JP2005224666A - フィルタ触媒およびその触媒層の解析方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 触媒層による通気孔の閉塞が抑制されたフィルタ触媒を提供すること。
【解決手段】 本発明のフィルタ触媒は、触媒担体基材と、触媒層と、を有するフィルタ触媒において、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を撮影し、ＳＥＭ写真に画像処理を施した処理画像において、触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比が０．５以上であることを特徴とする。本発明の解析方法は、フィルタ触媒の断面に画像処理を施して触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比を求める。本発明のフィルタ触媒は、十分なパティキュレートが堆積したときの圧損の上昇を抑えることができる効果を有する。また、本発明の解析方法は、フィルタ触媒の触媒層の均一性を解析できる。
【選択図】 なし
【解決手段】 本発明のフィルタ触媒は、触媒担体基材と、触媒層と、を有するフィルタ触媒において、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を撮影し、ＳＥＭ写真に画像処理を施した処理画像において、触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比が０．５以上であることを特徴とする。本発明の解析方法は、フィルタ触媒の断面に画像処理を施して触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比を求める。本発明のフィルタ触媒は、十分なパティキュレートが堆積したときの圧損の上昇を抑えることができる効果を有する。また、本発明の解析方法は、フィルタ触媒の触媒層の均一性を解析できる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出されるガスに含まれている物質のうち少なくともパティキュレートを除去し、排気ガスを浄化するフィルタ触媒に関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには、パティキュレートが含まれている。パティキュレートには、人体に有害な物質が含まれており、これを除去することが環境上の課題となっている。
パティキュレートの除去には、フィルタ触媒が用いられている。フィルタ触媒は、たとえば、特許文献１〜４に示されている。従来のフィルタ触媒は、連続した細孔を有する多孔質セラミックスよりなる触媒担体基材上にアルミナ等よりなる担持層に触媒金属が担持してなる触媒層を形成した構造を有している。そして、フィルタ触媒は、触媒担体基材の連続した細孔から形成された通気孔を排気ガスが通過するときに、パティキュレートを捕捉する。多孔質セラミックス上に形成された触媒層が捕捉したパティキュレートを分解する。このとき、フィルタ触媒に排気ガスが通過するだけの通気孔が形成されていないと、捕捉したパティキュレートが堆積し、排気ガスの通過時に圧損が生じる。圧損を抑えるために通気孔を大きくすると、パティキュレートを捕捉できなくなる。
従来のフィルタ触媒においては、触媒担体基材上に形成された触媒層が触媒担体基材の細孔の開口径を狭くして通気孔が十分な開口径を有さなくなったり、通気孔が開口しなくなる（閉塞する）という問題があった。具体的には、フィルタ触媒の触媒層は、アルミナ等を有するスラリーを調製し、このスラリーを触媒担体基材に塗布し、乾燥・焼成することで担持層を形成し、その後触媒金属を担持させることで製造されている。スラリーの触媒担体基材への塗布時には、スラリーが触媒担体基材の細孔の内部にまで十分に分散しないため、触媒担体基材の細孔の開口部近傍に偏って存在するようになっていた。この状態で乾燥・焼成して触媒層が形成されるため、通気孔の開口部の縮径や閉塞が生じ、フィルタ触媒として十分な通気孔が形成できなくなっていた。
特開平９−１７３８６６号公報
特開平９−２２０４２３号公報
特開平９−２７６７０８号公報
特開２００２−２９５２２８号公報
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、触媒層による通気孔の閉塞が抑制されたフィルタ触媒を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明者らはフィルタ触媒について検討を重ねた結果、触媒担体基材上に触媒層が形成されたフィルタ触媒において断面における触媒層の外周の長さと断面積の比を０．５以上とすることで上記課題を解決できることを見出した。
本発明のフィルタ触媒は、連続した細孔を有する耐熱性多孔質体よりなる触媒担体基材と、触媒担体基材の表面上に形成されたパティキュレートを燃焼する触媒層と、を有するフィルタ触媒において、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を撮影し、ＳＥＭ写真に画像処理を施した処理画像において、触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比が０．５以上であることを特徴とする。
また、本発明のフィルタ触媒の触媒層の解析方法は、連続した細孔を有する耐熱性多孔質体よりなる触媒担体基材と、触媒担体基材の表面上に形成されたパティキュレートを燃焼する触媒層と、を有するフィルタ触媒の触媒層の状態を解析するフィルタ触媒の触媒層の解析方法であって、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を電子データ化し、電子データ化された画像において触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比からコート状態を解析することを特徴とする。
本発明のフィルタ触媒は、触媒層が触媒担体基材の表面上に均一な厚さで形成されている。触媒層が均一に形成されたことで、触媒層が触媒担体基材の細孔を閉塞しなくなっており、通気孔を閉塞しなくなっている。すなわち、本発明のフィルタ触媒は、十分なパティキュレートが堆積したときの圧損の上昇を抑えることができる。さらに、ＰＭとの接触面積が増すことからＰＭの酸化性能が向上する。
本発明のフィルタ触媒の触媒層の解析方法は、触媒担体基材の表面上に形成される触媒層のコート状況を解析することができる。すなわち、本発明の解析方法で解析を行うことで、触媒担体基材の表面上に形成された触媒層の厚さの均一性を解析することができる。
（フィルタ触媒）
本発明のフィルタ触媒は、触媒担体基材と、触媒層と、を有する。
本発明のフィルタ触媒は、触媒担体基材と、触媒層と、を有する。
触媒担体基材は、連続した細孔を有する耐熱性多孔質体よりなる。フィルタ触媒において触媒担体基材の連続した細孔から排気ガスが通過する通気孔が形成される。
触媒層は、触媒担体基材の表面上に形成されパティキュレートを捕捉するとともに捕捉したパティキュレートを燃焼する。触媒層がパティキュレートを捕捉し燃焼することで、フィルタ触媒が捕捉したパティキュレートを除去できる。
本発明のフィルタ触媒は、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を撮影し、ＳＥＭ写真に画像処理を施した処理画像において、触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比が０．５以上である。すなわち、フィルタ触媒の断面における触媒層の外周の長さと、触媒層の面積の比が０．５以上である。なお、フィルタ触媒の断面における触媒層の外周とは、触媒層の表面だけでなく触媒層と触媒担体基材の界面も含む。触媒層の外周の長さと触媒層の面積の比が０．５以上となることで、触媒層が触媒担体基材の表面上に均一に形成され、触媒層の厚さにかたよりが生じなくなる。触媒層の外周の長さと触媒層の面積の比が０．５未満となると、触媒担体基材の細孔を触媒層が閉塞したり、十分な開口径を有さない通気孔を規制したり、触媒層が形成されずに触媒担体基材が露出するようになり、フィルタ触媒として用いられたときに圧損が大きくなるばかりでなく、ＰＭとの接触面積が小さくなりＰＭの酸化性能が低下する。
一般的に、同じ面積の図形においては、その図形の形状が平たくなる（扁平化する）ほど、外周長さ／面積の比が大きくなる。外周長さ／面積の比が最も小さな図形は円である。そして、このことをフィルタ触媒の触媒層の断面に当てはめると、触媒層の断面積が図形の面積に相当し、図形の外周長さが触媒層の断面の外周の長さに相当する。触媒層は、フィルタ触媒において捕捉されたパティキュレートを燃焼するために十分な担持量で触媒担体基材上に形成されており、ある一定以上の断面積を有することとなる。そして、触媒担体基材の表面上の触媒層が一定の断面積を有するときに、触媒層の外周の長さ／面積の比が小さくなる（触媒層の外周の長さが短くなる）と、触媒担体基材の表面における触媒層の厚さが厚くなり、触媒担体基材の対向した細孔の壁面に触媒層が到達して触媒担体基材の細孔を閉塞するようになる（図１および２に示した状態）。対して、触媒層の外周の長さ／面積の比が大きくなる（触媒層の外周の長さが長くなる）と、触媒担体基材の表面における触媒層の厚さが薄くなり、触媒担体基材の表面を被覆する被覆面積が増加する。そして、触媒層の外周の長さ／面積の比が０．５以上となると、触媒担体基材の表面を露出させることなく表面上に均一に触媒層が形成されるようになる（図３に示した状態）。触媒担体基材の表面上に均一に触媒層が形成されると、フィルタ触媒は、十分な触媒層量を有しかつ十分な開口量の通気孔を有することとなる。なお、上記した図２および３は、図１のフィルタ触媒のセル壁を拡大した拡大図と同様な拡大図である。
フィルタ触媒の断面における触媒層の外周の長さおよび触媒層の面積は、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を電子データ化し、その画像におけるピクセル数から求める。ＳＥＭ写真からフィルタ触媒の断面における触媒層の外周の長さと面積を得ることで、触媒層の外周の長さと面積の比を求めることができる。なお、画像処理が施される電子データ化されたＳＥＭ写真は、プリントされたＳＥＭ写真をスキャナで取り込む方法や、撮影データを直接電子データ化して用いてもよい。
ピクセル数を数えられる画像は、１〜３μｍ／ピクセルの倍率の画像である。より好ましくは、１．６〜２μｍ／ピクセルの画像である。
本発明のフィルタ触媒は、触媒担体基材および触媒層を有し、上記構成を有するものであればその材質および製造方法が特に限定されるものではない。
触媒担体基材は、従来のフィルタ触媒において触媒担体基材として用いられている基材を用いることができる。たとえば、コーディエライト、ＳｉＣ、その他の耐熱性のセラミックスよりなるウォールフローＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、セラミックスフォームフィルタ、メタル不織布ＤＰＦを用いることができる。
触媒層は、フィルタ触媒が捕捉したパティキュレートを燃焼できるものであれば特に限定されるものではない。触媒層は、耐熱性無機酸化物よりなる担持層と、担持層に担持された触媒金属と、からなることが好ましい。
担持層を形成する耐熱性無機酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，ＣｅＯ2などの遷移金属酸化物、希土類元素酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物やこれらの複合酸化物の一種以上をあげることができる。また、触媒金属としては、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ａｇ，Ａｕ等の貴金属の少なくとも一種をあげることができる。
本発明のフィルタ触媒は、たとえば、以下の製造方法により製造することができる。
まず、担持層の原料となる酸化物からスラリーを調製する。このとき、スラリーを構成する酸化物は、酸化物の全体量を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が７０ｗｔ％以上となるように調製された。
このスラリーを触媒担体基材にコートした。触媒担体基材の（見かけの）容積１リットルあたりのコート量（酸化物換算）が、１μｍ以下の粒径の粒子が７０〜９０ｗｔ％の場合には１５０ｇ以下が好ましく、９０ｗｔ％を超えると２００ｇ以下であることが好ましい。スラリーのコート量は、コートの前後の重量から求めた。
触媒担体基材へのスラリーのコートは、スラリーを触媒担体基材の表面に塗布した後に、過剰なスラリーを取り除き、スラリーを乾燥させた後に焼成することでなされた。スラリーのコートにより担持層が形成された。つづいて、触媒金属水溶液に浸漬、焼成して触媒金属を担持させた。
以上の手順により、本発明のフィルタ触媒を製造することができる。
（フィルタ触媒の触媒層の解析方法）
本発明のフィルタ触媒の触媒層の解析方法は、連続した細孔を有する耐熱性多孔質体よりなる触媒担体基材と、触媒担体基材の表面上に形成されたパティキュレートを燃焼する触媒層と、を有するフィルタ触媒の触媒層の状態を解析するフィルタ触媒の触媒層の解析方法である。そして、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を電子データ化し、電子データ化された画像において触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比からコート状態を解析する。
本発明のフィルタ触媒の触媒層の解析方法は、連続した細孔を有する耐熱性多孔質体よりなる触媒担体基材と、触媒担体基材の表面上に形成されたパティキュレートを燃焼する触媒層と、を有するフィルタ触媒の触媒層の状態を解析するフィルタ触媒の触媒層の解析方法である。そして、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を電子データ化し、電子データ化された画像において触媒層の外周を形成するピクセル数と、触媒層を形成するピクセル数との比からコート状態を解析する。
上記したように、フィルタ触媒において触媒担体基材上に形成された触媒層の厚さの均一性は、フィルタ触媒の浄化性能に高い相関性を有している。すなわち、触媒層の厚さの均一性が高いことが求められている。
そして、上記したように、触媒層の厚さの均一性は、触媒層の断面における外周長さ／面積の比で規定できる。触媒層の外周の長さ／面積の比が小さくなる（触媒層の外周の長さが短くなる）と、触媒担体基材の表面における触媒層の厚さが厚くなり、触媒層の厚さの均一性が低下する。触媒層の外周の長さ／面積の比が大きくなる（触媒層の外周の長さが長くなる）と、触媒担体基材の表面における触媒層の厚さが薄くなり、触媒担体基材の表面を被覆する被覆面積が増加し、触媒層の均一性が向上する。
フィルタ触媒の断面における触媒層の外周の長さおよび触媒層の面積は、フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を電子データ化し、その画像におけるピクセル数から求める。ＳＥＭ写真からフィルタ触媒の断面における触媒層の外周の長さと面積を得ることで、触媒層の外周の長さと面積の比を求めることができる。なお、画像処理が施される電子データ化されたＳＥＭ写真は、プリントされたＳＥＭ写真をスキャナで取り込む方法や、撮影データを直接電子データ化して用いてもよい。
ピクセル数を数えられる画像は、１〜３μｍ／ピクセルの倍率の画像である。より好ましくは、１．６〜２μｍ／ピクセルの画像である。
（実施例１）
まず、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末７５０ｇ、チタニア（ＴｉＯ2）粉末７５０ｇ、水２０００ｇを秤量し、両粉末よりなる混合粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。混合粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が７７％となっていた。
まず、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末７５０ｇ、チタニア（ＴｉＯ2）粉末７５０ｇ、水２０００ｇを秤量し、両粉末よりなる混合粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。混合粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が７７％となっていた。
つづいて、スラリーを触媒担体基材にコートした。触媒担体基材１は、厚さが３００μｍのセル壁で区画されたセルを４８セル／ｃｍ2（約３００セル／ｉｎｃｈ2）で軸方向に有する略円柱状の見かけの容積が２リットルのコーディエライト製の触媒担体基材（デンソー製）である。この触媒担体基材１は、各セルの両端部に形成された２つの開口部のうち１つは、封止材によって交互に封止されている。つまり、多数あるセルのうち、約半数のものは一方の端面において開口し、残りのものは他方の端面において開口している。触媒担体基材の端面において、封止されたセル２と開口したセル３とが交互に並んでいる。従って、触媒担体基材の端面は、市松模様状になっている。触媒担体基材を図４に示した。
スラリーの触媒担体基材へのコートは、スラリー中に触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に過剰なスラリーを除去した後に、乾燥、焼成することで行われた。なお、本実施例において過剰なスラリーの除去は、両端の圧力差が１０ＫＰａとなるようにした状態で５〜３０秒間保持してスラリーを吸引し、その後、他方の端部側を常圧に戻し５〜３０秒間保持する圧力変動を繰り返すことでなされた。この圧力変動は、触媒担体基材に塗布されたスラリーが所定の重量となるまで繰り返された。なお、本実施例の製造時における圧力変動は、両端部のそれぞれの端部側からスラリーの吸引を行ったため２回であった。また、焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。
スラリーがコートされた触媒担体基材の重さを測定したところ、スラリーのコート前より３００ｇ増加していた。すなわち、触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり１５０ｇの担持量で担持層が形成された。このとき、アルミナおよびチタニアは、それぞれ触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり７５ｇの担持量で担持された。
そして、１．５ｇ／ＬでＰｔを含むＰｔ硝酸塩水溶液を調製し、スラリーがコートされた触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に乾燥、焼成した。焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり３ｇの担持量でＰｔが担持された。
以上の手順により、実施例１のフィルタ触媒が製造された。
（実施例２）
スラリーの酸化物をチタニアのみで１５０ｇとした以外は、実施例１と同様にして本実施例のフィルタ触媒を製造した。
スラリーの酸化物をチタニアのみで１５０ｇとした以外は、実施例１と同様にして本実施例のフィルタ触媒を製造した。
チタニア粉末１５００ｇ、水２０００ｇを秤量し、チタニア粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。チタニア粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が７５％となっていた。
スラリーを実施例１において用いられたものと同じ触媒担体基材にコートした。スラリーの触媒担体基材へのコートは、スラリー中に触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に過剰なスラリーを除去し後に、乾燥、焼成することで行われた。なお、本実施例においてスラリーの除去は、両端の圧力差が１０ＫＰａとなるようにした状態で５〜３０秒間保持してスラリーを吸引し、その後、他方の端部側を常圧に戻し５〜３０秒間保持する圧力変動を繰り返すことでなされた。この圧力変動は、触媒担体基材に塗布されたスラリーが所定の重量となるまで繰り返された。なお、本実施例の製造時には、実施例１のときと同様に圧力変動は２回であった。また、焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。
スラリーがコートされた触媒担体基材の重さを測定したところ、スラリーのコート前より３００ｇ増加していた。すなわち、触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり１５０ｇの担持量でチタニアが担持された。
そして、１．５ｇ／ＬでＰｔを含むＰｔ硝酸塩水溶液を調製し、スラリーがコートされた触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に乾燥、焼成した。焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり３ｇの担持量でＰｔが担持された。
以上の手順により、実施例２のフィルタ触媒が製造された。
（実施例３）
スラリーの酸化物をアルミナのみで１５００ｇとした以外は、実施例１と同様にして本実施例のフィルタ触媒を製造した。
スラリーの酸化物をアルミナのみで１５００ｇとした以外は、実施例１と同様にして本実施例のフィルタ触媒を製造した。
アルミナ粉末１５００ｇ、水２０００ｇを秤量し、アルミナ粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。アルミナ粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が７５％となっていた。
スラリーを実施例１において用いられたものと同じ触媒担体基材にコートした。スラリーの触媒担体基材へのコートは、スラリー中に触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に過剰なスラリーを除去した後に、乾燥、焼成することで行われた。なお、本実施例においてスラリーの除去は、両端の圧力差が１０ＫＰａとなるようにした状態で５〜３０秒間保持してスラリーを吸引し、その後、他方の端部側を常圧に戻し５〜３０秒間保持する圧力変動を繰り返すことでなされた。この圧力変動は、触媒担体基材に塗布されたスラリーが所定の重量となるまで繰り返された。なお、本実施例の製造時には、実施例１のときと同様に圧力変動は２回であった。また、焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。
スラリーがコートされた触媒担体基材の重さを測定したところ、スラリーのコート前より３００ｇ増加していた。すなわち、触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり１５０ｇの担持量でアルミナが担持された。
そして、１．５ｇ／ＬでＰｔを含むＰｔ硝酸塩水溶液を調製し、コートされた触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に乾燥、焼成した。焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり３ｇの担持量でＰｔが担持された。
以上の手順により、実施例３のフィルタ触媒が製造された。
（実施例４）
アルミナ粉末７５０ｇ、チタニア粉末７５０ｇ、水２０００ｇを秤量し、両粉末よりなる混合粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。混合粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が９４％となっていた。
アルミナ粉末７５０ｇ、チタニア粉末７５０ｇ、水２０００ｇを秤量し、両粉末よりなる混合粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。混合粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が９４％となっていた。
スラリーを実施例１において用いられたものと同じ触媒担体基材にコートした。スラリーの触媒担体基材へのコートは、スラリー中に触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に過剰なスラリーを除去した後に、乾燥、焼成することで行われた。なお、本実施例においてスラリーの除去は、両端の圧力差が１０ＫＰａとなるようにした状態で５〜３０秒間保持してスラリーを吸引し、その後、他方の端部側を常圧に戻し５〜３０秒間保持する圧力変動を繰り返すことでなされた。この圧力変動は、触媒担体基材に塗布されたスラリーが所定の重量となるまで繰り返された。なお、本実施例の製造時には、実施例１のときと同様に圧力変動は２回であった。また、焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。
スラリーがコートされた触媒担体基材の重さを測定したところ、スラリーのコート前より４００ｇ増加していた。すなわち、触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり２００ｇの担持量で酸化物が担持された。このとき、アルミナおよびチタニアは、それぞれ触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり１００ｇの担持量で担持された。
そして、１．５ｇ／ＬでＰｔを含むＰｔ硝酸塩水溶液を調製し、スラリーがコートされた触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に乾燥、焼成した。焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり３ｇの担持量でＰｔが担持された。
以上の手順により、実施例４のフィルタ触媒が製造された。
（比較例）
アルミナ粉末７５０ｇ、チタニア粉末７５０ｇ、水２０００ｇを秤量し、両粉末よりなる混合粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。混合粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が７７％となっていた。
アルミナ粉末７５０ｇ、チタニア粉末７５０ｇ、水２０００ｇを秤量し、両粉末よりなる混合粉末を水に投入、攪拌して分散させ、湿式ミリングを施してスラリーを調製した。混合粉末全体を１００ｗｔ％としたときに、１μｍ以下の粒径の粒子が７７％となっていた。
つづいて、スラリーを実施例１において用いられたものと同じ触媒担体基材にコートした。スラリーの触媒担体基材へのコートは、スラリー中に触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に過剰なスラリーを吹き払った後に、乾燥、焼成することで行われた。なお、本実施例においてスラリーの吹き払いは、実施例１と同じ方法で行われた。また、焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。
スラリーがコートされた触媒担体基材の重さを測定したところ、スラリーのコート前より４００ｇ増加していた。すなわち、触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり２００ｇの担持量で酸化物が担持された。このとき、アルミナおよびチタニアは、それぞれ触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり１００ｇの担持量で担持された。
そして、１．５ｇ／ＬでＰｔを含むＰｔ硝酸塩水溶液を調製し、スラリーがコートされた触媒担体基材を浸漬し、引き出した後に乾燥、焼成した。焼成は、５００℃で１時間加熱することで行われた。触媒担体基材の見かけの容積１リットルあたり３ｇの担持量でＰｔが担持された。
以上の手順により、比較例のフィルタ触媒が製造された。
なお、本比較例は、触媒層を製造するときに用いられた粉末粒子のうち１μｍ以下の粒径の粒子の量が少なくなっている。
（フィルタ触媒の観察）
まず、実施例および比較例のフィルタ触媒を軸方向に切断し、セル壁の断面のＳＥＭ写真（１００倍）を撮影した。このＳＥＭ写真においては、１００μｍが１ｃｍに拡大されている。
まず、実施例および比較例のフィルタ触媒を軸方向に切断し、セル壁の断面のＳＥＭ写真（１００倍）を撮影した。このＳＥＭ写真においては、１００μｍが１ｃｍに拡大されている。
つづいて、ＳＥＭ写真をスキャナを用いて電子データ化した。１ｃｍあたり５５ピクセルの解像度（１．８μｍ／ピクセル）でスキャナ（エプソン製、商品名：ＥＳ−９０００Ｈ）を作動させて電子データ化を行った。
電子データ化されたＳＥＭ写真に画像処理を施して、触媒層を抽出した。触媒層の抽出は、輝度による二値化で行われた。そして、触媒層の面積をピクセル数で測定する。
つづいて、触媒層の外周の輪郭部分を抽出し、そのピクセル数を測定した。
実施例１のフィルタ触媒の電子データ化したＳＥＭ写真を図５に、触媒層を抽出した処理画像を図６に、触媒層の外周の輪郭部分を抽出した処理画像を図７に示した。電子データ化した。
実施例２のフィルタ触媒の電子データ化したＳＥＭ写真を図８に、触媒層を抽出した処理画像を図９に、触媒層の外周の輪郭部分を抽出した処理画像を図１０に示した。
実施例３のフィルタ触媒の電子データ化したＳＥＭ写真を図１１に、触媒層を抽出した処理画像を図１２に、触媒層の外周の輪郭部分を抽出した処理画像を図１３に示した。
実施例４のフィルタ触媒の電子データ化したＳＥＭ写真を図１４に、触媒層を抽出した処理画像を図１５に、触媒層の外周の輪郭部分を抽出した処理画像を図１６に示した。
比較例のフィルタ触媒の電子データ化したＳＥＭ写真を図１７に、触媒層を抽出した処理画像を図１８に、触媒層の外周の輪郭部分を抽出した処理画像を図１９に示した。
触媒層の面積および外周のピクセル数の測定結果を表１に示した。なお、（触媒層のピクセル数）／（外周の輪郭部分のピクセル数）で示される値を触媒層の均一性として表１に示した。
さらに、実施例および比較例のフィルタ触媒の平均細孔径および気孔率を測定し、表１にあわせて示した。平均細孔径および気孔率の測定は、水銀ポロシメータ（島津製作所製、商品名：オートポアー９２００）を用いて行われた。なお、細孔構造の測定における水銀ポロシメータの操作は、０〜２００ＭＰａの間で水銀圧入圧力を上昇させていくことで行われた。
表１より、実施例のフィルタ触媒は０．５以上の均一性を有しているが、比較例のフィルタ触媒の均一性は０．４４８と低い値となっている。また、この均一性は、平均細孔径や気孔率によらないことがわかる。
（圧損の測定）
実施例および比較例のフィルタ触媒の圧損を測定した。
実施例および比較例のフィルタ触媒の圧損を測定した。
まず、排気量が２リットルの加給式直噴ディーゼルエンジンを有する車両の排気系に（圧損を測定される）フィルタ触媒を設置した。このとき、排気系のフィルタ触媒の前後には圧力センサが取り付けられている。そして、１８００ｒｐｍの回転数での定常運転を行った。フィルタ触媒に約１ｇのパティキュレートが堆積した時点での圧力センサの測定値から圧損を測定し、測定結果を図２０に示した。二つの圧力センサの測定値の差を圧損とした。なお、パティキュレートの堆積の判断は、エンジンの運転時間を一定とし、測定後の重量増加を確認することで行った。本実施例においては、エンジンの運転時間で３０分ごとに重量増加を確認した。
図２０より、各実施例のフィルタ触媒は、比較例のフィルタ触媒よりも圧損が低くなっている。このことは、触媒層の高い均一性は、フィルタ触媒の使用時に圧損を生じにくくしていることがわかる。
さらに、平均細孔径、気孔率、均一性のそれぞれと圧損との関係を図２１〜２３に示した。
図２１より、（触媒層のピクセル数）／（外周の輪郭部分のピクセル数）で示される触媒層の均一性と圧損とは、高い相関関係を有していることがわかる。これに対し、図２２に示された平均細孔径と圧損、図２３に示された気孔率と圧損とは、相関関係が見られない。
以上、説明したように、各実施例のフィルタ触媒は、パティキュレートが堆積しても圧損の上昇が低く抑えられている。すなわち、エンジンに対して負荷の少ないフィルタ触媒となっている。
１…触媒担体基材
２…封止されたセル
３…開口したセル
２…封止されたセル
３…開口したセル
Claims (4)
- 連続した細孔を有する耐熱性多孔質体よりなる触媒担体基材と、該触媒担体基材の表面上に形成されたパティキュレートを燃焼する触媒層と、を有するフィルタ触媒において、
該フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を電子データ化し、電子データ化された画像において該触媒層の外周を形成するピクセル数と、該触媒層を形成するピクセル数との比が０．５以上であることを特徴とするフィルタ触媒。 - 電子データ化された前記画像は、１〜３μｍ／ピクセルの倍率の画像である請求項１記載のフィルタ触媒。
- 連続した細孔を有する耐熱性多孔質体よりなる触媒担体基材と、該触媒担体基材の表面上に形成されたパティキュレートを燃焼する触媒層と、を有するフィルタ触媒の該触媒層の状態を解析するフィルタ触媒の触媒層の解析方法であって、
該フィルタ触媒の断面のＳＥＭ写真を電子データ化し、電子データ化された画像において該触媒層の外周を形成するピクセル数と、該触媒層を形成するピクセル数との比からコート状態を解析することを特徴とするフィルタ触媒の触媒層の解析方法。 - 電子データ化された前記画像は、１〜３μｍ／ピクセルの倍率の画像である請求項３記載のフィルタ触媒の触媒層の解析方法。
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