废气净化用催化剂及使用其的废气净化方法与流程

本发明涉及废气净化用催化剂及使用其的废气净化方法，详细涉及能够低温净化废气中的烃(hc)、一氧化碳(co)和氮氧化物(nox)的废气净化用催化剂及使用其的废气净化方法。

背景技术：

人们业已提出许多同时除去废气中的烃(hc)、一氧化碳(co)和氮氧化物(nox)的废气净化方法。

例如，人们提出一种技术：在催化剂载体上反复负载催化剂成分并改变该反复负载部分所含贵金属的浓度，从而即使废气所含的毒性成分附着在催化剂上，也能够保护一定数量的催化剂活性成分免受有毒物质影响，不会出现催化剂活性成分一中毒就导致催化剂活性下降的情况(专利文献1)。另外，为了提高催化剂所含的储氧成分与废气的接触效率，人们提出在催化剂上反复负载的技术(专利文献2)。另外，考虑到pt、pd和rh等各种贵金属的作用，人们还提出以下技术：反复负载催化剂成分，然后分开载体上直接负载的部分含有的pt和pd所存在的区域，从而净化废气中的hc和nox(专利文献3)。

但是，随着废气法规要求的日益严格，原有的废气净化用催化剂变得越来越无法充分满足要求。特别是，现在无法充分利用对nox有还原效果的铑性能。例如，由于废气与催化剂接触后，nox等被净化成分与氧气的浓度发生变化，因此从废气入口侧向出口侧的被净化成分被净化(处理)的量发生变化，所以难以充分净化废气。具体来讲，例如汽车从怠速状态变为行驶状态时，会瞬间产生大量高温废气，导入废气净化用催化剂中。但是废气净化用催化剂的温度低于废气温度。因此，以往的废气净化用催化剂难以立即对废气进行净化。即，以往的废气净化用催化剂对废气的响应性低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开特许公报[特许公开第2013-6179号公报]

专利文献2：日本公开特许公报[特许公开第2005-505403号公报]

专利文献3：日本公开特许公报[特许公开第2010—5590号公报]

技术实现要素：

发明要解决的问题

上述专利文献1～3中的技术限于可以简单净化废气中的hc和nox，但不能说充分适用于废气温度较低时的情况。

考虑到上述问题，本发明旨在提供一种废气净化用催化剂及使用其的废气净化方法，该废气净化用催化剂能够对在催化剂难以充分作用的低温时所排出的废气中的hc、co和nox进行高效净化。根据本发明的废气净化用催化剂及使用其的废气净化方法能够低温净化nox。特别是，本发明旨在提供以下的响应性优异的净化用催化剂及使用其的废气净化方法：从导入少量低温废气变为瞬间导入大量高温废气时，即，即使在不仅废气温度急剧上升、而且相对于催化剂的空间速度(单位时间内通过单位体积催化剂的废气容量(h-1))急剧加速的情况下，也能够处理大量高温废气。另外，根据本发明的废气净化用催化剂能够长时间净化nox，是具备耐久性的催化剂。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述问题，本发明人经过大量研究，发现以下废气净化用催化剂，从而完成以下发明。

即，本发明的废气净化用催化剂的特征在于：在三维结构上设有含有钯和钇的区域，在该含有钯和钇的区域上且从废气流入侧向流出侧按顺序设有第一区域和第二区域，第一区域和/或第二区域中所含的钇的浓度高于含有钯和钇的区域中所含的该钇的浓度。

发明的效果

根据本发明可起到如下效果：能够提供可以对催化剂难以充分作用的低温时排出的废气中的烃(hc)、一氧化碳(co)和氮氧化物(nox)进行高效净化的废气净化用催化剂及使用其的废气净化方法。

附图说明

[图1]为显示一个实施方案(实施例1)的废气净化用催化剂大致结构的正视图。

[图2]为显示以往(比较例1)的废气净化用催化剂大致结构的正视图。

具体实施方式

下面详细介绍本发明的实施方式。但本发明并不限于这些实施方式，而是可以在规定范围内进行各种变更，通过适当组合不同实施方式分别公开的技术手段而产生的实施方式也属于本发明技术范围。另外，除非另有说明，否则本说明书中表示数值范围的“a～b”指“a以上且b以下”。另外，当各元素有质量或物性相关的特征时，分别记录换算式和物质名称等。

根据本发明一实施方式的废气净化用催化剂(以下有时简称“催化剂”)在三维结构体上设置含有钯和钇的区域(以下，有时简记为“含钯和钇的区域”)，在该含钯和钇的区域上且从废气流入侧向流出侧按顺序设置第一区域和第二区域，第一区域和/或第二区域中所含的钇浓度高于含钯和钇的区域中所含的钇浓度。另外，(i)更优选第二区域中所含的钇的量多于第一区域中所含的钇的量，(ii)更有选的是，含钯和钇的区域以及第二区域具有含有钇的复合氧化物，第二区域具有的含有钇的复合氧化物(2)与含钯和钇的区域所具有的含有钇的复合氧化物(3)相比，钇的含有率高。另外，根据本发明一实施方式的废气净化方法使用上述废气净化用催化剂来净化废气。

(三维结构体)

本发明的一实施方式使用的三维结构体只要是能够在其表面上负载催化剂的结构体即可，没有特定限制，但流穿型蜂窝、封堵孔蜂窝、泡孔条纹型蜂窝、板状、波板状等作为催化剂载体而常用的形状的结构体是优选的，更优选的是流穿型蜂窝状结构体。三维结构体的材质是具有耐热性的材质即可，并没有特定限制，但能够适当地使用不锈钢等铁系金属、堇青石、sic、氧化铝等陶瓷材料。

三维结构体作为废气净化用的三维结构体一直在市场上有销售，因此，可使用这样的三维结构体。三维结构体的尺寸可以根据处理的废气量适当地选择理想的尺寸和形状。

三维结构体长度为200mm以下，优选为160mm以下、进一步优选为120mm以下，最优选为100mm以下；另外，为30mm以上，优选为50mm以上、进一步优选为60mm以上，最优选为70mm以上。

三维结构体截面的等效直径为60mm以上，优选为70mm以上；另外，为120mm以下，优选为100mm以下。

三维结构体的容积为0.4升(以下有时简称“l”)以上，优选为0.5l以上、进一步优选为0.6l以上；另外，为2.0l以下，优选为1.6l以下、进一步优选为1.4l以下。

在三维结构体有孔的情况下，其孔的形状可以是三角形、四角形、六角形和圆形等任一形状，但优选为四角形、六角形。孔的数量优选为15个/cm²～190个/cm²，更优选为60个/cm²～140个/cm²。

(含钯和钇的区域)

三维结构体上设置含钯和钇的区域。该含钯和钇的区域中至少含有钯和钇即可。相对于三维结构体，该区域中所含的钯的量换算成金属后为0.1g/l以上(下面有时将1升三维结构体的各成分量表示为“g/l”)，更优选为0.2g/l以上、进一步优选为0.4g/l，最优选为2g/l以上。在钯的量小于0.1g/l的情况下，三维结构体中的反应位点不足。另外，相对于三维结构体，该区域中所含的钯的量换算成金属后为20g/l以下，更优选为15g/l以下、进一步优选为10g/l以下，最优选为5g/l以下。在钯的量超过20g/l的情况下，反应效率下降。

该区域中所含的钯浓度优选为1质量％以上，更优选为3质量％以上；另外，优选为10质量％以下，更优选为8质量％以下。本说明书中的“浓度”是指对象区域中所含的各成分质量相对于全部成分总质量的百分率(％)。下面，其它区域中各成分“浓度”相关的说明都相同。另外，钯、铑和铂换算成金属、其它成分换算成氧化物，分别用百分率表示。

根据需要，该区域还可以含有铂和铑，但是，为了突出钯的效果，优选铂、铑的含量少。

作为钯、铂、铑(有时统称“贵金属”)的原料，可以使用硝酸盐和氯盐等，更优选使用硝酸盐。

相对于1升三维结构体，含钯和钇的区域中所含的钇的量换算成y2o3后为0.01g/l以上，更优选为0.05g/l以上。在钇的量低于0.01g/l时，区域的耐热性不足。另外，相对于三维结构体，钇的量换算成y2o3后为0.7g/l以下，更优选为0.6g/l以下。在钇的量超过0.7g/l时，该钇的分散性不足。

该含钯和钇的区域中所含的钇浓度为0.01质量％以上，优选为0.1质量％以上，进一步优选为0.3质量％以上；另外，低于2质量％，优选为0.9质量％以下，更优选为0.7质量％以下。在钇浓度低于0.01质量％时，该区域的耐热性不足。在钇浓度超过7质量％时，该钇的分散效率下降，难以获得与该钇的添加相应的效果。

该区域中所含的钇可以使用氧化钇，更优选与钇以外的金属、稀土类金属(钇除外，以下同)、氧化锆、氧化铝等形成复合氧化物。该区域中所含的钇复合氧化物(3)中的钇的含有率换算成y2o3后为0.01质量％以上，更优选为0.1质量％以上；另外，为7质量％以下，更优选为5质量％以下。

该区域的长度以废气流入侧为起点，优选为三维结构体长度的50％以上，更优选为60％以上、进一步优选为70％以上，最优选为80％以上；另外，优选为85％以下，更优选为90％以下、进一步优选为95％以下，最优选为100％以下。

作为该区域中所含的贵金属以及钇以外的成分，可举出：通常在催化剂中使用的α-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝等氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆或者这些的混合物、或者这些的复合氧化物等的耐火性无机氧化物；碱金属氧化物、mg、碱土金属氧化物、pr、ce、nd等稀土金属氧化物、过渡金属氧化物。上述示例成分中，更优选作为耐火性无机氧化物的能够储存氧的储氧物质(例如二氧化铈等)。上述氧化物可以适当使用市售的氧化物。

在稀土元素中，铈的氧化物作为储氧物质，可以与钯相互作用，能够在低温下提高nox的净化性能。相对于三维结构体1升，该区域中所含的氧化铈的量换算成ceo2后为2g/l以上，更优选为5g/l以上，进一步优选为7g/l以上。在氧化铈的量低于2g/l时，储氧量不足。另外，相对于三维结构体，氧化铈的量换算成ceo2后为50g/l以下，更优选为20g/l以下。在氧化铈含的量超过50g/l时，该区域的耐热性不足。氧化铈可以作为与其它金属氧化物例如氧化铝和/或氧化锆复合的复合氧化物使用。复合氧化物中含有的其它金属氧化物的总量换算成氧化铝后为10质量％以上，优选为15质量％以上；另外，为50质量％以下，优选为45质量％以下。

相对于1升三维结构体，该区域中使用的耐火性无机氧化物的量为5g/l以上，更优选为7g/l以上、进一步优选为10g/l以上；另外，为100g/l以下，更优选为80g/l以下，进一步优选为70g/l以下。相对于三维结构体，该区域中使用的碱土金属氧化物的量为1g/l以上，更优选为5g/l以上；另外，为25g/l以下，更优选为15g/l以下。相对于三维结构体，该区域中使用的除铈之外的稀土金属氧化物的量为1g/l以上，更优选为5g/l以上；另外，为25g/l以下，更优选为15g/l以下。相对于三维结构体，该区域中使用的过渡金属氧化物的量为1g/l以上，更优选为5g/l以上；另外，为25g/l以下，更优选为15g/l以下。

特别是，相对于1升三维结构体，该区域中使用的氧化锆的量为5g/l以上，更优选为10g/l以上。在氧化锆的量低于5g/l时，区域的耐热性不足。另外，相对于三维结构体，氧化锆的量为50g/l以下，更优选为30g/l以下，进一步优选为20g/l以下。在氧化锆的量超过50g/l时，因为其它成分的浓度将下降，因此其它成分的效果变得容易下降。

相对于1升(l)三维结构体，该含钯和钇的区域中设置的所有成分的量为10g/l以上，优选为40g/l以上、更优选为70g/l以上，进一步优选为80g/l以上，最优选为90g/l以上；另外，为200g/l以下，优选为150g/l以下，更优选为100g/l以下。

(第一区域)

第一区域在含钯和钇的区域上，位于废气流入侧。优选该第一区域含有钇。第一区域中所含的钇的量可以为0g/l，但是，在第一区域较长的情况下或者废气浓度较高的情况下，对该第一区域要求耐热性，因此最好含有钇。这种情况下，相对于1升三维结构体，第一区域中所含的钇的量换算成y2o3后以0g/l或者超过0g/l的量来含有也是可以的。另外，相对于三维结构体，钇的量换算成y2o3后为2g/l以下，优选为低于1g/l。予以说明，即使添加超过超过10g/l的量的钇，也难以获得与添加相应的效果。

另外，在废气燃烧产生的热量少的情况下，第一区域中所含的钇浓度可以为0质量％。另一方面，在废气燃烧产生的热量多的情况下，对该第一区域要求耐热性，因此最好含有钇。为了具有理想的耐热性，第一区域中所含的钇浓度可以为0质量％或者超过0质量％，并且为8质量％以下，优选为小于4质量％、更优选小于0.1质量％，最优选小于0.01质量％。在钇浓度超过8质量％的情况下，难以获得与该钇的添加相应的耐热性。

该第一区域所含的钇可以使用氧化钇，更优选与钇以外的金属形成复合氧化物。具体来讲，可举出例如钇和稀土元素(钇除外)、锆或铈的复合氧化物。该第一区域所含的钇复合氧化物(1)中的钇的含有率换算成y2o3后为0.5质量％以上，更优选为1质量％以上；另外，为15质量％以下，更优选为3质量％以下。

作为该第一区域所含的钇以外的成分，可举出：通常在催化剂中使用的α-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝等氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆或者这些的混合物，或者这些的复合氧化物等耐火性无机氧化物；碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物。上述示例成分中，更优选作为耐火性无机氧化物或者金属氧化物的可以储存氧的储氧物质(例如氧化铈等)，进一步优选为γ-氧化铝、θ-氧化铝、氧化锆、氧化铈。相对于1升三维结构体，该第一区域中使用的上述氧化物的总量为10g/l以上，更优选为20g/l以上；另外，为60g/l以下，更优选为40g/l以下，进一步优选为35g/l。

以废气流入侧为起点，第一区域的长度优选为20mm以上，更优选为25mm以上，进一步优选为30mm以上。如果第一区域的长度小于20mm，则废气流入侧的贵金属将不足，导致废气净化率下降。另外，以废气流入侧为起点，第一区域的长度优选为50mm以下，更优选为40mm以下，进一步优选为35mm以下。如果第一区域的长度大于50mm，则废气流入侧的贵金属不能集中负载，导致废气净化率下降。

此处，各区域长度是指制成的催化剂或者负载各区域的三维结构体经分割后、内部该区域长度最小值lmin与最大值lmax的平均值“(lmin+lmax)÷2”。

后述的各料浆在三维结构体上的涂布状态(涂布长度、涂布厚度和涂布量)可以采用以下方法确认：例如先破坏在若干涂布条件下涂布各料浆而形成的催化剂，然后使用游标卡尺、电子天平和三维(3d)显微镜等显微镜测定上述长度、厚度和涂布量。另外，还可以不破坏催化剂，使用x射线ct装置测定上述长度、厚度和涂布量。在确认涂布成期望长度、厚度和涂布量后的涂布条件下，通过涂布后述的各料浆，能够容易制得合适的催化剂。

特别是，相对于1升三维结构体，该第一区域中使用的氧化锆的量为2g/l以上，更优选为3g/l以上，进一步优选为5g/l以上。在氧化锆的量低于2g/l的情况下，第一区域的耐热性不足。另外，相对于1升三维结构体，氧化锆的量为50g/l以下，更优选为30g/l以下，进一步优选为20g/l以下。在氧化锆的量超过50g/l的情况下，其它成分的浓度将下降，因此其它成分的效果容易下降。

该第一区域中还可含有铂、钯和铑等贵金属。作为贵金属，更优选铂、铑，进一步优选为铑。就第一区域所用的铂或钯的量而言，根据废气的状态，可以是铂或钯不产生效果的程度的量、即实际上可以是0g/l，根据废气的状态，相对于1升三维结构体，换算成金属后分别为大于0g/l，优选为0.01g/l以上、更优选为0.02g/l以上；另外，为12g/l以下，更优选为10g/l以下。第一区域中使用的铑浓度为0.3质量％以上，优选为0.9质量％以上，进一步优选为1.5质量％以上，；另外，为5质量％以下，优选为3质量％以下，更优选为2.5质量％以下。相对于1升三维结构体，第一区域中使用的铑的量换算成金属后为0.1g/l以上，更优选为0.2g/l以上、进一步优选为0.4g/l以上，最优选为0.5g/l以上；另外，为1.2g/l以下，更优选为1.0g/l以下，进一步优选为0.8g/l以下。

相对于1升(l)三维结构体，设于该第一区域中的所有成分的量为21g/l以上，优选为25g/l以上；另外，为60g/l以下，优选为低于45g/l、更优选低于40g/l，进一步优选为35g/l以下。

(第二区域)

第二区域位于含钯和钇的区域上，位于废气流出侧。优选设于该含钯和钇的区域上并作为废气流出侧的没有设置该第一区域的部分。该第二区域优选含有钇。第二区域中所含的钇的量可以为0g/l，但是，为了该第二区域具有期望的耐热性，最好含有钇。在这种情况下，相对于1升三维结构体，第二区域中所含的钇的量换算成y2o3后为0g/l以上，优选为1g/l以上、更优选为2.1g/l以上，最优选为2.5g/l以上。另外，相对于三维结构体，钇的量换算成y2o3后为10g/l以下，更优选为5g/l以下。在钇的量超过10g/l的情况下，该钇的分散性不足。

另外，因为第二区域比第一区域受到废气燃烧产生热量的影响大，因此在以不需要催化剂耐热性的废气为对象的情况下，第二区域中所含的钇浓度可以为0质量％。在以需要催化剂耐热性的废气为对象的情况下，第二区域中所含的钇浓度为0.1质量％以上，优选为1质量％以上、更优选为2质量％以上、进一步优选为3质量％以上，最优选为4质量％以上；另外，为15质量％以下，优选为10质量％以下，更优选为9质量％以下。在钇浓度超过15质量％的情况下，难以获得与该钇的添加相应的耐热性。

第二区域中所含的钇可以使用氧化钇，更优选为与钇以外的金属形成复合氧化物，例如可举出与稀土金属(钇除外)、锆或铈的复合氧化物。该第二区域中所含的钇复合氧化物(2)中的钇的含有率换算成y2o3后为8质量％以上，更优选为10质量％以上；另外，为20质量％以下，更优选为17质量％以下。

优选的是，第二区域的长度为以第一区域处的废气流出侧的端部为起点、直到三维结构体中废气流出侧的端部为止的长度。

作为第二区域中所含的钇以外的成分，可举出：通常在催化剂中使用的α-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝等氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆或者这些的混合物、或者这些的复合氧化物等耐火性无机氧化物；碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物。上述示例成分中，更优选作为耐火性无机氧化物或者金属氧化物的可以储存氧的储氧物质(例如氧化铈等)，进一步优选为γ-氧化铝、θ-氧化铝、氧化锆、氧化铈。相对于三维结构体1升，该第二区域中使用的上述氧化物的总量为20g/l以上，更优选为25g/l以上；另外，为150g/l以下，更优选为120g/l以下。

特别是，相对于1升三维结构体，该第二区域中使用的氧化锆的量为1g/l以上，更优选为3g/l以上，进一步优选为4g/l以上。在氧化锆的量低于1g/l的情况下，第二区域的耐热性不足。另外，相对于三维结构体，氧化锆的量为50g/l以下，更优选为30g/l以下，进一步优选为17g/l以下。在氧化锆的量超过50g/l的情况下，因为其它成分的浓度将下降，因此其它成分的效果容易下降。

该第二区域中还可含有铂、钯和铑等贵金属。作为贵金属，更优选铂、铑，进一步优选为铑。就第二区域所用的铂或钯的量而言，根据废气的状态，可以是铂或钯不产生效果的程度的量、即实际上可以为0g/l，根据废气的情况，相对于1升三维结构体，换算成金属后分别为大于0g/l，优选为0.01g/l以上、更优选为0.02g/l以上；另外，为小于0.8g/l，更优选为小于0.45g/l，进一步优选为小于0.3g/l。第二区域中使用的铑的浓度为0.1质量％以上，优选为0.3质量％以上，进一步优选为0.4质量％以上；另外，为0.8质量％以下，优选为0.7质量％以下，更优选为0.6质量％以下。相对于1升三维结构体，第二区域中使用的铑的量换算成金属后为0.1g/l以上，更优选为0.2g/l以上；另外，为1.2g/l以下，更优选为1.0g/l以下、进一步优选为0.5g/l以下、低于0.4g/l、0.35g/l以下。

相对于1升(l)三维结构体，设于该第二区域中的所有成分的量为21g/l以上，优选为40g/l以上、更优选为45g/l以上；另外，为低于70g/l，优选为60g/l以下，更优选为55g/l以下。

(区域间的钇浓度和量的比较)

根据本发明一实施方式的废气净化用催化剂，第一区域和/或第二区域中所含的钇的浓度高于含钯和钇的区域中所含的钇的浓度。该第一区域和/或第二区域中所含的钇的浓度高，从而废气净化用催化剂的耐热性更加提高。优选的是，就该钇的浓度而言，第二区域高于该含钯和钇的区域。该第二区域中所含的钇的量更优选为多于第一区域中所含的钇的量。各区域中所含的钇浓度是指钇(换算成y2o3)的质量相对于各区域中钇(换算成y2o3)和钇以外的成分(区域中所含化合物的质量)总质量的百分率。在该第一区域和/或该第二区域中所含的钇浓度低于含钯和钇的区域中含有的钇浓度的情况下，废气燃烧产生的热量易于导致催化剂劣化。

另外，更优选上述钇与钇以外的金属形成复合氧化物，具体而言，进一步优选的是，氧化钇和氧化锆形成混合物、钇固溶于氧化锆中或者钇与锆形成复合氧化物。本说明书将含有钇的复合氧化物称为含钇复合氧化物。

另外，该第一区域和/或该第二区域具有的含钇复合氧化物(该钇复合氧化物(1)和/或该钇复合氧化物(2))与含钯和钇的区域所具有的含钇复合氧化物(3)相比，更优选是钇的含有率高的含钇复合氧化物，进一步优选的是，该第二区域具有的含钇复合氧化物(2)中的钇的含有率高于该含钯和钇的区域所具有的钇复合氧化物(3)中的钇的含有率。

使用根据本发明一实施方式的上述废气净化用催化剂，即使在废气温度为低温以及空间速度快时，仍能够有效净化该废气。此处所谓的“低温”，是指三维结构体的废气流入侧端部的废气温度为100℃以上且400℃以下，“空间速度快”是指80000h^-1以上。

(区域间的铑浓度的比较)

根据本发明一实施方式的废气净化用催化剂，优选该第一区域所含铑的浓度高于第二区域所含的铑浓度。各区域中所含的铑的浓度是指铑(换算成金属)的质量相对于各区域中铑和铑以外的成分总质量的百分率。在第一区域中所含的铑的浓度低于第二区域所含的铑的浓度的情况下，催化剂在低温下的起燃特性下降。另外，起燃特性使用在特定温度废气中、催化剂的hc、co和nox净化率达到50％(t50)时的时间(起燃时间)表示。

(设于区域间的所有成分量的比较)

设于各区域的所有成分量只要是提高催化活性的量则没有特殊限制。(1)优选的是，该第二区域与第一区域为相同或相比较高的量，更优选较高的量。(2)另外，就设于各区域的所有成分的量而言，为该含钯和钇的区域高于该第一区域和/或第二区域的量，优选为该含钯和钇的区域高于该第一区域和第二区域的量。(3)进一步优选的是，就设于各区域的所有成分的量而言，该含钯和钇的区域高于第二区域、第二区域高于第一区域。予以说明，就设于各区域的所有成分的量而言，可以根据上述设于各区域的各成分的量合理选择而得。

(废气净化用催化剂的制备方法)

根据本发明一实施方式的废气净化用催化剂的制备方法可以是废气净化用催化剂中使用的通常的制备方法，并没有特定限制，但是，下面具体介绍一种更优选的制备方法的一个例子。

作为废气净化用催化剂的制备方法，例如可举出如下方法：(1)：制备用于形成含钯和钇的区域的料浆a、用于形成第一区域的料浆b和用于形成第二区域的料浆c，使料浆a接触三维结构体，然后除去多余料浆后干燥或者烧结，接着使料浆b接触含钯和钇的区域上的成为第一区域的部分，然后除去多余的料浆后干燥或者烧结，接着使料浆c接触含钯和钇的区域上的成为第二区域的部分，然后除去多余的料浆后干燥或者烧结，由此制得催化剂；(2)与方法(1)同样地制备料浆a、b和c，形成含钯和钇的区域后，使料浆c接触含钯和钇的区域上的成为第二区域的部分，然后除去多余的料浆后干燥或烧结，接着使料浆b接触含钯和钇的区域上的成为第一区域的部分，然后除去多余的料浆后干燥或烧结，由此制得催化剂；(3)制备含有含钯和钇的区域特有成分的料浆d、含有第一区域特有成分的料浆e、含有第二区域特有成分的料浆f以及含有各区域共用成分的溶液，使料浆d接触三维结构体后，除去多余的料浆后干燥或烧结，接着使料浆e接触成为第一区域的部分，然后除去多余的料浆后干燥或烧结，接着使料浆f接触成为第二区域的部分，然后除去多余的料浆后干燥或烧结，最后，将烧结后的三维结构体浸入溶液后干燥或烧结，由此制得催化剂；等等。

干燥温度为室温至150℃左右是合适的，烧结温度为左右是合适的。根据对象物的不同，可以适当调整干燥和烧结的条件。

作为制作上述料浆a～f的方法，例如可举出如下方法：(1)采用湿法粉碎各成分的粉状物后制备料浆；(2)将某成分的粉状物浸入其它成分的液体(前驱体)后干燥或烧结制成混合粉状物，采用湿法粉碎该混合粉料制成料浆；(3)将某成分的粉状物与其它成分的液体(前驱体)混合，采用湿法粉碎后制成料浆；等等。或者，在粉状物是细粉末的情况下，还可以将该细粉末与适当介质混合来制备料浆。

(废气净化方法)

根据本发明一实施方式的废气净化方法所针对(适用)的废气可以是从汽油发动机、柴油发动机、燃气轮机等内燃机排出的废气，没有特别限制，但更优选为汽油发动机排出的废气。通过使根据本发明一实施方式的废气净化用催化剂接触内燃机排出的废气，能够净化废气中的烃(hc)、一氧化碳(co)和氮氧化物(nox)。特别是，根据本发明一实施方式的废气净化用催化剂，可以在废气高于500℃的高温下更有效地净化该废气，但是，在废气温度优选为500℃以下，更优选为400℃以下、进一步优选为350℃以下的低温下，也能使该废气净化率达到50％以上。这里，如果将废气净化率达到50％的时间作为t50，则到达t50的时间(起燃时间)越短，意味着废气越被快速地净化。

另外，对于根据本发明一实施方式的废气净化用催化剂，即使上述废气的空间速度优选为80000h^-1以上，更优选为100000h^-1以上，进一步优选为120000h^-1以上，仍能有效净化该废气。废气空间速度的上限与发动机等内燃机的排气量有关，但优选为500000h^-1以下。

另外，将上述废气净化用催化剂在下在废气中暴露40～450小时的情况下，仍能够有效工作，能够净化废气中hc、co和nox，因此特别能够长时间净化nox，具备耐久性。

总结

如上所述，本发明包括以下[1]～[14]项所述的发明。

[1]一种废气净化用催化剂，其特征在于：在三维结构上设有含钯和钇的区域，在该含钯和钇的区域上且从废气流入侧向流出侧按顺序设有第一区域和第二区域，第一区域和/或第二区域中所含的钇的浓度高于含钯和钇的区域中所含的该钇的浓度。

[2]根据[1]所述的废气净化用催化剂，其特征在于：该第二区域中含有的钇浓度换算成y2o3后为2质量％以上且15质量％以下，该含钯和钇的区域中含有的钇浓度换算成y2o3后为0.01质量％以上且0.9质量％以下。

[3]根据[1]或[2]所述的废气净化用催化剂，其特征在于：该第二区域中含有的钇的量高于该第一区域中含有的钇的量。

[4]根据[1]～[3]任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：相对于1升三维结构体，该第二区域中含有的钇的量换算成y2o3后为2.1g/l以上且10g/l以下；相对于1升三维结构体，该含钯和钇的区域中含有的钇的量换算成y2o3后为0.01g/l以上且0.7g/l以下。

[5]根据[1]～[4]中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：该第二区域具有的含钇复合氧化物(2)与该含钯和钇的区域具有的含钇复合氧化物(3)相比，钇的含有率增高。

[6]根据[1]～[5]中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：该第二区域具有的含钇复合氧化物(2)中的钇的含有率换算成y2o3后为8质量％以上且20质量％以下；该含钯和钇的区域具有的含钇复合氧化物(3)中的钇的含有率换算成y2o3后为0.01质量％以上且7质量％以下。

[7]根据[1]～[6]任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：该第一区域中所含的铑的浓度高于第二区域中所含的铑的浓度。

[8]根据[1]～[7]中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：该含钯和钇的区域中所含的钯的浓度为3质量％以上且10质量％以下，该第一区域中所含的铑的浓度为0.9质量％以上且5质量％以下，该第二区域中所含的铑的浓度为0.1质量％以上且0.8质量％以下。

[9]根据[1]～[8]中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：相对于1升三维结构体，该含钯和钇的区域中所含的钯的量换算成金属后为0.1g/l以上且15g/l以下；相对于1升三维结构体，该第一区域中所含的铑的量换算成金属后为0.4g/l以上且1.2g/l以下；相对于1升三维结构体，该第二区域中含有的铑的量换算成金属后为0.1g/l以上且低于0.4g/l。

[10]根据[1]～[9]中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：关于设于各区域中的所有成分的量，该含钯和钇的区域高于第二区域，第二区域高于第一区域，并且相对于1升三维结构体，设于该含钯和钇的区域中的所有成分的量为70g/l以上且150g/l以下，设于该第一区域中的所有成分的量为21g/l以上且低于40g/l，设于该第二区域中的所有成分的量为40g/l以上且低于70g/l。

[11]根据[1]～[10]中任一项所述的废气净化用催化剂，其特征在于：该三维结构体为30mm以上且200mm以下，该含钯和钇的区域相对于该三维结构体的长度为60％以上且100％以下，该第一区域为20mm以上且50mm以下，该第二区域在该含钯和钇区域上并作为废气流出侧且未设有第一区域的部分上设置。

[12]一种废气净化方法，其特征在于：使用[1]～[11]中任一项所述的废气净化用催化剂净化废气。

[13]根据[12]所述的废气净化方法，其特征在于：净化100℃以上且500℃以下的废气。

[14]根据[12]或[13]所述的废气净化方法，其特征在于：净化空间速度为80000h^-1以上的废气。

实施例

下面通过实施例和比较例进一步详细介绍本发明，但不应将本发明解释为受限于这些实施例。

(实施例1)

(含钯和钇的区域)

混合含钯水溶液、含铝氧化物(换算成al2o3后为97质量％)、氧化钡和含钇氧化物(钇的含有率在换算成y2o3后为2质量％，其它含有铈、锆和镧)后，干燥并烧结得到粉状物。在该粉状物中加水，采用湿法粉碎得到用于形成含钯和钇的区域的料浆。然后，使用该料浆浸渍80mm长的堇青石制的蜂窝(三维结构体)后，除去多余的料浆后干燥并烧结，由此在上述蜂窝上设置含钯和钇的区域。1升蜂窝含有5g钯、锆换算成氧化锆(zro2)后为15g、铝换算成三氧化二铝(al2o3)后为43g、钇换算成氧化钇(y2o3)后为0.5g、铈换算成氧化铈(ceo2)后为15g/l、钡换算成bao后为9g、镧换算成la2o3后为7g。该区域中的钯浓度为5质量％，钇浓度为0.5质量％。相对于1升三维结构体，该区域中的成分总量为95g。

(第一区域)

接着，混合含铑水溶液、氧化镧、含锆氧化物(换算成zro2后含有73质量％)和含铝氧化物(换算成al2o3后含有97质量％)后，干燥并烧结得到粉状物。在该粉状物中加水，采用湿法粉碎，得到用于形成第一区域的料浆。接着，将设有含有钯和钇的区域的上述蜂窝从其一端部至规定的位置(与第二区域交界处)浸渍于用于形成第一区域的料浆，然后除去多余的料浆后干燥并烧结，由此在含钯和钇的区域上距离蜂窝废气入口侧30mm处设置第一区域。1升蜂窝含有0.6g铑、镧换算成la2o3后为3g、锆换算成氧化锆(zro2)后为10g、铝换算成三氧化二铝(al2o3)后为14g。该区域的钇浓度(换算成y2o3)为0质量％，铑浓度为1.9质量％。相对于1升三维结构体，该区域中的成分总量为31g。

(第二区域)

接着，混合含铑水溶液、氧化镧、含铝氧化物(换算成al2o3后含有97质量％)和含钇氧化物(钇的含有率换算成y2o3后为13质量％，其它含有铈、锆和镧)后，干燥并烧结得到粉状物。在该粉状物中加水，采用湿法粉碎得到用于形成第二区域的料浆。接着，将设有第一区域的上述蜂窝从其另一端部至规定的位置(与第一区域交界处)浸渍于由于形成第二区域的料浆，然后除去多余的料浆后干燥并烧结，由此，在含钯和钇的区域上距离蜂窝废气出口侧50mm处设置第二区域。1升蜂窝含有0.3g铑、镧换算成la2o3后为6g、锆换算成氧化锆(zro2)后为13g、铝换算成三氧化二铝(al2o3)后为23g、钇换算成氧化钇(y2o3)后为3g。该区域中的钇浓度(换算成y2o3)为5.4质量％，铑浓度为0.5质量％。相对于1升三维结构体，该区域中的成分总量为50g。

由此制备了废气净化用催化剂a。该废气净化用催化剂a的大致结构如图1所示。

如图1所示，本实施例的废气净化用催化剂a的结构为：在堇青石制蜂窝1上设有含钯和钇的区域2、在该含钯和钇的区域2上且从废气流入侧向流出侧按顺序设有第一区域3和第二区域4。

(比较例1)

(含钯和钇区域)

混合含钯水溶液、氧化钡、含铝氧化物和含钇氧化物(钇含量换算成y2o3后为2质量％，其它含有铈、锆和镧)后，干燥并烧结得到粉状物。在该粉状物中加水，采用湿法粉碎得到用于形成含钯和钇的区域的料浆。然后，使用该料浆浸渍80mm长的堇青石制蜂窝后，除去多余的料浆后干燥并烧结，由此在上述蜂窝上设有含钯和钇的区域。在该区域中，1升蜂窝含有5g钯、铈换算成氧化铈(ceo2)为20g、锆换算成氧化锆(zro2)后为20g、铝换算成三氧化二铝(al2o3)后为58g、镧换算成氧化镧(la2o3)后为10g、钇换算成氧化钇(y2o3)后为0.7g。该区域的钯浓度为4质量％，钇浓度(换算成y2o3)为0.6质量％。相对于1升三维结构体，该区域中的所有成分总量为125g。

(表面区域)

接着，混合含铑水溶液、氧化镧、含铝氧化物和含钇氧化物(钇含量换算成y2o3后为13质量％，其它含有铈、锆和镧)后，干燥并烧结得到粉状物。在该粉状物中加水，采用湿法粉碎得到用于形成表面区域的料浆。接着，使用用于形成表面区域的料浆，浸渍设有含钯和钇区域的上述蜂窝，然后除去多余的料浆后干燥并烧结，由此在含钯和钇的区域上设有表面区域。该表面区域中，1升蜂窝含有0.6g铑、锆换算成氧化锆(zro2)后为20g、铝换算成三氧化二铝(al2o3)后为37g、镧换算成氧化镧(la2o3)后为10g、钇换算成氧化钇(y2o3)后为4.4g。该区域的钇浓度(换算成y2o3)为5.4质量％。相对于1l三维结构体，该区域中的所有成分总量为81g。

由此，制备了比较用废气净化用催化剂b。该废气净化用催化剂b的大致结构如图2所示。

如图2所示，比较例的废气净化用催化剂b的结构为：在堇青石制蜂窝1上设有含钯和钇的区域2、在该含钯和钇的区域2上设有表面区域5。

(催化剂评估)

将实施例1和比较例1制备的废气净化用催化剂a和b分别安装在采用化学计量a/f(空气/燃料)进行a/f振幅控制的汽油发动机的排气管上。然后，将该废气净化用催化剂a和b在1000℃的废气中暴露80小时，然后保持废气温度于100℃，升高废气温度，测定hc、co、nox的净化率达到50％时的温度。结果如表1所示。具有本发明结构的催化剂与不含第一区域和第二区域的催化剂相比，转化率达到50％的温度低，具有优异的低温活性。

[表1]

工业应用可能性

根据本发明的废气净化用催化剂以及使用该催化剂的废气净化方法，可以合适地应用于汽油发动机、柴油发动机和燃气轮机等内燃机排出的废气的净化。

符号说明

1蜂窝(三维结构体)

2含钯和钇的区域

3第一区域

4第二区域

5表面区域