JP2007244950A - パティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒及びパティキュレートフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭ低減性能を向上させ得るパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒及びこれに用いるパティキュレートフィルターを提供すること。
【解決手段】セルを有する構造体と、触媒成分を担持した無機繊維と、を備えたパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒である。触媒成分を担持した無機繊維が、構造体のセル内に配設されている。
セルを有する構造体と、無機繊維と、を備えたパティキュレートフィルターである。無機繊維が、構造体のセル内に配設されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、パティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒及びパティキュレートフィルターに係り、更に詳細には、パティキュレートマター（ＰＭ）低減性能を向上させ得る排ガス浄化触媒及びこれに用いるパティキュレートフィルターに関する。

ディーゼルエンジンから排出されるＰＭの低減には、一般的にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が用いられる。従来のＤＰＦにおいては、ＰＭの捕集がセル壁で行われるため、ＰＭがセル壁表面に堆積し、排ガスの圧力損失が急激に上昇する。
そのために、ＤＰＦを自己再生する際に、燃料噴射によって６００℃以上の過熱燃焼処理を定期的に行うシステムが提案されている（特許文献１及び２参照。）。

また、無機繊維（主に耐熱性に優れる炭化ケイ素）を不織布に加工し、これを用いてＰＭを捕集し、更に熱源を用いて処理するシステムが提案されている（特許文献３参照。）。
特開平６−２９４３１５号公報 特開平８−１８９３３９号公報 特開２００３−２３６３９１号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載のシステムにおいては、例えばＰＭ捕集量を感知する必要があり、システムが複雑なものになるという問題がある。また、自己再生する際に燃費が悪化するという問題がある。
一方、特許文献３に記載のシステムにおいては、大掛かりな熱源とシステムが必要となり、小型化が困難であるという問題がある。また、無機繊維は単独では形状を維持することが困難であるという問題もある。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＰＭ低減性能を向上させ得るパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒及びこれに用いるパティキュレートフィルターを提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、従来のＤＰＦにおいてＰＭ除去効率が向上しない原因が、ＰＭ除去効率を向上させるためにＤＰＦに担持した白金などの触媒成分がセル壁中に埋没しているのに対して、ＰＭがセル壁表面に堆積しているため、触媒成分の性能が十分に発揮されておらず、ＰＭ除去効率を向上させるにはＰＭと触媒成分の接触率を向上させ得る構造とすることが必要であることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒は、セルを有する構造体と、触媒成分を担持した無機繊維と、を備え、該触媒成分を担持した無機繊維が、該構造体のセル内に配設されていることを特徴とする。

また、本発明のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒の好適形態は、ガス流通可能な壁で形成され、一端が閉塞した複数個のセルを有し、これらセルの閉塞端と開放端とが交互に配置された端面を有する構造体と、触媒成分を担持した無機繊維と、を備え、該触媒成分を担持した無機繊維が、該構造体のガス流れ方向に対して上流側に開放端を有するセル内に配設されていることを特徴とする。

更に、本発明のパティキュレートフィルターは、セルを有する構造体と、無機繊維と、を備え、該無機繊維が、該構造体のセル内に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、ＰＭと触媒成分の接触率を向上させ得る構造としたため、ＰＭ低減性能を向上させ得るパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒及びこれに用いるパティキュレートフィルターを提供することができる。

以下、本発明のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒について詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度及び含有量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
上述の如く、本発明のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒は、セルを有する構造体と、触媒成分を担持した無機繊維と、を備える。
そして、かかる触媒成分を担持した無機繊維が、かかる構造体のセル内に配設されている。
このような構成とすることにより、例えば排ガス中に含まれるＰＭと触媒成分との接触率が優れたものとなり、ＰＭ低減性能を向上させ得るパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒となる。

その結果、従来より低い温度条件下でＰＭを低減させ得るので、連続的なＰＭ低減を実現し得る。
また、連続的なＰＭ低減を実現し得るため、従来のＤＰＦにおいて、自己再生するために定期的に行っていた燃料噴射による６００℃以上の過熱燃焼処理を必ずしも行う必要が無くなり、燃費を向上させることが可能となる。更に、システムを構築する場合に簡略化や小型化することができる。
更にまた、触媒成分の性能を十分に発揮し得るように適正配置することが可能となり、触媒成分の一例である貴金属の使用量を低減することができるという利点もある。
なお、触媒成分はセル内壁に担持されていてもよいことは言うまでもない。

ここで、本発明においては、備える構造体の形状としては、排ガスを流通させ得る構造を有し、構造体のセル内に無機繊維を保持し得る構造を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、いわゆるハニカム担体のような複数個のセルを有する構造体やいわゆるウォールフロー型ハニカム担体のような構造体を用いることができる。
また、本発明においては、備える構造体の材質としては、特に限定されるものではないが、コーディエライトなどのセラミックスやフェライト系ステンレスなどを挙げることができ、特に多孔質セラミックス製のものを好適に用いることができる。

また、本発明においては、備える構造体が上述したいわゆるハニカム担体のような複数個のセルを有する構造体である場合には、排ガスの圧力損失を著しく上昇させない程度に且つＰＭを除去するように、かかる構造体のセル内に、触媒成分を担持した無機繊維を配設すればよい。
このような構成とすることにより、ＰＭ低減性能を向上させ得るものとなる。
なお、このとき構造体は、ウォールフロー型、ストレートフロー型のいずれであってもよい。

一方、本発明においては、備える構造体が上述したいわゆるウォールフロー型ハニカム担体のような構造体である場合、即ちガス流通可能な壁で形成され、一端が閉塞した複数個のセルを有し、これらセルの閉塞端と開放端とが交互に配置された端面を有する構造体である場合には、かかる構造体のガス流れ方向に対して上流側に開放端を有するセル内に、触媒成分を担持した無機繊維を配設すればよい。
このような構成とすることにより、ＰＭ低減性能を向上させ得ると共に、ＰＭの除去性能がより優れたものとなる。

ここで、本発明のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１（ａ）は、従来のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒の一実施形態の拡大断面図である。同図に示すように、ウォールフロー型ハニカム担体のような構造体であって、構造体１０が有するセル１２のセル壁１２ａに触媒成分３０が担持されている。
このとき、セル壁１２ａに担持した触媒成分３０とＰＭの接触率は、十分でなく、矢印Ａで示す排ガス流れにおいて、排ガス中のＰＭはセル壁１２ａの表面に堆積する。
一方、同図（ｂ）は、本発明のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒の一実施形態の拡大断面図である。同図に示すように、ウォールフロー型ハニカム担体のような構造体であって、構造体１０が有するセル１２の内部に触媒成分３０を担持した無機繊維２０が配設されている。
このとき、セル１２の内部の触媒成分３０とＰＭの接触率は、十分なものとなり、矢印Ａで示す排ガス流れにおいて、排ガス中のＰＭがセル壁１２ａの表面にあまり堆積しないうちにＰＭを低減することができる。

また、本発明において、備える構造体が上述したいわゆるウォールフロー型ハニカム担体のような構造体である場合には、ガス流通可能な壁が、粒径の大きいＰＭ（例えば、粒径１００ｎｍ以上）を捕集するような構造を有しており、触媒成分を担持した無機繊維が、かかる構造体のガス流れ方向に対して上流側に開放端を有するセル内に、粒径の小さいＰＭ（例えば、粒径１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満）を捕集、且つ粒径１００ｎｍ以上のＰＭを一次捕集するような構造体を成すように配設されていることが望ましい。
このような構成とすることにより、ＰＭと触媒成分の接触率を向上させることができ、ＰＭ低減性能を向上させ得るものとなる。

更に、本発明においては、触媒成分を担持した無機繊維が、セル内に三次元網目状構造体を成すように配設されていることが望ましい。
このような構成とすることにより、上述したような粒径の小さいＰＭを捕集し易くなり、ＰＭと触媒成分の接触率を向上させることができ、ＰＭ低減性能を向上させ得るものとなる。

また、本発明において、備える無機繊維としては、パティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒としての使用に耐え得るものであれば、特に限定されるものではないが、例えば炭化ケイ素、アルミナ、シリカ、又はアルミナシリカ繊維、及びこれらを任意に組合わせたものを挙げることができ、任意に組合わせたものとしては、これらの混合物や複合化合物などを挙げることができる。更に、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含むいわゆるガラス繊維を用いることもできる。

更に、本発明においては、備える無機繊維は、アルミナとシリカを含有しているものが望ましく、アルミナの含有量が７０％以上であることが好ましい。
アルミナとシリカを含有することにより、耐熱性と強度が優れたものとなり、かかる無機繊維はＰＭと触媒成分の接触率を向上させ得る構造を維持し易く、よりＰＭ低減性能を向上させ得るものとなる。
また、アルミナの含有量が７０％以上の場合には、触媒成分の担持性能が大幅に向上するため、ＰＭと触媒成分の接触率をより向上させることができ、ＰＭ低減性能をより向上させ得るものとなる。

更にまた、本発明においては、備える触媒成分は、ＰＭ低減性能を促進し得れば、特に限定されるものではないが、例えば、白金やパラジウム、ロジウムなどの貴金属を含んでいることが望ましい。また、助触媒として、セリアやチタニアなどを含んでいてもよい。

なお、上述の如きパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒の製造方法の一例につき説明する。
従来公知のＤＰＦを用い、そのセル内に触媒を担持した無機繊維を含むスラリーを投入し、乾燥・焼成し、触媒を担持した無機繊維をセル内に配設して、パティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒が完成する。

また、このパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒は、次のようにして作製してもよい。
例えば、従来公知のＤＰＦを用い、そのセル内に無機繊維を含むスラリーを投入し、乾燥・焼成し、無機繊維をセル内に配設して、後述するパティキュレートフィルターを作製する。
しかる後、後述するパティキュレートフィルターのセル内に触媒成分を含む溶液ないしスラリーを投入し、乾燥・焼成し、触媒成分をセル内の無機繊維に担持して、パティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒が完成する。

次に、本発明のパティキュレートフィルターについて詳細に説明する。
上述の如く、本発明のパティキュレートフィルターは、セルを有する構造体と、無機繊維と、を備える。
そして、かかる無機繊維が、構造体のセル内に配設されている。
このような構成とすることにより、ＰＭと担持される触媒成分の接触率を向上させ得るものとなる。
また、上述したパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒で説明したように、備える構造体の形状や材質、更には、備える無機繊維の材質やその無機繊維が成す形状などについては、パティキュレートフィルターにおいても同様のものとすればよく、特に限定されるものではない。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
無機繊維としてアルミナ−シリカ繊維（Ａｌ／Ｓｉ＝８０／２０、繊維径：３〜１０μｍ）を用意した。３％のＰｔ溶液５００ｍＬにアルミナ−シリカ繊維５０ｇを浸漬し、次いで、１００℃で１時間乾燥し、しかる後、４００℃で１時間焼成して、５５ｇのＰｔ担持アルミナ−シリカ繊維を得た（Ｐｔ担持量は３％であった。）。
得られたＰｔ担持アルミナ−シリカ繊維５５ｇをハニカム担体（容量：１．０Ｌ、セル数：４００Ｃｐｓｉ）のセル内に配設して、本例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒を得た。

（実施例２）
無機繊維としてアルミナ繊維（繊維径：３〜１０μｍ）を用意した。Ｐｔ溶液にアルミナ繊維を浸漬し、次いで、１００℃で１時間乾燥し、しかる後、４００℃で１時間焼成して、Ｐｔ担持アルミナ繊維を得た（Ｐｔ担持量は３％であった。）。
得られたＰｔ担持アルミナ繊維を実施例１と同様のハニカム担体のセル内に配設して、本例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒を得た。なお、Ｐｔの担持量は、実施例１のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒と同じである。

（比較例１）
実施例１と同様のハニカム担体のセル内壁に、Ｐｔ溶液を塗布し、次いで、１００℃で１時間乾燥し、しかる後、４００℃で１時間焼成して、本例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒を得た。なお、Ｐｔの担持量は、実施例１のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒と同じである。

［性能評価］
上記各例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒を評価装置に設置し、下記条件下でメタンの転化率を測定した。得られた結果を図２に示す。図２は、各例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒のメタン転化率を示すグラフである。

（試験条件）
・ガス組成 ：メタン；４ｖｏｌ％、酸素；１０ｖｏｌ％、残部；窒素
・ガス流速 ：２００ｃｍ^３／ｍｉｎ
・触媒温度 ：５００℃

また、上記試験条件において触媒温度を４５０〜６００℃まで変化させて、各例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒のメタンの転化率を測定した。図３は、各例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒における触媒温度とメタン転化率の関係を示すグラフである。

図２及び図３から分かるように、本発明の範囲に含まれる実施例１及び２は、本発明外の比較例１よりもメタン転化率が優れていることが分かる。
これは、触媒成分とメタンの接触率が向上しているためと推測され、このようなパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒は、ＰＭ低減性能を向上させ得る。

従来及び本発明のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒の一実施形態を示す拡大断面図である。 各例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒のメタン転化率を示すグラフである。 各例のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒における触媒温度とメタン転化率の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 構造体
１２ セル
１２ａ セル壁
２０ 無機繊維
３０ 触媒成分

Claims (10)

1. パティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒であって、セルを有する構造体と、触媒成分を担持した無機繊維と、を備え、
   上記触媒成分を担持した無機繊維が、上記構造体のセル内に配設されていることを特徴とするパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
2. 上記セルを有する構造体が、ガス流通可能な壁で形成され、一端が閉塞した複数個のセルを有し、これらセルの閉塞端と開放端とが交互に配置された端面を有する構造体であって、
   上記触媒成分を担持した無機繊維が、上記構造体のガス流れ方向に対して上流側に開放端を有するセル内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
3. 上記ガス流通可能な壁が、粒径の大きいパティキュレートマターを捕集するような構造を有しており、
   上記触媒成分を担持した無機繊維が、上記構造体のガス流れ方向に対して上流側に開放端を有するセル内に、粒径の小さいパティキュレートマターを捕集するような構造体を成すように配設されていることを特徴とする請求項２に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
4. 上記構造体が、多孔質セラミックスから成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
5. 上記触媒成分を担持した無機繊維が、セル内に三次元網目状構造体を成すように配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
6. 上記無機繊維が炭化ケイ素、アルミナ、シリカ及びアルミナシリカから成る群より選ばれた少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
7. 上記無機繊維がアルミナとシリカを含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
8. 上記無機繊維のアルミナ含有率が７０％以上であることを特徴とする請求項７に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
9. 上記触媒成分が貴金属を含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載のパティキュレートフィルター型排ガス浄化触媒。
10. パティキュレートフィルターであって、セルを有する構造体と、無機繊維と、を備え、
    上記無機繊維が、上記構造体のセル内に配設されていることを特徴とするパティキュレートフィルター。

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