CN116547051A - 微粒过滤器、从内燃机的排气中除去粒子状物质的方法及微粒过滤器的制造方法 - Google Patents

微粒过滤器、从内燃机的排气中除去粒子状物质的方法及微粒过滤器的制造方法 Download PDF

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Abstract

用于从内燃机的排气中除去粒子状物质的微粒过滤器包含：具有多孔壁的壁流式过滤器、和在所述壁流式过滤器的流路内负载的由陶瓷粒子构成的陶瓷层，所述陶瓷层的空隙率为20％以上且41％以下。所述陶瓷粒子可为选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、沸石中的一者。

Description

微粒过滤器、从内燃机的排气中除去粒子状物质的方法及微 粒过滤器的制造方法
技术领域
本公开涉及用于从内燃机的排气中除去粒子状物质的微粒过滤器、从内燃机的排气中除去粒子状物质的方法及微粒过滤器的制造方法。
背景技术
从柴油发动机、汽油发动机等内燃机中排出的排气包含大量的烟灰等的粒子状物质。这样的粒子状物质也称为Particulate Matter(PM)。为了防止PM引起的环境污染，需要从排气中将PM高度地除去。
作为用于从排气中将PM除去的主要方式，已知使用壁流式过滤器(以下有时也简写为WF)。WF具有被多孔壁划分的多个气体流路。流入到WF的气体流路的排气通过多孔壁，以从另外的气体流路排出的方式构成WF。在排气通过多孔壁时，将排气中所含的PM捕集到过滤器内。其结果，从排气中将PM除去，使排气净化。
但是，在用WF来将排气进行净化的情况下，PM侵入到多孔壁的内部，有时将多孔的细孔阻塞。如果细孔阻塞，则产生过滤器的压力损失(压损)增加的问题。为了解决这样的问题，已知在WF的多孔壁的表面堆积陶瓷粒子、防止PM侵入到细孔内部(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-224514号公报
发明内容
发明要解决的课题
就在多孔壁的表面具有陶瓷粒子的层的以往的WF而言，PM的捕集率不充分。因此，本公开的目的在于提供捕集率改善的WF。本公开的另一目的在于提供使用有该WF的、从内燃机的排气中将PM除去的方法。本公开的又一目的在于提供该WF的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明人反复深入研究。其结果，发现：通过将由陶瓷粒子形成的层的空隙率调节到规定的范围内，过滤器的性能提高。鉴于该知识见解，为了解决上述课题，本申请采用以下的方案。
(1)第一方案涉及的用于从内燃机的排气中将PM除去的微粒过滤器包含：具有多孔壁的WF、和在上述WF的流路内负载的由陶瓷粒子形成的陶瓷层，上述陶瓷层的空隙率为20％以上且41％以下。
(2)就上述方案涉及的微粒过滤器而言，上述陶瓷粒子可为选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、沸石中的1者。
(3)就上述方案涉及的微粒过滤器而言，上述陶瓷粒子的平均粒径(d50)可为1.5μm以上且不到5μm。
(4)就上述方案涉及的微粒过滤器而言，相对于上述WF的体积，可以以10g/L以上且50g/L以下的量负载上述陶瓷层。
(5)就上述方案涉及的微粒过滤器而言，在上述WF与上述陶瓷层之间可具有排气净化催化剂。
(6)第二方案涉及的从内燃机的排气中将PM除去的方法具有：向上述方案涉及的微粒过滤器通入内燃机的排气的步骤。
(7)第三方案涉及的微粒过滤器的制造方法包括：将陶瓷粒子与空气混合而制作气溶胶的步骤；在具有多孔壁的WF的流路内使上述气溶胶通过的步骤；对于上述陶瓷粒子和上述WF，相对于上述WF的体积，给予30g/L以上且300g/L以下的量的水的步骤；和使上述WF干燥的步骤。
(8)就上述方案涉及的微粒过滤器的制造方法而言，上述气溶胶的密度可为0.001g/m3以上且1g/m3以下。
(9)就上述方案涉及的微粒过滤器的制造方法而言，上述给予水的步骤可包含将包含水分的气体通入到上述WF的步骤。
(10)就上述方案涉及的微粒过滤器的制造方法而言，在上述WF的流路内使上述气溶胶通过的步骤之前，可包含在上述WF的流路内将排气净化催化剂进行洗涂(washcoating)的步骤。
发明的效果
本公开涉及的微粒过滤器的PM的捕集率提高。
另外，本公开涉及的微粒过滤器的制造方法能够以高效率从排气中将PM除去。
另外，本公开涉及的微粒过滤器的制造方法能够提供PM的捕集率提高的微粒过滤器。
附图说明
图1为本实施方式涉及的微粒过滤器的示意的立体图。
图2A为本实施方式涉及的微粒过滤器的示意的截面图。
图2B为陶瓷层的空隙率低的、微粒过滤器的示意的截面图。
图2C为陶瓷层的空隙率高的、微粒过滤器的示意的截面图。
图2D为具有内壁涂层(in-wall coating)的微粒过滤器的示意的截面图。
图2E为具有壁上涂层(on-wall coating)的微粒过滤器的示意的截面图。
图3为微粒过滤器的截面的扫描型电子显微镜像(SEM像)。
图4为微粒过滤器的截面的SEM像。
图5为对于空隙率绘制捕集率的图。
具体实施方式
以下，对于本申请的实施方式，一边酌情参照附图一边详细地说明。就以下的说明中使用的附图而言，为了使得本发明的特征容易理解，方便起见有时将成为特征的部分放大表示，有时各构成要素的尺寸比率等与实际不同。以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本发明并不限定于这些，可在不改变其主旨的范围适当地变形而实施。
[微粒过滤器]
图1表示本实施方式涉及的、用于从内燃机的排气中将PM除去的微粒过滤器10的示意的立体图。图1表示按照Fin的虚线的箭头将排气导入到微粒过滤器10、按照Fout的虚线的箭头将排气排出。微粒过滤器10包含具有多孔壁的壁流式过滤器(WF)。WF具有彼此邻接地延伸的多个流路。多个流路可相互平行。就多个流路而言，将在排气的导入侧具有开口部12的流路与在排气的导入侧具有密封部14的流路交替地配置。
就WF的流路而言，在排气的导入侧具有开口部12的情况下将排气的排出侧密封，在排气的导入侧具有密封部14的情况下将排气的排出侧开放。因此，就从开口部12向微粒过滤器10导入的排气而言，通过WF的多孔壁而从邻接的流路排出。
图2A为本实施方式涉及的微粒过滤器10的示意的剖面图。本实施方式涉及的微粒过滤器10包含在WF的流路内负载的由陶瓷粒子形成的陶瓷层16。即，WF也作为陶瓷层16的载体来发挥功能。在图2A中，描绘被微粒过滤器10捕集的、来自排气的PM。
“壁流式过滤器(WF)”
WF可与一般的排气净化过滤器中使用的WF相同。对WF10的全长并无特别限制，优选为10mm以上且1000mm以下，更优选为50mm以上且300mm以下，进一步优选为80mm以上且150mm以下。其中，所谓WF10的全长，是WF10的从排气导入侧到排气排出侧的长度。WF可具有蜂窝状的结构。优选地，WF为汽油颗粒过滤器(GPF)。
WF的开口部12及密封部14的数能够考虑应处理的排气的种类、气体流量、压力损失、除去效率等设定为适当的范围。例如在孔密度(孔数/单位截面积)为100孔/平方英寸以上且1200孔/平方英寸以下时，可充分地使用，优选为150孔/平方英寸以上且900孔/平方英寸以下，更优选为200孔/平方英寸以上且700孔/平方英寸以下。对WF的气体通过口的形状(孔形状)并无限制，例如能够设为六边形、四边形、三角形或波纹形等。
就WF而言，通过在流路的壁面所存在的微细的孔，气体可向其他流路流通，从开孔部12所导入的排气通过其他流路向WF外排出。WF可滤取排气中所含的PM。
WF的流路通过多孔壁而与邻接的流路隔离。多孔壁的厚度只要为1密尔(0.0254mm)以上且100密尔(2.54mm)以下，则能够使用，优选为5密尔(0.127mm)以上且30密尔(0.762mm)以下。
就WF的多孔壁的气孔直径而言，能够考虑应处理的排气的种类、气体流量、压力损失、除去效率等而设定为适当的范围。例如，WF的多孔壁的气孔直径(d50)只要为0.1μm以上且30μm，就能够使用，优选为10μm以上且25μm以下，特别优选为15μm以上且20μm以下。在此，在本说明书中，多孔壁的气孔直径(d50)意指采用汞压入法所确定的、成为总气孔体积的50％的气孔直径。
WF的材料可与一般的排气净化过滤器中使用的WF的材料相同。例如，WF可为金属制或陶瓷制，优选地，由堇青石、不锈钢、碳化硅(S iC)、莫来石、氧化铝(α-氧化铝)、或二氧化硅形成，更优选地，由堇青石、不锈钢、或S iC形成。WF通过由堇青石、不锈钢、或S iC形成，微粒过滤器10的耐久性显著提高。
“陶瓷层”
陶瓷层16由陶瓷粒子形成，陶瓷层16的空隙率为20％以上、41％以下。陶瓷层16的空隙率优选为25％以上且40％以下，更优选为30％以上且39％以下，进一步优选为32％以上且39％以下。如果陶瓷层16的空隙率不到20％，如图2B所示，虽然能够有效地用陶瓷层捕集PM，但排气难以在陶瓷层16流通，因此不优选。另外，如果陶瓷层16的空隙率比41％大，如图2C所示，穿过陶瓷层16的PM多，捕集率下降，因此不优选。即，通过陶瓷层16的空隙率为本发明的范围，有效地发生在陶瓷层16的PM的捕集和排气的陶瓷层16的流通。其结果，PM的捕集率高，排气净化性能也提高。陶瓷层16只要能够捕集PM即可，陶瓷层16可不含将排气分解的排气净化催化剂。
陶瓷层16的空隙率能够通过图像处理而求出。即，首先，通过扫描型电子显微镜(SEM)拍摄陶瓷层16的截面。其次，例如通过对拍摄的SEM像进行二值化处理，将被拍摄的陶瓷层16中的陶瓷粒子的区域与空隙的区域分离。其次，通过图像处理，计算出陶瓷粒子的区域的面积和空隙的区域的面积。通过空隙的区域的面积除以陶瓷粒子的区域的面积与空隙的区域的面积的合计面积，能够求出在SEM像中拍摄的范围的陶瓷层16的空隙率。对于任意的5点，算出陶瓷层16的空隙率，可将它们的平均值作为陶瓷层16的空隙率。
在以往的制造方法中，采用廉价的方法不能实现使陶瓷层16的空隙率为上述的范围内。即，在涂布浆料而干燥的方法中，空隙率变小，如果只是喷射气溶胶，则空隙率变大。另一方面，通过采用本公开涉及的方法来制造陶瓷层16，能够实现具有优选的空隙率的陶瓷层16。
对陶瓷粒子的材料并无特别限定。例如，就陶瓷粒子而言，可由即使是500℃左右的高温也稳定的材料构成，优选由选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、沸石中的1者形成。由于氧化铝耐热性高、稳定、反应性低，因此特别优选陶瓷粒子由氧化铝形成。
陶瓷粒子的平均粒径(d50)优选为1.5μm以上且不到5μm，更优选为2μm以上且4.5μm以下，进一步优选为2.4μm以上且4μm以下。通过陶瓷粒子的平均粒径(d50)为1.5μm以上，陶瓷粒子不易进入多孔壁的细孔内，能够防止使WF的气孔变小。另外，通过陶瓷粒子的平均粒径(d50)为不到5μm，陶瓷粒子及陶瓷层16的对WF的附着变得牢固，能够防止剥离。在此，在本说明书中，陶瓷粒子的平均粒径(d50)意指使用激光衍射法而测定的体积基准的50％粒径(中值直径)。
相对于WF的体积，优选以10g/L以上且50g/L以下的量负载陶瓷层16。通过陶瓷层16的负载量为上述范围内，能够兼顾高PM捕集率和与高气体流通性相伴的高排气净化性能。相对于WF的体积，更优选以15g/L以上且40g/L以下的量负载陶瓷层16，进一步以20g/L以上且30g/L以下的量负载。
“排气净化催化剂”
图2D及图2E表示另一实施方式涉及的微粒过滤器的示意的截面图。图2D及图2E涉及的微粒过滤器10在WF与陶瓷层16之间具有排气净化催化剂20。通过微粒过滤器10具有排气净化催化剂20，微粒过滤器10不仅可进行PM的捕集，而且也可将排气分解。因此，优选微粒过滤器10具有排气净化催化剂20。
更详细地，图2D为具有排气净化催化剂20的内壁涂层的微粒过滤器的示意的截面图，图2E为具有排气净化催化剂20的壁上涂层的微粒过滤器的示意的截面图。对于内壁涂层而言，将WF用排气净化催化剂20涂布直至WF的内部。另一方面，对于壁上涂层而言，将WF的排气流路侧选择性地用排气净化催化剂20涂布。就排气净化催化剂20而言，可如图2D那样进行内壁涂布，也可如图2E那样进行壁上涂布。
就本公开涉及的排气净化催化剂20而言，可以为能够将排气中所含的烃(HC)、一氧化碳(CO)或氮氧化物(NOx)净化的催化剂。排气净化催化剂20优选包含贵金属和多孔无机氧化物或氧贮存物质，更优选地，包含贵金属、多孔无机氧化物及氧贮存物质，进一步优选地，包含选自镁和碱土金属中的至少一种、贵金属、多孔无机氧化物以及氧贮存物质。以下，有时将排气净化催化剂20的质量用以WF的体积为基准的表示来示出。即，有时将每1升WF的各成分的质量表示为“g/L”。
(贵金属)
作为贵金属，可以为通常用于排气的净化的贵金属，优选为铂(Pt)、钯(Pd)或铑(Rh)。贵金属可单独地使用，也能够并用。根据净化的对象，能够适当地改变贵金属来使用。例如，将HC、CO及NOx处理时，能够使用铂或钯和铑，特别有效的是钯和铑。另外，对于HC或CO的处理，能够使用铂和/或钯。
贵金属的负载量能够根据每单位体积催化剂的排气流量(SV(h-1))、排气中的HC等的浓度而适当地改变。
就贵金属的负载量而言，每1升WF，以金属换算计，可为0.1g以上且10g以下。根据使用的贵金属，负载的量不同，例如使用铂、钯、铑的情况下，如下所述。
在使用钯时，每1升WF，钯的负载量可为0.1g以上且10g以下，优选地可为0.2g以上且5g以下。通过钯的负载量为0.1g/L以上且10g/L以下，能够将烃(HC)充分地氧化，因此优选。
在使用铑时，每1升WF，铑的负载量可为0.05g以上且3g以下，优选地可为0.2g以上且1g以下。通过铑的负载量为0.1g/L以上且3g/L以下，能够高效地将NOx还原，因此优选。
在使用铂时，每1升WF，铂的负载量可为0.1g以上且3g以下，优选地可为0.2g以上且1g以下。通过铂的负载量为0.1g/L以上且3g/L以下，能够将烃等有效率地氧化，因此优选。
(多孔无机氧化物)
作为多孔无机氧化物，可以为通常用于排气净化的多孔无机氧化物，优选为α、γ、δ、θ等的氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、它们的混合物、或它们的复合氧化物。就多孔无机物而言，如果考虑排气净化催化剂的有效利用及耐久性，优选不仅排气为低温时而且即使在排气成为高温时也为多孔、比表面积大的氧化物。多孔无机氧化物的优选的平均粒径(d50)因对WF的涂布方法而异。在通过内壁涂布法形成排气净化催化剂20的情况下，优选超过0μm且不到1.5μm。通过为这样的范围的平均粒径，可将包含多孔无机氧化物的催化剂浆料涂布于WF的隔板内部。另外，在通过壁上涂布法形成排气净化催化剂20的情况下，多孔无机氧化物的平均粒径(d50)可为5μm以上且不到15μm，优选8μm以上且12μm以下。通过为这样的范围的平均粒径，包含多孔无机氧化物的催化剂浆料难以进入WF的隔板内，因此优选。即，通过控制多孔无机氧化物的平均粒径，可采用各种方法在有意的负载部位使包含多孔无机氧化物的催化剂成分负载。其中，多孔无机氧化物的平均粒径(d50)意指使用激光衍射法所测定的体积基准的50％粒径(中值直径)。
就多孔无机氧化物的比表面积而言，在采用氮气的BET比表面积测定中，可为50m2/g以上且500m2/g以下，优选为70m2/g以上且400m2/g以下。如果为50m2/g以上，能够有效率地使贵金属或氧贮存物质分散，因此优选，如果为500m2/g以下，该多孔无机氧化物的耐热性高，因此优选。
就多孔无机氧化物的负载量而言，可以为通常用于排气净化用催化剂的量，例如，为1g/L以上且100g/L以下，优选为5g/L以上且50g/L以下，更优选为10g/L以上且30g/L以下。如果为1g/L以上，能够充分地分散贵金属或氧贮存物质，结果，能够高效率地净化排气，因此优选。如果为100g/L以下，则背压没有增加，对发动机的负荷小，因此优选。
(氧贮存物质)
氧贮存物质具有能够吸收·吸附、排出排气中的氧的功能。作为氧贮存物质，可以为通常用于排气净化的氧贮存物质。具体地，优选稀土类的氧化物，更优选为氧化铈(CeO2)。以耐热性的提高、比表面积的提高等为目的，可由氧化锆(ZrO2)、氧化镧(La2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化钕(Nd2O3)、氧化镨(Pr6O11)和氧贮存物质来形成复合氧化物、将该复合氧化物用作氧贮存物质。
就氧贮存物质的负载量而言，可以为通常用于排气净化用催化剂的量，例如为1g/L以上且50g/L以下，优选为5g/L以上且50g/L以下，更优选为10g/L以上且40g/L以下。如果为1g/L以上，能够将排气中的氧充分地吸收和排出，能够提高催化剂性能，因此优选。如果为50g/L以下，则背压不会增加，对发动机的负荷小，因此优选。
(其他成分)
排气净化催化剂根据净化对象，能够包含其他成分。
[从内燃机的排气中将PM除去的方法]
本公开涉及的从内燃机的排气中将PM除去的方法具有向本公开涉及的微粒过滤器通入内燃机的排气的步骤。
排气的空间速度SV优选50000h-1以上且250000h-1以下，更优选为100000h-1以上且200000h-1以下。通过采用这样的空间速度，能够充分地捕集排气中的PM。
对排气温度并无特别限制，优选为200℃以上。另外，排气温度优选为600℃以下，更优选为400℃以下。通过采用这样的排气温度，在微粒过滤器具有排气净化催化剂的情况下，能够充分地引起催化反应，也能够抑制催化剂的劣化。
在从内燃机的排气中将PM除去的方法中，可单独地使用本公开涉及的微粒过滤器，也可使用包含排气净化催化剂的进一步的过滤器。就包含排气净化催化剂的进一步的过滤器而言，可配置在内燃机与本公开涉及的微粒过滤器之间，也可配置在本公开涉及的微粒过滤器之后。对于包含排气净化催化剂的进一步的过滤器，能够使用例如公知的负载有三元催化剂的过滤器。通过除了本公开涉及的微粒过滤器以外还使用包含排气净化催化剂的进一步的过滤器，可将排气进一步适当地净化。
[微粒过滤器的制造方法]
本公开涉及的微粒过滤器的制造方法包括：(1)气溶胶制作工序、(2)陶瓷粒子导入工序、(3)加湿工序、和(4)干燥工序，通过采用这样的方法来制造微粒过滤器，能够制造陶瓷层具有所需的空隙率的微粒过滤器。
(气溶胶制作工序)
在制作气溶胶的步骤中，气溶胶的密度优选为0.001g/m3以上且1g/m3以下，更优选为0.01g/m3以上且0.1g/m3以下。通过采用这样的气溶胶的密度，将陶瓷层的空隙率调节为所期望的范围变得容易。另外，通过采用这样的气溶胶的密度，能够使由陶瓷粒子形成的陶瓷层均匀地堆积。
(陶瓷粒子导入工序)
就在WF的流路内使气溶胶通过的步骤而言，能够通过从WF的、与气溶胶的导入侧的相反侧抽吸气溶胶而进行。如果气溶胶通过WF的流路内，则气溶胶中所含的陶瓷粒子在WF的多孔壁堆积。气溶胶的流速例如可为1m/秒以上且100m/秒以下，优选地，可为5m/秒以上且30m/秒以下，更优选地，可为10m/秒以上且20m/秒以下。通过采用这样的流速，能够使陶瓷粒子适当地堆积。
(加湿工序)
就对陶瓷粒子及WF所给予的水的量而言，相对于WF的体积，优选为30g/L以上且300g/L以下，更优选为40g/L以上且200g/L以下，进一步优选为50g/L以上且100g/L以下。通过将规定量的水给予陶瓷粒子及WF、使其干燥，能够将陶瓷层的空隙率调节至所期望的范围。即，给予30g/L以上的量的水而使其干燥，由此与给予水之前相比，能够减小空隙率，通过给予300g/L以下的量的水，能够防止空隙率过度地变小。
加湿工序优选包含将包含水分的气体通入WF的步骤。通过由气体来加湿，能够将过滤器整体均匀地加湿，因此能够均匀地调节陶瓷层的空隙率。例如，可通过将包含饱和水蒸汽量以上的水分的气体通入WF而给予水。
就包含水分的气体的温度而言，在向过滤器的导入时，例如可为0℃以上且100℃以下，优选地，可为5℃以上且70℃，更优选地，可为10℃以上且50℃以下。这样的温度的气体能够包含大量的水分，因此能够对陶瓷粒子及WF有效率地给予水。
就本公开涉及的微粒过滤器的制造方法而言，优选在WF的流路内使气溶胶通过的步骤之前，包含在WF的流路内将排气净化催化剂进行洗涂的步骤。通过包含将排气净化催化剂进行洗涂的步骤，制造的微粒过滤器也可将排气分解。就将排气净化催化剂进行洗涂的步骤而言，能够通过公知的方法来进行。例如，就将排气净化催化剂进行洗涂的步骤而言，包含将排气净化催化剂进行湿式粉碎的步骤。例如，湿式粉碎为球磨机。在进行洗涂时所使用的溶剂并无特别限定，例如能够使用水、任意的有机溶剂。作为洗涂的溶剂，优选使用水。
实施例
以下，示出实施例及比较例，对本发明具体地说明，只要产生本发明的效果，则本发明并不限定于实施例。
＜微粒过滤器的制造＞
[实施例1]
将平均粒径(D50)为3μm的氧化铝粉末与空气混合，制作具有0.020g/m3的密度的气溶胶。其次，使制作的气溶胶通过圆筒形堇青石载体，相对于堇青石载体的体积，堆积25.9g/L的量的陶瓷层。圆筒形堇青石载体的尺寸为直径118.4mm、长127mm、体积1.4L、孔密度300孔/平方英寸、壁厚10密尔、气孔直径15μm。
其次，将使用市售的加湿器而加湿的空气通入到上述堇青石载体。为了控制空气的流动，从堇青石载体的加湿空气的导入侧的相反侧，以12.5m/s的速度在25℃下抽吸空气。通过加湿器所供给的水分量为280mL/h。
在使被加湿的空气流通的期间，测定堇青石载体的重量变化，在加湿量相对于堇青石载体的体积成为72.3g/L的时刻，中止被加湿的空气的流通。然后，使堇青石载体在大气气氛下、550℃下干燥，得到微粒过滤器A。
[实施例2]
除了使陶瓷层的负载量为26.0g/L、使加湿量为185.3g/L以外，与实施例1同样地制作微粒过滤器B。
[实施例3]
除了使陶瓷层的负载量为25.5g/L、使加湿量为213.4g/L以外，与实施例1同样地制作微粒过滤器C。
[实施例4]
除了使陶瓷层的负载量为25.7g/L、使加湿量为168.6g/L、使加湿空气的吸入速度为5.0m/s以外，与实施例1同样地制作微粒过滤器E。
[实施例5]
除了使陶瓷层的负载量为26.4g/L、使加湿量为173.4g/L、使干燥温度为150℃以外，与实施例1同样地制作微粒过滤器F。
[实施例6]
除了使陶瓷层的负载量为25.2g/L、使加湿量为147.5g/L、使干燥温度为350℃以外，与实施例1同样地制作微粒过滤器G。
[实施例7]
除了负载排气净化催化剂、使陶瓷层的负载量为24.8g/L、使加湿量为190.2g/L、使干燥温度为350℃以外，与实施例1同样地制作微粒过滤器I。
排气净化催化剂的负载如下所述进行。首先，对于作为钯原料的硝酸钯、以La2O3计包含4质量％的镧的含有镧的氧化铝、Ce-Zr-La-Y复合氧化物(CeO2：ZrO2：La2O3：Y2O3的质量比为24：60：3.5：12.5)、Ce-Zr-La-Pr复合氧化物(CeO2：ZrO2：La2O3：Pr6O11的质量比为40：50：5：5)、作为BaO原料的氢氧化钡8水合物、作为La2O3原料的醋酸镧、BaSO4，以Pd：含有镧的氧化铝：Ce-Zr-La-Y复合氧化物：Ce-Zr-La-Pr复合氧化物：BaO：La2O3：BaSO4的质量比成为0.52：16.32：19.08：19.08：0.24：0.48：4.44的方式，称量各原料。
在各原料的混合物中加入水以使得固体成分含有率成为38％，搅拌1小时。对于得到的混合溶液，进行采用球磨机的湿式粉碎，得到浆料。使用激光衍射法测定的该浆料的中值直径为1.45μm。使用该浆料，从上述圆筒形堇青石载体的排气导入侧进行洗涂。其次，在150℃、空气中干燥15分钟，在550℃下、空气中进行30分钟烧成，由此在堇青石载体负载排气净化催化剂。在本实施例中，将排气净化催化剂在堇青石载体进行内壁涂布。测定负载有排气净化催化剂的堇青石载体的重量，确认：负载有每1升堇青石载体约60g的排气净化催化剂。
在堇青石载体负载排气净化催化剂后，制作陶瓷层。
通过电感耦合等离子体(ICP)发光分光分析，对排气净化催化剂进行分析，结果，烧成后的排气净化催化剂的组成如表1所示。在此，组成用相对于堇青石载体的体积(L)的质量(g)来表示。
[表1]
[比较例1]
作为比较例1，使不含陶瓷层及排气净化催化剂的、单独的堇青石载体作为微粒过滤器D。在比较例1中，没有进行加湿工序。
[比较例2]
除了使陶瓷层的负载量为25.0g/L，没有进行加湿工序以外，与实施例7同样地制作了微粒过滤器H。
[比较例3]
在实施例7中，除了在负载排气净化催化剂后没有制作陶瓷层以外，与实施例7同样地制作微粒过滤器J。在比较例3中没有制作陶瓷层。另外，也没有进行加湿工序。
＜空隙率的分析＞
用扫描型电子显微镜(SEM)观察实施例及比较例中得到的微粒过滤器的截面，测定空隙率。图3为实施例1的微粒过滤器的截面SEM像。图3为陶瓷层与堇青石载体的界面的截面SEM像。另外，图4为实施例3的微粒过滤器的截面SEM像。图4为陶瓷层与堇青石载体的界面的截面SEM像。对于陶瓷层的部分的放大图，进行二值化处理，算出空隙率。对于任意的5点，同样地算出空隙率，使它们的平均值作为各实施例及比较例中的陶瓷层的空隙率。
将实施例及比较例的制造条件与空隙率汇总，如以下的表2所述。
[表2]
参照图3及图4，得知：图4与图3相比，使陶瓷粒子致密地堆积。这对应于实施例3的空隙率比实施例1的空隙率小。
(微粒过滤器的评价)
对于制作的微粒过滤器，按照“乘用车等的国际协调排放气体·燃费试验法”(Worldwide harmonized Light vehic les Tes t Procedure、WLTP)，测定了微粒过滤器的捕集率。将捕集率的测定结果示于以下的表3中。
[表3]
对于PM的捕集率，不具有陶瓷层的比较例1的微粒过滤器的捕集率为最小的值。将具有陶瓷层的实施例1～7及比较例2的微粒过滤器的捕集率对于空隙率进行绘图，成为如图5所示。与没有进行给予水而干燥的步骤的比较例2相比，实施例涉及的陶瓷层的空隙率变小。另外，就陶瓷层的空隙率小的实施例涉及的微粒过滤器而言，与比较例相比，捕集率升高。即，得知：就陶瓷层具有规定的空隙率的本公开涉及的微粒过滤器而言，具有改善的PM的捕集率。
＜排气净化性能＞
对实施例7、比较例1、比较例2及比较例3中制作的微粒过滤器进行耐久试验，对于耐久后的微粒过滤器，进行模拟排气净化性能的评价。就耐久试验而言，通过在微粒过滤器中使包含10体积％的水的700℃的空气流通40小时来进行。在净化性能的评价中，作为模拟排气，制作包含1200ppm(甲烷换算)的C3H6、500ppm的NO、0.17％的H2、5％的CO、0.5％的O2、14％的CO2、10％的H2O、和作为平衡气体的N2的混合气体，以空间速度250000h-1流入到各微粒过滤器，测定400℃下的HC、CO及NOx的转化率。将评价结果示于以下的表4中。
[表4]
由表4得知：经过了加湿工序及干燥工序的实施例7涉及的微粒过滤器I显示优异的排气净化性能。
产业上的可利用性
本公开涉及的微粒过滤器的PM的捕集率提高。
本公开涉及的微粒过滤器的制造方法能够高效率地从排气中将PM除去。
本公开涉及的微粒过滤器的制造方法能够提供PM的捕集率提高的微粒过滤器。
附图标记的说明
10微粒过滤器
12开口部
14密封部
16陶瓷层
20排气净化催化剂
WF壁流式过滤器
PM粒子状物质

Claims (10)

1.一种用于从内燃机的排气中除去粒子状物质的微粒过滤器，其包含：具有多孔壁的壁流式过滤器、和在所述壁流式过滤器的流路内负载的由陶瓷粒子形成的陶瓷层，
所述陶瓷层的空隙率为20％以上且41％以下。
2.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其中，所述陶瓷粒子由选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、沸石中的一者构成。
3.根据权利要求1或2所述的微粒过滤器，其中，所述陶瓷粒子的平均粒径(d50)为1.5μm以上且不到5μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的微粒过滤器，其中，相对于所述壁流式过滤器的体积，以10g/L以上且50g/L以下的量负载所述陶瓷层。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的微粒过滤器，其中，在所述壁流式过滤器与所述陶瓷层之间具有排气净化催化剂。
6.一种从内燃机的排气中除去粒子状物质的方法，其具有：向权利要求1～5中任一项所述的微粒过滤器中通入内燃机的排气的步骤。
7.一种微粒过滤器的制造方法，其包含：
将陶瓷粒子和空气混合而制作气溶胶的步骤；
在具有多孔壁的壁流式过滤器的流路内使所述气溶胶通过的步骤；
对于所述陶瓷粒子及所述壁流式过滤器，相对于所述壁流式过滤器的体积给予30g/L以上且300g/L以下的量的水的步骤；和
使所述壁流式过滤器干燥的步骤。
8.根据权利要求7所述的微粒过滤器的制造方法，其中，所述气溶胶的密度为0.001g/m3以上且1g/m3以下。
9.根据权利要求7或8所述的微粒过滤器的制造方法，其中，所述给予水的步骤包含：将包含水分的气体通入所述壁流式过滤器的步骤。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的微粒过滤器的制造方法，其中，在所述壁流式过滤器的流路内使所述气溶胶通过的步骤之前，包含：在所述壁流式过滤器的流路内将排气净化催化剂洗涂的步骤。
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