(57)【要約】【課題】ディーゼル排ガスを浄化する方法において、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力を下げるために、ＰＭを６００℃よりも低温で燃焼させることができる排ガス浄化触媒を提供することを目的とする。【解決手段】アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒という構成にしたことにより、アルミノ珪酸塩中のアルカリ金属がＰＭ２燃焼に対して高い活性を有するため、ＰＭ２を６００℃よりも低温で燃焼させることができるようになり、排ガス浄化フィルタ７の前段に配置されたヒータ８の消費電力を下げることができるという効果を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒。
【請求項２】
アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩と、銅とバナジウムとの複合酸化物とを、含むことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項３】
アルカリ金属元素が少なくともセシウム元素を含む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触媒。
【請求項４】
アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩がポルサイトであることを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項５】
銅とバナジウムとの複合酸化物がＣｕＶ２Ｏ６であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の排ガス浄化触媒。
【請求項６】
アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩と、銅とバナジウムとの複合酸化物とを、乾式または湿式で混合することにより調製されることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の排ガス浄化触媒。
【請求項７】
触媒と排ガス中のＰＭとが接触することにより、ＰＭを燃焼することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の排ガス浄化触媒。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の排ガス浄化触媒を、セラミックまたは金属の基材上に担持した排ガス浄化フィルタ。
【請求項９】
請求項８記載の排ガス浄化フィルタと、前記排ガス浄化フィルタを加熱する手段とを、備えた排ガス浄化装置。
【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ＰＭを燃焼するための排ガス浄化触媒および排ガス浄化フィルタおよび排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される排ガスへの規制が年々厳しくなり、排ガス中の粒子状物質（以下ＰＭと記す）排出量の規制をクリアするにはディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと記す）の搭載が必須になる。このＤＰＦを用いたディーゼル排ガス浄化方法は、ＤＰＦにＰＭが堆積するにつれて圧力損失が高くなり、エンジン出力を低下させてしまうことにつながるため、堆積したＰＭを燃焼除去する必要がある。
【０００３】
従来、この種のＰＭ燃焼方法は、ヒータ等の加熱手段によりＰＭが燃焼する温度以上に加熱することにより燃焼する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、そのＰＭ燃焼方法について図３を参照しながら説明する。
【０００５】
図３に示すように、ＤＰＦ１０１の前段に空気を加熱するためのヒータ１０２が配置されている。このヒータ１０２の作用によってＰＭ１０３は加熱されて燃焼除去されるのだが、このＤＰＦ１０１にはＰＭ１０３をより低温で燃焼させるための触媒が担持されていないため、６００℃以上に加熱しなくてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−７２６０９号公報（第４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来のＰＭ燃焼方法においては、空気を６００℃以上に加熱しなくてはならないので、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力が大きくなるという課題を有していた。
【０００８】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力を下げるために、ＰＭを６００℃よりも低温で燃焼させることができる排ガス浄化触媒および排ガス浄化フィルタおよび排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、この目的を達成するために、本発明は、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒としたものであり、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】
【００１０】
本発明によれば、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒という構成にしたことにより、アルミノ珪酸塩中のアルカリ金属がＰＭ燃焼に対して高い活性を有するため、ＰＭを６００℃よりも低温で燃焼させることができるようになり、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力を下げることができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明実施の形態１に記載のポルサイトとＣｕＶ２Ｏ６との混合粉末によるＰＭ燃焼メカニズムを説明する概念図
【図２】本発明実施の形態２に記載の排ガス浄化装置の概念図
【図３】従来のＰＭ燃焼方法を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明請求項１に記載の排ガス浄化触媒は、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒である。これにより、アルミノ珪酸塩中のアルカリ金属がＰＭ燃焼に対して高い活性を有するため、ＰＭを６００℃よりも低温で燃焼させることができるようになり、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力を下げることができるという効果を奏する。
【００１３】
アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩とは、アルカリ金属元素が結晶構造の少なくとも一部を構成している状態のアルミノ珪酸塩を示す。アルカリ金属元素が結晶構造の一部を構成することにより、アルカリ金属元素が固定化されるため、移動や飛散することによる性能の低下を防ぐことができる。
【００１４】
本発明請求項２に記載の排ガス浄化触媒は、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩と、銅とバナジウムとの複合酸化物とを、含むことを特徴とする排ガス浄化触媒である。これにより、銅とバナジウムとの複合酸化物が酸素を供給する役割を果たし、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩のＰＭ燃焼性能を促進させるという効果を奏する。
【００１５】
本発明請求項３に記載の排ガス浄化触媒は、アルカリ金属元素が少なくともセシウム元素を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒である。アルカリ金属元素の中ではセシウムがＰＭに対する燃焼活性が最も高いので、より低温でＰＭを燃焼させることができるという効果を奏する。
【００１６】
本発明請求項４に記載の排ガス浄化触媒は、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩がポルサイトであることを特徴とする排ガス浄化触媒である。ポルサイトはその結晶構造中にセシウム元素を含むため、ＰＭに対する燃焼活性が高く、より低温でＰＭを燃焼させることができるという効果を奏する。
【００１７】
ここに示すポルサイトとは、天然に存在する鉱石であり、産出した鉱石を粉砕して触媒として用いることができるが、合成したポルサイトであっても構わない。
【００１８】
また、ポルサイトはセシウム元素が結晶構造の一部を構成しているため、セシウム元素が固定化され、移動や飛散することによる性能の低下を防ぐことができる。
【００１９】
本発明請求項５に記載の排ガス浄化触媒は、銅とバナジウムとの複合酸化物がＣｕＶ２Ｏ６であることを特徴とする排ガス浄化触媒である。ＣｕＶ２Ｏ６は銅とバナジウムとの複合酸化物のなかで最も安定な構造であるため、構造変化して、酸素供給能力が低下していくことを防ぐことができるという効果を奏する。
【００２０】
本発明請求項６に記載の排ガス浄化触媒は、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩と、銅とバナジウムとの複合酸化物とを、乾式または湿式で混合することにより調製されることを特徴とする排ガス浄化触媒である。これにより、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩と、銅とバナジウムとの複合酸化物とが、均一に分散されるので、銅とバナジウムとの複合酸化物が酸素を供給する役割を果たし、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩のＰＭ燃焼性能を促進させるという効果を奏する。
【００２１】
本発明請求項７に記載の排ガス浄化触媒は、触媒と排ガス中のＰＭとが接触することにより、ＰＭを燃焼することを特徴とする排ガス浄化触媒である。触媒とＰＭとが直接接触し、排ガス中の酸素によりＰＭを酸化させることができるので、排ガス中の窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）の酸化作用を利用してＰＭを酸化燃焼させる貴金属系の触媒とは異なり、ＮＯｘのない雰囲気中でもＰＭを燃焼させることができるという効果を奏する。
【００２２】
本発明請求項８に記載の排ガス浄化フィルタは、上記の排ガス浄化触媒を、セラミックまたは金属の基材上に担持した排ガス浄化フィルタである。これにより、排ガス中のＰＭを捕集すると同時にＰＭが排ガス浄化触媒と接触するので、排ガス浄化触媒の作用により６００℃よりも低い温度でＰＭを燃焼除去させることができるという効果を奏する。
【００２３】
また、フィルタの材質としては、排ガス温度が６００℃を超える場合もあるので、セラミックや金属など、耐熱性を有する材質が好ましい。さらに耐腐食性なども考慮すると、セラミックとしてはコージェライトや炭化珪素、金属としてはステンレスを用いるのがさらに好ましい。
【００２４】
本発明請求項９に記載の排ガス浄化装置は、上記の排ガス浄化フィルタと、その排ガス浄化フィルタを加熱する手段とを、備えた排ガス浄化装置である。これにより、排ガス浄化フィルタに捕集されたＰＭは排ガス浄化触媒と接触し、排ガス浄化触媒の作用により６００℃よりも低い温度でＰＭを燃焼除去させることができるので、排ガス浄化フィルタを加熱するための消費電力を小さくすることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、排ガス浄化フィルタを加熱する手段としては、排ガス浄化フィルタの前段にヒータを設けて空気やフィルタを加熱しても良く、金属のフィルタを高周波誘導加熱や通電などの方法で直接加熱しても良い。
【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）
イオン交換水７８．０ｇに、結晶構造中にセシウムを含むアルミノ珪酸塩としてのポルサイトと、銅とバナジウムとの複合酸化物としてのＣｕＶ２Ｏ６とを加え、１時間攪拌混合した。得られたスラリーを乾燥した後、焼成することにより、ポルサイトとＣｕＶ２Ｏ６との混合粉末を得た。
【００２８】
次に、ポルサイトとＣｕＶ２Ｏ６との混合粉末がＰＭを燃焼するメカニズムについて図１を参照しながら説明する。
【００２９】
ポルサイト１と接触したＰＭ２は、ポルサイト１に含まれるセシウム３の作用によって雰囲気中の酸素分子４と反応し、酸化燃焼される。また、近接するＣｕＶ２Ｏ６５からも酸素が供給され、ポルサイト１のＰＭ燃焼性能を促進させることができる。
【００３０】
以上のように、アルカリ金属元素を有するアルミノ珪酸塩を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒という構成にしたことにより、アルミノ珪酸塩中のアルカリ金属がＰＭ燃焼に対して高い活性を有するため、ＰＭを６００℃よりも低温で燃焼させることができるようになり、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力を下げることができるという効果を得ることができる。
【００３１】
さらに、ポルサイト１はセシウム３が結晶構造の一部を構成しているため、セシウム３が固定化され、移動や飛散することによる性能の低下を防ぐことができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図２に示すように、本発明に記載の排ガス浄化装置は、フィルタケース６の中に、排ガス浄化触媒が担持された炭化珪素の排ガス浄化フィルタ７と、排ガス浄化フィルタ７の前段にヒータ８とが設けている。
【００３３】
ディーゼルエンジンから排出された排ガス中のＰＭ２は排ガス浄化フィルタ７で捕集され、それと同時に排ガス浄化フィルタ７に担持された排ガス浄化触媒と接触する。捕集されて排ガス浄化触媒と接触したＰＭ２は、ヒータ８により加熱された空気または輻射熱によって加熱され、燃焼して二酸化炭素となって排出される。
【００３４】
この捕集と燃焼を随時行うことによって、排ガス浄化フィルタ７はＰＭ２の堆積で目詰まりしてしまうことなく、排ガスを連続的に浄化することができる。このとき、排ガス浄化フィルタ７には排ガス浄化触媒が担持されているため、排ガス浄化触媒の作用によりＰＭを６００℃よりも低温で燃焼させることができるようになり、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力を下げることができるという効果を得ることができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３６】
イオン交換水７８．０ｇに、ポルサイト８．８８ｇとＣｕＶ２Ｏ６１７．１６ｇとを加え、１時間攪拌混合した。得られたスラリーを乾燥した後、６００℃で焼成することにより、ポルサイトとＣｕＶ２Ｏ６との混合粉末を得た。
【００３７】
（評価例）
次に、本発明に記載の排ガス浄化触媒のカーボン燃焼活性試験を行った。その試験方法を説明する。
【００３８】
前述の方法で調製したポルサイトとＣｕＶ２Ｏ６との混合粉末０．０４ｇと、カーボンブラック０．０１ｇとを乳鉢で１時間粉砕混合した粉末を、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて５℃／ｍｉｎで昇温したときの重量変化を測定した。また、ポルサイトとカーボンブラックとを混合したサンプルについても同様の測定を行った。
【００３９】
カーボン燃焼活性は、２００℃のときの重量を１００％とし、１０％重量減少時の温度と１００％重量減少時の温度とを比較することにより評価した。その結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１より、カーボンブラックは５００℃以上でようやく燃焼し始め、６２０℃で１００％燃焼することがわかった。つまり、触媒のない場合は６００℃以上に加熱しなければカーボンブラックを完全に燃焼させることができないことを示している。
【００４２】
一方、ポルサイトとカーボンブラックとを混合したサンプルは、１０％重量減少温度が１１２℃も低下し、優れた排ガス浄化触媒であることがわかった。これは、ポルサイトに含まれるセシウムがカーボンブラックに対して高い燃焼活性を有するためであると考えられる。
【００４３】
さらに、ポルサイトとＣｕＶ２Ｏ６とを混合することにより１０％重量減少温度が１８４℃も低下し、ＣｕＶ２Ｏ６が酸素を供給する役割を果たし、ポルサイトのＰＭ燃焼性能を促進させる効果があることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる排ガス浄化触媒は、ＰＭを６００℃よりも低温で燃焼させることができるようになり、ＤＰＦ前段に配置されたヒータの消費電力を下げることができるので、排ガス浄化装置に使用される排ガス浄化触媒として有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１      ポルサイト
２      ＰＭ
３      セシウム
４      酸素分子
５      ＣｕＶ２Ｏ６
６      フィルタケース
７      排ガス浄化フィルタ
８      ヒータ
１０１  ＤＰＦ
１０２  ヒータ
１０３  ＰＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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