(57)【要約】【課題】三次元構造体に触媒を担持させるとき、乾燥に時間がかかる、触媒担持後の三次元構造体の圧力損失が大きく上昇してしまう、触媒液中の触媒成分が移動してしまい触媒担持量に分布ができてしまうという課題があった。  そこで本発明は、触媒液が付着したハニカムフィルターの乾燥時間を短縮することができるだけでなく、微細孔が触媒に覆い塞がれていないため圧力損失の上昇が抑えられており、かつ複数の触媒成分が均一に担持され、かつ触媒担持面積の大きなハニカムフィルターを得るための、乾燥前処理方法と製造方法とを提供することを目的とする。また、その製造方法により得られた触媒担持排ガス浄化用フィルターを提供することも目的とする。【解決手段】触媒液９が三次元構造体中の微細孔８を覆い塞がないようにするために、三次元構造体を減圧処理するなどの方法により、微細孔８内を脱気する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒液を付着させた三次元構造体を乾燥させる前に、三次元構造体中の微細孔を覆い塞がないようにすることを特徴とする三次元構造体の乾燥前処理方法。
【請求項２】
三次元構造体中の微細孔内を脱気することを特徴とする請求項１記載の三次元構造体の乾燥前処理方法。
【請求項３】
三次元構造体を減圧することを特徴とする請求項１または２記載の三次元構造体の乾燥前処理方法。
【請求項４】
三次元構造体から触媒液が染み出さないように、徐々に減圧することを特徴とする請求項１乃至３記載の三次元構造体の乾燥前処理方法。
【請求項５】
三次元構造体に付着した触媒液の温度を、触媒液に含まれる触媒が析出する温度にしないことを特徴とする請求項１乃至４記載の三次元構造体の乾燥前処理方法。
【請求項６】
三次元構造体が、排ガス浄化用フィルターであることを特徴とする請求項１乃至５記載の三次元構造体の乾燥前処理方法。
【請求項７】
排ガス浄化用フィルターが、金属またはセラミック多孔体であることを特徴とする請求項１乃至６記載の三次元構造体の乾燥前処理方法。
【請求項８】
請求項１乃至７記載の乾燥前処理を行う行程を含むことを特徴とする排ガス浄化用フィルター製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の製造方法で、触媒液が付着した排ガス浄化用フィルターを処理することにより得られることを特徴とする触媒担持排ガス浄化用フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元構造体の乾燥前処理方法と、その乾燥前処理行程を含む排ガス処理用フィルターの製造方法と、その製造方法により製造された触媒担持排ガス処理用フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関から排出される排ガス中に含まれるパティキュレートや窒素酸化物が環境保護および健康上の理由から、段階的に規制が強化されつつある。
【０００３】
従来より、大気中に放出されるパティキュレートや窒素酸化物を捕集、浄化するために、セラミック製や金属製のハニカムフィルターを排気経路の途中に取り付けるという方法が一般的に提唱されてきた。さらに最近では、特許文献１に示すように、セラミックハニカム構造体に排ガス浄化用触媒を担持させ、排ガスの熱でパティキュレートを燃焼させる試みがなされている。
【特許文献１】特開２００３−１９０７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハニカムフィルターに触媒を担持させるとき、触媒がフィルター内隔壁の微細孔を覆い塞いだまま乾燥させると、そこに残った触媒が微細孔を覆い塞いでしまうため、触媒担持後のフィルターの圧力損失が大きく上昇してしまうという課題があった。また、触媒液が付着したハニカムフィルターを通風乾燥する際に、触媒液がフィルター内隔壁の微細孔を覆い塞いでしまうため、空気が通りにくくなり、乾燥に時間がかかるという課題もあった。さらに、乾燥に時間がかかるのに伴い、触媒液中の触媒成分が移動してしまい、触媒担持量に分布ができてしまうという課題もあった。
【０００５】
そこで本発明は、触媒液が付着したハニカムフィルターの乾燥時間を短縮することができるだけでなく、微細孔が触媒に覆い塞がれていないため圧力損失の上昇が抑えられており、かつ複数の触媒成分が均一に担持され、かつ触媒担持面積の大きなハニカムフィルターを得るための、乾燥前処理方法と製造方法とを提供することを目的とする。また、その製造方法により得られた触媒担持排ガス浄化用フィルターを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の乾燥前処理方法は、触媒液を付着させた三次元構造体を乾燥させる前に、三次元構造体中の微細孔を覆い塞がないようにすることを特徴とするものである。これにより、微細孔、特に貫通孔、が覆い塞がれていないため、通風乾燥する際に、三次元構造体中を通過する気体が容易に通過できるようになり、乾燥時間を短縮することができる。さらには乾燥時間を短縮することにより触媒成分の移動を防ぐことができ、触媒を均一に担持することができる。また、乾燥後の三次元構造体の圧力損失が上昇するのを抑えることができる。また、微細孔の内部まで触媒液を行き渡らせ、触媒液付着表面積を大きくすることができる。
【０００７】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体中の微細孔内を脱気することを特徴とするものである。これにより、微細孔から気泡が抜けるときに、微細孔を覆い塞いでいた触媒液を取り除くことができ、通風乾燥する際に、三次元構造体中を通過する気体が容易に通過できるようになり、乾燥時間を短縮することができる。さらには乾燥時間を短縮することにより触媒成分の移動を防ぐことができ、触媒を均一に担持することができる。また、乾燥後の三次元構造体の圧力損失が上昇するのを抑えることができる。また、微細孔の内部まで触媒液を行き渡らせ、触媒液付着表面積を大きくすることができる。
【０００８】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体を減圧することを特徴とするものである。これにより、微細孔を覆い塞いでいた触媒液を取り除くことができ、通風乾燥する際に、三次元構造体中を通過する気体が容易に通過できるようになり、乾燥時間を短縮することができる。さらには乾燥時間を短縮することにより触媒成分の移動を防ぐことができ、触媒を均一に担持することができる。また、乾燥後の三次元構造体の圧力損失が上昇するのを抑えることができる。また、微細孔の内部まで触媒液を行き渡らせ、触媒液付着表面積を大きくすることができる。
【０００９】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体から触媒液が染み出さないように、徐々に減圧することを特徴とするものである。これにより、触媒液付着量を減らすことなく、微細孔内を脱気することができる。
【００１０】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体に付着した触媒液の温度を、触媒液に含まれる触媒が析出する温度にしないことを特徴とするものである。これにより、触媒液に含まれる触媒が複数成分であっても、いずれか一つの触媒が析出してしまい触媒液成分が不均一となることのない前処理をすることができる。
【００１１】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体が排ガス浄化用フィルターであることを特徴とするものである。これにより、有害物質を含んだ排ガスを効果的に捕集、除去することができる。
【００１２】
また、本発明の乾燥前処理方法は、排ガス浄化用フィルターが金属またはセラミック多孔体であることを特徴とするものである。これにより、金属またはセラミック多孔体フィルターの乾燥前処理を効果的に行うことができる。
【００１３】
また、本発明の排ガス浄化用フィルター製造方法は、前記乾燥前処理を行う行程を含むことを特徴とするものである。これにより、乾燥時間を短縮することができるので、製造に係る時間を短縮することができる。
【００１４】
また、本発明の触媒担持排ガス浄化用フィルターは、前記製造方法で、触媒液が付着した排ガス浄化用フィルターを処理することにより得られることを特徴とするものである。これにより、微細孔が触媒に覆い塞がれていないため圧力損失の上昇が抑えられており、かつ複数の触媒成分が均一に担持され、かつ触媒担持面積の大きな触媒担持排ガス浄化用フィルターを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、乾燥時間を短縮させることができ、さらには乾燥時間を短縮させることにより触媒成分の移動を防ぐことができ、触媒を均一に担持することができる乾燥前処理方法を提供できる。
【００１６】
また、本発明によれば、乾燥後の三次元構造体の圧力損失が上昇するのを抑えることができる、かつ微細孔の内部まで触媒液を行き渡らせ、触媒液付着表面積を大きくすることができる乾燥前処理方法を提供できる。
【００１７】
また、本発明によれば、触媒液付着量を減らすことなく、微細孔内を脱気することができる乾燥前処理方法を提供できる。
【００１８】
また、本発明によれば、触媒液に含まれる触媒が複数成分であっても、いずれか一つの触媒が析出してしまい触媒液成分が不均一となることのない乾燥前処理方法を提供できる。
【００１９】
また、本発明によれば、乾燥時間を短縮した排ガス浄化用フィルター製造方法を提供できる。
【００２０】
また、本発明によれば、微細孔が触媒に覆い塞がれていないため圧力損失の上昇が抑えられており、かつ複数の触媒成分が均一に担持され、かつ触媒担持面積の大きな触媒担持排ガス浄化用フィルターを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の乾燥前処理方法は、触媒液を付着させた三次元構造体を乾燥させる前に、三次元構造体中の微細孔を覆い塞がないようにすることを特徴とするものである。
【００２２】
ここに示した触媒液とは、触媒を溶媒に溶解または分散させたものである。触媒は二つ以上の成分が混在していても構わない。溶媒は水、アルコール類などの極性溶媒、または無極性溶媒であっても構わない。また、触媒液中に、触媒を分散させるための分散剤や界面活性剤などがあっても構わない。触媒液の表面張力が小さければ、触媒液が三次元構造体中の微細孔を覆い塞ぎにくくなるため、表面張力を下げるための添加剤を添加するのも良い。
【００２３】
触媒液を付着させる方法としては、三次元構造体を触媒液に含浸する、触媒液をスプレーする、触媒液をはけやローラーなどで塗る等の方法が挙げられるが、これらの方法に限定されるものではない。
【００２４】
また、ここに示した三次元構造体とは、三次元構造を有するものであり、触媒液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。
【００２５】
また、ここに示した微細孔とは、多孔体によく見られるくぼみ状の孔や貫通孔などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体中の微細孔内を脱気することを特徴とするものである。
【００２７】
脱気の方法としては、加減圧可能な容器内で加圧または減圧する方法が考えられるが、これらの方法に限定されるものではない。
【００２８】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体を減圧することを特徴とするものである。
【００２９】
減圧の方法としては、触媒液が付着した三次元構造体を減圧可能な容器内に入れ、真空ポンプで容器内の空気を吸引することにより減圧する方法があるが、この方法に限定されるものではない。
【００３０】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体から触媒液が染み出さないように、徐々に減圧することを特徴とするものである。
【００３１】
真空度が上がると三次元構造体中の微細孔から気体（通常は空気）が抜け、そのときに微細孔の表面を覆っていた触媒液が染み出てくる。染み出た触媒液が下の方に溜まったりすると、下の方の圧力損失が高くなるため、通風乾燥の際に乾燥しにくくなる、また、乾燥後の三次元構造体の触媒担持量に分布ができてしまうなどの不具合が生じる。
【００３２】
触媒液が染み出さないようにするには、徐々に真空度を上げていき、触媒液が染み出そうになったらリークして真空度を下げることを繰り返し行えば良い。
【００３３】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体に付着した触媒液の温度を、触媒液に含まれる触媒が析出する温度にしないことを特徴とするものである。
【００３４】
このことは特に、触媒液中に複数成分の触媒が混在している場合に重要である。触媒液の温度が、触媒が析出してしまう温度になると、触媒液の溶媒に対する溶解度の小さな触媒から順に析出してしまう。すると、各触媒成分ごとの層が形成され、最下層すなわち溶媒に対する溶解度の大きな触媒は、溶解度の小さな触媒にコーティングされるような格好となり、触媒として作用できなくなってしまう。
【００３５】
水酸化カルシウムなど、温度が高くなるにつれて溶解度が小さくなる一部の塩は、温度が高くなり過ぎないようにする必要がある。減圧による前処理を行う場合は、溶媒が蒸発することにより気化熱が奪われて温度が下がるので、温度が低くなるにつれて溶解度が小さくなる多くの塩は注意が必要である。
【００３６】
また、本発明の乾燥前処理方法は、三次元構造体が排ガス浄化用フィルターであることを特徴とするものである。
【００３７】
排ガス浄化用フィルターは、自動車、耕運機、船舶、列車等の運輸機関のエンジン、また、発電機等の固定されたエンジン、さらに、焼成炉、焼却炉、ボイラー等、様々な排ガスを浄化することができる。エンジンの種類としては、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
また、排ガス浄化用フィルターの形状としては、円柱形、角柱形、直方体、立方体等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００３９】
また、本発明の乾燥前処理方法は、排ガス浄化用フィルターが金属またはセラミック多孔体であることを特徴とするものである。
【００４０】
金属としては、鉄、銅、ニッケル、クロム、チタン等の比較的安価で高融点の単体金属、あるいはこれらの合金等の金属材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。またセラミック多孔体としては、ムライト、コージェライト、チタン酸アルミニウム、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、炭化珪素、窒化珪素等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４１】
また、本発明の排ガス浄化用フィルター製造方法は、前記乾燥前処理を行う行程を含むことを特徴とするものである。
【００４２】
排ガス浄化用フィルターを触媒液に含浸する、または触媒液を排ガス浄化用フィルターにスプレーする、などの方法により排ガス浄化用フィルターに触媒液を付着させ、本発明の乾燥前処理を行った後、自然乾燥、通風乾燥、減圧乾燥、加熱乾燥、加圧乾燥、凍結乾燥等の方法で乾燥し、その後必要であれば、触媒に応じた適正な温度で焼成する。
【００４３】
また、本発明の触媒担持排ガス浄化用フィルターは、前記製造方法で、触媒液が付着した排ガス浄化用フィルターを処理することにより得られることを特徴とするものである。
【００４４】
前記製造方法により製造することにより、微細孔が触媒に覆い塞がれていないため圧力損失の上昇が抑えられており、かつ複数の触媒成分が均一に担持され、かつ触媒担持面積の大きな触媒担持排ガス浄化用フィルターを得ることができる。これを内燃機関の排気経路に設置した場合、圧力損失の上昇が抑えられているためエンジンへの負荷が低減され、かつ触媒担持面積が大きいため排ガスを効率よく浄化することができる。
【００４５】
また、前記触媒担持排ガス浄化用フィルターは、触媒の種類を変えることによって、様々な作用をする排ガス浄化用フィルターとなる。例えば、ディーゼル排ガス中に含まれるパティキュレートを燃焼させるための燃焼触媒、ＮＯおよびＣＯを酸化させるため、かつ酸化熱で排ガス温度を上げるための酸化触媒、ＮＯｘやＳＯｘを吸蔵するための吸蔵触媒などがある。パティキュレート燃焼触媒担持排ガス浄化用フィルターの前段に、排ガス温度を上げるためのヒーター、あるいは酸化触媒担持排ガス浄化用フィルター、また後段に、吸蔵触媒担持排ガス浄化用フィルターといった組み合わせで用いると、より一層排ガスを浄化することができる。
【００４６】
以下、本発明を実施の形態および実施例にて詳細に説明するが、本発明は、以下の記載に何ら限定して解釈されるものではない。
【００４７】
（実施の形態１）
図１及び図２に示すように、減圧装置１は、減圧可能な容器２、真空ポンプ３、リーク弁４と熱電対５とを備えている。減圧可能な容器２の中に触媒液が付着したＤＰＦ６を入れ、触媒液が付着したＤＰＦ６のセル内に熱電対５を差し込んだ。
【００４８】
上記構成において、減圧可能な容器２内の空気を真空ポンプ３により吸引することにより、減圧可能な容器２内を減圧することができる。真空度が急激に上がると、触媒液が付着したＤＰＦ６から触媒液が染み出てくる恐れがあるので、リーク弁４を開閉することにより、真空度を調節する必要がある。また、熱電対５を触媒液が付着したＤＰＦ６のセル内に差し込むことにより、セル内の温度を測定することができるので、触媒が析出してしまう温度まで下がらないように前処理をすることができる。
【実施例】
【００４９】
（実施例１）
図３及び図４に示すように、硫酸銅５水和物などの複数の触媒成分を溶解させた水溶液に、直径５．６６インチ、長さ６インチの円柱形ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を含浸させた後、約１時間静置して余剰の液を除去した。触媒液が付着したＤＰＦ６を減圧可能な容器２に入れ、ＤＰＦの中心および外周のセル内に熱電対５を差し込み、真空ポンプ３の電源を入れて、触媒液が染み出さないようにリーク弁４を徐々に閉じ、微細孔を覆い塞がないための減圧処理を開始した。水が蒸発し始めると気化熱が奪われ、外周から温度が下がり始めるので、触媒液の温度が下がり過ぎないように熱電対５の温度を注意深く確認しながら、リーク弁４を調節することにより徐々に真空度を上げた。真空度を上げる操作をしばらく行い、外周セル内の温度が１０℃まで下がったところでリーク弁４を全開し、乾燥前処理操作を終了した。図４に触媒液が付着したＤＰＦセル内壁７を示す。
【００５０】
これにより、ＤＰＦ中の微細孔８が触媒液９に覆い塞がれておらず、かつ複数の触媒成分が均一に添着したＤＰＦが得られることとなる。
【００５１】
（実施例２）
硫酸銅５水和物などの複数の触媒成分を溶解させた水溶液に、直径５．６６インチ、長さ６インチの円柱形ＤＰＦを含浸させた後、約１時間静置して余剰の液を除去した。その後、実施例１記載の方法で乾燥前処理した場合と、前処理しなかった場合の、乾燥時における触媒液が付着したＤＰＦ６の中心セル内温度を測定した。乾燥機内の温度は２５℃から１５０℃まで、５℃／ｍｉｎで上昇させ、さらにファンを設けて乾燥機内の空気を循環させた。
【００５２】
図５より、乾燥前処理した場合の方が温度がより上がりやすいことがわかる。これは、ＤＰＦの微細孔を触媒液が覆い塞がないようにするための前処理をしたことにより、微細孔８を覆い塞いでいた触媒液を取り除くことができたため、圧力損失の上昇が抑えられ、熱風がより通過しやすかったためだと考えられる。
【００５３】
（実施例３）
硫酸銅５水和物などの複数の触媒成分を溶解させた水溶液に、直径５．６６インチ、長さ６インチの円柱形ＤＰＦを含浸させた後、約１時間静置して余剰の液を除去した。その後、実施例１記載の方法で乾燥前処理した場合と、前処理しなかった場合それぞれの触媒液が付着したＤＰＦ６を乾燥、焼成後、圧力損失の測定を行った。
【００５４】
測定方法は、図６に示すように、送風機１０から送り出された風を風量調節ハンドル１１により風量を調節し、ＤＰＦ取付パイプ１２に送る。焼成後ＤＰＦ１３の入口側の圧力損失をマノメーター１４から読み取る。測定は流量が１００、１５０、２００、２５０、３００ｍ↑３／ｈのときの圧力損失（単位：ｋＰａ）を読み取った。
【００５５】
【表１】
2005279508.tif 000003
【００５６】
表１はＤＰＦ中心温度のグラフである。表１より、乾燥前処理した場合の方が圧力損失が低いことがわかる。これは、ＤＰＦの微細孔８を触媒液９が覆い塞がないようにするための前処理をしたことにより、微細孔８を覆い塞いでいた触媒液９を取り除くことができたため、圧力損失の上昇が抑えられたためだと考えられる。
【００５７】
（実施例４）
硫酸銅５水和物などの複数の触媒成分を溶解させた水溶液に、直径５．６６インチ、長さ６インチの円柱形ＤＰＦを含浸させた後、約1時間静置して余剰の液を除去した。その後、実施例１記載の方法で乾燥前処理した場合と、前処理しなかった場合それぞれの触媒液が付着したＤＰＦ６を乾燥、焼成後、パティキュレートに対する燃焼活性温度（ＢＰＴ）の測定を行った。測定はエンジンベンチを用いて行い、排ガス温度を２５０℃から３０℃ずつ上げていき、各温度で４０分ずつ保持するということを繰り返し、各温度での圧力損失を測定した。この圧力損失の値から、圧力上昇速度が０となったときの温度、すなわちパティキュレート堆積速度とパティキュレート燃焼速度とが等しくなったときの温度を算出し、そのときの温度をＢＰＴ（単位：℃）とした。
【００５８】
【表２】
2005279508.tif 000004
【００５９】
表２はＢＰＴ測定結果の表である。表２より、乾燥前処理した場合の方がＢＰＴが低い、すなわち高活性であることがわかる。これは、ＤＰＦの微細孔８を触媒液９が覆い塞がないようにするための前処理をしたことにより、触媒が均一かつ広範囲に担持されたためだと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の乾燥前処理方法は、触媒液の付着した三次元構造体の乾燥時間を短縮することができ、有用である。
【００６１】
また、本発明の乾燥前処理方法は、微細孔が触媒に覆い塞がれていないため圧力損失の上昇が抑えられており、かつ複数の触媒成分が均一に担持され、かつ触媒担持面積の大きな触媒担持排ガス浄化用フィルターを提供することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明実施の形態１における減圧装置の概略断面図
【図２】本発明実施の形態１における熱電対差込位置概略図
【図３】本発明実施例１における減圧装置の概略断面図
【図４】本発明実施例１におけるＤＰＦセル内壁の拡大外略図
【図５】本発明実施例２におけるＤＰＦ中心温度のグラフ
【図６】本発明実施例３における圧力損失測定装置の概略図
【符号の説明】
【００６３】
１  減圧装置
２  減圧可能な容器
３  真空ポンプ
４  リーク弁
５  熱電対
６  触媒液が付着したＤＰＦ
７  触媒液が付着したＤＰＦセル内壁
８  微細孔
９  触媒液
１０  送風機
１１  風量調節ハンドル
１２  ＤＰＦ取付パイプ
１３  焼成後ＤＰＦ
１４  マノメーター
【図１】
2005279508.tif 000005
【図２】
2005279508.tif 000006
【図３】
2005279508.tif 000007
【図４】
2005279508.tif 000008
【図５】
2005279508.tif 000009
【図６】
2005279508.tif 000010