气污染的原因的以碳为主成分的粒子状物质(PM：Particulate Matter，以下有时简称为“PM”。)、作为不可燃成分的灰尘等。作为用于将PM从废气中捕集并除去的过滤器，已广泛地使用壁流结构的过滤器。
壁流结构的过滤器通常具备蜂窝基材，蜂窝基材具有划分出从流入侧端面到流出侧端面延伸的多个孔的多孔分隔壁，多个孔包含隔着分隔壁而邻接的流入孔和流出孔。而且，就流入孔而言，流入侧端开口，流出侧端被密封，就流出孔而言，流入侧端被密封，流出侧端开口。因此，从流入侧端流入流入孔的废气透过分隔壁而流入流出孔，从流出孔的流出侧端排出。而且，在废气透过分隔壁时，PM被捕集于分隔壁的气孔内。作为壁流结构的过滤器，例如已知有柴油发动机用的柴油颗粒过滤器(DPF)和汽油发动机用的汽油颗粒过滤器(GPF，以下有时简称为“GPF”。)等。
另一方面，废气除了PM以外还包含CO(一氧化碳)、HC(烃)、NOx(氮氧化物)等有害成分。有害成分能够利用涂布有贵金属催化剂等催化剂的过滤器从废气中除去。因此，近年来，为了将PM和有害成分这两者从废气中除去，已使用在壁流结构的过滤器中设有催化剂的废气净化装置。
作为在壁流结构的过滤器中设有催化剂的废气净化装置，例如已知如下的废气净化装置，其具备：在分隔壁的流入孔侧的表面上从废气的流入侧端沿着分隔壁的延伸方向以比分隔壁的总长短的长度设置的第一催化剂层，和在分隔壁的内部且面对流出孔的区域的至少一部分、从废气的流出侧端沿着分隔壁的延伸方向设置的第二催化剂层(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6386697号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1所记载的废气净化装置中，在为了提高净化性能而增大在分隔壁的流入孔侧的表面上设置的第一催化剂层的密度时，从流入侧端流入流入孔的废气的透过包含分隔壁和第一催化剂层的流入侧分隔壁部的速度过度下降，废气沿着分隔壁的第一催化剂层流动的速度过度上升，从而变得难以使废气接触第一催化剂层以使废气被高效净化，有时压力损失增大。另一方面，增大在分隔壁的内部且面对流出孔的区域的至少一部分所设的第二催化剂层的密度时，透过包含分隔壁和第一催化剂层的流入侧分隔壁部的速度过度上升，废气沿着分隔壁的第一催化剂层流动的速度过度下降，从而有时变得难以使废气接触第一催化剂层以使废气被高效净化。
本发明鉴于上述方面而完成，其目的在于，提供能够提高净化性能并且能够抑制压力损失的废气净化装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的废气净化装置是具备蜂窝基材和流入孔侧催化剂层的废气净化装置，其特征在于，上述蜂窝基材具有划分出从流入侧端面到流出侧端面延伸的多个孔的多孔分隔壁，上述多个孔包含隔着上述分隔壁而邻接的流入孔和流出孔，上述流入孔的流入侧端开口，流出侧端被密封，上述流出孔的流入侧端被密封，流出侧端开口，上述流入孔侧催化剂层设于上述分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的上述流入孔侧的表面上，将包含上述分隔壁的上述流入侧区域和上述流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将至少包含上述分隔壁的从上述规定位置到流出侧端的流出侧区域的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb在0.4以上且0.8以下的范围内。
发明效果
根据本发明，能够提高净化性能并且能够抑制压力损失。
附图说明
图1是示意性示出实施方式涉及的第一例的废气净化装置的立体图。
图2是示意性示出实施方式涉及的第一例的废气净化装置中与孔的延伸方向平行的断面的主要部位的断面图。
图3是示意性示出实施方式涉及的第二例的废气净化装置中与孔的延伸方向平行的断面的主要部位的断面图。
图4是分别示意性示出实施例、比较例1和比较例2中制作的废气净化装置中与孔的延伸方向平行的断面的主要部位的断面图。
图5是示出实施例、比较例1和比较例2的废气净化装置中相对于压力损失的NOx20％净化温度的变化的坐标图。
图6是示出相对于透气系数的比例Ka/Kb的压力损失的计算结果的变化的坐标图。
图7是相当于参考文献(R.Horn et al./Journal of Catalysis 249(2007)380-393)的图2的图，上段是示出相对于供给气体的C/O比率的各催化剂的O2转化率、CH4转化率和排气温度的变化的坐标图，下段是示出相对于供给气体的C/O比率的各催化剂的H2选择率、CO选择率、CO2选择率和H2O选择率的变化的坐标图。
图8是相当于参考文献的图3的图，左侧的上段是示出配置有含Rh催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的CH4和O2的流量和床温的坐标图，左侧的中段是示出配置有含Rh催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2和CO的流量的坐标图，左侧的下段是示出配置有含Rh催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2O和CO2的流量的坐标图。另外，右侧的上段是示出配置有含Pt催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的CH4和O2的流量和床温的坐标图，右侧的中段是示出配置有含Pt催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2和CO的流量的坐标图，右侧的下段是示出配置有含Pt催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2O和CO2的流量的坐标图。
附图标记说明
1 废气净化装置
10 蜂窝基材
10Sa 蜂窝基材的流入侧端面
10Sb 蜂窝基材的流出侧端面
12 孔
12A 流入孔
12Aa 流入孔的流入侧端
12Ab 流入孔的流出侧端
12B 流出孔
12Ba 流出孔的流入侧端
12Bb 流出孔的流出侧端
14 分隔壁
14a 分隔壁的流入侧端
14m 分隔壁的规定位置
14b 分隔壁的流出侧端
14Ra 分隔壁的流入侧区域
14Rb 分隔壁的流出侧区域
14Rr 分隔壁的重叠区域
14SA 分隔壁的流入孔侧的表面
14NA 分隔壁的流入孔侧的内部区域
14NB 分隔壁的流出孔侧的内部区域
16 密封部
20 流入孔侧催化剂层
30 流出孔侧催化剂层
具体实施方式
本发明的废气净化装置涉及的实施方式是具备蜂窝基材和流入孔侧催化剂层的废气净化装置，其特征在于，上述蜂窝基材具有划分出从流入侧端面到流出侧端面延伸的多个孔的多孔分隔壁，上述多个孔包含隔着上述分隔壁而邻接的流入孔和流出孔，上述流入孔的流入侧端开口，流出侧端被密封，上述流出孔的流入侧端被密封，流出侧端开口，上述流入孔侧催化剂层设于上述分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的上述流入孔侧的表面上，将包含上述分隔壁的上述流入侧区域和上述流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将至少包含上述分隔壁的从上述规定位置到流出侧端的流出侧区域的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb在0.4以上且0.8以下的范围内。在此，“流入侧”是指在废气净化装置中废气流入的一侧，“流出侧”是指在废气净化装置中废气流出的一侧。
在实施方式中，对分隔壁的延伸方向没有特别限定，通常与蜂窝基材的轴向大致相同，对孔的延伸方向没有特别限定，通常与分隔壁的延伸方向大致相同。在以下的说明中，“延伸方向”是指分隔壁和孔的延伸方向、即流入侧和流出侧相面对的方向，与蜂窝基材的轴向大致相同的方向。以下，作为实施方式，说明第一实施方式和第二实施方式。
1.第一实施方式
第一实施方式的废气净化装置的特征在于，流出孔侧催化剂层设于上述分隔壁的上述流出侧区域中的上述流出孔侧的内部区域，上述流出侧分隔壁部包含上述分隔壁的上述流出侧区域和上述流出孔侧催化剂层。
首先，对于第一实施方式的废气净化装置的概要，例示进行说明。
在此，图1是示意性示出实施方式涉及的第一例的废气净化装置的立体图。图2是示意性示出实施方式涉及的第一例的废气净化装置中与孔的延伸方向平行的断面的主要部位的断面图。
如图1和图2所示，第一例的废气净化装置1具备蜂窝基材10、密封部16、流入孔侧催化剂层20和流出孔侧催化剂层30。蜂窝基材10是圆筒状框部11和将框部11的内侧的空间分隔为蜂窝状的分隔壁14一体形成而成的基材。分隔壁14为划分出从蜂窝基材10的流入侧端面10Sa到流出侧端面10Sb延伸的多个孔12的多孔体。就分隔壁14的形状而言，以与多个孔12的延伸方向垂直的断面成为正方形的方式包含彼此隔开且平行地配置的多个壁部14L、和与这些多个壁部14L构成直角并且彼此隔开且平行地配置的多个壁部14S，与延伸方向垂直的断面成为格子状。
多个孔12包含隔着分隔壁14而邻接的流入孔12A和流出孔12B。流入孔12A的流入侧端12Aa开口，流出侧端12Ab用密封部16密封，流出孔12B的流入侧端12Ba用密封部16密封，流出侧端12Bb开口。
流入孔侧催化剂层20设于分隔壁14的从流入侧端14a到流出侧的规定位置14m的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的表面14SA。流入孔侧催化剂层20包含由Pt(铂)构成的催化剂金属粒子(未图示)和载持其的载体(未图示)。流入孔侧催化剂层20以可得到所需的净化性能的方式调整催化剂金属的含量等，并且以后述的透气系数的比率Ka/Kb成为0.4以上且0.8以下的范围内的方式调整其密度、厚度、载体和助催化剂的平均粒径、以及气孔率等性状等。
流出孔侧催化剂层30设于分隔壁14的从规定位置14m到流出侧端14b的流出侧区域14Rb以及从规定位置14m向流入侧延伸、与流入侧区域14Ra重叠的重叠区域14Rr中的流出孔侧的内部区域14NB。流出孔侧催化剂层30包含由Rh(铑)构成的催化剂金属粒子(未图示)和载持其的载体(未图示)。流出孔侧催化剂层30以可得到所需的净化性能的方式调整催化剂金属的含量等，并且以后述的透气系数的比率Ka/Kb成为0.4以上且0.8以下的范围内的方式调整其密度、厚度、载体和助催化剂的平均粒径、以及气孔率等性状等。
将包含分隔壁14的流入侧区域14Ra和流入孔侧催化剂层20的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将包含分隔壁14的流出侧区域14Rb和流出孔侧催化剂层30的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb成为0.4以上且0.8以下的范围内。
在为了提高净化性能，通过增加流入孔侧催化剂层20的密度而降低透气系数Ka，使透气系数的比率Ka/Kb小于0.4的情况下，从流入侧端14a流入流入孔12A的废气透过流入侧分隔壁部的速度会过度下降，废气沿着流入孔侧催化剂层20流动的速度会过度上升。由此，难以使废气接触流入孔侧催化剂层20以使废气被高效净化，压力损失增大。进而，由于废气透过流出侧分隔壁部的速度过度上升，担心难以使废气接触流出孔侧催化剂层30以使废气被高效净化。另一方面，在通过增加流出孔侧催化剂层30的密度而降低透气系数Kb，使透气系数的比率Ka/Kb大于0.8的情况下，即使透气系数Ka为未超过透气系数Kb的范围，从流入侧端14a流入流入孔12A的废气透过流入侧分隔壁部的速度也会过度上升，废气沿着流入孔侧催化剂层20流动的速度会过度下降。由此，难以使废气接触流入孔侧催化剂层20以使废气被高效净化。进而，由于废气透过流出侧分隔壁部的速度过度下降，担心压力损失增大，担心难以使废气接触流出孔侧催化剂层30以使废气被高效净化。
而在第一例的废气净化装置1中，通过将透气系数的比率Ka/Kb设为0.4以上且0.8以下的范围内，从而将从流入侧端14a流入流入孔12A的废气透过流入侧分隔壁部的速度和废气沿着流入孔侧催化剂层20流动的速度、以及废气透过流出侧分隔壁部的速度调整至所期望的范围内，由此能够使废气接触流入孔侧催化剂层20和流出孔侧催化剂层30以使废气被高效净化，并且能够抑制压力损失。
因此，在第一实施方式的废气净化装置中，如第一例那样，将透气系数的比率Ka/Kb设为0.4以上且0.8以下的范围内，从而调整废气在废气净化装置内的流动，由此能够提高净化性能并且能够抑制压力损失。
接着，对第一实施方式的废气净化装置的各构成进行详细说明。
1.透气系数的比率Ka/Kb
将包含上述分隔壁的上述流入侧区域和上述流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将包含上述分隔壁的上述流出侧区域和上述流出孔侧催化剂层的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb在0.4以上且0.8以下的范围内。
在此，“透气系数”是指Darcy(ダルシー)的透过系数，是指通过下述式算出的系数。
[数学式1]
K＝QVT/AM
(其中，K为透气系数(m2)，Q＝气体的流量(单位:m3/秒)，V＝气体的粘度(单位：Pa·秒)，T＝分隔壁部的厚度(单位：m)，A＝与分隔壁部中使气体透过的部分的气体透过方向垂直的断面积(单位：m2)，M＝使气体以流量Q透过分隔壁部时的分隔壁部的气体流入之侧与流出之侧的压差(单位：Pa))
透气系数的测定方法没有特别限定，例如可举出如下的方法等：在使用市售的Perm porometer(例如PMI公司(Porous Materials Inc.)制Perm porometer)，一边使气压变化一边使25℃的空气以1L/min～200L/min的流量透过分隔壁部的10mm见方部的部分(分隔壁部中使气体透过的部分)的情况下，测定分隔壁部的气体流入之侧与流出之侧的压差成为10kPa时的空气的流量，使用所测定的空气的流量，由上述式进行算出。
透气系数Ka是指从使气体透过流入侧分隔壁部时的气体的流量以及流入侧分隔壁部的气体流入之侧与流出之侧的压差求出的系数。透气系数Kb是指从使气体透过流出侧分隔壁部时的气体的流量以及流出侧分隔壁部的气体流入之侧与流出之侧的压差求出的系数。
透气系数的比率Ka/Kb只要在0.4以上且0.8以下的范围内就没有特别限定，其中优选在0.5以上且0.7以下的范围内。这是因为，通过透气系数的比率Ka/Kb为这些范围的下限以上，能够抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度下降和废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度上升，能够有效地调整废气在废气净化装置内的流动。这是因为，通过透气系数的比率Ka/Kb为这些范围的上限以下，能够抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度上升和废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度下降，能够有效地调整废气在废气净化装置内的流动。
透气系数Ka没有特别限定，例如优选在1.0E-16m2以上且1.0E-13m2以下的范围内，其中优选在1.0E-15m2以上且5.0E-14m2以下的范围内。这是因为，通过透气系数Ka为这些范围的下限以上，能够抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度下降。这是因为，通过透气系数Ka为这些范围的上限以下，能够抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度上升。
透气系数Ka的调整方法没有特别限定，可使用一般的方法，例如可举出通过调制流入孔侧催化剂层的密度、厚度、载体和助催化剂的平均粒径、以及气孔率等性状等来调整流入孔侧催化剂层的透气系数的方法、在分隔壁的流入侧区域中的流入孔侧的表面设置将分隔壁的气孔堵塞的层的方法、以及通过调制分隔壁的气孔率等性状等来调整分隔壁的流入侧区域的透气系数的方法等。
透气系数Kb没有特别限定，例如优选为2.0E-16m2以上且2.0E-13m2以下的范围内，其中优选2.0E-15m2以上且1.0E-13m2以下的范围内。这是因为，通过透气系数Kb为这些范围的下限以上，能够抑制废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度下降。这是因为，通过透气系数Kb为这些范围的上限以下，能够抑制废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度上升。
透气系数Kb的调整方法没有特别限定，可使用一般的方法，例如可举出通过调制流出孔侧催化剂层的密度、厚度、载体和助催化剂的平均粒径、以及气孔率等性状等来调整流出孔侧催化剂层的透气系数的方法、以及通过调制分隔壁的气孔率等性状等来调整分隔壁的流出侧区域的透气系数的方法等。
流入侧分隔壁部的延伸方向的长度与分隔壁的流入侧区域的延伸方向的长度、即分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的延伸方向的长度、以及流入孔侧催化剂层的延伸方向的长度一致。另外，流出侧分隔壁部的延伸方向的长度为分隔壁部的延伸方向的全长减去流入侧分隔壁部的延伸方向的长度而得到的长度。予以说明，流出侧分隔壁部的延伸方向的长度与分隔壁部的流出侧区域的延伸方向的长度一致。
流入侧分隔壁部的延伸方向的长度没有特别，例如优选在分隔壁的延伸方向的全长的1/100以上且90/100以下的范围内，其中优选在分隔壁的延伸方向的全长的1/100以上且20/100以下的范围内。这是因为，通过长度在这些范围的下限以上，即使在高负荷的运转条件下废气的流量较大的状况下也能够充分地延长废气与流入孔侧催化剂层的接触时间从而实现净化性能的提高。这是因为，通过长度为这些范围的上限以下，能够有效地抑制压力损失，并且能够确保超过所预期的灰的堆积厚度的长度作为分隔壁中未配置流入孔侧催化剂层的区域的延伸方向的长度。
2.流入孔侧催化剂层
上述流入孔侧催化剂层设于上述分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的上述流入孔侧的表面上。由此，面对分隔壁的流入侧区域的流入孔的气孔被流入孔侧催化剂层堵塞，包含分隔壁的流入侧区域和流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数变得低于包含分隔壁的流出侧区域和流出孔侧催化剂层的流出侧分隔壁部。
在此，所谓“分隔壁的流出侧的规定位置”，是指与分隔壁的流入侧端相比更接近流出侧端的位置。另外，所谓“设于上述分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的上述流入孔侧的表面上”，是指在分隔壁的外部以与分隔壁的流入侧区域中的流入孔侧的表面相接的方式设置。
分隔壁的流入侧区域的延伸方向的长度、即分隔壁的从流入侧端到上述规定位置的延伸方向的长度、以及流入孔侧催化剂层的延伸方向的长度与流入侧分隔壁部的延伸方向的长度一致。
流入孔侧催化剂层的密度没有特别限定，可使用一般的密度，例如优选在30g/L以上且350g/L以下的范围内，其中优选在50g/L以上且300g/L以下的范围内，特别优选在50g/L以上且250g/L以下的范围内。这是因为，通过密度为该范围的下限以上，容易提高净化性能。这是因为，通过密度为该范围的上限以下，容易抑制压力损失。予以说明，所谓“流入孔侧催化剂层的密度”，是指流入孔侧催化剂层的质量除以轴向长度与流入孔侧催化剂层的延伸方向的长度相同的、蜂窝基材的轴向的部分的体积所得的值。
流入孔侧催化剂层的厚度没有特别限定，可使用一般的厚度，例如优选在分隔壁的厚度的5％以上且100％以下的范围内，其中优选在10％以上且40％以下的范围内。这是因为，通过厚度为该范围的下限以上，容易抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度上升。这是因为，通过厚度为该范围的上限以下，容易抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度下降。
流入孔侧催化剂层只要包含催化剂金属就没有特别限定，通常包含催化剂金属粒子和载持催化剂金属粒子的载体。流入孔侧催化剂层例如为载持有催化剂金属粒子的带催化剂的载体的多孔烧结体。
催化剂金属的材料没有特别限定，可使用一般的材料，例如可举出Rh(铑)、Pd(钯)、Pt(铂)等贵金属等。催化剂金属的材料可以为1种金属或2种以上的金属，可以为含有2种以上的金属的合金。作为催化剂金属的材料，优选Pt和Pd等中的至少1种，其中优选Pt。
催化剂金属粒子的平均粒径没有特别限定，可使用一般的平均粒径，例如优选在0.1nm以上且20nm以下的范围内。这是因为，通过平均粒径为该范围的上限以下，能够增大与废气的接触面积。予以说明，催化剂金属粒子的平均粒径是指例如从采用透过型电子显微镜(TEM)所测定的粒径求出的平均值。
催化剂金属的每1L体积的基材的含量没有特别限定，可使用一般的含量，因催化剂金属的材料而不同，例如在材料为Pd、Pt或Rh的情况下，优选在0.05g以上且5g以下的范围内。这是因为，通过含量为该范围的下限以上，可得到充分的催化作用；这是因为，通过含量为该范围的上限以下，能够抑制催化剂金属的粒生长，同时在成本方面也变得有利。在此，所谓“催化剂金属的每1L体积的基材的含量”，是指流入孔侧催化剂层中含有的催化剂金属的质量除以轴向长度与流入孔侧催化剂层的延伸方向的长度相同的、蜂窝基材的轴向的部分的体积所得的值。
载体的材料没有特别限定，可使用一般的材料，例如可举出氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(CeO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO2)等金属氧化物或者例如氧化铈-氧化锆(CeO2-ZrO2)复合氧化物等这样它们的固溶体等。作为载体的材料，可以为这些之中的1种，也可以为2种以上。作为载体的材料，优选氧化铝和氧化铈-氧化锆复合氧化物等中的至少1种。载体的形状没有特别限定，可使用一般的形状，优选粉末状。这是因为能够确保更大的比表面积。
粉末状载体的平均粒径没有特别限定，例如在0.1μm以上且20μm以下的范围内，其中优选在1μm以上且10μm以下的范围内。这是因为，通过平均粒径为该范围的下限以上，能够得到充分的耐热特性，并且在为了形成流入孔侧催化剂层而将包含粉末状载体的浆料供给至分隔壁的表面时能够抑制浆料渗透至分隔壁的内部区域，此外容易抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度下降。这是因为，通过平均粒径为该范围的上限以下，能够充分地确保催化剂金属粒子的分散性从而提高净化性能，此外容易抑制废气透过流入侧分隔壁部的速度的过度上升。予以说明，“粉末状载体的平均粒径”是指例如通过激光衍射·散射法求出的平均粒径。
相对于催化剂金属粒子和载体的合计质量的催化剂金属粒子的质量比没有特别限定，可使用一般的质量比，例如优选在0.01质量％以上且10质量％以下的范围内。这是因为，通过质量比为该范围的下限以上，可得到充分的催化作用；这是因为，通过质量比为该范围的上限以下，能够抑制催化剂金属粒子的粒生长，同时在成本方面变得有利。
使催化剂金属粒子载持于载体的方法没有特别限定，可使用一般的方法，例如可举出如下的方法等：使载体含浸含有催化剂金属盐(例如硝酸盐等)或催化剂金属络合物(例如四氨络合物等)的水溶液后进行干燥并烧成。
流入孔侧催化剂层除了催化剂金属粒子和载体以外，还可以包含未载持催化剂金属粒子的助催化剂。助催化剂的材料没有特别限定，可使用一般的材料，例如可举出氧化铝、二氧化硅、氧化铈-氧化锆复合氧化物等。助催化剂的形状没有特别限定，可使用一般的形状，优选粉末状。相对于催化剂金属粒子、载体和助催化剂的合计质量的助催化剂的质量比没有特别限定，可使用一般的质量比，例如优选在30质量％以上且80质量％以下的范围内。关于粉末状助催化剂的平均粒径，与粉末状载体的平均粒径同样，因此省略此处的说明。
流入孔侧催化剂层的形成方法没有特别限定，可使用一般的方法，例如可举出将浆料供给至分隔壁的流入侧区域中的流入孔侧的表面后进行干燥并烧成的方法。
浆料只要除了溶剂以外还包含催化剂金属就没有特别限定，通常包含催化剂金属粒子和载体。溶剂没有特别限定，可使用一般的溶剂，例如可举出离子交换水等水、水溶性有机溶剂、或者水与水溶性有机溶剂的混合物等。浆料可以进一步适当包含助催化剂、氧吸留放出材料、粘合剂和添加剂等任意成分。
浆料中包含的粉末状载体和助催化剂的平均粒径等以及浆料的固体成分浓度和粘度等性状等可适当调整，以使得浆料不渗透至分隔壁的内部区域，并且流入侧分隔壁部的透气系数Ka成为所期望的范围内。
将浆料供给至分隔壁的流入侧区域中的流入孔侧的表面的方法没有特别限定，可使用一般的方法，例如可举出如下的方法等：将蜂窝基材从流入侧端面侧浸渍在浆料中，经过了规定时间后，从浆料中取出。在该方法中，也可以从流出侧端侧对流出孔进行加压以在流出孔和流入孔之间产生压力差，使得浆料不渗透至分隔壁的内部区域。
在将浆料供给至分隔壁的流入侧区域中的流入孔侧的表面后进行干燥并烧成的方法中，干燥条件没有特别限定，受蜂窝基材或载体的形状和尺寸影响，例如优选在80℃以上且300℃以下的范围内的温度干燥1小时以上且10小时以下的范围内的时间的条件。烧成条件没有特别限定，例如优选在400℃以上且1000℃以下的范围内的温度烧成1小时以上且4小时以下的范围内的时间的条件。
予以说明，流入孔侧催化剂层的密度、厚度和气孔率等性状等可通过浆料的供给量、浆料中包含的催化剂金属粒子、载体和助催化剂等各成分的形状、平均粒径和含量、浆料的性状、干燥条件和烧成条件等来调制。
3.流出孔侧催化剂层。
上述流出孔侧催化剂层设于上述分隔壁的上述流出侧区域中的上述流出孔侧的内部区域。
在此，所谓“设于上述分隔壁的上述流出侧区域中的上述流出孔侧的内部区域”，是指设于分隔壁的流出侧区域的内部面对流出孔的区域。
流出孔侧催化剂层只要设于分隔壁的流出侧区域中的流出孔侧的内部区域就没有特别限定，通常，例如如图2所示的流出孔侧催化剂层30那样，设于分隔壁的流出侧区域和从上述规定位置向流入侧延伸并与流入侧区域重叠的重叠区域中的流出孔侧的内部区域。这是因为，能够抑制废气透过未形成有催化剂层的部分而以未净化的状态排出。
分隔壁的流出侧区域的延伸方向的长度(即分隔壁的从上述规定位置到流出侧端的延伸方向的长度)与流出侧分隔壁部的延伸方向的长度一致。流出孔侧催化剂层的延伸方向的长度在流出孔侧催化剂层仅设于分隔壁的流出侧区域的情况下与流出侧区域的延伸方向的长度一致，在流出孔侧催化剂层设于分隔壁的流出侧区域和重叠区域的情况下为分隔壁的流出侧区域和重叠区域的延伸方向的合计长度。
此时的分隔壁的重叠区域的延伸方向的长度没有特别限定，例如在分隔壁的延伸方向的全长的2/100以上且60/100以下的范围内，其中优选在分隔壁的延伸方向的全长的5/100以上且50/100以下的范围内，特别优选在分隔壁的延伸方向的全长的5/100以上且20/100以下的范围内。这是因为，通过长度为这些范围的下限以上，能够有效地抑制废气透过未形成有催化剂层的部分。这是因为，通过长度为这些范围的上限以下，能够抑制废气通过分隔壁的重叠区域的速度下降从而招致净化性能的下降和压力损失的增大。
流出孔侧催化剂层的密度没有特别限定，可使用一般的密度，例如优选在20g/L以上且300g/L以下的范围内，其中优选在40g/L以上且250g/L以下的范围内，特别优选在60g/L以上且200g/L以下的范围内。这是因为，通过密度为该范围的下限以上，容易提高净化性能。这是因为，通过密度为该范围的上限以下，容易抑制压力损失。予以说明，所谓“流出孔侧催化剂层的密度”，是指流出孔侧催化剂层的质量除以轴向长度与流出孔侧催化剂层的延伸方向的长度相同的、蜂窝基材的轴向的部分的体积所得的值。另外，作为流出孔侧催化剂层的密度，优选小于流入孔侧催化剂层的密度。这是因为，废气从流入孔到流出孔的流动变得顺畅，因此容易提高净化性能，容易抑制压力损失。
流出孔侧催化剂层的厚度没有特别限定，可使用一般的厚度，例如优选在分隔壁的厚度的1％以上且100％以下的范围内，其中优选在1％以上且20％以下的范围内。这是因为，通过厚度为该范围的下限以上，能够确保废气通过流出侧分隔壁部时废气与催化剂的接触频率，并且容易抑制废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度上升。这是因为，通过厚度为该范围的上限以下，容易抑制废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度下降。
流出孔侧催化剂层只要包含催化剂金属就没有特别限定，通常包含催化剂金属粒子和载持催化剂金属粒子的载体。流出孔侧催化剂层例如通过将载持有催化剂金属粒子的带催化剂的载体配置在分隔壁的内部区域的气孔内而构成。
催化剂金属的材料除了优选为Rh(铑)等这方面以外，与流入孔侧催化剂层中包含的催化剂金属同样，因此省略此处的说明。催化剂金属粒子的平均粒径与流入孔侧催化剂层中包含的催化剂金属粒子同样，因此省略此处的说明。
催化剂金属的每1L体积的基材的含量没有特别限定，可使用一般的含量，因催化剂金属的材料而不同，例如在材料为Rh、Pd或Pt的情况下，优选在0.01g以上且2g以下的范围内。这是因为，通过含量为该范围的下限以上，可得到充分的催化作用；这是因为，通过含量为该范围的上限以下，能够抑制催化剂金属的粒生长，同时在成本方面变得有利。在此，所谓催化剂金属的每1L体积的基材的含量，是指流出孔侧催化剂层中含有的催化剂金属的质量除以轴向长度与流出孔侧催化剂层的延伸方向的长度相同的、蜂窝基材的轴向的部分的体积所得的值。
载体的材料和形状与流入孔侧催化剂层中包含的载体同样，因此省略此处的记载。
粉末状载体的平均粒径没有特别限定，例如在0.01μm以上且5μm以下的范围内，其中优选在0.1μm以上且1μm以下的范围内。这是因为，通过平均粒径为该范围的下限以上，能够得到充分的耐热特性，并且能够抑制废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度下降。这是因为，通过平均粒径为该范围的上限以下，在为了形成流出孔侧催化剂层而将包含粉末状载体的浆料供给至分隔壁的内部区域时能够使浆料渗透至分隔壁的内部区域，并且容易抑制废气透过流出侧分隔壁部的速度的过度上升。
相对于催化剂金属粒子和载体的合计质量的催化剂金属粒子的质量比与流入孔侧催化剂层中的催化剂金属粒子的质量比同样，因此省略此处的说明。使催化剂金属粒子载持于载体的方法与流入孔侧催化剂层中使催化剂金属粒子载持于载体的方法同样，因此省略此处的说明。流出孔侧催化剂层除了催化剂金属粒子和载体以外，可以包含未载持催化剂金属粒子的助催化剂。助催化剂的材料、形状和质量比与流入孔侧催化剂层中包含的助催化剂同样，因此省略此处的说明。关于粉末状助催化剂的平均粒径，与粉末状载体的平均粒径同样，因此省略此处的说明。
流出孔侧催化剂层的形成方法没有特别限定，可使用一般的方法，例如可举出将浆料供给至分隔壁的流出侧区域中的流出孔侧的内部区域后进行干燥并烧成的方法。
浆料只要除了溶剂外还包含催化剂金属就没有特别限定，通常包含催化剂金属粒子和载体。关于溶剂，与在流入孔侧催化剂层的形成中所使用的浆料同样，因此省略此处的说明。浆料可以进一步适当包含助催化剂、氧吸留放出材料、粘合剂和添加剂等任意成分。
浆料中包含的粉末状载体和助催化剂的平均粒径等以及浆料的固体成分浓度和粘度等性状等可适当调整，以使得浆料渗透至分隔壁的内部区域，并且流出侧分隔壁部的透气系数Kb成为所期望的范围内。
将浆料供给至分隔壁的流出侧区域中的流出孔侧的内部区域的方法没有特别限定，可使用一般的方法，例如可举出如下的方法等：将蜂窝基材从流出侧端面侧浸渍在浆料中，经过了规定时间后，从浆料中取出。
将浆料供给至分隔壁的流出侧区域中的流出孔侧的内部区域后进行干燥并烧成的方法中的干燥条件和烧成条件与流入孔侧催化剂层的形成方法中的干燥条件和烧成条件同样，因此省略此处的说明。
予以说明，流出孔侧催化剂层的密度、厚度和气孔率等性状等可通过浆料的供给量、浆料中包含的催化剂金属粒子、载体和助催化剂等各成分的形状、平均粒径和含量、浆料的性状、干燥条件和烧成条件等来调制。
4.蜂窝基材
上述蜂窝基材具有划分出从流入侧端面到流出侧端面延伸的多个孔的多孔分隔壁。而且，上述多个孔包含隔着上述分隔壁而邻接的流入孔和流出孔，上述流入孔的流入侧端开口，流出侧端被密封，上述流出孔的流入侧端被密封，流出侧端开口。蜂窝基材为所谓的壁流型蜂窝基材。
蜂窝基材是框部和将框部的内侧的空间以蜂窝状分隔的分隔壁一体形成而成的基材。
蜂窝基材的轴向长度没有特别，可使用一般的长度，例如优选在10mm以上且500mm以下的范围内，其中优选在50mm以上且300mm以下的范围内。蜂窝基材的容量(即孔的总体积)没有特别限定，可使用一般的容量，例如优选在0.1L以上且5L以下的范围内。
蜂窝基材的材料没有特别限定，可使用一般的材料，例如可举出堇青石、碳化硅(SiC)、钛酸铝等的陶瓷、不锈钢等合金等。
框部的形状没有特别限定，可使用一般的形状，例如除了圆筒形以外，可举出椭圆筒形、多边筒形等筒形。框部的其它构成没有特别限定，可使用一般的构成。
分隔壁的形状没有特别，可使用一般的形状。分隔壁的延伸方向的全长没有特别限定，通常与蜂窝基材的轴向长度大致相同。分隔壁的厚度没有特别限定，可使用一般的厚度，例如优选在50μm以上且2000μm以下的范围内，其中优选在100μm以上且1000μm以下的范围内。这是因为，通过分隔壁的厚度在这些范围内，能够确保基材的强度并且得到充分的PM的捕集性能，能够充分地抑制压力损失。
分隔壁具有废气可透过的多孔结构。分隔壁的气孔率没有特别限定，可使用一般的气孔率，例如优选在40％以上且70％以下的范围内，其中优选在50％以上且70％以下的范围内。这是因为，通过气孔率为这些范围的下限以上，能够有效地抑制压力损失；这是因为，通过气孔率为这些范围的上限以下，能够确保充分的机械强度。分隔壁的气孔的平均细孔径没有特别限定，可使用一般的平均细孔径，例如优选在1μm以上且60μm以下的范围内，其中优选在5μm以上且30μm以下的范围内。这是因为，通过气孔率的平均细孔径在这些范围内，能够得到充分的PM的捕集性能，能够充分地抑制压力损失。予以说明，“分隔壁的气孔的平均细孔径”是指例如采用使用了Perm porometer的始沸点法(bubble point method)所测定的结果。
流入孔和流出孔通过分隔壁将框部内侧的空间分隔而形成，隔着分隔壁而邻接。流入孔和流出孔而言，通常与延伸方向垂直的方向被分隔壁包围。
流入孔通常流出侧端用密封部密封。流出孔通常流入侧端用密封部密封。密封部的延伸方向的长度没有特别限定，可以为一般的长度，例如优选在2mm以上且20mm以下的范围内。密封部的材料没有特别限定，可以为一般的材料。
与流入孔和流出孔的延伸方向垂直的断面形状没有特别限定，可使用一般的形状，可考虑透过废气净化装置的废气的流量和成分等适当设定。作为断面形状，例如可举出正方形等矩形、包括六边形等的多边形、圆形等。与流入孔和流出孔的延伸方向垂直的断面积没有特别限定，可使用一般的断面积，例如在1mm2以上且7mm2以下的范围内。流入孔和流出孔的延伸方向的长度没有特别限定，通常与蜂窝基材的轴向长度减去密封部的延伸方向的长度而得的长度大致相同。流入孔和流出孔的配置形态可举出如第一例和第二例中的配置形态那样将流入孔和流出孔交替地配置的方格图案般的形态等。
5.废气净化装置
第一实施方式的废气净化装置具备蜂窝基材、流入孔侧催化剂层和流出孔侧催化剂层。废气净化装置通常进一步具备将流入孔的流出端和流出孔的流入侧端密封的密封部。本实施方式的废气净化装置与第二实施方式相比，通过进一步具备流出孔侧催化剂层而能够进一步提高净化性能。
作为废气净化装置，只要具有蜂窝基材、流入孔侧催化剂层和流出孔侧催化剂层就没有特别限定，优选上述流入孔侧催化剂层包含含有Pt(铂)和Pd(钯)中的至少1种的催化剂金属，上述流出孔侧催化剂层包含含有Rh(铑)的催化剂金属。这是因为，能够将浓气氛的废气的HC(烃)用流入孔侧催化剂层中包含的Pt和Pd中的至少1种有效地氧化，因此能够抑制流出孔侧催化剂层以Ce为起点因HC而中毒。另外，这是因为，在将该HC用Pt和Pd中的至少1种氧化的情况下，与用Rh氧化的情况相比，放热大并且H2O的生成量多，此外Rh的蒸汽转化能力高于Pt和Pd，因此能够将该HC在流出孔侧催化剂层中有效地转化。作为该废气净化装置，其中优选上述流入孔侧催化剂层包含含有Pt的催化剂金属。这是因为能够更有效地提高净化性能。
II.第二实施方式
第二实施方式的废气净化装置的特征在于，在上述分隔壁的上述流出侧区域中的上述流出孔侧的内部区域中未设有催化剂层，上述流出侧分隔壁部包含上述分隔壁的上述流出侧区域。
首先，对第二实施方式的废气净化装置的概要例示进行说明。
在此，图3是示意性示出实施方式涉及的第二例的废气净化装置中与孔的延伸方向平行的断面的主要部位的断面图。予以说明，第二例的废气净化装置与第一例同样地示意性示于图1的立体图。
如图1和图3所示，第二例的废气净化装置1具备蜂窝基材10、密封部16和流入孔侧催化剂层20。蜂窝基材10和密封部16的构成与第一例同样。
流入孔侧催化剂层20设于分隔壁14的从流入侧端14a到流出侧的规定位置14m的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的表面14SA。流入孔侧催化剂层20包含由Pt(铂)构成的催化剂金属粒子(未图示)和载持其的载体(未图示)。流入孔侧催化剂层20以可得到所需的净化性能的方式调整催化剂金属的含量等，并且以后述的透气系数的比率Ka/Kb成为0.4以上且0.8以下的范围内的方式调整其密度、厚度、载体和助催化剂的平均粒径、以及气孔率等性状等。在分隔壁14的从规定位置14m到流出侧端14b的流出侧区域14Rb中的流出孔侧的内部区域14NB中未设有催化剂层。
将包含分隔壁14的流入侧区域14Ra和流入孔侧催化剂层20的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将仅包含分隔壁14的流出侧区域14Rb的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb在0.4以上且0.8以下的范围内。
在为了提高净化性能，通过增加流入孔侧催化剂层20的密度而降低透气系数Ka，使透气系数的比率Ka/Kb小于0.4的情况下，从流入侧端14a流入流入孔12A的废气透过流入侧分隔壁部的速度会过度下降，废气沿着流入孔侧催化剂层20流动的速度会过度上升。由此，难以使废气接触流入孔侧催化剂层20以使废气被高效净化，压力损失增大。另一方面，在通过降低流入孔侧催化剂层20的密度而使透气系数Ka上升，使透气系数的比率Ka/Kb大于0.8的情况下，从流入侧端14a流入流入孔12A的废气透过流入侧分隔壁部的速度会过度上升，废气沿着流入孔侧催化剂层20流动的速度会过度下降。由此，仍难以使废气接触流入孔侧催化剂层20以使废气被高效净化。
而在第二例的废气净化装置1中，通过将透气系数的比率Ka/Kb设为0.4以上且0.8以下的范围内，从而将从流入侧端14a流入流入孔12A的废气透过流入侧分隔壁部的速度和废气沿着流入孔侧催化剂层20流动的速度调整至所期望的范围内，由此能够使废气接触流入孔侧催化剂层20以使废气被高效净化，并且能够抑制压力损失。
因此，在第二实施方式的废气净化装置中，如第二例所示，通过将透气系数的比率Ka/Kb设为0.4以上且0.8以下的范围内，从而调整废气在废气净化装置内的流动，由此能够提高净化性能并且能够抑制压力损失。
接着，对第二实施方式的废气净化装置的各构成进行详细说明。
1.透气系数的比率Ka/Kb
将包含上述分隔壁的上述流入侧区域和上述流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将包含上述分隔壁的上述流出侧区域的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb在0.4以上且0.8以下的范围内。
在此，关于“透气系数”的定义和透气系数的测定方法，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
透气系数Ka是指与第一实施方式同样的透气系数。透气系数Kb是指从在使废气透过流出侧分隔壁部中包含的分隔壁的流出侧区域时的气体的流量和流出侧分隔壁部的流入侧与流出侧的压差求出的系数。
关于透气系数的比率Ka/Kb，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
透气系数Ka没有特别限定，例如优选为与第一实施方式中的透气系数Ka同样的范围。这是出于与第一实施方式同样的理由。关于透气系数Ka的调整方法，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
透气系数Kb没有特别限定，例如优选为与第一实施方式中的透气系数Kb同样的范围。这是出于与第一实施方式同样的理由。
流入侧分隔壁部的延伸方向的长度与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。流出侧分隔壁部的延伸方向的长度与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
2.流入孔侧催化剂层
上述流入孔侧催化剂层设于上述分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的上述流入孔侧的表面上。由此，面对分隔壁的流入侧区域的流入孔的气孔被流入孔侧催化剂层堵塞，包含分隔壁的流入侧区域和流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数变得低于包含分隔壁的流出侧区域的流出侧分隔壁部。
在此，关于“分隔壁的流出侧的规定位置”和“设于上述分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的上述流入孔侧的表面上”的定义，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
流入孔侧催化剂层的密度没有特别限定，可使用一般的密度，例如优选与第一实施方式中的流入孔侧催化剂层的密度同样的范围。这是出于与第一实施方式同样的理由。
流入孔侧催化剂层的厚度没有特别限定，可使用一般的密度，例如优选与第一实施方式中的流入孔侧催化剂层的厚度同样的范围。这是出于与第一实施方式同样的理由。
流入孔侧催化剂层只要包含催化剂金属就没有特别限定，通常包含催化剂金属粒子和载持催化剂金属粒子的载体。流入孔侧催化剂层例如为载持有催化剂金属粒子的带催化剂的载体的多孔烧结体。
关于催化剂金属的材料的催化剂金属粒子的平均粒径，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。关于催化剂金属的每1L体积的基材的含量，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
关于载体的材料和形状，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。关于粉末状载体的平均粒径，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
关于相对于催化剂金属粒子和载体的合计质量的催化剂金属粒子的质量比以及使催化剂金属粒子载持于载体的方法，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
流入孔侧催化剂层除了催化剂金属粒子和载体以外，还可以包含未载持催化剂金属粒子的助催化剂。关于助催化剂，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
关于流入孔侧催化剂层的形成方法和浆料，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。予以说明，关于流入孔侧催化剂层的密度、厚度和气孔率等性状等的调整方法，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。
3.其它
第二实施方式的废气净化装置具备蜂窝基材和流入孔侧催化剂层。关于蜂窝基材，与第一实施方式同样，因此省略此处的说明。废气净化装置通常进一步具备将流入孔的流出端和流出孔的流入侧端密封的密封部。
实施例
以下，举出实施例、比较例和参考例，进一步具体地说明实施方式的废气净化装置。
1.相对于压力损失的20％NOx净化温度的变化
在实施例、比较例1和比较例2中分别制作废气净化装置，对于这些废气净化装置，评价了相对于压力损失的20％NOx净化温度的变化。在此，图4的(a)～图4的(c)为分别示意性示出实施例、比较例1和比较例2中制作的废气净化装置中与孔的延伸方向平行的断面的主要部位的断面图。
[实施例]
制作了图4的(a)所示的废气净化装置1。在废气净化装置1中，流入孔侧催化剂层20设于分隔壁14的从流入侧端14a到流出侧的规定位置14m的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的表面14SA。另外，流出孔侧催化剂层30设于分隔壁14的从规定位置14m到流出侧端14b的流出侧区域14Rb以及从规定位置14m向流入侧延伸、与流入侧区域14Ra重叠的重叠区域14Rr中的流出孔侧的内部区域14NB。
分隔壁14的流入侧区域14Ra的延伸方向的长度为分隔壁14的延伸方向的长度的40％。分隔壁14的流出侧区域14Rb的延伸方向的长度为分隔壁14的延伸方向的长度的60％。分隔壁14的重叠区域14Rr的延伸方向的长度为分隔壁14的延伸方向的长度的20％。
流入孔侧催化剂层20包含由Pd构成的催化剂金属粒子和载持其的由氧化铝和OSC材料构成的粉末状载体。流入孔侧催化剂层20的密度为49g/L，流入孔侧催化剂层20的厚度为分隔壁的10％，Pd的含量为0.6g/L。流出孔侧催化剂层30包含由Rh构成的催化剂金属粒子和载持其的由氧化铝和OSC材料构成的粉末状载体。流出孔侧催化剂层30的密度为100g/L，Rh的含量为0.3g/L。
在废气净化装置1的制作时，首先，准备具备堇青石制蜂窝基材10和密封部16、未涂覆有催化剂的GPF。蜂窝基材10是圆筒状框部(未图示)和将框部的内侧的空间以蜂窝状分隔的分隔壁14一体形成而成的。分隔壁14为划分出从蜂窝基材10的流入侧端面10Sa到流出侧端面10Sb延伸的多个孔12的多孔体。多个孔12包含隔着分隔壁14而邻接的流入孔12A和流出孔12B。流入孔12A的流入侧端12Aa开口，流出侧端12Ab用密封部16密封，流出孔12B的流入侧端12Ba用密封部16密封，流出侧端12Bb开口。GPF的蜂窝基材10的尺寸和结构及密封部16的延伸方向的长度如下所述。
(GPF的蜂窝基材和密封部的构成)
蜂窝基材的尺寸：外径×轴向长度＝117mm×122mm
分隔壁的厚度：200μm
孔密度：每平方英寸300个
密封部的延伸方向的长度：4mm
接着，通过将使由Pd构成的催化剂金属粒子载持于粉末状载体的带催化剂的载体与溶剂混合，准备了流入孔侧催化剂层用浆料。接着，将流入孔侧催化剂层用浆料供给至分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的表面14SA后，进行干燥并烧成。由此，形成了流入孔侧催化剂层20。
接着，通过将使由Rh构成的催化剂金属粒子载持于粉末状载体的带催化剂的载体与溶剂混合，准备了流出孔侧催化剂层用浆料。接着，将流出孔侧催化剂层用浆料供给至分隔壁14的流出侧区域14Rb和重叠区域14Rr中的流出孔侧的内部区域14NB后，进行干燥并烧成。由此，形成了流出孔侧催化剂层30。通过以上操作，制作了废气净化装置1。
[比较例1]
制作了如图4的(b)所示的废气净化装置1。在废气净化装置1中，流入孔侧催化剂层20设于分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的内部区域14NA。废气净化装置1除了这方面、流入孔侧催化剂层20中包含的粉末状载体的平均粒径和流入孔侧催化剂层20的厚度以外，与实施例相同。
废气净化装置1的制作方法除了将流入孔侧催化剂层用浆料供给至分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的内部区域14NA后进行干燥并烧成，由此形成流入孔侧催化剂层20这方面以外，与实施例相同。
[比较例2]
制作了如图4的(c)所示的废气净化装置1。在废气净化装置1中，预处理层22设于分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔12A侧的表面14SA，使得将分隔壁的气孔堵塞。而且，流入孔侧催化剂层20设于预处理层22的表面22S上。废气净化装置1除了这些方面以外，与实施例相同。
在废气净化装置1的制作方法中，在形成流入孔侧催化剂层20之前，将混合了氧化铝(Al2O3)和溶剂、不含催化剂金属的预处理用浆料薄薄地涂布于分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔12A侧的表面14SA，由此形成了预处理层22。接着，将流出孔侧催化剂层用浆料供给至预处理层22的表面22S后进行干燥并烧成，由此形成了流入孔侧催化剂层20。废气净化装置1的制作方法除了这些方面以外，与实施例相同。
[评价]
对于实施例、比较例1和比较例2的废气净化装置，在进行了耐久试验后测定了NOx20％净化温度，测定了压力损失。
<耐久试验>
耐久试验通过如下进行：将废气净化装置设置于汽油发动机台架(gasolineengine bench)的排气系统，在催化剂床温度950℃历时50小时将浓气氛、化学计量气氛和稀气氛的废气交替地每隔一定时间反复地流动。
<NOx20％净化温度的测定>
一边对于设置于汽油发动机台架的排气系统的废气净化催化剂装置，将空燃比(A/F)为14.4的气氛的废气以35g/秒的流量流动，一边通过使用安装于废气净化装置的上游的热交换器使进气温度从200℃缓慢上升至600℃。在各进气温度下测定进气和排气的NOx浓度，算出NOx净化率，测定NOx被净化了20％时刻的进气的温度作为20％NOx净化温度。
<压力损失的测定>
对于如上述那样设置于排气系统的废气净化催化剂装置，测定了使废气以35g/秒的流量流动时的进气和排气的压力之差作为压力损失。
将NOx20％净化温度和压力损失的测定结果示于下述表1。而且，图5是示出实施例、比较例1和比较例2的废气净化装置中相对于压力损失的20％NOx净化温度的变化的坐标图。如表1和图5所示，与比较例1相比，在实施例中，20％NOx净化温度下降。认为这是由于在比较例1中，流入孔侧催化剂层20设于分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的内部区域14NA，而在实施例中，流入孔侧催化剂层20设于分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的表面14SA上，从而废气透过流入侧分隔壁部的速度下降，结果，能够使废气接触催化剂层以使废气被高效净化。另外，与实施例相比，在比较例2中，20％NOx净化温度上升，压力损失增大。认为这是由于在比较例2中，预处理层22设于分隔壁14的流入侧区域14Ra中的流入孔侧的表面14SA，使得将分隔壁的气孔堵塞，从而废气透过流入侧分隔壁部的速度过度下降，结果，变得难以使废气接触催化剂层以使废气被高效净化，并且变得不能抑制压力损失。
表1
压力损失(kPa) NOx20％净化温度(℃)
实施例 3.72475 326
比较例1 3.27095 333
比较例2 4.6408 329
2.相对于透气系数的比率Ka/Kb的压力损失的变化
通过使用废气净化装置解析用的模拟软件(Exothermia S.A.公司制axisuite(注册商标))，制作了实施例、比较例1和比较例2的废气净化装置的解析模型，求出了该解析模型中相对于分隔壁的流入侧分隔壁部(透气系数：Ka)和分隔壁的流出侧分隔壁部(透气系数：Kb)的透气系数的比率Ka/Kb的压力损失的变化。具体地，首先，通过使用上述模拟软件，制作了下述构成的废气净化装置的解析模型。
(解析模型的构成)
蜂窝基材的形状：圆筒形
蜂窝基材的尺寸：外径×轴向长度＝117mm×122mm
分隔壁的厚度：200μm
孔密度：每平方英寸300个
密封部的延伸方向的长度：4mm
流入侧分隔壁部的延伸方向的长度：分隔壁的延伸方向的总长的40％
流出侧分隔壁部的延伸方向的长度：分隔壁的延伸方向的总长的60％
接着，通过使用上述模拟软件，将流入侧分隔壁部的透气系数Ka和流出侧分隔壁部的透气系数Kb设定为下述表2所示的各条件的值的情况下，在将空气在25℃在7m3/min的流量下从废气净化装置的流入侧端面流入、从流出侧端面流出至外部的模拟条件下，计算废气净化装置的流入侧和流出侧的压力损失。将压力损失的计算结果示于下述表2。而且，图6是示出相对于透气系数的比例Ka/Kb的压力损失的计算结果的变化的坐标图。
表2
Figure BDA0002953475550000281
予以说明，上述表2所示的各条件的透气系数Ka和透气系数Kb的值由从与上述模拟条件相同的实际条件(空气流量7m3/min@25℃)下的下述构成的GPF的压力损失的实测值(3.278kPa)鉴别。此时，具体地，以上述表2所示的条件1的透气系数Ka和透气系数Kb的值相同为前提。此外，条件1的透气系数Ka和透气系数Kb的值设定为通过使用上述模拟软件，在上述解析模型中在上述模拟条件(空气流量7m3/min@25℃)下算出上述压力损失的实测值(3.278kPa)的值。此外，上述表2所示的条件2～7的透气系数Kb设定为与条件1的透气系数Kb相同的值，条件2～7的透气系数Ka设定为使条件1的透气系数Ka降低的值。
(GPF的构成)
蜂窝基材：堇青石制蜂窝基材
蜂窝基材的形状：圆筒形
蜂窝基材的尺寸：外径×轴向长度＝117mm×122mm
分隔壁的厚度：200μm
孔密度：每平方英寸300个
密封部的延伸方向的长度：4mm
流入侧分隔壁部的延伸方向的长度：分隔壁的延伸方向的总长的40％
流出侧分隔壁部的延伸方向的长度：分隔壁的延伸方向的总长的60％
催化剂层1：设于分隔壁的流入侧区域中的流入孔侧的内部区域的催化剂层
催化剂层1的密度：100g/L
催化剂层2：设于分隔壁的流出侧区域中的流出孔侧的内部区域的催化剂层
催化剂层2的密度：100g/L
※在此，催化剂层1的密度是指催化剂层1的质量除以轴向长度与催化剂层1的延伸方向的长度相同的、蜂窝基材的轴向的部分的体积所得的值，催化剂层2的密度是指催化剂层2的质量除以轴向长度与催化剂层2的延伸方向的长度相同的、蜂窝基材的轴向的部分的体积所得的值。
如上述表2和图6所示，在将流出侧分隔壁部的透气系数Kb设为恒定的状态下使流入侧分隔壁部的透气系数Ka降低从而使透气系数的比率Ka/Kb降低的情况下，随着透气系数的比率Ka/Kb降低，压力损失增大。
[综合评价]
由以上的相对于压力损失的20％NOx净化温度的变化和相对于透气系数的比率Ka/Kb的压力损失的变化的评价结果，认为在废气净化装置中20％NOx净化温度成为最小的压力损失为3.7kPa左右，可获得20％NOx净化温度变小的压力损失的透气系数的比率Ka/Kb的范围为0.4以上且0.8以下。进而，认为透气系数的比率Ka/Kb变得大于该范围的上限时，虽然压力损失下降，但20％NOx净化温度上升，在透气系数的比率Ka/Kb变得小于该范围的下限时，压力损失增大，20％NOx净化温度上升。
因此，认为在废气净化装置中，通过将透气系数的比率Ka/Kb设为0.4以上且0.8以下的范围内，能够使废气接触流入孔侧催化剂层20和流出孔侧催化剂层30以使废气被高效净化，并且能够抑制压力损失。
3.参考：催化剂金属的配置
在实施方式的废气净化装置中，优选流入孔侧催化剂层包含含有钯(Pd)和铂(Pt)中的至少1种的催化剂金属，流出孔侧催化剂层包含含有铑(Rh)的催化剂金属。其理由可从参考文献(R.Horn et al./Journal of Catalysis 249(2007)380-393)所公开的参考例进行说明。以下，根据参考文献所公开的参考例说明其理由。
[参考例1]
在参考文献中，在对于配置了含Pt催化剂和含Rh催化剂的各反应器供给了CH4(甲烷)和O2(氧)的混合气体的情况下，测定了相对于供给气体的C/O比率(相对于氧原子数的碳原子数的比率∝A/F)的、各催化剂的O2转化率、CH4转化率和排气温度以及H2选择率、CO选择率、CO2选择率和H2O选择率的变化。予以说明，该情况的含Pt催化剂和含Rh催化剂和供给气体的概要如下所述。
(含Pt催化剂)
·将5±1质量％的Pt载持于由α-Al2O3构成的载体。
·使由α-Al2O3构成的载体含浸5质量％的Pt后，在含有10体积％的H2(氢)的H2和N2(氮)的混合气体中在500℃烧成5小时而制作。
(含Rh催化剂)
·将5±1质量％的Rh载持于由α-Al2O3构成的载体。
·使由α-Al2O3构成的载体含浸5质量％的Rh后，在大气中在600℃烧成6小时而制作。
(供给气体)
组成：CH4和O2的混合气体(C/O比率：0.6～2.6)
流量：4.7L/min
压力：1atm
温度：400℃
图7是相当于参考文献的图2的图，上段是示出相对于供给气体的C/O比率的各催化剂的O2转化率、CH4转化率和排气温度的变化的坐标图，下段是示出相对于供给气体的C/O比率的各催化剂的H2选择率、CO选择率、CO2选择率和H2O选择率的变化的坐标图。
[参考例2]
另外，在参考文献中，在对于配置了含Pt催化剂和含Rh催化剂的各反应器供给了CH4(甲烷)和O2(氧)的混合气体的情况下，测定了反应器的供给气体的流动方向的各位置处的各成分的流量和床温。予以说明，此时的含Pt催化剂和含Rh催化剂与上述同样，供给气体的概要如下所述。
(供给气体)
组成：CH4和O2的混合气体(C/O比率：1.0(化学计量))
流量：4.7L/min
压力：1atm
温度：400℃
图8是相当于参考文献的图3的图，左侧的上段是示出配置有含Rh催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的CH4和O2的流量和床温的坐标图，左侧的中段是示出配置有含Rh催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2和CO的流量的坐标图，左侧的下段是示出配置有含Rh催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2O和CO2的流量的坐标图。另外，图8的右侧的上段是示出配置有含Pt催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的CH4和O2的流量和床温的坐标图，右侧的中段是示出配置有含Pt催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2和CO的流量的坐标图，右侧的下段是示出配置有含Pt催化剂的反应器的供给气体的流动方向的各位置的H2O和CO2的流量的坐标图。
[评价]
由参考例1的图7和参考例2的图8所示的测定结果可知，含Pt催化剂与含Rh催化剂相比，在所有的C/O比率的范围，催化剂床温高，因此由部分氧化所致的放热大，并且H2O的选择率高，进而与放热相伴，容易将CH4氧化至CO2。另一方面，可知含Rh催化剂由部分氧化所致的放热小，但蒸汽转化能力高，H2的选择率高。
因此，在流入孔侧催化剂层包含Pt、流出孔侧催化剂层包含Rh的废气净化装置中，能够将浓气氛的废气的HC(烃)用流入孔侧催化剂层中包含的Pt有效地氧化，因此认为能够抑制流出孔侧催化剂层以Ce为起点因HC而中毒。另外，在将该HC用Pt氧化的情况下，与用Rh氧化的情况相比，放热大并且H2O的生成量多，此外Rh的蒸汽转化能力高于Pt，因此认为能够将该HC用流出孔侧催化剂层有效地转化。
以上，对本发明的废气净化装置的实施方式进行了详述，但本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离专利权利要求书所记载的本发明的精神的范围内能够进行各种设计改变。

Claims (4)

1.废气净化装置，其是具备蜂窝基材和流入孔侧催化剂层的废气净化装置，其特征在于，
上述蜂窝基材具有划分出从流入侧端面到流出侧端面延伸的多个孔的多孔分隔壁，
上述多个孔包含隔着上述分隔壁而邻接的流入孔和流出孔，
上述流入孔的流入侧端开口，流出侧端被密封，
上述流出孔的流入侧端被密封，流出侧端开口，
上述流入孔侧催化剂层设于上述分隔壁的从流入侧端到流出侧的规定位置的流入侧区域中的上述流入孔侧的表面上，
将包含上述分隔壁的上述流入侧区域和上述流入孔侧催化剂层的流入侧分隔壁部的透气系数设为Ka、将至少包含上述分隔壁的从上述规定位置到流出侧端的流出侧区域的流出侧分隔壁部的透气系数设为Kb时，透气系数的比率Ka/Kb在0.4以上且0.8以下的范围内。
2.权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，流出孔侧催化剂层设于上述分隔壁的上述流出侧区域中的上述流出孔侧的内部区域，上述流出侧分隔壁部包含上述分隔壁的上述流出侧区域和上述流出孔侧催化剂层。
3.权利要求2所述的废气净化装置，其特征在于，上述流入孔侧催化剂层包含含有Pt(铂)和Pd(钯)中的至少一种的催化剂金属，上述流出孔侧催化剂层包含含有Rh(铑)的催化剂金属。
4.权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，在上述分隔壁的上述流出侧区域中的上述流出孔侧的内部区域中未设有催化剂层，上述流出侧分隔壁部包含上述分隔壁的上述流出侧区域。
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