(57)【要約】【課題】ハニカム構造体のセル壁の気孔率によらず、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い、排ガス浄化フィルタを提供することを目的とする。【解決手段】アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素からなる化合物を主成分とする触媒を、セル壁の気孔率が４０％以上８０％以下であるハニカム構造体に担持することにより、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い排ガス浄化フィルタを得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル壁に細孔を有するハニカム構造体に、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼するための触媒が担持されている排ガス浄化フィルタであって、
該セル壁の気孔率が４０％以上８０％以下であり、
該触媒が、触媒と粒子状物質とが直接接触することにより、粒子状物質を酸化燃焼する反応機構を有する、
ことを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記触媒が、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素からなる化合物であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
前記触媒が、熱により溶融することを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（以下ＰＭと記す）を燃焼するための排ガス浄化フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンから排出されたＰＭを除去する方法として、セラミックスのハニカム構造体を交互に目封じしたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと記す）が用いられている。
【０００３】
ＤＰＦに流入した排ガスは、ＤＰＦのセル壁でＰＭが捕集され、ＰＭが除去された排ガスがＤＰＦのセル壁に設けられた細孔を通過して、ＤＰＦ下流側より流出する。
【０００４】
しかし、ＰＭが堆積しつづけるとＤＰＦの圧損が上昇してディーゼルエンジンの性能を損ねる可能性がある。このため、特許文献１に開示されているように、ＤＰＦに白金などの貴金属を活性種とする触媒を担持して、堆積したＰＭを酸化燃焼する方法が取られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７１５０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の排ガス浄化フィルタは、貴金属を活性種とする触媒が主に用いられているが、ＤＰＦセル壁の気孔率が６０％程度ないと、十分なＰＭ酸化燃焼能力が得られないという課題があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ハニカム構造体のセル壁の気孔率によらず、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い、排ガス浄化フィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するために、本発明は、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素からなる化合物を主成分とする触媒を、セル壁の気孔率が４０％以上８０％以下であるハニカム構造体に担持することにより、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い排ガス浄化フィルタを得るものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素からなる化合物を主成分とする触媒を、セル壁の気孔率が４０％以上８０％以下であるハニカム構造体に担持することにより、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い排ガス浄化フィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明実施の形態１に記載のＰＭ酸化燃焼触媒の溶融温度を示す図
【図２】本発明実施の形態３に記載の排ガス浄化フィルタのＰＭ酸化燃焼性能測定方法の概念図
【図３】本発明実施の形態３に記載の排ガス浄化フィルタのＰＭ酸化燃焼性能を示すテーブル図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の排ガス浄化フィルタは、セル壁に細孔を有するハニカム構造体に、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼するための触媒が担持されている排ガス浄化フィルタであって、該セル壁の気孔率が４０％以上８０％以下であり、該触媒が、触媒と粒子状物質とが直接接触することにより、粒子状物質を酸化燃焼する反応機構を有する、ことを特徴とする排ガス浄化フィルタである。
【００１２】
これにより、ハニカム構造体のセル壁の気孔率によらず、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い、排ガス浄化フィルタを得ることができる。
【００１３】
ここに示すハニカム構造体とは、触媒を含む液体などを付着させることができるものであれば特に限定されるものではないが、ディーゼルパティキュレートフィルタであることが好ましい。
【００１４】
また、ハニカム構造体の材質としては、耐熱性を有するセラミックまたは金属であることが好ましく、耐熱性を有するセラミックとしては、例えば、コージェライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素など、耐熱性を有する金属としては、例えば、ステンレスを用いるのが好ましい。
【００１５】
また、ハニカム構造体のセル壁の気孔率は、４０％未満になると触媒を担持していない状態でも圧損が高くなってしまい、エンジンの性能を損ねてしまう可能性がある。さらに、８０％を超えると機械的強度や熱的強度が低下し、フィルタが破損してしまう可能性がある。このため、排ガス浄化フィルタのセル壁の気孔率は、触媒担持前の状態で４０％以上８０％以下であることが好ましい。
【００１６】
また、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼するための触媒と粒子状物質とが直接接触することにより、粒子状物質を酸化燃焼する反応機構とは、触媒中の酸素原子が活性種となりＰＭを酸化する、もしくは、触媒が排ガス中の酸素分子を解離させ、その解離した酸素原子が活性種となりＰＭを酸化する反応機構のことを示す。この反応機構を有する触媒は、貴金属を主成分とする触媒とは異なり、窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）のない雰囲気中でもＰＭを酸化燃焼させることができるという効果を奏する。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の排ガス浄化フィルタは、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼するための触媒が、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素からなる化合物であることを特徴とする排ガス浄化フィルタである。
【００１８】
これにより、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い排ガス浄化フィルタを得ることができる。
【００１９】
アルカリ金属元素としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムを用いることができる。
【００２０】
また、アルカリ土類金属元素としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムを用いることができる。
【００２１】
また、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素からなる化合物とは、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素から選ばれる少なくとも１種を含む化合物であれば特に限定されるものではないが、上記４種の元素が含まれることで、高いＰＭ酸化燃焼性能を有し、かつ、耐熱性に優れた触媒となる。
【００２２】
また、上記触媒は、触媒中のバナジウム原子が排ガス中の酸素分子を解離させ、その解離した酸素原子が活性種となりＰＭを酸化する反応機構を有する。
【００２３】
また、上記触媒はアルミナ、チタニア、シリカ、セリア、または、ジルコニアなどの耐熱性を有する無機酸化物を担体とすることが好ましい。これら無機酸化物は比表面積が大きいため、無機酸化物表面に担持される触媒の表面積が増大し、ＰＭとの接触確率を向上させることができるため、ＰＭを効率良く酸化燃焼することができるようになるだけでなく、耐熱性が高いため長期間高温排ガスに暴露されても触媒が安定化した状態を維持できるようになる。
【００２４】
本発明の請求項３に記載の排ガス浄化フィルタは、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼するための触媒が、熱により溶融することを特徴とする排ガス浄化フィルタである。
【００２５】
これにより、粒子となっていた触媒が熱により溶融することができるので、触媒が広範囲に広がることができるようになり、ＰＭとの接触確率を高めることができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明に記載のＰＭ酸化燃焼触媒の調製方法について、図１を参照しながら説明する。
【００２８】
硫酸セシウム、無水硫酸マグネシウム、硫酸銅５水和物、および、酸化硫酸バナジウムｎ水和物を溶解させた水溶液にチタニアを加え、乾燥、次いで、焼成することにより、ＰＭ酸化燃焼触媒を得た。
【００２９】
次に、上記触媒の溶融温度を示差走査熱量計で測定した。その結果を図１に示す。図１より、上記方法により調製された触媒の溶融温度は４６４℃であることがわかった。これにより、本触媒は４６４℃以上で優れたＰＭ燃焼性能を発揮することが示唆された。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明に記載の排ガス浄化フィルタの製造方法について説明する。
【００３１】
実施の形態１に記載の方法により調製された触媒を、湿式粉砕により平均粒子計が０．７５μｍ〜１μｍになるように調製し、これにより得られたスラリー中に、セル壁の気孔率が６５％であるコージェライトＤＰＦを含浸し、乾燥、次いで、焼成することにより、排ガス浄化フィルタを得た。
【００３２】
また、同様の方法で、気孔率、および、材質の異なる排ガス浄化フィルタも製造した。
【００３３】
（実施の形態３）
本発明に記載の排ガス浄化フィルタのＰＭ燃焼性能評価方法について図２および表１を参照しながら説明する。
【００３４】
実施の形態２に記載の方法により製造した、直径５．６６インチ、長さ６インチのコージェライトＤＰＦ１をステンレス製のキャン２に納め、排ガスライン３に接続した。
【００３５】
まず、軽油燃焼器４により軽油を不完全燃焼させて発生させたＰＭをファン５で送風することによりコージェライトＤＰＦ１へ流入させ、コージェライトＤＰＦ１に約１２ｇのＰＭを堆積させた。
【００３６】
次に、コージェライトＤＰＦ１をキャン２より取り外し、１５０℃で１時間加熱したあとの重量を測定し、ＰＭ堆積量を算出した。
【００３７】
次に、軽油燃焼器４で軽油を完全燃焼させて加熱された空気をファン５で２００ｋｇ／ｈで送風し、コージェライトＤＰＦ１の入口温度が５００℃となるように調節した。入口温度５００℃を１５分間つづけた後に、コージェライトＤＰＦ１をキャン２より取り外し、１５０℃で１時間加熱したあとの重量を測定し、ＰＭ酸化燃焼量を算出した。
【００３８】
上記方法によりＰＭ酸化燃焼性能を評価した結果を表１に示す。表１には比較例として、白金を活性種とする炭化珪素ＤＰＦの性能評価結果も記載する。
【００３９】
図３のテーブルに示すとおり、セル壁の気孔率によらず、実施の形態３で製造した排ガス浄化フィルタは、比較例として挙げた白金を活性種とする炭化珪素ＤＰＦの性能を大きく上回ることが分かった。
【００４０】
すなわち、ＤＰＦのセル壁の気孔率によらず、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い、排ガス浄化フィルタを得ることができた。
【００４１】
また、コージェライトＤＰＦ１によれば、炭化珪素ＤＰＦよりも全体的に高いＰＭ酸化燃焼量を確保できている。従って、コージェライトＤＰＦ１を用いることによって、少ない触媒量で粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い、排ガス浄化フィルタを得ることができる。
【００４２】
そして、硫酸セシウム、無水硫酸マグネシウム、硫酸銅５水和物、および、酸化硫酸バナジウムｎ水和物を溶解させた水溶液による触媒は、少ない担持量で高い酸化燃焼能力を示す。従って、気孔率の小さい、強度の強いハニカムに担持することによっても高いＰＭ酸化燃焼能力を持つ排ガス浄化フィルタを得ることができる。
【００４３】
このメカニズムとしては、気孔率が大きいハニカムに触媒を担持しても、触媒の表面の面積は、気孔率の小さいハニカムの場合とほとんど同じである。このハニカムに汚染空気を通じたとき、ハニカムの表面で触媒と接触する空気の量に大きな差が見られないことになる。従って、気孔率の小さいハニカムに本発明の高い性能の触媒を担持することによって、高いＰＭ酸化燃焼能力を持つ排ガス浄化フィルタを得ることができるのである。
【００４４】
また、硫酸セシウム、無水硫酸マグネシウム、硫酸銅５水和物、および、酸化硫酸バナジウムｎ水和物を溶解させた水溶液による触媒は、それ自身のもつ酸素原子が活性種となってＰＭを直接酸化させる。もしくは、この触媒が排ガス中の酸素を活性化させて、その酸素がＰＭを酸化させる。従って、ＮＯｘのない雰囲気中でもＰＭを酸化燃焼させる性能が優れている。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかる排ガス浄化フィルタは、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、銅元素、および、バナジウム元素からなる化合物を主成分とする触媒を、セル壁の気孔率が４０％以上８０％以下であるハニカム構造体に担持することにより、ディーゼルエンジンより排出された粒子状物質を酸化燃焼する能力が高い排ガス浄化フィルタを得ることができるので有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１  コージェライトＤＰＦ
２  キャン
３  排ガスライン
４  軽油燃焼器
５  ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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