(57)【要約】【課題】水に対して安定であり且つより低温で煤の燃焼が可能な触媒体およびそれを用いた触媒装置を提供する。【解決手段】触媒装置１００において、細孔１１を有するセラミック担体１０の表面には、ナトリウムとビスマスを含む複合酸化物であるＮａＢｉＯ3の還元体や、ＮａＢｉＯ3ナトリウムとビスマスの複合酸化物をＮａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の組成物の表面に担持したものなどを水洗して得たナトリウムを含有するビスマスの化合物を含む触媒体２０が担持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
煤を燃焼させるための触媒体であって、ナトリウムを含有するビスマスの化合物を含むことを特徴とする触媒体。
【請求項２】
前記化合物においてナトリウムとビスマスとの元素比が１：１であることを特徴とする請求項１に記載の触媒体。
【請求項３】
前記化合物が、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の組成物の表面に担持されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の触媒体（２０）を、セラミック担体（１０）に担持させてなることを特徴とする触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスなどに含まれる煤を燃焼させるための触媒体およびそれを用いた触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジン等において煤の排出が問題になっている。一般には、エンジンの排気管に、白金アルミナよりなる触媒体を用いた触媒装置を介在させ、排ガス中の煤を除去するようにしている。
【０００３】
この触媒装置は、セラミック担体としてのフィルタに白金アルミナよりなる触媒体を担持させたものを、容器に収納し、この容器に、煤を含む被燃焼媒体すなわち排ガスを透過させ、排ガス中の煤を除去するようにしている。
【０００４】
そして、フィルタの再生過程においては、過剰な燃料を燃やすことでフィルタの温度を上げ、フィルタにたまった煤を触媒体により燃焼させるようにしている。ここで、従来の白金アルミナよりなる触媒体では、６００℃以上の高温にしないと、煤の燃焼が行われないため、フィルタを収納する容器の上流に、白金などからなる酸化触媒を別途設けている。
【０００５】
この酸化触媒に燃料を供給し、そこで高温のガスを発生させ、この高温のガスを下流の容器すなわちフィルタに送り込むことで、触媒体の温度を６００℃以上とし、燃焼可能な温度としている。
【０００６】
しかしながら、このようなフィルタの再生過程において、フィルタを高温とするための燃料消費が多く、燃費の低下を引き起こすことになる。また、急激な温度上昇によるフィルタの破損を生じる恐れがある。
【０００７】
この点について、本発明者は、先に特許願２００５−２６９８４７号にて、触媒体として、ナトリウムとアルミニウムとの組成比が１：１の複合酸化物からなる触媒体を提案している。それにより、従来よりも低温、たとえば４００℃以下の温度で煤の燃焼が可能としている。
【０００８】
しかしながら、この複合酸化物からなる触媒体は、セラミック担体に担持した場合、アルカリ成分が溶出することによって、セラミック担体を劣化させるという問題がある。また、セラミック担体との反応により触媒性能自体が低下するという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明者は、先に特許願２００５−３２０５２０号にて、ＬｉＡｌＯ2の組成物を中間層として触媒体とセラミック担体との間に介在させた構成を提案した。この構成によれば、上記問題のうちセラミック担体の劣化を抑制できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、ＬｉＡｌＯ2の組成物を中間層として触媒体とセラミック担体との間に介在させた構成としても、例えばエンジン停止後に結露して、再びエンジンを始動すると結露水中に溶出した触媒成分が触媒装置外に水滴とともに排出されてしまい、長期的には触媒性能が低下してくるという問題が発生する。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、水に対して安定であり且つより低温で煤の燃焼が可能な触媒体およびそれを用いた触媒装置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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明者は、種々の材料について鋭意検討を行った。その結果、ナトリウムを含有するビスマスの化合物を触媒体として用いれば、後述する図２、図３に示されるように、水に浸漬しても安定であり、従来よりも、さらに低温（４００℃程度）で燃焼が可能なこと実験的に見出した。
【００１３】
すなわち、本発明は、煤を燃焼させるための触媒体であって、ナトリウムを含有するビスマスの化合物を含むことを特徴とする。
【００１４】
それによれば、水に対して安定であり且つより低温で煤の燃焼が可能な触媒体を提供することができる。
【００１５】
この場合、ナトリウムを含有するビスマスの化合物としては、ナトリウムとビスマスとの元素比が１：１のものを用いたり、具体的には、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の組成物の表面に担持されたものであってもよい。
【００１６】
また、上記の化合物、または、上記化合物をＮａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の組成物の表面に担持したものを、セラミック担体に担持させれば、水に対して安定であり且つより低温で煤の燃焼が可能な触媒体を用いた触媒装置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】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る触媒装置１００の概略断面構成を示す図であり、図１（ｂ）は、（ａ）中の丸で囲まれたＡ部分の断面図である。
【００１８】
図１では、触媒装置１００の要部としてセラミック担体１０の部分を示しているが、本実施形態の触媒装置１００は、たとえば、ディーゼルエンジンの排気管に介在設定されるものであり、その被燃焼媒体としての排ガスに含まれる煤を除去するものである。なお、煤とは、各種の技術用語辞典に定義されているように、炭化水素の不完全燃焼によって生成する微細な炭素の集合体である。
【００１９】
図１に示されるように、本触媒装置１００において、セラミックよりなるセラミック担体１０の表面に、ナトリウムを含有するビスマスの化合物を含む触媒体２０が担持されている。
【００２０】
本触媒装置１００は、このようなセラミック担体１０を、たとえば、排ガスが透過する容器（図示せず）に収納してなるものであり、当該容器を上記排気管に設けることで煤の燃焼を行うものである。
【００２１】
この場合、たとえば当該容器の一端側から導入される排ガスに含まれる煤が、セラミック担体１０に捕獲されて、残りのガスが容器の他端側から排出されるとともに、高温の排ガスによりセラミック担体１０が、たとえば４００℃程度になると、セラミック担体１０に溜まった煤が触媒体２０によって燃焼し、再生が行われるようになっている。
【００２２】
セラミック担体１０は、本実施形態では、コージェライトなどのセラミックからなるハニカム状のものであり、排ガスが透過する多数の穴すなわち細孔１１を有している。そして、触媒体２０は、この細孔１１の内周面を含む、触媒担体１０の表面にコーティングされている。
【００２３】
この触媒体２０は、上述したように、ナトリウムを含有するビスマスの化合物を含むものであるが、たとえば限定しないが、ナトリウムとビスマスとの元素比は１：１のものにできる。また、ナトリウムとビスマスの形態は酸化物、炭酸塩などの化合物の混合体であってもよい。
【００２４】
具体的には、触媒体２０としては、ナトリウムとビスマスを含む複合酸化物であるＮａＢｉＯ3の還元体の水洗物、または、ＮａＢｉＯ3をＮａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の組成物の表面に担持したものの水洗物が採用され、それによって、４００℃程度の従来よりも低温で煤の燃焼が可能でかつ水に浸漬しても安定な触媒体２０を構成する。
【００２５】
次に、本実施形態の触媒装置の製造方法を述べる。まず、セラミック担体１０に対して担持すべき触媒体２０を形成する。触媒体２０がＮａＢｉＯ3の還元体の場合、市販のＮａＢｉＯ3を炭素で還元後水洗することでＮａＢｉＯ3の還元体よりなる触媒体２０を得ることができる。
【００２６】
また、触媒体２０がＮａＢｉＯ3をＮａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の組成物の表面に担持したものである場合には、Ｎａ、Ｂｉ、Ｔｉを含有する酸化物を、Ｎａ、Ｂｉ、Ｔｉの元素比がたとえば１：１：１となるように混合し、この混合物を８００℃から１０００℃の温度で焼成後水洗することで得られる。
【００２７】
そして、このようにして得られた触媒体２０を、溶媒に分散させてスラリーとしてセラミック担体１０に担持し、１０００℃で焼成する。それにより、セラミック担体１０の表面に触媒２０が担持された本実施形態の触媒装置１００を得る。
【００２８】
本実施形態の触媒体２０は、従来の一般的な白金アルミナ触媒よりも低温で煤の燃焼が可能であり、さらに、水に浸漬されても安定なものである。
【００２９】
このような本実施形態の作用効果について、具体的に検証した結果を述べる。この検証は、一般的なＸＲＤ（Ｘ線回折）およびＴＧ／ＤＴＡ（熱重量／示差熱分析）により行った。
【００３０】
サンプルとしては、上記製造方法により得られた本実施形態の触媒体としてＮａＢｉＯ3の還元体水洗物、ＮａＢｉＯ3をＮａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の組成物の表面に担持した水洗物を用いた。なお、以下、これらを、それぞれ単に、ＮａＢｉＯ3還元体、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物ということにする。
【００３１】
これらＮａＢｉＯ3還元体、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物は、上記した製造方法により作製した。さらに、比較例として従来の一般的な白金アルミナ触媒（Ｐｔ／γＡｌ2Ｏ3）を触媒としたものを、サンプルとして用いた。
【００３２】
ここで、ＮａＢｉＯ3還元体、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物について、水に対する安定性を調査するために、これらについて超音波中沸騰水処理を行った。図２は、ＮａＢｉＯ3還元体、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物について、水浸漬前と水浸漬後のＸＲＤによる評価を行った結果を示す図である。
【００３３】
図２に示されるように、ＮａＢｉＯ3還元体では、Ｂｉ2Ｏ3（図２中の白丸を付したピーク）と未知の成分（図２中のクロスマークを付したピーク）とが確認された。未知の成分は、図２では、不明な物質と表してあるが、おそらくＮａとＢｉの複合酸化物か複合炭酸塩であると考えられる。
【００３４】
また、図２に示されるように、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物については、Ｘ線回折のデータベースであるＪＣＰＤＳカードとの照合を行った結果、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3の複合酸化物（図２中の白丸を付したピーク）を主成分として、上記したＢｉ2Ｏ3と未知の成分とからなることがわかった。
【００３５】
そして、図２から、ＮａＢｉＯ3還元体およびＮａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物は、ともに上記の水処理の前後でほとんど結晶相変化がなく、水の浸漬に対しても安定であることが確認された。
【００３６】
次に、上記各サンプルについて、ＤＴＡによる触媒の燃焼性能評価を行った結果を示す。この燃焼性能評価に使用する煤としては、ディーゼル自動車のＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）に付着した煤を採集して用いた。
【００３７】
そして、評価は、それぞれのサンプルに対して１０００℃で５時間、熱処理を加えた後に行った。具体的には、熱処理後の各サンプルに対して、全体を１００％として、５ｗｔ％の煤を機械的に混合し、上記熱重量／示差熱分析を行った。
【００３８】
ここで、サンプル量は１５ｍｇ、分析の容器としてはアルミナ容器、標準サンプルとしてアルミナを用い、空気を５０ｍＬ／ｍｉｎで流通させながら、室温〜８００℃まで１０℃／ｍｉｎの昇温速度で分析を行った。
【００３９】
図３は、この評価における示差熱分析の結果を示す図である。ここで、図３において、本実施形態の触媒体のうちＮａＢｉＯ3還元体のものは実線にて、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物のものは破線にて、比較例であるＰｔ／γＡｌ2Ｏ3は一点鎖線にて、それぞれ示し、さらに、図３には、煤をそれ自身で単独で燃焼させた場合の結果を、ｓｏｏｔとして二点差線にて示してある。
【００４０】
煤をそれ自身で単独で燃焼させた場合、７００℃〜８００℃の間で燃焼し、Ｐｔ／γＡｌ2Ｏ3の場合は６００℃あたりで燃焼するが、本実施形態の触媒体であるＮａＢｉＯ3還元体、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物は、いずれも４００℃程度の低温で高い活性を示していることがわかる。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、水に対して安定であり且つより低温で煤の燃焼が可能な触媒体２０およびそれを用いた触媒装置１００を提供することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、セラミック担体１０としてハニカム状のものを用いたが、セラミック担体１０の形状はこれに限定されるものではなく、触媒装置として適切に機能するならば、一般に触媒装置のセラミック担体として適用される種々の形態のものを採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る触媒装置の概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＡ部概略断面図である。
【図２】ＮａＢｉＯ3還元体、Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3組成物について水処理前後のＸＲＤによる評価を行った結果を示す図である。
【図３】本発明者の行った検証における示差熱分析の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…セラミック担体、２０…触媒体。
【図１】
2007229643.tif 000003
【図２】
2007229643.tif 000004
【図３】
2007229643.tif 000005