(57)【要約】【課題】原子または分子レベルでの触媒金属飛散を低減させた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。【解決手段】アルカリ金属化合物を担持した無機酸化物としての硫酸セシウム担持チタニア１と、銅化合物を担持した無機酸化物としての酸化銅担持チタニア２と、および、バナジウム化合物を担持した無機酸化物としての五酸化バナジウム担持チタニア３とを、水に加え、乾燥、次いで、焼成することにより、排ガス浄化触媒４を得た。これにより、硫酸セシウムはＰＭに対して高い燃焼活性を有するため、ＰＭを効率良く酸化燃焼することができる触媒となるだけでなく、硫酸セシウム、酸化銅、および、五酸化バナジウムをチタニアに固定化することができるので、これら触媒金属の飛散を低減させた排ガス浄化触媒となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属化合物、または、アルカリ金属化合物を担持した無機酸化物からなる第１成分と、銅化合物、または、銅化合物を担持した無機酸化物からなる第２成分と、バナジウム化合物、または、バナジウム化合物を担持した無機酸化物からなる第３成分と、からなることを特徴とする排ガス浄化触媒。
【請求項２】
無機酸化物がアルミナ、チタニア、シリカ、セリア、または、ジルコニアから選ばれる少なくとも１種以上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】
排ガス中のＰＭと接触させることにより、ＰＭを燃焼させることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の排ガス浄化触媒。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の排ガス浄化触媒を、基材上に担持したことを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
基材が耐熱性を有するセラミックまたは金属であることを特徴とする請求項５に記載の排ガス浄化フィルタ。
【請求項７】
基材がディーゼルパティキュレートフィルタであることを特徴とする請求項５または６に記載の排ガス浄化フィルタ。
【請求項８】
請求項５乃至７いずれかに記載の排ガス浄化フィルタを搭載したことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項９】
貴金属元素を含む排ガス酸化フィルタを、排ガス浄化フィルタの前段に配置したことを特徴とする請求項８に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
貴金属元素が白金、パラジウム、ロジウムからから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の排ガス浄化装置。
【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粒子状物質（以下ＰＭと記す）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】
従来、被処理ガスと触媒とを接触させて空気を浄化する方法において、固定床式の場合の触媒金属飛散対策は、特許文献１に開示されているように、触媒の後段に触媒飛散防止網を設けて飛散した触媒粒子を捕集するという方法が取られている。また、移動層式の場合は、特許文献２に開示されているように、ガス処理能力が低下してしまうがガス処理速度を１．５ｍ／ｓ以下に下げて触媒飛散量を低減させる方法が取られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭５９−２９２８６号公報（第４頁、第４図および第５図）
【特許文献２】特開平８−２４６２３号公報（第６頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の触媒飛散対策は、飛散してしまった触媒粒子を網やフィルタで物理的に捕集することは可能であるが、網やフィルタでは捕集できないようなイオン状態の金属などの原子または分子レベルでの飛散対策はなされていなかったため、空気とともに金属イオンなどが大気へ放出されてしまうという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、原子または分子レベルでの触媒金属飛散を低減させた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している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そして、この目的を達成するために、本発明は、アルカリ金属化合物、または、アルカリ金属化合物を担持した無機酸化物からなる第１成分と、銅化合物、または、銅化合物を担持した無機酸化物からなる第２成分と、バナジウム化合物、または、バナジウム化合物を担持した無機酸化物からなる第３成分と、からな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】
【０００７】
本発明によれば、触媒金属化合物、または、触媒金属化合物を担持した無機酸化物からなる排ガス浄化触媒とすることにより、触媒金属を固定化することができるため、原子または分子レベルでの触媒金属飛散を低減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】
【０００８】
【図１】本発明実施の形態１に記載の排ガス浄化触媒の概念図
【図２】本発明実施の形態２に記載の排ガス浄化フィルタの概念図
【図３】本発明実施の形態３に記載の排ガス浄化装置の概念図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の排ガス浄化触媒は、アルカリ金属化合物、または、アルカリ金属化合物を担持した無機酸化物からなる第１成分と、銅化合物、または、銅化合物を担持した無機酸化物からなる第２成分と、バナジウム化合物、または、バナジウム化合物を担持した無機酸化物からなる第３成分と、からなることを特徴とする排ガス浄化触媒である。
【００１０】
これにより、アルカリ金属元素、銅元素、および、バナジウム元素を固定化することができるので、アルカリ金属元素の飛散を低減させることができるだけでなく、アルカリ金属元素はＰＭに対して高い燃焼活性を有するため、ＰＭを効率良く酸化燃焼することができる触媒となる。触媒金属元素がイオン状態で存在する場合には、排ガス中の水分にイオンが容易に溶解して飛散してしまうことが考えられるため、触媒金属元素が水分に溶解しないような構造となっているか、もしくは、無機酸化物に担持させて飛散しにくくすることが好ましい。
【００１１】
また、アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属イオンをその構造中に含むゼオライト、および、ペロブスカイト構造中にアルカリ金属元素を含む化合物なども含まれる。
【００１２】
また、銅は２価と１価の価数をとり、銅の酸化物としては、ＣｕＯ（２価）とＣｕ２Ｏ（１価）が存在し、２価から１価へ変化する際に原子間の酸素をＰＭに与えて酸化させることができる。１価へと還元された酸化銅は排ガス中の酸素によって容易に酸化され２価の状態に戻るため、この繰り返しによってＰＭを連続的に酸化燃焼することができるようになる。
【００１３】
また、銅化合物としては酸化銅などが挙げられ、また、銅化合物を担持した無機酸化物としては酸化銅を担持したチタニアなどが挙げられる。
【００１４】
また、バナジウムは１価、２価、３価、４価、５価と多くの価数をとり、バナジウムの酸化物としては、Ｖ２Ｏ（１価）、Ｖ２Ｏ２（２価）、Ｖ２Ｏ３（３価）、Ｖ２Ｏ４（４価）、Ｖ２Ｏ５（５価）が存在し、低価数へ変化する際に原子間の酸素をＰＭに与えて酸化させることができる。低価数へと還元された酸化バナジウムは排ガス中の酸素によって容易に酸化されるため、この繰り返しによってＰＭを連続的に酸化燃焼することができるようになる。
【００１５】
また、バナジウム化合物としては五酸化バナジウムなどが挙げられ、また、バナジウム化合物を担持した無機酸化物としては五酸化バナジウムを担持したチタニアなどが挙げられる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の排ガス浄化触媒は、無機酸化物がアルミナ、チタニア、シリカ、セリア、または、ジルコニアから選ばれる少なくとも１種以上を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒である。
【００１７】
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排ガス浄化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排ガス浄化触媒が安定化した状態を維持できるようになる。
【００１８】
本発明の請求項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。
【００１９】
アルカリ金属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。
【００２０】
また、アルカリ金属化合物を担持した無機酸化物としては硫酸セシウムを担持したチタニアなどが挙げられる。
【００２１】
本発明の請求項４に記載の排ガス浄化触媒は、排ガス中のＰＭと接触させることにより、ＰＭを燃焼させることを特徴とする排ガス浄化触媒である。
【００２２】
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。
【００２３】
本発明の請求項５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基材上に担持したことを特徴とする排ガス浄化フィルタである。
【００２４】
これにより、上記の排ガス浄化触媒を担持した排ガス浄化フィルタとなるので、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、原子または分子レベルでの触媒金属飛散を低減させた排ガス浄化フィルタを得ることができる。
【００２５】
また、ここに示す基材とは、三次元構造を有するものであり、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、ＰＭを効率良く酸化燃焼するためには、触媒を担持する面積を増やす必要があるので、表面積の大きなハニカム構造体などを用いることが好ましい。
【００２６】
本発明の請求項６に記載の排ガス浄化フィルタは、基材が耐熱性を有するセラミックまたは金属であることを特徴とする排ガス浄化フィルタである。
【００２７】
これにより、長期に渡って排ガスに暴露されることになる排ガス浄化フィルタの耐熱性が確保できる。
【００２８】
また、排ガス温度が６００℃を超える場合もあるので、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、炭化珪素など、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。
【００２９】
本発明の請求項７に記載の排ガス浄化フィルタは、基材がディーゼルパティキュレートフィルタであることを特徴とする排ガス浄化フィルタである。
【００３０】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと記す）はＰＭ捕集効率が優れているため、排ガス中に含まれる粒子径の小さなＰＭまでも捕集することができ、排ガスを浄化することができる。
【００３１】
また、ＤＰＦは非常に大きな表面積を有しているため、触媒担持量を増やすことができ、ＰＭを効率良く酸化燃焼することができる。
【００３２】
本発明の請求項８に記載の排ガス浄化装置は、上記排ガス浄化フィルタを搭載したことを特徴とする排ガス浄化装置である。
【００３３】
上記の排ガス浄化フィルタを搭載することにより、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、原子または分子レベルでの触媒金属飛散を低減させた排ガス浄化装置を得ることができる。
【００３４】
本発明の請求項９に記載の排ガス浄化装置は、貴金属元素を含む排ガス酸化フィルタを、排ガス浄化フィルタの前段に配置したことを特徴とする排ガス浄化装置である。
【００３５】
貴金属元素を含む排ガス酸化フィルタを配置することにより、排ガスに含まれる一酸化炭素（以下ＣＯと記す）や炭化水素類（以下ＨＣと記す）などを二酸化炭素（以下ＣＯ２と記す）へ、一酸化窒素（以下ＮＯと記す）を二酸化窒素（以下ＮＯ２と記す）へと酸化することができる。
【００３６】
また、排ガス酸化フィルタを排ガス浄化フィルタの前段に配置することにより、排ガス酸化フィルタが排ガスに含まれるＣＯやＨＣなどをＣＯ２へと酸化することにより酸化熱が発生し、後段の排ガス浄化フィルタへ流入する排ガス温度が上昇するため、排ガス浄化フィルタに堆積したＰＭがより燃焼しやすくなるという効果を奏する。
【００３７】
また、排ガス酸化フィルタの作用により生成したＮＯ２はＰＭに対して高い酸化力を有するため、排ガス浄化フィルタに堆積したＰＭがより燃焼しやすくなるという効果を奏する。
【００３８】
本発明の請求項１０に記載の排ガス浄化装置は、貴金属元素が白金、パラジウム、ロジウムからから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含むことを特徴とする排ガス浄化装置である。
【００３９】
これにより、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯなどのガス成分を効率良く酸化することができる。
【００４０】
また、貴金属元素はアルミナ、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。アルミナなどに貴金属を担持することにより、貴金属の劣化を抑制し、また、貴金属を高分散に担持することができるという効果を得ることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
（実施の形態１）
本発明に記載の排ガス浄化触媒について図１を参照しながら説明する。
【００４３】
硫酸セシウム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、アルカリ金属化合物を担持した無機酸化物としての硫酸セシウム担持チタニア１を得た（第１成分）。
【００４４】
次に、硫酸銅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、銅化合物を担持した無機酸化物としての酸化銅担持チタニア２を得た（第２成分）。または、酸化銅とチタニアとを攪拌混合した後、乾燥、次いで、焼成することにより、酸化銅担持チタニア２を得る方法でも構わない。
【００４５】
次に、酸化硫酸バナジウム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、バナジウム化合物を担持した無機酸化物としての五酸化バナジウム担持チタニア３を得た（第３成分）。または、五酸化バナジウムとチタニアとを攪拌混合した後、乾燥、次いで、焼成することにより、五酸化バナジウム担持チタニア３を得る方法でも構わない。
【００４６】
次に、硫酸セシウム担持チタニア１、酸化銅担持チタニア２、および、五酸化バナジウム担持チタニア３を水に加え、乾燥、次いで、焼成することにより、排ガス浄化触媒４を得た。
【００４７】
これにより、硫酸セシウムはＰＭに対して高い燃焼活性を有するため、ＰＭを効率良く酸化燃焼することができる触媒となるだけでなく、硫酸セシウム、酸化銅、および、五酸化バナジウムをチタニアに固定化することができるので、これら触媒金属の飛散を低減させた排ガス浄化触媒となる。
【００４８】
また、排ガス浄化触媒４は比表面積の大きなチタニアを触媒担体としているため排ガス浄化触媒の表面積が増大し、ＰＭとの接触確率が向上するため、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、チタニアは耐熱性が高いため、長期間高温排ガスに暴露されても安定した状態を維持できる。
【００４９】
（実施の形態２）
本発明に記載の排ガス浄化フィルタについて図２を参照しながら説明する。
【００５０】
実施の形態１に記載の排ガス浄化触媒４を分散させた液に、基材としての炭化珪素製ＤＰＦを含浸し、余剰液を除去した後、乾燥、次いで焼成することにより、排ガス浄化フィルタ５を得た。
【００５１】
基材にＤＰＦを用いた排ガス浄化フィルタ５は、ＤＰＦが非常に大きな表面積を有しているため、触媒担持量を増やすことができ、ＰＭを効率良く酸化燃焼することができる。
【００５２】
また、上記排ガス浄化触媒４を担持しているので、触媒金属の飛散を低減させた排ガス浄化フィルタとなる。
【００５３】
また、炭化珪素は耐熱性が高いため長期間高温排ガスに暴露されても排ガス浄化触媒４が安定化した状態を維持できるようになる。
【００５４】
（実施の形態３）
本発明に記載の排ガス浄化装置について図３を参照しながら説明する。
【００５５】
図３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４が担持された炭化珪素製の排ガス浄化フィルタ５と、排ガス浄化フィルタ５の前段に、フロースルーのハニカム構造をした白金担持コージェライト製の排ガス酸化フィルタ７とが設けられている。
【００５６】
ディーゼルエンジンから排出された排ガス中のＰＭ８は排ガス浄化フィルタ５で捕集され、それと同時に排ガス浄化フィルタ５に担持された排ガス浄化触媒４と接触する。捕集されて排ガス浄化触媒４と接触したＰＭ８は、酸化されてＣＯ２となって排出される。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５はＰＭ８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。
【００５７】
また、排ガス浄化フィルタ５の前段に、白金担持コージェライト製の排ガス酸化フィルタ７を配置することにより、排ガス酸化フィルタ７が排ガスに含まれるＣＯやＨＣなどをＣＯ２へと酸化することにより酸化熱が発生し、後段の排ガス浄化フィルタへ流入する排ガス温度が上昇するため、排ガス浄化フィルタに堆積したＰＭ８がより燃焼しやすくなる。
【００５８】
さらに、排ガス酸化フィルタ７の作用により生成したＮＯ２はＰＭ８に対して高い酸化力を有するため、排ガス浄化フィルタ５に堆積したＰＭ８がより燃焼しやすくなる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明にかかる排ガス浄化触媒は、触媒金属化合物、または、触媒金属化合物を担持した無機酸化物からなる排ガス浄化触媒とすることにより、触媒金属を固定化することができるため、原子または分子レベルでの触媒金属飛散を低減できる排ガス浄化触媒として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  硫酸セシウム担持チタニア
２  酸化銅担持チタニア
３  五酸化バナジウム担持チタニア
４  排ガス浄化触媒
５  排ガス浄化フィルタ
６  フィルタケース
７  排ガス酸化フィルタ
８  ＰＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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