JP2021003678A - 排ガス浄化触媒装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォールフロー型の基材を用いた排ガス浄化触媒装置において、触媒貴金属の利用効率が改善された排ガス浄化触媒装置を提供すること。【解決手段】ハニカム基材、及びハニカム基材に担持されている触媒貴金属を有する排ガス浄化触媒装置であって、ハニカム基材は、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子を構成材料の１種として含み、多孔質隔壁１０によって区画された入口側セル２１と出口側セル２２とを含むウォールフロー型のハニカム基材であり、触媒貴金属は、入口側担持領域３０及び出口側担持領域４０に担持されており、入口側担持領域３０は、排ガス流れ上流端から特定の長さ３１で存在し、触媒貴金属７０％担持深さが、多孔質隔壁１０の厚みの５０％以下であり、出口側担持領域４０は、排ガス流れ下流端から特定の長さ４１で存在し、触媒貴金属７０％担持深さが、多孔質隔壁１０の厚みの５０％超である、排ガス浄化触媒装置１００。【選択図】図５

Description

本発明は、排ガス浄化触媒装置に関する。

自動車エンジン等の内燃機関から排出される排ガスには、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が含まれている。これらを浄化するために、上記の内燃機関には、排ガス浄化触媒装置が装着されている。

排ガス浄化触媒装置は、例えば、ハニカム構造の基材と、触媒コート層とを含む構造であってよい。ハニカム構造の基材は、隔壁によって区画された複数のセルを有し、触媒コート層は、セル内の隔壁上又は隔壁内に形成されていてよい。触媒コート層は、白金、パラジウム、ロジウム等の触媒貴金属と、金属酸化物粒子とを有していてよく、触媒貴金属は、金属酸化物粒子の一部又は全部に担持されていてよい。また、触媒コート層は、酸素吸蔵能を有するセリアを含む複合酸化物粒子（ＯＳＣ材料）等の助触媒粒子を含んでいてよい。

排ガス浄化触媒装置に用いる基材としては、ウォールフロー型の基材が知られている。ウォールフロー型の基材では、多孔質隔壁によって区画された複数のセルが、排ガス流れの上流側に開口し、かつ下流側が封止された入口側セルと、排ガス流れの上流側が封止され、かつ下流側に開口する出口側セルとを含み、それによって入口側セルに流入した排ガスが多孔質隔壁を通過して出口側セルから排出されるように構成されている。

ウォールフロー型の基材を用いた排ガス浄化触媒装置の例として、例えば、特許文献１及び２に記載されたものが公知である。

特許文献１には、ウォールフロー型の基材の入口側セルの隔壁内に、排ガス流れ上流端近傍から所定の長さで形成された入側触媒層と、出口側セルの隔壁内に、排ガス流れ下流端近傍から所定の長さで形成された出側触媒層とを有し、出側触媒層の触媒貴金属が、入側触媒層の触媒貴金属よりも多くなるように構成されている、高負荷運転用触媒が記載されている。また、特許文献１の実施例には、高負荷運転用触媒の触媒層が、触媒貴金属としてのパラジウム及びロジウムと、担体としてのアルミナと、ＯＳＣ材料としてのセリア−ジルコニア複合酸化物を含むことが記載されている。

特許文献２には、ウォールフロー型の基材において、複数のセルを区画する多孔質隔壁の構成成分に、セリア−ジルコニア固溶体等を含有させることが記載されている。この特許文献２には、更に、基材の多孔質隔壁に、白金、パラジウム、ロジウム等から選ばれる触媒貴金属を担持させてもよいことが記載されている。

特開２０１８−１２２２７０号公報 特開２０１７−１１５７８６号公報

本発明は、ウォールフロー型の基材を用いた排ガス浄化触媒装置において、触媒貴金属の利用効率が改善された排ガス浄化触媒装置の提供を目的とする。

本発明は、以下のとおりである。

《態様１》ハニカム基材、及び上記ハニカム基材に担持されている１種又は２種以上の触媒貴金属を有する、排ガス浄化触媒装置であって、
上記ハニカム基材は、多孔質隔壁によって区画された複数のセルを有し、
上記多孔質隔壁は、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子を構成材料の１種として含み、
上記複数のセルは、
排ガス流れの上流側に開口し、かつ下流側が封止された入口側セルと、
排ガス流れの上流側が封止され、かつ下流側に開口する出口側セルと
を含み、それによって上記入口側セルに流入した排ガスが上記多孔質隔壁を通過して上記出口側セルから排出されるように構成されており、
上記触媒貴金属は、上記多孔質隔壁の入口側担持領域及び出口側担持領域に担持されており、
上記入口側担持領域は、
上記入口側セルの排ガス流れ上流端から、上記ハニカム基材の全長の６０％以上１００％以下の長さで存在し、かつ、
上記入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、上記多孔質隔壁の入口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、上記多孔質隔壁の厚みの５０％以下であり、
上記出口側担持領域は、
上記出口側セルの排ガス流れ下流端から、上記ハニカム基材の全長の５％以上５０％以下の長さで存在し、かつ、
上記出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、上記多孔質隔壁の出口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、上記多孔質隔壁の厚みの５０％超である、
排ガス浄化触媒装置。
《態様２》上記入口側担持領域と、上記出口側担持領域との合計の長さが、上記ハニカム基材の全長の１００％超である、態様１に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様３》上記入口側担持領域の長さが、上記ハニカム基材の全長の７０％以上１００％以下である、態様１又は２に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様４》上記出口側担持領域の長さが、上記ハニカム基材の全長の１０％以上４５％以下である、態様１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様５》上記入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、上記多孔質隔壁の入口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、上記多孔質隔壁の厚みの３０％以下である、態様１〜４のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様６》上記出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、上記多孔質隔壁の出口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、上記多孔質隔壁の厚みの６０％以上である、態様１〜５のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様７》上記触媒貴金属が、白金、パラジウム、及びロジウムから選択される１種又は２種以上である、態様１〜６のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様８》上記多孔質隔壁に触媒コート層を有さない、態様１〜７のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。

本発明の排ガス浄化触媒装置では、ウォールフロー型の基材の入口側セルに流入した排ガスが、多孔質隔壁を通過して出口側セルから排出されるときの、排ガス流れに応じた適切な配置で、触媒貴金属が担持されている。したがって、本発明の排ガス浄化触媒装置は、触媒貴金属の利用効率が極めて高く、排ガスの効率的な浄化が可能である。

図１は、ウォールフロー型基材に、排ガスが流入したときの、排ガス流れ上流端からの距離と、多孔質隔壁を通過するガス量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 図２は、入口側セルに排ガス流れ上流端から基材全長の７０％の長さの入口側コート層、及び出口側セルに排ガス流れ下流端から基材全長の７０％の長さの出口側コート層を有する、ウォールフロー型基材に、排ガスが流入したときの、排ガス流れ上流端からの距離と、多孔質隔壁を通過するガス量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 図３は、入口側セルに排ガス流れ上流端から基材全長の４０％の長さの入口側コート層、及び出口側セルに排ガス流れ下流端から基材全長の８０％の長さの出口側コート層を有する、ウォールフロー型基材に、排ガスが流入したときの、排ガス流れ上流端からの距離と、多孔質隔壁を通過するガス量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４は、入口側セルに排ガス流れ上流端から基材全長の８０％の長さの入口側コート層、及び出口側セルに排ガス流れ下流端から基材全長の４０％の長さの出口側コート層を有する、ウォールフロー型基材に、排ガスが流入したときの、排ガス流れ上流端からの距離と、多孔質隔壁を通過するガス量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 図５は、本発明の排ガス浄化触媒装置の構成の一例を説明するための概略断面図である。 図６は、図５のＡ部の拡大図である。 図７は、図５のＢ部の拡大図である。

《排ガス浄化触媒装置》
本発明の排ガス浄化触媒装置は、
ハニカム基材、及びハニカム基材に担持されている１種又は２種以上の触媒貴金属を有する、排ガス浄化触媒装置であって、
ハニカム基材は、多孔質隔壁によって区画された複数のセルを有し、
多孔質隔壁は、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子を構成材料の１種として含み、
複数のセルは、
排ガス流れの上流側に開口し、かつ下流側が封止された入口側セルと、
排ガス流れの上流側が封止され、かつ下流側に開口する出口側セルと
を含み、それによって入口側セルに流入した排ガスが多孔質隔壁を通過して出口側セルから排出されるように構成されており、
触媒貴金属は、多孔質隔壁の入口側担持領域及び出口側担持領域に担持されており、
入口側担持領域は、
入口側セルの排ガス流れ上流端から、前記ハニカム基材の全長の６０％以上１００％以下の長さで存在し、かつ、
入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、前孔質隔壁の入口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、多孔質隔壁の厚みの５０％以下であり、
出口側担持領域は、
出口側セルの排ガス流れ下流端から記ハニカム基材の全長の５％以上５０％以下の長さで存在し、かつ、
出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、多孔質隔壁の出口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、多孔質隔壁の厚みの５０％超である。

本発明の排ガス浄化触媒装置では、構成材料の１種としてセリア−ジルコニア複合酸化物粒子を含む、ウォールフロー型の基材を用いる。そして、このウォールフロー型基材において、入口側セルでは、上流側の表面近傍の領域に触媒貴金属を局在させて担持し、出口側セルでは、下流側の表面から深いところまでの広い範囲の領域に、触媒貴金属を分布させて担持している。本発明の排ガス浄化触媒装置では、このような構成により、ウォールフロー型の基材の入口側セルに流入した排ガスが、多孔質隔壁を通過して出口側セルから排出されるときに、適切に配置された触媒貴金属と効率よく接触することができ、排ガスの効率的な浄化が可能となる。

図１〜図４に、ウォールフロー型の基材に排ガスが流入したときの、排ガス流れをシミュレーションした結果を示す。これらの図は、長さ１２２ｍｍ、直径１１７ｍｍ、容量１，３１２ｃｍ^３、セル数４７セル／ｃｍ^２、多孔質壁の厚み０．２５ｍｍ、多孔質壁の気孔率５６〜６７％、気孔の平均孔径２０μｍのウォールフロー型の基材を想定し、排ガス流量を吸入空気質量流量Ｇａ１４０ｇ／秒として、市販のシミュレーションソフトウェア（豊田通商システムズ（株）製、品名「Ａｘｉｓｕｉｔｅ」）を用いて、排ガス流れをシミュレーションしたものである。

グラフの横軸は、基材の上流端からの距離を示し、縦軸は、上流端から特定の距離で多孔質壁を通過する排ガスの量を、多孔質壁の単位面積・単位時間当たりの質量として示す。図１には、ウォールフロー型の基材のイメージを、合わせて示す。図２〜４には、触媒コート層を有する排ガス浄化触媒装置のイメージを、合わせて示す。

図１は、触媒コート層を有さないウォールフロー型の基材の排ガス流れのシミュレーション結果である。図１を見ると、多孔質壁を通過する排ガスの流量は、基材の上流端から５０ｍｍを超える地点まではおよそ一定の小さい値を示すが、約６０ｍｍを超える地点から下流端にかけて急激に増大し、下流端（上流端から１２２ｍｍの地点）にて多孔質壁を通過する排ガスの流量は、上流端近傍の約８倍に達する。

すなわち、ウォールフロー型の基材に流入した排ガスの大部分は、上流端から基材の中央付近までは、入口側セルの内部（多孔質壁の上）を進行し、基材の中央部から下流端にかけて、多孔質壁を通過して出口側セルに至るものと考えられる。

したがって、ウォールフロー型の基材を用いる排ガス浄化触媒装置において、排ガスと触媒貴金属との効率的な接触を得るためには、入口側セルでは、上流側の表面近傍の領域に触媒貴金属を局在化させて配置し、出口側セルでは、下流側の表面から深いところまでの広い範囲の領域に、触媒貴金属を分布させて配置することが有利であると考えられる。この構成によると、ウォールフロー型の基材に流入した排ガスは、上流端から基材の中央付近まで入口側セル内を進行するときには、入口側セルの表面近傍に局在化した触媒貴金属と接触することができ、基材の中央部から下流端にかけて、多孔質壁を通過するときには、出口側セルの表面から深いところまで広い範囲に分布している触媒貴金属と接触することができる。

しかしながら、基材の多孔質壁への触媒貴金属の配置を、担体粒子及び助触媒粒子を含む触媒コート層の形成によって行うと、排ガスの多孔質壁通過が触媒コート層によって妨げられ、その結果、排ガス流れが所期した態様から変更されることが考えられる。

図２〜図４は、ウォールフロー型の基材の入口側セル及び出口側セル内の多孔質壁に、それぞれ、多孔質壁の表面から深さ方向内部に触媒コート層を形成した場合の排ガス流れをシミュレーションした結果を示す。この触媒コート層は、無機酸化物の担体粒子を含み、この無機酸化物担体粒子が多孔質壁の細孔内に浸透することにより、多孔質膜の表面から深さ方向内部に触媒コート層が形成される。

図２の触媒コート層は、入口側セルの上流端から８５．４ｍｍ（基材全長の７０％）、及び出口側セルの下流端から８５．４ｍｍ（同７０％）の長さでそれぞれ形成され、中央部の４８．８ｍｍ（同４０％）の範囲で、入口側セルの触媒コート層と、出口側セルの触媒コート層とがオーバーラップしている。なお、オーバーラップ部分は、排ガスが排ガス浄化触媒装置内を通過するときに、出口側セルの触媒コート層を通過せずに抜けて行く、「吹き抜け」を防止するために、設けられている（以下同じ）。

図３の触媒コート層は、入口側セルの上流端から４８．８ｍｍ（基材全長の４０％）、及び出口側セルの下流端から９７．６ｍｍ（同８０％）の長さでそれぞれ形成され、中央部上流端寄りの２４．４ｍｍ（同２０％）の範囲で、入口側セルの触媒コート層と、出口側セルの触媒コート層とがオーバーラップしている。

図４の触媒コート層は、入口側セルの上流端から９７．６ｍｍ（基材全長の８０％）、及び出口側セルの下流端から４８．８ｍｍ（同４０％）の長さでそれぞれ形成され、中央部下流端寄りの２４．４ｍｍ（同２０％）の範囲で、入口側セルの触媒コート層と、出口側セルの触媒コート層とがオーバーラップしている。

入口側セルの触媒コート層、及び出口側セルの触媒コート層のコート量は、それぞれ、以下のとおりとし、基材全体の合計コート量が１００ｇとなるようにコートした。
図２：入口側セルの触媒コート層５０ｇ、出口側セルの触媒コート層５０ｇ
図３：入口側セルの触媒コート層３３ｇ、出口側セルの触媒コート層６７ｇ
図４：入口側セルの触媒コート層６７ｇ、出口側セルの触媒コート層３３ｇ

図２〜図４を参照すると、ウォールフロー型の基材にコート層を形成した場合、排ガスの多孔質壁通過量は、基材の上流側よりも下流側の方が多いとの傾向は維持されているが、その差は小さくなっている。また、入口側セルの触媒コート層と、出口側セルの触媒コート層とのオーバーラップ部分では、排ガスの多孔質壁通過量は、単層部分と比べて低下している。

これら図２〜図４の結果から、基材上への触媒貴金属の配置を触媒コート層の形成によって行うと、本発明の目的が達成できないことが理解される。これら図２〜図４は、ウォールフロー型の基材の多孔質壁の表面から深さ方向内部に触媒コート層を形成した排ガス浄化触媒装置に関するが、ウォールフロー型の基材の多孔質壁上に触媒コート層を形成した排ガス浄化触媒装置についても、同様の結果が得られる。

そこで、本発明の排ガス浄化触媒装置では、構成材料の１種としてセリア−ジルコニア複合酸化物粒子を含む、ウォールフロー型の基材を用い、触媒貴金属の配置に触媒コート層の形成を不要としたうえで、適切な位置に触媒貴金属を配置したのである。

したがって、本発明の排ガス浄化触媒装置は、多孔質隔壁に触媒コート層を有さなくてよい。この態様の排ガス浄化触媒装置では、基材のみの図１の場合と実質的に同じ排ガス流れを示すと考えられる。

以下、本発明の排ガス浄化触媒装置を構成する各要素について、順に説明する。

〈ハニカム基材〉
本発明の排ガス浄化触媒装置における基材は、多孔質隔壁によって区画された複数のセルを有するハニカム基材である。

このハニカム基材の多孔質隔壁は、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子を構成材料の１種として含む。セリア−ジルコニア複合酸化物粒子は、セリアとジルコニアとの固溶体の粒子であってよく、セリア及びジルコニアの他に、セリア以外の希土類元素酸化物がさらに固溶していてもよい。セリア以外の希土類元素酸化物は、例えば、酸化イットリウム、酸化ランタン等であってよい。

多孔質隔壁は、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子以外に、他の無機酸化物粒子、無機バインダー等を更に含んでいてよい。他の無機酸化物粒子は、例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子等、及びこれらの複合酸化物粒子等であってよい。無機バインダーは、例えば、アルミナ、チタニア等であってよい。

本発明の排ガス浄化触媒装置におけるハニカム基材では、
多孔質隔壁によって区画された複数のセルが、
排ガス流れの上流側に開口し、かつ下流側が封止された入口側セルと、
排ガス流れの上流側が封止され、かつ下流側に開口する出口側セルと
を含み、それによって前記入口側セルに流入した排ガスが前記多孔質隔壁を通過して前記出口側セルから排出されるように構成されている。

〈触媒貴金属〉
本発明の排ガス浄化触媒装置は、ハニカム基材に担持されている１種又は２種以上の触媒貴金属を含む。触媒貴金属は、白金、パラジウム、及びロジウムから選択される１種又は２種以上であってよい。

これらの触媒貴金属は、多孔質隔壁の入口側担持領域及び出口側担持領域に担持されている。本発明の排ガス浄化触媒装置が２種以上の触媒貴金属を含むとき、そのうちの１種が所定の入口側担持領域及び出口側担持領域に担持されていてもよいし、２種以上が所定の入口側担持領域及び出口側担持領域に担持されていてもよい。また、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属と、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属とは、同種であってもよいし、異なる種類のものであってもよい。

（入口側担持領域）
入口側担持領域は、入口側セルの排ガス流れ上流端から、ハニカム基材の全長の６０％以上１００％以下の長さで存在する。上述の図１に示したシミュレーション結果から理解されるように、ウォールフロー型の基材に流入した排ガスの大部分は、基材の上流端から、少なくとも基材の中央付近までは、入口側セルの内部（多孔質壁の上）を進行する。したがって、入口側担持領域が一定の長さを有することにより、入口側セルの多孔質壁の上を進行する排ガスは、入口側担持領域に含まれる触媒貴金属と、効率的に接触することができることになる。

この観点から、入口側担持領域の長さは、例えば、ハニカム基材の全長の、６５％以上、７０％以上、７５％以上、又は８０％以上であってよい。

入口側担持領域の長さは、ハニカム基材の全長の１００％であってもよい。しかしながら、基材の下流側では、排ガスの大部分は、多孔質壁を通過して出口側セルに至る方向に流れる。そして、その部分には、後述の出口側担持領域が存在している。したがって、入口側担持領域の長さが、ハニカム基材の全長の１００％でなくても、排ガスと触媒貴金属との接触が損なわれることはない。この観点から、入口側担持領域の長さは、ハニカム基材の全長の、９８％以下、９５％以下、９３％以下、９０％以下、８８％以下、８５％以下、８３％以下、又は８０％以下であってよい。

入口側担持領域の長さは、例えば、ハニカム基材の全長の７０％以上１００％以下であってもよい。

入口側担持領域では、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、多孔質隔壁の入口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さ（「触媒貴金属７０％担持深さ」）が、多孔質隔壁の厚みの５０％以下である。この要件により、入口側担持領域において、触媒貴金属が、入口側セルの表面近傍に局在して存在することが確保される。入口側担持領域の触媒貴金属７０％担持深さは、多孔質隔壁の厚みの、４５％以下、４０％以下、３５％以下、３０％以下、２５％以下、又は２０％以下であってよい。

入口側担持領域の触媒貴金属７０％担持深さは、多孔質隔壁の厚みの、１％以上、５％以上、又は１０％以上であってよい。

（出口側担持領域）
出口側担持領域は、出口側セルの排ガス流れ下流端から、ハニカム基材の全長の５％以上５０％以下の長さで存在する。上述の図１に示したシミュレーション結果から理解されるように、ウォールフロー型の基材に流入した排ガスの大部分は、基材の下流端の近傍では、入口側セルから出口側セルの方向に、多孔質壁を通過して進行する。したがって、出口側担持領域が上記の範囲で存在することにより、基材の下流端近傍で多孔質壁を通過して出口側セルに至る排ガスは、出口側担持領域に含まれる触媒貴金属と、効率的に接触することができることになる。

この観点から、出口側担持領域の長さは、例えば、ハニカム基材の全長の、１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、又は３０％以上であってよい。

上記したように、基材の上流側では、排ガスの大部分は、入口側セルの内部（多孔質壁の上）を進行する。その結果、この部分に出口側担持領域を設けても、この部分に担持された触媒貴金属と、排ガスとの接触効率は、高くないと考えられる。したがって、触媒貴金属の有効利用の観点から、出口側担持領域の長さは、ハニカム基材の全長の、４８％以下、４５％％以下、４３％以下、又は４０％以下であってよい。

出口側担持領域の長さは、例えば、ハニカム基材の全長の１０％以上４５％以下であってもよい。

出口側担持領域では、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、多孔質隔壁の出口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さ（「触媒貴金属７０％担持深さ」）が、多孔質隔壁の厚みの５０％以上である。この要件により、出口側担持領域において、触媒貴金属が、出口側セルの表面から多孔質壁の深さ方向に広い範囲に分布して存在することが確保される。出口側担持領域の触媒貴金属７０％担持深さは、多孔質隔壁の厚みの、５５％以上であってよく、６０％以上、６５％以上、又は７０％以上であってよい。

出口側担持領域の触媒貴金属７０％担持深さは、多孔質隔壁の厚みの、９０％以下、８０％以下、７５％以下、７０％以下、６５％以下、又は６０％以上であってよい。

（触媒貴金属７０％担持深さの分析）
入口側担持領域及び出口側担持領域の触媒貴金属７０％担持深さは、それぞれ、公知の手法によって分析することができる。例えば、イオンエッチング法等の適宜の表面研削法と、例えば、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）等の適宜の表面分析法とを組み合わせることにより、各担持領域中の触媒貴金属の深さ方向の分布を知ることができる。

入口側担持領域と出口側担持領域とのオーバーラップ部分（後述）については、上記の分析結果を適宜の波形分離法を用いて、入口側担持領域と出口側担持領域とに分離することにより、各担持領域中の触媒貴金属の深さ方向の分布を知ることができる。

（オーバーラップ部分）
入口側担持領域、及び出口側担持領域は、それぞれが上記の態様で存在していればよく、入口側担持領域及び出口側担持領域の合計の長さは任意である。

しかしながら、排ガスが排ガス浄化触媒装置内を通過するときに、出口側担持領域と通過せずに抜けて行く、「吹き抜け」を防止するために、入口側担持領域と、出口側担持領域との合計の長さを、ハニカム基材の全長よりも長く設定して、両担持領域のオーバーラップ部分を設けることが好ましい。この観点から、入口側担持領域と出口側担持領域との合計の長さは、基材全長の１００％超であってよく、又は１０５％以上、１１０％以上、１１５％以上、１２０％以上、１２５％以上、若しくは１３０％以上であってよい。

一方で、オーバーラップ部分の上限には、特に制限はない。本発明では、入口側担持領域の長さは基材全長の１００％以下であり、出口側担持領域の長さは基材全長の５０％以下であるから、入口側担持領域と出口側担持領域との合計の長さは、理論的には、基材全長の１５０％以下である。入口側担持領域と出口側担持領域との合計の長さは、基材全長の１５０％以下であってよく、又は１４５％以下、１４０％以下、１３５％以下、１３０％以下、１２５％以下、若しくは１２０％以下であってよい。

〈排ガス浄化触媒装置の具体例〉
図５〜図７に、本発明の排ガス浄化触媒装置の構成の一例を示した。図５は、本発明の排ガス浄化触媒装置の一例の概略断面図であり、図６は、図５のＡ部の拡大図であり、図７は、図５のＢ部の拡大図である。

図５の排ガス浄化触媒装置（１００）は、ハニカム基材、及びハニカム基材に担持されている１種又は２種以上の触媒貴金属を有している。

ハニカム基材は、多孔質隔壁（１０）によって区画された複数のセル（２０）を有する。この多孔質隔壁（１０）は、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子を構成材料の１種として含んでいる。

ハニカム基材における複数のセル（２０）は、
排ガス流れの上流側に開口し、かつ下流側封止部（１１）によって下流側が封止された入口側セル（２１）と、
上流側封止部（１２）によって排ガス流れの上流側が封止され、かつ下流側に開口する出口側セル（２２）と
を含み、それによって入口側セル（２１）に流入した排ガスが多孔質隔壁（１０）を通過して出口側セル（２２）から排出されるように構成されている。

触媒貴金属は、多孔質隔壁（１０）の入口側担持領域（３０）及び出口側担持領域（４０）に担持されている。

入口側担持領域（３０）は、
入口側セル（２１）の排ガス流れ上流端から、ハニカム基材の全長の６０％以上１００％以下の長さ（３１）で存在し、かつ、
入口側担持領域（３０）に担持されている触媒貴金属の量を、多孔質隔壁（１０）の入口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、入口側担持領域（３０）に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さ（３２）が、多孔質隔壁（１０）の厚みの５０％以下である（図５及び図６参照）。

出口側担持領域（４０）は、
出口側セル（２２）の排ガス流れ下流端から、ハニカム基材の全長の５％以上５０％以下の長さ（４１）で存在し、かつ、
出口側担持領域（４０）に担持されている触媒貴金属の量を、多孔質隔壁（１０）の出口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、出口側担持領域（４０）に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さ（４２）が、多孔質隔壁（１０）の厚みの５０％以上である（図５及び図７参照）。

排ガス浄化触媒装置（１００）において、入口側担持領域（３０）の長さ（３１）と、出口側担持領域（４０）の長さ（４１）との合計は、基材の全長よりも長く、したがって、入口側担持領域（３０）と出口側担持領域（４０）とのオーバーラップ部分（５０）が存在する。

《排ガス浄化触媒装置の製造方法》
本発明の排ガス浄化触媒装置は、適宜の方法で製造されてよい。例えば、ハニカム基材に、入口側担持領域及び出口側担持領域を、順不同で形成することにより、製造されてよい。

ハニカム基材は、排ガス浄化触媒装置が有すべき所望のハニカム基材に応じて、適宜のウォールフロー型ハニカム基材を選択して用いてよい。

本発明の排ガス浄化触媒装置のおける入口側担持領域は、例えば、
ハニカム基材の入口側セルに、担持領域形成用塗工液を配置すること；
入口側セルの開口部から圧送すること、及び出口側セルの開口部から吸引すること、のうちの少なくとも一方により、ハニカム基材の多孔質隔壁の入口側セル側に、上記の担持領域形成用塗工液を塗工すること；並びに
塗工後のハニカム基材を焼成すること；
を含む方法により、形成されてよい。

本発明の排ガス浄化触媒装置のおける出口側担持領域は、例えば、
ハニカム基材の出口側セルに、担持領域形成用塗工液を配置すること；
出口側セルの開口部から圧送すること、及び入口側セルの開口部から吸引すること、のうちの少なくとも一方により、ハニカム基材の多孔質隔壁の出口側セル側に、上記の担持領域形成用塗工液を塗工すること；並びに
塗工後のハニカム基材を焼成すること；
を含む方法により、形成されてよい。

担持領域形成用塗工液は、少なくとも、触媒貴金属前駆体及び溶媒を含み、増粘剤等の任意成分を含んでいてよい。本発明で用いる担持領域形成用塗工液は、無機酸化物粒子を含んでいなくてよい。

触媒貴金属の前駆体は、例えば、触媒貴金属の強酸塩であってよく、特に、触媒貴金属の硝酸塩、硫酸塩等であってよい。

溶媒は、例えば、水、若しくは水溶性有機溶媒、又はこれらの混合物であってよく、典型的には水である。

増粘剤としては、例えば、水溶性高分子、セルロース誘導体、多糖類等から、適宜選択して用いてよい。

焼成は、適宜の条件で行ってよいが、例えば、４００℃以上１，０００℃以下、３０分以上〜１２時間以下の条件を例示できる。

ここで、担持領域形成用塗工液の組成、及び塗工条件を適当に調節することにより、適宜の長さ及び触媒貴金属７０％担持深さを有する、入口側担持領域及び出口側担持領域を形成することができる。例えば、塗工液の粘度を高くすれば、触媒貴金属７０％担持深さは浅くなり、塗工液の粘度を低くすれば、触媒貴金属７０％担持深さは深くなる傾向にある。また、入口側セル又は出口側セルの開口部に配置する塗工液の量を多くすれば、担持領域の長さは長くなり、塗工液の量を少なくすれば、担持領域の長さは短くなる傾向にある。

１０ 多孔質隔壁
１１ 下流側封止部
１２ 上流側封止部
２０ セル
２１ 入口側セル
２２ 出口側セル
３０ 入口側担持領域
３１ 入口側担持領域の長さ
３２ 入口側担持領域の触媒貴金属７０％担持深さ
４０ 出口側担持領域
４１ 出口側担持領域の長さ
４２ 出口側担持領域の触媒貴金属７０％担持深さ
５０ オーバーラップ部分
１００ 排ガス浄化触媒装置

Claims (8)

1. ハニカム基材、及び前記ハニカム基材に担持されている１種又は２種以上の触媒貴金属を有する、排ガス浄化触媒装置であって、
   前記ハニカム基材は、多孔質隔壁によって区画された複数のセルを有し、
   前記多孔質隔壁は、セリア−ジルコニア複合酸化物粒子を構成材料の１種として含み、
   前記複数のセルは、
   排ガス流れの上流側に開口し、かつ下流側が封止された入口側セルと、
   排ガス流れの上流側が封止され、かつ下流側に開口する出口側セルと
   を含み、それによって前記入口側セルに流入した排ガスが前記多孔質隔壁を通過して前記出口側セルから排出されるように構成されており、
   前記触媒貴金属は、前記多孔質隔壁の入口側担持領域及び出口側担持領域に担持されており、
   前記入口側担持領域は、
   前記入口側セルの排ガス流れ上流端から、前記ハニカム基材の全長の６０％以上１００％以下の長さで存在し、かつ、
   前記入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、前記多孔質隔壁の入口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、前記多孔質隔壁の厚みの５０％以下であり、
   前記出口側担持領域は、
   前記出口側セルの排ガス流れ下流端から、前記ハニカム基材の全長の５％以上５０％以下の長さで存在し、かつ、
   前記出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、前記多孔質隔壁の出口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、前記多孔質隔壁の厚みの５０％超である、
   排ガス浄化触媒装置。
2. 前記入口側担持領域と、前記出口側担持領域との合計の長さが、前記ハニカム基材の全長の１００％超である、請求項１に記載の排ガス浄化触媒装置。
3. 前記入口側担持領域の長さが、前記ハニカム基材の全長の７０％以上１００％以下である、請求項１又は２に記載の排ガス浄化触媒装置。
4. 前記出口側担持領域の長さが、前記ハニカム基材の全長の１０％以上４５％以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
5. 前記入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、前記多孔質隔壁の入口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、入口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、前記多孔質隔壁の厚みの３０％以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
6. 前記出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の量を、前記多孔質隔壁の出口側の表面から深さ方向に累積して行ったときに、出口側担持領域に担持されている触媒貴金属の７０％が担持されている深さが、前記多孔質隔壁の厚みの６０％以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
7. 前記触媒貴金属が、白金、パラジウム、及びロジウムから選択される１種又は２種以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
8. 前記多孔質隔壁に触媒コート層を有さない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。