DE112020000288T5

DE112020000288T5 - Poröse Keramikstruktur

Info

Publication number: DE112020000288T5
Application number: DE112020000288.8T
Authority: DE
Inventors: Yunie IZUMI; Kennichi HIDAKA; Akihiro Miura
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2040-01-11
Also published as: CN113272056B; US11480081B2; US20210301696A1; WO2020153156A1; CN113272056A; JP7191985B2; DE112020000288B4; JPWO2020153156A1

Abstract

Wenn eine poröse Keramikstruktur Fe enthält, ist der Fe-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃, und wenn die poröse Keramikstruktur Mn enthält, ist der Mn-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur Co zusammen mit Fe oder Mn enthält, ist der Co-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄, und wenn die poröse Keramikstruktur Co enthält, ohne Fe und Mn zu enthalten, ist der Co-Gehalt höher als oder gleich 0,2 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Ce-Gehalt in der porösen Keramikstruktur ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Verhältnis der Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂ ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5. Folglich ist es möglich, eine poröse Keramikstruktur mit niedrigem Druckverlust und hoher katalytischer Leistung zu schaffen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine poröse Keramikstruktur.
Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-7709 , eingereicht am 21. Januar 2019, deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
Stand der Technik
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-186220 (Dokument 1) schlägt Cerdioxidpartikel, in oder an denen ein Übergangsmetalloxid vorhanden ist, das Eisen und Mangan enthält, vor. Es wird angenommen, dass solche Cerdioxidpartikel beispielsweise als Oxidationskatalysator in einem Dieselpartikelfilter (DPF) verwendet werden, der einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen katalytischen Rußfilter (CSF) umfasst.
Die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nrn. 2018-30105 (Dokument 2) und 2017-171543 (Dokument 3) schlagen Techniken vor, die ermöglichen, dass eine ausreichende Menge eines Katalysators in porösen Keramikstrukturen getragen wird, die in DPFs oder anderen Maßnahmen verwendet werden, um eine katalytische Aktivität aufrechtzuerhalten. In den porösen Keramikstrukturen werden Teile von Cerdioxidpartikeln in die Strukturen aufgenommen und die anderen Teile der Cerdioxidpartikel liegen an den Oberflächen von Poren in den Strukturen frei. In der porösen Keramikstruktur gemäß dem Patentdokument 2 enthalten die Teile der Cerdioxidpartikel, die an den Oberflächen der Poren freiliegen, ein Eisenoxid. In der porösen Keramikstruktur gemäß dem Patentdokument 3 tragen die Teile der Cerdioxidpartikel, die an den Oberflächen der Poren freiliegen, feine Katalysatorpartikel eines Elements der Platingruppe.
Die in DPFs oder anderen Maßnahmen verwendeten porösen Keramikstrukturen müssen sowohl eine Verringerung des Druckverlusts als auch eine Verbesserung der katalytischen Leistung erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt auf eine poröse Keramikstruktur und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine poröse Keramikstruktur mit niedrigem Druckverlust und hoher katalytischer Leistung zu schaffen.
Eine poröse Keramikstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen porösen Strukturkörper, der hauptsächlich aus Cordierit, Cer enthaltenden Partikeln, die fest an den Strukturkörper angelagert sind, und Metalloxidpartikeln, die Eisen, Mangan und/oder Kobalt enthalten und jeweils fest an ein Inneres einer Pore des Strukturkörpers angelagert sind, besteht. Die Metalloxidpartikel weisen einen fest angelagerten Teil, der innerhalb des Strukturkörpers angeordnet ist, und einen Vorsprung, der mit dem fest angelagerten Teil zusammenhängend ist und in die Pore vorsteht, auf. Wenn die poröse Keramikstruktur Eisen enthält, ist ein Eisengehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur Mangan enthält, ist ein Mangangehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt zusammen mit Eisen oder Mangan enthält, ist ein Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt enthält, ohne Eisen und Mangan zu enthalten, ist der Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,2 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Ein Cergehalt in der porösen Keramikstruktur ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Ein Verhältnis einer Summe des Eisengehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mangangehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Kobaltgehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Cergehalt in Bezug auf CeO₂ ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine poröse Keramikstruktur mit niedrigem Druckverlust und hoher katalytischer Leistung zu schaffen.
Mit anderen Worten, eine poröse Keramikstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen porösen Strukturkörper, der hauptsächlich aus Cordierit, Cer enthaltenden Partikeln, die fest an den Strukturkörper angelagert sind, und Metalloxidpartikeln, die mindestens Eisen oder Mangan unter Eisen, Mangan und Kobalt enthalten und jeweils fest an das Innere einer Pore des Strukturkörpers angelagert sind, besteht. Die Metalloxidpartikel weisen einen fest angelagerten Teil, der innerhalb des Strukturkörpers angeordnet ist, und einen Vorsprung, der mit dem fest angelagerten Teil zusammenhängend ist und in eine Pore vorsteht, auf. Wenn die poröse Keramikstruktur Eisen enthält, ist der Eisengehalt in der Struktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur Mangan enthält, ist der Mangangehalt in der Struktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt enthält, ist der Kobaltgehalt in der Struktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Cergehalt in der porösen Keramikstruktur ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Verhältnis der Summe des Eisengehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mangangehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Kobaltgehalts in Bezug auf Co3O₄ zum Cergehalt in Bezug auf CeO₂ ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5.
Alternativ umfasst eine poröse Keramikstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen porösen Strukturkörper, der hauptsächlich aus Cordierit, Cer enthaltenden Partikeln, die fest an den Strukturkörper angelagert sind, und Metalloxidpartikeln, die Kobalt enthalten, ohne Eisen und Mangan zu enthalten, und jeweils fest an das Innere einer Pore des Strukturkörpers angelagert sind, besteht. Die Metalloxidpartikel weisen einen fest angelagerten Teil, der innerhalb des Strukturkörpers angeordnet ist, und einen Vorsprung, der mit dem fest angelagerten Teil zusammenhängend ist und in eine Pore vorsteht, auf. In der porösen Keramikstruktur ist der Kobaltgehalt höher als oder gleich 0,2 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ und der Cergehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Verhältnis des Kobaltgehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Cergehalt in Bezug auf CeO₂ ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5.
Wenn die poröse Keramikstruktur Eisen enthält, ist vorzugsweise der Eisengehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur Mangan enthält, ist der Mangangehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt zusammen mit Eisen oder Mangan enthält, ist der Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt enthält, ohne Eisen und Mangan zu enthalten, ist der Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 3,0 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Cergehalt in der porösen Keramikstruktur ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 4,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Verhältnis der Summe des Eisengehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mangangehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Kobaltgehalts in Bezug auf Co3O₄ zum Cergehalt in Bezug auf CeO₂ ist höher als oder gleich 1,0 und niedriger als oder gleich 4.0.
Vorzugsweise sind die Metalloxidpartikel Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Eisen, Mangan und/oder Kobalt enthält.
Vorzugsweise sind die Metalloxidpartikel Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Eisen, Mangan und Sauerstoff enthält, oder Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Kobalt und Sauerstoff enthält.
Vorzugsweise ist ein Gehalt der Metalloxidpartikel höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 5,0 Masse-%.
Vorzugsweise weisen die Metalloxidpartikel einen mittleren Partikeldurchmesser auf, der größer als oder gleich 10 nm und geringer als oder gleich 1 µm ist.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich.
Figurenliste

1 stellt eine Konfiguration eines Abgasreinigungssystems dar;
2 stellt eine poröse Keramikstruktur dar;
3 ist eine Schnittansicht der porösen Keramikstruktur;
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer Trennwand;
5 zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche einer Pore in der Wabenstruktur;
6 zeigt ein vergrößertes SEM-Bild von Metalloxidpartikeln auf der Oberfläche einer Pore;
7 ist eine Schnittansicht eines Bereichs in der Nähe eines Metalloxidpartikels;
8 ist ein Ablaufplan des Verfahrens zur Herstellung der porösen Keramikstruktur;
9 zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche einer porösen Keramikstruktur gemäß einem Beispiel;
10 zeigt ein vergrößertes SEM-Bild der Oberfläche einer Pore in der porösen Keramikstruktur gemäß dem Beispiel;
11 zeigt ein vergrößertes SEM-Bild der Oberfläche der porösen Keramikstruktur gemäß dem Beispiel;
12 zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche einer porösen Keramikstruktur gemäß einem anderen Beispiel;
13 zeigt ein vergrößertes SEM-Bild der Oberfläche einer Pore in der porösen Keramikstruktur gemäß dem Beispiel; und
14 zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche einer porösen Keramikstruktur gemäß einem Vergleichsbeispiel.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 stellt eine Konfiguration eines Abgasreinigungssystems 8 dar. Das Abgasreinigungssystem 8 ist dazu konfiguriert, ein Abgas zu reinigen, das von einer Kraftmaschine abgegeben wird. Das Abgasreinigungssystem 8 umfasst einen Dieselpartikelfilter (DPF) 81, einen Katalysator 85 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und eine Harnstoffeinspritzdüse 86. Der DPF 81, die Harnstoffeinspritzdüse 86 und der SCR-Katalysator 85 sind in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung des Abgases angeordnet.
Der DPF 81 umfasst einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 82 und einen katalytischen Rußfilter (CSF) 83. Der DOC 82 umfasst eine Wabenstruktur, deren Inneres durch eine Trennwand in mehrere Zellen aufgeteilt ist, und einen Edelmetalloxidationskatalysator, der durch die Trennwand getragen ist. Der CSF 83 umfasst eine Wabenstruktur ähnlich zu der vorstehend beschriebenen und einen Metalloxidationskatalysator, der durch eine Trennwand der Wabenstruktur getragen ist. Die Struktur des CSF 83 wird später im Einzelnen beschrieben. Die Harnstoffeinspritzdüse 86 ist in einem Pfad des Abgases zwischen dem DPF 81 und dem SCR-Katalysator 85 vorgesehen. Der SCR-Katalysator 85 umfasst eine Wabenstruktur ähnlich zu der vorstehend beschriebenen und einen SCR-Katalysator, der durch eine Trennwand der Wabenstruktur getragen ist.
Das von der Kraftmaschine abgegebene Abgas strömt in den DOC 82 des DPF 81. Das Abgas enthält Stickstoffmonoxid (NO), Sauerstoff, (O₂) und Stickstoff (N₂) und wird Reaktionen, die durch die nachstehenden Gleichungen 1 und 2 ausgedrückt sind, im DOC 82 unterzogen. Die durch Gleichung 1 ausgedrückte Reaktion erzeugt Stickstoffdioxid (NO₂). In der nachstehenden Gleichung 2 ist SOF eine lösliche organische Fraktion, die in Partikelmaterial (PM) im Abgas enthalten ist. $2 NO + O_{2} = 2 {NO}_{2}$
$SOF + O_{2} = CO, {CO}_{2}, H_{2} O$
Der CSF 83 sammelt Kohlenstoff (Ruß), der im Abgas enthalten ist. Im CSF 83 werden der Ruß und das NO₂ Reaktionen (Verbrennungsreaktionen), die durch die nachstehenden Gleichungen 3, 4 und 5 ausgedrückt sind, unterzogen, so dass NO aus NO₂ erzeugt wird. $C (Ru) + 2 {NO}_{2} = {CO}_{2} + 2 NO$
$C (Ru) + {NO}_{2} = CO + NO$
$C (Ru) + 1 / 2 O_{2} + {NO}_{2} = {CO}_{2} + NO$
Die Harnstoffeinspritzdüse 86 mischt Harnstoff in das vom CSF 83 abgegebene Abgas und das Abgas, das Ammoniak (NH₃) enthält, das durch Zersetzung des Harnstoffs erzeugt wird, strömt in den SCR-Katalysator 85. Im SCR-Katalysator 85 finden Reaktionen, die durch die nachstehenden Gleichungen 6, 7 und 8 ausgedrückt sind, statt, so dass das NO_x, das im Abgas enthalten ist, gereinigt wird. $4 NO + 4 {NH}_{3} + O_{2} = 4 N_{2} + 6 H_{2} O$
$NO + {NO}_{2} + 2 {NH}_{3} = 2 N_{2} + 3 H_{2} O$
$6 {NO}_{2} + 8 {NH}_{3} = 7 N_{2} + 12 H_{2} O$
Die durch Gleichung 7 ausgedrückte Reaktion wird schnelle SCR-Reaktion genannt und geht mit einer höheren Reaktionsrate vor sich als die durch Gleichungen 6 und 8 ausgedrückten Reaktionen. Um die Effizienz der Reaktionen zu verbessern, die im SCR-Katalysator 85 gemäß Gleichung 7 stattfinden, muss das Verhältnis zwischen den Mengen an Substanzen von NO und NO₂, die in den SCR-Katalysator 85 strömen, 1:1 sein. Unterdessen verbraucht der CSF 83 eine große Menge an NO₂ bei der Verbrennung von Ruß und erzeugt NO, wie durch die vorher beschriebenen Gleichungen 3, 4 und 5 ausgedrückt.
Angesichts dessen umfasst das Abgasreinigungssystem 8 gemäß der vorliegenden Erfindung als CSF 83 eine poröse Keramikstruktur, die einen Oxidationskatalysator umfasst, der später beschrieben wird. Die poröse Keramikstruktur oxidiert einen Teil von NO, um NO₂ zu erzeugen, d. h. wandelt NO in NO₂ um. Dies ermöglicht, dass das Verhältnis zwischen den Mengen an Substanzen von NO und NO₂, die in den SCR-Katalysator 85 strömen, näher an 1:1 gelangt, und verbessert die Effizienz der Reaktionen, die im SCR-Katalysator 85 stattfinden.
In dem Fall, in dem eine bestimmte Menge oder mehr an Ruß auf dem CSF 83 abgeschieden ist, führt das Abgasreinigungssystem 8 eine Verarbeitung zum Verbrennen des Rußes (d. h. Regeneration) durch. In diesem Fall finden ebenso die Reaktionen (Verbrennungsreaktionen), die durch die Gleichungen 3, 4 und 5 ausgedrückt sind, im CSF 83 statt. Wenn das Kohlenstoffmonoxid (CO), das durch die Reaktionen erzeugt wird, in großen Mengen in den SCR-Katalysator 85 strömt, kann die NO_x-Reinigungseffizienz des SCR-Katalysators 85 abnehmen. Dasselbe gilt für den Fall, in dem Kohlenwasserstoff (HC), der im Kraftstoff enthalten ist, der zum CSF 83 zugeführt wird, in großen Mengen in den SCR-Katalysator 85 während der Verarbeitung zum Verbrennen des Rußes strömt.
Im Abgasreinigungssystem 8 gemäß der vorliegenden Erfindung wird, da die poröse Keramikstruktur mit dem vorstehend erwähnten Oxidationskatalysator als CSF 83 vorgesehen ist, ein Teil des CO zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert und ein Teil des HC wird zu CO₂ und H₂O oxidiert. Dies unterdrückt die Strömung von CO, HC und anderen Substanzen in den SCR-Katalysator 85 und unterdrückt eine Abnahme der NO_x-Reinigungseffizienz des SCR-Katalysators 85.
2 und 3 sind vereinfachte Diagramme einer porösen Keramikstruktur 1. Die poröse Keramikstruktur 1 ist ein röhrenförmiges Element, das in einer Richtung lang ist, und 2 stellt die Endfläche auf einer Seite der porösen Keramikstruktur 1 in der Längsrichtung dar. 3 ist eine Schnittansicht der porösen Keramikstruktur 1 und stellt einen Teil eines Querschnitts entlang der Längsrichtung der porösen Keramikstruktur 1 dar.
Die poröse Keramikstruktur 1 umfasst eine Wabenstruktur 10, die als poröser Strukturkörper dient, Cer enthaltende Partikel und Metalloxidpartikel, die als Oxidationskatalysator dienen. Die Wabenstruktur 10 umfasst eine röhrenförmige Außenwand 11 und eine Trennwand 12. Die röhrenförmige Außenwand 11 weist eine röhrenförmige Form auf, die sich in der Längsrichtung erstreckt. Eine Querschnittsform der röhrenförmigen Außenwand 11, die zur Längsrichtung senkrecht ist, kann beispielsweise kreisförmig sein oder kann polygonal oder irgendeine andere Form sein. Die Trennwand 12 ist im Inneren der röhrenförmigen Außenwand 11 vorgesehen und teilt das Innere in mehrere Zellen 13 auf. Die Wabenstruktur 10 ist eine Zellenstruktur, deren Inneres durch die Trennwand 12 in die mehreren Zellen 13 aufgeteilt ist. Die röhrenförmige Außenwand 11 und die Trennwand 12 bestehen aus einem porösen Material. Wie später beschrieben wird, tritt das Abgas durch Poren der Trennwand 12 hindurch. Um die Festigkeit der porösen Keramikstruktur 1 zu erhöhen, ist die Dicke der Trennwand 12 beispielsweise größer als oder gleich 50 Mikrometer (µm), vorzugsweise größer als oder gleich 100 µm und bevorzugter größer als oder gleich 150 µm. Um den Druckverlust in der Trennwand 12 zu verringern, ist die Dicke der Trennwand 12 beispielsweise geringer als oder gleich 500 µm und vorzugsweise geringer als oder gleich 450 µm.
Jede Zelle 13 ist ein Raum, der sich in der Längsrichtung erstreckt. Querschnittsformen der Zellen 13, die zur Längsrichtung senkrecht sind, können beispielsweise polygonal (z. B. dreieckig, viereckig, fünfeckig oder sechseckig) sein oder können kreisförmig oder irgendeine andere Form sein. Die Zellen 13 weisen typischerweise dieselbe Querschnittsform auf. Alternativ können die Zellen 13 Zellen 13 umfassen, die verschiedene Querschnittsformen aufweisen. Um die Oxidationsleistung der porösen Keramikstruktur 1 zu verbessern, ist die Dichte der Zellen (Zellendichte) beispielsweise höher als oder gleich 8 Zellen pro Quadratzentimeter (Zellen/cm²) und vorzugsweise höher als oder gleich 15 Zellen/cm². Um den Druckverlust zu verringern, ist die Zellendichte beispielsweise niedriger als oder gleich 95 Zellen/cm² und vorzugsweise niedriger als oder gleich 78 Zellen/cm².
In der porösen Keramikstruktur 1, die als CSF 83 verwendet wird, strömt das Abgas vom DOC 82 unter Verwendung eines Endes in der Längsrichtung der Wabenstruktur 10 als Einlass und des anderen Endes davon als Auslass. Eine vorbestimmte Anzahl von Zellen 13 ist jeweils mit einem Versiegelungsmittel 14 an ihrem Ende auf der Einlassseite versehen und die restlichen Zellen 13 sind jeweils mit einem Versiegelungsmittel 14 an ihrem Ende auf der Auslassseite versehen. Daher strömt das Abgas, das in die Wabenstruktur 10 strömt, von den Zellen 13 mit Einlässen, die nicht versiegelt sind, durch die Trennwand 12 zu den Zellen 13 mit Auslässen, die nicht versiegelt sind (siehe Pfeile A1 in 3). Zu dieser Zeit wird das Abgas durch die Metalloxidpartikel (d. h. Oxidationskatalysator) an der Trennwand 12 oxidiert. An jedem der Einlass- und Auslassseitenenden der Wabenstruktur 10 ist es bevorzugt, dass die Versiegelungsmittel 14 abwechselnd in der Anordnungsrichtung der Zellen 13 vorgesehen sind.
Die Wabenstruktur 10 besteht hauptsächlich aus Cordierit. Die Wabenstruktur 10 kann nur aus Cordierit bestehen oder kann andere Materialien als Cordierit (z. B. anderes Metall oder Keramik als Cordierit) enthalten. Der Cordieritgehalt in der Wabenstruktur 10 ist beispielsweise höher als oder gleich 75 Masse-% und vorzugsweise höher als oder gleich 80 Masse-%. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Wabenstruktur 10 im Wesentlichen nur aus Cordierit.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Trennwand 12 in der porösen Keramikstruktur 1. Die Wabenstruktur 10 weist eine größere Anzahl von Gashohlräumen (nachstehend auch als „Poren 121“ bezeichnet) auf. Die Metalloxidpartikel 2 und die Cer enthaltenden Partikel 3, die vorstehend beschrieben sind, sind fest an die Innenseiten der Poren 121 angelagert. 4 stellt schematisch die Metalloxidpartikel 2 und die Cer enthaltenden Partikel 3 auf den Oberflächen der Poren 121 durch Kreuzschraffierung ohne Unterscheidung zwischen ihnen dar. Es ist zu beachten, dass die Metalloxidpartikel 2 und die Cer enthaltenden Partikel 3 nicht notwendigerweise die ganzen Oberflächen der Poren 121 bedecken müssen.
Um den Druckverlust in der porösen Keramikstruktur 1 zu verringern, ist die offene Porosität der Trennwand 12 in der Wabenstruktur 10 beispielsweise höher als oder gleich 25 %, vorzugsweise höher als oder gleich 30 % und bevorzugter höher als oder gleich 35 %. Vom Blickpunkt des Sicherstellens der Festigkeit der porösen Keramikstruktur 1 ist die offene Porosität der Trennwand 12 beispielsweise niedriger als oder gleich 70 % und vorzugsweise niedriger als oder gleich 65 %. Die offene Porosität kann beispielsweise durch das Archimedes-Verfahren unter Verwendung von desionisiertem Wasser als Medium gemessen werden.
Der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 12 in der Wabenstruktur 10 ist beispielsweise größer als oder gleich 5 µm und vorzugsweise größer als oder gleich 8 µm. Wie bei der offenen Porosität, wenn der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 12 zunimmt, nimmt der Druckverlust in der porösen Keramikstruktur 1 ab. Um die Oxidationsleistung der porösen Keramikstruktur 1 zu verbessern, ist der mittlere Porendurchmesser in der Wabenstruktur 10 beispielsweise geringer als oder gleich 40 µm, vorzugsweise geringer als oder gleich 30 µm und bevorzugter geringer als oder gleich 25 µm. Der mittlere Porendurchmesser kann beispielsweise durch Quecksilberintrusionsporosimetrie (gemäß JIS R1655) gemessen werden. In Abhängigkeit vom Entwurf der porösen Keramikstruktur 1 können die Versiegelungsmittel 14 weggelassen werden und die Metalloxidpartikel 2 können in einer Schicht auf den Oberflächen der Zellen 13 gehalten werden.
5 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild (SEM-Bild) der Oberfläche einer Pore 121 in der Wabenstruktur 10. In 5 sind eine große Anzahl von Metalloxidpartikeln 2 mit relativ kleinen Partikeldurchmessern und eine große Anzahl von Cer enthaltenden Partikeln 3 mit größeren Partikeldurchmessern als die Metalloxidpartikel 2 fest an die Oberfläche der Pore 121 angelagert. Der mittlere Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2 ist beispielsweise größer als oder gleich 10 nm. Die Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2 sind beispielsweise geringer als oder gleich 1 µm, vorzugsweise geringer als oder gleich 100 nm und bevorzugter geringer als oder gleich 60 nm. Der mittlere Partikeldurchmesser der Cer enthaltenden Partikel 3 ist größer als der mittlere Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2. Der mittlere Partikeldurchmesser der Cer enthaltenden Partikel 3 ist beispielsweise größer als oder gleich 0,5 µm, vorzugsweise größer als oder gleich 1 µm und bevorzugter größer als oder gleich 2 µm. Die Partikeldurchmesser der Cer enthaltenden Partikel 3 sind beispielsweise geringer als oder gleich 30 µm, vorzugsweise geringer als oder gleich 20 µm und bevorzugter geringer als oder gleich 10 µm.
Der mittlere Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2 wird beispielsweise durch Berechnen eines Mittelwerts der Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2 in einem Bild der Metalloxidpartikel 2, das mit einer vorbestimmten Vergrößerung durch ein SEM aufgenommen wird, erhalten. Dasselbe gilt für den mittleren Partikeldurchmesser der Cer enthaltenden Partikel 3. Alternativ können die mittleren Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2 und der Cer enthaltenden Partikel 3 durch Laserdiffraktometrie erhalten werden.
Die Metalloxidpartikel 2 sind feine Partikel, die Elemente von Eisen (Fe), Mangan (Mn) und/oder Kobalt (Co) enthalten. Die Metalloxidpartikel 2 bestehen beispielsweise aus nur einem Oxid, das eines oder mehrere von Fe, Mn und Co enthält. Vorzugsweise sind die Metalloxidpartikel 2 Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur (d. h. Spinellkristallstruktur), die Fe, Mn und/oder Co enthält. Bevorzugter sind die Metalloxidpartikel 2 Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Fe, Mn und Sauerstoff (O) enthält (Fe_xMn_yO₄, wobei x und y positive Zahlenwerte sind, die x + y = 3 erfüllen), oder Partikel eines Oxids (Co₃O₄) mit einer Spinellstruktur, die Co und Sauerstoff (O) enthält. Die Cer enthaltenden Partikel 3 sind feine Partikel, die Elemente von Cer (Ce) enthalten.
Beispielsweise sind die Cer enthaltenden Partikel 3 Partikel aus Cerdioxid (CeO₂).
Wenn die poröse Keramikstruktur 1 Fe enthält, ist der Fe-Gehalt in der porösen Keramikstruktur 1 höher als oder gleich 0,1 Masse-% und vorzugsweise höher als oder gleich 1,5 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃. Der Fe-Gehalt ist auch niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃. Der Fe-Gehalt in Bezug auf Fe₂O₃, wie hier verwendet, bezieht sich auf den Prozentsatz eines Werts, der durch Dividieren des Gewichts von Fe₂O₃ durch das Gewicht der porösen Keramikstruktur 1 erhalten wird, falls angenommen wird, dass alle Fe-Komponenten, die in der porösen Keramikstruktur 1 enthalten sind, als Fe₂O₃ existieren.
Wenn die poröse Keramikstruktur 1 Mn enthält, ist der Mn-Gehalt in der porösen Keramikstruktur 1 höher als oder gleich 0,1 Masse-% und vorzugsweise höher als oder gleich 1,5 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Der Mn-Gehalt ist auch niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Der Mn-Gehalt in Bezug auf Mn₂O₃, wie hier verwendet, bezieht sich auf den Prozentsatz eines Werts, der durch Dividieren des Gewichts von Mn₂O₃ durch das Gewicht der porösen Keramikstruktur 1 erhalten wird, falls angenommen wird, dass alle Mn-Komponenten, die in der porösen Keramikstruktur 1 enthalten sind, als Mn₂O₃ existieren.
Wenn die poröse Keramikstruktur 1 Co enthält, ist der Co-Gehalt in der porösen Keramikstruktur 1, wie nachstehend beschrieben. Wenn die poröse Keramikstruktur 1 Co zusammen mit Fe oder Mn enthält (d. h. die poröse Keramikstruktur 1 Co und Fe und/oder Mn enthält), ist der Co-Gehalt in der porösen Keramikstruktur 1 höher als oder gleich 0,1 Masse-% und vorzugsweise höher als oder gleich 1,5 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Co-Gehalt ist auch niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄.
Wenn andererseits die poröse Keramikstruktur 1 Co enthält, ohne Fe und Mn zu enthalten, ist der Co-Gehalt in der porösen Keramikstruktur 1 höher als oder gleich 0,2 Masse-% und vorzugsweise höher als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Co-Gehalt ist auch niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Co-Gehalt in Bezug auf Co₃O₄, wie hier verwendet, bezieht sich auf den Prozentsatz eines Werts, der durch Dividieren des Gewichts von Co₃O₄ durch das Gewicht der porösen Keramikstruktur 1 erhalten wird, falls angenommen wird, dass alle Co-Komponenten, die in der porösen Keramikstruktur 1 enthalten sind, als Co₃O₄ existieren.
Der Ce-Gehalt in der porösen Keramikstruktur 1 ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und vorzugsweise höher als oder gleich 1,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Der Ce-Gehalt ist auch niedriger als oder gleich 10 Masse-% und vorzugsweise niedriger als oder gleich 4,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Der Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂, wie hier verwendet, bezieht sich auf den Prozentsatz eines Werts, der durch Dividieren des Gewichts von CeO₂ durch das Gewicht der porösen Keramikstruktur 1 erhalten wird, falls angenommen wird, dass alle Ce-Komponenten, die in der porösen Keramikstruktur 1 enthalten sind, als CeO₂ existieren.
Das Verhältnis der Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂ (d. h. ein Wert, der durch Dividieren einer Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ durch den Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂ erhalten wird) ist höher als oder gleich 0,8 und vorzugsweise höher als oder gleich 1,0. Das Verhältnis ist auch niedriger als oder gleich 9,5 und vorzugsweise niedriger als oder gleich 4,0. In der folgenden Beschreibung wird dieses Verhältnis als „Fe/Mn/Co-Verhältnis“ bezeichnet.
Damit die poröse Keramikstruktur 1 eine hohe katalytische Leistung mit den Metalloxidpartikeln 2 erreicht, ist der Gehalt der Metalloxidpartikel 2 in der porösen Keramikstruktur 1 beispielsweise höher als oder gleich 0,1 Masse-%. Um den Druckverlust in der porösen Keramikstruktur 1 zu verringern, ist der Gehalt der Metalloxidpartikel 2 in der porösen Keramikstruktur 1 beispielsweise niedriger als oder gleich 5,0 Masse-%.
Mit anderen Worten, die Menge der Metalloxidpartikel 2, die in der porösen Keramikstruktur 1 getragen sind, ist beispielsweise größer als oder gleich 3 Gramm pro Liter (g/l), vorzugsweise größer als oder gleich 5 g/l und bevorzugter größer als oder gleich 8 g/l. Die Menge der Metalloxidpartikel 2, die in der porösen Keramikstruktur 1 getragen sind, ist beispielsweise auch geringer als oder gleich 50 g/l, vorzugsweise geringer als oder gleich 45 g/l und bevorzugter geringer als oder gleich 40 g/l. Die Menge (g/l) der Metalloxidpartikel 2, die getragen sind, gibt die Menge (g) der Metalloxidpartikel 2 an, die pro Einheitsvolumen (I) in der Wabenstruktur 10 getragen sind.
6 zeigt ein vergrößertes SEM-Bild der Metalloxidpartikel 2 auf der Oberfläche einer Pore 121. Wie in 6 gezeigt, weisen die Metalloxidpartikel 2 Formen auf, die teilweise vom Inneren der Wabenstruktur 10 in eine Pore 121 vorstehen. 7 ist eine Schnittansicht eines Bereichs in der Nähe eines Metalloxidpartikels 2 in 6.
Das Metalloxidpartikel 2 weist einen fest angelagerten Teil 21 und einen Vorsprung 22 auf. Der fest angelagerte Teil 21 ist innerhalb der Wabenstruktur 10 angeordnet. Der Begriff „innerhalb der Wabenstruktur 10“ bezieht sich auf innerhalb des Cordierits, der die Pore 121 umgibt, und bezieht sich nicht auf innerhalb der Pore 121, die in der Wabenstruktur 10 vorgesehen ist. Der fest angelagerte Teil 21 ist ein Bindungsteil des Metalloxidpartikels 2, der an den Cordierit gebunden ist, der als Hauptkomponente der Wabenstruktur 10 dient, und der fest an das Innere des Cordierits angelagert ist. Mit anderen Worten, der fest angelagerte Teil 21 ist ein Teil des Metalloxidpartikels 2, der in den Cordierit von der Oberfläche der Pore 121 zur Seite entgegengesetzt zur Pore 121 in der Wabenstruktur 10 kriecht. Mit noch anderen Worten, der fest angelagerte Teil 21 ist ein Teil des Metalloxidpartikels 2, dessen Oberfläche mit dem Cordierit bedeckt ist.
Der Vorsprung 22 ist ein Teil des Metalloxidpartikels 2, der von der Oberfläche der Pore 121 in die Pore 121 vorsteht. Mit anderen Worten, der Vorsprung 22 ist ein Teil, der von der Oberfläche des Cordierits freiliegt. Der Vorsprung 22 ist mit dem fest angelagerten Teil 21 zusammenhängend.
In der porösen Keramikstruktur 1 wird die Wabenstruktur 10 keinem Beschichtungsprozess unter Verwendung von γ-Aluminiumoxid oder dergleichen (sogenanntes Waschbeschichten) unterzogen. Daher wird eine Beschichtung, von der angenommen wird, dass sie durch den vorstehend erwähnten Beschichtungsprozess ausgebildet wird, auf den Oberflächen der Poren 121 nicht ausgebildet, und als natürliches Ergebnis tritt eine solche Beschichtung nicht zwischen die Metalloxidpartikel 2 und die Wabenstruktur 10, die fest angelagert sind.
Unter einer großen Anzahl von Metalloxidpartikeln 2, die in der porösen Keramikstruktur 1 enthalten sind, sind einige Metalloxidpartikel 2 fest an die Oberflächen der Poren 121 innerhalb der Poren 121 angelagert, wie vorstehend beschrieben, und die anderen Metalloxidpartikel 2 sind in ihrer Gesamtheit innerhalb der Wabenstruktur 10 angeordnet. Dasselbe gilt für die Cer enthaltenden Partikel 3.
Als nächstes wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der porösen Keramikstruktur 1 mit Bezug auf 8 beschrieben. Bei der Herstellung der porösen Keramikstruktur 1 wird ein Strukturrohmaterial zuerst durch Wiegen und Mischen eines Materials für die Wabenstruktur 10, eines Materials für die Cer enthaltenden Partikel 3 (z. B. CeO₂) und eines Materials für die Metalloxidpartikel 2 (z. B. Fe₂O₃ und Mn₂O₃ oder Co₃O₄) vorbereitet. Die Hauptkomponente des Materials der Wabenstruktur 10 ist Cordierit, der als Aggregat der Wabenstruktur 10 dient. Das Material für die Wabenstruktur 10 umfasst auch andere Komponenten wie z. B. ein Bohrungsausbildungsmaterial und ein Bindemittel. Nachdem das Strukturrohmaterial Trockenmischen in einem Kneter unterzogen wird, wird Wasser zugegeben, so dass das Strukturrohmaterial im Kneter zu einem Grünkörper weiter geknetet wird (Schritt S11).
Die Zeiten, die für das obige Trockenmischen und Kneten erforderlich sind, sind beispielsweise jeweils 15 Minuten und 30 Minuten. Die Trockenmischzeit und die Knetzeit können in verschiedenen Weisen modifiziert werden. Das vorstehend erwähnte Rohmaterial für die Cer enthaltenden Partikel 3 kann Salze wie z. B. Cernitrat sein. Das vorstehend erwähnte Rohmaterial für die Metalloxidpartikel 2 kann Salze wie z. B. Eisennitrat, Mangannitrat oder Kobaltnitrat sein.
In Schritt S11 werden das Rohmaterial für die Cer enthaltenden Partikel 3 und das Rohmaterial für die Metalloxidpartikel 2 individuell zu dem Aggregat oder dergleichen der Wabenstruktur 10 zugegeben, aber das Verfahren zum Zugeben dieser Rohmaterialien kann in verschiedenen Weisen modifiziert werden. Das Rohmaterial für die Metalloxidpartikel 2 kann beispielsweise in CeO₂ eingetaucht und getrocknet und gebrannt werden, um Additive zu erzeugen, und diese Additive können zum Aggregat oder dergleichen der Wabenstruktur 10 zugegeben werden. In den Additiven ist ein Teil des Rohmaterials für die Metalloxidpartikel 2 in CeO₂ fest gelöst oder haftet an CeO₂.
Der in Schritt S11 vorbereitete Grünkörper wird durch eine Vakuumknetmaschine oder andere Maschinen zu einer säulenartigen Form geformt und dann Extrusionsformen durch einen Extruder unterzogen, um einen Wabenpressling einer Wabenform auszubilden (Schritt S12). Dieser Wabenpressling umfasst darin eine gitterartige Trennwand, die den Wabenpressling in mehrere Zellen unterteilt, die als Strömungspfade für ein Fluid dienen. Der Wabenpressling weist einen Wabendurchmesser von 30 mm, eine Trennwanddicke von 12 mil (ungefähr 0,3 mm), eine Zellendichte von 300 Zellen pro Quadratzoll (cps), d. h. 46,5 Zellen/cm², und eine Außenwanddicke von ungefähr 0,6 mm auf. Alternativ kann in Schritt S12 der Wabenpressling durch ein anderes Formverfahren als Extrusionsformen geformt werden.
Der in Schritt S12 vorbereitete Wabenpressling wird Mikrowellentrocknen unterzogen, um ungefähr 70 % der Feuchtigkeit zu verdunsten, und wird dann Heißlufttrocknen (80 °C x 12 Stunden) unterzogen. Dann wird der Wabenpressling in einen Entfettungsofen gelegt, der bei 450 °C gehalten wird, um organische Komponenten, die im Wabenpressling verbleiben, zu entfernen (d. h. zu entfetten). Danach wird der Wabenpressling einem Brennprozess (Brennen) unterzogen, um die poröse Keramikstruktur 1 zu erhalten, die die Wabenstruktur 10, die Cer enthaltenden Partikel 3 und die Metalloxidpartikel 2 umfasst (Schritt S13). Der Brennprozess in Schritt S13 wird bei einer Brenntemperatur von 1300 °C bis 1500 °C für acht Stunden unter Atmosphärendruck durchgeführt. Die Brenntemperatur ist vorzugsweise höher als oder gleich 1350 °C und bevorzugter höher als oder gleich 1370 °C. Die Brenntemperatur ist auch vorzugsweise niedriger als oder gleich 1450 °C und bevorzugter niedriger als oder gleich 1430 °C. Bedingungen für den Brennprozess können geeignet modifiziert werden. Die poröse Keramikstruktur 1, die durch das obige Herstellungsverfahren hergestellt wird, enthält keine Edelmetalle und kann daher mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Als nächstes werden die Beispiele 1 bis 16 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 6 mit Bezug auf die Tabellen 1 bis 3 beschrieben, wobei diese Beispiele die Beziehung des Gehalts der Metalloxidpartikel 2 in der porösen Keramikstruktur 1, des Druckverlusts und der katalytischen Leistung zeigen. Das Fe/Mn/Co-Verhältnis in den Tabellen wurde durch Dividieren der Summe des Fe₂O₃-Gehalts (Masse-%), des Mn₂O₃-Gehalts (Masse-%) und des Co-Gehalts (Masse-%) in Bezug auf Co₃O₄ durch den CeO₂-Gehalt (Masse-%) in der Zusammensetzung des Materials für die poröse Keramikstruktur 1 erhalten.
Die Zusammensetzung der kristallinen Phase in der porösen Keramikstruktur 1 (d. h. das Massenverhältnis der Komponenten) wurde wie folgt identifiziert und quantifiziert. Messungen der kristallinen Phase von jedem Partikel wurden an hergestellten Proben unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers (Rotationsantikathodenröntgendiffraktometer: RINT 2500 von Rigaku Corporation) durchgeführt. Bedingungen für die Röntgendiffraktometrie wurden auf eine CuKa-Strahlenquelle, 50 kV, 300 mA und 20 von 10° bis 60° festgelegt, und resultierende Röntgendiffraktionsdaten wurden unter Verwendung einer kommerziellen Röntgendatenanalyse-Software analysiert. In der kristallinen Phase war Fe_xMn_yO₄ ein Spinelloxid, der aus Fe und Mn bestand. In Fe_xMn_yO₄ waren x und y positive Zahlenwerte, die x + y = 3 erfüllten. Ein mittlerer Partikeldurchmesser von Fe_xMn_yO₄, wobei x und y positive Zahlenwerte waren, die x + y = 3 erfüllten, wurde als Durchmesser von Kristalliten angenommen. Der Durchmesser von Kristalliten basierte auf den Daten, die durch die vorstehend erwähnte Röntgendiffraktometrie unter Verwendung des Röntgendiffraktometers erhalten wurden, und wurde durch Anwenden dieser Daten auf die Scherrer-Gleichung (τ = Kλ/βcosθ) berechnet, wobei τ die mittlere Größe von Kristalliten war, K der Formfaktor (Faktor, der eine Beziehung zwischen den Größen von Kristalliten, die in einem Feststoff enthalten sind, und der Spitzenbreite eines Diffraktionsmusters bildet) war, λ die Röntgenwellenlänge war, β die volle Breite an der Spitze (in Einheiten von Radiant) war, und θ der Bragg-Winkel war. In der kristallinen Phase war Co₃O₄ Spinelloxid, das aus Co bestand. Ein mittlerer Partikeldurchmesser von Co₃O₄ wurde in einer ähnlichen Weise zum vorstehend erwähnten mittleren Partikeldurchmesser von Fe_xMn_yO₄ erhalten. Ein mittlerer Partikeldurchmesser von CeO₂ wurde auch in einer ähnlichen Weise erhalten. Die offene Porosität in der porösen Keramikstruktur 1 wurde durch das Archimedes-Verfahren unter Verwendung von desionisiertem Wasser als Medium gemessen. Wie vorher beschrieben, nimmt der Druckverlust in der porösen Keramikstruktur 1 ab, wenn die offene Porosität zunimmt.
Die NO-Adsorption in der porösen Keramikstruktur 1 wurde wie folgt erhalten. Zuerst wurde ein Adsorptionstest durch Zuführen eines NO enthaltenden Einführungsgases in Proben, die zur porösen Keramikstruktur 1 äquivalent waren, durchgeführt. Das Einführungsgas war ein Mischgas, das 200 Volumen (ppm) von NO und 10 Volumen (%) von Sauerstoff (O₂) unter Verwendung von Helium (He) als Ausgleichsgas enthielt. Der Adsorptionstest wurde bei 250 °C für 60 Minuten durchgeführt. Nachdem der Adsorptionstest vollendet war, wurden die Proben einer temperaturprogrammierten Desorption in He unterzogen und resultierende abgeleitete Gase wurden teilweise als Probe genommen. Die als Probe genommenen abgeleiteten Gase wurden dann mit einem Massenspektrometer (GSD 320, hergestellt von Pfeiffer Vacuum) analysiert, um die Mengen an NO zu erhalten, das in den Proben adsorbiert war. Im Allgemeinen besteht eine Tendenz, dass die poröse Keramikstruktur 1 eine höhere katalytische Leistung aufweist, wenn die NO-Adsorption zunimmt.
Die NO-Oxidationstemperatur in der porösen Keramikstruktur 1 wurde wie folgt erhalten. Zuerst wurde die Beziehung zwischen der Temperatur und der NO₂-Umwandlungsrate der porösen Keramikstruktur 1 erhalten. Die NO₂-Umwandlungsrate war das Verhältnis von NO, das in \NO₂ umgewandelt wurde, in einem NO enthaltenden abgeleitete Gas, das zur porösen Keramikstruktur 1 mit einer Raumgeschwindigkeit (SV) von 24400 h^-1 zugeführt wurde und durch die poröse Keramikstruktur 1 hindurchtrat. Das Einführungsgas enthielt 100 ppm von NO, 1500 ppm von CO, 5 % von CO₂, 450 ppm von Propan (C₃H₆) und 2 % von H₂O. Die Analyse des abgeleiteten Gases wurde durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) durchgeführt. Die NO₂-Umwandlungsrate war ungefähr 0 % bei niedrigen Temperaturen, nahm im Allgemeinen auf einen Maximalwert mit einem Temperaturanstieg zu und nahm dann allmählich vom Maximalwert ab. Die poröse Keramikstruktur 1 erreicht eine höhere katalytische Leistung, wenn die NO₂-Umwandlungsrate höher ist. Wenn die Beziehung zwischen der NO₂-Umwandlungsrate und der Temperatur erhalten wurde, wurde eine Temperatur, bei der die NO₂-Umwandlungsrate eine Hälfte des Maximalwerts wurde, wenn eine Temperatur von der Niedertemperaturseite anstieg, gemäß der obigen Beziehung als NO-Oxidationstemperatur erhalten. Die poröse Keramikstruktur 1 erreicht eine höhere katalytische Leistung, wenn die NO-Oxidationstemperatur niedriger ist.

Tabelle 1

	Materialzusammensetzung (Masse-%)								Fe/Mn/Co -Verhältnis
	MgO	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	Mn₂O₃	Co₃O₄	CeO₂	Summe	Fe/Mn/Co -Verhältnis
Beispiel 1	13,9	34,1	50,9	0,3	0,3	0,0	0,5	100	1,0
Beispiel 2	13,9	34,1	50,9	0,5	0,5	0,0	0,1	100	9,0
Beispiel 3	13,6	33,3	49,8	1,4	1,2	0,0	0,6	100	4,0
Beispiel 4	13,2	32,3	48,3	1,6	1,5	0,0	3,1	100	1,0
Beispiel 5	13,2	32,3	48,3	1,8	1,6	0,0	2,8	100	1,2
Beispiel 6	13,0	31,8	47,5	2,0	1,8	0,0	3,8	100	1,0
Beispiel 7	13,2	32,3	48,3	2,5	2,2	0,0	1,6	100	3,0
Beispiel 8	12,7	31,0	46,3	2,6	2,4	0,0	5,0	100	1,0
Beispiel 9	12,7	31,0	46,3	2,9	2,6	0,0	4,5	100	1,2
Beispiel 10	13,2	32,3	48,3	2,6	2,4	0,0	1,2	100	4,0
Beispiel 11	6,1	34,7	51,5	0,0	0,0	3,5	4,3	100	0,8
Beispiel 12	6,1	34,7	51,5	0,0	0,0	3,9	3,9	100	1,0
Beispiel 13	12,9	31,8	47,2	0,0	0,0	4,1	4,1	100	1,0
Beispiel 14	12,7	31,0	46,3	0,0	0,0	5,5	4,5	100	1,2
Beispiel 15	13,0	32,2	47,7	0,6	0,6	2,1	3,9	100	0,8
Beispiel 16	12,7	31,4	46,5	1,5	1,5	1,9	4,5	100	1,1
Vergleichsbeispiel 1	13,8	34,9	51,3	0,0	0,0	0,0	0,0	100	-
Vergleichsbeispiel 2	14,1	34,4	51,4	0,01	0,01	0,0	0,1	100	0,2
Vergleichsbeispiel 3	12,7	31,0	46,3	0,9	0,8	0,0	8,3	100	0,2
Vergleichsbeispiel 4	13,0	31,8	47,5	1,5	1,4	0,0	4,8	100	0,6
Vergleichsbeispiel 5	13,2	32,3	48,3	3,1	3,1	0,0	0,0	100	-
Vergleichsbeispiel 6	13,1	32,5	48,2	0,0	0,0	1,8	4,5	100	0,4

Tabelle 2

	Zusammensetzung der kristallinen Phase (Masse-%)
	Cordierit	Fe_xMn_yO₄	Co₃O₄	(Fe,Mn)SiO₃	Co₂SiO₄	CeO₂	Andere	Summe
Beispiel 1	89,0	0,2	0,0	0,0	0,0	0,5	10,3	100
Beispiel 2	90,0	0,5	0,0	0,0	0,0	0,1	9,4	100
Beispiel 3	88,0	1,5	0,0	0,0	0,0	0,5	10,0	100
Beispiel 4	85,0	1,7	0,0	0,0	0,0	3,0	10,3	100
Beispiel 5	87,0	1,8	0,0	0,0	0,0	3,0	8,2	100
Beispiel 6	86,0	2,0	0,0	0,0	0,0	3,5	8,5	100
Beispiel 7	86,0	2,8	0,0	0,0	0,0	1,5	9,7	100
Beispiel 8	83,0	2,7	0,0	0,0	0,0	5,2	9,1	100
Beispiel 9	83,0	3,0	0,0	0,0	0,0	4,5	9,5	100
Beispiel 10	86,0	3,5	0,0	0,0	0,0	1,0	9,5	100
Beispiel 11	88,0	0,0	1,5	0,0	0,0	3,0	7,5	100
Beispiel 12	90,0	0,0	2,0	0,0	0,0	2,8	5,2	100
Beispiel 13	85,0	0,0	2,5	0,0	0,0	3,3	9,2	100
Beispiel 14	84,0	0,0	3,0	0,0	0,0	3,5	9,5	100
Beispiel 15	85,2	0,5	1,0	0,0	0,0	3,0	10,3	100
Beispiel 16	86,2	1,4	2,0	0,0	0,0	4,0	6,4	100
Vergleichsbeispiel 1	98,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	2,0	100
Vergleichsbeispiel 2	98,0	0,0	0,0	0,2	0,0	0,1	1,7	100
Vergleichsbeispiel 3	83,0	0,0	0,0	1,2	0,0	8,0	7,8	100
Vergleichsbeispiel 4	84,5	0,0	0,0	2,1	0,0	4,2	9,2	100
Vergleichsbeispiel 5	87,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	13,0	100
Vergleichsbeispiel 6	89,0	0,0	0,0	0,0	3,0	0,5	7,5	100

Tabelle 3

	Partikeldurchmesser (nm)			Offene Porosität	NO-Adsorption	NO-Oxidationstemperatur
	Fe_xMn_yO₄	Co₃O₄	CeO₂	(%)	(µmol/g)	(°C)
Beispiel 1	15	Nichts	20	64	0,02	510
Beispiel 2	30	Nichts	65	62	0,02	510
Beispiel 3	50	Nichts	80	60	0,03	520
Beispiel 4	17	Nichts	20	60	0,05	500
Beispiel 5	15	Nichts	18	62	0,04	500
Beispiel 6	20	Nichts	35	58	0,04	500
Beispiel 7	45	Nichts	60	58	0,03	500
Beispiel 8	50	Nichts	70	62	0,03	510
Beispiel 9	22	Nichts	35	57	0,06	480
Beispiel 10	1000	Nichts	2000	58	0,01	530
Beispiel 11	Nichts	20	60	60	0,02	520
Beispiel 12	Nichts	18	25	62	0,03	510
Beispiel 13	Nichts	17	22	60	0,04	490
Beispiel 14	Nichts	15	20	58	0,04	500
Beispiel 15	30	20	80	60	0,02	510
Beispiel 16	50	35	100	58	0,03	500
Vergleichsbeispiel 1	Nichts	Nichts	Nichts	60	0,00	540
Vergleichsbeispiel 2	Nichts	Nichts	80	60	0,00	540
Vergleichsbeispiel 3	Nichts	Nichts	80	60	0,00	540
Vergleichsbeispiel 4	Nichts	Nichts	80	59,5	0,00	540
Vergleichsbeispiel 5	5000	Nichts	Nichts	58	0,00	540
Vergleichsbeispiel 6	Nichts	Nichts	80	64	0,00	540

In den Beispielen 1 bis 10 ist der Fe-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃, der Mn-Gehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃ und der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Überdies enthält in den Beispielen 1 bis 10 die poröse Keramikstruktur 1 im Wesentlichen kein Co und der Co-Gehalt in der porösen Keramikstruktur 1 ist 0,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Das Fe/Mn/Co-Verhältnis (d. h. das Verhältnis der Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂) ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5.
In den Beispielen 11 bis 14 enthält die poröse Keramikstruktur 1 im Wesentlichen kein Fe und Mn und der Fe-Gehalt ist 0,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃ und der Mn-Gehalt ist 0,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Der Co-Gehalt ist höher als oder gleich 0,2 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ und der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Fe/Mn/Co-Verhältnis (d. h. das Verhältnis der Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂) ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5. In diesem Fall ist das Fe/Mn/Co-Verhältnis im Wesentlichen das Verhältnis des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂.
In den Beispielen 15 bis 16 ist der Fe-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃, der Mn-Gehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃, der Co-Gehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ und der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Fe/Mn/Co-Verhältnis (d. h. das Verhältnis der Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂) ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5.
9 zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche der porösen Keramikstruktur 1 gemäß dem Beispiel 1. In 9 geben schwarze Teile die Poren 121 an, graue Teile geben die Wabenstruktur 10 an und weiße Teile geben die Metalloxidpartikel 2 und die Cer enthaltenden Partikel 3 an (dasselbe gilt für 12). 10 und 11 zeigen vergrößerte SEM-Bilder der Oberfläche einer Pore 121 in der porösen Keramikstruktur 1 gemäß dem Beispiel 1. 12 zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche der porösen Keramikstruktur 1 gemäß dem Beispiel 8. 13 zeigt ein vergrößertes SEM-Bild der Oberfläche einer Pore 121 in der porösen Keramikstruktur 1 gemäß Beispiel 8. In 9 bis 13 existieren die Metalloxidpartikel 2 und die Cer enthaltenden Partikel 3 auf den Oberflächen der Poren 121 in der porösen Keramikstruktur 1.
In den Beispielen 1 bis 16 liegt die offene Porosität im Bereich von 57 % bis 64 % und ist relativ hoch, so dass der Druckverlust in der porösen Keramikstruktur 1 niedrig gehalten wird. In den Beispielen 1 bis 16 ist die NO-Adsorption höher als oder gleich 0,01 (µmol/g) und die NO-Oxidationstemperatur liegt im Bereich von 480 °C bis 530 °C und ist niedrig. Dies weist darauf hin, dass die poröse Keramikstruktur 1 eine hohe katalytische Leistung erreichen kann.
Insbesondere ist in den Beispielen 4 bis 7 und 9 der Fe-Gehalt höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃, der Mn-Gehalt ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃ und der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 4,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Fe/Mn/Co-Verhältnis ist höher als oder gleich 1,0 und niedriger als oder gleich 4,0. In den Beispielen 4 bis 7 und 9 ist die NO-Oxidationstemperatur noch niedriger, d. h. niedriger als oder gleich 500 °C. Dies weist darauf hin, dass die poröse Keramikstruktur 1 eine höhere katalytische Leistung erreichen kann.
In den Beispielen 12 bis 14 enthält die poröse Keramikstruktur 1 im Wesentlichen kein Fe und Mn und der Co-Gehalt ist höher als oder gleich 3,0 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ und der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 4,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Fe/Mn/Co-Verhältnis ist höher als oder gleich 1,0 und niedriger als oder gleich 4,0. In den Beispielen 12 bis 14 ist die NO-Oxidationstemperatur noch niedriger, d. h. niedriger als oder gleich 510 °C. Dies weist darauf hin, dass die poröse Keramikstruktur 1 eine höhere hohe katalytische Leistung erreichen kann.
In Beispiel 16 ist der Fe-Gehalt höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃, der Mn-Gehalt ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃, der Co-Gehalt ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ und der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 4,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Fe/Mn/Co-Verhältnis ist höher als oder gleich 1,0 und niedriger als oder gleich 4,0. In Beispiel 16 ist die NO-Oxidationstemperatur 500 °C und noch niedriger. Dies weist darauf hin, dass die poröse Keramikstruktur 1 eine höhere katalytische Leistung erreichen kann.
Andererseits zeigt das Vergleichsbeispiel 1 ein Testergebnis für nur die Wabenstruktur 10, die aus Cordierit besteht und nicht die Cer enthaltenden Partikel 3 und die Metalloxidpartikel 2 enthält. 14 zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche der porösen Keramikstruktur 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel 1. In 14 besteht die poröse Keramikstruktur 1 aus nur Cordieritkristallen, wie vorstehend beschrieben. In Vergleichsbeispiel 2 sind der Fe-Gehalt in Bezug auf Fe₂O₃ und der Mn-Gehalt in Bezug auf Mn₂O₃ beide geringer als 0,1 Masse-%. In den Vergleichsbeispielen 3, 4 und 6 ist das Fe/Mn/Co-Verhältnis geringer als 0,8. In Vergleichsbeispiel 5 ist der Ce-Gehalt geringer als 0,1 Masse-% in Bezug auf CeO₂. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 ist die NO-Adsorption 0,00 (µmol/g) und niedrig und die NO-Oxidationstemperatur ist 540 °C und relativ hoch. Dies weist darauf hin, dass die porösen Keramikstrukturen eine niedrigere katalytische Leistung als in den Beispielen 1 bis 16 aufzeigen.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die poröse Keramikstruktur 1 die Wabenstruktur 10, die Cer enthaltenden Partikel 3 und die Metalloxidpartikel 2. Die Wabenstruktur 10 ist ein poröser Strukturkörper, der hauptsächlich aus Cordierit besteht. Die Cer enthaltenden Partikel 3 sind fest an die Wabenstruktur 10 angelagert. Die Metalloxidpartikel 2 enthalten Fe, Mn und/oder Co und sind fest an die Innenseiten der Gashohlräume (d. h. Poren 121) in der Wabenstruktur 10 angelagert. Die Metalloxidpartikel 2 umfassen die fest angelagerten Teile 21 und die Vorsprünge 22. Die fest angelagerten Teile 21 sind innerhalb der Wabenstruktur 10 angeordnet. Die Vorsprünge 22 sind mit den fest angelagerten Teilen 21 zusammenhängend und stehen in die Poren 121 vor. Wenn die poröse Keramikstruktur 1 Fe enthält, ist der Fe-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃, und wenn die poröse Keramikstruktur 1 Mn enthält, ist der Mn-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur 1 Co zusammen mit Fe oder Mn enthält, ist der Co-Gehalt höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄, und wenn die poröse Keramikstruktur 1 Co enthält, ohne Fe und Mn zu enthalten, ist der Co-Gehalt höher als oder gleich 0,2 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Verhältnis der Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co3O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂ (d. h. das Fe/Mn/Co-Verhältnis) ist höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5.
Folglich ist es möglich, den Druckverlust in der porösen Keramikstruktur 1 zu verringern und die NO₂-Umwandlungsrate der porösen Keramikstruktur 1 zu erhöhen. Es ist auch möglich, die NO-Verbrennungstemperatur in der porösen Keramikstruktur 1 zu verringern. Überdies können die Umwandlungsrate der Umwandlung von CO in CO₂ und die Umwandlungsrate der Umwandlung von CH in CO₂ und H₂O erhöht werden. Mit anderen Worten, die obige Konfiguration ermöglicht, dass die poröse Keramikstruktur 1 einen niedrigen Druckverlust und eine hohe katalytische Leistung erreicht.
Das Verfahren zur Herstellung der porösen Keramikstruktur 1 umfasst den Schritt des Vorbereitens eines Grünkörpers durch Mischen eines Materials für den Strukturkörper (d. h. Wabenstruktur 10), der hauptsächlich aus Cordierit besteht, und eines Metallmaterials, das Fe, Mn und/oder Co enthält (Schritt S11), den Schritt des Formens des Grünkörpers zu einem Pressling (Schritt S12) und den Schritt des Brennens des Presslings, um die poröse Keramikstruktur 1 zu erhalten, die die poröse Wabenstruktur 10, die hauptsächlich aus Cordierit besteht, die Cer enthaltenden Partikel 3, die fest an die Wabenstruktur 10 angelagert sind, und die Metalloxidpartikel 2, die Fe, Mn und/oder Co enthalten und fest an die Oberflächen der Gashohlräume (d. h. Poren 121) in der Wabenstruktur 10 angelagert sind, umfasst (Schritt S13). Folglich kann die poröse Keramikstruktur 1 mit niedrigem Druckverlust und hoher katalytischer Leistung leicht hergestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wenn die poröse Keramikstruktur 1 Fe enthält, ist der Fe-Gehalt höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃, und wenn die poröse Keramikstruktur 1 Mn enthält, ist der Mn-Gehalt höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃. Wenn die poröse Keramikstruktur 1 Co zusammen mit Fe und Mn enthält, ist der Co-Gehalt höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄, und wenn die poröse Keramikstruktur 1 Co enthält, ohne Fe und Mn zu enthalten, ist der Co-Gehalt höher als oder gleich 3,0 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄. Der Ce-Gehalt ist höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 4,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂. Das Verhältnis der Summe des Fe-Gehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mn-Gehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Co-Gehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Ce-Gehalt in Bezug auf CeO₂ (d. h. das Fe/Mn/Co-Verhältnis) ist vorzugsweise höher als oder gleich 1,0 und niedriger als oder gleich 4,0. Folglich kann die poröse Keramikstruktur 1 eine höhere katalytische Leistung erreichen.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Metalloxidpartikel 2 vorzugsweise Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Fe, Mn und/oder Co enthält. In diesem Fall kann die poröse Keramikstruktur 1 geeigneterweise eine hohe katalytische Leistung erreichen. Insbesondere sind die Metalloxidpartikel 2 Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Fe, Mn und Sauerstoff enthält, oder Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Co und Sauerstoff enthält. In diesem Fall kann die poröse Keramikstruktur 1 eine noch höhere katalytische Leistung erreichen. In der porösen Keramikstruktur 1 ist das Fe/Mn/Co-Verhältnis höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5, wie vorstehend beschrieben. Daher können die vorstehend erwähnten Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur geeigneterweise während der Herstellung der porösen Keramikstruktur 1 erzeugt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wenn die Metalloxidpartikel 2 Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Fe, Mn und Sauerstoff enthält, oder Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Co und Sauerstoff enthält, sind, ist der Gehalt der Metalloxidpartikel 2 vorzugsweise höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 5,0 Masse-%. In diesem Fall kann die poröse Keramikstruktur 1 geeigneterweise sowohl eine Verringerung des Druckverlusts als auch eine Verbesserung der katalytischen Leistung erreichen. Der mittlere Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2 ist vorzugsweise größer als oder gleich 10 nm und geringer als oder gleich 1 µm. In diesem Fall kann die poröse Keramikstruktur 1 geeigneterweise sowohl eine Verringerung des Druckverlusts als auch eine Verbesserung der katalytischen Leistung in derselben Weise, wie vorstehend beschrieben, erreichen.
Die poröse Keramikstruktur 1 und das Verfahren zur Herstellung der porösen Keramikstruktur 1, die vorstehend beschrieben sind, können in verschiedenen Weisen modifiziert werden.
Der mittlere Partikeldurchmesser der Metalloxidpartikel 2 kann beispielsweise geringer als 10 nm sein oder kann größer als 1 µm sein. Der Gehalt der Metalloxidpartikel 2 in der porösen Keramikstruktur 1 kann niedriger als 0,1 Masse-% sein oder kann höher als 5,0 Masse-% sein.
Die Metalloxidpartikel 2 können Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur sein, die nur eines von Fe und Mn enthält. Die Metalloxidpartikel 2 können auch Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur sein, die Fe und Co enthält, ohne Mn zu enthalten, oder können Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur sein, die Mn und Co enthält, ohne Fe zu enthalten. Die Metalloxidpartikel 2 können auch Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur sein, die alle von Fe, Mn und Co enthält. Die Metalloxidpartikel 2 müssen nicht notwendigerweise Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur sein und können Partikel eines Oxids mit einer anderen Kristallstruktur sein. Die Metalloxidpartikel 2 können ein anderes Metall als Fe, Mn und Co enthalten.
In der porösen Keramikstruktur 1 können andere Partikel als die Cer enthaltenden Partikel 3 und die Metalloxidpartikel 2 fest an die Wabenstruktur 10 (d. h. Strukturkörper) angelagert sein.
In der porösen Keramikstruktur 1 ist die Form des vorstehend beschriebenen Strukturkörpers nicht auf eine Wabenform begrenzt und kann irgendeine von verschiedenen anderen Formen (d. h. einer im Allgemeinen zylindrischen Form) als der Wabenform sein.
Das Verfahren zur Herstellung der porösen Keramikstruktur 1 ist nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren begrenzt und kann in verschiedenen Weisen modifiziert werden.
Die poröse Keramikstruktur 1 kann in anderen Anwendungen als CSFs von DPFs verwendet werden.
Die Konfigurationen der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Variationen können geeignet kombiniert werden, solange keine gegenseitigen Inkonsistenzen bestehen.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Daher soll selbstverständlich sein, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen entwickelt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Industrielle Verfügbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist auf Filter anwendbar, die Partikelmaterial sammeln, wie z. B. DFPs, die Partikelmaterial in Abgasen sammeln, die von Dieselkraftmaschinen abgegeben werden.
Bezugszeichenliste

1: Poröse Keramikstruktur
2: Metalloxidpartikel
3: Cer enthaltende Partikel
10: Wabenstruktur
21: Fest angelagerter Teil
22: Vorsprung
S11 bis S13: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 20197709 [0002]
JP 2017186220 [0003]
JP 201830105 [0004]
JP 2017171543 [0004]

Claims

Poröse Keramikstruktur, die umfasst: einen porösen Strukturkörper, der hauptsächlich aus Cordierit besteht; Cer enthaltende Partikel, die fest an den Strukturkörper angelagert sind; und Metalloxidpartikel, die Eisen, Mangan und/oder Kobalt enthalten und jeweils fest an eine Innenseite einer Pore des Strukturkörpers angelagert sind; wobei die Metalloxidpartikel aufweisen: einen fest angelagerten Teil, der innerhalb des Strukturkörpers angeordnet ist; und einen Vorsprung, der mit dem fest angelagerten Teil zusammenhängend ist und in die Pore vorsteht, wobei dann, wenn die poröse Keramikstruktur Eisen enthält, ein Eisengehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃ ist, wenn die poröse Keramikstruktur Mangan enthält, ein Mangangehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃ ist, wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt zusammen mit Eisen oder Mangan enthält, ein Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ ist, wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt enthält, ohne Eisen und Mangan zu enthalten, der Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,2 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ ist und wobei ein Cergehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 10 Masse-% in Bezug auf CeO₂ ist und ein Verhältnis einer Summe des Eisengehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mangangehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Kobaltgehalts in Bezug auf Co3O₄ zum Cergehalt in Bezug auf CeO₂ höher als oder gleich 0,8 und niedriger als oder gleich 9,5 ist.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 1, wobei dann, wenn die poröse Keramikstruktur Eisen enthält, der Eisengehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Fe₂O₃ ist, wenn die poröse Keramikstruktur Mangan enthält, der Mangangehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Mn₂O₃ ist, wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt zusammen mit Eisen oder Mangan enthält, der Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 3,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ ist, und wenn die poröse Keramikstruktur Kobalt enthält, ohne Eisen und Mangan zu enthalten, der Kobaltgehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 3,0 Masse-% und niedriger als oder gleich 6,0 Masse-% in Bezug auf Co₃O₄ ist und wobei der Cergehalt in der porösen Keramikstruktur höher als oder gleich 1,5 Masse-% und niedriger als oder gleich 4,5 Masse-% in Bezug auf CeO₂ ist und das Verhältnis der Summe des Eisengehalts in Bezug auf Fe₂O₃, des Mangangehalts in Bezug auf Mn₂O₃ und des Kobaltgehalts in Bezug auf Co₃O₄ zum Cergehalt in Bezug auf CeO₂ höher als oder gleich 1,0 und niedriger als oder gleich 4,0 ist.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Metalloxidpartikel Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur sind, die Eisen, Mangan und/oder Kobalt enthält.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 3, wobei die Metalloxidpartikel Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Eisen, Mangan und Sauerstoff enthält, oder Partikel eines Oxids mit einer Spinellstruktur, die Kobalt und Sauerstoff enthält, sind.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 4, wobei ein Gehalt der Metalloxidpartikel höher als oder gleich 0,1 Masse-% und niedriger als oder gleich 5,0 Masse-% ist.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Metalloxidpartikel einen mittleren Partikeldurchmesser aufweisen, der größer als oder gleich 10 nm und geringer als oder gleich 1 µm ist.