JP6438819B2 - マイクロ波加熱用触媒材料、その製造方法、及び、マイクロ波加熱用触媒体 - Google Patents
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Description
このマイクロ波加熱用触媒材料は、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の表面を、Pt、Pd、Rhのうち少なくとも一種を含む触媒担持コート材で被覆した粒子として構成されているので、その触媒材料自身が高い排気ガス浄化性能を有する。また、磁性酸化物粒子は、マイクロ波を吸収して発熱するので、排気ガスの温度が低い状態でも排気ガスを浄化することが可能である。また、貴金属触媒金属(Pt、Pd、Rh)を触媒担持酸化物中に分散した状態で担持させたうえで、磁性酸化物粒子を触媒担持酸化物で被覆しているので、磁性酸化物粒子に触媒金属粒子を直接接触させるよりも、触媒金属の分散度を高めることができ、浄化性能を高めることが可能である。
この構成によれば、マイクロ波の照射によって触媒材料が加熱されても、磁性酸化物粒子がキュリー温度に到達すると自律的にその加熱が停止する。従って、マイクロ波照射によって触媒材料が過昇温することを防止でき、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できる。
この構成によれば、xの値に依存してフェライトのキュリー温度が変わるので、望ましいキュリー温度を有する触媒材料を容易に得ることが可能である。
一般に、γ−アルミナ又はθ−アルミナを主成分とするアルミナは、高い比表面積を有する。上記構成によれば、触媒性能をもつ貴金属触媒金属(Pt、Pd、Rh)を、高い比表面積を有するアルミナに担持させているので、触媒金属の分散度を高めることができ、浄化性能を更に高めることが可能である。
例えば、アルミナの原料としてγ−アルミナやθ−アルミナをそのまま用いて磁性酸化物粒子をアルミナと貴金属触媒金属で被覆する手法を用いると、磁性酸化物粒子の表面に、アルミナと貴金属触媒金属が別個に付着してしまう場合があり、貴金属触媒金属の分散度を高めることが難しい可能性がある。一方、上述の手順で触媒材料を作製すれば、高い分散度で貴金属触媒金属を担持したアルミナによって磁性酸化物粒子の表面を被覆することができるので、触媒性能をより高めることが可能である。
図4のサンプルS1,S2について、比表面積をBET法を用いて測定し、貴金属分散度をCOパルス法を用いて測定した。サンプルS1では、比表面積の大きなアルミナ(γ−アルミナ)に貴金属が分散担持されているので、触媒材料粒子の比表面積が大きく、金属分散度も大きい。これに対して、貴金属のみを磁性酸化物粒子310に含浸させたサンプルS2では、比表面積が小さく金属分散度も小さい。一般に、貴金属触媒の分散度が高いほど、その触媒性能が高くなる傾向にある。従って、サンプルS1は、サンプルS2に比べて高い触媒性能(後述)を得ることが可能な構造を有していることが理解できる。なお、比表面積は大きいほど良いが、20m2/g以上であることが好ましい。また、金属分散度も大きいほど良いが、10%以上であることが好ましい。なお、触媒材料粒子の比表面積は、前述した工程T120において、磁性酸化物粒子310を水酸化アルミニウムで被覆した粉末を仮焼する際の仮焼温度を低下させるほど増加する。また、金属分散度は、触媒材料粒子の比表面積を増加させるなどの方法により増大させることができる。
図5は、触媒材料サンプルに関する排気ガス浄化率の実験結果を示す説明図である。サンプルS1,S2は、図4のサンプルS1,S2と同じものである。サンプルS3,S4は、磁性酸化物粒子の材料として、サンプルS1の(Ni0.8Zn0.2)Fe2O4の代わりに、MgFe2O4又はY3Fe5O12を用いたものである。サンプルS1,S3,S4におけるアルミナ源(出発物質)としては、すべて硝酸アルミニウムを用いた。
浄化率={(マイクロ波加熱前の分析値−マイクロ波加熱時の分析値)/マイクロ波加熱前の分析値}×100 (単位:%)
図6は、図4及び図5に示したサンプルS1,S2について、過熱による活性低下率の実験結果を示す説明図である。ここでは、初期の状態での浄化率と、一旦800℃まで昇温させたのちに再度測定した浄化率とを比較した。前述したように、浄化率は、触媒粉末の温度を約300℃とした状態で測定した値である。活性低下率は、下記式によって算出した。
活性低下率={(初期の浄化率−800℃昇温後の浄化率)/初期の浄化率}×100 (単位:%)
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
120…基体
122…壁部
124…孔(排気ガス流路)
126…マイクロ波加熱用触媒材料のコーティング層
300…マイクロ波加熱用触媒材料
310…磁性酸化物粒子
320…触媒担持コート材
322…触媒担持酸化物
324…触媒金属
Claims (6)
- 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マイクロ波加熱用触媒材料であって、
前記マイクロ波加熱用触媒材料は、
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、
を有する粒子として構成されており、
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中に分散した状態で担持された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。 - 請求項1に記載のマイクロ波加熱用触媒材料であって、
前記磁性酸化物粒子は、キュリー温度が250℃以上600℃以下のフェライトで形成されている、ことを特徴とするマイクロ波加熱用触媒材料。 - 請求項2に記載のマイクロ波加熱用触媒材料であって、
前記フェライトは、(Ni1-xZnx)Fe2O4(xは0≦x<1を満たす)である、ことを特徴とするマイクロ波加熱用触媒材料。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱用触媒材料であって、
前記触媒担持酸化物は、γ−アルミナ又はθ−アルミナを主成分とするアルミナである、ことを特徴とするマイクロ波加熱用触媒材料。 - 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マイクロ波加熱用触媒材料の製造方法であって、
前記マイクロ波加熱用触媒材料は、
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、
を有する粒子として構成されており、
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中に分散した状態で担持されたPt、Pd、Rhのうち少なくとも一種と、を有し、
前記触媒担持酸化物は、γ−アルミナ又はθ−アルミナを主成分とするアルミナであり、
前記製造方法は、
硝酸アルミニウム水溶液に前記磁性酸化物粒子を分散させる工程と、
その後、アンモニアを加えて水酸化アルミニウムを沈殿させることによって前記磁性酸化物粒子の表面を前記水酸化アルミニウムで被覆させた粉末を生成する工程と、
さらに、前記粉末を乾燥及び仮焼することによって前記マイクロ波加熱用触媒材料を作製する工程と、
を備えることを特徴とするマイクロ波加熱用触媒材料の製造方法。 - 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と、前記基材の前記孔の内面に設けられた触媒材料とを備える排気ガス浄化用のマイクロ波加熱用触媒体であって、
前記触媒材料が、請求項1〜4のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱用触媒材料である、ことを特徴とするマイクロ波加熱用触媒体。
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