JP2019098292A

JP2019098292A - 内燃機関の排気浄化触媒

Info

Publication number: JP2019098292A
Application number: JP2017235077A
Authority: JP
Inventors: 寛大月; Hiroshi Otsuki; 慎治池田; Shinji Ikeda; 高田　圭; Kei Takada; 圭高田; 哲哉佐久間; Tetsuya Sakuma; 教夫石川; Michio Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-06-24
Also published as: US20190176140A1; EP3495635A1; BR102018071767A2; KR20190068410A

Abstract

【課題】マイクロ波を利用した暖機が可能であり、尚且つ、排気の雰囲気変動への耐性の高い排気浄化触媒を提供する。【解決手段】排気浄化触媒は、触媒粒子と、磁性粒子と、を備えている。触媒粒子は、その温度が上述した活性温度域にある場合、排気に含まれる所定の成分を浄化する機能を有している。磁性粒子は、マイクロ波を吸収して発熱する機能を有している。磁性粒子は、コア部と、シェル部と、を備えている。コア部は、強磁性体の粉末から構成されている。シェル部は、強磁性体の粉末の表面をコーティングするように設けられている。シェル部を構成するコーティング材は、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マンガン（Ｍｎ３Ｏ４）、α−アルミナといったセラミックス、または、シリカ（ＳｉＯ２）である。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化触媒に関する。

特開２０１６−１８７７６６号公報には、マイクロ波を吸収して発熱することが可能な排気浄化用の触媒が開示されている。この排気浄化触媒は、フェライトと、このフェライトの表面をコーティングする触媒層と、を備えている。フェライトは、マイクロ波を吸収して発熱し、その温度がキュリー温度に到達すると発熱が自発的に停止する特性を有する磁性体である。触媒層は、触媒金属と、この触媒金属を担持する担持層と、から構成されている。触媒金属は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈの一種以上である。担持層は、γ−アルミナまたはθ−アルミナから構成されている。マイクロ波が排気浄化触媒に照射されると、触媒層を透過したマイクロ波がフェライトに吸収される。そして、フェライトの発熱に伴い、排気浄化触媒の全体の温度が上昇する。

特開２０１６−１８７７６６号公報

ところで、フェライトは、多原子価の元素で構成されており、排気の雰囲気変動によってその価数が容易に変わる。具体的に、高温雰囲気下では、磁性体の相変化が起こる。フェライトの相変化が起こるということは、その結晶構造が変化するということを意味する。また、高温、かつ、ストイキ〜リッチ雰囲気下では、フェライトの化学変化も起こる。フェライトの化学変化が起こるということは、その分子構造が変化するということを意味する。従って、高温、かつ、ストイキ〜リッチ雰囲気下では、結晶構造または分子構造に不可逆的な変化が生じてフェライトが劣化する可能性がある。これに対し、リーン雰囲気下では、フェライトの分子構造の変化は余り見られない。しかし、排気に含まれる硫黄成分や燐成分によってフェライトが被毒劣化する可能性がある。

このようなフェライトの劣化に関し、上述した排気浄化触媒では、触媒層（つまり、担持層）によってフェライトの表面がコーティングされている。しかし、担持層を構成するγ−アルミナおよびθ−アルミナは、大きな比表面積を有している。大きな比表面積を有するということは、ガスを透過させてしまうような容積の細孔がこれらのアルミナの内部に形成されている可能性を示唆している。そして、このような容積の細孔が形成されていると、排気浄化触媒の周囲の排気が、担持層を容易に透過してフェライトに到達できてしまう。従って、上述した劣化がフェライトに起こるのを避けることができず、マイクロ波の吸収特性を利用した暖機効果が比較的早い段階で消失するおそれがある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、マイクロ波を利用した暖機が可能であり、尚且つ、排気の雰囲気変動への耐性の高い排気浄化触媒を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するための内燃機関の排気浄化触媒であり、次の特徴を有する。
前記排気浄化触媒は、触媒粒子と、磁性粒子と、を備える。
前記触媒粒子は、内燃機関の排気を浄化する。
前記磁性粒子は、前記触媒粒子の周囲に設けられ、マイクロ波を吸収して発熱する。
前記磁性粒子は、コア部と、シェル部と、を備える。
前記コア部は、マイクロ波を吸収して発熱することが可能な強磁性体から構成される。
前記シェル部は、前記コア部の表面をコーティングする。
前記シェル部は、マイクロ波を透過させる特性を有し、尚且つ、γ−アルミナまたはθ−アルミナよりもガスを遮断する特性において優れる窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化マンガン、α−アルミナまたはシリカから構成される。

本発明において、前記シェル部は、好ましくはα−アルミナまたはシリカから構成される。

本発明において、前記強磁性体は、好ましくは強磁性酸化物、強磁性金属または六方晶系フェライトである。

本発明において、前記触媒粒子は、好ましくはγ−アルミナ、θ−アルミナまたはジルコニアを含む。

本発明によれば、強磁性体から構成されるコア部と、このコア部をコーティングするシェル部と、を備える磁性粒子が、触媒粒子の周囲に設けられる。このシェル部は、マイクロ波を透過させる特性を有する。そのため、マイクロ波を吸収したコア部の発熱に伴って、触媒粒子の温度を上昇させることができる。また、このシェル部は、γ−アルミナまたはθ−アルミナよりもガスを遮断する特性において優れる窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化マンガン、α−アルミナまたはシリカから構成される。そのため、γ−アルミナまたはθ−アルミナからシェル部を構成する場合に比べて、コア部と外部の間のガスのやり取りを抑えることができる。つまり、外部からコア部へのガスの流入、および、コア部から外部へのガスの流出を抑えることができる。従って、磁性粒子の排気の雰囲気変動への耐性を高くすることができる。

本発明に係る排気浄化触媒が適用される内燃機関の排気浄化システムの概要を説明する図である。本発明に係る排気浄化触媒の構成の概要を説明する図である。磁性粒子の構造を説明する図である。マイクロ波の照射時間と、被照射体の温度との関係の一例を示した図である。酸化鉄の状態図である。 γ−アルミナ、θ−アルミナ、α−アルミナおよびシリカのＢＥＴ比表面積と細孔容積の一例を示す図である。本発明に係る排気浄化触媒を得る第１の方法を説明する図である。排気浄化触媒の原料のζ電位と、水溶液のｐＨとの関係の一例を示した図である。本発明に係る排気浄化触媒を得る第２の方法を説明する図である。本発明に係る排気浄化触媒を得る第３の方法を説明する図である。排気浄化触媒の原料のζ電位と、水溶液のｐＨとの関係の一例を示した図である。本発明に係る排気浄化触媒を得る第４の方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

１．排気浄化システムの概要
図１は、本発明に係る排気浄化触媒が適用される内燃機関（以下、単に「エンジン」ともいう。）の排気浄化システムの概要を説明する図である。図１に示す排気浄化システムは、エンジン１０を備えている。エンジン１０は、例えば、直列４気筒型のエンジンである。エンジン１０には、排気管１２が接続されている。排気管１２の途中には、触媒コンバータ１４が設けられている。触媒コンバータ１４には、ハニカム基材１６が内蔵されている。ハニカム基材１６は、例えば、ハニカム状に成形したコージェライト（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２系のセラミックス）、または、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）から構成されている。排気浄化触媒は、ハニカム基材１６（より正確には、ハニカム基材１６のリブ１６ａ）に担持されている。

ハニカム基材１６の上流には、マイクロ波発振器１８のアンテナ２０が設けられている。マイクロ波発振器１８は、マイクロ波を発生するよう構成されている。マイクロ波発振器１８は、例えば、半導体型発振器である。マイクロ波発振器１８は、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン等から構成されていてもよい。アンテナ２０は、ハニカム基材１６に向けてマイクロ波を出射するように構成されている。アンテナ２０は、例えば、平面アンテナ、パラボナアンテナ、ホーン型アンテナである。出射されるマイクロ波の周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、２４ＧＨｚ、９１５ＭＨｚである。出射されるマイクロ波の強度に特に限定はない。

マイクロ波発振器１８は、例えばエンジン１０の冷間始動時に、所定の制御信号に基づいて駆動される。マイクロ波発振器１８が駆動されると、アンテナ２０から出射されたマイクロ波が、ハニカム基材１６に照射（入射）される。リブ１６ａに担持された排気浄化触媒がマイクロ波を吸収すると、発熱して高温化する。そして、排気浄化触媒の温度が所定の温度域まで上昇すると、当該触媒が活性化する。これにより、ハニカム基材１６を透過する排気の浄化が可能となる。

２．本発明に係る排気浄化触媒の説明
２．１排気浄化触媒の構成の概要
図２は、本発明に係る排気浄化触媒の構成の概要を説明する図である。図２に示すように、排気浄化触媒２２は、リブ１６ａに担持されている。排気浄化触媒２２は、触媒粒子２４と、磁性粒子２６と、を備えている。触媒粒子２４は、その温度が上述した活性温度域にある場合、排気に含まれる所定の成分を浄化する機能を有している。磁性粒子２６は、触媒粒子２４と概ね同じ粒子サイズを有している。磁性粒子２６は、マイクロ波を吸収して発熱する機能を有している。磁性粒子２６がマイクロ波を吸収して発熱すると、その熱エネルギーが周囲に放出される。磁性粒子２６の周囲の触媒粒子２４は、この熱エネルギーを受け取って高温化する。

触媒粒子２４は、多孔質セラミックスに、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）やロジウム（Ｒｈ）といった貴金属を担持させたものである。多孔質セラミックスは、例えば、アルミナ（具体的には、γ−アルミナまたはθ−アルミナ）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）である。触媒粒子２４には、添加剤としてのセリウム（Ｃｅ）が更に担持されていてもよい。セリウム（Ｃｅ）は、リーン雰囲気下で排気中の酸素と化合してセリア（ＣｅＯ_２）を形成し、リッチ雰囲気下では一部の酸素を放出して、部分還元（２ＣｅＯ_２→Ｃｅ_２Ｏ_３＋１／２Ｏ_２）される。セリウム（Ｃｅ）の特性により、触媒粒子２４は、リーン雰囲気下で排気中の酸素を吸着して貯蔵する。触媒粒子２４は、リッチ雰囲気下で貯蔵した酸素を放出する。

排気浄化触媒２２は、磁性粒子２６の構造に特徴を有している。即ち、磁性粒子２６は、コア−シェル型の構造を有している。図３は、磁性粒子２６の構造を説明する図である。図３に示す磁性粒子２６は、コア部２６ａと、シェル部２６ｂと、を備えている。コア部２６ａは、強磁性体の粉末から構成されている。シェル部２６ｂは、強磁性体の粉末の表面をコーティングするように設けられている。

コア部２６ａを構成する強磁性体は、強磁性酸化物、強磁性金属または六方晶系フェライトである。強磁性酸化物は、例えば、γ−Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯｘ（１≦ｘ≦１．５）、Ｃｏ−ＦｅＯｘ（１≦ｘ≦１．５）、Ｃｏ−Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｒＯ_２である。強磁性金属は、例えば、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ_３−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ_４Ｎ、Ｆｅ_５Ｃ_２である。なお、強磁性金属の表層が酸化物層を有していてもよい。六方晶系フェライトは、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト、鉛フェライト、カルシウムフェライト、それらのＣｏ等の置換体である。より具体的には、マグネトプランバイト型のバリウムフェライトおよびストロンチウムフェライト、更に一部スピネル相を含有したマグネトプランバイト型のバリウムフェライトおよびストロンチウムフェライトである。

シェル部２６ｂを構成するコーティング材は、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マンガン（Ｍｎ_３Ｏ_４）、α−アルミナといったセラミックス、または、シリカ（ＳｉＯ_２）である。これらのセラミックスまたはシリカは、マイクロ波を透過させる特性を有し、尚且つ、γ−アルミナまたはθ−アルミナよりもガスを遮断する特性（ガスバリア特性）において優れている。つまり、これらのセラミックスまたはシリカは、マイクロ波を透過させる一方で、γ−アルミナまたはθ−アルミナに比べて排気等のガスを透過させ難いという特性を有している。また、これらのセラミックスまたはシリカは、上述した特性に加えて、耐熱性および伝熱性を有している。また、α−アルミナおよびシリカは、これらの特性に加え、優れた生産性と、優れた被毒耐性とを有している。従って、α−アルミナおよびシリカは、シェル部２６ｂを構成するコーティング材として特に好ましいと言える。

２．２強磁性体の利点と弱点
マイクロ波を吸収して発熱する特性を有する代表的な物質として、誘電体と磁性体が挙げられる。誘電体には、耐久性が高いものが存在する。しかし、マイクロ波のＩＳＭバンドである２．４５ＧＨｚ帯では波長が１２ｃｍあり、電界の腹と節が存在する。そのため、マイクロ波の電界を誘電体に均一に作用させることは難しい。また、誘電体は、温度の上昇に伴ってマイクロ波を吸収し易くなるという特性を有している。そのため、誘電体を使用すると、発熱箇所が一部に集中してしまい加熱ムラが生じ易い。

この点、磁性体は、キュリー温度以上で磁性が発現しなくなるという特性を有している。そのため、磁性体の温度がキュリー温度以上まで上昇すると、マイクロ波による作用を磁性体が受け付けなくなる。図４は、マイクロ波の照射時間と、被照射体の温度との関係の一例を示した図である。被照射体が誘電体の場合は、照射時間が長くなるほど被照射体の温度が上昇する。これに対し、被照射体が磁性体の場合は、被照射体の温度がある上限温度に収束する。この収束温度が、磁性体のキュリー温度に相当する。そして、このキュリー温度は、磁性体の材料設計により調整することができる。従って、あるキュリー温度を有する磁性体を設計すれば、加熱ムラを生じさせることなく、磁性体の全体の温度をキュリー温度まで上昇させることが可能になる。

また、上述した活性温度域内にキュリー温度を有する磁性体を設計すれば、磁性体だけでなくその周囲に存在する物質の温度をキュリー温度まで上昇させることが可能になる。しかし、既述したように、フェライトは排気の雰囲気変動によって劣化する。この劣化について、図５を参照して説明する。図５は、フェライトの主成分である酸化鉄の状態図である。図５の横軸は、酸化鉄中の酸素含有割合を表している。縦軸は、酸化鉄の周囲の雰囲気温度を表している。図５に示す３種類の酸化鉄のうち、強磁性体としての特性を示すのは酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）である。

図５の中央部に矢印で示すように、酸素含有割合が２０％以下の酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）は、雰囲気温度が約５７０℃よりも高くなると酸化鉄（ＦｅＯ）へと相変化する。酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）の相変化が起こると、その結晶構造が変化する。このような結晶構造の変化は、エンジンからの高温の排気（例えば、１０００℃以上の排気）に酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）が晒されたときに起こり得る。また、ストイキ〜リッチ雰囲気下では、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）が化学変化する（より正確には、還元の作用を受ける）。酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）の化学変化が起こると、その分子構造が変化する。従って、高温、かつ、ストイキ〜リッチ雰囲気下では、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）の相変化と化学変化が並行して起こり、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）として存在することができなくなる。そうすると、強磁性体としての特性が失われてしまう。

仮に、酸化鉄（ＦｅＯ）への相変化のみが起きた場合に、酸化鉄（ＦｅＯ）の周囲の雰囲気温度が下がれば、図５に示した矢印の向きとは反対の向きの相変化が起こり、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）へと戻ることもあり得る。しかし、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）の相変化と化学変化が並行して起きたような場合には、酸化鉄（ＦｅＯ）の周囲の雰囲気温度が下がったとしても、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）に戻ることは難しい。この理由は、少なくともリーン雰囲気でなければ（つまり、酸化鉄（ＦｅＯ）の周囲に酸素が存在しなければ）、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）に戻ることができないからである。このように、高温、かつ、ストイキ〜リッチ雰囲気を一旦経た場合は、酸化鉄（ＦｅＯ）の周囲の雰囲気温度がその後に下がったとしても、強磁性体としての特性を回復することが難しい。

この点、リーン雰囲気下では、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）が還元の作用を受けない。そのため、高温、かつ、リーン雰囲気下では、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）の相変化のみが起こり、その後の周囲の雰囲気温度の低下に伴って酸化鉄（ＦｅＯ）が酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）に相変化することが可能である。しかし、このようなリーン雰囲気下であっても、排気に含まれる硫黄成分や燐成分によって酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）が被毒する可能性がある。そうすると、強磁性体としての特性が損なわれてしまう。

そして、上述した強磁性体としての特性に影響が生じるのは、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）や、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）を主成分とするフェライトだけに限られない。例えば、酸化クロム（ＣｒＯ_２）は、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）と同様に強磁性体としての特性を有するが、相変化により酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）となると、強磁性体としての特性が失われる。また、ストイキ〜リッチ雰囲気下では、酸化クロム（ＣｒＯ_２）が還元されて酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）へと変化する。このように、上述した強磁性酸化物や強磁性金属は、図５で説明した酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）と共通する弱点を有している。

２．３本発明に係る排気浄化触媒の構成による効果
この点、本発明に係る排気浄化触媒は、コア部２６ａを構成する強磁性体の粉末の表面にシェル部２６ｂが設けられている。そして、シェル部２６ｂを構成するコーティング材は、γ−アルミナまたはθ−アルミナよりもガスを遮断する特性において優れている。図６は、γ−アルミナ、θ−アルミナ、α−アルミナおよびシリカのＢＥＴ比表面積と細孔容積の一例を示す図である。図６に示すように、α−アルミナおよびシリカのＢＥＴ比表面積は、γ−アルミナおよびθ−アルミナよりも小さい。より具体的に、α−アルミナおよびシリカのＢＥＴ比表面積は、γ−アルミナのＢＥＴ比表面積の１０分の１程度である。また、α−アルミナおよびシリカの細孔容積は、γ−アルミナの細孔容積の３０分の１以下である。

ＢＥＴ比表面積や細孔容積が小さいということは、ガスを遮断する特性が優れているということを意味している。そして、ガスを遮断する特性に優れるコーティング材であるということは、そのコーティング材をシェル部２６ｂに使用したときに、コア部２６ａと外部の間のガスのやり取りを抑える能力が高いということを意味する。そのため、ストイキ〜リッチ雰囲気下であったとしても、排気中の還元成分による影響を小さくすることができる。従って、コア部２６ａの強磁性体が、還元の作用を受けるのを抑えることができる。また、リーン雰囲気下であったとしても、排気中の被毒成分による影響を小さくすることができる。

また、磁性粒子２６の周囲の雰囲気温度が上昇し、相変化に伴ってコア部２６ａを構成する結晶構造から酸素が放出されたとしても、シェル部２６ｂの内側にこの放出された酸素を留めておくことができる。従って、磁性粒子２６の周囲の雰囲気温度が低下した後に、放出された酸素をコア部２６ａがその結晶構造内に取り込むことで、強磁性体の特性を取り戻すことができる。このように、本発明に係る排気浄化触媒の構成によれば、磁性粒子２６の排気の雰囲気変動への耐性を高めることができる。従って、マイクロ波の吸収特性を利用した磁性粒子２６による暖機効果を長持ちさせることができる。

３．本発明に係る排気浄化触媒を得るための具体的手法
３．１第１の方法
図７は、本発明に係る排気浄化触媒を得る第１の方法を説明する図である。図７に示す方法では、強磁性体の表面にシリカのコーティングが行われる。図７に示す方法では、先ず、硝酸水溶液が蒸留水に添加されて水溶液のｐＨが４に調整される。続いて、この水溶液に、強磁性体の粉末（例えば、立方晶系フェライト）と、シリカゾルと、が更に添加され、撹拌される。続いて、この水溶液にアンモニア水溶液が更に添加され、水溶液のｐＨが５〜６に調整される。図７の右側には、水溶液のｐＨの調整の様子が描かれている。

図８は、原料（立方晶系フェライトとシリカゾル）のζ電位と、水溶液のｐＨと、の関係の一例を示した図である。図８に示すように、ｐＨが４程度の水溶液に原料を添加すると、ζ電位がプラスのフェライトに、ζ電位がマイナスのシリカゾルが引き寄せられる。そして、水溶液のｐＨを５〜６に調整すると、フェライトの表面にシリカゾルが吸着した状態となる。なお、フェライトの粒子サイズ、シリカゾルの濃度、または、ｐＨを５〜６に調整する時間を適宜変更すれば、所望のサイズの磁性粒子を得ることができる。

図７に示す方法では、このような吸着状態にある原料が、ろ過、または、遠心分離される。そして、ろ過または遠心分離後の原料が焼成される。これにより、磁性粒子が得られる。続いて、得られた磁性粒子に、別途所望のサイズに調整しておいた触媒粒子（例えば、貴金属を担持した多孔質セラミックス）と、バインダーと、を混合することによりスラリーが調整される。そして、このスラリーをハニカム基材に担持させる。以上により、本発明に係る排気浄化触媒が得られる。

３．２第２の方法
図９は、本発明に係る排気浄化触媒を得る第２の方法を説明する図である。図９に示す方法では、強磁性体の表面にシリカのコーティングが行われる。図９に示す方法では、先ず、強磁性体の粉末（例えば、立方晶系フェライト）と、シランカップリング剤（例えば、ビニルトリエトキシシラン）と、有機シラン（例えば、テトラメチルシラン）と、がエタノールに添加され、撹拌される。続いて、このエタノール溶液に、硝酸水溶液またはアンモニア水溶液が更に添加される。そうすると、加水分解反応が進行し、強磁性体の粉末の表面にシラノールが吸着した状態となる。図９の右側には、シラノールのオリゴマーが強磁性体の表面に水素結合的に吸着するまでの概要が描かれている。

図９に示す方法では、このような吸着状態にある原料が、ろ過、または、遠心分離される。そして、ろ過または遠心分離後の原料が焼成されると、シラノールの脱水縮合反応が進行する。これにより、磁性粒子が得られる。磁性粒子を得た後の処理については、図７で説明した方法と同じである。以上により、本発明に係る排気浄化触媒が得られる。

３．３第３の方法
図１０は、本発明に係る排気浄化触媒を得る第３の方法を説明する図である。図１０に示す方法では、強磁性体の表面にα−アルミナのコーティングが行われる。図１０に示す方法では、先ず、蒸留水に硝酸アルミニウムの九水和物と、強磁性体の粉末（例えば、立方晶系フェライト）と、が添加され、撹拌される。続いて、この水溶液に、アンモニア水溶液が更に添加され、水溶液のｐＨが７〜９に調整される。図１０の右側には、水溶液のｐＨの調整に伴うアルミニウム水和物（ベーマイト）の析出の様子が描かれている。

図１１は、原料（立方晶系フェライトとベーマイト）のζ電位と、水溶液のｐＨと、の関係の一例を示した図である。図１１に示すように、水溶液のｐＨを７以上に調整すると、水溶液に不溶のベーマイトが生じる。水溶液のｐＨを７〜９に調整すると、ベーマイトのζ電位はプラスとなり、フェライトのζ電位はマイナスとなる。よって、フェライトにベーマイトが引き寄せられる。図１０の右側には、フェライトの表面にベーマイトが吸着した状態が描かれている。

図１０に示す方法では、このような吸着状態にある原料が、ろ過、または、遠心分離される。そして、ろ過または遠心分離後の原料が焼成されると、ベーマイトの脱水反応が進行する。これにより、磁性粒子が得られる。磁性粒子を得た後の処理については、図７で説明した方法と同じである。以上により、本発明に係る排気浄化触媒が得られる。

３．４第４の方法
図１２は、本発明に係る排気浄化触媒を得る第４の方法を説明する図である。図１２に示す方法では、強磁性体の表面にα−アルミナのコーティングが行われる。図１２に示す方法では、先ず、強磁性体の粉末（例えば、立方晶系フェライト）が蒸留水に添加され、撹拌される。続いて、水溶液の温度を８０℃まで上昇させる。水溶液の温度が８０℃になったら、硝酸アルミニウムの九水和物が添加され、撹拌される。硝酸アルミニウムの九水和物の添加量は、飽和溶解度とされる。続いて、水溶液の温度を４０℃まで低下させる。図１２の右側には、水溶液の温度低下に伴い、アルミニウムの水和物が析出してフェライトの表面に吸着する様子が描かれている。

図１２に示す方法では、このような吸着状態にある原料が、ろ過、または、遠心分離される。そして、ろ過または遠心分離後の原料が焼成されると、アルミニウムの水和物の脱水反応が進行する。これにより、磁性粒子が得られる。磁性粒子を得た後の処理については、図７で説明した方法と同じである。以上により、本発明に係る排気浄化触媒が得られる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１０内燃機関
１２排気管
１４触媒コンバータ
１６ハニカム基材
１６ａリブ
１８マイクロ波発振器
２０アンテナ
２２排気浄化触媒
２４触媒粒子
２６磁性粒子
２６ａコア部
２６ｂシェル部

Claims

内燃機関の排気を浄化する触媒粒子と、
前記触媒粒子の周囲に設けられ、マイクロ波を吸収して発熱する磁性粒子と、
を備える内燃機関の排気浄化触媒であって、
前記磁性粒子が、
マイクロ波を吸収して発熱することが可能な強磁性体から構成されるコア部と、
前記コア部の表面をコーティングするシェル部であって、マイクロ波を透過させる特性を有し、尚且つ、γ−アルミナまたはθ−アルミナよりもガスを遮断する特性において優れる窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化マンガン、α−アルミナまたはシリカから構成されるシェル部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化触媒。
前記シェル部が、α−アルミナまたはシリカから構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化触媒。
前記強磁性体が、強磁性酸化物、強磁性金属または六方晶系フェライトであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化触媒。
前記触媒粒子が、γ−アルミナ、θ−アルミナまたはジルコニアを含むことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化触媒。