(57)【要約】【課題】従来の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法では、メタルフィルタの表面がスラリーをはじいてしまうため、一度の含浸で担持できる触媒の量が少ないという課題があった。また、フィルタ表面と触媒との密着性が悪いため、担持した触媒が剥離しやすいという課題もあった。【解決手段】はじめに、ステンレス製のメタルフィルタ１を１１００℃で１時間焼成し、表面に酸化被膜２を形成させた。次いで、メタルフィルタ１シリカ濃度が重量比で４０％のシリカゾルに含浸した後、余剰のゾルをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、シリカ層３を形成させた。次いで、Ｐｔ担持アルミナの濃度が重量比で４．５％のスラリーに、メタルフィルタ１を含浸した後、余剰のスラリーをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、Ｐｔ担持アルミナ層４を形成させた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を担持する前に、触媒担持量を増やすための表面処理をすることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項２】
触媒担持量を増やすための表面処理が、その後に担持する触媒のスラリーまたは／およびゾルをはじかないようにする処理であることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項３】
触媒担持量を増やすための表面処理が、メタルフィルタの表面積を増やす処理であることを特徴とする請求項１または２記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項４】
メタルフィルタの表面に酸化被膜が形成される温度でフィルタを焼成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項５】
耐熱性を有する無機酸化物でメタルフィルタを被覆する前処理工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項６】
メタルフィルタの表面に酸化被膜が形成される温度でフィルタを焼成した後に、耐熱性を有する無機酸化物でメタルフィルタを被覆する、二つの前処理工程からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項７】
耐熱性を有する無機酸化物でメタルフィルタを被覆する前処理工程が、耐熱性を有する無機酸化物のゾルを用いて被覆する工程であることを特徴とする請求項５または６記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項８】
ゾル中の耐熱性を有する無機酸化物の濃度が、重量比で４０％以下であることを特徴とする請求項７記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項９】
耐熱性を有する無機酸化物が、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒから選択される少なくとも１種を含む酸化物であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法を実施した後、排ガス浄化触媒を分散または／および溶解させた液に、メタルフィルタを含浸することを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法。
【請求項１１】
排ガス浄化触媒を分散または／および溶解させた液に、メタルフィルタを含浸した後、還元雰囲気で焼成することを特徴とする請求項１０記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法。
【請求項１２】
排ガス浄化触媒が、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒから選択される少なくとも１種を含む酸化物を担体とし、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物が担持されている触媒であることを特徴とする請求項１０または１１記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法。
【請求項１３】
排ガス浄化触媒の担体が、アルミナであることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法。
【請求項１４】
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物が、Ｐｔであることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれかに記載の方法により製造された排ガス浄化用メタルフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排ガス浄化用メタルフィルタ及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは熱効率が高く、燃費が良いことから二酸化炭素の排出量が少なく、大気環境保全、地球温暖化防止の観点から注目されている。しかしその一方で、ディーゼル排ガス中には人体や環境に悪影響を及ぼす窒素酸化物（ＮＯｘ）やパティキュレート（ＰＭ）が多く含まれている。
【０００３】
近年、自動車等から排出される排ガスに対する規制がますます厳しくなっており、ＮＯｘやＰＭの低減が望まれている。これらはエンジンの改良により大幅に低減されてはいるが、厳しい規制をクリアするためにはエンジンから排出された排ガスを浄化するための後処理が不可欠である。
【０００４】
ＰＭを低減させるための後処理技術としては、触媒担持ＤＰＦがある。これは、触媒を担持したフィルタにＰＭを捕集し、排ガスの熱を利用して連続的にＰＭを燃焼するシステムである。このフィルタの素材には、コージェライトや炭化珪素などのセラミックス、またはステンレスなどの金属が主に使用されている。
【０００５】
従来、この種の排ガス浄化用メタルフィルタは、触媒を分散させたスラリーにメタルフィルタを含浸させ、乾燥することにより、フィルタに触媒を担持している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４５８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法では、メタルフィルタの表面がスラリーをはじいてしまうため、一度の含浸で担持できる触媒の量が少ないという課題があった。また、フィルタ表面と触媒との密着性が悪いため、担持した触媒が剥離しやすいという課題もあった。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、メタルフィルタの表面がスラリーをはじいてしまうことなく、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができ、かつ、担持した触媒が剥離しにくい排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
また、本発明は、上記の方法により製造された排ガス浄化用メタルフィルタ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】
【０００９】
本発明の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法は、メタルフィルタの表面に酸化被膜が形成される温度でフィルタを焼成した後に、耐熱性を有する無機酸化物でメタルフィルタを被覆する、二つの前処理工程を経てから、排ガス浄化触媒を分散または／および溶解させた液に、メタルフィルタを含浸することを特徴とするものである。
【００１０】
この製造方法により、メタルフィルタの表面がスラリーをはじいてしまうことなく、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができ、かつ、担持した触媒が剥離しにくい排ガス浄化用メタルフィルタを製造することができる。
【００１１】
また、本発明の排ガス浄化用メタルフィルタは、上記の方法により製造されたことを特徴とするフィルタである。この排ガス浄化用メタルフィルタを、ディーゼルエンジンを搭載した車両のマフラーに装着することにより、排ガス中のＰＭ、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、ハイドロカーボン（ＨＣ）を効果的に浄化させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、この製造方法により、メタルフィルタの表面がスラリーをはじいてしまうことなく、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができ、かつ、担持した触媒が剥離しにくい排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法を提供することができる。
【００１３】
また、排ガス中のＰＭ、ＮＯ、ＣＯ、ＨＣなどを効率よく浄化することができる排ガス浄化用メタルフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の発明は、触媒を担持する前に、触媒担持量を増やすための表面処理をすることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００１５】
これにより、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができ、かつ、担持した触媒が剥離しにくい排ガス浄化用フィルタを製造することができる。
【００１６】
また、ここに示すメタルフィルタには、発泡金属、金属製不織布、金属製ファイバーメッシュやこれらの組合せによって造られる金属材料などを用いることができる。
【００１７】
また、金属の種類は特に限定しないが、ステンレスなどの耐腐食性、耐熱性、耐衝撃性に優れる材料を用いるのが好ましい。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は、前述の触媒担持量を増やすための表面処理が、その後に担持する触媒を含むスラリーまたは／およびゾルをはじかないようにする処理であることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００１９】
これにより、メタルフィルタ表面が触媒を含むスラリーまたは／およびゾルをはじかないようになるので、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができる。
【００２０】
本発明の請求項３に記載の発明は、前述の触媒担持量を増やすための表面処理が、メタルフィルタの表面積を増やす処理であることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００２１】
メタルフィルタの表面積を増やすことにより、メタルフィルタ表面と、触媒を含むスラリーまたは／およびゾルとの、接触面積が増えるため、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができる。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明は、メタルフィルタの表面に酸化被膜が形成される温度でフィルタを焼成することを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００２３】
メタルフィルタの表面に酸化被膜を形成させることにより、メタルフィルタ表面の表面積をふやすことができるので、メタルフィルタ表面と、触媒を含むスラリーまたは／およびゾルとの、接触面積が増え、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができる。
【００２４】
また、請求項５に記載の発明は、耐熱性を有する無機酸化物でメタルフィルタを被覆する前処理工程を含むことを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００２５】
これにより、メタルフィルタの表面を、耐熱性を有する無機酸化物で覆うことができるので、メタルフィルタ表面の表面積が非常に大きくなり、その後に担持する触媒の担持量を大幅に増やすことができる。
【００２６】
また、耐熱性を有する無機酸化物で表面を覆うことにより、フィルタ自体の耐腐食性や耐熱性を高めることができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明は、メタルフィルタの表面に酸化被膜が形成される温度でフィルタを焼成した後に、耐熱性を有する無機酸化物でメタルフィルタを被覆する、二つの前処理工程からなることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００２８】
はじめに、酸化被膜が形成される温度でフィルタを焼成するにより、メタルフィルタ表面の表面積をふやすことができるので、耐熱性を有する無機酸化物の担持量が増加し、かつ、密着性が向上するため剥離しにくくなる。つぎに、耐熱性を有する無機酸化物で被覆することにより、メタルフィルタ表面の表面積が非常に大きくなり、その後に担持する触媒を含むスラリーまたは／およびゾルとの、接触面積が増えるため、触媒の担持量を大幅に増やすことができる。したがって、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができ、かつ、担持した触媒が剥離しにくい排ガス浄化用フィルタを製造することができる。
【００２９】
また、請求項７に記載の発明は、前述の耐熱性を有する無機酸化物でメタルフィルタを被覆する前処理工程が、耐熱性を有する無機酸化物のゾルを用いて被覆する工程であることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００３０】
ゾルを用いて被覆する方法としては、メタルフィルタをゾルに含浸する、ゾルをメタルフィルタ内部に流し込む、ゾルをスプレーする、または、ゾルをはけ等で塗る、といった方法が挙げられる。
【００３１】
また、メタルフィルタとゾルのぬれ性を向上させるために界面活性剤を添加するのも良いし、密着性を向上させるためにバインダを添加するのも良い。ただし、界面活性剤やバインダは、乾燥または焼成の際に、燃焼または分解してしまうものが好ましい。
【００３２】
また、請求項８に記載の発明は、前述のゾル中の耐熱性を有する無機酸化物の濃度が、重量比で４０％以下であることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００３３】
これにより、メタルフィルタに耐熱性を有する無機酸化物を均一、かつ、薄層として被覆することができる。
【００３４】
ゾル中の耐熱性を有する無機酸化物の濃度が低すぎると、被覆されない部分ができてしまう可能性があり、また、濃度が高すぎると無機酸化物が塊になって剥離しやすくなる、フィルタの目を詰まらせてしまう、などの可能性があるため、無機酸化物の濃度は重量比で２０％〜４０％であるのが好ましい。
【００３５】
また、請求項９に記載の発明は、前述の耐熱性を有する無機酸化物が、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒから選択される少なくとも１種を含む酸化物であることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造前処理方法である。
【００３６】
耐熱性を有する無機酸化物としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニアなどの無機酸化物を用いることができ、さらに、これらの混合物および複合酸化物を用いるのも良い。
【００３７】
また、請求項１０に記載の発明は、前述の前処理をした後、排ガス浄化触媒を分散または／および溶解させた液に、メタルフィルタを含浸することを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法である。
【００３８】
この製造方法により、メタルフィルタに一度の含浸で担持できる排ガス浄化触媒の量を増やすことができる。
【００３９】
また、含浸した後にエアブローするなどして余剰液を除去し、乾燥、次いで、焼成することにより、排ガス浄化触媒をその位置に固定する操作をするのが好ましい。
【００４０】
また、請求項１１に記載の発明は、排ガス浄化触媒を分散または／および溶解させた液に、メタルフィルタを含浸した後、還元雰囲気で焼成することを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法である。
【００４１】
この製造方法により、金属粒子で存在することにより高い排ガス浄化能を発揮する金属が、金属塩や金属酸化物になっている場合に、金属塩や金属酸化物から金属粒子に還元することができるため、高い排ガス浄化能を発揮することができる。
【００４２】
ここに示す還元雰囲気とは、酸素を含まない雰囲気ということを示している。触媒を還元雰囲気炉に入れ、脱気した後、窒素などの還元ガスを導入すればよい。さらに好ましくは、水素など還元能の高いガスを混合するのが良い。
【００４３】
また、請求項１２に記載の発明は、前述の排ガス浄化触媒が、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒから選択される少なくとも１種を含む酸化物と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物とを、含むことを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法である。
【００４４】
Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒから選択される少なくとも１種を含む酸化物を担体とすることにより、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物を高分散に担持させることができるので、排ガス中のＰＭ、ＮＯ、ＣＯ、ＨＣなどを効率よく浄化することができる。
【００４５】
また、請求項１３に記載の発明は、前述のＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒから選択される少なくとも１種を含む酸化物が、アルミナであることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法である。
【００４６】
比表面積の大きなアルミナを、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物の担体として用いることにより、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物を高分散に担持することができるため、排ガス中のＰＭ、ＮＯ、ＣＯ、ＨＣなどを効率よく浄化することができる。
【００４７】
また、請求項１４に記載の発明は、前述のＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物が、Ｐｔであることを特徴とする排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法である。
【００４８】
Ｐｔの酸化力が非常に高いため、排ガス中のＰＭ、ＮＯ、ＣＯ、ＨＣなどを効率よく浄化することができる。
【００４９】
また、請求項１５に記載の発明は、上記の方法により製造された排ガス浄化用メタルフィルタである。
【００５０】
上記の方法により製造された排ガス浄化用メタルフィルタは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒから選択される少なくとも１種を含む酸化物と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される少なくとも１種を含む化合物とを、含む触媒が担持されているため、排ガス中のＰＭ、ＮＯ、ＣＯ、ＨＣなどを効率よく浄化することができる。
【００５１】
また、触媒担持する前に、メタルフィルタと、排ガス浄化触媒との、密着性を向上させるための前処理をしているため、触媒が剥離しにくいフィルタとなる。
【００５２】
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。
【００５３】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１における排ガス浄化用メタルフィルタの概念断面図を示す。はじめに、ステンレス製のメタルフィルタ１を１１００℃で１時間焼成し、表面に酸化被膜２を形成させた。次いで、メタルフィルタ１をシリカ濃度が重量比で４０％のシリカゾルに含浸した後、余剰のゾルをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、耐熱性を有する無機酸化物であるシリカ層３を形成させた。次いで、Ｐｔ担持アルミナの濃度が重量比で４．５％のスラリーに、メタルフィルタ１を含浸した後、余剰のスラリーをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、Ｐｔ担持アルミナ層４を形成させた。
【実施例】
【００５４】
（実施例１）
（サンプルＡ）１０ｃｍ×１０ｃｍのステンレス板を１１００℃で１時間焼成し、ステンレス板表面に酸化被膜２を形成させた。次いで、シリカ濃度が重量比で４０％のシリカゾルをステンレス板の表面にはけで塗り、余剰のゾルをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、耐熱性を有する無機酸化物であるシリカ層３を形成させた。次いで、Ｐｔ担持アルミナの濃度が重量比で４．５％のスラリーをステンレス板の表面にはけで塗り、余剰のスラリーをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、Ｐｔ担持アルミナ層４を形成させた。
【００５５】
（サンプルＢ）１０ｃｍ×１０ｃｍのステンレス板を１１００℃で１時間焼成し、ステンレス板表面に酸化被膜２を形成させた。次いで、Ｐｔ担持アルミナの濃度が重量比で４．５％のスラリーをステンレス板の表面にはけで塗り、余剰のスラリーをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、Ｐｔ担持アルミナ層４を形成させた。
【００５６】
（サンプルＣ）１０ｃｍ×１０ｃｍのステンレス板の表面に、Ｐｔ担持アルミナの濃度が重量比で４．５％のスラリーをはけで塗り、余剰のスラリーをエアブローで除去し、１００℃で１時間乾燥後、６００℃で５時間焼成することにより、Ｐｔ担持アルミナ層４を形成させた。
【００５７】
（評価例１）
実施例１で作製した各サンプルに対して、Ｐｔ担持アルミナ層４の形成前後の重量から、Ｐｔ担持アルミナの担持量を測定した。
【００５８】
【表１】
2007083204.tif 000003
【００５９】
測定結果の評価例１におけるサンプルのＰｔ担持アルミナの担持量を表１に示す。表１より、前処理をしなかったサンプルＣにはＰｔ担持アルミナを担持させることができなかった。これは、ステンレス表面がスラリーをはじいてしまうため、エアブローしたときにほとんどすべてのスラリーが除去されてしまったためである。
【００６０】
サンプルＢには、０．００７８ｇのＰｔ担持アルミナが担持された。酸化被膜２が形成されたことにより、ステンレス表面とスラリーとの親和性が良くなり、Ｐｔ担持アルミナが担持されやすくなったと考えられる。
【００６１】
サンプルＡには、０．０１６７ｇのＰｔ担持アルミナが担持された。スラリーがシリカ層３に染み込むため、酸化被膜２上に担持させたサンプルＢよりも担持量が大幅に増えたと考えられる。
【００６２】
（評価例２）
実施例１で作製したサンプルＡとサンプルＢとを、それぞれガラス容器に入れ、ステンレス板がすべて浸るようにイオン交換水を加え、１時間超音波振動させた。１００℃で１時間乾燥後、重量測定し、Ｐｔ担持アルミナの残存率を算出した。
【００６３】
【表２】
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【００６４】
測定結果の評価例２におけるサンプルのＰｔ担持アルミナの残存率を表２に示す。表２より、酸化被膜２と、耐熱性を有する無機酸化物であるシリカ層３とを形成させたサンプルＡは、水中で１時間超音波振動させても９３％、２時間でも８７％の触媒が残存することがわかった。これにより、本発明の製造前処理を行うことによって、メタルフィルタに対する触媒の密着性が良くなり、触媒が剥離しにくくなることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の排ガス浄化用メタルフィルタの製造方法により、メタルフィルタの表面が排ガス浄化触媒を含むスラリーをはじいてしまうことなく、一度の含浸で担持できる触媒の量を増やすことができ、かつ、担持した触媒が剥離しにくい排ガス浄化用メタルフィルタを製造することができるので有用である。
【００６６】
また、本発明の排ガス浄化用メタルフィルタを、ディーゼルエンジンを搭載した車両のマフラーに装着することにより、排ガス中のＰＭ、ＮＯ、ＣＯ、ＨＣなどを効果的に燃焼させることができるので有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１における排ガス浄化用メタルフィルタの概念断面図
【符号の説明】
【００６８】
１  メタルフィルタ
２  酸化被膜
３  シリカ層
４  Ｐｔ担持アルミナ層
【図１】
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