DE102017002809A1

DE102017002809A1 - Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102017002809A1
Application number: DE102017002809.5A
Authority: DE
Inventors: Yunie IZUMI; Kenji Morimoto
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: US20170284264A1; DE102017002809B4; US9945279B2

Abstract

Vorgesehen ist eine Wabenstruktur, die als ein Abgasreinigungsfilter zum Reinigen von Abgas verwendet werden kann. Eine Wabenstruktur umfasst: einen Wabenstrukturkörper, der mehrere Zellen 3 umfasst, die von einer Trennwand 4 definiert werden und als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen; und einen Verschlussabschnitt zum abwechselnden Verschließen offener Endteile der mehreren Zellen 3 auf einer Seite als eine Zulaufseite für das Abgas und offener Endteile auf der anderen Seite als eine Ablaufseite für das Abgas. Die Trennwand 4 ist, auf der Seite der Ablaufzellen 3b, mit einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas oder einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das auf CeO₂ geladen ist und zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas beladen. Die Ladungsmenge des Oxidationskatalysators beträgt 5,0 g/l oder mehr und 50 g/l oder weniger.

Description

WABENSTRUKTUR
„Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, basierend auf JP-2016-068420 , eingereicht am 30. März 2016, und JP-2017-50174 , eingereicht am 15. März 2017 beim japanischen Patentamt, deren gesamte Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind.”
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur, die als ein Abgasreinigungsfilter zum Reinigen von Abgas verwendet werden kann. Beschreibung des Standes der Technik
Zum Reinigen des aus einem Motor ausgestoßenen Abgases werden mehrere Filter in dem Abgasweg eines Dieselmotors oder dergleichen angeordnet. Beispiele für die Filter umfassen einen Dieselpartikelfilter (DPF) und einen katalytischen SCR-(selektive katalytische Reduktion-)-Konverter (Katalysator zur selektiven Reduktion einer zu reinigenden Komponente durch eine Reduktionsreaktion). Der katalytische SCR-Konverter ist auf der Abströmseite des DPF angeordnet. Der DPF ist so ausgebildet, dass er vorwiegend Ruß enthaltende Feststoffteilchen (PM) in dem Abgas abfängt und verhindert, dass die Feststoffteilchen an die Luft ausgestoßen werden. Der katalytische SCR-Konverter ist so ausgebildet, dass er NO_X in dem Abgas unter Verwendung von Ammoniak (NH₃) reduziert. Dieses Ammoniak wird durch Zersetzung von Harnstoff erzeugt, der aus einem auf seiner Anströmseite des katalytischen SCR-Konverters angeordneten Harnstoffinjektor eingespritzt wird.
Der DPF ist üblicherweise mit einem Katalysator beladen, der zum Oxidieren von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) zum Entfernen Edelmetall umfasst. Das heißt, in dem DPF wird im Inneren angesammelter Ruß zum Entfernen verbrannt (Verbrennungsregenerationsprozess). Hierbei fördert der Katalysator die Verbrennung des Rußes. Der Katalysator oxidiert Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) zum Entfernen, die durch die Zersetzung des Rußes beim Verbrennen des Rußes erzeugt werden.
Patentdokument 1 ist beispielsweise als eine Patentanmeldung bekannt, die sich auf ein Harnstoff-SCR-System bezieht. Bei der Zersetzung von NO_x in N₂ und H₂O durch den katalytischen SCR-Konverter beträgt das Verhältnis von NO und NO₂, die in den katalytischen SCR-Konverter strömen, bezüglich der Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt 1:1. In dem DPF (Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) + CSF (katalytischer Rußfilter)) auf der Anströmseite des katalytischen SCR-Konverters wird jedoch NO₂ zur Verbrennung der PM verbraucht, so dass gegenwärtig deutlich mehr NO als NO₂ vorliegt, wenn sie aus dem DPF ausgestoßen werden. Das bedeutet, dass die NO_x-Reinigungseffizienz nicht gut ist.
Es bestand Bedarf an einer Technik, mit der das Verhältnis von NO und NO₂, die in den katalytischen SCR-Konverter strömen, auf 1:1 gebracht werden kann.
Um das Verhältnis von NO und NO₂ nahe 1:1 zu bringen, kann ein Katalysator aus einem Edelmetall wie Pt im hinteren Teil des CSF angeordnet werden, um so einen Teil von NO zu NO₂ zu oxidieren. Ein solcher Katalysator aus Edelmetall führt oftmals zu einer Steigerung der Kosten. Da Edelmetall eine hohe Oxidationskraft besitzt, kann die Menge des zur Umwandlung von NO zu NO₂ verwendeten Edelmetalls nur schwer gesteuert werden.
Patentdokument 2, welches eine Patentanmeldung ist, die sich auf eine Abgasreinigungsanlage als Ganzes bezieht, offenbart einen Aufbau, der CoO, MnO₂ oder ZrO als einen Oxidationskatalysator in einem vorderen Teil des katalytischen SCR-Konverters umfasst.
Patentdokumente 3 und 4 offenbaren eine mit Katalysator beladene Wabe, die einen Oxidationskatalysator umfasst. Patentdokument 5 offenbart ein Abgasreinigungsgerät, umfassend einen Katalysator zur Reinigung von Stickoxid.
[Patentdokument 1] JP-A-2004-100699
[Patentdokument 2] JP-A-5-195756
[Patentdokument 3] JP-A-2014-57951
[Patentdokument 4] JP-A-2008-302355
[Patentdokument 5] JP-A-2006-346605
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Patentdokument 2 gibt es Bedenken hinsichtlich der Stabilität des Abgases bei niedrigen Temperaturen, da CoO nicht stabil ist, sofern nicht die Temperatur 800°C oder mehr beträgt. Da sich MnO₂ bei 550°C oder mehr zu Mn₂O₃ zersetzt, gibt es Bedenken hinsichtlich der Stabilität des Abgases bei hohen Temperaturen.
Patentdokument 3 zielt darauf ab, die Verbrennungswirkung von Ruß zu fördern und die Menge an Ruß, der sich mit der Zeit an der Wand der Zellen ansammelt, zu verringern. Daher ist der Katalysator zu fein, als dass er zur Förderung der Reaktion von NO und NO₂ in dem katalytischen SCR-Konverter gut funktionieren könnte. Bei einem solch feinen Katalysator besteht ein Problem hinsichtlich der Haltbarkeit, da es rasch zum Sintern kommt.
Bei Patentdokument 4 besteht ein Problem hinsichtlich der Festigkeit, da die Porosität sehr hoch ist, um so sowohl einen geringeren Druckabfall als auch eine höhere PM-Auffangeffizienz zu erreichen.
Patentdokument 5 ist eine Technik zur Reinigung von NO_x durch Reduktion, und die Ladungsmenge für einen Katalysator ist hoch.
Zur Förderung der Reaktion von NO und NO₂ in dem katalytischen SCR-Konverter bedurfte es zur Umwandlung eines Teils des NO in NO₂ einer einfachen Technik mit geringen Kosten. Die vorliegende Erfindung zielt auf die Bereitstellung einer Wabenstruktur ab, die als ein Abgasreinigungsfilter zur Reinigung von Abgas verwendet werden kann. Im Speziellen liefert die vorliegende Erfindung eine Wabenstruktur, die als ein CSF, der auf der Anströmseite eines katalytischen SCR-Konverters angeordnet ist, verwendet werden kann und so ausgebildet ist, dass sie einen Teil von NO entsprechend in NO₂ umwandelt.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, liefert die vorliegende Erfindung die folgende Wabenstruktur.

[1] Eine Wabenstruktur, umfassend: einen Wabenstrukturkörper, der eine poröse Trennwand mit einer großen Anzahl von Poren umfasst, wobei der Wabenstrukturkörper mehrere Zellen, die von der Trennwand definiert werden und als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen, umfasst; und einen Verschlussabschnitt zum abwechselnden Verschließen offener Endteile der mehreren Zellen auf einer Seite als eine Zulaufseite für das Abgas und offener Endteile auf der anderen Seite als eine Ablaufseite für das Abgas, wobei die mehreren Zellen Zulaufzellen, die an den offenen Endteilen auf der Zulaufseite offen sind, und Ablaufzellen, die an den offenen Endteilen auf der Ablaufseite offen sind, umfassen, die Trennwand eine Porosität von 70% oder weniger aufweist, die Trennwand, auf der Seite der Ablaufzellen, mit einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas oder einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das auf CeO₂ geladen ist und zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas beladen ist, und die Ladungsmenge des Oxidationskatalysators 5,0 g/l oder mehr und 50 g/l oder weniger beträgt.
[2] Die Wabenstruktur gemäß [1], wobei das Übergangsmetalloxid, das Fe und Mn umfasst, ein Molverhältnis von Mn aufweist, dass 0,1 oder mehr beträgt, wenn das Molverhältnis von Fe und Mn insgesamt 1 beträgt.
[3] Die Wabenstruktur gemäß [1] oder [2], wobei der Oxidationskatalysator aus dem Übergangsmetalloxid, das Fe und Mn umfasst, auf CeO₂ geladenes Fe-Mn-O/CeO₂ umfasst.
[4] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [3], wobei 60% oder mehr des Übergangsmetalloxids ausgehend von einer Stelle in der Hälfte der Dickenrichtung hin zu der Seite der Ablaufzellen auf die Trennwand geladen sind.

Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung umfasst einen Verschlussabschnitt zum abwechselnden Verschließen offener Endteile der mehreren Zellen auf einer Seite als eine Zulaufseite für das Abgas und offener Endteile auf der anderen Seite als eine Ablaufseite für das Abgas. Die Wabenstruktur umfasst Zulaufzellen, in die Abgas strömt, und Ablaufzellen, aus denen das Abgas, das die Trennwand durchquert hat, ausströmt. Die Trennwand ist, auf der Seite der Ablaufzellen, mit einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas oder einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das auf CeO₂ geladen ist und zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas beladen, und die Ladungsmenge des Oxidationskatalysators beträgt 5,0 g/l oder mehr und 50 g/l oder weniger. Dabei kann eine gute Balance zwischen NO und NO₂, die in den katalytischen SCR-Konverter strömen, der auf der Abströmseite angeordnet ist, erhalten werden, und die Reaktionen von NO, NO₂ und NH₃ verlaufen effizient. Das heißt, die Abgas-Reinigungseffizienz kann erhöht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Wabenstruktur zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts der Wabenstruktur parallel zur Verlaufsrichtung der Zellen.
3A ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Teil eines Querschnitts der Wabenstruktur parallel zur Verlaufsrichtung der Zellen zeigt.
3B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Teil eines Querschnitts der Wabenstruktur parallel zur Verlaufsrichtung der Zellen zeigt.
4 zeigt schematisch das auf CeO₂ geladene Übergangsmetalloxid
5 zeigt schematisch eine Abgasreinigungsanlage.
6 beschreibt die Reaktionen in der Abgasreinigungsanlage.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Veränderungen, Modifikationen und Verbesserungen können an ihr vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
(1) Wabenstruktur:
Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Wabenstruktur 1 zeigt. 2 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts der Wabenstruktur 1 parallel zur Verlaufsrichtung der Zellen 3. Die Wabenstruktur 1 umfasst einen Wabenstrukturkörper 10 mit einer porösen Trennwand 4 mit einer großen Anzahl von Poren, bei dem mehrere Zellen 3, die als Durchgangskanal für ein Abgas dienen, von der Trennwand 4 definiert werden, und einen Verschlussabschnitt 8 zum abwechselnden Verschließen offener Endteile der mehreren Zellen 3 auf einer Seite als eine Zulaufseite für das Abgas und offener Endteile auf der anderen Seite als eine Ablaufseite für das Abgas. Die mehreren Zellen 3 umfassen Zulaufzellen 3a, die an den offenen Endteilen auf der Zulaufseite offen sind, und Ablaufzellen 3b, die an den offenen Endteilen auf der Ablaufseite offen sind. Der Verschlussabschnitt 8 umfasst einen zulaufseitigen Verschlussabschnitt 8a, der an der Zulaufendfläche 2a vorbestimmter Zellen 3 angeordnet ist, und einen ablaufseitigen Verschlussabschnitt 8b, der an der Ablaufendfläche 2b der verbleibenden Zellen 3 angeordnet ist.
Die 3A und 3B sind vergrößerte Ansichten der Region A in 2. Wie in den 3A und 3B gezeigt, ist die Trennwand 4, auf der Seite der Ablaufzellen 3b, mit einem Oxidationskatalysator 5 aus einem Übergangsmetalloxid 5a, das zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas oder einem Oxidationskatalysator 5 aus einem Übergangsmetalloxid 5a, das auf CeO₂ geladen ist und zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas beladen. Die Ladungsmenge des Oxidationskatalysators beträgt 5,0 g/l oder mehr und 50 g/l oder weniger. Der Oxidationskatalysator 5 hat bevorzugt einen Teilchendurchmesser von mehr als 1 μm und weniger als 50,0 μm. Die Trennwand 4 hat eine Porosität von 70% oder weniger. Die Wabenstruktur 1 kann als ein Abgasreinigungsfilter verwendet werden. Das in dem in die Wabenstruktur 1 strömenden Abgas enthaltene NO wird zu NO₂ oxidiert. Die Wabenstruktur 1 hat bevorzugt eine NO₂-Umwandlungsrate bei 250°C, die mehr als 3,0% und weniger als 35% beträgt. Die NO₂-Umwandlungsrate ist der Anteil an NO, der in NO₂ umgewandelt wird. Liegt die NO₂-Umwandlungsrate innerhalb dieses Bereiches, kann das in einen abströmseitigen katalytischen SCR-Konverter 70 strömende Abgas (siehe 5) effizient gereinigt werden.
Das auf die Trennwand 4 geladene Übergangsmetalloxid 5a umfasst zumindest Fe und Mn. Im Speziellen umfasst das Übergangsmetalloxid, das Fe und Mn umfasst, FeMnO₃, Fe₂O₃, umfassend Mn als Mischkristall, und Mn₂O₃, umfassend Fe als Mischkristall. Ein solches Übergangsmetalloxid 5a, das zumindest Fe und Mn umfasst, ermöglicht eine angemessene Oxidation von NO zu NO₂. Daher kann die Ladungsmenge des Katalysators leicht eingestellt werden. Im Speziellen sind Fe₂O₃ und Mn₂O₃ bei 200 bis 800°C stabile Substanzen, und es gibt keine Bedenken hinsichtlich der Stabilität. Das Übergangsmetalloxid, das Fe und Mn umfasst, hat bevorzugt ein Molverhältnis von Mn, das 0,1 oder mehr beträgt, wenn das Molverhältnis von Fe und Mn insgesamt 1 beträgt. Das Übergangsmetalloxid mit einem Molverhältnis in diesem Bereich ermöglicht eine Erhöhung der NO₂-Umwandlungsrate.
Der Oxidationskatalysator 5 aus einem Übergangsmetalloxid 5a, das auf CeO₂ geladen ist und zumindest Fe und Mn umfasst, ist bevorzugt Fe-Mn-O/CeO₂. Wie in 4 gezeigt, ist Fe-Mn-O/CeO₂ ein Oxidationskatalysator 5, bei dem CeO₂ mit Fe-Mn-O beladen ist. Fe-Mn-O ist ein Verbundoxid, das Fe und Mn umfasst. Bevorzugt ist es ein Oxid mit Fe:Mn = 9:1 bis 2:8 und hat die Kristallstruktur eines Hämatits (Fe₂O₃, umfassend Mn als Mischkristall) oder eines Bixbits (Mn₂O₃, umfassend Fe als Mischkristall) oder ist FeMnO₃. Da Fe-Mn-O ein Material ist, das bis 1.000°C oder mehr stabil ist, verfügt es über eine hohe Wärmebeständigkeit. Dieses Material verfügt über Sinterbeständigkeit, und so kann es nur schwer gesintert und deaktiviert werden.
Der Oxidationskatalysator hat bevorzugt einen Teilchendurchmesser von mehr als 1 μm und weniger als 50,0 μm. Stärker bevorzugt beträgt der Teilchendurchmesser mehr als 2 μm und weniger als 30,0 μm, und noch stärker bevorzugt mehr als 3 μm und weniger als 15,0 μm. In der vorliegenden Beschreibung wird der Teilchendurchmesser wie folgt erhalten. Zunächst wird ein Bild (Bild von einem Rohmaterial) in einem Sichtfeld mit einer 1000-fachen Vergrößerung mit einem REM betrachtet. Es werden drei Sichtfelder betrachtet. In jedem Sichtfeld sind alle Feststoffteilchen, die in dem Sichtfeld enthalten sind, Betrachtungsziele. Dann wird für alle Feststoffteilchen in den drei Sichtfeldern der Durchschnitt der drei Sichtfelder als Ganzes ermittelt, und dieser Wert wird als der Teilchendurchmesser festgelegt.
Die Katalysator-Ladungsmenge des Oxidationskatalysators beträgt 5,0 g/l oder mehr und 50 g/l oder weniger, bevorzugt 5,0 g/l oder mehr und 45 g/l oder weniger und stärker bevorzugt 5,0 g/l oder mehr und 40 g/l oder weniger. Die Ladungsmenge des Katalysators (g/l) in der vorliegenden Beschreibung ist die Menge (g) des Katalysators, die pro Volumeneinheit (l) der Wabenstruktur geladen wird.
Bevorzugt werden 60% oder mehr des Übergangsmetalloxids 5a ausgehend von einer Stelle in der Hälfte der Dickenrichtung hin zu der Seite der Ablaufzellen 3b auf die Trennwand 4 geladen. 3A zeigt schematisch, dass 60% oder mehr eines Übergangsmetalls 5a ausgehend von einer Stelle in der Hälfte der Dickenrichtung hin zu der Seite der Ablaufzellen 3b auf die Trennwand 4 geladen sind. 3B zeigt schematisch, dass ein Übergangsmetall auf der Seite der Ablaufzelle 3b auf die Oberfläche und die Umgebung der Trennwand 4 geladen ist. In der vorliegenden Beschreibung wird die Ladungsmenge des Übergangsmetalloxids 5a wie folgt gemessen. Zunächst wird ein poröses Material der vorliegenden Erfindung, das von einem Harz umgeben ist, unter Verwendung einer Diamantaufschlämmung oder dergleichen hochglanzpoliert, was die zu betrachtende Probe ergibt. Diese polierte Querschnittsfläche wird mit 100-facher Vergrößerung betrachtet, und es wird ein Foto von einer Mikrostruktur erhalten. In diesem Foto wird die Anzahl aller Katalysatorpartikel gemessen, und diese ist die Anzahl aller Katalysatorpartikel Na. Als nächstes wird die Anzahl der Katalysatorpartikel ausgehend von der Hälfte der Trennwand zum Auslass gemessen, und diese ist die Anzahl des Katalysators Nh, der 1/2 der Dicke der Trennwand einnimmt. Der Anteil an Katalysator, der 1/2 der Dicke der Trennwand 4 einnimmt, wird mittels Nh/Na aus diesen Messungen berechnet.
Durchquert ein Abgas die Trennwand 4 einer solchen Wabenstruktur 1, wird ein Teil des NO von dem Übergangsmetalloxid 5a oxidiert und in NO₂ umgewandelt. Dabei kann ein gutes Gleichgewicht zwischen NO und NO₂, die in einen katalytischen SCR-Konverter 70 auf der Abströmseite strömen, erhalten werden. Dies kann eine chemische Reaktion zum Reinigen des Abgases fördern, und so kann das Abgas effizient gereinigt werden.
Ein Teil der Trennwand 4 nahe der Zulaufzelle 3a in der Dickenrichtung ist bevorzugt mit einem Katalysator beladen, um die Verbrennung von Ruß zu fördern. Als ein solcher Katalysator zur Förderung der Verbrennung von Ruß wird bevorzugt ein Katalysator geladen, der ein Edelmetall in einem Anteil von etwa 5 bis 30 g/l umfasst. In der vorliegenden Spezifizierung bezieht sich die Beschreibung, dass ein Katalysator auf einen Teil nahe der Zulaufzelle 3a geladen wird, darauf, dass die Menge des Edelmetall enthaltenden Katalysators, der ausgehend von der Oberfläche der Trennwand 4 auf der Seite der Zulaufzelle auf 1/2 der Dicke geladen wird, 60% oder mehr der Gesamtmenge ausmacht.
Das Abgas, das die Wabenstruktur 1 der vorliegenden Erfindung durchquert, wird in den katalytischen SCR-Konverter 70 gespeist, der auf der Abströmseite der Wabenstruktur 1 angeordnet ist. In diesem katalytischen SCR-Konverter 70 kann NO_x in dem Abgas unter Verwendung von NO, NO₂ und Ammoniak vorteilhaft gereinigt werden. Das heißt, der katalytische SCR-Konverter 70 ist so ausgebildet, dass er NO_x in dem Abgas mit von Harnstoff abgeleitetem Ammoniak, das von einem Harnstoffinjektor 60 geliefert wird, reinigt.
(1-1) Wabenstrukturkörper:
Die Trennwand 4 hat bevorzugt eine Dicke von 50 bis 500 μm, stärker bevorzugt 100 bis 450 μm und besonders bevorzugt 150 bis 450 μm. Ist die Dicke der Trennwand 4 die Untergrenze oder mehr, ist die Festigkeit des Wabenstrukturkörpers ausreichend. Ist die Dicke die Obergrenze oder weniger, kann ein Druckabfall unterbunden werden.
Die Trennwand 4 hat bevorzugt eine Porosität von 25 bis 70%, stärker bevorzugt 30 bis 70% und besonders bevorzugt 34 bis 68%. Ist die Porosität die Untergrenze oder mehr, kann eine Erhöhung des Druckabfalls unterbunden werden. Ist die Porosität die Obergrenze oder weniger, kann der Wabenstrukturkörper über eine ausreichende Festigkeit verfügen. Zum Erhalt der Porosität der Trennwand 4 wird ein REM-Bild eines Querschnitts der Trennwand 4 mit 1000-facher Vergrößerung oder mehr aufgenommen. Dann erfolgt eine Binarisierung für das aufgenommene REM-Bild basierend auf einem Helligkeitsunterschied zwischen einem gefüllten Teil und einem leeren Teil. Als nächstes wird das Flächenverhältnis zwischen dem leeren Teil und dem gefüllten Teil an Sichtfeldern von 20 oder mehr erhalten, und der Durchschnitt des Flächenverhältnisses wird berechnet. Dies ist die Porosität der Trennwand.
Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 4 beträgt bevorzugt 5 bis 40 μm, stärker bevorzugt 8 bis 30 μm und besonders bevorzugt 9 bis 25 μm. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 4 die Untergrenze oder mehr, kann eine Erhöhung des Druckabfalls unterbunden werden. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser die Obergrenze oder weniger, erhöht sich die Ruß-Auffangeffizienz. Der durchschnittliche Porendurchmesser wird wie folgt berechnet. Zunächst wird ein REM-Bild eines Querschnitts der Trennwand 4 mit 1000-facher Vergrößerung oder mehr aufgenommen. Dann erfolgt eine Binarisieurng für das aufgenommene REM-Bild basierend auf einem Helligkeitsunterschied zwischen einem gefüllten Teil und einem leeren Teil. Als nächstes wird ein Kreis, der in den Umriss eines gefüllten Teils in einem leeren Teil eingeschrieben ist, an 20 Stellen oder mehr eingezeichnet, und der Durchschnitt der Durchmesser dieser Inkreise wird berechnet. Dies ist der durchschnittliche Porendurchmesser.
Der Wabenstrukturkörper 10 hat bevorzugt eine Zelldichte von 8 bis 95 Zellen/cm² und stärker bevorzugt 15 bis 78 Zellen/cm². Ist die Zelldichte die Untergrenze oder mehr, ist die Filterfläche ausreichend, und so kann die Ruß-Auffangeffizienz erhöht werden. Ist die Zelldichte die Obergrenze oder weniger, kann ein Druckabfall in dem Wabenstrukturkörper ohne angesammelten Ruß (anfänglicher Druckabfall) unterbunden werden.
Ein bevorzugtes Beispiel für das Material für den Wabenstrukturkörper 10 umfasst Keramik. Hinsichtlich der Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird der Wabenstrukturkörper bevorzugt beispielsweise aus einem von Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Mullit, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, das Siliciumcarbid als Aggregat und metallisches Silicium als ein Rohmaterial eines Bindungsteils umfasst, gefertigt. Von diesen ist Cordierit besonders bevorzugt.
(1-2) Verschlussabschnitt:
Die Wabenstruktur 1 umfasst einen zulaufseitigen Verschlussabschnitt 8a und einen ablaufseitigen Verschlussabschnitt 8b. Die Wabenstruktur mit diesen Verschlussabschnitten 8 ermöglicht das vorteilhafte Auffangen von Feststoffteilchen in Abgas. Bei dem Wabenstrukturkörper 10 der Wabenstruktur 1 sind die Zellen 3 mit dem ablaufseitigen Verschlussabschnitt 8b Zulaufzellen 3a, und die Zellen 3 mit dem zulaufseitigen Verschlussabschnitt 8a sind Ablaufzellen 3b.
Die Wabenstruktur 1 kann eine Länge in der Verlaufsrichtung der Zellen 3 aufweisen, die 30 bis 500 mm beträgt.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Umfangswand 7 (siehe 1) an der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers 10 umfassen.
Der Wabenstrukturkörper 10 kann ein Bindungselement sein, das mehrere Wabensegmente umfasst. Das heißt, der Wabenstrukturkörper 10 kann einen Kollektivkörper aus diesen mehreren Wabensegmenten und einen Bindungsteil aus einem Bindematerial zum Verbinden dieser Wabensegmente umfassen.
Die Wabenstruktur 1 kann eine Anordnung aufweisen, bei der die Zulaufzellen 3a und die Ablaufzellen 3b im Querschnitt senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen 3 verschiedene Formen haben (HAC-Anordnung: Anordnung mit hoher Aschekapazität). Beispielsweise können sie im Querschnitt die Kombination von Achtecken und Vierecken sein, einschließlich Zulaufzellen 3a mit einer größeren Querschnittsfläche und Ablaufzellen 3b mit einer kleineren Querschnittsfläche. So kann der Oberflächenbereich der Oberfläche der Zulaufzellen 3a, in denen sich Feststoffteilchen oder dergleichen ansammeln, vergrößert und so eine Erhöhung des Druckabfalls unterbunden werden.
(2) Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur:
Das Folgende beschreibt ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 1 der vorliegenden Ausführungsform. Zunächst wird ein geknetetes Material zur Erzeugung der Wabenstruktur 1 hergestellt. Dieses geknetete Material wird zu einem Wabenformkörper geformt (Formungsschritt). Danach erfolgt das Verschließen an offenen Enden vorbestimmter Zellen 3 an der Zulaufendfläche und an offenen Enden der verbleibenden Zellen 3 an der Ablaufendfläche unter Bildung eines zulaufseitigen Verschlussabschnittes und eines ablaufseitigen Verschlussabschnittes (Verschlussschritt). Danach wird der Wabenformkörper mit den abwechselnd gebildeten Verschlussabschnitten 8 unter Erhalt eines gebrannten Wabenkörpers gebrannt (Brennschritt). Auf diese Weise kann die Wabenstruktur 1 hergestellt werden.
Ein Katalysator kann vor der Bildung des Verschlussabschnitts 8 oder nach der Bildung des Verschlussabschnitts 8 geladen werden. Das Folgende beschreibt jeden Herstellungsschritt im Detail.
(2-1) Formungsschritt:
Im Formungsschritt wird ein geknetetes Material hergestellt, das ein keramisches Formungsrohmaterial umfasst, das ein keramisches Rohmaterial enthält. Dieses geknetete Material wird zu einem Wabenformkörper geformt, in dem mehrere Zellen 3 definiert sind. Die mehreren Zellen dienen als ein Durchgangskanal für ein Fluid.
Das keramische Formungsrohmaterial wird bevorzugt durch Mischen des oben erwähnten keramischen Rohmaterials mit einem Dispersionsmedium, einem organischen Bindemittel, einem anorganischen Bindemittel, einem Porenbildner, einem oberflächenaktiven Mittel und dergleichen hergestellt. Das Zusammensetzungsverhältnis dieser Rohmaterialien ist nicht besonders eingeschränkt, und ein Zusammensetzungsverhältnis, das für die Struktur der herzustellenden Wabenstruktur 1, ihre Materialen und dergleichen geeignet ist, ist bevorzugt.
Das Verfahren zur Herstellung eines gekneteten Materials ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise können für diesen Zweck eine Knetmaschine oder ein Vakuum-Tonkneter verwendet werden. Als das Verfahren zum Formen des gekneteten Materials kann ein herkömmlich bekanntes Formungsverfahren angewandt werden, wie Extrusion und Spritzguss. Ein bevorzugtes Beispiel für das Verfahren hierfür umfasst ein Verfahren zur Formung eines Wabenformkörpers durch Extrusion unter Verwendung einer Düse mit der gewünschten Zellenform, Trennwanddicke und Zelldichte.
Beispiele für die Form des Wabenformkörpers umfassen eine Säulenform mit einem Querschnitt orthogonal zur Mittelachse, der eine Kreisform, eine Ellipsenform, eine Rennstreckenform, eine Dreieckform, eine Viereckform, eine Fünfeckform, eine Sechseckform und eine Achteckform hat.
Der erhaltene Wabenformkörper kann getrocknet werden. Beispiele für das Verfahren zum Trocknen umfassen Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Trocknung mit vermindertem Druck, Vakuumtrocknung und Gefriertrocknung. Von diesen werden dielektrische Trocknung, Mikrowellentrocknung oder Heißlufttrocknung bevorzugt allein oder in Kombination durchgeführt.
(2-2) Brennschritt:
Vor dem Brennen (Hauptbrennen) des Wabenformkörpers wird der Wabenformkörper bevorzugt kalziniert. Die Kalzinierung dient dem Entfetten. Das Verfahren hierfür ist nicht besonders eingeschränkt, solange interne organische Substanzen (organisches Bindemittel, Dispergiermittel, Porenbildner und dergleichen) entfernt werden können. In der Regel beträgt die Verbrennungstemperatur für ein organisches Bindemittel etwa 100 bis 300°C, und die Verbrennungstemperatur für einen Porenbildner beträgt 200 bis 800°C. Daher wird die Kalzinierung bevorzugt unter Bedingungen von etwa 200 bis 1.000°C für etwa 3 bis 100 Stunden in der Luft durchgeführt.
Zum Brennen (Hauptbrennen) des Wabenformkörpers können geeignete Bedingungen gewählt werden. Beispielsweise beträgt eine bevorzugte Brenntemperatur 1.410 bis 1.440°C. Die Brennzeit beträgt bevorzugt 4 bis 7 Stunden, was die Zeit zum Halten der Höchsttemperatur ist.
(2-3) Verschlussschritt:
Der Verschlussabschnitt 8 kann durch Aufbringen einer Maske auf die offenen Enden auf einer Seite vorbestimmter Zellen 3 und Füllen der offene Enden der verbleibenden Zellen 3 mit einer Verschlussaufschlämmung gebildet werden. Ein solches Verfahren zur Bildung des Verschlussabschnittes 8 kann einem herkömmlich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Verschlussabschnitts 8 einer Wabenstruktur folgen.
Ein Rohmaterial für den Verschlussabschnitt 8 kann ein Rohmaterial ähnlich dem für den Wabenstrukturkörper 10 sein. So kann die Ausdehnungsrate während des Brennens des Wabenformkörpers und des Verschlussabschnitts 8 dieselbe sein. So kann die Haltbarkeit der Wabenstruktur 1 erhöht werden.
(2-4) Beladen mit Katalysator
Der Oxidationskatalysator 5 kann auf die Seite der Ablaufzellen 3b der Trennwand 4 der Wabenstruktur 1 geladen werden, indem die Wabenstruktur 1 mit dem Verschlussabschnitt 8 ausgehend von der Ablaufendfläche 2b in die in einem Behälter gelagerte Aufschlämmung aus dem Oxidationskatalysator 5 getaucht wird. Dann wird die Aufschlämmung von der Seite der Zulaufzellen 3a aus eingesaugt. Hat die Wabenstruktur noch keinen Verschlussabschnitt 8, kann eine ähnliche Prozedur ausgeführt werden, nachdem eine Maske mit Löchern an Stellen, die den vorbestimmten Zellen 3 entsprechen, auf die Endfläche der Wabenstruktur 1 aufgebracht worden ist.
Die Viskosität der Aufschlämmung aus dem Oxidationskatalysator 5, der Teilchendurchmesser des enthaltenen Oxidationskatalysators 5 und die Saugkraft zum Einsaugen der Aufschlämmung können so eingestellt werden, dass der Katalysator nicht auf die Oberfläche der Trennwand 4, sondern auch auf die Innenseite der Poren der Trennwand 4 geladen werden kann. Auch die Menge des geladenen Katalysators kann eingestellt werden. Das Einsaugen der Aufschlämmung kann mehrere Male erfolgen, wobei die Menge des geladenen Katalysators eingestellt werden kann.
(3) Abgasreinigungsanlage:
5 zeigt eine Abgasreinigungsanlage 100, umfassend einen DPF 30 und einen katalytischen SCR-Konverter 70. Der DPF 30 umfasst ferner einen DOC 40 (anströmseitiger Oxidationskatalysator) und einen CSF 50. Die Wabenstruktur 1 der vorliegenden Erfindung kann als der CSF 50 verwendet werden. Die Abgasreinigungsanlage 100 umfasst einen Harnstoffinjektor 60 zwischen dem DPF 30 und dem katalytischen SCR-Konverter 70.
Der katalytische SCR-Konverter 70 ist auf der Abströmseite des CSF 50 (Wabenstruktur 1) angeordnet und ist ein mit SCR-Katalysator beladener Filter. Der DOC 40 (anströmseitiger Oxidationskatalysator) ist auf der Anströmseite des CSF 50 (Wabenstruktur 1) angeordnet und ist ein mit Oxidationskatalysator beladener Filter. Der Harnstoffinjektor 60 ermöglicht das Einspritzen von Harnstoff und ist zwischen der Wabenstruktur 1 und dem katalytischen SCR-Konverter 70 angeordnet.
Die Abgasreinigungsanlage 100 dient der Reinigung von Abgas, das aus einem Motor ausgestoßen wird. Das aus dem Motor ausgestoßene Abgas durchquert den DPF 30 (DOC 40, CSF 50) und strömt dann zusammen mit dem Harnstoff zur Reinigung in den katalytischen SCR-Konverter 70. Die Abgasreinigungsanlage 100 kann einen abströmseitigen Oxidationskatalysator 80 auf der Abströmseite des katalytischen SCR-Konverters 70 umfassen, und der abströmseitige Oxidationskatalysator 80 dient der Oxidation von Ammoniak. Die Reaktionen darin werden wie folgt unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Wenn NO, O₂ und N₂ (I in 6) in den DOC 40 strömen, finden die folgenden Reaktionen am DOC 40 statt, und NO₂ wird erzeugt (II in 6). 2NO + O₂ = 2NO₂ (Formel 1) SOF + O₂ = CO, CO₂, H₂O (Formel 2)
In den PM (Feststoffteilchen) ist eine SOF (lösliche organische Fraktion) enthalten.
Der DOC 40 (anströmseitiger Oxidationskatalysator) oxidiert NO und reinigt SOF. Als der DOC 40 kann nach Bedarf ein allgemein bekannter Katalysator verwendet werden. Im Speziellen umfasst der anströmseitige Oxidationskatalysator eine säulenförmige Wabenstruktur mit einer Trennwand, die mehrere Zellen definiert, die als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen, und einen Oxidationskatalysator, der auf die Oberfläche der Trennwand dieser Wabenstruktur geladen ist.
In dem CSF 50 (Wabenstruktur 1) finden die folgenden Reaktionen statt, so dass NO aus NO₂ (III in 6) erzeugt wird. C (Ruß) + 2NO₂ = CO₂ + 2NO (Formel 3) C (Ruß) + NO₂ = CO + NO (Formel 4) C (Ruß) + 1/2O₂ + NO₂ = CO₂ + NO (Formel 5)
Der Harnstoffinjektor 60 dient dem Einspritzen von Harnstoff auf der Anströmseite des katalytischen SCR-Konverters 70 zum Einspeisen von Ammoniak, das zersetzt und aus dem Harnstoff erzeugt wurde, in den katalytischen SCR-Konverter 70. Als der Harnstoffinjektor 60 kann ein herkömmlich bekannter Harnstoffinjektor verwendet werden, der eine vorbestimmte Menge Harnstoff einspritzen kann.
Das aus dem CSF 50 ausgestoßene Gas und der aus dem Harnstoffinjektor 60 eingespritzte Harnstoff strömen in den katalytischen SCR-Konverter 70. Dann finden die folgenden Reaktionen in dem katalytischen SCR-Konverter 70 statt, und das Abgas wird gereinigt (IV in 6). 4NO + 4NH₃ + O2 = 4N₂ + 6H₂O (Formel 6) NO + NO₂ + 2NH₃ = 2N₂ + 3H₂O (Formel 7) 6NO₂ + 8NH₃ = 7N₂ + 12H₂O (Formel 8)
Der katalytische SCR-Konverter 70 dient der Reinigung von NO mit Ammoniak, das durch Zersetzung des aus dem Harnstoffinjektor 60 eingespritzten Harnstoffs erzeugt wurde. Als der katalytische SCR-Konverter 70 kann ein allgemein bekannter verwendet werden. Im Speziellen umfasst der katalytische SCR-Konverter 70 eine säulenförmige Wabenstruktur mit einer Trennwand, die mehrere Zellen definiert, die als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen, und einen SCR-Katalysator, der auf die Oberfläche der Trennwand dieser Wabenstruktur geladen ist.
Wie in Formel 7 gezeigt, reagieren NO und NO₂ 1:1, so dass N₂ und H₂O erzeugt werden. NO und NO₂, die in den katalytischen SCR-Konverter 70 strömen, liegen 1:1 vor, was notwendig ist für effiziente Reaktionen in dem katalytischen SCR-Konverter 70.
Die für den CSF 50 der vorliegenden Erfindung verwendete Wabenstruktur umfasst den Oxidationskatalysator 5 aus dem Übergangsmetalloxid 5a, das zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas oder den Oxidationskatalysator 5 aus dem Übergangsmetalloxid 5a, das auf CeO₂ geladen ist und zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas, und diese Katalysatoren werden auf die Seite der Ablaufzellen 3b der Trennwand 4 geladen. Diese können einen Teil des aus dem CSF 50 ausgestoßenen NO in NO₂ umwandeln (III in 6, NO → NO₂). Dabei kann ein gutes Gleichgewicht zwischen NO und NO₂, die in den katalytischen SCR-Konverter 70 strömen, erhalten werden, und die Reaktionen von NO, NO₂ und NH₃ sind effizient.
Die Abgasreinigungsanlage 100 von 5 umfasst ferner den abströmseitigen Oxidationskatalysator 80. Der abströmseitige Oxidationskatalysator 80 ist auf der Abströmseite des katalytischen SCR-Konverters 70 angeordnet und ist eine mit Oxidationskatalysator beladene Wabenstruktur. Es besteht die Gefahr, dass Ammoniak aus dem katalytischen SCR-Konverter 70 in die Luft ausgestoßen werden kann. Ein solcher abströmseitiger Oxidationskatalysator 80 kann jedoch das aus dem katalytischen SCR-Konverter 70 ausgestoßene Ammoniak oxidieren und entfernen.
Der verwendete abströmseitige Oxidationskatalysator 80 kann derselbe sein wie der oben aufgeführte anströmseitige Oxidationskatalysator. Im Speziellen umfasst der abströmseitige Oxidationskatalysator 80 eine säulenförmige Wabenstruktur mit einer Trennwand, die mehrere Zellen definiert, die als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen, und einen Oxidationskatalysator, der auf die Oberfläche der Trennwand dieser Wabenstruktur geladen ist.
Mit diesem Aufbau ermöglicht die Abgasreinigungsanlage 100, die die Wabenstruktur 1 der vorliegenden Erfindung umfasst, effiziente Reaktionen von NO, NO₂ und NH₃, und so erhöht sich die Abgas-Reinigungseffizienz.
(Beispiele)
Das Folgende beschreibt die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen im Detail. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Ein Porenbildner, ein organisches Bindemittel und Wasser wurden einem Cordierit-bildenden Formungsrohmaterial, umfassend Talk, Kaolin und Aluminiumoxid, zur Herstellung eines Formungsrohmaterials zugegeben. Als der Porenbildner wurden Hohlharzpartikel mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 20 um verwendet. Dieser durchschnittliche Teilchendurchmesser war ein Wert, der mit Hilfe eines Laserbeugungsverfahrens gemessen wurde. Methylcellulose und Hydroxypropoxylmethylcellulose wurden als das organische Bindemittel verwendet. Die Menge dieser zugegebenen Rohmaterialien betrug 15 Masseteile für den Porenbildner, 4 Masseteile für das organische Bindemittel und 27 Masseteile für Wasser, bezogen auf 100 Masseteile des Cordierit-bildenden Rohmaterials.
Als nächstes wurde das Formungsrohmaterial unter Erhalt eines runden säulenförmigen gekneteten Materials geknetet. Als nächstes wurde das erhaltene runde säulenförmige geknetete Material unter Verwendung eines Vakuumextruders zu einer Wabenform geformt, und auf diese Weise wurde ein Wabenformkörper gebildet. Der erhaltene Wabenformkörper wurde mit einem Mikrowellentrockner und dann mit einem Heißlufttrockner getrocknet, und auf diese Weise wurde ein getrockneter Wabenkörper erhalten.
Als nächstes wurde ein Verschlussabschnitt 8 an offenen Endteilen der Zellen 3 dieses getrockneten Wabenkörpers auf einer Seite gebildet. Der Verschlussabschnitt 8 wurde so gebildet, dass ein Schachbrettmuster auf jeder der Endflächen des getrockneten Wabenkörpers (Zulaufendfläche und Ablaufendfläche) mit Zellen 3 mit dem Verschlussabschnitt 8 an den offenen Endteilen und Zellen 3 ohne den Verschlussabschnitt 8 an den offenen Endteilen erschien. Der Verschlussabschnitt 8 wurde zunächst durch Aufbringen einer Folie auf die Endfläche des getrockneten Wabenkörpers und Bohren von Löchern an Stellen in der Folie, die den Zellen 3 entsprachen, auf denen der Verschlussabschnitt 8 gebildet werden sollte, gebildet. Als nächstes wurde die Endfläche des getrockneten Wabenkörpers in eine Verschlussaufschlämmung getaucht, um so die offenen Enden der Zellen 3 zu füllen, auf denen der Verschlussabschnitt mit der Verschlussaufschlämmung über die Löcher in der Folie gebildet werden sollte, wobei die Folie darauf aufgebracht blieb. Die Verschlussaufschlämmung war ein Material für den Verschlussabschnitt 8 in Form einer Aufschlämmung. Das für den Verschlussabschnitt 8 verwendete Material war dasselbe wie das oben aufgeführte Formungsrohmaterial.
Die auf diese Weise in die offenen Endteile der Zellen 3 gefüllte Verschlussaufschlämmung wurde getrocknet. Danach wurde dieser getrocknete Wabenkörper bei 550°C für 3 Stunden an der Luft kalziniert (entfettet). Danach wurde dieser bei etwa 1.400 bis 1.500°C für 7 Stunden gebrannt, so dass eine Wabenstruktur erhalten wurde. Diese Wabenstruktur hatte eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 144 mm und einer Länge von 152 mm. Die Zellenform war quadratisch, die Zelldichte betrug 47 Zellen/cm², die Dicke (T) der Trennwand im Ganzen betrug 300 μm, die Porosität der Trennwand im Ganzen betrug 41,0% und der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand im Ganzen betrug 20 μm.
Anschließend wurde der Oxidationskatalysator 5 aus Übergangsmetalloxid 5a, das zumindest Fe und Mn umfasst (Fe₂O₃, umfassend einen Teil von Mn, das als Mischkristall und eine amorphe Phase vorlag), auf die Oberfläche der Trennwand dieser Wabenstruktur auf der Ablaufseite geladen. Im Speziellen wurde zunächst für dieses Laden eine Katalysatoraufschlämmung hergestellt, die den Oxidationskatalysator 5 aus dem Übergangsmetalloxid 5a umfasste. Wasser wurde als das Dispergiermittel für die Katalysatoraufschlämmung verwendet. Die Menge an Wasser wurde so eingestellt, dass die Aufschlämmung eine Viskosität von 7 mPa·s hatte. Diese Katalysatoraufschlämmung wurde in die Ablaufzellen 3b der Wabenstruktur 1 eingeführt und von der Seite der Zulaufendfläche der Wabenstruktur 1 aus so eingesaugt, dass die Trennwand 4 auf der Seite der Ablaufzellen 3b mit der Katalysatoraufschlämmung bedeckt war. Anschließend wurde diese Wabenstruktur 1 mit einem Heißlufttrockner getrocknet, wodurch eine Wabenstruktur 1 von Beispiel 1 erhalten wurde, die den darauf geladenen Oxidationskatalysator 5 aus dem Übergangsmetalloxid 5a umfasste.
(Beispiele 2 bis 7, Vergleichsbeispiele 1 bis 4)
Ähnlich wie in Beispiel 1 wurden die mit dem Oxidationskatalysator 5 aus dem Übergangsmetalloxid 5a beladenen Wabenstrukturen 1 der Beispiele 2 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 erhalten. Tabelle 1 zeigt die Details. In Vergleichsbeispiel 3 wurde Pt an Stelle des Oxidationskatalysators 5 verwendet.
(1) Offene Porosität und durchschnittlicher Porendurchmesser des Ausgangsmaterials
In der vorliegenden Beschreibung war die offene Porosität ein Wert, der durch Berechnung unter Verwendung des Porengesamtvolumens (Einheit: cm³/g) nach der Quecksilberintrusionsporosimetrie (entsprechend JIS R 1655) und der scheinbaren Dichte (Einheit: g/cm³), gemessen mit Hilfe des Archimedes-Verfahrens, erhalten wurde. Die offene Porosität wurde unter Verwendung des Ausdrucks „Porosität [%] = Porengesamtvolumen/{(1/scheinbare Dichte) + Porengesamtvolumen} × 100” berechnet. Der durchschnittliche Porendurchmesser war ein Wert, der mittels Quecksilberintrusionsporosimetrie (entsprechend JIS R 1655) gemessen wurde.
(2) Kristalline Phase des Katalysators
Die kristalline Phase wurde wie folgt identifiziert. Ein Röntgenbeugungsmuster wurde unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers erhalten. Als das Röntgendiffraktometer wurde ein Röntgendiffraktometer mit rotierender Antikatode (RINT, hergestellt von der Rigaku Corporation) verwendet. Die Röntgenbeugung wurde unter Verwendung einer CuKα-Strahlungsquelle und bei 50 kV, 300 mA und 20 = 10 bis 60° gemessen. Die Röntgenbeugungsdaten wurden unter Verwendung der „Röntgendatenanalysesoftware JADE7”, hergestellt von MDI, zur Identifizierung der kristallinen Phase analysiert.
Beispiel 1 enthielt Fe₂O₃, das einen Teil von Mn umfasst, das als Mischkristall und amorphe Phase vorlag. Beispiel 2 enthielt FeMnO₃, Fe₂O₃, umfassend Mn als Mischkristall (bezeichnet mit (Fe, Mn)₂O₃), und Mn₂O₃, umfassend Fe als Mischkristall (bezeichnet mit (Mn, Fe)₂O₃). Beispiel 3 enthielt FeMnO₃, und Beispiel 4 enthielt FeMnO₃. Beispiel 5 enthielt Fe₂O₃, umfassend Mn als Mischkristall. Beispiel 6 enthielt FeMnO₃, Fe₂O₃, umfassend Mn als Mischkristall, und Mn₂O₃, umfassend Fe als Mischkristall. Beispiel 7 enthielt FeMnO₃. Ansonsten waren die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wie in Tabelle 1 gezeigt.
(3) Teilchendurchmesser des Katalysators
Der Teilchendurchmesser des Katalysators wurde wie folgt gemessen. Ein poröses Material der vorliegenden Erfindung, das mit Harz umgeben war, wurde unter Verwendung einer Diamantaufschlämmung oder dergleichen hochglanzpoliert, was die zu betrachtende Probe ergab. Die polierte Querschnittsfläche wurde mit 1000-facher Vergrößerung unter Erhalt eines Fotos einer Mikrostruktur betrachtet. In diesem Foto wurden alle Katalysatorpartikel vermessen. Diese Messung erfolgte für 3 Sichtfelder, und es wurde ihr Durchschnitt berechnet. Der Durchschnitt war der Teilchendurchmesser des Katalysators.
(4) Anteil an Katalysator, der 1/2 der Dicke der Trennwand einnimmt
Der Anteil an Katalysator, der 1/2 der Dicke der Trennwand einnimmt, wurde wie folgt gemessen. Ein poröses Material der vorliegenden Erfindung, das mit Harz umgeben war, wurde unter Verwendung einer Diamantaufschlämmung oder dergleichen hochglanzpoliert, was die zu betrachtende Probe ergab. Die polierte Querschnittsfläche wurde mit 1000-facher Vergrößerung unter Erhalt eines Fotos einer Mikrostruktur betrachtet. In diesem Foto wurde die Anzahl aller Katalysatorpartikel gemessen, und diese war die Anzahl aller Katalysatorpartikel N_a. Als nächstes wurde die Anzahl der Katalysatorpartikel ausgehend von der Hälfte der Trennwand zum Auslass gemessen, und diese war die Anzahl an Katalysator N_h, die 1/2 der Dicke der Trennwand einnimmt. Der Anteil des Katalysators, der 1/2 der Dicke der Trennwand einnimmt, wurde mittels N_h/N_a aus diesen Messungen berechnet.
(5) Wärmebeständigkeitstest
Eine mit Katalysator beladene Wabenstruktur wurde für 16 Stunden in einem Mischgas aus 10% Sauerstoff, 10% Wasserdampf und 80% Stickstoffbei 750°C gehalten. Danach wurde die Wabenstruktur herausgenommen, und die NO₂-Umwandlungsrate wurde unter Verwendung einer solchen Wabenstruktur gemessen.
(6) NO₂-Umwandlungsrate
Die wie oben aufgeführt hergestellten Wabenstrukturen (Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4) wurden bearbeitet, und Teststücke mit einem Durchmesser von 25,4 mm und einer Länge von 50,8 mm wurden erhalten. Der bearbeitete Umfang wurde mit demselben Material wie die Ausgangsmaterialien beschichtet. Sie wurden als Messproben für die Bewertung unter Verwendung eines Analysegerätes für Abgas aus einem Automobil verwendet. Hierbei wurde die Messprobe in einem Reaktionsröhrchen in einem Wärmeofen derart platziert, dass die Temperatur bei 250°C gehalten wurde. Unterdessen wurde ein Mischgas derart hergestellt, dass die Gastemperatur bei 250°C eingestellt wurde, mit einem Stickstoffgleichgewicht von NO (Stickstoffmonoxid): 200 ppm und O₂ (Sauerstoff): 10%. Dieses Mischgas wurde in die in dem Reaktionsröhrchen platzierte Messprobe eingeführt. Das aus der Messprobe ausgestoßene Gas (Abgas) wurde unter Verwendung eines Abgasmessgerätes (hergestellt von HORIBA, Ltd.,: MEXA-6000FT) analysiert, um die Abgaskonzentration (NO-Konzentration und NO₂-Konzentration) zu messen. Basierend auf dem Messergebnis wurde die NO₂-Umwandlungsrate (1 – (NO-Konzentration/(NO-Konzentration + NO₂-Konzentration))) berechnet.
In Vergleichsbeispiel 1, das kein Mn als den Katalysator enthielt, Vergleichsbeispiel 2, das kein Fe als den Katalysator enthielt, und Vergleichsbeispiel 3, das Pt als den Katalysator enthielt, waren ihre NO₂-Umwandlungsraten nach dem Wärmebeständigkeitstest im Vergleich zu vor dem Wärmebeständigkeitstest stark herabgesetzt. In Vergleichsbeispiel 4, das weniger FeMnO₃ enthielt, war die NO₂-Umwandlungsrate langsam.
In den Beispielen 1 bis 7 lagen ihre NO₂-Umwandlungsraten innerhalb eines angemessenen Bereiches (mehr als 3,0% und weniger als 35%).
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann als ein Abgasreinigungsfilter zum Reinigen von Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor oder verschiedenen Arten von Verbrennungsapparaturen ausgestoßen wird, verwendet werden. Im Speziellen kann die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung als ein Partikelauffangfilter zum Auffangen von PM in dem Abgas verwendet werden. Im Speziellen kann die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung als ein CSF verwendet werden, der auf der Anströmseite eines katalytischen SCR-Konverters angeordnet ist.
Beschreibung der Bezugsziffern

1: Wabenstruktur, 2: Endfläche, 2a: zulaufseitige Endfläche, 2b: Ablaufendfläche, 3: Zelle, 3a: Zulaufzelle, 3b: Ablaufzelle, 4: Trennwand, 5: Oxidationskatalysator, 5a: Übergangsmetalloxid, 7: Umfangswand, 8: Verschlussabschnitt, 8a: zulaufseitiger Verschlussabschnitt, 8b: ablaufseitiger Verschlussabschnitt, 10: Wabenstrukturkörper, 30: DPF, 40: DOC (anströmseitiger Oxidationskatalysator), 50: CSF, 60: Harnstoffinjektor, 70: katalytischer SCR-Konverter, 80 abströmseitiger Oxidationskatalysator, 100: Abgasreinigungsanlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-068420 [0001]
JP 2017-50174 [0001]
JP 2004-100699 A [0009]
JP 5-195756 A [0009]
JP 2014-57951 A [0009]
JP 2008-302355 A [0009]
JP 2006-346605 A [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS R 1655 [0080]
JIS R 1655 [0080]

Claims

Wabenstruktur, umfassend: einen Wabenstrukturkörper, der eine poröse Trennwand mit einer großen Anzahl von Poren umfasst, wobei der Wabenstrukturkörper mehrere Zellen, die von der Trennwand definiert werden und als ein Durchgangskanal für ein Fluid dienen, umfasst; und einen Verschlussabschnitt zum abwechselnden Verschließen offener Endteile der mehreren Zellen auf einer Seite als eine Zulaufseite für das Abgas und offener Endteile auf der anderen Seite als eine Ablaufseite für das Abgas, wobei die mehreren Zellen Zulaufzellen, die an den offenen Endteilen auf der Zulaufseite offen sind, und Ablaufzellen, die an den offenen Endteilen auf der Ablaufseite offen sind, umfassen, die Trennwand eine Porosität von 70% oder weniger aufweist, die Trennwand, auf der Seite der Ablaufzellen, mit einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas oder einem Oxidationskatalysator aus einem Übergangsmetalloxid, das auf CeO₂ geladen ist und zumindest Fe und Mn umfasst, zum Oxidieren von NO-Gas beladen ist, und die Ladungsmenge des Oxidationskatalysators 5,0 g/l oder mehr und 50 g/l oder weniger beträgt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei das Übergangsmetalloxid, das Fe und Mn umfasst, ein Molverhältnis von Mn aufweist, dass 0,1 oder mehr beträgt, wenn das Molverhältnis von Fe und Mn insgesamt 1 beträgt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Oxidationskatalysator aus dem Übergangsmetalloxid, das Fe und Mn umfasst, auf CeO₂ geladenes Fe-Mn-O/CeO₂ umfasst.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei 60% oder mehr des Übergangsmetalloxids ausgehend von einer Stelle in der Hälfte der Dickenrichtung hin zu der Seite der Ablaufzellen auf die Trennwand geladen sind.