CN115155668A - 废气净化用催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以抑制压力损失的增高、并且废气净化性能优异的废气净化用催化剂。废气净化用催化剂(10)具备：具有分隔壁(26)的壁流构造的基材；第一催化剂层(261)，其在分隔壁(26)内部的与入侧室(24)相接的区域，从废气流入侧的端部(24a)沿分隔壁(26)的延伸方向，以比分隔壁(26)的全长(Lw)短的长度形成；和第二催化剂层(262)，其在分隔壁(26)内部的与出侧室(25)相接的区域，从废气流出侧的端部(25a)沿分隔壁(26)的延伸方向，以比分隔壁(26)的全长(Lw)短的长度形成。在上述延伸方向上，第一催化剂层(261)与第二催化剂层(262)部分相互重叠地构成。

Description

废气净化用催化剂
本申请是2015年10月7日提出的申请号为201580056002.5的同名专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及设置于内燃机的排气系统的废气净化用催化剂。详细而言，涉及壁流(wall flow)式的废气净化用催化剂。
其中，本国际申请基于2014年10月16日申请的日本专利申请2014－211379号主张优先权，该申请的全部内容在本说明书中作为参照而引入。
背景技术
从汽车发动机等内燃机排出的废气中含有颗粒状物质(Particulate Matter，PM)、烃(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害成分。一直以来，为了高效地除去这些废气成分，利用了壁流式的废气净化用催化剂。
壁流式的废气净化用催化剂具备废气流入侧的端部开口的入侧室(cell)、废气流出侧的端部开口的出侧室、和将两室隔开的多孔的分隔壁(肋壁)。从内燃机排出的废气从废气流入侧的端部流入入侧室内，在多孔的分隔壁的细孔内通过，从出侧室的废气流出侧的端部流出。通过废气与催化剂层(催化剂金属)接触，上述废气成分被净化(无害化)。
作为与此相关的现有技术文献，可以列举专利文献1、2。例如在专利文献1中，公开了具备双层构造的催化剂层的废气净化用催化剂。具体公开了一种废气净化用催化剂，其在分隔壁的内部整体具备含Pd的第一催化剂层、且以完全覆盖上述第一催化剂层的方式在与入侧室相接的一侧的分隔壁的表面具备含Rh的第二催化剂层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2009－82915号公报
专利文献2：日本专利申请公开2007－185571号公报
发明内容
然而，根据本发明的发明人的研究，认为上述废气净化用催化剂在催化剂金属的配置方面尚存在改善的余地。即，这样的废气净化用催化剂中，在分隔壁的内部整体具备第一催化剂层，在其上满满地形成第二催化剂层。在如上所述以催化剂层覆盖入侧室的表面时，有时压力损失过度增高。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供一种抑制压力损失的增高、并且废气净化性能优异的废气净化用催化剂。
本发明的发明人从各种各样的角度进行了研究，可知与遍及分隔壁整体广泛地形成催化剂层的情况相比，集中地在接近废气流入侧的端部的分隔壁(例如废气流入侧的端部附近的分隔壁)和接近废气流出侧的端部的分隔壁(例如废气流出侧的端部附近的分隔壁)形成催化剂层时，能够得到高的净化性能。
另一方面，根据本发明的发明人的研究可知，若分隔壁的延伸方向上具有未形成催化剂层的部分，则由于与压力损失的平衡，向该部分的废气的流量增大。因此，废气的有害成分穿过未形成催化剂层的部分，废气的排放变差。
基于这些见解，本发明的发明人进一步反复进行了深入研究，从而完成了能够实现上述目的的本发明。
本发明所涉及的废气净化用催化剂是配置在汽车发动机等的内燃机的排气管中、对从该内燃机排出的废气进行净化的壁流式的废气净化用催化剂。这里所公开的废气净化用催化剂具备壁流构造的基材、第一催化剂层和第二催化剂层。上述基材具备废气流入侧的端部开口的入侧室、与该入侧室邻接且废气流出侧的端部开口的出侧室、和将上述入侧室和上述出侧室隔开的多孔的分隔壁。上述第一催化剂层，在与上述入侧室相接的上述分隔壁的内部，从上述废气流入侧的端部沿上述分隔壁的延伸方向以比上述分隔壁的全长Lw短的长度形成。上述第二催化剂层，在与上述出侧室相接的上述分隔壁的内部，从上述废气流出侧的端部沿上述分隔壁的延伸方向以比上述分隔壁的全长Lw短的长度形成。并且，在上述延伸方向上，将上述第一催化剂层的长度设为L1、将上述第二催化剂层的长度设为L2时，上述第一催化剂层和上述第二催化剂层以满足下式：Lw＜(L1+L2)＜2Lw的方式在上述延伸方向上部分重叠地构成。
通过在对废气净化性能有大的贡献的区域、即废气流入侧的端部附近和废气流出侧的端部附近集中地配置催化剂层，能够高效地利用催化剂金属。因此，能够实现高的净化性能。另外，通过使第一催化剂层和第二催化剂层在分隔壁的延伸方向上部分地彼此重叠，能够防止废气的“穿过”更可靠地对废气成分进行净化(无害化)。因此，能够有效地降低废气的排放。另外，通过使2个催化剂层分别在分隔壁的内部形成得比分隔壁的全长Lw短，能够抑制压力损失的增高。
其中，在本说明书中，催化剂层“在分隔壁的内部形成”是指催化剂层的大部分存在于分隔壁的内部(偏置存在)的意思。例如是指：在用电子显微镜观察第一催化剂层的剖面时，将从废气流入侧的端部朝向延伸方向在0.1Lw的长度范围内的催化剂金属的总量设为100质量％。虽然没有特别限定，此时存在于分隔壁的内部侧的催化剂金属典型地为80质量％以上、例如为90质量％以上、优选为95质量％以上。因此，与例如在分隔壁的外部(典型地为表面)形成催化剂层、结果该催化剂层的一部分无意地向分隔壁的内部侵蚀的情况，能够明确地区分。
这里所公开的废气净化用催化剂的优选的一个方式中，上述第一催化剂层与上述第二催化剂层重叠的长度为上述Lw的2％以上60％以下(优选为10％以上40％以下)。由此，能够以更高的水平发挥本发明的效果。
这里所公开的废气净化用催化剂的优选的另一方式中，上述第一催化剂层的长度(平均长度)L1为上述Lw的20％以上90％以下。通过从废气流入侧的端部起在相对于分隔壁的延伸方向的全长Lw至少为20％的部分配置催化剂金属，能够更好地发挥废气净化能力。另外，通过使L1为Lw的90％以下，能够更好地抑制压力损失的增高。
这里所公开的废气净化用催化剂的优选的另一方式中，上述第二催化剂层的长度(平均长度)L2为上述Lw的20％以上90％以下。通过从废气流出侧的端部起在相对于分隔壁的延伸方向的全长Lw至少为20％的部分配置催化剂金属，能够更好地发挥废气净化能力。另外，通过使L2为Lw的90％以下，能够更好地抑制压力损失的增高。
这里所公开的废气净化用催化剂的优选的另一方式中，在与上述延伸方向正交的厚度方向上，将上述分隔壁的厚度设为Tw、将上述第一催化剂层的厚度设为T1、将上述第二催化剂层的厚度设为T2时，满足下式：0.2Tw≤(Tw－T1－T2)≤0.4Tw。由此，能够更有效地利用催化剂金属，能够降低催化剂金属的使用量。另外，通过使催化剂层彼此之间在厚度方向上无重叠，不易发生催化剂金属的移动。由此，能够抑制因烧结或合金化而引起的催化剂的劣化。因此，能够长期稳定地发挥催化剂活性。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的废气净化用催化剂的基材的立体图。
图2是示意性地表示图1的蜂巢状基材的端部的剖面图。
图3是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的废气净化用催化剂的分隔壁附近的结构的放大剖面图。
图4是对废气净化用催化剂的净化性能进行比较的图表。
具体实施方式
以下，边参照附图边对本发明的优选的几个实施方式进行说明。在以下的附图中，对于实现相同作用的部件、部位标注相同的符号，有时省略或简化重复的说明。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不一定反应实际的尺寸关系。其中，在本说明书特别提及的事项以外且是实施本发明所必须的事宜，可以理解为基于本领域现有技术的本领域技术人员的设计事项。本发明能够基于本说明书所公开的内容和本领域的技术知识来实施。
这里所公开的废气净化用催化剂具备壁流构造的基材、和设置于该基材的分隔壁的2个催化剂层。并且，具有在上述分隔壁的延伸方向上2个催化剂层的一部分彼此重叠的特征。因此，其它构成没有特别限定。本发明的废气净化用催化剂，能够适当选择后述的基材、载体、催化剂金属，根据用途成型为期望的形状。
首先，对壁流构造的基材进行说明。基材构成这里所公开的废气净化用催化剂的骨架。作为基材，适合采用一直以来在这种用途中使用的基材。图1是表示基材的一例的示意图。图1所示的基材是外形为圆筒形状的蜂巢状基材(蜂巢状构造体)1。蜂巢状基材1具有沿蜂巢状基材1的延伸方向(圆筒形状的筒轴方向)规则排列的多个室、和将该室隔开的分隔壁。相邻的室彼此之间的延伸方向的一个开口端和另一开口端被交替密封。图2是表示蜂巢状基材1的端部1a的剖面的示意图。在该方式中，端部1a为大致圆形。在端部1a，密封部2和开口部4配置为两种相间的方格花纹状。在密封部2与开口部4之间配置有多孔的分隔壁6。
蜂巢状基材1例如可以由耐热性原料形成，使得能够应对暴露于内燃机以高负荷条件运转时产生的高温(例如400℃以上)的废气的情况、或以高温燃烧除去PM的情况等。作为耐热性原料，例如，可以列举堇青石、钛酸铝、碳化硅(SiC)等陶瓷、或不锈钢等合金。蜂巢状基材1的容量(室的总体积)通常为0.1L以上、优选为0.5L以上，例如为5L以下、优选为3L以下、更优选为2L以下。蜂巢状基材1的延伸方向的全长(换言之，分隔壁6的延伸方向的全长Lw)通常为10～500mm、例如为50～300mm左右。从提高废气净化性能和机械强度、抑制压力损失等观点考虑，分隔壁6的厚度(与延伸方向正交的方向的长度)例如为0.05～2mm左右。从提高机械强度和抑制压力损失等观点考虑，分隔壁6的气孔率通常为40～70％左右。从提高PM的捕集性能和抑制压力损失的观点考虑，分隔壁6的平均细孔直径通常为10～40μm左右。此外，蜂巢状基材1整体的外形除了图1所示的圆筒形以外，还能够形成为例如椭圆筒形、多边筒形等。
接着，对使用蜂巢状基材1形成的废气净化用催化剂进行说明。
图3是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的废气净化用催化剂10的分隔壁附近的结构的放大剖面图。其中，在该图中，用箭头方向表示废气流通的方向。即，面向图3的左侧是废气流路(排气管)的上游，面向图3的右侧是废气流路的下游。废气净化用催化剂10为所谓的壁流构造。废气净化用催化剂10具备：废气流入侧的端部24a开口的(“コ”形的)入侧室24、与该入侧室邻接且废气流出侧的端部25a开口的(“コ”形的)出侧室25、和将两室隔开的多孔的分隔壁26。入侧室24的废气流出侧的端部25a和出侧室25的废气流入侧的端部24a配置有密封部22而被封孔。在分隔壁26的内部(具体而言，分隔壁26的细孔内)形成有规定性状(例如长度和厚度、贵金属载持量)的2个催化剂层(即，第一催化剂层261和第二催化剂层262)。
在这样构成的废气净化用催化剂10中，从内燃机排出的废气从废气流入侧的端部24a流入入侧室24内，在多孔的分隔壁26的细孔内通过，从邻接的出侧室25的废气流出侧的端部25a流出。废气中的有害成分在废气净化用催化剂10内通过的过程中与催化剂层接触而被净化(无害化)。例如，废气所含的HC成分或CO成分由于催化剂层的催化功能而被氧化，转化(净化)为水(H2O)或二氧化碳(CO2)等。NOx成分由于催化剂层的催化功能而被还原，转化(净化)为氮气(N2)。由于PM成分难以在分隔壁26的细孔内通过，因此，通常堆积在入侧室24内的分隔壁26上。堆积的PM由于催化剂层的催化功能或在规定温度(例如500～700℃左右)燃烧而被分解、除去。
2个催化剂层(第一催化剂层261和第二催化剂层262)作为净化废气的部位，构成废气净化用催化剂10的主体。2个催化剂层分别具备作为氧化和/或还原催化剂发挥作用的催化剂金属颗粒和载持该催化剂金属颗粒的载体。
作为催化剂金属，能够考虑可以作为各种氧化催化剂或还原催化剂发挥作用的金属种类。典型地可以列举铂族的铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)等贵金属。或者，也可以使用钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)、银(Ag)、金(Au)等。另外，还可以使用这些金属中的2种以上合金化而形成的合金。另外，也可以是碱金属或碱土金属、过渡金属等其它的金属种类。从提高与废气的接触面积的观点考虑，催化剂金属优选以粒径足够小的微粒的形态使用。上述催化剂金属颗粒的平均粒径(由透过型电子显微镜观察求出的粒径的平均值，下同)通常为1～15nm左右、10nm以下、7nm以下、进一步为5nm以下。
第一催化剂层261和第二催化剂层262中所含的金属种类可以相同也可以不同。作为一例，可以分别在一个催化剂层(例如第一催化剂层261)中使用还原活性高的金属种类(例如铑)、在另一个催化剂层(例如第二催化剂层262)中使用氧化活性高的金属种类(例如钯和/或铂)。作为另外的一例，能够在2个催化剂层(第一催化剂层261和第二催化剂层262)中使用同种的金属(例如铑)。
在优选的一个方式中，在接近废气流入侧的第一催化剂层261中至少含有Rh或Rh的合金，在接近废气流出侧的第二催化剂层262中至少含有Rh、Pd、Pt或这些金属的合金。由此，能够以高水平发挥催化剂金属的净化活性。
第一催化剂层261和第二催化剂层262的催化剂金属载持率(将载体设为100质量％时催化剂金属的含有率)可以相同也可以不同。各催化剂层的催化剂金属的载持率例如可以根据催化剂层的长度和厚度等而有所不同，因而没有特别限定，可以分别为约1.5质量％以下，优选为0.05～1.5质量％，更优选为0.2～1质量％。通过使载持率在规定值以上，容易得到催化剂金属所带来的废气净化作用。另外，通过使载持率为规定值以下，能够抑制金属的颗粒生长(烧结)的进行和压力损失的增高。另外，在成本方面也是有利的。
作为载持催化剂金属的载体，能够考虑一直以来在这种废气净化用催化剂中所使用的无机化合物。其中，优选使用比表面积(这里指通过BET法测得的比表面积，下同)比较大的多孔载体。作为优选例，可以列举氧化铝(Al2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)和它们的固溶体(例如，氧化铈－氧化锆复合氧化物(CZ复合氧化物))或它们的组合等。从耐热性和构造稳定性的观点考虑，载体颗粒(例如氧化铝粉末或CZ复合氧化物的粉末)的比表面积可以为10～500m2/g、例如为200～400m2/g。载体颗粒的平均粒径典型地可以为1～500nm、例如为10～200nm。此外，第一催化剂层261和第二催化剂层262中所含的载体的种类可以相同也可以不同。
第一催化剂层261在分隔壁26内部的与入侧室24相接的区域从废气流入侧的端部24a沿延伸方向以比分隔壁26的全长Lw短的长度形成。向入侧室24流入的废气在分隔壁26内通过。因此，通过将第一催化剂层261设置在分隔壁26的内部，能够有效地提高通过分隔壁26时的废气净化性能。另外，根据本发明的发明人的研究，这样的结构在降低废气流入时的压力损失这一点上也特别有效。
第一催化剂层261的延伸方向的长度(平均长度)L1可以为上述Lw的约20％以上、典型地为25％以上、优选为30％以上、例如为50％以上，且约为90％以下、典型地为85％以下、优选为80％以下、例如为70％以下。在图3所示的方式中，第一催化剂层261的长度L1为上述Lw的大约60％。根据本发明的发明人的研究，存在由不燃成分构成的灰(ASH)容易在入侧室24的密封部22附近的部分堆积的趋势。因此，通过使L1为规定值以下，能够适当地抑制压力损失的增高。另外，通过使L1为规定值以上，能够更适当地发挥废气净化能力。
第二催化剂层262在分隔壁26内部的与出侧室25相接的区域从废气流出侧的端部25a沿延伸方向以比分隔壁26的全长Lw短的长度形成。
第二催化剂层262的延伸方向的长度(平均长度)L2可以为上述Lw的约20％以上、典型地为25％以上、例如为30％以上、优选为50％以上，且为约90％以下、典型地为85％以下、优选为80％以下、例如为70％以下。在图3所示的方式中，第二催化剂层262的长度L2为上述Lw的大约60％。由此，能够抑制压力损失的增高并且实现高的净化性能。
其中，在图3所示的方式中，第一催化剂层261和第二催化剂层262的长度基本相等。但是，并不限定于此。例如，也能够使一个催化剂层的长度相对较长、另一个催化剂层的长度相对较短。
在废气净化用催化剂10中，分隔壁26的全长Lw、第一催化剂层261的长度L1和第二催化剂层262的长度L2满足下式：Lw＜(L1+L2)＜2Lw。换言之，在分隔壁26的延伸方向上，第一催化剂层261和第二催化剂层262的一部分相互重叠。通过大胆地使第一催化剂层261和第二催化剂层262在延伸方向上重叠，能够将废气通过未形成催化剂层的部分未被净化而直接排出的情况防患于未然。由此，废气成分可靠地与催化剂层接触，能够有效地降低排放。
第一催化剂层261与第二催化剂层262在延伸方向上重叠的长度例如根据各催化剂层的厚度等而有所不同，因而没有特别限定。通常可以为上述Lw的约2％以上、典型地为5％以上、优选为10％以上、例如为20％以上，且为约60％以下、典型地为50％以下、优选为40％以下。其中，从使低成本与高性能高度并存的观点考虑，优选为上述Lw的10～25％左右。
第一催化剂层261和第二催化剂层262的厚度(平均厚度)例如可以根据分隔壁26的整体厚度Tw和催化剂层的延伸方向的长度等而有所不同，因而没有特别限定。典型地，第一催化剂层261和第二催化剂层262分别以比分隔壁26的整体厚度Tw薄的厚度形成。例如，第一催化剂层261的厚度T1和第二催化剂层262的厚度T2可以分别为上述Tw的20％以上、典型地为25％以上、优选为30％以上、例如为35％以上，且为90％以下、典型地为80％以下、例如为70％以下。
在优选的一个方式中，分隔壁的整体厚度Tw、第一催化剂层261的厚度T1和第二催化剂层262的厚度T2满足下式：0.2Tw≤(Tw－T1－T2)≤0.4Tw。换言之，空出间隙，使得第一催化剂层261和第二催化剂层262在厚度方向上不接触。即，在厚度方向上，可以在第一催化剂层261与第二催化剂层262之间，以上述Tw的20～40％(例如25～35％)左右的厚度设置仅由基材形成的部分。由此，能够稳定地发挥所期望的催化剂性能。并且，能够抑制催化剂金属的移动，抑制因烧结或合金化而引起的催化剂金属的劣化。
如上所述的催化剂层能够以与现有技术同样的方法形成。
例如，图3所示的方式的废气净化用催化剂10可以如下所述形成。
首先，准备如图1、2所示的蜂巢状基材1，在蜂巢状基材1的分隔壁内部形成第一催化剂层261。具体而言，制备含有所期望的催化剂金属成分(典型地以离子形态含有催化剂金属的溶液)和所期望的载体粉末的第一催化剂层形成用浆料。浆料的性状(粘度和固态成分率等)考虑所使用的蜂巢状基材1的大小和分隔壁26的气孔率等来调整即可。接着，将该浆料从蜂巢状基材1的废气流入侧的端部24a向入侧室24内供给，通过内部涂敷法，在分隔壁26的细孔内形成所期望的性状的第一催化剂层261。第一催化剂层261的性状(例如厚度或气孔率)例如能够根据浆料的性状和浆料的供给量等进行调整。或者，还可以在供给上述浆料时对出侧室25进行加压，使入侧室24与出侧室25产生压力差，进行调整使得上述浆料不会过度浸透到分隔壁26内。
接着，与形成第一催化剂层261时同样，制备第二催化剂层形成用浆料。将该浆料从蜂巢状基材1的废气流出侧的端部25a向出侧室25内供给，通过内部涂敷法，在分隔壁26的细孔内形成所期望的性状的第二催化剂层262。
赋予浆料之后的蜂巢状基材1以规定的温度和时间进行干燥、烧制。由此，能够制造图3所示的废气净化用催化剂10。
其中，催化剂层形成用浆料除了含有催化剂金属和载体以外，还可以含有现有公知的氧吸收释放材料或粘合剂、添加剂等任意的添加成分。作为氧吸收释放材料，可以列举作为载体或非载持体的CZ复合氧化物等。作为粘合剂，可以列举氧化铝溶胶、氧化硅溶胶等。
这里所公开的废气净化用催化剂能够抑制压力损失的增高并且发挥优异的废气净化性能。因此，适合配置于各种内燃机、例如汽车的汽油发动机或柴油发动机的排气系统(排气管)。其中，汽油发动机通常能够以理论空燃比控制，因此，废气容易在接近流入侧的端部的分隔壁部分和接近流出侧的端部的分隔壁部分流通。因此，本发明的应用特别有效。
以下，对本发明所涉及的几个实施例进行说明，但并不能将本发明限定于这样的具体例。
《I.催化剂层的尺寸(长度、厚度)的研究》
＜例1＞
作为基材，准备室数300cpsi(cells per square inch)、容积(也包括室通路的容积在内的整体的体积容积)0.9L、全长105mm、外径103mm、分隔壁的厚度0.3mm、气孔率为59％的堇青石制的蜂巢状基材。
接着，将作为载体的Al2O3粉末(γ－Al2O3)40g、作为催化剂金属的Rh的含量为0.2g的适量的铑水溶液和适量的纯水混合。对所得到的混合液进行搅拌混合，之后进行干燥、烧制(500℃、1小时)，由此得到在Al2O3粉末上载持有Rh的形态的催化剂金属载持粉末。将这样的催化剂金属载持粉末、烧制后的CZ复合氧化物量达到60g的氧化铈－氧化锆复合氧化物溶液和适量的纯水混合，制备催化剂层形成用浆料。
接着，将上述浆料以烧制后的催化剂金属的载持量相对于基材每1L达到100g的量从蜂巢状基材的废气流入侧的端部向入侧室内供给，在与该入侧室相接的分隔壁的细孔内形成第一催化剂层(延伸方向的长度L1：分隔壁的全长的30％、厚度T1：分隔壁的厚度的35％)。此时，从出侧室的废气流出侧的端部供给气体，使入侧室与出侧室之间产生相对的压力差，调整浆料浸透到分隔壁内的深度。
接着，将上述浆料以烧制后的催化剂金属的载持量相对于基材每1L达到100g的量从蜂巢状基材的废气流出侧的端部向出侧室内供给，在与该出侧室相接的分隔壁的细孔内形成第二催化剂层(延伸方向的长度L2：分隔壁的全长的30％、厚度T2：分隔壁的厚度的35％)。此时，从入侧室的废气流入侧的端部供给气体，使入侧室与出侧室之间产生相对的压力差，调整浆料浸透到分隔壁内的深度。
接着，以150℃干燥1小时，之后，以500℃进行1小时烧制，由此得到废气净化用催化剂(例1)。在例1中，在分隔壁的延伸方向的中央部分，未形成催化剂层的部分遍及分隔壁的全长Lw的40％存在。
＜例2＞
除了使第一催化剂层和第二催化剂层的延伸方向的长度均为分隔壁的延伸方向的全长Lw的50％以外，与上述例1同样地制作废气净化用催化剂(例2)。
＜例3＞
除了使第一催化剂层和第二催化剂层的延伸方向的长度均为分隔壁的延伸方向的全长Lw的55％以外，与上述例1同样地制作废气净化用催化剂(例3)。在该例中，第一催化剂层和第二催化剂层在延伸方向上遍及Lw的10％的长度重叠。换言之，在分隔壁的延伸方向的中央部分，第一催化剂层和第二催化剂层(隔着未形成催化剂层的部分)在厚度方向上叠层，形成多层构造。
＜例4～例9＞
除了使第一催化剂层和第二催化剂层的延伸方向的长度L1、L2如表1所示地形成以外，与上述例3同样地制作第一催化剂层和第二催化剂层的延伸方向的一部分重叠的废气净化用催化剂(例4、例5)。另外，作为参考例，除了第一催化剂层和第二催化剂层的延伸方向的长度L1、L2和厚度T1、T2如表1所示地形成以外，与上述例1同样地制作废气净化用催化剂(例6～例9)。
在下表1汇总催化剂层的规格。
[表1]
Figure BDA0003739351620000121
＜废气净化性能的评价＞
将上述得到的废气净化用催化剂(例1～例9)安装于汽油发动机的排气管，对废气净化性能进行比较。具体而言，将废气净化用催化剂设置在发动机台架的排气系统中，将废气的评价温度(输入气体温度)调节为400℃，测定HC成分和NOx成分的净化率。在表1的该栏表示结果。另外，在图4中表示对例1～例5所涉及的废气净化用催化剂的净化性能进行比较得到的图表。
首先，研究延伸方向的重叠的优选范围。由图4可知，例1的净化性能最差。作为其理由，可以认为是由于分隔壁的延伸方向上存在未载持催化剂金属的部分，因此，未净化的有害成分由此穿过。另外，例2与例1相比，虽然净化性能有所改善，但仍有15％左右的有害成分未被净化而排出。
相对于此，在将2个催化剂层彼此在延伸方向上相互重叠的例3～例5中显示相对较高的净化性能。特别是延伸方向的重叠为分隔壁的全长Lw的10～40％的例3、例4中，显示最优异的净化性能。
此外，在延伸方向的重叠为分隔壁的全长Lw的60％的例5中，与例3、例4相比，净化性能稍稍降低。作为其理由，可以认为是由于入侧室与出侧室的压力损失差。即，在例5中，大范围地载持有催化剂金属，因此，入侧室与出侧室的压力损失差增高。由此，废气更快地在催化剂层内(特别是分隔壁内)穿过，与例3、例4相比，净化性能降低。
综上所述，通过使第一催化剂层与第二催化剂层在分隔壁的延伸方向上部分重叠，能够实现相对较高的废气净化性能。另外，延伸方向的重叠可以为分隔壁的全长Lw的2％以上60％以下(特别是10％以上40％以下)。这样的结果显示了本发明的技术意义。
接着，比较延伸方向的重叠同等的试验例(例3、例8)，研究厚度方向的优选范围。例3的净化率与作为参考例的例8基本同等。由此，在厚度方向上，可以在第一催化剂层与第二催化剂层之间设置上述Tw的20～40％(典型地为25～35％)左右的间隙。换言之，厚度方向的Tw－T1－T2可以为0.2Tw以上0.4Tw以下。由此，能够提高生产性和操作容易性。并且，能够发挥所期望的催化剂性能，并抑制催化剂金属的移动，能够抑制因烧结或合金化而引起的催化剂金属的劣化。
另外，根据例2与作为参考例的例6、例7的比较，在重叠为0(即，Lw＝(L1+L2))的情况下，在厚度方向上，催化剂层可以在各处存在，或者也可以第一催化剂层与第二催化剂层部分重叠地构成。换言之，可以满足下式：Tw≤(T1+T2)＜2Tw。由此，能够实现相对较高的废气净化性能。
《II.催化剂金属种类的研究》
＜例10～例12＞
除了将催化剂金属的种类变更为表2所示的种类以外，与上述例8同样地制作废气净化用催化剂(例10～例12)。接着，与上述I.同样地评价废气净化性能。在表2的该栏中表示结果。
[表2]
表2催化剂金属种类的研究
Figure BDA0003739351620000141
由表2可知，在第一催化剂层使用铑、第二催化剂层使用铑或钯时，净化率特别高。由此，作为催化剂金属种类，优选第一催化剂层和第二催化剂层使用铑。或者，作为其它的优选例，优选第一催化剂层使用还原活性高的铑、第二催化剂层使用氧化活性高的钯。
《III.关于2个催化剂层的重叠的详细研究》
＜例13～例16＞
除了将第二催化剂层的延伸方向的长度L2如表3所示地形成以外，与上述例4同样地制作废气净化用催化剂(例13～例16)。接着，与上述I.同样地评价废气净化性能。在表3的该栏表示结果。
[表3]
Figure BDA0003739351620000151
由表1、3可知，使2个催化剂层的延伸方向的重叠为分隔壁的全长Lw的10～25％时，净化性能格外优异。这样的结果显示了本发明的技术意义。
以上，详细说明了本发明的具体例，但是这些仅为例示，并不限定权利要求的范围。权利要求中记载的技术也包括以上例示的具体例的各种变形、改变。
符号说明
1：蜂巢状基材；1a：端部；2：密封部；4：开口部；6、26：分隔壁；10：废气净化用催化剂；22：密封部；24：入侧室；24a：废气流入侧的端部；25：出侧室；25a：废气流出侧的端部；261：第一催化剂层；262：第二催化剂层。

Claims (10)

1.一种壁流式的废气净化用催化剂，其配置于汽油发动机的排气管，对从该汽油发动机排出的废气进行净化，该废气净化用催化剂的特征在于，具备：
壁流构造的基材，其中，废气流入侧的端部开口的入侧室和废气流出侧的端部开口的出侧室由多孔的分隔壁隔开；
第一催化剂层，其在所述分隔壁的内部的与所述入侧室相接的区域，从所述废气流入侧的端部沿所述分隔壁的延伸方向以比所述分隔壁的全长Lw短的长度形成；和
第二催化剂层，其在所述分隔壁的内部的与所述出侧室相接的区域，从所述废气流出侧的端部沿所述分隔壁的延伸方向以比所述分隔壁的全长Lw短的长度形成，
所述第一催化剂层和所述第二催化剂层分别含有催化剂金属和CZ复合氧化物，
所述第一催化剂层和所述第二催化剂层分别与所述分隔壁的表面相比偏置存在于所述分隔壁的内部，
在所述延伸方向上，将所述第一催化剂层的长度设为L1、将所述第二催化剂层的长度设为L2时，所述Lw、所述L1和所述L2满足下式：Lw＜(L1+L2)＜2Lw，所述第一催化剂层与所述第二催化剂层在所述延伸方向上部分重叠。
2.如权利要求1所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
所述第一催化剂层的所述催化剂金属由铑构成。
3.如权利要求2所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
所述第二催化剂层的所述催化剂金属由铑或钯构成。
4.如权利要求2所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
所述第二催化剂层的所述催化剂金属由铑构成。
5.如权利要求2所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
所述第二催化剂层的所述催化剂金属由钯或铂构成。
6.如权利要求1～5中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
在所述第一催化剂层和所述第二催化剂层的各自中，所述催化剂金属的总量的90质量％以上存在于所述分隔壁的内部。
7.如权利要求1～5中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
所述第一催化剂层与所述第二催化剂层重叠的长度为所述Lw的10％以上25％以下。
8.如权利要求7所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
所述第一催化剂层的长度L1比所述第二催化剂层的长度L2长。
9.如权利要求8所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
所述第一催化剂层的长度L1为所述Lw的50％以上70％以下。
10.如权利要求1～5中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：
在所述分隔壁的内部，所述第一催化剂层和所述第二催化剂层在厚度方向上不接触。
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