JP2001046875A - 排ガス浄化触媒及び排ガス浄化フィルター - Google Patents

排ガス浄化触媒及び排ガス浄化フィルター

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス浄化フィルターの再生時における高温
に耐えうる耐熱性を有し、且つ排ガス中のSO2による
被毒に対しても高耐久性を有し、しかも低い排ガス温度
域でもパティキュレートを燃焼しうる触媒性能を持つ排
ガス浄化触媒及びこの触媒を有する排ガス浄化フィルタ
ーを提供する。 【解決手段】 銅バナジウム化合物及びアルカリ金属硫
酸塩よりなり、且つ銅元素とバナジウム元素の組成がモ
ル比で1:3.5〜1:1.5であるように構成して、
排ガス中に含まれるパティキュレートに対して高い酸化
活性と優れた耐熱性、耐被毒性を有する排ガス浄化触媒
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関、特にディーゼルエンジンから排出される排ガス中に
含まれるパティキュレート(微粒子状炭素及び未燃炭化
水素)を、酸化触媒を担持したセラミック等の耐熱性且
つ多孔質構造を有するハニカムフィルター上に捕集しつ
つ、前記酸化触媒の作用により本来のパティキュレート
の燃焼温度よりも低い温度、好ましくは排ガス温度で燃
焼させ、排ガス中に含まれるパティキュレートを低減
し、排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒及び排ガス
浄化フィルターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車等の内燃機関、特にディー
ゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれるパティ
キュレートが環境保護及び健康上の懸念による理由から
段階的に規制されてきている。このため、大気中に放出
されるパティキュレートを除去、浄化するために、エン
ジンの排気管の途中にパティキュレートを捕集する効率
に優れ、高い耐熱性を有する金属製やセラミック製の三
次元多孔質構造を有する排ガス浄化フィルターを取り付
ける方法が一般に提唱されている。
【0003】この方法によれば、例えば多孔質構造を有
するハニカムフィルターの表面に、排ガス中のパティキ
ュレートのみを捕捉堆積させ、且つガス成分は壁面に開
いた数〜数十μm径の細孔を通って、該ハニカムフィル
ターの流出端から排出される。このように排ガス中のパ
ティキュレートが排ガスから除去され、浄化された排ガ
スが大気中に放出される。
【0004】しかしながら、パティキュレートが捕集さ
れていくにつれ該ハニカムフィルターの通気部分の通気
抵抗が上がるため、捕集を長時間継続するとエンジン出
力低下等のトラブルが生じる。これらの問題を解決する
ために、該ハニカムフィルターをヒーターやバーナー等
で直接加熱したり、排ガスそのものを直接加熱したり、
又は外部空気を取り入れて加熱することにより、パティ
キュレートの燃焼温度である約500〜600℃以上に
加熱してパティキュレートを燃焼させ、炭酸ガスや水等
にして、大気中に放出させる燃焼再生と呼ばれる方法が
用いられている。
【0005】一方、例えば排ガス浄化触媒として特公平
4−42063号公報に開示されているように、ハニカ
ムフィルターに排ガス浄化触媒を担持させ、その触媒効
果によりパティキュレートの燃焼温度を低下させる触媒
付排ガス浄化フィルターも提唱されている。この方法に
よれば、燃焼再生時の加熱温度を下げることができ、従
って燃焼再生に必要な電力や電力量を抑えることができ
ると共に、高温によるハニカムフィルターの割れや溶損
等の問題も防ぐこともできる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来開
発されている排ガス浄化触媒は、貴金属系触媒や主たる
結晶構造がCuV26でない遷移金属化合物及びアルカ
リ金属よりなる触媒であるため、触媒活性が十分でなか
ったり、耐久性に欠けるという課題があった。触媒活性
が十分でない触媒を用いた場合、排ガス浄化フィルター
に適用したときに、パティキュレートがフィルター上に
堆積し、これを除去するために燃焼再生を行う必要があ
った。しかも燃焼再生の処理による電力量の削減効果
や、燃焼再生時の熱負荷による排ガス浄化フィルター破
損の防止効果も小さい。又、初期活性が高い排ガス浄化
触媒であっても耐久性が低い場合は、次第に排ガス温度
域でパティキュレートを燃焼し得なくなるため、実用性
に欠けるという問題があった。
【0007】即ち、排ガス浄化触媒を担持したハニカム
フィルターを用いる場合、触媒を用いる利点を発揮させ
るためには、排ガス温度域の少なくとも高温域で燃焼し
うる活性と、排ガス中のSOx等による被毒や燃焼再生
時の熱負荷による熱劣化のない優れた耐久性とを有する
ことが要求されている。しかし従来の排ガス浄化フィル
ターでは、触媒性能が低いために、ハニカムフィルター
を搭載した車の運転モードとしては極一部の高負荷運転
時に相当する高い排ガス温度域でしかパティキュレート
を燃焼し得ない状況にあった。このため全運転モードに
おけるほとんどの温度域ではパティキュレートを燃焼で
きず、従って加熱再生システムを必要とし、比較的短い
時間のインターバルでフィルターに堆積したパティキュ
レートを燃焼再生しなければならないという問題があっ
た。又、加熱による燃焼再生を頻繁に行うために、この
繰り返しの熱負荷により触媒活性や耐久性が低下し、酸
化触媒を使用しない通常の排ガス浄化フィルターとの差
異が僅少となり、触媒付きの排ガス浄化フィルターとし
ての利点を失うという問題があった。
【0008】そこで、本発明は比較的低い排ガス温度で
もパティキュレートを燃焼しうる優れた触媒性能を有
し、且つ優れた耐久性を示す排ガス浄化触媒及び排ガス
浄化フィルターを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を有している。
【0010】即ち、本発明の排気ガス浄化触媒は、銅バ
ナジウム化合物及びアルカリ金属硫酸塩より成り、且つ
銅元素とバナジウム元素の組成がモル比で1:3.5〜
1:1.5であることを特徴として構成されている。こ
れにより、従来の排ガス浄化触媒とは異なる結晶組成、
即ち主たる結晶構造がCuV26である排ガス浄化触媒
となるので、比較的低い排ガス温度でもパティキュレー
トを燃焼しうる優れた触媒性能を発揮させることができ
る。そして、パティキュレートを容易に燃焼させること
ができるので、車種や運転モードに依存することが少な
い状態でパティキュレートの触媒面への堆積を効果的に
防止でき、燃焼再生手段を必要としない排ガス浄化触媒
を提供できる。且つ、銅バナジウム化合物及びアルカリ
金属硫酸塩よりなる組成物は優れた耐久性を示す排ガス
浄化触媒を提供することができる。
【0011】前記銅バナジウム化合物は、高い酸化活性
と耐久性を有する排ガス浄化触媒としての効果、作用を
発揮させるために用いる本発明の必須成分であって、例
えば、Cu5210、Cu328、Cu227、Cu
26である結晶構造の一種類乃至二種類以上のものが
含まれる。
【0012】銅バナジウム化合物中の銅元素とバナジウ
ム元素とのモル比は1:3.5〜1:1.5の範囲、好
ましくは1:2.5〜1:1.5の範囲とする。これは
以下の理由による。即ち、モル比が1:1.5より大き
くなると、本発明の必須構造であるCuV26以外の結
晶構造よりなる銅バナジウム化合物となり、逆にこのモ
ル比が1:3.5より小さくなると、前記CuV26
存在比が極めて小さくなるからである。また、モル比が
1:2.5より小さくなると、前記CuV26の存在比
が50%以下となるため主たる結晶構造でなくなり、排
ガス浄化触媒としての性能が十分発揮できなくなるの
で、モル比のさらに好ましい範囲は1:2.5〜1:
1.5である。
【0013】アルカリ金属硫酸塩は、その共存作用によ
り前記銅バナジウム化合物の触媒活性を更に向上させる
効果、作用を発揮させるために用いる本発明の必須成分
であって、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウ
ム、硫酸ルビジウム、硫酸セシウムのアルカリ金属硫酸
塩のいずれであってもよい。また、この他アルカリ金属
炭酸塩、硝酸塩、酸化物であっても触媒活性を向上させ
る効果が得られるが、熱的安定性や排ガス中に含まれる
SO2等に対する耐被毒特性に欠けるために、十分な耐
久性が得られないことを考慮すると、アルカリ金属の存
在形態は硫酸塩であることが本発明の必須構成である。
尚、排ガス浄化触媒における銅バナジウム化合物とアル
カリ金属硫酸塩のモル比は、1:1〜1.5:1の範囲
とすることが好ましい。
【0014】これは銅バナジウム化合物とアルカリ金属
硫酸塩とのモル比が1:1未満になると、酸化活性に寄
与する主たる排ガス浄化触媒である銅バナジウム化合物
が少なくなり過ぎる弊害がでるからであり、1.5:1
より多いと逆に共存効果により酸化活性を向上させうる
アルカリ金属硫酸塩が少なくなり過ぎるからである。
【0015】また、本発明の排ガス浄化フィルターは、
銅元素とバナジウム元素のモル比が1:3.5〜1:
1.5である銅バナジウム化合物及びアルカリ金属硫酸
塩とを含む排ガス浄化触媒からなる触媒層が設けられた
金属製、又はセラミック製の三次元多孔質構造を有して
構成されている。これにより、比較的低い排ガス温度、
例えば350〜400℃でもパティキュレートを燃焼し
うる優れた触媒性能を有し、例え燃焼再生手段を要する
場合でも、この熱負荷の繰り返しに耐える優れた耐久性
を示す排ガス浄化フィルターを提供することができる。
ここで、三次元多孔質構造を構成するセラミックには、
ムライト、コージェライト、チタン酸アルミ、シリカ、
アルミナ、シリカアルミナ等のセラミック材料を用いる
ことができる。また、三次元多孔構造の一例であるハニ
カム構造を構成する金属には、鉄、銅、ニッケル、クロ
ム、チタン等の比較的安価で高融点の単体金属、あるい
はこれらの合金等の金属材料を適用することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の排ガス浄化触媒
は、銅バナジウム化合物及びアルカリ金属硫酸塩より成
り、且つ銅元素とバナジウム元素の組成がモル比で1:
3.5〜1:1.5であるように構成されている。これ
によって、排ガス中のパティキュレートに対して優れた
酸化活性を呈し、且つ高い耐熱性を有する作用を有す
る。
【0017】更に、この他に排ガス中のSO2等の被毒
物質に対して優れた耐久性を示し、長時間使用しても触
媒活性が劣化しない等の作用がある。
【0018】請求項2に記載の発明は、請求項1におい
て、銅バナジウム化合物における主たる結晶構造がCu
26であるように構成されている。これによって、以
下の作用を有する。即ち、このようなCuV26の結晶
構造を排ガス浄化触媒中に存在させることで、これによ
り排ガス処理触媒としての機能を高めることができるの
で、排ガス中のパティキュレートに対する優れた酸化活
性と耐熱性、耐久性を有した排ガス浄化触媒を提供する
ことができる。更に、この他に排ガス中のSO 2等の被
毒物質に対して優れた耐久性を示し、長時間使用しても
触媒活性が劣化しない等の作用がある。
【0019】請求項3に記載の発明は、請求項1におい
て、前記CuV26である結晶構造の存在比が25モル
%以上になるように構成されている。これによって、排
ガス中のパティキュレートに対して優れた酸化活性を呈
し、且つ高い耐熱性を有する作用がある。
【0020】ここで、CuV26である結晶構造の存在
比が25モル%より少なくなる場合には、排ガス温度が
400℃以上の比較的高い温度域でしかパティキュレー
トを燃焼し得ない傾向が認められるので好ましくない。
また、存在比が50モル%より多くなると、耐久性上の
問題、即ち耐熱性試験やSO2被毒試験後の触媒活性の
劣化が生じる傾向が認められるので好ましくない。更
に、この他に排ガス中のSO2等の被毒物質に対して優
れた耐久性を示し、長時間使用しても触媒活性が劣化し
ない等の作用がある。
【0021】請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3
のいずれか1項において、前記アルカリ金属硫酸塩にお
けるアルカリ金属がセシウムであるように構成されてい
る。このセシウム硫酸塩の存在による触媒活性の向上効
果によって、パティキュレートに対する優れた酸化活性
と高い耐熱性とを発揮させることができるという作用を
有する。更に、この他に排ガス中のSO2等の被毒物質
に対して優れた耐久性を示し、長時間使用しても触媒活
性が劣化しない等の作用がある。
【0022】請求項5に記載の発明は、請求項1におい
て、前記銅バナジウム化合物と前記アルカリ金属硫酸塩
との組成比が、モル比として1:3〜5:1の範囲であ
るように構成されている。これにより排ガス中のパティ
キュレートに対する更に優れた酸化活性と高い耐熱性と
を排ガス浄化触に付与させることができるという作用を
有する。更に、この他に排ガス中のSO2等の被毒物質
に対して優れた耐久性を示し、長時間使用しても触媒活
性が劣化しない等の作用がある。
【0023】ここで、銅バナジウム化合物とアルカリ金
属硫酸塩との組成比が1:3より少ないと、排ガス中の
パティキュレートに対する排ガス浄化触媒による燃焼温
度が400℃以上となる傾向が認められるので好ましく
ない。逆に5:1を越えると、同様に排ガス中のパティ
キュレートに対する排ガス浄化触媒による燃焼温度が4
00℃以上となる傾向が認められるので好ましくない。
また、この組成比が1:1〜1:1.5の場合には、最
も触媒活性が高く、320℃程度の排ガス温度でも排ガ
ス中のパティキュレートを燃焼しうる。従って、更に好
ましい組成範囲は1:1〜1:1.5である。
【0024】請求項6に記載の発明は、請求項1におい
て、前記排ガス浄化触媒が、600〜950℃の温度で
焼成されるように構成されている。これによって、この
焼成処理を原料となる組成物に施して、触媒として必要
な結晶組成と強度とを備えた焼結体が得られ、触媒活性
と耐久性とを具備した触媒とすることができるという作
用を有する。ここで、焼成処理の際の焼成温度が600
℃より低いと、銅バナジウム化合物を生成するための十
分な反応温度でないため、触媒としての酸化活性が著し
く低い。逆に950℃を越えると、触媒を担持させる担
持体である三次元多孔質構造等と触媒材料とが反応を起
こし始める。このために、三次元多孔質構造との反応に
より生じる反応生成物量に相当する分量の触媒が減少し
たり、前記触媒組成からずれてくるために触媒活性が低
下し、十分な排ガス浄化作用を呈することができなくな
るので好ましくない。また、この焼成温度が650℃よ
り低い場合には、触媒生成速度が遅く長時間の焼成を必
要とするため、通常の数時間程度の焼成時間では十分な
触媒が生成されないので、生産性に欠けるという傾向が
認められるので好ましくない。逆に900℃を越える
と、僅かではあるが前記三次元多孔質構造と触媒材料と
の反応が生じ始め、触媒活性が低下するので好ましくな
い。従って、更に好ましい温度範囲は650〜900℃
である。
【0025】請求項7に記載の排ガス浄化フィルター
は、銅元素とバナジウム元素のモル比が1:3.5〜
1:1.5である銅バナジウム化合物及びアルカリ金属
硫酸塩とを含む排ガス浄化触媒からなる触媒層が設けら
れた金属製、又はセラミック製の三次元多孔質構造を有
するように構成されている。これにより、この酸化活性
に優れた触媒層を有する三次元多孔質構造を用いて、排
ガス中のパティキュレートを効果的に酸化することがで
きると共に、高い耐熱性を有する排ガス浄化フィルター
を提供することができるという作用を有する。更に、こ
の他に排ガス中のSO2等の被毒物質に対して優れた耐
久性を示し、長時間使用しても触媒活性が劣化しない等
の作用がある。
【0026】請求項8に記載の発明は、請求項7におい
て、ウォッシュコート層としてアルミナ、シリカ、シリ
カアルミナ、チタニア、ジルコニア、チタン酸アルミ、
コージェライト等から選ばれた1種類乃至2種類以上の
セラミック粒子が担持されて構成されている。これによ
って、触媒層の持つ優れた酸化活性を更に活かすことが
できると共に、その耐久性を高めることができる。この
他に排ガス中のSO2等の被毒物質に対して優れた耐久
性を示し、長時間使用しても触媒活性が劣化しない等の
作用がある。
【0027】尚、このウォッシュコート層とは、前記セ
ラミック粒子である微粒子を前記三次元多孔質構造表面
に担持形成させた層であり、原料のセラミック粒子より
構成されるスラリー液をもとに、前記排ガス浄化触媒と
同一の作製方法を施して形成される。これらのセラミッ
ク粒子は、例えば、γ−アルミナ等の場合極めて大きな
比表面積を有する。従って、このような大きな比表面積
を有するウォッシュコート層が形成された後に、前記排
ガス浄化触媒を前記製法により担持させることで、元々
大きな表面積を有する三次元多孔質構造を更に大きな表
面積にすることができる。これにより、排ガス中のパテ
ィキュレートと触媒との接触面積を増大させることがで
きるので、パティキュレートを更に効果的に酸化させる
ことができるという作用を有する。更に、この他に排ガ
ス中のSO2等の被毒物質に対して優れた耐久性を示
し、長時間使用しても触媒活性が劣化しない等の作用が
ある。
【0028】請求項9に記載の発明は、請求項8におい
て、前記ウォッシュコート層の重量が、前記排ガス浄化
フィルターの全重量に対して1〜20重量%であるよう
に構成されている。ここでウォッシュコート層の重量を
1重量%以上にすることで、当該層がない場合よりも更
にパティキュレートを酸化することができるという作用
を有する。また、ウォッシュコート層の重量を20重量
%以下にすることで、排ガス浄化フィルター部の差圧が
上昇することによるエンジントラブルが生じることがな
い。更に、この他に排ガス中のSO2等の被毒物質に対
して優れた耐久性を示し、長時間使用しても触媒活性が
劣化しない等の作用がある。
【0029】請求項10に記載の発明は、請求項8にお
いて、前記ウォッシュコート層を形成する前記セラミッ
ク粒子の粒径が0.05〜20μmとなるように構成さ
れている。
【0030】これによって、ウォッシュコート層の排ガ
スに対する透過性や触媒の担持特性、耐久性等を所定の
範囲に維持して、更に効果的に触媒層の機能を向上させ
ることができるという作用を有する。
【0031】ここで、セラミック粒子の粒径が0.05
μmより小さくなると、場合によっては、セラミック粒
子どうしが凝集し、粒子間の極めて小さな空隙を排ガス
が通気しなくてはならなくなる。従って、触媒層に排ガ
スを接触させるためのウォッシュコート層のガス透過性
が損なわれると共に、前記粒子間隔が狭くなることによ
り、パティキュレートは粒子上部面のみに付着すること
しかできなくなり、パティキュレートと触媒の接触面積
を増大させる効果が減少するという弊害が生じる。逆に
粒径が20μmを越えると、ウォッシュコート層の前記
三次元多孔質構造に対する付着力が著しく劣化すると共
に、三次元多孔質構造の細孔をセラミック粒子が塞ぐ場
合も生じるため、目詰まりの原因となる。
【0032】また、セラミック粒子の粒径が0.1μm
より小さくなると、僅かながら有効表面積が小さくなり
燃焼温度が上がる傾向が認められるので好ましくない。
また、粒径が3μmを越えると比較的程度は小さいもの
の剥離や目詰まりが生じる傾向が認められるので好まし
くない。従って、更に好ましい粒径の範囲は0.1〜3
μmである。
【0033】請求項11に記載の発明は、請求項7にお
いて、前記触媒層の重量が、前記排ガス浄化フィルター
の全重量に対して0.5〜25重量%として構成されて
いる。これによって、触媒層を過不足なく三次元多孔質
構造の上に形成、配置することができ、経済的且つ効果
的に排ガス浄化フィルターを機能させることができると
いう作用を有する。更に、この他に排ガス中のSO2
の被毒物質に対して優れた耐久性を示し、長時間使用し
ても触媒活性が劣化しない等の作用がある。
【0034】ここで、触媒層の重量比率が0.5重量%
より少ない場合には、触媒層が不足して排ガス中のパテ
ィキュレートの酸化を十分行うことができなくなる。逆
に比率が25重量%を越えるようにしても、触媒として
の効率はそれほど増加せず、高価な触媒原料を使用する
ことになるので不経済である。また、この比率が5重量
%より少ないと、十分な燃焼温度の低下効果が得られな
いという弊害があり、20重量%を越えると目詰まりが
生じて、前記排ガス浄化フィルター部分の差圧が高くな
り、エンジントラブルが生じることも懸念される傾向が
認められるので好ましくない。従って、更に好ましい重
量比率の範囲は5〜20重量%である。
【0035】請求項12に記載の発明は、請求項7にお
いて、触媒層を形成する排ガス浄化触媒を前記三次元多
孔質構造に担持する際に、600〜950℃の温度で焼
成されて成るように構成されている。これによって、必
要な結晶組成と強度とを備えた焼結体が得られ、触媒活
性と耐久性とを具備した触媒を有する排ガス浄化フィル
ターを提供することが可能になるという作用を有する。
更に、この他に排ガス中のSO2等の被毒物質に対して
優れた耐久性を示し、長時間使用しても触媒活性が劣化
しない等の作用がある。
【0036】ここで、焼成処理の際の焼成温度が600
℃より低いと、銅バナジウム化合物を生成するための十
分な反応温度でないため、触媒としての酸化活性が著し
く低い。逆に950℃を越えると、前記三次元多孔質構
造と触媒材料とが反応を起こし始める。このために、三
次元多孔質構造との反応により生じる反応生成物量に相
当する分量の触媒が減少したり、前記触媒組成からずれ
てくるために触媒活性が低下し、十分な排ガス浄化作用
を呈することができなくなるので好ましくない。また、
この焼成温度が650℃より低い場合には、触媒生成速
度が遅く長時間の焼成を必要とするため、通常の数時間
程度の焼成時間では十分な量の触媒が生成されないの
で、生産性に欠けるという傾向が認められるので好まし
くない。逆に900℃を越えると、僅かではあるが前記
三次元多孔質構造と触媒材料との反応が生じ始め、触媒
活性が低下するので好ましくない。従って、更に好まし
い温度範囲は650〜900℃である。
【0037】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図4を用いて説明する。
【0038】(実施の形態1)図1〜図4において、符
号1は排ガス浄化フィルター、2は排ガス浄化フィルタ
ーのハニカム構造を構成するセル、3は排ガス浄化触
媒、4はセル2の開口部を封じるためのプラグ、5はセ
ル2の壁面に形成される通気孔、6は排ガス浄化フィル
ター1に導入される排気ガス、7は流入端、8は流出
端、9は排気ガス6中のパティキュレートである。図1
は本発明の実施の形態1における排ガス浄化フィルター
の概略図であり、排ガス浄化フィルター1は、例えば直
径が約150mm、高さが150mmの円柱形状を用い
ている。排ガス浄化フィルター1のセラミック製のハニ
カム構造は一辺の長さ2〜3mm程度で、断面形状が正
方形や略三角形等である多数のセル2により構成されて
いる。
【0039】図2は、本発明の実施の形態1における排
ガス浄化フィルター1の端面部の拡大図であり、一辺が
約2mmの正方形の断面形状を持つセル2の表面に本発
明に基づく排ガス浄化触媒3が形成されている。尚、セ
ル2は、その端部が交互にプラグ4と称される目封じが
されており、奥行きの反対側の端面も同じく交互にプラ
グ4によって封じられている。このように、その片方の
端面側にプラグ4があるものは、その反対側の端面はプ
ラグ4がない解放端となっている。
【0040】又、図3は本発明の実施の形態1における
排ガス浄化フィルター1の内壁の断面拡大図を示してお
り、本実施例に用いた排ガス浄化フィルター1の場合、
その製造時にパラフィン、プラスチック等の所定形状の
増孔材を添加して焼成して、この増孔材を除去すること
で、セル2を構成する壁面に細孔状の通気孔5を形成さ
せている。
【0041】従って、排ガスの流れ説明図である図4に
示す如く、排気ガス6が排ガス浄化フィルター1の流入
端7から入る際は、プラグ4によって封じられていない
セル2側より流入するが、同セルの流出端8側はプラグ
4で目封じされているため、セル壁面の通気孔5を通
り、隣のセルであるプラグ4による目封じのない流出端
8のセル出口を通って排気ガス6が排出される。この
時、主に黒煙より成るパティキュレート9は、エンジン
より排出されて排ガス浄化フィルター1に到達するまで
の間に凝集作用により数μmサイズまで成長し、且つ排
ガス浄化フィルター1の内部でも互いに接触して凝集す
るために、そのほとんどが通気孔5(細孔)を通過でき
ずセル壁面に捕集される。尚、ハニカム構造は、その材
料がコージェライト、ムライト、又はチタン酸アルミ等
の耐熱性多孔質無機酸化物のいずれであってもよく、そ
の成形体は押し出し法だけでなく、例えば抄紙法により
作製されたものであってもよい。又、ハニカム構造以外
の三次元発泡体やメッシュ構造であってもよい。
【0042】又、排ガス浄化フィルター1に担持される
排ガス浄化触媒3は、例えば別途単独で微粒子状に合成
されたものをスラリー化し、排ガス浄化フィルター1に
担持させるように、含浸、乾燥、焼成したものであって
もよいし、直接化学量論的に調製された溶液にハニカム
構造を有する素材を含浸し、これを乾燥、焼成して触媒
及び/又は触媒層を合成して形成したものであってもよ
い。
【0043】
【実施例】次に、本発明の具体化した実施例1〜12に
ついて順次説明する。
【0044】(実施例1)実施例1における排ガス浄化
触媒の試験用サンプルは、(表1)に示す11種類のも
のである。このサンプルは銅バナジウム化合物より成
り、且つ銅元素とバナジウム元素の組成がモル比で1:
0.5〜1:5.5の範囲において、バナジウム元素の
モル比を0.5ずつ変化させた11種類のものとアルカ
リ金属硫酸塩をそれぞれ混合させたものを使用した。
【0045】
【表1】
【0046】本実施例における排ガス浄化触媒の作製に
際しては、出発原料として硫酸銅と酸化硫酸バナジウム
を用いた。先ず、純水1000g当たりCuSO4
0.75モル、VOSO4を0.375モルの組成より
開始し、VOSO4を0.375モルずつ増加して4.
125モルまで溶解させた11種類の溶液を調製した。
従って溶液中の銅イオンとバナジウムイオンのモル比も
それぞれ1:0.5から1:5.5の範囲に調整されて
いる。次にこれら溶液をそれぞれ撹拌しつつホットスタ
ーラーにて水分を蒸発させ、乾固した。更に、電気炉に
て昇温速度200℃/Hr、保持温度700℃、保持時
間5Hr、降温速度200℃/Hrの条件で焼成した。
このようにして得られた粉体と同じモル量の硫酸セシウ
ムを混合したものを実施例1とした。
【0047】これら11種類に及ぶ実施例1のサンプル
をX線回折装置(日本電子製JDX−8030)を用い
て構造解析した結果、各々のサンプルにおいて銅バナジ
ウム化合物が1種類乃至2種類及びバナジウム酸化物と
硫酸セシウムの存在が確認された。この結果から、未同
定のピークと硫酸セシウムのピークを除外し、各銅バナ
ジウム化合物及びバナジウム化合物のメインピーク強度
からそれぞれの銅バナジウム化合物の存在比率を推定し
た結果を(表1)に示す。
【0048】次にこのようにして得られた排ガス浄化触
媒の燃焼温度を評価するために用いた評価方法を示す。
先ず、評価試験用のパティキュレートを得るために、デ
ィーゼルエンジン(トヨタ製3B)を作動させ、排出さ
れる排ガス中に含まれるパティキュレートを捕集した。
この時のディーゼルエンジンの運転条件は、1500r
pm,トルク21kgmの中速高負荷モードとした。
【0049】このようにして得られたパティキュレート
と前記排ガス浄化触媒のサンプル1〜11を重量比率
1:1で十分混合させて評価用試料とした。燃焼温度評
価装置として、熱分析装置(セイコー電子製TG/DT
A320)を使用し、測定条件として昇温速度5℃/m
in.、導入ガスとして実大気50cc/min.、試
料総重量約10mgの条件の下に排ガス浄化触媒の燃焼
温度を測定した。ここでいう燃焼温度とは、測定プロフ
ァイルにおいてパティキュレートの燃焼の結果、急激な
重量減少と燃焼による発熱を意味する示差熱の増大する
時の温度であり、ここでは重量減少率の最大値(DT
G)を与える時の温度を燃焼温度とした。図5は実施例
1におけるバナジウム添加量と燃焼温度の関係図であ
る。上記のようにして測定した実施例1における排ガス
浄化触媒の燃焼温度の評価結果を図5に記号○で示して
いる。
【0050】次に、実施例1の排ガス浄化触媒の信頼性
試験結果について説明する。まず、耐熱性試験として、
該排ガス浄化触媒を電気炉にて昇温速度200℃/H
r、降温速度200℃/Hr、保持温度900℃、保持
時間50Hrの条件で熱処理を行い、前記燃焼温度評価
方法により熱処理後の燃焼温度の変化を調べた。この結
果を同じく図5に記号●で示している。
【0051】次に、実施例1の排ガス浄化触媒のSO2
被毒特性について述べる。該排ガス浄化触媒のSO2
毒特性評価方法として、電気ヒーターによる加熱系を有
し、任意のガスを流すことが可能な流通系システムを作
製して、排ガス浄化触媒のSO2被毒実験を行った。試
験方法としては、大気50cc/min.を流通ガスと
して用い、N2+SO2(1000ppm)混合ガス10
0cc/min.を混合して流し、保持温度350℃、
保持時間50Hrの条件で試料を被毒環境下に曝した。
このSO2被毒処理を行った後の排ガス浄化触媒の燃焼
温度の評価を行った。この結果を同じく図5に記号▲で
示す。
【0052】これらの図5に示す結果から分かるよう
に、銅バナジウム化合物の結晶構造としてCu328
以外のものであれば、即ち、Cu5210、Cu22
7、CuV26のいずれも酸化活性が高いと考えられる
が、耐熱性や耐被毒性を考慮するとCuV26が最も優
れていると考えられる。従って実施例1の排ガス浄化触
媒のサンプルのうち、銅バナジウム化合物の主たる結晶
構造がCuV26であり、且つその存在比率が高いもの
ほど酸化活性が高く、耐熱性及び耐被毒性にも優れてい
ることが判る。中でもCuV26の存在比が25%以上
であれば極めて酸化活性に優れ、更に耐熱性、耐被毒性
まで考慮すると、その存在比が50%以上鯣することが
好ましい。これを銅バナジウム化合物における銅元素と
バナジウム元素の組成比に対応させると、モル比で1:
3.5〜1:1.5、好ましくは1:1.5〜1:2.
5の範囲となる。
【0053】(実施例2)実施例2は、前記実施例1の
サンプル4、即ちCuV26単独の結晶構造を有する銅
バナジウム化合物に混合するアルカリ金属硫酸塩とし
て、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫
酸ルビジウム、硫酸セシウムをそれぞれモル比で1:1
混合したものである。又、比較例としてアルカリ金属硫
酸塩を混合しないサンプルを含めたこれら6サンプルに
ついて、前記実施例1と同じ評価方法にて排ガス浄化触
媒の性能を測定した結果を図6に示す。即ち、図6は実
施例2におけるアルカリ硫酸塩と燃焼温度の関係図であ
る。
【0054】これらの結果から、銅バナジウム化合物単
独に比べアルカリ金属硫酸塩を混合した場合いずれも酸
化活性が向上し、中でも硫酸セシウムを混合したものが
最も酸化活性が向上する。即ち燃焼温度を低下させるこ
とができるのが判る。尚、混合するアルカリ金属は硫酸
塩だけでなく、他の例えば炭酸塩、硝酸塩、酸化物等で
あっても初期の酸化活性は硫酸塩同様得られたが、耐熱
性や耐被毒性の点で硫酸塩が最も好ましい。
【0055】(実施例3)実施例3は、前記実施例1の
サンプル4、即ちCuV26単独の結晶構造を有する銅
バナジウム化合物に混合するアルカリ金属硫酸塩として
硫酸セシウムを用い、且つ銅バナジウム化合物と硫酸セ
シウムの混合比として1:5、1:4.5、1:4、
1:3.5、1:3、1:2.5、1:2、1:1.
5、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:
1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1とした1
7サンプルを用いたものである。これらについて前記実
施例1と同じ評価方法にて排ガス浄化触媒の性能を測定
した結果を図7に示す。即ち、図7は実施例3における
硫酸セシウム/CuV26モル比と燃焼温度の関係図で
ある。
【0056】これらの結果から、銅バナジウム化合物と
アルカリ金属硫酸塩である硫酸セシウムとの混合比とし
て1:3〜5:1、好ましくは1:1〜1.5:1のも
のが特に酸化活性が高く、耐熱性、耐被毒性に優れてい
る事が判る。図7に1:1〜1.5:1の範囲を示す
と、燃焼温度の最低値を与える硫酸セシウム/CuV2
6のモル比(1:1)はこの範囲の端点になってい
る。
【0057】(実施例4)実施例4である排ガス浄化フ
ィルターは、実施例1の排ガス浄化触媒のサンプル4、
即ちCuV26単独の結晶構造を有する銅バナジウム化
合物と硫酸セシウムの混合物からなる排ガス浄化触媒を
コージェライト製のハニカム構造に担持させたものであ
る。
【0058】この排ガス浄化フィルターは、実施例1の
サンプル4に相当する組成の溶液に硫酸セシウムを硫酸
銅と同量である0.75モル溶解させた溶液に、コージ
ェライトからなるハニカム構造を浸漬させて、前記排ガ
ス浄化触媒の溶液を含浸させることにより作製した。こ
のときのハニカム構造としてはNGK製の直径5.66
インチ、高さ6インチ、セル密度が100セル/平方イ
ンチの両端が交互にプラグによる目封じがなされたウォ
ールスルータイプを用いた。この前記溶液を含浸させた
ハニカム構造を水切りした後、真空凍結乾燥法により乾
燥させた。この後前記実施例1と同じ条件で電気炉にて
焼成した。尚、この時の排ガス浄化触媒の担持量は10
重量%であった。このようにして得られた排ガス浄化フ
ィルターの性能を評価するために、実際のディーゼルエ
ンジンを用い、実排ガスによる燃焼試験を行った。試験
方法としては、エンジンとして排気量3400ccのト
ヨタ3Bディーゼルエンジンを使用し、エンジンエキゾ
ーストマニホールドから約3mの位置にケーシングされ
た排ガス浄化フィルターを取り付けた。
【0059】運転条件としては、回転数を1500rp
mで一定とし、トルクを変化させ、従って負荷率を変化
させることにより排ガス温度を変化させた。この時の排
ガス浄化フィルターの前後の差圧を測定し、その挙動か
ら燃焼温度を評価した。即ち、排ガス浄化触媒がハニカ
ム構造に担持されていない場合、運転時間と共にパティ
キュレートがハニカム構造に捕集され、その結果通気抵
抗が増加し差圧が上昇するが、排ガス浄化触媒が触媒層
等の形で担持されている場合その触媒作用によりパティ
キュレートが完全に燃焼するため差圧が上昇することが
ない。この時の排ガス温度を排ガス浄化触媒の燃焼温度
とした。本実施例4における燃焼温度は350℃であっ
た。このときの試験結果を図8に示す。即ち、図8は実
施例4における実ガス試験時間と差圧の関係図である。
【0060】又、耐熱性、耐被毒性を調べるために排ガ
ス温度500℃で連続耐久試験を行った。この結果を図
9に示す。即ち、図9は実施例4における実ガス試験積
算時間と差圧の関係図である。これより200時間以上
の連続捕集を行っても差圧の上昇がなく、又連続捕集後
行った350℃での燃焼試験でも差圧の上昇がみられな
かったことから、排ガス浄化触媒の活性低下がなく優れ
た耐久性を有している事が判る。
【0061】(実施例5)実施例5における排ガス浄化
フィルターとして、前記実施例4と同じくコージェライ
ト製のハニカム構造を用い、且つハニカム構造上にウォ
ッシュコート層としてγ−アルミナ粒子を担持させた。
この時のγ−アルミナ粒子の担持量は排ガス浄化フィル
ター全重量の8重量%であった。尚、この時のウォッシ
ュコート層としては、γ−アルミナ以外のアルミナ、シ
リカ、シリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、チタン
酸アルミ、コージェライト等から選ばれた1種類乃至数
種類の粒子であってもよい。次に、実施例4と同一条件
で同一組成の排ガス浄化触媒をハニカム構造上に担持さ
せた。このようにして得られた排ガス浄化フィルターを
実施例4と同じ評価方法にて試験した。この試験によっ
て実施例4よりも更に燃焼性能が向上し、約320℃で
燃焼しうることが判った。又、耐久試験においても実施
例4と同一の評価方法により試験を行ったが、同じく燃
焼温度に変化はなく、実施例4と同様の差圧プロファイ
ルを示し、優れた耐久性を有していることが判った。
【0062】(実施例6)実施例6における排ガス浄化
フィルターとして、前記実施例5におけるウォッシュコ
ート層の担持量を0.5、1、2、5、8、10、1
3、15、20、25重量%とした10種類のサンプル
を作製した。作製したサンプル全てを実施例4と同じ評
価方法により試験した。この時の燃焼温度を図10に、
500℃における差圧値を図11に示す。即ち、図10
は実施例6におけるウォッシュコート担持量と燃焼温度
の関係図、図11は実施例6におけるウォッシュコート
担持量と差圧値の関係図である。
【0063】これらの結果より、1重量%以上の全ての
サンプルにおいてウォッシュコート層がない場合よりも
燃焼温度が低下しており、特に5重量%以上の担持量に
おいて顕著である。但し、図11から判るように担持量
の増加と共に差圧値が増加しており、エンジンに負荷を
与えないレベルの差圧値として1000mmAq.を想
定した場合、ウォッシュコート層は20重量%以下の担
持量が望ましく、ある程度のマージンの必要性を考慮す
ると10重量%以下が好ましい。従って望ましいウォッ
シュコート層の担持量として、1〜20重量%、好まし
くは5〜10重量%となる。
【0064】(実施例7)実施例7における排ガス浄化
フィルターは、前記実施例5におけるウォッシュコート
層のγ−アルミナ粒子の担持量を8±2重量%の範囲で
一定とし、この時のアルミナ粒子の粒径として0.0
1、0.05、0.1、0.5、1、3、5、10、2
0、30μmとした10サンプルを作製した。作製した
サンプル全てを実施例4と同じ評価方法により試験し
た。この時の燃焼温度を図12に示す。即ち、図12は
実施例7におけるウォッシュコート粒径と燃焼温度の関
係図である。この結果から、0.05μm以上の全ての
サンプルにおいて前記ウォッシュコート層がない場合よ
りも燃焼温度が低下しているが、30μmの粒径のもの
は剥離や目詰まりがみられ、程度は小さいものの5μm
以上のサンプルにおいても同様の傾向がみられた。従っ
てウォッシュコートする粒子の粒径として0.05〜2
0μm、中でも燃焼温度の低下効果が十分あり且つ剥離
や目詰まりも生じないものとして0.5〜3μmが好ま
しい。
【0065】(実施例8)実施例8における排ガス浄化
フィルターとして、前記実施例4における排ガス浄化触
媒の担持量をそれぞれ0.1、0.5、1、2、5、1
0、15、20、25、30、35、40重量%とした
12サンプルを作製した。作製したサンプルを実施例4
と同じ評価方法により試験した。但し35、40重量%
のものは目詰まりが生じたために評価を行わなかった。
残り10サンプルと担持量0重量%、即ち触媒がない場
合の燃焼温度を図13に示す。即ち、図13は実施例8
における触媒担持量と燃焼温度の関係図である。この結
果から、0.5〜30重量%のサンプルにおいて燃焼温
度の低下がみられた。尚、特に燃焼温度の低下効果の少
ない10重量%未満のもの、及び差圧値が高くエンジン
への負荷が懸念される30重量%のものを除外した10
〜25重量%が好ましい触媒担持量の範囲である。
【0066】(実施例9)実施例9における排ガス浄化
フィルターとして、前記実施例5における排ガス浄化触
媒の担持量が、0.1、0.5、1、2、5、10、1
5、20、25、30、35、40重量%とした12サ
ンプルを作製した。作製したサンプルを実施例4と同じ
評価方法により試験した。実施例8と同じく目詰まりの
生じた30〜40重量%のものは評価を行わなかった。
残り9サンプルと担持量0重量%、即ち排ガス浄化触媒
がない場合の燃焼温度を図14に示す。即ち、図14は
実施例9における触媒担持量と燃焼温度の関係図であ
る。この結果から、0.5〜25重量%のサンプルにお
いて燃焼温度の低下がみられた。尚、特に燃焼温度の低
下効果が少ない5重量%未満で、且つ差圧値が高くエン
ジンへの負荷が懸念される25重量%を除外した5〜2
0重量%が好ましいといえる。
【0067】(実施例10)実施例10における排ガス
浄化触媒は、実施例1に記載の排ガス浄化触媒における
焼成温度として500、550、600、650、70
0、750、800、850、900、950、100
0℃で焼成した11種類のものをサンプルとして用い
た。このサンプルの評価方法としては、実施例1と同じ
評価方法により燃焼温度並びに耐久性を調べた。この結
果を図15に示す。即ち、図15は実施例10における
焼成温度と燃焼温度の関係図である。これらより、酸化
活性が高く耐久性にも優れた排ガス浄化触媒を得るため
の焼成温度として600〜950℃、好ましくは650
〜900℃であることが判る。
【0068】(実施例11)実施例11における排ガス
浄化フィルターは、実施例4における排ガス浄化フィル
ターの焼成温度として500、550、600、65
0、700、750、800、850、900、95
0、1000℃で焼成した11サンプルである。この評
価方法としては、実施例4と同じ方法により燃焼温度並
びに耐久性を評価した。この結果を図16に示す。即
ち、図16は実施例11における焼成温度と燃焼温度の
関係図である。これらより、酸化活性が高く耐久性にも
優れた排ガス浄化フィルターを得るための焼成温度とし
て600〜950℃、好ましくは650〜900℃であ
ることが判る。
【0069】(実施例12)実施例12における排ガス
浄化フィルターは、実施例5における排ガス浄化フィル
ターの焼成温度として500、550、600、65
0、700、750、800、850、900、95
0、1000℃で焼成した11サンプルである。評価方
法としては、実施例4と同じ方法により燃焼温度並びに
耐久性を評価した。この結果を図17に示す。即ち、図
17は実施例12における焼成温度と燃焼温度の関係図
である。これらより、酸化活性が高く耐久性にも優れた
排ガス浄化フィルターを得るための焼成温度として60
0〜950℃、好ましくは650〜900℃であること
が判る。
【0070】以上のように、本実施例によって極めて優
れた触媒活性を示し、又従来よりディーゼルエンジン用
排ガス浄化触媒としての問題点であった耐熱性と耐SO
2被毒性にも優れた排ガス浄化触媒並びに排ガス浄化フ
ィルターが得られる。特に最も酸化活性の高い実施例の
排ガス浄化フィルターの場合、その燃焼温度が320℃
と極めて低いため、高負荷運転モードの全運転モードに
占める割合の大きい機種、例えば一部の建設機械等では
再生補助装置としての加熱手段等を必要とせず、即ち排
ガス温度によって排ガス中のパティキュレートがフィル
ターに堆積することなく、燃焼せしめることが可能であ
る。更にディーゼルエンジン用の排ガス浄化触媒として
も比較的一般に用いられる貴金属触媒に比べて、本発明
の排ガス浄化触媒は黒煙そのものに対する酸化活性が高
いので、低い排ガス温度域でパティキュレートが堆積し
ても極めて短時間でこれを燃焼させることもできる。更
に、高価な貴金属元素を使用していないためにコスト面
でも優れている。
【0071】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、以下の
効果が得られる。即ち、 (1)極めて高い酸化活性を有しながら高い排ガス温度
と燃焼熱に耐えることができる。
【0072】(2)排ガス中に含まれるSO2等による
被毒劣化性が小さく、長時間使用しても触媒活性が劣化
し難いという性能を備えることができる。
【0073】(3)従って内燃機関、特にディーゼルエ
ンジンの排ガス中に含まれるパティキュレートを燃焼除
去させるのに有利であり、且つ耐熱性、耐被毒性、経済
性に優れた排ガス浄化触媒とすることができる。
【0074】(4)主たる結晶構造がCuV26である
排ガス浄化触媒となるので、比較的低い排ガス温度でも
パティキュレートを燃焼しうる優れた触媒性能を発揮さ
せることができる。
【0075】(5)パティキュレートを容易に燃焼させ
ることができるので、車種や運転モードに依存すること
が少ない状態でパティキュレートの触媒面への堆積を効
果的に防止でき、燃焼再生手段を必要としない排ガス浄
化触媒を提供できる。
【0076】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
の効果に加えて、次のような効果を有する。
【0077】銅バナジウム化合物の主たる結晶構造をC
uV26であるようにしているので、この結晶構造の存
在により排ガス処理触媒としての機能や耐熱性、耐久性
を更に高めることができる。
【0078】請求項3に記載の発明によれば、請求項2
の効果に加えて、次のような効果を有する。
【0079】即ち、CuV26である結晶構造の存在比
を25モル%以上としているので、結晶構造がさらに適
切な範囲に設定されるので、排ガス中のパティキュレー
トに対する酸化活性と耐熱性とを更に向上させることが
できる。
【0080】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
乃至3のいずれか1項の効果に加えて、次の効果を有す
る。
【0081】アルカリ金属硫酸塩におけるアルカリ金属
をセシウムにしているので、セシウム硫酸塩の存在によ
る触媒活性の向上作用を更に効果的に発揮させることが
できる。
【0082】請求項5に記載の発明によれば、請求項1
の効果に加え次の効果を有する。
【0083】銅バナジウム化合物とアルカリ金属硫酸塩
との組成比を特定範囲にしているので、それぞれの成分
をバランスさせ、安価に製造できると共に触媒としての
機能を効果的に引き出すことができる。
【0084】請求項6に記載の発明によれば、請求項1
の効果に加え次の効果を有する。
【0085】排ガス浄化触媒が所定の温度範囲の下で焼
成処理して作成されるので、触媒に必要な結晶組成と強
度、耐熱性を備えた焼結体が得られ、触媒活性と耐久性
とを具備した触媒とすることができる。
【0086】請求項7に記載の発明によれば、次の効果
を有する。即ち、 (1)高い酸化活性を有し、かつ高い排ガス温度にも耐
えることができる排ガス浄化フィルターを提供できる。
【0087】(2)この排ガス浄化フィルターは、排ガ
ス中に含まれるSO2等による被毒劣化性が小さく、長
時間使用しても触媒活性が劣化しにくい特性を有するこ
とができる。
【0088】(3)従って内燃機関、特にディーゼルエ
ンジンの排ガス中に含まれるパティキュレートを燃焼除
去させるのに有利であり、且つ耐熱性、耐被毒性、経済
性に優れた排ガス浄化フィルターを提供できる。
【0089】(4)担持される触媒の主たる結晶構造が
CuV26となるので、比較的低い排ガス温度でもパテ
ィキュレートを燃焼しうる優れた浄化性能を発揮させる
ことができる。
【0090】(5)パティキュレートを低温度でも容易
に燃焼させることができ、車種や運転モードに依存する
ことなく、パティキュレートの触媒面への堆積を効果的
に防止でき、燃焼再生手段を必要としない排ガス浄化フ
ィルターを提供できる。
【0091】請求項8に記載の発明によれば、請求項7
の効果に加え次の効果を有する。
【0092】ウォッシュコート層としてセラミック粒子
が設けられ、セラミック粒子に銅バナジウム化合物及び
アルカリ金属硫酸塩からなる触媒が担持されるようにし
ているので、このようなウォッシュコート層の存在によ
って、排ガスと触媒との接触面積を増大させることがで
きるので、排ガス中のパティキュレートを酸化させる能
力を向上させた排ガス浄化フィルターとすることができ
る。
【0093】請求項9に記載の発明によれば、請求項8
の効果に加え次の効果を有する。
【0094】ウォッシュコート層の重量を特定範囲に限
定して用いているので、ウォッシュコート層の量を効率
的にパティキュレートを酸化することのできる適正範囲
に維持させて、更に効率的に排ガスの浄化処理を行うこ
とができる。
【0095】請求項10に記載の発明によれば、請求項
8の効果に加えて、次の効果を有する。
【0096】ウォッシュコート層を形成するセラミック
粒子の粒径を特定範囲にしているので、ウォッシュコー
ト層の排ガスに対する透過性や触媒の担持特性、耐久性
等を最適化できる範囲に維持して、触媒層の機能を更に
効果的に向上させることができる。
【0097】請求項11に記載の発明によれば、請求項
7の効果に加えて、次の効果を有する。
【0098】触媒層の重量を特定範囲に設定しているの
で、触媒層を過不足なく三次元多孔質構造の上に形成さ
せることができ、経済的且つ効率的に排ガス浄化フィル
ターを機能させることができる。
【0099】請求項12に記載の発明によれば、請求項
7の効果に加えて、次の効果を有する。
【0100】触媒層を形成する排ガス浄化触媒を特定温
度範囲で焼成させているので、触媒として必要な結晶組
成と強度とを備えた焼結体が得られ、触媒活性と耐久性
とを具備した触媒を有する排ガス浄化フィルターを提供
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における排ガス浄化フィ
ルターの概略図
【図2】本発明の実施の形態1における排ガス浄化フィ
ルターの端面の拡大図
【図3】本発明の実施の形態1における排ガス浄化フィ
ルターの内壁の断面拡大図
【図4】本発明の実施の形態1における排ガス浄化フィ
ルター内の流れ説明図
【図5】実施例1におけるバナジウム添加量と燃焼温度
の関係図
【図6】実施例2におけるアルカリ硫酸塩と燃焼温度の
関係図
【図7】実施例3における硫酸セシウム/CuV26
ル比と燃焼温度の関係図
【図8】実施例4における実ガス試験時間と差圧の関係
【図9】実施例4における実ガス試験積算時間と差圧の
関係図
【図10】実施例6におけるウォッシュコート担持量と
燃焼温度の関係図
【図11】実施例6におけるウォッシュコート担持量と
差圧値の関係図
【図12】実施例7におけるウォッシュコート粒径と燃
焼温度の関係図
【図13】実施例8における触媒担持量と燃焼温度の関
係図
【図14】実施例9における触媒担持量と燃焼温度の関
係図
【図15】実施例10における焼成温度と燃焼温度の関
係図
【図16】実施例11における焼成温度と燃焼温度の関
係図
【図17】実施例12における焼成温度と燃焼温度の関
係図
【符号の説明】
1 排ガス浄化フィルター 2 セル 3 排ガス浄化触媒 4 プラグ 5 通気孔 6 排気ガス 7 流入端 8 流出端 9 パティキュレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有田 雅昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井上 雅博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4D048 AA14 AA18 BA06Y BA07Y BA08Y BA10Y BA14X BA14Y BA23X BA23Y BA35X BA35Y BB02 CD05 4G069 AA03 BA01A BA02A BA03A BA04A BA05A BA13A BA13B BB02A BB06A BB06B BB10A BB10B BC01A BC02B BC03B BC04B BC05B BC06A BC06B BC31A BC31B BC54A BC54B CA03 CA15 CA18 DA05 FB30 FC07 FC08

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅バナジウム化合物及びアルカリ金属硫酸
    塩より成り、且つ銅元素とバナジウム元素のモル比が
    1:3.5〜1:1.5であることを特徴とする排ガス
    浄化触媒。
  2. 【請求項2】前記銅バナジウム化合物における主たる結
    晶構造がCuV26であることを特徴とする請求項1に
    記載の排ガス浄化触媒。
  3. 【請求項3】前記CuV26である結晶構造の存在比が
    25モル%以上であることを特徴とする請求項2に記載
    の排ガス浄化触媒。
  4. 【請求項4】前記アルカリ金属硫酸塩におけるアルカリ
    金属がセシウムであることを特徴とする請求項1乃至3
    のいずれか1項に記載の排ガス浄化触媒。
  5. 【請求項5】前記銅バナジウム化合物と前記アルカリ金
    属硫酸塩との組成比が、モル比として1:3〜5:1の
    範囲であることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄
    化触媒。
  6. 【請求項6】前記排ガス浄化触媒が、600〜950℃
    の温度で焼成されて成ることを特徴とする請求項1に記
    載の排ガス浄化触媒。
  7. 【請求項7】銅元素とバナジウム元素のモル比が1:
    3.5〜1:1.5である銅バナジウム化合物及びアル
    カリ金属硫酸塩とを含む排ガス浄化触媒からなる触媒層
    が設けられた金属製、又はセラミック製の三次元多孔質
    構造を有することを特徴とする排ガス浄化フィルター。
  8. 【請求項8】ウォッシュコート層としてアルミナ、シリ
    カ、シリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、チタン酸
    アルミ、コージェライト等から選ばれた1種類乃至2種
    類以上のセラミック粒子が設けられ、且つ前記触媒層が
    担持されていることを特徴とする請求項7に記載の排ガ
    ス浄化フィルター。
  9. 【請求項9】前記ウォッシュコート層の重量が、前記排
    ガス浄化フィルターの全重量に対して1〜20重量%で
    あることを特徴とする請求項8に記載の排ガス浄化フィ
    ルター。
  10. 【請求項10】前記ウォッシュコート層を形成する前記
    セラミック粒子の粒径が0.05〜20μmであること
    を特徴とする請求項8に記載の排ガス浄化フィルター。
  11. 【請求項11】前記触媒層の重量が、前記排ガス浄化フ
    ィルターの全重量に対して0.5〜25重量%であるこ
    とを特徴とする請求項7に記載の排ガス浄化フィルタ
    ー。
  12. 【請求項12】前記触媒層を形成する排ガス浄化触媒
    が、600〜950℃の温度で焼成されて成ることを特
    徴とする請求項7に記載の排ガス浄化フィルター。
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