JP2004298699A

JP2004298699A - Filter member and treatment apparatus

Info

Publication number: JP2004298699A
Application number: JP2003092948A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shimodaira; 賢一下平; Terutoshi Hirabayashi; 照敏平林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP4123026B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filter member excellent in the capacity of removing a substance, for example, an environmental pollutant, and a treatment apparatus equipped with the filter member. <P>SOLUTION: The filter member 1 permits a fluid to pass and removes the substance by coming into contact with the substance. The filter member 1 has a base material 11 and a noble metal 12 carried on at least a part of the portion coming into contact with the fluid of the base material 11. The base material 11 is constituted of a cylindrical part 112 having a cylindrical shape and a reticulated structural part 113, which has a fluid passing part formed into a three-dimensional reticulated structure and is integrally formed with the cylindrical part 112. The base material 11 is mainly constituted of a composite oxide containing at least one of Zr, Al, Y and Si or a composite oxide containing at least two elements selected from Zr, Al, Y and Si at least in the vicinity of the surface thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルター部材および処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排ガスには、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の環境汚染物質が、また、工業排水や生活排水等の排水にはアルコール類、アンモニア、硫化水素等の環境汚染物質が含まれており、これらの環境汚染物質が、大気汚染や水質汚染のような公害の要因となることが知られている。
例えば、排ガス中から環境汚染物質を除去する排ガス浄化用触媒装置（フィルター部材）が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の排ガス浄化用触媒装置は、セラミックスや金属で構成された基材に、直接または担持層を介して、触媒貴金属を担持させた構成とされている。また、基材は排ガスを効率よく通過させるために、軸方向に排ガスが通過する管状通路を有する形状（例えばハニカム形状）とされている。
そして、従来の排ガス浄化用触媒装置では、基材への担持された触媒貴金属と排ガス中の環境汚染物質とが接触することにより、環境汚染物質が触媒貴金属により浄化される。したがって、このような排ガス浄化用触媒装置では、環境汚染物質の浄化性能は、基材への触媒貴金属の担持量や、環境汚染物質の触媒貴金属への接触の頻度に大きく依存する。
【０００４】
ところが、従来の排ガス浄化用触媒装置では、基材が有する管状通路の横断面積を小さく設定して、表面積を増大させるのに限界があった。それは、従来の排ガス浄化用触媒装置では、基材への触媒貴金属の担持量や、環境汚染物質の触媒貴金属への接触の頻度を増大させるためには、大型化（その長さを長く設定）せざるを得ないという問題があったためで、換言すれば、排ガス浄化用触媒装置を小型化（薄型化）しようとすると、その環境汚染物質の分解能が低下するという問題があった。
また、従来の排ガス浄化用触媒装置は、比較的高温状態でないと、その触媒作用が発現しないという問題もある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６２１６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、例えば環境汚染物質等の物質の浄化性能に優れるフィルター部材、および、このフィルター部材を備える処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のフィルター部材は、流体を通過させ、該流体中に存在する物質と接触することにより、該物質を浄化するフィルター部材であって、
少なくとも表面付近が、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉのうちの少なくとも１種を含む複合酸化物を主材料として構成された基材を有し、
該基材の前記流体と接触する部分の少なくとも一部に、貴金属が担持されてなることを特徴とする。
本発明によれば、流体中に存在する物質（例えば環境汚染物質等）に対する優れた浄化性能が発揮され、また、物質の浄化性能に優れることから、小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明のフィルター部材は、流体を通過させ、該流体中に存在する物質と接触することにより、該物質を浄化するフィルター部材であって、
少なくとも表面付近が、Ｚｒ、Ａｌ、ＹおよびＳｉから選択される少なくとも２種を含む複合酸化物を主材料として構成された基材を有し、
該基材の前記流体と接触する部分の少なくとも一部に、貴金属が担持されてなることを特徴とする。
本発明によれば、流体中に存在する物質（例えば環境汚染物質等）に対する優れた浄化性能が発揮され、また、物質の浄化性能に優れることから、小型化を図ることができる。
【０００９】
本発明のフィルター部材では、前記貴金属は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これらのものは、触媒作用に優れる。
本発明のフィルター部材では、前記貴金属の少なくとも一部は、粒子状で存在していることが好ましい。
これにより、貴金属の表面積を増大させることができ、流体中に存在する物質と貴金属とが接触する頻度をより高めることができる。
【００１０】
本発明のフィルター部材では、前記粒子状の貴金属は、その平均粒径が１５ｎｍ以下であることが好ましい。
これにより、貴金属の表面積を十分に大きくすることができる。
本発明のフィルター部材では、前記貴金属の担持量は、前記基材の容積１Ｌあたり、０．０１〜１０ｇであることが好ましい。
かかる範囲の担持量により、貴金属の触媒作用が好適に発揮される。
【００１１】
本発明のフィルター部材では、前記基材の前記流体が通過する部分は、３次元的な網目構造をなしていることが好ましい。
これにより、流体中に存在する物質のフィルター部材（貴金属）への接触の頻度を十分に高くすることができる。
本発明のフィルター部材では、前記基材の前記流体が通過する部分の空孔率は、５０〜９８％であることが好ましい。
これにより、流体中に存在する物質のフィルター部材への接触の頻度をより高くすることができる。
【００１２】
本発明のフィルター部材では、排ガス処理用であることが好ましい。
本発明のフィルター部材は、種々の用途に用いることができるが、特に、排ガス処理用に適用するのが好ましい。
本発明の処理装置は、本発明のフィルター部材を備えることを特徴とする。
これにより、流体中に存在する物質（例えば環境汚染物質等）に対する優れた浄化性能を有する処理装置が得られ、また、物質の浄化性能に優れることから、小型化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフィルター部材および処理装置について添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のフィルター部材は、例えば気体、液体等の流体を通過させ、この流体中に存在する物質と接触することにより、この物質を浄化するものである。
【００１４】
＜第１実施形態＞
まず、本発明のフィルター部材の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のフィルター部材の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示すフィルター部材の断面を示す拡大図である。
本発明のフィルター部材１は、基材１１と、この基材１１の流体と接触する部分の少なくとも一部に担持された貴金属１２とを有している。
【００１５】
各図に示すように、基材１１は、全体としてほぼ円盤状（平板状）をなし、ほぼ円筒状をなす筒状部１１２と、この筒状部１１２の内側に、筒状部１１２と一体的に形成された網目構造部１１３とを有している。
網目構造部１１３（流体が通過する部分）は、３次元的な網目構造をなしている。この網目構造部１１３を流体が通過する。このような構成により、流体中に存在する物質のフィルター部材１（貴金属１２）への接触の頻度を十分に高くすることができる。
この網目構造部１１３の空孔率は、特に限定されないが、５０〜９８％程度であるのが好ましく、６５〜９５％程度であるのがより好ましい。これにより、前記効果をより向上させることができる。
【００１６】
基材１１は、その少なくとも表面付近（本実施形態では、その全体）が、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉのうちの少なくとも１種を含む複合酸化物を主材料として構成されている。
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、基材１１を単一元素の酸化物でなく、少なくとも２種以上の元素を含む酸化物（複合酸化物）、特に、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉのうちの少なくとも１種を含む複合酸化物で構成することにより、基材１１への貴金属１２の担持量が増大することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
本発明者は、複合酸化物を用いて基材１１を構成することにより、基材１１の表面に微小な凹凸が生じること、すなわち、表面粗さ（表面積）が増大するという知見を得ており、このことが、基材１１への貴金属１２の担持量を増大させる要因の一つであると推察される。特に、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉのうちの少なくとも１種を含む複合酸化物を用いて基材１１を構成することにより、基材１１の表面の荒れが増大する傾向を示す。
【００１８】
また、この複合酸化物で構成される基材１１は、機械的強度、耐熱性や、貴金属１２との密着性に優れるという利点も有している。
さらに、本発明者は、この複合酸化物で構成される基材１１に、貴金属１２を担持させることにより、比較的低温状態において、貴金属１２の触媒作用を発現させることができることをも見出した。
【００１９】
このような複合酸化物は、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉのうちの少なくとも１種と、他の元素とを含むもの、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉから選択される少なくとも２種を含むもののいずれであってもよく、その具体例としては、例えば、ＺｒＳｉＯ_４、ＺｒＴｉＯ４、ＹＡｓＯ_４、ＹＶＯ_４、Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５、ＣａＺｒＯ_４等が挙げられる。また、それらは、１種または２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００２０】
基材１１に担持された貴金属１２は、例えば、その全てが基材１１に固溶したもの、膜状（層状）をなしているもの等であってもよいが、図２に示すように、その一部または全部が粒子状で存在するのが好ましい。これにより、貴金属１２の表面積を増大させることができ、流体中に存在する物質と貴金属１２とが接触する頻度をより高めることができる。その結果、フィルター部材１の浄化性能をさらに向上させることができる。
また、粒子状で存在する貴金属１２（粒子状の貴金属１２）は、その平均粒径が１５ｎｍ以下であるのが好ましく、１０ｎｍ以下であるのがより好ましく、５〜１０ｎｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、貴金属１２の表面積を十分に大きくすることができる。
【００２１】
この貴金属１２としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇが挙げられるが、これらの中でも、特に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうちの少なくとも１種であるのが好ましい。これらのものは、特に、三元触媒としての機能に優れるため、フィルター部材１を排ガス処理の用途に適用する場合には、特に有効である。なお、これらを２種以上用いる場合には、合金として用いることもできる。
【００２２】
貴金属１２の担持量は、貴金属１２の種類等によっても若干異なり、特に限定されないが、基材１１の容積１Ｌあたり、０．０１〜１０ｇ程度であるのが好ましく、０．０５〜５ｇ程度であるのがより好ましい。貴金属１２の担持量が前記下限値未満の場合、貴金属１２の触媒作用が好適に発揮されない場合があり、一方、貴金属１２の担持量を前記上限値を超えて多くしても、それ以上の効果の増大が得られないばかりでなく、フィルター部材１の製造コストの増大を招き好ましくない。
以上のようなフィルター部材１は、浄化性能に優れるため、小型化（薄型化）を図ることができる。
【００２３】
このようなフィルター部材１は、例えば、次のようにして製造される。
［１Ａ］まず、原料となる複合酸化物粉末を用意する。この複合酸化物粉末の平均粒径は、特に限定されないが、０．０１〜２０μｍ程度であるのが好ましく、０．１〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。このような粒径の小さい粉末を用いることにより、十分な機械的強度を有する基材１１（フィルター部材１）を得ることができる。
なお、複合酸化物粉末は、例えば、高温自己燃焼合成法（ＳＨＳ法）、ゾル・ゲル法、共沈法、粉砕法等を用いて製造することができる。
【００２４】
次に、例えば、複合酸化物粉末と純水とを混合、混練してスラリー状（ペースト状）とする。
また、スラリー中には、有機バインダーを混合するようにしてもよい。これにより、スラリーの粘着性が増し、成形体の強度が向上するという効果が得られる。
有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、セルロースまたはその誘導体、寒天等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
この場合、複合酸化物粉末と有機バインダーとの混合比は、特に限定されないが、容積比で９０：１０〜５０：５０程度であるのが好ましく、８０：２０〜６０：４０程度であるのがより好ましい。
【００２５】
［２Ａ］次に、得られたスラリーを、例えば、所望の形状、寸法の発泡体（または多孔質体）に含浸させ、成形体を形成する。なお、この際、型内に前記発泡体を収納しておき、かかる型にスラリーを充填するようにしてもよい。
前記発泡体（または多孔質体）の構成材料は、後の焼成により消失するものであるのが好ましく、このような材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の各種樹脂材料が挙げられる。
得られた成形体に対しては、例えば、自然乾燥、温風乾燥、フリーズドライ、真空乾燥等の方法により、乾燥がなされる。
なお、成形体の寸法は、後述する焼成による収縮分を見込んで決定される。
【００２６】
［３Ａ］次に、得られた成形体を、例えば炉により焼成する。この焼成により、複合酸化物粉末同士の間で拡散が生じるとともに、前記発泡体が消失して、多孔質な焼結体（すなわち、図１に示すような形状の基材１１）が得られる。
焼成時の温度（焼成温度）は、複合酸化物粉末の組成等によっても若干異なり、特に限定されないが、１１００〜１８００℃程度であるのが好ましく、１３００〜１６００℃程度であるのがより好ましい。焼成温度が低過ぎると、複合酸化物粉末同士の間で拡散が十分に進行せず、基材１１の機械的強度が低下するおそれがあり、一方、焼成温度が高過ぎると、熱変形が生じやすくなり、基材１１の寸法精度が低下する傾向を示す。
【００２７】
また、焼成時間も、特に限定されないが、前記の温度範囲で焼成する場合、３〜１５時間程度であるのが好ましく、５〜１０時間程度であるのがより好ましい。
また、焼成雰囲気は、大気、窒素ガス雰囲気や、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス雰囲気とすることができる。
【００２８】
［４Ａ］次に、基材１１に、例えば、次のようにして貴金属１２を担持させる。
まず、貴金属１２の塩（貴金属塩）を溶解した溶液、または、貴金属１２の粉末（貴金属粉末）を懸濁させたスラリー（ペースト）を調製する。
貴金属塩を溶解した溶液を用いる場合、貴金属塩には、例えば、塩化物、硝酸塩、ジニトロジアミン塩、ヘキサクロロ塩等を用いることができる。また、溶媒には、例えば、水、メタノール、エタノール等を単独または混合液として用いることができる。
一方、貴金属粉末を懸濁させたスラリーを用いる場合、分散媒には、例えば、水、エタノール、メタノール等を単独または混合液として用いることができる。
【００２９】
次に、かかる溶液またはスラリーを、基材１１に接触させて被膜を形成する。
次に、得られた被膜を乾燥した後、熱処理（例えば焼成）を行うことにより、基材１１に貴金属１２が担持される。これにより、フィルター部材１が得られる。
この熱処理における温度は、貴金属１２の種類等によっても若干異なり、特に限定されないが、３００〜１０００℃程度であるのが好ましく、５００〜８００℃程度であるのがより好ましい。処理温度が低過ぎると、貴金属１２を基材１１に十分に担持させることができないおそれがあり、一方、処理温度が高過ぎると、貴金属粒子どうしが凝集し、浄化効率が低下するおそれがある。
【００３０】
また、処理時間も、特に限定されないが、前記の温度範囲で焼成する場合、０．５〜１５時間程度であるのが好ましく、１〜１０時間程度であるのがより好ましい。
また、処理雰囲気は、例えば、真空または減圧状態、窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性雰囲気とするのが好ましい。これにより、熱処理の際に、貴金属１２の酸化が防止され、その結果、貴金属１２の触媒作用が低下するのを防止することができる。
以上説明したような製造方法によれば、容易かつ安価にフィルター部材１を製造することができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のフィルター部材の第２実施形態について説明する。
図３は、本発明のフィルター部材の第２実施形態の断面を示す拡大図である。
以下、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００３２】
図３に示すフィルター部材１’は、基材１１’の筒状部１１２’の内面付近および網目構造部１１３’の外面付近（流体が接触する部分）と、筒状部１１２’の外面付近とが、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉのうちの少なくとも１種を含む複合酸化物を主材料として構成され、それ以外は、前記フィルター部材１と同様である。具体的には、第２実施形態では、基材１１’は、その骨格を構成する骨格部１１ａと、その表面を被覆するように形成された表面層１１ｂとを有し、表面層１１ｂが前記複合酸化物を主材料として構成されている。
【００３３】
なお、骨格部１１ａは、例えば、各種セラミックスや、各種金属材料で構成することができる。
セラミックスとしては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、イットリア、マグネシア等が挙げられる。
また、金属としては、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、または、これらを含む合金等が挙げられる。
このような構成によっても、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
このようなフィルター部材１’は、例えば、次のようにして製造される。
まず、前記工程［１Ａ］〜［３Ａ］と同様にして、骨格部１１ａを製造する。
次に、この骨格部１１ａの表面に、例えば、次のようにして、複合酸化物を主材料とする表面層１１ｂを形成する。
まず、前記工程［１Ａ］と同様にして、スラリーを調製する。
次に、かかるスラリーを、骨格部１１ａに接触させて被膜を形成する。
【００３５】
次に、得られた被膜を乾燥させた後、熱処理（例えば焼成）を行う。これにより、表面層１１ｂが形成され、基材１１’が得られる。
この乾燥および熱処理は、それぞれ、前記工程［３Ａ］と同様にして行うことができる。
次に、前記工程［４Ａ］と同様にして、基材１１’に貴金属１２を担持させる。これにより、フィルター部材１’が得られる。
【００３６】
以上説明したような製造方法によれば、容易かつ安価にフィルター部材１’を製造することができる。
前述したようなフィルター部材１、１’は、種々の目的の処理装置に適用することができる。以下、本発明の処理装置について説明するが、本発明の処理装置を、排ガス処理装置に適用した場合を代表に説明する。
【００３７】
図４は、本発明の処理装置を排ガス処理装置に適用した場合の実施形態を示す部分断面側面図である。
図４に示す排ガス処理装置１０は、例えば、ステンレス鋼等で構成される円筒のケース２０を有している。このケース２０の両端部には、それぞれ、排ガスを、ケース２０の内部に導入する導入口２０ａと、内部から排出する排出口２０ｂとが形成されている。導入口２０ａは、例えば自動車等のエンジン（図示せず）の排ガス流路に接続されている。
そして、このケース２０の内部に、導入口２０ａ側の空間と、排出口２０ｂ側の空間とを分離するように、フィルター部材１（または１’）が配置さている。
【００３８】
エンジンから排出された排ガスは、排ガス流路を介して排ガス処理装置１０に導かれ、導入口２０ａから排ガス処理装置１０の内部に流入し、フィルター部材１（または１’）を通過した後、排出口２０ｂから排ガス処理装置１０の外部に排出される。排ガス中に存在する環境汚染物質は、フィルター部材１（または１’）を通過する際に浄化される。
【００３９】
前述したように、フィルター部材１（または１’）の触媒作用は、比較的低温から発揮されるので、排ガス処理装置１０は、エンジンを始動させた直後の低温の排ガス（初期時間の排ガス）中における環境汚染物質の濃度を低下させる機能にも優れている。
また、ケース２０の導入口２０ａおよび排出口２０ｂの近傍には、それぞれ、排ガスの圧力を検出する導入口側圧力センサ３０ａと、排出口側圧力センサ３０ｂとが設けられている。各圧力センサ３０ａ、３０ｂは、それぞれ、エンジンの運転全般の制御を行う制御部（コントローラ）に電気的に接続されている。この制御部には、各圧力センサ３０ａ、３０ｂで検出された検出値が随時入力される。
以上、本発明のフィルター部材および処理装置を図示の各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成と置換することができ、その他の構成が付加されていてもよい。
【００４０】
各前記実施形態のフィルター部材では、基材の流体が通過する部分が３次元的な網目構造をなす構成であったが、本発明のフィルター部材では、基材の流体が通過する部分は、例えば、複数の管状通路で構成されるのもの、隣接する空孔同士が連続する連続空孔（閉鎖されていない空孔）で構成されるもの等であってもよい。また、基材は、その全体が３次元的な網目構造をなす構成であってもよい。
また、基材に貴金属を担持させる場合には、基材の各部において、異なる種類の貴金属を担持させるようにしてもよい。
また、本発明の処理装置は、排ガス処理装置への適用に限定されず、例えば、空気清浄機、排水処理装置、水道水浄化装置等へ適用することもできる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
１．フィルター部材および排ガス処理装置の製造
以下の各実施例および各比較例のようにして、それぞれ、図１〜図３に示すようなフィルター部材を製造し、得られたフィルター部材を用いて、それぞれ、図４に示すような排ガス処理装置を製造した。
【００４２】
（実施例１）
複合酸化物粉末として、粉砕法により製造されたＺｒＳｉＯ_４粉末（平均粒径１μｍ）を用意した。
この複合酸化物粉末１００ｇとポリビニルアルコール（有機バインダー）１０ｇとを、純水１０００ｍＬに混合してスラリーを調製した。
このスラリーを、所定の形状、寸法のポリウレタンフォームに含浸させ、成形体を得た。この成形体を自然乾燥により乾燥させた。
【００４３】
次に、この成形体を、大気中、１４００℃×４時間で焼成して、図１に示すような形状の基材を得た。
なお、基材の寸法は、直径約１００ｍｍ×高さ（長さ）約５０ｍｍであり、網目構造部の空孔率は、８０％であった。
次に、この基材を、所定濃度のジニトロジアミン白金（Ｐｔ（ＮＯ_２）_２（ＮＨ_３）_２）水溶液に浸漬させて、その表面に被膜を形成した。
【００４４】
次に、被膜を温風乾燥させた後、１×１０^−３Ｔｏｒｒ（真空）下、７５０℃×４時間で焼成して、基材にＰｔを担持させた。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．５ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１０ｎｍであった。この担持量は、処理前後の重量差により測定し、平均粒径は、透過型電子顕微鏡により測定した（以下の実施例および比較例においても、同様である。）。
【００４５】
（実施例２）
複合酸化物粉末として、粉砕法により製造されたＺｒＴｉＯ_４粉末（平均粒径１μｍ）を用いた以外は、前記実施例１と同様にしてフィルター部材を製造した。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．４ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１５ｎｍであった。
【００４６】
（実施例３）
複合酸化物粉末として、粉砕法により製造されたＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５粉末（平均粒径１μｍ）を用いた以外は、前記実施例１と同様にしてフィルター部材を製造した。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．５ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１２ｎｍであった。
【００４７】
（実施例４）
複合酸化物粉末として、粉砕法により製造されたＹＶＯ_４粉末（平均粒径１μｍ）を用いた以外は、前記実施例１と同様にしてフィルター部材を製造した。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり１．５ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１１ｎｍであった。
【００４８】
（実施例５）
複合酸化物粉末として、粉砕法により製造されたＺｒＳｉＯ_４粉末（平均粒径１μｍ）と、粉砕法により製造されたＺｒＴｉＯ_４粉末（平均粒径１μｍ）との混合粉末を用いた以外は、前記実施例１と同様にしてフィルター部材を製造した。
なお、ＺｒＳｉＯ_４粉末とＺｒＴｉＯ_４粉末との混合比は、５０：５０（体積比）であった。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．６ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１３ｎｍであった。
【００４９】
（実施例６）
複合酸化物粉末として、粉砕法により製造されたＺｒＳｉＯ_４粉末（平均粒径１μｍ）と、粉砕法により製造されたＣａＺｒＯ_４粉末（平均粒径１μｍ）との混合粉末を用いた以外は、前記実施例１と同様にしてフィルター部材を製造した。
なお、ＺｒＳｉＯ_４粉末とＣａＺｒＯ_４粉末との混合比は、５０：５０（体積比）であった。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．４ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１２ｎｍであった。
【００５０】
（実施例７）
金属粉末として、カーボニル法により製造されたＮｉ粉末（平均粒径０．５μｍ）を用意した。
この金属粉末１００ｇとポリビニルアルコール（有機バインダー）１０ｇとを、純水１０００ｍＬに混合してスラリーを調製した。
このスラリーを、所定の形状、寸法のポリウレタンフォームに含浸させ、成形体を得た。この成形体を自然乾燥により乾燥させた。
【００５１】
次に、この成形体を、窒素ガス雰囲気（常圧）中、１４００℃×５時間で焼成して、図３に示すような形状の骨格部を得た。
次に、この骨格部を、前記実施例１と同様にして調製した複合酸化物粉末を含むスラリーに浸漬させて、その表面に被膜を形成した。
次に、被膜を自然乾燥させた後、大気中、１３５０℃×５時間で焼成して、基材を得た。
なお、基材の寸法は、直径約１００ｍｍ×高さ（長さ）約５０ｍｍであり、網目構造部の空孔率は、８０％であった。
この基材に、前記実施例１と同様にして、Ｐｔを担持させた。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．７ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１０ｎｍであった。
【００５２】
（実施例８）
形状の異なるポリウレタンフォームを用いた以外は、前記実施例１と同様にして、フィルター部材を製造した。
なお、得られた基材の網目構造部の空孔率は、５０％であった。
また、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．３ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１０ｎｍであった。
【００５３】
（実施例９）
形状の異なるポリウレタンフォームを用いた以外は、前記実施例１と同様にして、フィルター部材を製造した。
なお、得られた基材の網目構造部の空孔率は、６０％であった。
また、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．６ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１０ｎｍであった。
【００５４】
（実施例１０）
形状の異なるポリウレタンフォームを用いた以外は、前記実施例１と同様にして、フィルター部材を製造した。
なお、得られた基材の網目構造部の空孔率は、７０％であった。
また、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．５ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１０ｎｍであった。
【００５５】
（実施例１１）
形状の異なるポリウレタンフォームを用いた以外は、前記実施例１と同様にして、フィルター部材を製造した。
なお、得られた基材の網目構造部の空孔率は、９０％であった。
また、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．２ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１０ｎｍであった。
【００５６】
（実施例１２）
ジニトロジアミン白金水溶液に代えて、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ_２）水溶液を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、Ｐｄを担持させたフィルター部材を製造した。
なお、Ｐｄの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．０ｇであった。また、Ｐｄは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、７ｎｍであった。
【００５７】
（実施例１３）
ジニトロジアミン白金水溶液に代えて、硝酸ロジウム（Ｒｈ（ＮＯ_３）_３）水溶液を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、Ｒｈを担持させたフィルター部材を製造した。
なお、Ｒｈの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．０ｇであった。また、Ｒｈは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、５ｎｍであった。
【００５８】
（実施例１４）
まず、所定量のＰｔ粒子（平均粒径１０ｎｍ）を、水（分散媒）に懸濁させて、Ｐｔ粒子を含むスラリーを調製した。
前記実施例１と同様にして製造した基材を、このスラリーに浸漬させて、その表面に被膜を形成した。
【００５９】
次に、被膜を温風乾燥させた後、１×１０^−３Ｔｏｒｒ（真空）下、７５０℃×４時間で焼成して、基材にＰｔを担持させた。これにより、フィルター部材を得た。
なお、Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．５ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在していた。
【００６０】
（実施例１５）
Ｐｔ／Ｐｄ粒子（平均粒径８ｎｍ）を用いた以外は、前記実施例１４と同様にしてフィルター部材を製造した。なお、Ｐｔ／Ｐｄ粒子は、Ｐｔ／Ｐｄの組成比が５０：５０のものを用いた。
なお、Ｐｔ／Ｐｄの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、１．０ｇであった。また、Ｐｔ／Ｐｄは、ほぼ全てが粒子状で存在していた。
【００６１】
（実施例１６）
Ｐｔ粒子（平均粒径１０ｎｍ）、Ｐｄ粒子（平均粒径７ｎｍ）およびＲｈ粒子（平均粒径５ｎｍ）の混合粒子を用いた以外は、前記実施例１４と同様にしてフィルター部材を製造した。
なお、Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈの担持量は、それぞれ、基材の容積１Ｌあたり、１．０ｇ、１．０ｇ、０．５ｇであった。また、Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈは、いずれも、ほぼ全てが粒子状で存在していた。
【００６２】
（比較例１）
セラミックス粉末として、粉砕法により製造されたＡｌ_２Ｏ_３粉末（平均粒径１μｍ）を用い、ハニカム形状に成形・焼成したフィルター部材を用いた。
Ｐｔの担持量は、基材の容積１Ｌあたり、０．８ｇであった。また、Ｐｔは、ほぼ全てが粒子状で存在しており、その平均粒径は、１０ｎｍであった。
なお、フィルター部材の寸法は、直径約１００ｍｍ、高さ（長さ）約１００ｍｍであり、その空孔率は７５％であった。
【００６３】
（比較例２）
セラミックス粉末として、粉砕法により製造されたＡｌ_２Ｏ_３粉末（平均粒径１μｍ）を用い、ハニカム形状に成形・焼成したフィルター部材を用いた。
Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈの担持量は、それぞれ、基材の容積１Ｌあたり、０．８ｇ、０．８ｇ、０．４ｇであった。また、Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈは、いずれも、ほぼ全てが粒子状で存在していた。
なお、フィルター部材の寸法は、直径約１００ｍｍ、高さ（長さ）約１００ｍｍであり、その空孔率は７５％であった。
【００６４】
２．評価
実施例１〜１６および比較例１、２で製造した排ガス処理装置に、それぞれ、以下に示すようなモデルガスを通過させ、排出口でのＣＯ濃度を測定し、測定値からＣＯの浄化率を求めた。
排ガス処理装置をヒーターで加熱し、温度（導入口付近）を変化させて測定した。
【００６５】
［モデルガス］
組成：ＣＯ／ＣＨ_４／Ｏ_２／Ｎ_２＝１％／１％／１０％／残部
流速：１０Ｌ／分
温度：５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、
３５０℃、４００℃
この結果を、表１に示す。
表１には、各排ガス処理装置において、２００℃のモデルガスにおけるＣＯ浄化率と、５０％のＣＯが浄化されるモデルガスの温度とを示した。
【００６６】
【表１】

【００６７】
実施例１〜１６の排ガス処理装置は、いずれも、ＣＯ浄化率に優れるものであり、比較的低温から触媒作用が発揮されることが確認された。
これに対し、比較例１、２の排ガス処理装置は、フィルター部材のサイズ（長さ）を実施例のものより長くしたにも係わらず、いずれも、ＣＯ浄化率に劣るものであり、また、触媒作用が高温でないと発揮されないものであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルター部材の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すフィルター部材の断面を示す拡大図である。
【図３】本発明のフィルター部材の第２実施形態の断面を示す拡大図である。
【図４】本発明の処理装置を排ガス処理装置に適用した場合の実施形態を示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
１、１’……フィルター部材１１……基材１１ａ……骨格部１１ｂ……表面層１１２……筒状部１１３……網目構造部１２……貴金属１０……排ガス処理装置２０……ケース２０ａ……導入口２０ｂ……排出口３０ａ……導入口側圧力センサ３０ｂ……排出口側圧力センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a filter member and a processing device.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas emitted from internal combustion engines such as automobile engines contains environmental pollutants such as hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides, and industrial wastewater and domestic wastewater contain alcohols, ammonia and sulfur. It contains environmental pollutants such as hydrogen, and these environmental pollutants are known to cause pollution such as air pollution and water pollution.
For example, an exhaust gas purifying catalyst device (filter member) for removing environmental pollutants from exhaust gas has been developed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
A conventional exhaust gas purifying catalyst device has a configuration in which a catalytic noble metal is supported directly or via a support layer on a substrate made of ceramics or metal. Further, the substrate has a shape (for example, a honeycomb shape) having a tubular passage through which the exhaust gas passes in order to allow the exhaust gas to pass efficiently.
In the conventional catalyst device for purifying exhaust gas, the catalytic noble metal supported on the base material comes into contact with the environmental pollutant in the exhaust gas, whereby the environmental pollutant is purified by the catalytic noble metal. Therefore, in such an exhaust gas purifying catalyst device, the purification performance of environmental pollutants largely depends on the amount of the catalytic noble metal carried on the substrate and the frequency of contact of the environmental pollutants with the catalytic noble metal.
[0004]
However, in the conventional exhaust gas purifying catalyst device, there is a limit in increasing the surface area by setting the cross-sectional area of the tubular passage included in the base material to be small. That is, in order to increase the amount of catalytic noble metal carried on the base material and the frequency of contact of environmental pollutants with the catalytic noble metal in the conventional exhaust gas purifying catalytic device, the size of the catalytic device must be increased (the length must be set longer). In other words, when the catalyst device for purifying exhaust gas is reduced in size (thinned), the resolution of environmental pollutants is reduced.
In addition, the conventional exhaust gas purifying catalyst device has a problem that its catalytic action is not exhibited unless it is in a relatively high temperature state.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-162166 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a filter member having excellent purification performance of substances such as environmental pollutants, and a processing apparatus including the filter member.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Such an object is achieved by the present invention described below.
The filter member of the present invention is a filter member for purifying a substance by passing a fluid and contacting the substance present in the fluid,
At least near the surface, Zr, Al, Y, having a base material composed mainly of a composite oxide containing at least one of Si,
A precious metal is supported on at least a part of the substrate in contact with the fluid.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the outstanding purification performance with respect to the substance (for example, environmental pollutant etc.) which exists in a fluid is exhibited, and since it is excellent in the purification performance of a substance, size reduction can be achieved.
[0008]
The filter member of the present invention is a filter member for purifying a substance by passing a fluid and contacting the substance present in the fluid,
At least near the surface has a base material mainly composed of a composite oxide containing at least two selected from Zr, Al, Y and Si,
A precious metal is supported on at least a part of the substrate in contact with the fluid.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the outstanding purification performance with respect to the substance (for example, environmental pollutant etc.) which exists in a fluid is exhibited, and since it is excellent in the purification performance of a substance, size reduction can be achieved.
[0009]
In the filter member of the present invention, it is preferable that the noble metal is at least one of Pt, Pd, and Rh.
These are excellent in catalytic action.
In the filter member according to the aspect of the invention, it is preferable that at least a part of the noble metal exists in the form of particles.
Thereby, the surface area of the noble metal can be increased, and the frequency of contact between the substance existing in the fluid and the noble metal can be further increased.
[0010]
In the filter member of the present invention, the particulate noble metal preferably has an average particle size of 15 nm or less.
Thereby, the surface area of the noble metal can be sufficiently increased.
In the filter member according to the aspect of the invention, it is preferable that the amount of the noble metal carried is 0.01 to 10 g per 1 L of the volume of the base material.
With such a loading amount, the catalytic action of the noble metal is suitably exhibited.
[0011]
In the filter member according to the aspect of the invention, it is preferable that a portion of the base material through which the fluid passes has a three-dimensional network structure.
Thereby, the frequency of contact of the substance existing in the fluid with the filter member (noble metal) can be sufficiently increased.
In the filter member according to the aspect of the invention, it is preferable that a porosity of a portion of the base material through which the fluid passes is 50% to 98%.
This makes it possible to increase the frequency of contact of the substance existing in the fluid with the filter member.
[0012]
The filter member of the present invention is preferably for exhaust gas treatment.
Although the filter member of the present invention can be used for various applications, it is particularly preferably applied for exhaust gas treatment.
A processing apparatus according to the present invention includes the filter member according to the present invention.
As a result, a processing apparatus having excellent purification performance for substances (for example, environmental pollutants) existing in the fluid can be obtained, and downsizing can be achieved because of excellent purification performance of the substances.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a filter member and a processing device of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
The filter member of the present invention is for purifying a substance such as a gas or a liquid by allowing the substance to pass therethrough and coming into contact with the substance present in the fluid.
[0014]
<First embodiment>
First, a first embodiment of the filter member of the present invention will be described.
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the filter member of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing a cross section of the filter member shown in FIG.
The filter member 1 of the present invention has a base material 11 and a noble metal 12 supported on at least a part of a part of the base material 11 that comes into contact with a fluid.
[0015]
As shown in each drawing, the base material 11 has a substantially disk shape (flat shape) as a whole, and has a substantially cylindrical tubular portion 112, and inside the tubular portion 112, the base portion 11 is integrated with the tubular portion 112. And a network structure portion 113 formed in a uniform manner.
The network structure 113 (the portion through which the fluid passes) has a three-dimensional network structure. The fluid passes through the network structure 113. With such a configuration, the frequency of contact of the substance existing in the fluid with the filter member 1 (noble metal 12) can be sufficiently increased.
The porosity of the network structure 113 is not particularly limited, but is preferably about 50 to 98%, and more preferably about 65 to 95%. Thereby, the effect can be further improved.
[0016]
The base material 11 is configured so that at least the vicinity of the surface (in the present embodiment, the entirety) is mainly composed of a composite oxide containing at least one of Zr, Al, Y, and Si.
As a result of intensive studies, the present inventor has found that the base material 11 is not an oxide of a single element, but an oxide (composite oxide) containing at least two or more elements, particularly Zr, Al, Y, and Si. It has been found that the amount of the noble metal 12 carried on the substrate 11 is increased by using a composite oxide containing at least one of the above, and the present invention has been completed.
[0017]
The present inventor has obtained the finding that by forming the base material 11 using a composite oxide, fine irregularities are generated on the surface of the base material 11, that is, the surface roughness (surface area) is increased. It is presumed that this is one of the factors that increase the amount of the noble metal 12 carried on the substrate 11. In particular, when the base material 11 is formed using a composite oxide containing at least one of Zr, Al, Y, and Si, the surface of the base material 11 tends to be rough.
[0018]
Further, the base material 11 made of the composite oxide also has an advantage that it has excellent mechanical strength, heat resistance, and adhesion to the noble metal 12.
Furthermore, the present inventor has also found that by supporting the noble metal 12 on the base material 11 composed of the composite oxide, the catalytic action of the noble metal 12 can be exhibited in a relatively low temperature state.
[0019]
Such a composite oxide may be any one containing at least one of Zr, Al, Y, and Si and another element, and one containing at least two kinds selected from Zr, Al, Y, and Si. And specific examples thereof include, for example, ZrSiO ₄ , ZrTiO4, YAsO ₄ , YVO ₄ , Al ₂ Si ₂ O ₅ , CaZrO ₄ And the like. Moreover, they can be used alone or in combination of two or more.
[0020]
The noble metal 12 supported on the base material 11 may be, for example, one in which all of the noble metal is solid-dissolved in the base material 11, one in a film shape (layer shape), or the like, as shown in FIG. It is preferable that a part or the whole thereof be present in the form of particles. Thereby, the surface area of the noble metal 12 can be increased, and the frequency of contact between the substance existing in the fluid and the noble metal 12 can be further increased. As a result, the purification performance of the filter member 1 can be further improved.
Further, the noble metal 12 present in the form of particles (the noble metal 12 in the form of particles) has an average particle size of preferably 15 nm or less, more preferably 10 nm or less, and even more preferably about 5 to 10 nm. . Thereby, the surface area of the noble metal 12 can be made sufficiently large.
[0021]
Examples of the noble metal 12 include Pt, Pd, Rh, Os, Ru, Ir, Au, and Ag. Among them, at least one of Pt, Pd, and Rh is particularly preferable. These are particularly effective when the filter member 1 is applied to exhaust gas treatment because of its excellent function as a three-way catalyst. When two or more of these are used, they can be used as an alloy.
[0022]
The amount of the noble metal 12 carried is slightly different depending on the type of the noble metal 12 and is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 g, and preferably about 0.05 to 5 g per 1 L of the volume of the base material 11. Is more preferred. When the supported amount of the noble metal 12 is less than the lower limit, the catalytic action of the noble metal 12 may not be suitably exerted. On the other hand, even when the supported amount of the noble metal 12 is increased beyond the upper limit, a further effect is obtained. Not only cannot be obtained, but also the manufacturing cost of the filter member 1 is undesirably increased.
Since the filter member 1 as described above is excellent in purification performance, it can be made smaller (thinner).
[0023]
Such a filter member 1 is manufactured, for example, as follows.
[1A] First, a composite oxide powder as a raw material is prepared. The average particle size of the composite oxide powder is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 20 μm, and more preferably about 0.1 to 10 μm. By using such a powder having a small particle size, the base material 11 (the filter member 1) having sufficient mechanical strength can be obtained.
The composite oxide powder can be manufactured by using, for example, a high-temperature self-combustion synthesis method (SHS method), a sol-gel method, a coprecipitation method, a pulverization method, or the like.
[0024]
Next, for example, the composite oxide powder and pure water are mixed and kneaded to form a slurry (paste).
Further, an organic binder may be mixed in the slurry. This has the effect of increasing the viscosity of the slurry and improving the strength of the compact.
Examples of the organic binder include polyvinyl alcohol, cellulose or a derivative thereof, and agar, and one or more of these can be used in combination.
In this case, the mixing ratio of the composite oxide powder and the organic binder is not particularly limited, but is preferably about 90:10 to 50:50 in volume ratio, and is preferably about 80:20 to 60:40. More preferred.
[0025]
[2A] Next, the obtained slurry is impregnated into, for example, a foam (or a porous body) having a desired shape and dimensions to form a molded body. At this time, the foam may be stored in a mold, and the mold may be filled with the slurry.
The constituent material of the foam (or porous body) is preferably one that disappears by subsequent firing. Examples of such a material include polyurethane, polyethylene, polystyrene, and ethylene-vinyl acetate copolymer. Of various resin materials.
The obtained molded body is dried by a method such as natural drying, warm air drying, freeze drying, vacuum drying, or the like.
Note that the dimensions of the molded body are determined in consideration of the amount of shrinkage due to firing described below.
[0026]
[3A] Next, the obtained molded body is fired, for example, in a furnace. By this firing, diffusion occurs between the composite oxide powders, and the foam disappears, so that a porous sintered body (that is, the base material 11 having a shape as shown in FIG. 1) is obtained.
The firing temperature (sintering temperature) slightly varies depending on the composition of the composite oxide powder and the like, and is not particularly limited. However, it is preferably about 1100 to 1800 ° C, and more preferably about 1300 to 1600 ° C. If the firing temperature is too low, diffusion between the composite oxide powders does not proceed sufficiently, and the mechanical strength of the base material 11 may decrease. On the other hand, if the firing temperature is too high, thermal deformation occurs. This tends to reduce the dimensional accuracy of the substrate 11.
[0027]
Also, the firing time is not particularly limited, but when firing in the above temperature range, it is preferably about 3 to 15 hours, more preferably about 5 to 10 hours.
In addition, the firing atmosphere may be an atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, or an inert gas atmosphere such as an argon gas and a helium gas.
[0028]
[4A] Next, the noble metal 12 is supported on the base material 11 as follows, for example.
First, a solution in which a salt of the noble metal 12 (noble metal salt) is dissolved or a slurry (paste) in which a powder of the noble metal 12 (noble metal powder) is suspended is prepared.
When a solution in which a noble metal salt is dissolved is used, for example, chloride, nitrate, dinitrodiamine salt, hexachloro salt and the like can be used as the noble metal salt. As the solvent, for example, water, methanol, ethanol, or the like can be used alone or as a mixture.
On the other hand, when a slurry in which the noble metal powder is suspended is used, for example, water, ethanol, methanol, or the like can be used alone or as a mixture as a dispersion medium.
[0029]
Next, the solution or slurry is brought into contact with the substrate 11 to form a coating.
Next, after the obtained coating film is dried, a heat treatment (for example, baking) is performed so that the noble metal 12 is supported on the base material 11. Thereby, the filter member 1 is obtained.
The temperature in this heat treatment is slightly different depending on the kind of the noble metal 12 and the like, and is not particularly limited, but is preferably about 300 to 1000 ° C, and more preferably about 500 to 800 ° C. If the treatment temperature is too low, the noble metal 12 may not be sufficiently supported on the substrate 11, while if the treatment temperature is too high, the noble metal particles may aggregate and the purification efficiency may decrease.
[0030]
Also, the treatment time is not particularly limited, but when firing in the above-mentioned temperature range, it is preferably about 0.5 to 15 hours, more preferably about 1 to 10 hours.
The processing atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere such as a vacuum or reduced pressure state, a nitrogen gas, an inert gas, or the like. This prevents oxidation of the noble metal 12 during the heat treatment, and as a result, prevents the catalytic action of the noble metal 12 from being reduced.
According to the manufacturing method described above, the filter member 1 can be easily and inexpensively manufactured.
[0031]
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the filter member of the present invention will be described.
FIG. 3 is an enlarged view showing a cross section of a second embodiment of the filter member of the present invention.
Hereinafter, the second embodiment will be described, but the description will focus on the differences from the first embodiment, and a description of similar items will be omitted.
[0032]
The filter member 1 ′ shown in FIG. 3 includes a portion near the inner surface of the cylindrical portion 112 ′ of the base material 11 ′, a portion near the outer surface of the mesh structure portion 113 ′ (a portion where fluid contacts), and a portion near the outer surface of the cylindrical portion 112 ′. Is composed mainly of a composite oxide containing at least one of Zr, Al, Y, and Si, and is otherwise the same as the filter member 1. Specifically, in the second embodiment, the base material 11 ′ has a skeleton portion 11a that forms the skeleton thereof, and a surface layer 11b formed so as to cover the surface thereof. It is composed mainly of a composite oxide.
[0033]
The skeleton 11a can be made of, for example, various ceramics or various metal materials.
Examples of the ceramic include alumina, silica, titania, zirconia, yttria, magnesia, and the like.
As the metal, for example, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Zn, Pt, Au, Ag, Pd, Al, W, Ti, V, Mo, Nb, Zr, Pr, Nd, Sm, or Alloys containing these are exemplified.
With such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0034]
Such a filter member 1 'is manufactured, for example, as follows.
First, the skeleton 11a is manufactured in the same manner as in the steps [1A] to [3A].
Next, a surface layer 11b containing a composite oxide as a main material is formed on the surface of the skeleton 11a, for example, as follows.
First, a slurry is prepared in the same manner as in the step [1A].
Next, the slurry is brought into contact with the skeleton portion 11a to form a film.
[0035]
Next, after the obtained coating film is dried, heat treatment (for example, baking) is performed. Thereby, the surface layer 11b is formed, and the base material 11 'is obtained.
This drying and heat treatment can be performed in the same manner as in the step [3A].
Next, the noble metal 12 is supported on the base material 11 'in the same manner as in the step [4A]. Thereby, the filter member 1 'is obtained.
[0036]
According to the manufacturing method described above, the filter member 1 'can be easily and inexpensively manufactured.
The filter members 1 and 1 'as described above can be applied to processing apparatuses for various purposes. Hereinafter, the treatment apparatus of the present invention will be described, but a case where the treatment apparatus of the present invention is applied to an exhaust gas treatment apparatus will be described as a representative.
[0037]
FIG. 4 is a partial cross-sectional side view showing an embodiment in which the processing apparatus of the present invention is applied to an exhaust gas processing apparatus.
The exhaust gas treatment apparatus 10 shown in FIG. 4 has a cylindrical case 20 made of, for example, stainless steel. At both ends of the case 20, an inlet 20a for introducing the exhaust gas into the case 20 and an outlet 20b for discharging the exhaust gas from the inside are formed. The inlet 20a is connected to an exhaust gas passage of an engine (not shown) of, for example, an automobile.
The filter member 1 (or 1 ') is arranged inside the case 20 so as to separate the space on the inlet 20a side and the space on the outlet 20b side.
[0038]
Exhaust gas discharged from the engine is guided to the exhaust gas treatment device 10 through the exhaust gas passage, flows into the exhaust gas treatment device 10 from the inlet 20a, passes through the filter member 1 (or 1 ′), and then is discharged. The exhaust gas is discharged from the outlet 20b to the outside of the exhaust gas treatment device 10. The environmental pollutants present in the exhaust gas are purified when passing through the filter member 1 (or 1 ').
[0039]
As described above, since the catalytic action of the filter member 1 (or 1 ′) is exerted from a relatively low temperature, the exhaust gas treatment device 10 performs the process in the low-temperature exhaust gas (exhaust gas of the initial time) immediately after starting the engine. It is also excellent in the function of reducing the concentration of environmental pollutants in.
In the vicinity of the inlet 20a and the outlet 20b of the case 20, an inlet-side pressure sensor 30a for detecting the pressure of the exhaust gas and a outlet-side pressure sensor 30b are provided, respectively. Each of the

pressure sensors

30a and 30b is electrically connected to a control unit (controller) that controls the overall operation of the engine. The detection values detected by the

pressure sensors

30a and 30b are input to the control unit as needed.
As described above, the filter member and the processing apparatus of the present invention have been described with respect to the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and the configuration of each unit may be replaced with any configuration that exhibits the same function. And other configurations may be added.
[0040]
In the filter member of each of the above embodiments, the portion of the base material through which the fluid passes has a three-dimensional network structure. In the filter member of the present invention, the portion of the base material through which the fluid passes, for example, , A plurality of tubular passages, and a continuous hole (unclosed hole) in which adjacent holes are continuous may be used. Further, the base material may be configured so as to form a three-dimensional network structure as a whole.
When a noble metal is supported on a base material, different types of noble metals may be supported on each part of the base material.
Further, the treatment device of the present invention is not limited to application to an exhaust gas treatment device, and can be applied to, for example, an air purifier, a wastewater treatment device, a tap water purification device, and the like.
[0041]
【Example】
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
1. Manufacture of filter members and exhaust gas treatment equipment
A filter member as shown in FIGS. 1 to 3 was manufactured as in each of the following Examples and Comparative Examples, and an exhaust gas treatment as shown in FIG. 4 was performed using the obtained filter member. The device was manufactured.
[0042]
(Example 1)
ZrSiO manufactured by a pulverization method as a composite oxide powder ₄ Powder (average particle size: 1 μm) was prepared.
100 g of this composite oxide powder and 10 g of polyvinyl alcohol (organic binder) were mixed with 1000 mL of pure water to prepare a slurry.
This slurry was impregnated into a polyurethane foam having a predetermined shape and dimensions to obtain a molded body. This molded body was dried by natural drying.
[0043]
Next, this molded body was fired at 1400 ° C. for 4 hours in the air to obtain a substrate having a shape as shown in FIG.
The dimensions of the substrate were about 100 mm in diameter x about 50 mm in height (length), and the porosity of the network structure was 80%.
Next, this base material was treated with a predetermined concentration of dinitrodiamine platinum (Pt (NO ₂ ) ₂ (NH ₃ ) ₂ ) Immersion in an aqueous solution to form a coating on the surface.
[0044]
Next, after the film was dried with warm air, 1 × 10 ^-3 It was baked at 750 ° C. for 4 hours under Torr (vacuum) to support Pt on the substrate.
The amount of Pt carried was 1.5 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 10 nm. The supported amount was measured by the difference in weight before and after the treatment, and the average particle size was measured by a transmission electron microscope (the same applies to the following Examples and Comparative Examples).
[0045]
(Example 2)
ZrTiO produced by a pulverization method as a composite oxide powder ₄ A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that powder (average particle size: 1 μm) was used.
The amount of Pt supported was 1.4 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 15 nm.
[0046]
(Example 3)
Al produced as a composite oxide powder by a pulverization method ₂ Si ₂ O ₅ A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that powder (average particle size: 1 μm) was used.
The amount of Pt carried was 1.5 g per 1 L of the volume of the substrate. Further, almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 12 nm.
[0047]
(Example 4)
YVO produced by a pulverization method as a composite oxide powder ₄ A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that powder (average particle size: 1 μm) was used.
The amount of Pt supported was 1.5 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 11 nm.
[0048]
(Example 5)
ZrSiO manufactured by a pulverization method as a composite oxide powder ₄ Powder (average particle size 1 μm) and ZrTiO manufactured by the pulverization method ₄ A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder with a powder (average particle size: 1 μm) was used.
Note that ZrSiO ₄ Powder and ZrTiO ₄ The mixing ratio with the powder was 50:50 (volume ratio).
The amount of Pt carried was 1.6 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 13 nm.
[0049]
(Example 6)
ZrSiO manufactured by a pulverization method as a composite oxide powder ₄ Powder (average particle size: 1 μm) and CaZrO produced by a pulverization method ₄ A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder with a powder (average particle size: 1 μm) was used.
Note that ZrSiO ₄ Powder and CaZrO ₄ The mixing ratio with the powder was 50:50 (volume ratio).
The amount of Pt carried was 1.4 g per liter of the volume of the substrate. Further, almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 12 nm.
[0050]
(Example 7)
Ni powder (average particle size: 0.5 μm) manufactured by the carbonyl method was prepared as the metal powder.
100 g of this metal powder and 10 g of polyvinyl alcohol (organic binder) were mixed with 1000 mL of pure water to prepare a slurry.
This slurry was impregnated into a polyurethane foam having a predetermined shape and dimensions to obtain a molded body. This molded body was dried by natural drying.
[0051]
Next, the formed body was fired in a nitrogen gas atmosphere (normal pressure) at 1400 ° C. for 5 hours to obtain a skeleton having a shape as shown in FIG.
Next, the skeleton was immersed in a slurry containing the composite oxide powder prepared in the same manner as in Example 1 to form a film on the surface.
Next, after the film was naturally dried, it was baked at 1350 ° C. for 5 hours in the air to obtain a substrate.
The dimensions of the substrate were about 100 mm in diameter x about 50 mm in height (length), and the porosity of the network structure was 80%.
Pt was carried on this substrate in the same manner as in Example 1.
The amount of Pt supported was 1.7 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 10 nm.
[0052]
(Example 8)
A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that polyurethane foams having different shapes were used.
In addition, the porosity of the network structure part of the obtained base material was 50%.
The amount of supported Pt was 1.3 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 10 nm.
[0053]
(Example 9)
A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that polyurethane foams having different shapes were used.
In addition, the porosity of the network structure part of the obtained base material was 60%.
The amount of supported Pt was 1.6 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 10 nm.
[0054]
(Example 10)
A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that polyurethane foams having different shapes were used.
In addition, the porosity of the network structure part of the obtained base material was 70%.
The amount of Pt supported was 1.5 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 10 nm.
[0055]
(Example 11)
A filter member was manufactured in the same manner as in Example 1 except that polyurethane foams having different shapes were used.
In addition, the porosity of the network structure part of the obtained base material was 90%.
The amount of supported Pt was 1.2 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 10 nm.
[0056]
(Example 12)
Instead of dinitrodiamine platinum aqueous solution, palladium chloride (PdCl ₂ A) A filter member supporting Pd was produced in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution was used.
The amount of Pd carried was 1.0 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pd was present in the form of particles, and the average particle size was 7 nm.
[0057]
(Example 13)
Rhodium nitrate (Rh (NO ₃ ) ₃ ) A filter member supporting Rh was produced in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution was used.
The amount of Rh supported was 1.0 g per 1 L of the volume of the substrate. Further, almost all of Rh was present in the form of particles, and the average particle diameter was 5 nm.
[0058]
(Example 14)
First, a predetermined amount of Pt particles (average particle diameter: 10 nm) was suspended in water (dispersion medium) to prepare a slurry containing Pt particles.
A substrate manufactured in the same manner as in Example 1 was immersed in the slurry to form a film on the surface.
[0059]
Next, after the film was dried with warm air, 1 × 10 ^-3 It was baked at 750 ° C. for 4 hours under Torr (vacuum) to support Pt on the substrate. Thus, a filter member was obtained.
The amount of Pt carried was 1.5 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles.
[0060]
(Example 15)
A filter member was manufactured in the same manner as in Example 14 except that Pt / Pd particles (average particle size: 8 nm) were used. The Pt / Pd particles used had a Pt / Pd composition ratio of 50:50.
The amount of Pt / Pd carried was 1.0 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt / Pd was present in the form of particles.
[0061]
(Example 16)
A filter member was manufactured in the same manner as in Example 14, except that a mixed particle of Pt particles (average particle size: 10 nm), Pd particles (average particle size: 7 nm) and Rh particles (average particle size: 5 nm) was used.
The loading amounts of Pt, Pd, and Rh were 1.0 g, 1.0 g, and 0.5 g, respectively, per liter of the volume of the substrate. Further, almost all of Pt, Pd and Rh were present in the form of particles.
[0062]
(Comparative Example 1)
Al produced by grinding method as ceramic powder ₂ O ₃ Using a powder (average particle size of 1 μm), a filter member molded and fired into a honeycomb shape was used.
The supported amount of Pt was 0.8 g per 1 L of the volume of the substrate. Almost all of Pt was present in the form of particles, and the average particle size was 10 nm.
The dimensions of the filter member were about 100 mm in diameter and about 100 mm in height (length), and the porosity was 75%.
[0063]
(Comparative Example 2)
Al produced by grinding method as ceramic powder ₂ O ₃ Using a powder (average particle size of 1 μm), a filter member molded and fired into a honeycomb shape was used.
The supported amounts of Pt, Pd, and Rh were 0.8 g, 0.8 g, and 0.4 g, respectively, per liter of the volume of the substrate. Further, almost all of Pt, Pd and Rh were present in the form of particles.
The dimensions of the filter member were about 100 mm in diameter and about 100 mm in height (length), and the porosity was 75%.
[0064]
2. Evaluation
The following model gases were passed through the exhaust gas treatment devices manufactured in Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, and the CO concentration at the outlet was measured. I asked.
The exhaust gas treatment device was heated by a heater, and the temperature (near the inlet) was changed and measured.
[0065]
[Model gas]
Composition: CO / CH ₄ / O ₂ / N ₂ = 1% / 1% / 10% / remainder
Flow rate: 10 L / min
Temperature: 50 ° C, 100 ° C, 150 ° C, 200 ° C, 250 ° C, 300 ° C,
350 ° C, 400 ° C
The results are shown in Table 1.
Table 1 shows the CO purification rate of the model gas at 200 ° C. and the temperature of the model gas at which 50% CO is purified in each exhaust gas treatment device.
[0066]
[Table 1]

[0067]
All of the exhaust gas treatment apparatuses of Examples 1 to 16 were excellent in the CO purification rate, and it was confirmed that the catalytic action was exhibited from a relatively low temperature.
On the other hand, the exhaust gas treatment apparatuses of Comparative Examples 1 and 2 are all inferior in the CO purification rate despite the fact that the size (length) of the filter member is longer than that of the example. The catalytic action was not exhibited unless the temperature was high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a filter member of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view showing a cross section of the filter member shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view showing a cross section of a second embodiment of the filter member of the present invention.
FIG. 4 is a partial cross-sectional side view showing an embodiment in which the processing apparatus of the present invention is applied to an exhaust gas processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 1 '... filter member 11 ... base material 11a ... skeleton portion 11b ... surface layer 112 ... cylindrical portion 113 ... network structure portion 12 ... precious metal 10 ... exhaust gas treatment device 20 ... case 20a ... Inlet 20b ... Outlet 30a ... Inlet pressure sensor 30b ... Outlet pressure sensor

Claims

A filter member for purifying the fluid by passing the fluid and contacting the substance present in the fluid,
At least near the surface, Zr, Al, Y, having a base material composed mainly of a composite oxide containing at least one of Si,
A filter member, wherein a noble metal is supported on at least a part of a portion of the substrate that comes into contact with the fluid.

A filter member for purifying the fluid by passing the fluid and contacting the substance present in the fluid,
At least near the surface has a base material mainly composed of a composite oxide containing at least two selected from Zr, Al, Y and Si,
A filter member, wherein a noble metal is supported on at least a part of a portion of the substrate that comes into contact with the fluid.

The filter member according to claim 1, wherein the noble metal is at least one of Pt, Pd, and Rh.

The filter member according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the noble metal exists in the form of particles.

The filter member according to claim 4, wherein the particulate noble metal has an average particle size of 15 nm or less.

The filter member according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of the noble metal carried is 0.01 to 10 g per 1 L of the volume of the substrate.

The filter member according to claim 1, wherein a portion of the base material through which the fluid passes has a three-dimensional network structure.

The filter member according to claim 1, wherein a porosity of a portion of the base material through which the fluid passes is 50% to 98%.

The filter member according to any one of claims 1 to 8, which is for treating exhaust gas.

A processing apparatus comprising the filter member according to claim 1.