JP2002058924A - ディーゼルパティキュレートフィルター - Google Patents

ディーゼルパティキュレートフィルター

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JP2002058924A
JP2002058924A JP2000249646A JP2000249646A JP2002058924A JP 2002058924 A JP2002058924 A JP 2002058924A JP 2000249646 A JP2000249646 A JP 2000249646A JP 2000249646 A JP2000249646 A JP 2000249646A JP 2002058924 A JP2002058924 A JP 2002058924A
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particulate filter
diesel particulate
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temperature
catalyst
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JP2000249646A
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Michiyuki Suzuki
道之 鈴木
Mitsuhiko Sato
光彦 佐藤
Taketami Yamamura
武民 山村
Ryohei Tanaka
良平 田中
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐久性に優れ、省スペース化が可能であり、微
粒子の捕集効果に加え触媒作用によりNOx,HC,COの低減
効果も有するディーゼルパティキュレートフィルターを
提供しようとするものである。 【解決手段】ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれ
る微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィル
ターにおいて、ディーゼルパティキュレートフィルター
がセラミックス繊維強化セラミックスの複合材から構成
されており、かつ前記複合材のマトリックスに触媒が担
持されていることを特徴する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの排気ガス中に含まれる微粒子を捕集し、且つNOx、C
O、HCも除去できるディーゼルパティキュレートフィル
ターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンでは多量のカーボ
ン、煤等の微粒子(PM)とNOx、及びHC,COが排出され
る。従来、ディーゼルパティキュレートフィルターとし
ては貴金属触媒をコートしたコージェライトハニカムや
酸化触媒とSiCハニカムの組み合わせたもの、あるいはS
iC系の無機繊維の不織布を耐熱性の金属でサンドイッチ
したものが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】貴金属触媒をコートし
たコージェライトハニカムや酸化触媒とSiCハニカムの
組み合わせたものは微粒子の捕集効果に加え触媒作用に
よりHC,COの低減効果も認められているが、フィルター
本体のハニカムはそれぞれコージェライト、SiCの単相
からなっており、セラミックス特有の脆く壊れやすいと
いう欠点があり、ディーゼルパティキュレートフィルタ
ーに要求される長期間の使用に対しては問題がある。さ
らにコージェライトはSiCに比べ耐熱性に劣るため耐久
性はSiCよりも問題となる。酸化触媒とSiCハニカムの組
み合わせたものは酸化触媒とハニカムが独立しているた
め、貴金属触媒をコートしたコージェライトハニカムに
比べよりスペースが必要となる欠点がある。SiC系の無
機繊維の不織布を耐熱性の金属でサンドイッチしたもの
は、耐久性はSiC系のため優れており、さらに不織布の
ため通常のセラミックスように脆く壊れることもない
が、触媒を使用していないため、HC,COの低減効果は一
切ないという欠点がある。
【0004】以上のことから耐久性に優れ、省スペース
化が可能であり、微粒子の捕集効果に加え触媒作用によ
りNOx,HC,COの低減効果も有するディーゼルパティキュ
レートフィルターの開発が強く望まれている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば ディーゼルエンジンの排気ガス中
に含まれる微粒子を捕集するディーゼルパティキュレー
トフィルターにおいて、ディーゼルパティキュレートフ
ィルターがセラミックス繊維強化セラミックスの複合材
から構成されており、かつ前記複合材のマトリックスに
触媒が担持されていることを特徴するディーゼルパティ
キュレートフィルターが提供される。
【0006】また、セラミックス繊維は、2族、3族及
び4族の金属原子からなる群から選択され、その酸化物
の炭素還元反応における自由エネルギー変化が負の値に
なる温度が、酸化ケイ素の炭素還元反応における自由エ
ネルギー変化が負になる温度に比較して高温である金属
元素を含有し、かつ酸素含有量が1〜13重量%の範囲
内である炭化ケイ素系繊維であり、複合材が、前記繊維
の不織布、あるいは不織布と織布を組み合わせたものを
成形した構造で構成されることが望ましい。
【0007】また、マトリックスは、Al2O3、SiO2、MgO
のうちの少なくとも1種を含む酸化物であるか、又はポ
リチタノカルボシランあるいはポリジルコノカルボシラ
ンを高温で焼成して得られるSiC系材料により形成され
ることが好ましい。
【0008】さらに、Pt、Pd、Ir、Rh、Au、Ag、Osの貴
金属、Li、Na、K、Rb、Csのアルカリ金属、Mg、Ca、S
r、Ni、Co、Fe、V、Nb、Ta、Ti、Si、Zr、Hf、Ce、Ru、
Cu、ゼオライト(Cu-ZSM-5)、Al2O3、TiO2、SiO2、V2O
5の少なくとも1種を含む触媒がマトリックスに担持さ
れることが好ましい。
【0009】本発明によればフィルター本体をセラミッ
クス繊維強化セラミックスの複合材から構成することに
よりセラミックスの欠点である脆さを克服することがで
きる。すなわち必要に応じてセラミックス繊維とセラミ
ックスマトリックスの界面に炭素等のすべり相を設ける
ことより微視的なクラックが入っても通常のセラミック
スのように一気に破壊することはない。これは、繊維と
マトリックスの界面でクラックが偏向・分散し、また繊
維が引きぬけながら破壊が進行するので破壊に大きなエ
ネルギーが必要となるためである。このような複合材は
繊維の耐熱性が複合材全体の耐熱性に大きな影響を与え
るので本発明においては請求項2に示した炭化ケイ素系
の繊維、例えば、Si-Zr-C-O繊維を用いることが望まし
い。
【0010】この繊維の不織布、または不織布と織布の
組み合わせたものをフィルターの形状に成形する。具体
的には黒鉛等からなるマンドレルに不織布、または不織
布と織布の組み合わせたものを巻き付けて成形する方法
がある。この状態のものをプリフォームとよぶこととす
る。
【0011】このプリフォームにAl2O3、SiO2、MgOのう
ちの少なくとも1種を含む酸化物か、又はポリチタノカ
ルボシランあるいはポリジルコノカルボシランを高温で
焼成して得られるSiC系材料をマトリックスとして形成
する。酸化物の場合にはゾルゲル方法を用いることがで
き、Al2O3、コージェライト組成が特に好ましい。これ
らの酸化物マトリックスの場合には界面相としてAl2O3
を形成させておくことが望ましい。ポリチタノカルボシ
ランあるいはポリジルコノカルボシランを高温で焼成し
て得られるSiC系材料の場合にはあらかじめプリフォー
ムを高温CO雰囲気中で処理を行い、繊維表面に炭素のリ
ッチな層を設けておくことが望ましい。この炭素のリッ
チな層が界面のすべり相として機能する。
【0012】以上のようにセラミックス繊維強化セラミ
ックスの複合材を成形した後、Pt、Pd、Ir、Rh、Au、A
g、Osの貴金属、Li、Na、K、Rb、Csのアルカリ金属、M
g、Ca、Sr、Ni、Co、Fe、V、Nb、Ta、Ti、Si、Zr、Hf、
Ce、Ru、Cu、ゼオライト(Cu-ZSM-5)、Al2O3、TiO2、S
iO2、V2O5の少なくとも1種を含む触媒をマトリックス
に担持させる。これらの触媒はそれぞれ効果が異なり、
例えば、NOxの還元反応による低減には、Pt、Rh、ゼオ
ライト(Cu-ZSM-5)、TiO2−SiO2−V2O5系等が効果があ
る。また、CH、COの酸化反応による低減には、Pt、Pd、
Ce等が効果がある。
【0013】担持させる方法としては、あらかじめ含浸
法やアルコキシド法等によりAl2O3やSiO2等の担体に担
持させた粉末触媒を作製し、これをセラミックス繊維強
化セラミックスの複合材のマトリックス表面にウオッシ
ュコートする方法などがある。また、電解メッキや無電
解メッキ等により触媒物質を直接マトリックスにコーテ
ィングする方法も適用できる。
【0014】
【作用】本発明によれば、セラミックス繊維強化セラミ
ックスの複合材でフィルター本体を構成することで破壊
しにくい優れた耐久性を持ち、さらに触媒により微粒子
の捕集のみでなく、NOx、CO、HC等も低減できるディー
ゼルパティキュレートフィルターを提供できる。さらに
セラミックス繊維強化セラミックスの複合材のマトリッ
クスに触媒を担持させることにより、新たな触媒用のス
ペースが必要ないため省スペース化が図れる。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 実施例1 円筒状の黒鉛製マンドレルにSi-Zr-C-O長繊維の平織り
を巻きつけその上に短繊維を用いて作製した不織布を巻
き付けさらに最外層に長繊維の平織りを巻きつけて3層
構造のプリフォームを作製した。このプリフォームに界
面相としてゾルゲル法によりAl2O3をコーティングし
た。この後、マトリックスとしてコージェライトを同様
にゾルゲル法により形成させた。黒鉛製マンドレルを酸
化除去してセラミック複合材のフィルターを得た。さら
にこの複合材フィルターに含浸法により作製したAl2O3
担持Pt粉末触媒とAl2O3担持Rh粉末触媒をコーティング
してディーゼルパティキュレートフィルターを製造し
た。
【0016】このディーゼルパティキュレートフィルタ
ーを用いてディーゼルエンジンの排ガス中の微粒子、NO
x、CO、HCの低減率を測定したところ、それぞれ95
%、20%、90%、90%の低減率が得られ、優れた
性能を示した。
【0017】実施例2 実施例1と同様に円筒状の黒鉛製マンドレルにSi-Zr-C-
O長繊維の平織りを巻きつけその上に短繊維を用いて作
製した不織布を巻き付けさらに最外層に長繊維の平織り
を巻きつけて3層構造のプリフォームを作製した。この
プリフォームをCO雰囲気中1500℃で3時間処理を行
い、繊維表面にカーボンリッチ層を形成させた。この
後、マトリックスとしてポリジルコノカルボシランのキ
シレン溶液を含浸し、窒素中1200℃焼成してSiCマ
トリックスを形成させた。黒鉛製マンドレルを酸化除去
してセラミック複合材のフィルターを得た。さらにこの
複合材フィルターに無電解メッキ法によりPt触媒をコー
ティングしてディーゼルパティキュレートフィルターを
製造した。
【0018】このディーゼルパティキュレートフィルタ
ーを用いてディーゼルエンジンの排ガス中の微粒子、NO
x、CO、HCの低減率を測定したところ、それぞれ95
%、10%、95%、95%の低減率が得られ、優れた
性能を示した。
【0019】
【発明の効果】本発明よるディーゼルパティキュレート
フィルターは、セラミックス繊維強化セラミックスの複
合材でフィルター本体を構成することにより破壊しにく
い優れた耐久性を有する。さらに触媒をマトリックスに
担持させることにより微粒子の捕集のみでなく、NOx、C
O、HC等も低減できるディーゼルパティキュレートフィ
ルターを製造できる。さらにマトリックスに触媒を担持
させることにより、新たな触媒用のスペースが必要ない
ため省スペース化が図れ、コンパクトで長寿命のディー
ゼルパティキュレートフィルターを提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/02 301 F01N 3/24 E 321 3/28 Q 3/10 B01D 53/36 ZAB 3/24 104B 3/28 104A D06M 11/12 (72)発明者 田中 良平 山口県宇部市大字沖宇部573番地の3 株 式会社超高温材料研究所内 Fターム(参考) 3G090 AA03 BA01 3G091 AA18 AB01 AB13 BA00 BA07 BA14 BA15 BA19 BA39 GA05 GB01W GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB07W GB09W GB10X GB13X GB16X HA14 4D019 AA01 BA05 BB02 BB03 BB10 BB20 BC07 CA03 CB04 CB06 DA01 DA02 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 AB03 BA01Y BA02Y BA03X BA03Y BA06Y BA07Y BA08Y BA11Y BA14Y BA15Y BA19Y BA23Y BA24Y BA30X BA31Y BA32Y BA33X BA33Y BA34Y BA35Y BA36Y BA37Y BA38Y BA41X BB08 CC38 CC41 CD05 4L031 AA24 AA29 BA09 BA20 CA06 DA00

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれ
    る微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィル
    ターにおいて、ディーゼルパティキュレートフィルター
    がセラミックス繊維強化セラミックスの複合材から構成
    されており、かつ前記複合材のマトリックスに触媒が担
    持されていることを特徴するディーゼルパティキュレー
    トフィルター。
  2. 【請求項2】セラミックス繊維が、2族、3族及び4族
    の金属原子からなる群から選択され、その酸化物の炭素
    還元反応における自由エネルギー変化が負の値になる温
    度が、酸化ケイ素の炭素還元反応における自由エネルギ
    ー変化が負になる温度に比較して高温である金属元素を
    含有し、かつ酸素含有量が1〜13重量%の範囲内であ
    る炭化ケイ素系繊維であり、複合材が、前記繊維の不織
    布、あるいは不織布と織布を組み合わせたものを成形し
    た構造であることを特徴とする請求項1記載のディーゼ
    ルパティキュレートフィルター。
  3. 【請求項3】マトリックスが、Al2O3、SiO2、MgOのうち
    の少なくとも1種を含む酸化物であることを特徴とする
    請求項1又は2記載のディーゼルパティキュレートフィ
    ルター。
  4. 【請求項4】マトリックスが、ポリチタノカルボシラン
    あるいはポリジルコノカルボシランを高温で焼成して得
    られるSiC系材料であることを特徴とする請求項1又は
    2記載のディーゼルパティキュレートフィルター。
  5. 【請求項5】触媒が、Pt、Pd、Ir、Rh、Au、Ag、Osの貴
    金属、Li、Na、K、Rb、Csのアルカリ金属、Mg、Ca、S
    r、Ni、Co、Fe、V、Nb、Ta、Ti、Si、Zr、Hf、Ce、Ru、
    Cu、ゼオライト(Cu-ZSM-5)、Al2O3、TiO2、SiO2、V2O
    5の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1〜
    4記載のディーゼルパティキュレートフィルター。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010077845A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Honda Motor Co Ltd 排ガス浄化フィルタ及びその製造方法
JP2010137131A (ja) * 2008-12-10 2010-06-24 National Institute For Materials Science Co酸化触媒
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CN103447077A (zh) * 2013-09-06 2013-12-18 中国科学院金属研究所 一种zsm-5/泡沫碳化硅结构化催化剂的原位改性方法

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