(57)【要約】【課題】ＤＰＦ表面における触媒の被覆率が高いにも関わらず圧損を抑制でき、高いＰＭ浄化性能が得られる排気浄化フィルタを提供すること。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉して浄化する排気浄化フィルタであって、多孔質のフィルタ基材と、前記フィルタ基材上に担持され、前記粒子状物質を酸化浄化する触媒と、を備え、前記触媒は、Ｃｅを含有するＣｅ含有酸化物と、当該Ｃｅ含有酸化物に担持されたＡｇと、を有し、前記触媒の担持量は、５０ｇ／Ｌ以下であり、前記フィルタ基材の表面のうち細孔部分を除いた部分が前記触媒で覆われている割合である被覆率は、３７％以上であることを特徴とする排気浄化フィルタである。【選択図】図９
2015077532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉して浄化する排気浄化フィルタであって、
多孔質のフィルタ基材と、
前記フィルタ基材上に担持され、前記粒子状物質を酸化浄化する触媒と、を備え、
前記触媒は、Ｃｅを含有するＣｅ含有酸化物と、当該Ｃｅ含有酸化物に担持されたＡｇと、を有し、
前記触媒の担持量は、５０ｇ／Ｌ以下であり、
前記フィルタ基材の表面のうち細孔部分を除いた部分が前記触媒で覆われている割合である被覆率は、３７％以上であることを特徴とする排気浄化フィルタ。
【請求項２】
前記触媒の担持量は、４０ｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化フィルタ。
【請求項３】
前記触媒の担持量は、２５ｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化フィルタに関する。詳しくは、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕捉して浄化する排気浄化フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載される内燃機関、特に圧縮着火式内燃機関においては、排出される排気中に多量の粒子状物質が含まれることが知られている。この粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、以下「ＰＭ」という。）は、人体に有害であり、エミッション規制対象物質である。そのため、通常、ＰＭを捕捉する排気浄化フィルタとしてのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）が内燃機関の排気通路に設けられている。
【０００３】
上記ＤＰＦでは、捕捉されたＰＭが次第に堆積する。すると、ＤＰＦの上流側と下流側との間で差圧が生じ、出力の低下や燃費の悪化を招く。そのため、上記ＤＰＦには、ＰＭがある程度堆積した段階で、堆積したＰＭを燃焼除去するための触媒が担持されるのが一般的である。
【０００４】
上記触媒としては、ＰＭに対して特に優れた浄化活性を示すＡｇ系触媒が知られている。Ａｇ系触媒としては、例えばＣｅを含有するＣｅ含有酸化物にＡｇを担持してなる触媒が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。これらの触媒によれば、低温でＰＭを燃焼除去できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５０９２２８１号公報
【特許文献２】特許第４６７８５９６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４３３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでＡｇ系触媒は、活性酸素を放出することでＰＭを燃焼するため、ＡｇとＰＭの接触性がＰＭ浄化性能に大きく影響を及ぼす特性を有する。そのため従来の触媒では、ＤＰＦに触媒を担持させる際に触媒が凝集すると、ＡｇとＰＭの接触性が低下し、十分なＰＭ浄化性能が得られないという課題がある。また、従来の触媒では、ＤＰＦに触媒を担持することで、圧損が増加するという課題がある。特に、ＰＭ浄化性能を向上させるべく、ＤＰＦに対する触媒の担持量（Ｗ／Ｃ量）を増加させて、ＤＰＦ表面における触媒の被覆率を高めようとすると、上記課題が顕著に生じる。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＰＦ表面における触媒の被覆率が高いにも関わらず圧損を抑制でき、高いＰＭ浄化性能が得られる排気浄化フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉して浄化する排気浄化フィルタであって、多孔質のフィルタ基材と、前記フィルタ基材上に担持され、前記粒子状物質を酸化浄化する触媒と、を備え、前記触媒は、Ｃｅを含有するＣｅ含有酸化物と、当該Ｃｅ含有酸化物に担持されたＡｇと、を有し、前記触媒の担持量は、５０ｇ／Ｌ以下であり、前記フィルタ基材の表面のうち細孔部分を除いた部分が前記触媒で覆われている割合である被覆率は、３７％以上であることを特徴とする排気浄化フィルタを提供する。
【０００９】
本発明では、粒子状物質を酸化浄化する触媒を、Ｃｅ含有酸化物にＡｇを担持してなるＡｇ系触媒により形成する。また、フィルタ基材に対する触媒の担持量を５０ｇ／Ｌ以下とするとともに、フィルタ基材の表面における触媒の被覆率を３７％以上とする。これにより、フィルタ基材に対する触媒の担持量を低く抑えて圧損を抑制しつつ、フィルタ基材の表面における触媒の被覆率を高めることができる。従って、本発明によれば、従来よりも高いＰＭ浄化性能が得られる。
【００１０】
前記触媒の担持量は、４０ｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
【００１１】
この発明では、触媒の担持量を、４０ｇ／Ｌ以下とする。この発明によれば、より圧損を低減でき、上述の効果がより確実に発揮される。
【００１２】
前記触媒の担持量は、２５ｇ／Ｌ以上であることが好ましい。
【００１３】
この発明では、触媒の担持量を、２５ｇ／Ｌ以上とする。この発明によれば、より被覆率を高めることができ、上述の効果がより確実に発揮される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＤＰＦ表面における触媒の被覆率が高いにも関わらず圧損を抑制でき、高いＰＭ浄化性能が得られる排気浄化フィルタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＰＭが堆積した本発明の一実施形態に係る排気浄化フィルタのセル内表面のＳＥＭ画像である。
【図２】ＰＭが堆積した上記実施形態に係る排気浄化フィルタの再生途中の状態を示すＳＥＭ画像である。
【図３】Ａｇ系触媒のＰＭ燃焼メカニズムを示す模式図である。
【図４】触媒とＰＭの接触性が高いと場合と低い場合におけるＡｇ系触媒とＰｔ系触媒のＰＭ燃焼ピーク温度を示す図である。
【図５】Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦにＰＭを捕捉させたときの断面ＳＥＭ画像である。
【図６】Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦ表面のＳＥＭ画像である。
【図７】Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦの断面模式図である。
【図８】スラリー中に官能基を有する有機酸からなる分散剤を添加して調製した上記実施形態に係るＡｇ系触媒粒子の模式図である。
【図９】上記実施形態に係る排気浄化フィルタとＡｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦの断面模式図及びＡｇ系触媒粒子の模式図である。
【図１０】実施例及び比較例における触媒の担持量と圧損との関係を示す図である。
【図１１】実施例及び比較例における触媒の担持量と被覆率との関係を示す図である。
【図１２】実施例及び比較例における触媒の被覆率とＴ９０との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳しく説明する。
本発明の第一実施形態に係る排気浄化フィルタは、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関の排気中のＰＭを捕捉して浄化する。本実施形態に係る排気浄化フィルタは、フィルタ基材としてのＤＰＦと、ＤＰＦ上に担持されたＡｇ系触媒と、を備える。
【００１７】
本実施形態のＤＰＦは、三次元網目構造を有し、炭化珪素やコージェライト等の多孔質材料から形成される。また、ＰＭ捕集能を有する発泡金属や発泡セラミックス又は金属やセラミックス繊維を重ね合わせた不織布、ウォールフロータイプのフィルタ等、如何なる形態でも使用可能である。これらのうち、ウォールフロータイプのハニカム構造のフィルタが、ＰＭ捕集効率及び触媒とＰＭの接触性の観点から好ましく用いられる。
【００１８】
本実施形態のＤＰＦは、触媒とＰＭの接触面積を大きくできる観点から、セル形状が４〜８角形のうちのいずれかであることが好ましい。また、同様の観点から、セル数が１平方インチあたり２００〜４００セルであることが好ましい。セル数が２００セル未満であると、触媒とＰＭの接触面積を十分確保できず、４００セルを超えると、セルにＰＭが目詰まりして圧損の上昇に繋がる。
【００１９】
Ａｇ系触媒は、活性種である触媒金属としてＡｇを含有する。Ａｇ系触媒は、現状、ＰＭの燃焼に最も有効な触媒であり、Ｐｔ等の他の貴金属系触媒よりも低温でＰＭを燃焼できる。例えば、ＰＭとの接触性が良好であれば、２００℃以下からＰＭを着火させることができ、４００℃でＰＭの燃焼を完了させることができる。
【００２０】
Ａｇ系触媒では、表面近傍のＡｇは、酸化雰囲気下ではＡｇ２Ｏとして存在し、還元雰囲気下ではＡｇメタルとして存在する。そして、Ａｇ２Ｏは、酸素脱離エネルギーが最も小さく、ＰＭの燃焼に対して最も有効な化合物であり、低温下で効率良くＰＭを燃焼除去できる。なお、後述する酸素放出能を有するＣｅ含有酸化物から、表面付近のＡｇメタルに酸素が供給されることで、Ａｇメタルは活性種であるＡｇ２Ｏに変換される。
【００２１】
本実施形態のＡｇ系触媒は、Ａｇを担持する触媒担体として、Ｃｅを含有するＣｅ含有酸化物が用いられる。Ｃｅ含有酸化物は、酸素放出材として機能することが知られている。Ｃｅ含有酸化物としては、ＣｅＯ２、ＣｅＺｒＯ２、ＣｅＰｒＬａＳｉＯ２が好ましく使用される。これにより、酸素放出能を有するＣｅ含有酸化物から放出される酸素によって、上記Ａｇ２Ｏの安定性が確保される。
【００２２】
Ｃｅ含有酸化物としては、ペロブスカイト型、スピネル型、ルチル型、デラフォサイト型、マグネトプランバイト型、イルメナイト型、及びフルオライト型からなる群より選択される少なくとも１種を用いることができる。これらの中でも、酸素放出能の観点から、フルオライト型の複合酸化物が好ましく用いられる。
また、複合酸化物は、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素、第１２族元素、及び第１３族元素からなる群より選択される少なくとも２種以上を構成元素として含むことにより、構成元素の価数を変化させて酸素の吸収及び放出を行うものが好ましい。
また、複合酸化物が酸素放出能を有するために、多原子価を持つ元素が少なくとも１種含まれていることが好ましい。具体的には、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ等の遷移金属元素が少なくとも１種含まれていることが好ましい。酸素放出は、複合酸化物を構成する元素の価数の変化に応じて、電荷のバランスを保つために複合酸化物の格子中の酸素が脱離する現象である。このため、Ａｇとの組合せによる酸素放出能の観点から、上記遷移金属元素のうち、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｌａ、及びＹが特に好ましい。
【００２３】
また、本実施形態のＡｇ系触媒は、Ｒｕ、Ｐｄ、及びＰｔからなる群より選択される少なくとも１種の貴金属を、Ａｇとともに上記触媒担体に共担持するものであってもよい。例えば、ＡｇとともにＰｄを共担持させることで、Ａｇの凝集が抑制される。
【００２４】
なお、本実施形態では、Ａｇ系触媒中のＡｇの含有量は、１５質量％〜３０質量％であることが好ましい。
【００２５】
次に、Ａｇ系触媒のＰＭ燃焼メカニズムについて、詳しく説明する。
図１は、ＰＭが堆積した本実施形態に係る排気浄化フィルタのセル内表面のＳＥＭ画像である。図１に示すように、ＰＭを捕捉すると、排気浄化フィルタのセル内表面には、例えば６５μｍ〜７０μｍの厚みを有するＰＭケーキ層（図１では単にＰＭ層と表記）が形成される。
【００２６】
図２は、ＰＭが堆積した本実施形態に係る排気浄化フィルタの再生途中の状態を示すＳＥＭ画像である。図２に示すように、ＤＰＦ表面に堆積していたＰＭケーキ層のうち、ＤＰＦ表面側が燃焼除去されて大きな空隙が形成され、その結果、薄膜のＰＭケーキ層が浮いた状態で残存している。このようにＡｇ系触媒では、ＰＭと接触している部分から燃焼除去されて浄化されることが分かる。
【００２７】
図３は、Ａｇ系触媒のＰＭ燃焼メカニズムを示す模式図である。図３に示すように、Ａｇ系触媒では、表面近傍のＡｇは、酸素放出能を有するＣｅＺｒＯ２等のＣｅ含有酸化物から酸素が供給されることで、ＡｇメタルからＡｇ２Ｏに変換される。上述したように、Ａｇ２Ｏは、酸素脱離エネルギーが最も小さく、ＰＭの燃焼に対して最も優れた活性種である。このＡｇ２Ｏは、ＰＭと反応することによりＡｇメタルに戻るものの、直ちにＣｅ含有酸化物からの酸素がＡｇメタルに供給される結果、常に表面付近のＡｇは、Ａｇ２Ｏの状態で存在する。これにより、このＡｇ系触媒は、表面付近に存在する活性種Ａｇ２Ｏの作用によって、低温下で効率良くＰＭを燃焼除去できるようになっている。
【００２８】
また、Ａｇ系触媒は、表面近傍のＡｇ２Ｏが活性酸素を放出することでＰＭを燃焼するため、ＡｇとＰＭの接触性がＰＭ浄化性能に大きく影響を及ぼす特性を有する。即ち、図３に示すように、Ａｇ系触媒では、ＰＭ粒子は触媒との接点から着火して燃焼が開始される。そして、その燃焼がＰＭの網目構造を伝播して燃え広がり、伝播が終了するとＰＭの燃焼も終了する。従って、Ａｇ系触媒では、触媒と接触するＰＭ粒子数が多いほど、高いＰＭ浄化性能が得られる。
【００２９】
ここで、図４は、触媒とＰＭの接触性が高いと場合と低い場合におけるＡｇ系触媒とＰｔ系触媒のＰＭ燃焼ピーク温度を示す図である。
図４に示すように、従来一般的なＰｔ系触媒では、触媒上にＰＭケーキ層が形成されて触媒とＰＭの接触性が低い場合と、触媒中にＰＭが入り込んで触媒とＰＭの接触性が高い場合とでは、ＰＭ燃焼ピーク温度に有意差は認められない。これに対してＡｇ系触媒では、触媒とＰＭの接触性が高い場合には、低い場合と比べると約１５０℃ほどＰＭ燃焼ピーク温度が低下している。この結果から明らかであるように、Ａｇ系触媒は、従来一般的なＰｔ系触媒と異なり、ＰＭ浄化性能を向上させるためには触媒とＰＭの接触性を向上させる必要があると言える。
【００３０】
次に、本実施形態に係る排気浄化フィルタと、Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦとの相違について説明する。
図５は、Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦにＰＭを捕捉させたときの断面ＳＥＭ画像である。図６は、Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦ表面のＳＥＭ画像である。
図５に示すように、Ａｇ系触媒は、細孔内に凝集して偏在しているのに対して、ＰＭはＤＰＦの表面と細孔内表面に堆積して捕捉される。また、図６に示すように、ＤＰＦ表面には、粒子径が０．１μｍ以下の非常に小さい触媒粒子が疎に分散しており、ＤＰＦ表面における触媒の被覆率は８％と低い。これらのことから、従来のＤＰＦでは、触媒とＰＭの接触性が低く、良好なＰＭ浄化性能が得られないことが分かる。
【００３１】
Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦについて、さらに詳しく説明する。
図７は、Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦの断面模式図である。図７に示すように、ＤＰＦ表面は、平坦ではなく微細な凹凸状となっている。そのため、ＤＰＦ表面上にある粒径の小さい触媒粒子は、凝集した後にＤＰＦ表面から細孔内に滑り落ちる結果、細孔内に偏在していると考えられる。またこれにより、ＤＰＦ表面には、粒径の小さい触媒粒子が少量しか存在しておらず、触媒の被覆率が低いと考えられる。従って、図７に示すように、Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦでは、ＰＭとの接点が少ないため、触媒とＰＭの接触性が低いと考えられる。
【００３２】
そこで、本実施形態に係る排気浄化フィルタは、Ａｇ系触媒の担持量を５０ｇ／Ｌ以下に低く抑えつつ、Ａｇ系触媒の被覆率を３７％以上と高く設定していることを特徴としている。ＤＰＦに対するＡｇ系触媒の担持量の上限は、より好ましくは４０ｇ／Ｌ以下である。また、ＤＰＦに対するＡｇ系触媒の担持量の下限は、より好ましくは２５ｇ／Ｌ以上である。
【００３３】
Ａｇ系触媒の担持量を５０ｇ／Ｌ以下とすることで、圧損を抑制でき、ＰＭ浄化性能を向上できる。これは、Ａｇ系触媒の被覆率が上記範囲内であるときに、Ａｇ系触媒の担持量が５０ｇ／Ｌを超えると、Ａｇ系触媒がＤＰＦの細孔内に偏在せざるを得ず、細孔が完全に塞がれる部分が生じるためである。即ち、塞がれた細孔には排気が流れ難くなるため、圧損が増大するとともに、堆積したＰＭに酸素が供給されなくなる結果、ＰＭ浄化性能が低下するためである。
なお、Ａｇ系触媒の担持量を４０ｇ／Ｌ以下とすることで、上記効果はより顕著に発揮される。一方、Ａｇ系触媒の担持量を２５ｇ／Ｌ以上とすることで、被覆率を高くできる。
また、Ａｇ系触媒の被覆率を３７％以上とすることで、Ａｇ系触媒とＰＭの接触性を向上でき、ＰＭ浄化性能を向上できる。
【００３４】
本実施形態におけるＡｇ系触媒の被覆率とは、フィルタ基材の表面のうち細孔部分を除いた部分がＡｇ系触媒で覆われている割合を意味する。具体的には、本実施形態に係る被覆率は、次のようにして算出される。
先ず、触媒を担持したＤＰＦの任意の表面３箇所について、５００倍でＳＥＭ観察を実施する。ＳＥＭとしては市販のものを用いることができ、例えば日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ「Ｓ４３００」を用いることができる。
次いで、得られた３つのＳＥＭ画像それぞれについて、画像処理ソフトにより、コントラスト調整及びメディアン処理（局所領域の輝度の平準化）を行うとともに、細孔と触媒とこれら以外を色分けする。次いで、色分けした細孔及び触媒の面積と、ＤＰＦ表面全体の面積を画像処理ソフトにより算出する。そして、下記数式（１）により被覆率を求め、平均することで被覆率を算出する。
［数１］
被覆率（％）＝触媒の面積／（ＤＰＦ表面全体の面積−細孔の面積）×１００
・・・（１）
【００３５】
次に、本実施形態に係る排気浄化フィルタの製造方法について説明する。
本実施形態に係る排気浄化フィルタでは、ディッピング法の他、クエン酸等を用いた微細発泡法が好ましく採用される。
ディッピング法では、例えば、Ａｇ系触媒の構成材料を所定量含むスラリーを湿式粉砕等により作製し、作製したスラリー中にＤＰＦを浸漬させた後、ＤＰＦを引き上げて所定の温度条件で焼成を行うことにより、ＤＰＦにＡｇ系触媒を担持させることができる。
また、微細発泡法では、上記のようにして作製したスラリー中に、クエン酸等の有機酸を添加することにより、焼成時に触媒粒子を発泡させ、分散させる。これにより、触媒粒子がＤＰＦ全体に分散担持され、ＤＰＦ表面にＡｇ系触媒を均一に担持させることができる。
【００３６】
また本実施形態では、Ａｇ系触媒の担持量と被覆率を上記範囲内に調整するために、上述の排気浄化フィルタの製造方法において、Ａｇ系触媒をＤＰＦに担持する際にＡｇ系触媒が凝集するのを抑制する凝集抑制工程を設ける。
本実施形態の凝集抑制工程では、Ａｇ系触媒の構成材料を所定量含むスラリー中に、所定量の分散剤を添加する。分散剤の種類としては、官能基を有する有機酸や、Ａｇ系触媒粒子の凝集抑制が可能な無機分散剤が挙げられる。具体的な分散剤としては、クエン酸、シュウ酸、リンゴ酸、酢酸等が挙げられる。
【００３７】
スラリー中における分散剤の含有量は、４質量％〜４１質量％であることが好ましい。スラリー中における分散剤の含有量が４質量％未満であると、Ａｇ系触媒をＤＰＦに担持する際にＡｇ系触媒が凝集し、４１質量％を超えてもそれ以上の凝集抑制効果は得られず、コストが増加する。
【００３８】
ここで、図８は、スラリー中に官能基を有する有機酸からなる分散剤を添加して調製した本実施形態に係るＡｇ系触媒粒子の模式図である。図８に示すように、本実施形態に係るＡｇ系触媒粒子は、Ｃｅ含有酸化物にＡｇとともに分散剤が担持される。また、Ｃｅ含有酸化物に担持された分散剤は、その官能基（図８ではカルボキシル基を例示）が外側に配向している。これにより、本実施形態に係るＡｇ系触媒粒子は、触媒粒子同士の反発力が大きいため、凝集することなく安定化し、良好な分散性が得られる。
【００３９】
また、図９は、本実施形態に係る排気浄化フィルタとＡｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦの断面模式図及びＡｇ系触媒粒子の模式図である。
上述したように、Ａｇ系触媒が担持された従来のＤＰＦでは、触媒粒子がＤＰＦの細孔内に偏在し、ＤＰＦ表面には少量の触媒粒子しか存在していない。これは、図９に示すように、触媒粒子同士の反発力が小さく、分子間力が反発力よりも大きい結果、触媒粒子が凝集するためである。
【００４０】
これに対して、本実施形態に係る排気浄化フィルタでは、図９に示すように、触媒粒子がＤＰＦの細孔内にはほとんど存在せず、ＤＰＦ表面に均一に存在している。即ち、本実施形態では、触媒粒子がＤＰＦ表面を均一に被覆しており、高い被覆率を有する。これは、触媒粒子の外側に配向した分散剤の官能基の作用により、触媒粒子同士の反発力が分子間力よりも大きい結果、触媒粒子の凝集が抑制されるためである。
【００４１】
以上より、本実施形態によれば以下の効果が奏される。
本実施形態では、ＰＭを酸化浄化する触媒を、Ｃｅ含有酸化物にＡｇを担持してなるＡｇ系触媒により形成した。また、ＤＰＦに対するＡｇ系触媒の担持量を５０ｇ／Ｌ以下とするとともに、ＤＰＦの表面におけるＡｇ系触媒の被覆率を３７％以上とした。これにより、ＤＰＦに対するＡｇ系触媒の担持量を低く抑えて圧損を抑制しつつ、ＤＰＦの表面におけるＡｇ系触媒の被覆率を高めることができる。従って、本実施形態によれば、従来よりも高いＰＭ浄化性能が得られる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば上記実施形態では、Ａｇ系触媒の担持量と被覆率を上記範囲内に調整する手段として凝集抑制工程を設け、スラリー中に分散剤を添加したがこれに限定されない。例えば、凝集抑制工程としてスラリーのｐＨを調整することで、Ａｇ系触媒の凝集を抑制してもよい。
また、凝集抑制工程の代わりにスラリー中に増粘材を添加し、スラリーの粘度を増加させることで、スラリーをＤＰＦ表面に均一にコートできるようにしてもよい。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４４】
［実施例１〜３、比較例１〜２］
Ａｇ系触媒を、表１に示す割合で、以下の手順により調製した。
先ず、ナスフラスコに、１１００℃×２時間焼成したＣｅＰｒＬａＳｉＯ２、硝酸Ａｇ、硝酸Ｐｄを所定量入れた後、エバポレーターにおいて減圧下で乾燥させた。その後、さらに電気炉で乾燥させた後、７００℃×２時間焼成した。
次いで、水系媒体、Ｓｉゾルを触媒に対して５質量％添加した後、ボールミルにて混合してスラリー化し、分散剤としてのクエン酸を、スラリー全体に対して４１質量％となるように混合した。
次いで、ディッピング法にてＤＰＦに、表１に示す担持量でＡｇ系触媒を担持させた。その後、７００℃×２時間焼成することで、Ａｇ系触媒付きＤＰＦを得た。
なお、ＤＰＦとしては、ＮＧＫ製のハニカム構造体（内径２５．４（φ１インチ）ｍｍ、壁厚１２ミル、セル数３００、材質ＳｉＣ、容量１５ｃｃ）を用いた。
【００４５】
［被覆率］
実施例及び比較例で得たＡｇ系触媒付きＤＰＦのそれぞれについて、任意の表面３箇所を５００倍でＳＥＭ観察した。ＳＥＭは、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ「Ｓ４３００」を用いた。
次いで、得られた３つのＳＥＭ画像それぞれについて、画像処理ソフトにより、コントラスト調整及びメディアン処理（局所領域の輝度の平準化）を行うとともに、細孔と触媒とこれら以外を色分けした。次いで、色分けした細孔及び触媒の面積と、ＤＰＦ表面全体の面積を画像処理ソフトにより算出した。そして、上記数式（１）により被覆率を求め、平均することで被覆率を算出した。結果を表１に示した。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
［ＰＭ浄化性能］
先ず、実施例及び比較例で得た各Ａｇ系触媒付きＤＰＦに、実機エンジンの排気を導入することで、６．５ｇ／ＬのＰＭを捕捉させた。次いで、ＰＭを捕捉した各Ａｇ系触媒付きＤＰＦを、窒素雰囲気中で上流側の温度が６００℃となるまで昇温して安定化させた。次いで、そこに排気モデルガス（Ｏ２＝３％、ＮＯ＝７５ｐｐｍ、Ｎ２バランスガス、ＳＶ＝１０万／時）を一気に導入することで、捕捉されているＰＭを燃焼除去した。そして、このときのＣＯとＣＯ２の排出量を指標として、ＰＭの９０％が燃焼除去されるまでの時間Ｔ９０を求めた。
【００４８】
［圧損］
各実施例及び比較例について、上述のＰＭ浄化性能の評価を実施する際に、排気モデルガスを流通させたときの圧損を測定した。
【００４９】
［評価結果］
図１０は、各実施例及び比較例における触媒の担持量と圧損との関係を示す図である。図１０に示すように、触媒の担持量が５０ｇ／Ｌ（実施例３）を超えると、圧損が急激に増加することが分かった。また、触媒の担持量が４０ｇ／Ｌ（実施例２）を超えたあたりから、圧損が徐々に増加していることが分かった。
【００５０】
図１１は、各実施例及び比較例における触媒の担持量と被覆率との関係を示す図である。図１１に示すように、触媒の担持量を増加すると被覆率も高くなることが分かった。その一方で、比較例２のように触媒の担持量が５０ｇ／Ｌを超えると、被覆率は飽和してそれ以上の向上は認められないことが分かった。
【００５１】
図１２は、各実施例及び比較例における触媒の被覆率とＴ９０との関係を示す図である。図１２に示すように、被覆率が３７％以上である実施例１〜３は、被覆率が３７％より小さい比較例１と比べて、Ｔ９０の値が小さく、高いＰＭ浄化性能を有することが確認された。
【００５２】
以上の結果から、触媒の担持量の上限値は、５０ｇ／Ｌが好ましく、４０ｇ／Ｌがより好ましいことが確認された。また、触媒の下限値は、２５ｇ／Ｌが好ましいことが確認された。また、触媒の被覆率は、３７％以上が好ましいことが確認された。
【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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