CN110314683A - 蜂窝过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蜂窝过滤器，其对废气中所包含的粒子状物质进行捕集的捕集性能优异，并且，对废气中所包含的有害成分进行净化的净化性能优异。该蜂窝过滤器具备：具有多孔质的隔壁的蜂窝结构体、以及封孔部，蜂窝结构体还具有含有铂族元素的催化剂层以及捕集层，含有铂族元素的催化剂层至少配设于包围流入隔室或流出隔室中的任意一方的隔壁的内表面侧的整面，并且，在隔壁的厚度方向上，仅存在于隔壁的表面侧，捕集层配设于位于配设有含有铂族元素的催化剂层的隔壁的第一表面的相反侧的第二表面侧，且捕集层至少配置于从流出端面至蜂窝结构体的总长度的50％为止的范围，没有配置于从流入端面至总长度的至少40％为止的范围。

Description

蜂窝过滤器
技术领域
本发明涉及蜂窝过滤器。更详细而言，涉及对废气中所包含的粒子状物质进行捕集的捕集性能优异、并且对废气中所包含的有害成分进行净化的净化性能优异的蜂窝过滤器。
背景技术
近年来，与除去从汽油发动机排出的废气中所包含的粒子状物质有关的限制在世界范围内越发严格，作为用于除去粒子状物质的过滤器，使用具有蜂窝结构的蜂窝过滤器。以下，有时将粒子状物质称为“PM”。PM是“Particulate Matter”的简称。
例如，作为蜂窝过滤器，可以举出如下蜂窝过滤器，其具备：具有区划形成多个隔室的多孔质的隔壁的蜂窝结构体、以及将隔室中的任意一方的端部封孔的封孔部。该蜂窝过滤器的多孔质的隔壁成为发挥出除去PM的过滤器的作用的结构。具体而言，使含有PM的废气从蜂窝过滤器的流入端面流入，由多孔质的隔壁对PM进行捕集而过滤后，将净化后的废气从蜂窝过滤器的流出端面排出。由此，能够除去废气中的PM。
出于提高该蜂窝过滤器的净化性能的目的，实施将废气净化用的催化剂负载于多孔质的隔壁(例如参见专利文献1)。作为废气净化用的催化剂，例如可以举出：由含有铂族元素的废气净化催化剂构成的含有铂族元素的催化剂。以下，有时将含有铂族元素的催化剂称为“PGM催化剂”。“PGM”是“Platinum Group Metal”的简称。在PGM中包含钌、铑、钯、锇、铱、以及铂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－066536号公报
发明内容
对于汽油发动机用的蜂窝过滤器，研究了：为了抑制压力损失上升而使用隔壁的气孔率高的蜂窝结构体。在将PGM催化剂负载于该蜂窝结构体的隔壁时，实施按使PGM催化剂填充于多孔质的隔壁的细孔内的方式进行负载。
以往，使用了高气孔率的蜂窝结构体的蜂窝过滤器具有如下问题：在负载有PGM催化剂的情况下，对PM进行捕集的捕集性能降低。作为捕集性能降低的原因，考虑如下的理由。在将PGM催化剂负载于气孔率高的隔壁的情况下，从隔壁的细孔中细孔径相对小的细孔开始顺序地填充PGM催化剂。因此，对于负载有一定量的PGM催化剂的隔壁，细孔径相对小的细孔被PGM催化剂堵塞而残留有细孔径相对大的细孔。以下，将细孔径相对小的细孔称为“小细孔”，将细孔径相对大的细孔称为“大细孔”。高气孔率的蜂窝结构体中，如果隔壁的小细孔优先被PGM催化剂堵塞，则隔壁的大细孔的比率增多，从隔壁透过的废气的气流集中于大细孔。即，废气不易流向有助于提高捕集性能的小细孔，结果导致蜂窝过滤器的捕集性能降低。
本发明是鉴于上述现有技术具有的问题而实施的。根据本发明，提供一种蜂窝过滤器，其对废气中所包含的PM进行捕集的捕集性能优异，并且，对废气中所包含的有害成分进行净化的净化性能优异。
根据本发明，提供以下所示的蜂窝过滤器。
[1]一种蜂窝过滤器，其中，具备：蜂窝结构体、以及封孔部，
该蜂窝结构体具有配设成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从流入端面延伸至流出端面，形成流体的流路，
该封孔部配置成：将所述隔室的所述流入端面侧或所述流出端面侧中的任意一方的端部密封，
使在所述流出端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流入端面侧呈开口的所述隔室为流入隔室，
使在所述流入端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流出端面侧呈开口的所述隔室为流出隔室，
所述蜂窝结构体还具有含有铂族元素的催化剂层、以及用于对废气中的粒子状物质进行捕集的捕集层，该含有铂族元素的催化剂层由含有铂族元素的废气净化催化剂构成，
所述含有铂族元素的催化剂层至少配设于包围所述流入隔室或所述流出隔室中的任意一方的所述隔壁的内表面侧的整面，
且所述含有铂族元素的催化剂层在所述隔壁的厚度方向上，仅存在于所述隔壁的表面侧，
所述捕集层不含铂族元素，
所述捕集层配设于第二表面侧，所述第二表面侧位于整面地配设有所述含有铂族元素的催化剂层的所述隔壁的第一表面的相反侧，
且所述捕集层至少配置于从所述流出端面至所述蜂窝结构体的所述隔室延伸的方向上的总长度的50％为止的范围，没有配置于从所述流入端面至所述总长度的至少40％为止的范围。
[2]根据所述[1]中记载的蜂窝过滤器，其中，所述含有铂族元素的催化剂层的气孔率为50～90％。
[3]根据所述[1]或[2]中记载的蜂窝过滤器，其中，所述含有铂族元素的催化剂层的厚度为10～40μm。
[4]根据所述[1]～[3]中的任意一项中记载的蜂窝过滤器，其中，所述含有铂族元素的催化剂层为包含铝、锆、以及铈中的至少一种元素的氧化物的催化剂层。
[5]根据所述[1]～[4]中的任意一项中记载的蜂窝过滤器，其中，所述捕集层的气孔率为70～90％。
[6]根据所述[1]～[5]中的任意一项中记载的蜂窝过滤器，其中，所述捕集层的厚度为10～50μm。
[7]根据所述[1]～[6]中的任意一项中记载的蜂窝过滤器，其中，所述捕集层为包含铝、镁、锆、铈、以及硅中的至少一种元素的氧化物的层。
[8]根据所述[1]～[7]中的任意一项中记载的蜂窝过滤器，其中，所述含有铂族元素的催化剂层还配设于从所述流入端面至所述蜂窝结构体的所述隔室延伸的方向上的总长度的60％为止的范围内的、所述隔壁的所述第二表面侧的至少一部分。
发明的效果
本发明的蜂窝过滤器发挥出如下效果：对废气中所包含的PM进行捕集的捕集性能优异，并且，对废气中所包含的有害成分进行净化的净化性能优异。
即，对于本发明的蜂窝过滤器，在包围流入隔室或流出隔室中的任意一方的隔壁的内表面侧的整面配设有“含有铂族元素的催化剂层”，能够促进含有铂族元素的催化剂层与废气的接触，有效地提高净化性能。另外，在气流较多的流出端面侧的隔壁选择性地配设有用于对废气中的粒子状物质进行捕集的“捕集层”，能够有效地实现捕集性能的提高。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的蜂窝过滤器的第一实施方式的立体图。
图2是图1所示的蜂窝过滤器的流入端面侧的俯视图。
图3是图1所示的蜂窝过滤器的流出端面侧的俯视图。
图4是示意性地示出图2的A－A’截面的截面图。
图5是示意性地示出本发明的蜂窝过滤器的第二实施方式的立体图。
图6是图5所示的蜂窝过滤器的流入端面侧的俯视图。
图7是图5所示的蜂窝过滤器的流出端面侧的俯视图。
图8是示意性地示出图6的B－B’截面的截面图。
符号说明
1、21：隔壁；2、22：隔室；2a、22a：流入隔室；2b、22b：流出隔室；3、23：外周壁；4、24：蜂窝结构体；5、25：封孔部；11、31：流入端面；12、32：流出端面；14、34：含有铂族元素的催化剂层；15、35：捕集层；100、200：蜂窝过滤器。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明，但是，本发明并不限定于以下的实施方式。因此，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内、基于本领域技术人员的通常知识、对以下的实施方式加以适当变更、改良等而得到的实施方式均落在本发明的范围内。
(1)蜂窝过滤器(第一实施方式)：
本发明的蜂窝过滤器的第一实施方式是图1～图4所示的蜂窝过滤器100。此处，图1是示意性地示出本发明的蜂窝过滤器的第一实施方式的立体图。图2是图1所示的蜂窝过滤器的流入端面侧的俯视图。图3是图1所示的蜂窝过滤器的流出端面侧的俯视图。图4是示意性地示出图2的A－A’截面的截面图。
如图1～图4所示，本实施方式的蜂窝过滤器100具备：蜂窝结构体4、以及封孔部5。蜂窝结构体4具有配设成包围多个隔室2的多孔质的隔壁1，该多个隔室2从流入端面11延伸至流出端面12，形成流体的流路。图1～图4所示的蜂窝结构体4构成为将流入端面11以及流出端面12作为两个端面的圆柱形状，在其外周侧面还具有外周壁3。即，外周壁3配设成：围绕配设成格子状的隔壁1。
封孔部5配置成：将隔室2的流入端面11侧或流出端面12侧中的任意一方的端部密封。以下，将多个隔室2中的、在流出端面12侧的端部配设有封孔部5且流入端面11侧呈开口的隔室2作为“流入隔室2a”。另外，将多个隔室2中的、在流入端面11侧的端部配设有封孔部5且流出端面12侧呈开口的隔室2作为“流出隔室2b”。本实施方式的蜂窝过滤器100中，优选流入隔室2a和流出隔室2b隔着隔壁1而交替配置。
蜂窝过滤器100的特征在于，蜂窝结构体4如下构成。即，蜂窝结构体4还具有含有铂族元素的催化剂层14以及捕集层15。含有铂族元素的催化剂层14和捕集层15为配设于隔壁1的表面的多孔质的层。含有铂族元素的催化剂层14由含有铂族元素的废气净化催化剂构成。捕集层15用于对废气中的PM(粒子状物质)进行捕集。应予说明，捕集层15不含铂族元素，可以根据是否含有铂族元素而区别于含有铂族元素的催化剂层14。
含有铂族元素的催化剂层14至少配设于包围流入隔室2a或流出隔室2b中的任意一方的隔壁1的内表面侧的整面。另外，含有铂族元素的催化剂层14在隔壁1的厚度方向上，仅存在于隔壁1的表面侧。例如，在图1～图4所示的蜂窝过滤器100中，在包围流入隔室2a的隔壁1的内表面侧的整面配设有含有铂族元素的催化剂层14。应予说明，含有铂族元素的催化剂层14至少配设于包围流入隔室2a或流出隔室2b中的任意一方的隔壁1的内表面侧的整面即可，也可以配设于上述范围以外的隔壁1的表面。不过，含有铂族元素的催化剂层14优选没有配设于配设有捕集层15的范围。“仅存在于隔壁1的表面侧”是指：在隔壁1的厚度方向上，以距离隔壁1的内表面在隔壁1的厚度方向上为0.1T(其中，T表示隔壁1的厚度)的位置为起点，在该0.1T至1.0T之间不存在含有铂族元素的催化剂。
捕集层15配设于位于整面地配设有含有铂族元素的催化剂层14的隔壁1的第一表面的相反侧的第二表面侧。此处，在图1～图4所示的蜂窝过滤器100中，隔壁1的第一表面为“包围流入隔室2a的隔壁1的内表面”，隔壁1的第二表面为“包围流出隔室2b的隔壁1的内表面”。
此外，捕集层15至少配置于从流出端面12至蜂窝结构体4的隔室2延伸的方向上的总长度的50％为止的范围，没有配设于从流入端面11至上述总长度的至少40％为止的范围。
此处，铂族元素为钌、铑、钯、锇、铱、以及铂。以下，有时将铂族元素称为“PGM”。含有铂族元素的催化剂层14为将含有铂族元素的催化剂涂布(coat)于隔壁1的规定的表面上而形成的催化剂涂层。
蜂窝过滤器100具有如上所述构成的含有铂族元素的催化剂层14以及捕集层15，并发挥出如下效果：对废气中所包含的PM进行捕集的捕集性能优异，并且，对废气中所包含的有害成分进行净化的净化性能优异。
即，蜂窝过滤器100在包围流入隔室2a或流出隔室2b中的任意一方的隔壁1的内表面侧的整面配设有“含有铂族元素的催化剂层14”。因此，能够促进含有铂族元素的催化剂层14与废气的接触，有效地提高净化性能。另外，在气流较多的流出端面12侧的隔壁1选择性地配设有用于对废气中的PM进行捕集的“捕集层15”，能够有效地实现捕集性能的提高。
含有铂族元素的催化剂层14的气孔率优选为50～90％，进一步优选为60～80％，特别优选为60～70％。如果含有铂族元素的催化剂层14的气孔率小于50％，则压力损失有时会上升。另一方面，如果含有铂族元素的催化剂层14的气孔率超过90％，则捕集效率有时会恶化。
含有铂族元素的催化剂层14的平均细孔径优选为1～7μm，进一步优选为1～5μm，特别优选为1～3μm。
含有铂族元素的催化剂层14的气孔率以及平均细孔径可以利用以下的方法来测定。首先，利用扫描型电子显微镜(以下也称为“SEM”)，观察含有铂族元素的催化剂层14的截面部分，取得其SEM图像。应予说明，SEM图像是放大为200倍进行观测而得到的。SEM是“Scanning Electron Microscope”的简称。作为扫描型电子显微镜，例如可以使用日立高新技术公司制的扫描型电子显微镜“型号：S3200－N”。接下来，通过对取得的SEM图像进行图像解析，而对含有铂族元素的催化剂层14的实体部分和含有铂族元素的催化剂层14中的空隙部分进行二值化。然后，计算出含有铂族元素的催化剂层14中的空隙部分相对于含有铂族元素的催化剂层14的实体部分与空隙部分的合计面积的比值的百分率，将该值作为含有铂族元素的催化剂层14的气孔率。另外，另行对SEM图像中的各粒径间的空壁进行二值化，利用标尺(scale)直接测定其大小，根据测定的值计算出含有铂族元素的催化剂层14中的细孔径。将计算出的细孔径的平均值作为含有铂族元素的催化剂层14的平均细孔径。
另外，含有铂族元素的催化剂层14优选为由粒径为1～10μm的含有铂族元素的催化剂构成的催化剂层。通过像这样进行构成，能够有效地将含有铂族元素的催化剂层14配设于包围流入隔室2a的隔壁1的内表面。
含有铂族元素的催化剂层14的厚度优选为10～40μm，进一步优选为20～35μm，特别优选为20～30μm。如果含有铂族元素的催化剂层14的厚度小于10μm，则含有铂族元素的催化剂层14与气体的接触降低，就这一点而言不理想。另一方面，如果含有铂族元素的催化剂层14的厚度超过40μm，则压力损失有时会上升，就这一点而言不理想。
含有铂族元素的催化剂层14的厚度可以利用以下的方法来测定。利用扫描型电子显微镜，观察含有铂族元素的催化剂层14的截面部分，取得其SEM图像。接下来，对于取得的SEM图像，使用标尺直接测定含有铂族元素的催化剂层14的厚度。
含有铂族元素的催化剂层14优选为包含铝、锆、以及铈中的至少一种元素的氧化物的催化剂层。应予说明，包含此类氧化物的催化剂层优选包含相对于催化剂层的总质量为1～3质量％的铂族元素。含有铂族元素的催化剂层14的组成可以利用例如荧光X射线分析(XRF；X－ray Fluorescence)来进行测定。具体而言，通过对向试样照射X射线而产生的、各元素固有的荧光X射线进行检测，能够进行含有铂族元素的催化剂层14的组成分析。
捕集层15不含铂族元素，优选为包含例如铝、镁、锆、铈、以及硅中的至少一种元素的氧化物的层。应予说明，本说明书中，所谓不含铂族元素，是指其成分中的铂族元素的含有率为0.1质量％以下。因此，捕集层15可以含有相对于捕集层15的总质量而言为0.1质量％以下的铂族元素。该捕集层15与含有铂族元素的催化剂层14相比，能够由更便宜的材料制作，能够降低蜂窝过滤器100的制造成本，并且，使捕集性能进一步提高。捕集层15的组成可以通过与含有铂族元素的催化剂层14同样的方法、例如荧光X射线分析(XRF)来测定。
在利用上述荧光X射线分析来分析捕集层15的组成时，铂族元素的含有率优选为0.1质量％以下，更优选为分析装置的检测极限以下。
捕集层15的气孔率优选为70～90％，进一步优选为75～90％，特别优选为80～90％。如果捕集层15的气孔率小于70％，则压力损失有时会上升，就这一点而言不理想。另一方面，如果捕集层15的气孔率超过90％，则捕集效率有时会恶化，就这一点而言不理想。
捕集层15的平均细孔径优选为1～7μm，进一步优选为1～5μm，特别优选为1～3μm。捕集层15的气孔率以及平均细孔径可以利用与上述说明的测定含有铂族元素的催化剂层14的气孔率以及平均细孔径的方法同样的方法进行测定。
另外，捕集层15优选由粒径为1～10μm的包含铝、镁、锆、铈、以及硅中的至少一种元素的氧化物的粒子构成。通过像这样进行构成，可以利用配设于隔壁1的表面的捕集层15来有效地捕集废气中的PM。
捕集层15的厚度优选为10～40μm，进一步优选为20～35μm，特别优选为20～30μm。如果捕集层15的厚度小于10μm，则捕集效率的提高程度会降低，就这一点而言不理想。另一方面，如果捕集层15的厚度超过40μm，则压力损失有时会上升，就这一点而言不理想。捕集层15的厚度可以利用与上述说明的测定含有铂族元素的催化剂层14的厚度的方法同样的方法进行测定。
捕集层15至少配置于“从流出端面12至蜂窝结构体4的隔室2延伸的方向上的总长度的50％为止的范围”，没有配置于从流入端面11至上述总长度的至少40％为止的范围。作为捕集层15的配设范围，优选为从流出端面12至上述总长度的50％的范围，进一步优选为从流出端面12至上述总长度的40％的范围。通过像这样进行构成，能够有效地抑制蜂窝过滤器100的压力损失增大，并且，使捕集效率良好地提高。以下，有时将“蜂窝结构体4的隔室2延伸的方向上的总长度”称为“蜂窝结构体4的总长度”，或者，简称为“总长度”。
图1～图4所示的蜂窝过滤器100中，在蜂窝结构体4的与隔室2延伸的方向正交的截面上，含有铂族元素的催化剂层14配设于上述截面的整个区域。不过，含有铂族元素的催化剂层14配设于上述截面上的、包围至少1个流入隔室2a或流出隔室2b中的任意一方的隔壁1的内表面侧即可。例如，虽然省略图示，但是，含有铂族元素的催化剂层可以仅配设于在蜂窝结构体的中央部所存在的隔壁。此处，“中央部”是指：在蜂窝结构体的与隔室延伸的方向正交的截面上、从该截面的重心至该截面的外周缘为止的长度的60％以内的范围。通过像这样进行构成，能够将净化性能维持良好，并且，抑制压力损失上升，此外，有效地降低制造成本。当然，像图1～图4所示的蜂窝过滤器100那样，在蜂窝结构体4的与隔室2延伸的方向正交的截面上，含有铂族元素的催化剂层14配设于上述截面的整个区域的方案也是优选的实施方式之一。
蜂窝结构体4的隔壁1的气孔率优选为50～70％，进一步优选为55～65％，特别优选为60～65％。隔壁1的气孔率是利用水银压入法测定得到的值。隔壁1的气孔率可以使用例如Micromeritics公司制的Autopore 9500(商品名)来测定。如果隔壁1的气孔率小于50％，则隔壁1的透过阻力上升，从而压力损失上升，就这一点而言不理想。如果隔壁1的气孔率超过70％，则强度明显降低，就这一点而言不理想。
隔壁1的平均细孔径优选为10～25μm，进一步优选为10～20μm，特别优选为15～20μm。隔壁1的平均细孔径是利用水银压入法测定得到的值。隔壁1的平均细孔径可以使用例如Micromeritics公司制的Autopore 9500(商品名)来测定。如果隔壁1的平均细孔径小于10μm，则有时隔壁1的透过阻力上升，从而压力损失上升，就这一点而言不理想。如果隔壁1的平均细孔径超过25μm，则有时气流集中于大细孔的部分，从而捕集效率恶化，就这一点而言不理想。
蜂窝结构体4的隔壁1的厚度优选为0.15～0.38mm，进一步优选为0.18～0.33mm，特别优选为0.20～0.31mm。隔壁1的厚度可以使用例如扫描型电子显微镜或显微镜(microscope)来测定。如果隔壁1的厚度小于0.15mm，则有时无法得到足够的强度。另一方面，如果隔壁1的厚度超过0.38mm，则在将催化剂负载于隔壁1时，压力损失有时会增大。
蜂窝结构体4中所形成的隔室2的形状没有特别限制。例如，作为与隔室2延伸的方向正交的截面上的、隔室2的形状，可以举出：多边形、圆形、椭圆形等。作为多边形，可以举出：三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等。应予说明，隔室2的形状优选为三角形、四边形、五边形、六边形、八边形。另外，关于隔室2的形状，所有隔室2的形状可以为同一形状，也可以为不同的形状。例如，虽然省略图示，但是，四边形的隔室和八边形的隔室可以混合存在。另外，关于隔室2的大小，所有隔室2的大小可以相同，也可以不同。例如，虽然省略图示，但是，可以增大多个隔室中的、一部分隔室的大小并相对地减小其它隔室的大小。应予说明，本发明中，隔室是指：由隔壁包围的空间。
由隔壁1区划形成的隔室2的隔室密度优选为31～54个/cm2，进一步优选为39～47个/cm2。通过像这样进行构成，能够优选用作用于对从汽车等的发动机排出的废气中的PM进行捕集的过滤器。
蜂窝结构体4的外周壁3可以与隔壁1一体地构成，也可以为按围绕隔壁1的方式涂布外周涂层材料而形成的外周涂层。虽然省略图示，但是，可以在制造时，将隔壁和外周壁一体地形成后，通过磨削加工等公知的方法将所形成的外周壁除去，然后，在隔壁的外周侧设置外周涂层。
蜂窝结构体4的形状没有特别限制。作为蜂窝结构体4的形状，可以举出：流入端面11以及流出端面12的形状为圆形、椭圆形、多边形等的柱状。
蜂窝结构体4的大小、例如、蜂窝结构体4在隔室2延伸的方向上的长度(以下也称为“总长度”)、蜂窝结构体4的与隔室2延伸的方向正交的截面的大小(以下也称为“截面积”)没有特别限制。按在蜂窝过滤器100使用时得到最佳的净化性能的方式适当选择各大小即可。蜂窝结构体4的总长度优选为90～160mm，进一步优选为120～140mm。另外，蜂窝结构体4的截面积优选为8000～16000mm2，进一步优选为10000～14000mm2。
隔壁1的材料优选包含从由堇青石、碳化硅、硅－碳化硅系复合材料、多铝红柱石、氧化铝、钛酸铝、氮化硅、以及碳化硅－堇青石系复合材料构成的组中选择的至少1种。构成隔壁1的材料优选为包含30质量％以上的上述组中所列举的材料的材料，进一步优选为包含40质量％以上的上述组中所列举的材料的材料，特别优选为包含50质量％以上的上述组中所列举的材料的材料。本实施方式的蜂窝过滤器100中，构成隔壁1的材料特别优选堇青石。
(2)蜂窝过滤器(第二实施方式)：
接下来，对本发明的蜂窝过滤器的第二实施方式进行说明。本发明的蜂窝过滤器的第二实施方式是图5～图8所示的蜂窝过滤器200。此处，图5是示意性地示出本发明的蜂窝过滤器的第二实施方式的立体图。图6是图5所示的蜂窝过滤器的流入端面侧的俯视图。图7是图5所示的蜂窝过滤器的流出端面侧的俯视图。图8是示意性地示出图6的B－B’截面的截面图。
如图5～图8所示，本实施方式的蜂窝过滤器200是具备蜂窝结构体24、以及封孔部25的蜂窝过滤器200。蜂窝结构体24具有配设成包围多个隔室22的多孔质的隔壁21，该多个隔室22从流入端面31延伸至流出端面32，形成流体的流路。蜂窝结构体24构成为将流入端面31以及流出端面32作为两个端面的圆柱形状，且在其外周侧面还具有外周壁23。
封孔部25配置成：将隔室22的流入端面31侧或流出端面32侧中的任意一方的端部密封。在流出端面32侧的端部配设有封孔部25的隔室22为“流入隔室22a”，在流入端面31侧的端部配设有封孔部25的隔室22为“流出隔室22b”。
蜂窝过滤器200中，蜂窝结构体24同样还具有含有铂族元素的催化剂层34、以及捕集层35。不过，本实施方式的蜂窝过滤器200中，含有铂族元素的催化剂层34配设于包围流出隔室22b的隔壁21的内表面侧的整面。
另外，捕集层35配设于：位于整面地配设有含有铂族元素的催化剂层34的隔壁21的第一表面(即、包围流出隔室22b的隔壁21的内表面)的相反侧的第二表面侧。即，捕集层35配设于包围流入隔室22a的隔壁21的内表面侧。并且，捕集层35至少配置于从流出端面32至蜂窝结构体24的隔室22延伸的方向上的总长度的50％为止的范围，没有配置于从流入端面31至上述总长度的至少40％为止的范围。
此外，本实施方式的蜂窝过滤器200中，含有铂族元素的催化剂层34除了配设于包围流出隔室22b的隔壁21的内表面侧的整面以外，还配设于配设有捕集层35的隔壁21的第二表面侧。即，含有铂族元素的催化剂层34还配设于包围流入隔室22a的隔壁21的内表面。通过像这样进行构成，能够进一步促进含有铂族元素的催化剂层34与废气的接触，有效地提高净化性能。
像本实施方式的蜂窝过滤器200这样，在隔壁21的第二表面侧也配设有含有铂族元素的催化剂层34的情况下，含有铂族元素的催化剂层34优选配设于从流入端面31至蜂窝结构体24的总长度的60％为止的范围内的一部分。特别是，在隔壁21的第一表面侧的整面已经配设有含有铂族元素的催化剂层34，另外，在隔壁21的第二表面侧的从流出端面32至总长度的50％为止的范围配设有捕集层35。因此，在隔壁21的第二表面侧，没有将含有铂族元素的催化剂层34配设于隔壁21的整面，而是如上所述地设定为靠近流入端面31侧的一部分，即便如此，也能够得到净化废气所需的足够的净化性能。
(3)蜂窝过滤器的制造方法：
关于制造本发明的蜂窝过滤器的方法，没有特别限制，例如可以举出如下方法。
首先，制备用于制作蜂窝结构体的隔壁的可塑性的坯土。用于制作蜂窝结构体的隔壁的坯土可以通过如下方法来制备，即，在用于制作前述隔壁的优选材料的原料粉末中适当添加粘合剂等添加剂、造孔材料、以及水，由此，制备坯土。作为原料粉末，例如可以使用氧化铝、滑石、高岭土、二氧化硅的粉末。作为粘合剂，例如可以举出甲基纤维素(Methylcellulose)、羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropyl methylcellulose)等。另外，作为添加剂，可以举出表面活性剂等。
接下来，将上述得到的坯土挤出成型，由此，制作具有区划形成多个隔室的隔壁以及配设成围绕该隔壁的外周壁的、柱状的蜂窝成型体。接下来，将得到的蜂窝成型体利用例如微波以及热风进行干燥。
接下来，在干燥后的蜂窝成型体形成封孔部。关于形成封孔部的方法，可以依据以往公知的蜂窝过滤器的制造方法来进行。例如，首先按流入隔室被覆盖的方式对蜂窝成型体的流入端面施加掩膜。然后，将施加了掩膜的蜂窝成型体的端部浸渍于封孔浆料，向没有施加掩膜的流出隔室的开口部填充封孔浆料。然后，关于蜂窝成型体的流出端面，也利用与上述同样的方法向流入隔室的开口部填充封孔浆料。然后，将形成有封孔部的蜂窝成型体利用热风干燥机进一步干燥。
接下来，对形成有封孔部的蜂窝成型体进行烧成，由此，制作配设含有铂族元素的催化剂层之前的蜂窝过滤器前驱体。应予说明，对蜂窝成型体进行烧成时的烧成温度以及烧成气氛因制作蜂窝成型体的原料而不同，如果是本领域技术人员，则能够选择最适合所选择的材料的烧成温度以及烧成气氛。
接下来，准备用于制作含有铂族元素的催化剂层的含有铂族元素的催化剂。作为含有铂族元素的催化剂，例如可以使用将铂族元素负载于粒径为1～10μm的铝氧化物得到的催化剂。将该铝氧化物利用分区涂布(Zone coat)涂布于包围蜂窝过滤器前驱体的流入隔室或流出隔室中的任意一方的隔壁的内表面侧的整面。另外，在位于整面地涂布有铝氧化物的表面的相反侧的表面(第二表面)，也进一步涂布铝氧化物时，利用分区涂布(Zonecoat)来涂布铝氧化物。作为分区涂布的具体方法，例如可以举出以下方法。首先，准备包含负载有铂族元素的铝氧化物等催化剂粉末、适当的溶剂(例如、离子交换水)以及分散剂的催化剂层形成用浆料。接下来，使催化剂层形成用浆料从蜂窝过滤器前驱体的流入端面或流出端面流入，并从流出端面或流入端面进行吸引，由此，将含有铂族元素的催化剂涂布于包围规定隔室的隔壁的表面。应予说明，关于在隔壁的内表面侧的整面上进行涂布的方法，也可以利用与上述分区涂布同样的方法来进行。然后，将涂布于隔壁的表面的含有铂族元素的催化剂于500℃进行烧成，制作含有铂族元素的催化剂层。通过调整催化剂层形成用浆料的粘度、以及吸引时的压力中的至少一者而将含有铂族元素的催化剂层仅配设于隔壁的表面。另外，作为分区涂布的方法，通过对催化剂层形成用浆料进行浸渍(Dipping)，也能够将含有铂族元素的催化剂层涂布于隔壁的表面。
接下来，利用以下方法，在蜂窝结构体的至少从流出端面至总长度的50％为止的范围形成捕集层。首先，准备用于制作捕集层的捕集层用原料。作为捕集层用原料，例如可以使用粒径为1～10μm的硅氧化物。利用分区涂布将该硅氧化物涂布于蜂窝结构体的至少从流出端面至总长度的50％为止的范围。然后，将分区涂布后的硅氧化物于500℃进行烧成，制作捕集层。如上所述，能够制造本发明的蜂窝过滤器。
实施例
以下，通过实施例对本发明进一步具体地进行说明，但是，本发明并不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
首先，准备出用于制作蜂窝结构体的隔壁的氧化铝、滑石、高岭土、二氧化硅原料。在准备出的氧化铝、滑石、高岭土、二氧化硅原料(合计100质量份)中分别添加2质量份的分散介质和7质量份的有机粘合剂，进行混合、混炼，制备坯土。作为分散介质，使用水。作为有机粘合剂，使用甲基纤维素。作为分散剂，使用表面活性剂。
接下来，使用蜂窝成型体制作用的口模，将坯土挤出成型，得到整体形状为圆柱形状的蜂窝成型体。蜂窝成型体的隔室的形状为四边形。
接下来，将蜂窝成型体利用微波干燥机进行干燥，进而利用热风干燥机使其完全干燥后，将蜂窝成型体的两端面切断，调整为规定的尺寸。
接下来，在干燥后的蜂窝成型体形成封孔部。具体而言，首先，按流入隔室被覆盖的方式对蜂窝成型体的流入端面施加掩膜。然后，将施加了掩膜的蜂窝成型体的端部浸渍于封孔浆料，向没有施加掩膜的流出隔室的开口部填充封孔浆料。然后，关于蜂窝成型体的流出端面，利用与上述同样的方法，向流入隔室的开口部填充封孔浆料。然后，将形成有封孔部的蜂窝成型体利用热风干燥机进一步干燥。
接下来，对干燥后的蜂窝成型体进行脱脂、烧成，制造配设含有铂族元素的催化剂层之前的蜂窝过滤器前驱体。
接下来，利用以下方法，在蜂窝过滤器前驱体的包围流入隔室的隔壁的内表面侧的整面、以及包围流出隔室的隔壁的内表面侧的从流入端面至总长度的50％为止的范围制作含有铂族元素的催化剂层。首先，准备出包含负载有作为铂族元素的钯的铝氧化物的粉末、离子交换水、以及分散剂的催化剂层形成用浆料。接下来，使催化剂层形成用浆料从蜂窝过滤器前驱体的流入端面流入，一边调整吸引时的压力，一边从流出端面吸引流入的催化剂层形成用浆料，以使含有铂族元素的催化剂层仅涂布于隔壁的内表面。由此，将含有铂族元素的催化剂涂布于蜂窝过滤器前驱体的包围流入隔室的隔壁的表面。
接下来，利用以下方法，在蜂窝过滤器前驱体的包围流出隔室的隔壁的内表面侧的从流出端面至总长度的50％为止的范围制作捕集层。首先，准备出包含作为捕集层的原料的硅氧化物粉末、离子交换水、以及分散剂的捕集层形成用浆料。接下来，使捕集层形成用浆料从蜂窝过滤器前驱体的流出端面流入，并从流入端面进行吸引，由此，将捕集层涂布于蜂窝过滤器前驱体的包围流出隔室的隔壁的表面。
实施例1的蜂窝过滤器是流入端面以及流出端面的形状为圆形的、圆柱形状的蜂窝过滤器。另外，蜂窝过滤器在隔室延伸的方向上的长度为127mm。蜂窝过滤器的端面的直径为118mm。构成蜂窝过滤器的蜂窝结构体的隔壁的厚度为0.22mm，隔室密度为47个/cm2。蜂窝结构体的隔壁的气孔率为63％。
含有铂族元素的催化剂层仅配设于包围流入隔室的隔壁的内表面侧的整面、以及包围流出隔室的隔壁的内表面侧的从流入端面至总长度的50％为止的范围。含有铂族元素的催化剂层的气孔率为65％。含有铂族元素的催化剂层的厚度为30μm。
捕集层配设于包围流出隔室的隔壁的内表面侧的从流出端面至总长度的50％为止的范围。捕集层的气孔率为80％。捕集层的厚度为30μm。
表1
对于实施例1的蜂窝过滤器，利用以下方法，进行“捕集效率性能”、“压力损失性能”以及“废气净化性能”的评价。将结果示于表2。
[捕集效率性能]
首先，制作将各实施例的蜂窝过滤器作为废气净化用过滤器的废气净化装置。将制作的废气净化装置连接于1.2L直喷汽油发动机车辆的发动机排气歧管的出口侧，利用PN测定方法来测定从废气净化装置的流出口排出的气体中所包含的煤烟灰的个数。“PN测定方法”是根据联合国(简称UN)欧洲经济委员会(简称ECE)的世界车辆法规协调论坛(简称WP29)的废气能源专家会议(简称GRPE)的粒子测定程序(简称PMP)提出的测定方法。应予说明，具体而言，在煤烟灰的个数判定中，使在WLTC(Worldwide harmonized Light dutyTest Cycle)模式行驶后排出的煤烟灰的累计个数为作为判定对象的废气净化装置的煤烟灰的个数，测定捕集效率。以所测定的各捕集效率的值为基础，基于以下的评价基准，进行捕集效率性能的评价。在表2的“捕集效率比(％)”栏中示出：使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值为100％时的、使用了各实施例的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值(％)。
评价“优”：在使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值为100％的情况下，将使用了评价对象的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值为160％以上的情形评价为“优”。
评价“良”：在使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值为100％的情况下，将使用了评价对象的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值超过155％且小于160％的情形评价为“良”。
评价“合格”：在使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值为100％的情况下，将使用了评价对象的蜂窝过滤器的废气净化装置的捕集效率的值超过100％且为155％以下的情形评价为“合格”。
[压力损失性能]
使从1.4L直喷汽油发动机排出的废气流入各实施例的蜂窝过滤器，利用蜂窝过滤器的隔壁来捕集废气中的煤烟灰。煤烟灰的捕集进行至蜂窝过滤器的每单位体积(1L)的煤烟灰的堆积量为1g/L为止。然后，在煤烟灰的堆积量为1g/L的状态下，使200℃的发动机废气以1.0Nm3/min的流量流入，测定蜂窝过滤器的流入端面侧和流出端面侧的压力。然后，计算出流入端面侧与流出端面侧之间的压力差，由此，求出蜂窝过滤器的压力损失(kPa)。以所测定的各压力损失的值为基础，基于以下的评价基准，进行压力损失性能的评价。在表2的“压力损失比(％)”栏中示出：比较例1的蜂窝过滤器的压力损失的值为100％时的、各实施例的蜂窝过滤器的压力损失的值(％)。
评价“优”：在比较例1的蜂窝过滤器的压力损失的值为100％的情况下，将评价对象的蜂窝过滤器的压力损失的值为85％以下的情形评价为“优”。
评价“良”：在比较例1的蜂窝过滤器的压力损失的值为100％的情况下，将评价对象的蜂窝过滤器的压力损失的值超过85％且为90％以下的情形评价为“良”。
评价“合格”：在比较例1的蜂窝过滤器的压力损失的值为100％的情况下，将评价对象的蜂窝过滤器的压力损失的值超过90％且小于100％的情形评价为“合格”。
评价“不合格”：在比较例1的蜂窝过滤器的压力损失的值为100％的情况下，将评价对象的蜂窝过滤器的压力损失的值为100％以上的情形评价为“不合格”。
[废气净化性能]
首先，制作将各实施例的蜂窝过滤器作为废气净化用过滤器的废气净化装置。将制作的废气净化装置连接于1.2L直喷汽油发动机车辆的发动机排气歧管的出口侧，测定从废气净化装置的流出口排出的气体中所包含的NOx浓度，求出NOx的净化率。以所测定的各NOx的净化率的值为基础，基于以下的评价基准，进行废气净化性能的评价。在表2的“NOx的净化率比(％)”栏中示出：使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx的净化率的值为100％时的、使用了各实施例的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx的净化率的值(％)。
评价“优”：在使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx净化率的值为100％的情况下，将使用了评价对象的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx净化率的值为160％以上的情形评价为“优”。
评价“良”：在使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx净化率的值为100％的情况下，将使用了评价对象的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx净化率的值为150％以上且小于160％的情形评价为“良”。
评价“合格”：在使用了比较例1的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx净化率的值为100％的情况下，将使用了评价对象的蜂窝过滤器的废气净化装置的NOx净化率的值超过100％且小于150％的情形评价为“合格”。
表2
(实施例2～6)
像表1所示那样，变更含有铂族元素的催化剂以及捕集层的配设范围以及配设部位，除此以外，利用与实施例1同样的方法制作蜂窝过滤器。对于实施例2～6的蜂窝过滤器，利用与实施例1同样的方法，进行“捕集效率性能”、“压力损失性能”、以及“废气净化性能”的评价。将结果示于表2。
(比较例1～2)
像表1所示那样，变更含有铂族元素的催化剂以及捕集层的配设范围以及配设部位，除此以外，利用与实施例1同样的方法制作蜂窝过滤器。应予说明，比较例1中，利用以下方法，将含有铂族元素的催化剂负载于蜂窝结构体的隔壁的细孔的内部(即、细孔内的整面)。首先，准备出包含负载有铂族元素的铝氧化物的催化剂粉末、离子交换水以及分散剂的催化剂层形成用浆料。接下来，使催化剂层形成用浆料从蜂窝过滤器前驱体的流入端面以及流出端面含浸，由此，将含有铂族元素的催化剂涂布于蜂窝过滤器前驱体的隔壁整面。然后，于500℃进行烧成，制作含有铂族元素的催化剂层。比较例2中，除了将含有铂族元素的催化剂涂布于隔壁的细孔的内部以外，还将含有铂族元素的催化剂涂布于从流出端面至总长度的50％为止的范围的隔壁的表面，制作含有铂族元素的催化剂层。
(结果)
对于实施例1～6的蜂窝过滤器，能够确认到：在“捕集效率性能”、“压力损失性能”、以及“废气净化性能”的所有评价中，均超过作为基准的比较例1的蜂窝过滤器的各性能。因此，可知：实施例1～6的蜂窝过滤器的捕集性能优异，并且，净化性能也优异，与以往的蜂窝过滤器相比，能够抑制压力损失上升。另一方面，比较例2的蜂窝过滤器与实施例1～6的蜂窝过滤器相比，“捕集效率性能”、“压力损失性能”以及“废气净化性能”的评价结果均较差。
产业上的可利用性
本发明的蜂窝过滤器可以用作对废气中的粒子状物质进行捕集的过滤器。

Claims (8)

1.一种蜂窝过滤器，其中，
具备：蜂窝结构体、以及封孔部，
该蜂窝结构体具有配设成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从流入端面延伸至流出端面，形成流体的流路，
该封孔部配置成：将所述隔室的所述流入端面侧或所述流出端面侧中的任意一方的端部密封，
使在所述流出端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流入端面侧呈开口的所述隔室为流入隔室，
使在所述流入端面侧的端部配设有所述封孔部且所述流出端面侧呈开口的所述隔室为流出隔室，
所述蜂窝结构体还具有含有铂族元素的催化剂层、以及用于对废气中的粒子状物质进行捕集的捕集层，该含有铂族元素的催化剂层由含有铂族元素的废气净化催化剂构成，
所述含有铂族元素的催化剂层至少配设于包围所述流入隔室或所述流出隔室中的任意一方的所述隔壁的内表面侧的整面，
且所述含有铂族元素的催化剂层在所述隔壁的厚度方向上，仅存在于所述隔壁的表面侧，
所述捕集层不含铂族元素，
所述捕集层配设于第二表面侧，所述第二表面侧位于整面地配设有所述含有铂族元素的催化剂层的所述隔壁的第一表面的相反侧，
且所述捕集层至少配置于从所述流出端面至所述蜂窝结构体的所述隔室延伸的方向上的总长度的50％为止的范围，没有配置于从所述流入端面至所述总长度的至少40％为止的范围。
2.根据权利要求1所述的蜂窝过滤器，其中，
所述含有铂族元素的催化剂层的气孔率为50～90％。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其中，
所述含有铂族元素的催化剂层的厚度为10～40μm。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的蜂窝过滤器，其中，
所述含有铂族元素的催化剂层为包含铝、锆、以及铈中的至少一种元素的氧化物的催化剂层。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的蜂窝过滤器，其中，
所述捕集层的气孔率为70～90％。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的蜂窝过滤器，其中，
所述捕集层的厚度为10～50μm。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的蜂窝过滤器，其中，
所述捕集层为包含铝、镁、锆、铈、以及硅中的至少一种元素的氧化物的层。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的蜂窝过滤器，其中，
所述含有铂族元素的催化剂层还配设于从所述流入端面至所述蜂窝结构体的所述隔室延伸的方向上的总长度的60％为止的范围内的、所述隔壁的所述第二表面侧的至少一部分。
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