(57)【要約】【課題】本発明は、白煙の発生を抑制するための新たな技術を提供することを課題とする。【解決手段】前記課題は、ＤＰＦ基材と、当該ＤＰＦ基材上に配置された触媒層とを含むＤＰＦ触媒であって、  前記触媒層が、担体と、当該担体に担持された触媒金属とを含み、  前記担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記担体の量（ｇ／Ｌ）との積である、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）が５〜４５０ｍ２／Ｌである、前記ＤＰＦ触媒によって解決することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＰＦ基材と、当該ＤＰＦ基材上に配置された触媒層とを含むＤＰＦ触媒であって、
前記触媒層が、担体と、当該担体に担持された触媒金属とを含み、
前記担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記担体の量（ｇ／Ｌ）との積である、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）が５〜４５０ｍ２／Ｌである、前記ＤＰＦ触媒。
【請求項２】
担体の比表面積が、１〜５０ｍ２／ｇである、請求項１に記載のＤＰＦ触媒。
【請求項３】
ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の量が、５〜１５ｇ／Ｌである、請求項１又は２に記載のＤＰＦ触媒。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＤＰＦ触媒と、ディーゼル酸化触媒とを含み、
前記ディーゼル酸化触媒が、排気ガスの流れ方向において、前記ＤＰＦ触媒の上流側に設置されている、排気ガス浄化用システム。
【請求項５】
ＤＰＦ基材と、当該ＤＰＦ基材上に配置された第１の触媒層と、当該第１の触媒層上に配置された第２の触媒層とを含むＤＰＦ触媒であって、
前記第１の触媒層が、第１の担体と、当該第１の担体に担持された第１の触媒金属とを含み、
前記第２の触媒層が、第２の担体と、当該第２の担体に担持された第２の触媒金属とを含み、
前記第１の触媒金属が、粒子状物質の燃焼を促進する機能を有する金属であり、
前記第２の触媒金属が、一酸化窒素を酸化する機能を有する金属であり、
前記第１の担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第１の担体の量（ｇ／Ｌ）との積である、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第１の担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）；及び前記第２の担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第２の担体の量（ｇ／Ｌ）との積である、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第２の担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）；の和が５〜４５０ｍ２／Ｌである、前記ＤＰＦ触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）触媒、及び排気ガス浄化用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには、粒子状物質（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害な物質が含まれている。これらの物質は大気汚染の原因となるため、排気ガスを浄化することが必要とされる。
【０００３】
特に、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスにはＰＭが多く含まれており、これを捕集するためにＤＰＦが使用されている。捕集されたＰＭはＤＰＦに堆積するため、ＰＭの堆積量が増加することによって圧力損失が上昇し、出力が低下するという問題が生じる。
【０００４】
そのため、堆積したＰＭを除去するために、ＤＰＦを高温条件に付し、ＰＭを燃焼するＤＰＦの再生が行われている。しかし、ＰＭを燃焼するためには６００℃以上の高温が必要となるため、より低温でＰＭを燃焼するために、担体に担持された白金族金属等がＤＰＦにおいて使用されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＭの捕集に使用したＤＰＦには、ディーゼル燃料に含まれる硫黄成分が付着している。ＤＰＦを再生する際に多量の硫黄成分が付着していると、硫黄成分が一度に大量に放出され、白煙を生じてしまう。白煙の発生を抑制する方法としては、一般的に排気ガス浄化システムの制御が行われているが、この方法は燃費の悪化を引き起こすという問題を生じる。
そのため、本発明は白煙の発生を抑制するための新たな技術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】
【０００７】
本発明者らが鋭意検討した結果、白煙の原因となる硫黄成分はＤＰＦにおける担体に付着しており、当該担体の比表面積及び量を調節することによって、硫黄成分の付着量を低減できることを見出した。
すなわち、本発明は以下を包含する。
【０００８】
［１］ＤＰＦ基材と、当該ＤＰＦ基材上に配置された触媒層とを含むＤＰＦ触媒であって、
前記触媒層が、担体と、当該担体に担持された触媒金属とを含み、
前記担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記担体の量（ｇ／Ｌ）との積である、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）が５〜４５０ｍ２／Ｌである、前記ＤＰＦ触媒。
［２］担体の比表面積が、１〜５０ｍ２／ｇである、［１］に記載のＤＰＦ触媒。
［３］ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の量が、５〜１５ｇ／Ｌである、［１］又は［２］に記載のＤＰＦ触媒。
【０００９】
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載のＤＰＦ触媒と、ディーゼル酸化触媒とを含み、
前記ディーゼル酸化触媒が、排気ガスの流れ方向において、前記ＤＰＦ触媒の上流側に設置されている、排気ガス浄化用システム。
【００１０】
［５］ＤＰＦ基材と、当該ＤＰＦ基材上に配置された第１の触媒層と、当該第１の触媒層上に配置された第２の触媒層とを含むＤＰＦ触媒であって、
前記第１の触媒層が、第１の担体と、当該第１の担体に担持された第１の触媒金属とを含み、
前記第２の触媒層が、第２の担体と、当該第２の担体に担持された第２の触媒金属とを含み、
前記第１の触媒金属が、粒子状物質の燃焼を促進する機能を有する金属であり、
前記第２の触媒金属が、一酸化窒素を酸化する機能を有する金属であり、
前記第１の担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第１の担体の量（ｇ／Ｌ）との積である、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第１の担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）；及び前記第２の担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第２の担体の量（ｇ／Ｌ）との積である、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記第２の担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）；の和が５〜４５０ｍ２／Ｌである、前記ＤＰＦ触媒。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＤＰＦ触媒の再生時における白煙の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＤＰＦ基材の一例を示す。
【図２】ＤＰＦ触媒及びＤＯＣを含む排気ガス浄化用システムの一例を示す。
【図３】ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の合計表面積と硫黄の付着量との関係、及び硫黄の付着量と白煙の発生との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、ＤＰＦ基材と、当該ＤＰＦ基材上に配置された触媒層とを含む、ＤＰＦ触媒に関する。本発明に係るＤＰＦ触媒において、触媒層は、担体と、当該担体に担持された触媒金属とを含んでおり、前記ＤＰＦ基材の体積当たりの前記担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）は５〜４５０ｍ２／Ｌである。ここで、「ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の合計表面積」とは、担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の量（ｇ／Ｌ）との積である。
【００１４】
ディーゼル燃料に含まれる硫黄成分は、担体の比表面積が大きいほど担体に付着されやすい。また、硫黄成分は担体の量が多いほど付着されやすい。従って、担体の比表面積を小さくし、且つ担体の量を少なくして、ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の合計表面積を一定の範囲内に調節することにより、ＰＭ捕集を行う間にＤＰＦ触媒に付着する硫黄成分の量を低減することができる。その結果、ＤＰＦ触媒の再生時における硫黄成分の大量放出を抑制し、白煙の発生を回避することができる。
【００１５】
本発明に係るＤＰＦ触媒に含まれるＤＰＦ基材としては、特別なものを使用する必要はなく、ＰＭ捕集を目的として一般的に利用されているフィルター基材を使用することができる。例えば、ＤＰＦ基材として、ウォールフロー型のモノリスハニカム基材を挙げることができる（例えば、図１）。基材の材質も特に限定されず、例えば、セラミック、炭化ケイ素、金属等の基材を挙げることができる。
【００１６】
ＤＰＦ基材上には触媒層が配置されている。ここで、ＤＰＦ基材がウォールフロー型のモノリスハニカム基材である場合、触媒層は、当該基材における複数のセルを構成するセル壁の内部に形成されている細孔の表面上に配置されていることが好ましい。また、触媒層は、セル壁の表面上に配置されていてもよい。
【００１７】
触媒層には担体及び触媒金属が含まれている。担体の比表面積（ｍ２／ｇ）は、硫黄成分の付着量に大きな影響を与えるため、一定の範囲内に調節することが好ましい。担体の比表面積が小さいほど硫黄成分が付着しにくいため、担体の比表面積を、例えば、１〜５０ｍ２／ｇとすることが好ましく、１〜３０ｍ２／ｇとすることがより好ましく、１〜１５ｍ２／ｇとすることが特に好ましい。担体の比表面積をこのような範囲とすることにより、硫黄成分の付着を低減すると共に、触媒金属を分散させて担持することができる。これにより、触媒金属のシンタリングを抑制し、触媒活性の低下を防止することができる。
【００１８】
なお、本明細書における「担体の比表面積」は、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所製、ＬＡ−９２０）により測定したものである。
【００１９】
また、ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の量（ｇ／Ｌ）も、硫黄成分の付着量に大きな影響を与えるため、一定の範囲内に調節することが好ましい。ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の量が小さいほど硫黄成分が付着しにくいため、当該担体の量を、例えば、５〜１５ｇ／Ｌとすることが好ましく、５〜１０ｇ／Ｌとすることがより好ましい。なお、「ＤＰＦ基材の体積」とは、基材内部の空隙部（例えば、セル、セル壁の内部の細孔等）を包含した基材の体積を意味する。
【００２０】
上記の通り、ＤＰＦ触媒に付着する硫黄成分の量は、担体の比表面積（ｍ２／ｇ）と、ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の量（ｇ／Ｌ）とに依存する。そのため、これらの因子の積である、ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の合計表面積（ｍ２／Ｌ）を、一定の範囲内に調節することにより、ＤＰＦ触媒に付着する硫黄成分の量を低減することができる。従って、ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の合計表面積は、５〜４５０ｍ２／Ｌであり、好ましくは５〜２５０ｍ２／Ｌである。
【００２１】
担体の種類は硫黄成分の付着量にあまり影響を与えないため、担体の種類は特に限定されない。そのため、担体は、高温条件におけるＤＰＦ触媒の再生に耐えられるものであればよい。このような担体としては、例えば、耐熱性粒子、特に耐熱性金属粒子を挙げることができる。具体的には、アルミナ、チタニア、シリカ、セリア、ジルコニア、セリウム−ジルコニウム複合酸化物、ゼオライト等を挙げることができる。
【００２２】
担体に担持されている触媒金属の種類も硫黄成分の付着量にあまり影響を与えないため、触媒金属の種類は特に限定されない。担持する触媒金属は、目的の用途に応じて適宜選択することができる。例えば、ＰＭの燃焼を促進させる場合には、触媒金属として、白金、パラジウム、バナジウム、金、銀、鉄等を使用することができる。
【００２３】
触媒金属の量は、特に限定されないが、ＰＭの燃焼を十分に促進するために、ＤＰＦ基材の体積（１Ｌ）当たり、０．１〜２ｇであることが好ましく、０．３〜１ｇであることがより好ましい。
【００２４】
触媒層は、本発明の効果に悪影響を与えない限度において、任意の成分を更に含んでいてもよい。
【００２５】
＜排気ガス浄化用システム＞
本発明は更に、上記ＤＰＦ触媒と、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）とを含む、排気ガス浄化用システムにも関する。図２に示すように、本発明に係る排気ガス浄化用システムでは、排気管１の内部で、ＤＯＣ２が、排気ガスの流れ方向において、ＤＰＦ触媒３の上流側に設置されている。
【００２６】
ＤＯＣは排気ガス中の未燃焼ガスを酸化する機能を有する。未燃焼ガスには主にＨＣ、ＣＯ、ＮＯが含まれている。ＤＯＣは、ＨＣをＨ２Ｏ及びＣＯ２に、ＣＯをＣＯ２に、ＮＯをＮＯ２に酸化する。ＮＯ２は非常に強い酸化力を有するため、下流側に設置されたＤＰＦ触媒に堆積したＰＭの燃焼を促進することができる。
【００２７】
ＤＯＣとしては、特別なものを使用する必要はなく、排気ガスの浄化において一般的に利用されているものを使用することができる。ＤＯＣは、例えば、基材と、当該基材上に配置された触媒層とを含んでいる。
【００２８】
ＤＯＣの基材としては、特別なものを使用する必要はなく、一般的なＤＯＣにおいて利用されている基材を使用することができる。例えば、ＤＯＣの基材として、ストレートフロー型のモノリスハニカム基材を挙げることができる。基材の材質も特に限定されず、例えば、セラミック、炭化ケイ素、金属等の基材を挙げることができる。
【００２９】
ＤＯＣの基材上には触媒層が配置されている。ここで、ＤＯＣの基材がストレートフロー型のモノリスハニカム基材である場合、触媒層は、当該基材における複数のセルを構成するセル壁の表面上に配置されていることが好ましい。
【００３０】
ＤＯＣの触媒層は、担体と、当該担体に担持された触媒金属とを含む。ＤＯＣの担体としては、例えば、耐熱性粒子、特に耐熱性金属粒子を挙げることができる。具体的には、アルミナ、チタニア、シリカ、セリウム−ジルコニウム複合酸化物、セリア、ジルコニア、ゼオライト等を挙げることができる。
【００３１】
ＤＯＣの触媒金属としては、ＮＯを酸化する機能を有する金属を挙げることができる。具体的には、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム等を挙げることができる。
【００３２】
ＤＯＣの触媒金属の量は、特に限定されないが、ＮＯを十分に酸化するために、ＤＯＣの基材の体積（１Ｌ）当たり、０．５〜７ｇであることが好ましく、１〜４ｇであることがより好ましい。
【００３３】
本発明に係るＤＰＦ触媒は、ＤＯＣと一体化されていてもよい。この場合、ＤＰＦ触媒の触媒層上に、ＤＯＣの触媒層が更に配置されている。すなわち、一体化ＤＰＦ触媒は、ＤＰＦ基材と、当該ＤＰＦ基材上に配置されたＤＰＦ触媒の触媒層（「第１の触媒層」ともいう）と、当該ＤＰＦ触媒の触媒層上に配置されたＤＯＣの触媒層（「第２の触媒層」ともいう）とを含む。
【００３４】
第１の触媒層に含まれる担体及び触媒金属（それぞれ「第１の担体」及び「第１の触媒金属」ともいう）、並びに第２の触媒層に含まれる担体及び触媒金属（それぞれ「第２の担体」及び「第２の触媒金属」ともいう）の例は、上記の通りである。ＤＰＦ触媒とＤＯＣとを一体化することにより、これらを設置するために必要となる空間を小さくすることができる。
【００３５】
一体化ＤＰＦ触媒では、硫黄成分の付着量を低減するために、ＤＰＦ基材の体積当たりの第１の担体の合計表面積と、ＤＰＦ基材の体積当たりの第２の担体の合計表面積との和が５〜４５０ｍ２／Ｌであり、好ましくは５〜２５０ｍ２／Ｌである。
【００３６】
ここで、第１の担体及び第２の担体の比表面積をそれぞれ、１〜５０ｍ２／ｇとすることが好ましく、１〜３０ｍ２／ｇとすることがより好ましく、１〜１５ｍ２／ｇとすることが特に好ましい。
【００３７】
また、ＤＰＦ基材の体積当たりの第１の担体及び第２の担体の合計量を、５〜１５ｇ／Ｌとすることが好ましく、５〜１０ｇ／Ｌとすることがより好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
【００３９】
＜ＤＰＦ触媒の製造＞
［実施例１］
５０ｇの市販のＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）を、１０分間超音波を用いて５００ｍｌのイオン交換水に分散させた。分散液にジニトロアンミン白金（Ｐｔ）硝酸溶液を投入し、ＰｔをＡｌ２Ｏ３粉末表面に吸着させた。これを１５０℃で乾燥して水を除去した後、大気中５００℃で焼成した。これにより、Ａｌ２Ｏ３粉末表面にＰｔが担持されたＰｔ担持担体を得た。
【００４０】
Ｐｔ担持担体をイオン交換水に懸濁し、ボールミルを用いてＰｔ担持担体のＤ５０が２μｍとなるように調製してコーティング用スラリーを得た。
【００４１】
コーティング用スラリーにＤＰＦ基材を浸漬後、引き上げ、真空吸引して余分なスラリーを除去した。その後、１１０℃で乾燥し、４５０℃で１２０分間焼成した。これにより、ＤＰＦ基材上に触媒層が形成されたＤＰＦ触媒を得た。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＡｌ２Ｏ３の量は５ｇ／Ｌであった。
【００４２】
［実施例２］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、５０ｇの市販のＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：５ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＡｌ２Ｏ３の量は１５ｇ／Ｌであった。
【００４３】
［実施例３］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、５０ｇの市販のＣｅＺｒ粉末（比表面積：１５ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＣｅＺｒの量は１５ｇ／Ｌであった。
【００４４】
［実施例４］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、５０ｇの市販のＴｉＯ２粉末（比表面積：５０ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＴｉＯ２の量は５ｇ／Ｌであった。
【００４５】
［実施例５］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、５０ｇの市販のＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：５０ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＡｌ２Ｏ３の量は５ｇ／Ｌであった。
【００４６】
［実施例６］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、５０ｇの市販のＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：３０ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＡｌ２Ｏ３の量は１５ｇ／Ｌであった。
【００４７】
［比較例１］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、５０ｇの市販のＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：３０ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＡｌ２Ｏ３の量は３０ｇ／Ｌであった。
【００４８】
［比較例２］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、５０ｇの市販のＳｉＯ２粉末（比表面積：３０ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＳｉＯ２の量は５０ｇ／Ｌであった。
【００４９】
［比較例３］
実施例１における５０ｇのＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：１ｍ２／ｇ）の代わりに、１００ｇの市販のＡｌ２Ｏ３粉末（比表面積：３０ｍ２／ｇ）を使用した以外は、実施例１と同様にＤＰＦ触媒を製造した。
ＤＰＦ基材の体積当たりのＡｌ２Ｏ３の量は１００ｇ／Ｌであった。
【００５０】
実施例及び比較例において製造したＤＰＦ触媒の構成を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2015077578.tif 000003
【００５２】
＜ＤＰＦ触媒の評価＞
（１）硫黄付着試験
排気ガスの流れ方向における上流側から下流側に向かって順番に、飽和するまで硫黄を付着させたＤＯＣと、実施例及び比較例において製造したＤＰＦ触媒とをエンジン排出ガス流通装置に取り付けた。規定量の硫黄が含まれたエンジン排出ガスを、硫黄換算で２．５ｇ／Ｌとなるように前記装置に通過させた。その後、ＤＰＦ触媒を分解し、硫黄分析計を用いて硫黄の付着量を測定した。結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
2015077578.tif 000004
【００５４】
（２）白煙発生試験
硫黄付着試験を行ったＤＰＦ触媒を、ディーゼル内燃機関の下流側に設置した。ＤＰＦ触媒にＰＭを堆積させた後、ＤＰＦ触媒の再生を行い、白煙の発生を観察した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
2015077578.tif 000005
【００５６】
ＤＰＦ触媒の評価結果を図３に示す。図３から分かるように、ＤＰＦ基材の体積当たりの担体の合計表面積を小さくするほど、ＤＰＦ触媒に付着する硫黄の量を低減することができる。また、ＤＰＦ触媒に付着する硫黄の量を少なくすることによって、白煙の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１・・排気管、２・・ＤＯＣ、３・・ＤＰＦ触媒
【図１】
2015077578.tif 000006
【図２】
2015077578.tif 000007
【図３】
2015077578.tif 000008