JP2006095474A - 排ガス浄化材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属製フィルター1表面に無機酸化物及び希土類の酸化物とアルカリ金属の硫酸塩と貴金属からなる排ガス浄化触媒を担持することによって耐熱衝撃性が高く、パティキュレートに対する燃焼活性の高い排ガス浄化材が得られる。
【選択図】図1
Description
無機酸化物としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニアなどの無機酸化物を用いることができる
また、Si、Ti、Al、Zrから選択される少なくとも1種の元素を含む無機酸化物に希土類の酸化物を有する第3の触媒を担持するため、耐熱性が向上することが見込まれると同時に、パティキュレートを燃焼する際に第1や第2の触媒に対して必要な酸素を供給できることが見込まれる。このことによって、パティキュレートに対して極めて触媒作用の高い排ガス浄化材となる。
本発明の請求項8に記載の排ガス浄化材は、排ガス浄化触媒の担体であるアルミナの出発原料としてアルミナゾルを用いることを特徴とする排ガス浄化材である。
金属製フィルターとして、直径93mmで高さ180mmの円筒形である市販の金属製フィルターを用いた。この金属製フィルター内に金属製ファイバーメッシュ(直径40μ、坪量500g/m2)が積層して設置され、このファイバーメッシュによって排ガス中のパティキュレートを捕集するメカニズムである。まず始めに金属製フィルターを1100℃で1時間酸化処理を行った。次いで、羽毛状構造を有するアルミナゾル100部にイオン交換水15.2部を加え、非イオン系湿潤剤0.5部、非イオン系消泡剤0.5部を添加して1時間撹拌し、アルミナを均一に分散したスラリーを作製した。このスラリーに酸化処理した金属製フィルターを1分間含浸して引上げ、反転してさらに1分間含浸した。
実施例1と同様の金属製フィルターに対して 同様の方法にてアルミナを金属製フィルターに対して約1wt%担持した。
実施例1と同様の金属製フィルターに対してアルミナを約1wt%、白金を約0.16wt%担持したものを比較例1とした。製造工程は実施例1と同様の手順で行い、アルミナ及び白金の出発原料も同材料とした。
実施例1、実施例2及び比較例1で製造した各排ガス浄化材について、以下のような排ガス浄化試験を行った。
金属製フィルターから金属製ファイバーメッシュを10mm×10mmのサイズで切り出し、1100℃で1時間酸化焼成した。羽毛状構造を有するアルミナゾル100部とイオン交換水15.2部と非イオン系湿潤剤0.5部と非イオン系消泡剤0.5部を添加して1時間撹拌し、アルミナを均一に分散したスラリーを作製した。作製したアルミナのスラリーに金属製ファイバーメッシュを2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、液体窒素に含浸して添着しているアルミナのスラリーを瞬間的に凍結させた後、減圧操作によって乾燥し、900℃で5時間焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約5wt%担持したものを実施例4とした。
実施例3と同様に準備した金属製ファイバーメッシュを、アルミナ粉末10部と羽毛状構造を有するアルミナゾル10部とイオン交換水90部と非イオン系湿潤剤0.5部と非イオン系消泡剤0.5部を添加して1時間撹拌して作製したスラリーに含浸して、以下実施例3と同様の手順で作製し、金属製ファイバーメッシュに対して約5wt%担持したものを比較例5とした。
実施例3及び比較例2で作製したサンプルに関して、SEM観察及びEDX分析を行い、金属製ファイバーメッシュ表面に対してアルミナが担持している様子を確認した。SEMの条件として、加速電圧を15kV、倍率を100〜2000倍に設定し金属製ファイバーメッシュ表面を観察した。EDX分析の条件として、加速電圧を15kV、倍率を10000倍、スポットサイズ12に設定して金属製ファイバーメッシュ表面におけるアルミナ由来の元素であるAlと金属製ファイバーメッシュ由来の元素であるFeの元素量をサンプル表面10箇所にわたって測定し、それらの比(Al/Fe)を算出した。SEM観察の結果、実施例3のサンプル表面は均一にアルミナが担持されておりしかも金属製ファイバーメッシュ間の空間にアルミナがほとんど無いことを確認できたのに対し、比較例2のサンプル表面はアルミナ粉末が担持されているところと担持されていないところが観察され、かつ金属製ファイバーメッシュ間の空間をアルミナ粉末で閉塞してしまっている箇所が多く見られた。さらに、表2に示すようにEDX分析においては、実施例3のサンプル表面のAl/Feは23.4であるのに対し、比較例2のサンプル表面のAl/Feは5.9と低い値となり、アルミナが金属製ファイバーメッシュ表面にあまり担持されておらず、しかも均一に担持されていないことが分かった。
羽毛状構造を有するアルミナゾルを110℃で乾燥固化して、引き続き固形物を900℃で焼成したものをメノウ乳鉢で粉砕した粉末のサンプルを実施例4とした。
棒・粒子状構造を有するアルミナゾルの粉末のサンプルを実施例4と同様の方法で作製したものを比較例3とした。
実施例4及び比較例3で作製したアルミナ粉末サンプルに関して、吸着装置を用いてN2吸着を行い、BET比表面積を算出した。サンプルの前処理は、150℃で5時間真空脱気して行った。実施例4及び比較例3で作製したサンプルのBET比表面積の結果を表3に示す。
金属製フィルターから金属製ファイバーメッシュを10mm×10mmのサイズで切り出し、1100℃で1時間焼成した。羽毛状構造を有するアルミナゾル100部とイオン交換水15.2部と非イオン系湿潤剤0.5部と非イオン系消泡剤0.5部を添加して1時間撹拌し、アルミナを均一に分散したスラリーを作製した。作製したアルミナのスラリーに金属製ファイバーメッシュを2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、液体窒素に含浸してスラリーを瞬間的に凍結させた後、減圧操作によって乾燥し、900℃で5時間焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6%担持した。さらに、アルミナを担持した金属製ファイバーメッシュを硝酸セリウムと硫酸セシウムの混合溶液に2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、液体窒素に含浸してスラリーを瞬間的に凍結させた後、減圧操作によって乾燥し、900℃で5時間焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してセリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%担持した。さらに、アルミナとセリアと硫酸セシウムを担持した金属製ファイバーメッシュを白金硝酸溶液に2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、減圧操作によって乾燥し、400℃で5時間還元焼成した後、600℃で5時間酸化焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、白金を約0.12wt%担持したものを実施例5とした。
実施例5と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、白金を約0.24wt%担持したものを実施例6とした。
実施例5と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、白金を約0.36wt%担持したものを実施例7とした。
実施例5と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、白金を約0.03wt%担持したものを比較例4とした。
実施例5と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、白金を約0.06wt%担持したものを比較例5とした。
実施例5、実施例6、実施例7及び比較例4、比較例5で作製したサンプルのガス成分に対する酸化燃焼活性を評価するために一酸化窒素の二酸化窒素への酸化率を測定した。作製したサンプルを石英管内に設置し、環状電気炉において温度を300℃に設定した。窒素をベースに酸素濃度を15vol%、一酸化窒素濃度を210ppmになるように設定し、SV値を300000h−1とした。サンプルの入口と出口の一酸化窒素及びに酸化窒素の濃度を測定することによって一酸化窒素が二酸化窒素に酸化される割合を計算して一酸化窒素の酸化率とした。結果を図4に示す。その結果、白金担持量が2wt%以上で一酸化窒素の酸化率が最大となることが分かった。
金属製フィルターから金属製ファイバーメッシュを10mm×10mmのサイズで切り出し、1100℃で1時間焼成した。羽毛状構造を有するアルミナゾル100部とイオン交換水15.2部と非イオン系湿潤剤0.5部と非イオン系消泡剤0.5部を添加して1時間撹拌し、アルミナを均一に分散したスラリーを作製した。作製したアルミナのスラリーに金属製ファイバーメッシュを2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、液体窒素に含浸してスラリーを瞬間的に凍結させた後、減圧操作によって乾燥し、900℃で5時間焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%担持した。さらに、アルミナを担持した金属製ファイバーメッシュを硝酸セリウムと硫酸セシウムの混合溶液に2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、液体窒素に含浸してスラリーを瞬間的に凍結させた後、減圧操作によって乾燥し、900℃で5時間焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してセリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%担持した。さらに、アルミナとセリアと硫酸セシウムを担持した金属製ファイバーメッシュをジニトロジアンミン白金硝酸溶液に2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、減圧操作によって乾燥し、400℃で5時間還元焼成した後、600℃で5時間酸化焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、白金を約0.12wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを0.03wt%担持したものを実施例8とした。
実施例8と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、白金を約0.12wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%担持したものを実施例9とした。
実施例8と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、白金を約0.12wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを0wt%担持したものを比較例6とした。
実施例8と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、白金を約0.12wt%、セリアを約0.1wt%、硫酸セシウムを約0.12wt%担持したものを比較例7とした。
実施例8、実施例9及び比較例6、比較例7で作製したサンプルの一酸化窒素の酸化率及びパティキュレートの燃焼活性を測定することによって評価した。一酸化窒素の酸化率測定は、評価例4と同様の方法で行った。また、パティキュレートの燃焼活性はTG/DTA分析計を用いて、パティキュレートが10%燃焼したときの温度をT10として評価した。結果を図4に示す。その結果、白金に対する硫酸セシウム中のセシウムの割合が増えるほどパティキュレートの燃焼活性が向上するが、100wt%になると一酸化窒素の酸化率が低下してくるため、パティキュレートの燃焼活性と一酸化窒素の酸化率をより高く両立させるためには50wt%であると良いことが分かった。
金属製フィルターから金属製ファイバーメッシュを10mm×10mmのサイズで切り出し、1100℃で1時間焼成した。羽毛状構造を有するアルミナゾル100部とイオン交換水15.2部と非イオン系湿潤剤0.5部と非イオン系消泡剤0.5部を添加して1時間撹拌し、アルミナを均一に分散したスラリーを作製した。作製したアルミナのスラリーに金属製ファイバーメッシュを2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、液体窒素に含浸してスラリーを瞬間的に凍結させた後、減圧操作によって乾燥し、900℃で5時間焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約5%担持した。さらに、アルミナを担持した金属製ファイバーメッシュを白金硝酸溶液に2分間含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、減圧操作によって乾燥し、400℃で5時間還元焼成した後、600℃で5時間酸化焼成して金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約5%、白金を約4wt%担持した。さらに、アルミナと白金を担持した金属製ファイバーメッシュを硫酸セシウム溶液に含浸して、余剰スラリーを遠心分離機で1分間除去し、反転して1分間除去後、減圧操作によって乾燥し、900℃で5時間焼成して最終的に金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、白金を約0.12wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、セリアを約0.1wt%担持したものを実施例10とした。
実施例10と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、白金を約0.12wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、セリアを約0.05wt%担持したものを比較例8とした。
実施例10と同様の方法によって金属製ファイバーメッシュに対してアルミナを約6wt%、白金を約0.12wt%、硫酸セシウムを約0.06wt%、セリアを約0.15wt%担持したものを比較例9とした。
実施例10及び比較例8、比較例9で作製したサンプルの一酸化窒素の酸化率を測定することによって評価した。一酸化窒素の酸化率測定は、評価例4と同様の方法で温度を200、250、300、350、400℃と設定して行った。結果を図5に示す。その結果、セリアが1.0mol%の担持量のときに一酸化窒素の酸化率が最大となることが分かった。
金属製フィルター内に設置されている金属製ファイバーメッシュと同材料の金属箔を10mm×10mmの大きさに切り出し、800℃で1時間酸化焼成したものを実施例11とした。
実施例11と同様の金属箔を1100℃で1時間酸化焼成したものを実施例12とした。
実施例11と同様の金属箔を酸化焼成していないものを比較例10とした。
実施例11と同様の金属箔を700℃で1時間酸化焼成したものを比較例11とした。
実施例11と同様の金属箔を1200℃で1時間酸化焼成したものを比較例12とした。
実施例11、実施例12及び比較例10、比較例11、比較例12で作製した金属箔に対して、羽毛状構造を有するアルミナゾル100部とイオン交換水15.2部を混合して1時間撹拌して作製したアルミナのスラリーの濡れ性を接触角計によって評価した。接触角の測定値は3回測定した時の平均値とした。
2 酸化皮膜
3 アルミナ
4 セリア及び硫酸セシウム
5 白金
6 セリア
7 白金及び硫酸セシウム
Claims (14)
- 金属製フィルターに、Li、Na、K、Rb、Csから選択される少なくとも1種のアルカリ金属の硫酸塩を有する第1の触媒と、Pt、Pd、Rh、Ruから選択される少なくとも1種の貴金属を有する第2の触媒と、La、Ceから選択される少なくとも1種の希土類の酸化物を有する第3の触媒と、Si、Ti、Al、Zrから選択される少なくとも1種の元素を含む無機酸化物とを担持したことを特徴とする排ガス浄化材。
- 金属製フィルターに、Si、Ti、Al、Zrから選択される少なくとも1種の元素を含む無機酸化物を担持した後、Li、Na、K、Rb、Csから選択される少なくとも1種のアルカリ金属の硫酸塩を有する第1の触媒と、La、Ceから選択される少なくとも1種の希土類の酸化物を有する第3の触媒とを混合担持し、さらにPt、Pd、Rh、Ruから選択される少なくとも1種の貴金属を有する第2の触媒を担持したことを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化材。
- 金属製フィルターに、Si、Ti、Al、Zrから選択される少なくとも1種の元素を含む無機酸化物を担持した後、La、Ceから選択される少なくとも1種の希土類の酸化物を有する第3の触媒を担持し、さらにLi、Na、K、Rb、Csから選択される少なくとも1種のアルカリ金属の硫酸塩を有する第1の触媒と、Pt、Pd、Rh、Ruから選択される少なくとも1種の貴金属を有する第2の触媒を混合担持したことを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化材。
- 第1の触媒を形成するアルカリ金属の硫酸塩が、硫酸セシウムを含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- 第2の触媒を形成する貴金属が、白金を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- 第3の触媒を形成する希土類の酸化物が、セリアを含有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- 無機酸化物がアルミナを含有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- アルミナの出発原料がアルミナゾルであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- アルミナゾルが羽毛状構造であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- アルミナに対する白金の割合が2wt%以上であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- 白金に対する硫酸セシウム中のセシウムの割合が50wt%であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- アルミナに対するセリアの割合が1.0mol%であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- 金属製フィルター表面に酸化処理を施して酸化皮膜を形成させた後、触媒や無機酸化物を担持させたことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の排ガス浄化材。
- 請求項13に記載の酸化処理が800〜1100℃であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の排ガス浄化材。
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