JP2006159020A - Filter and catalyst for purification of exhaust gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジンからの排ガスなど、パティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガスを浄化できる排ガス浄化フィルタと、その排ガス浄化フィルタを用いた排ガス浄化用触媒に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification filter capable of purifying exhaust gas for purifying exhaust gas containing particulates such as exhaust gas from a diesel engine, and an exhaust gas purification catalyst using the exhaust gas purification filter.
ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少している。一方、ディーゼルエンジンについては、有害成分がパティキュレート(粒子状物質:炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子( SOF)等、以下PMという)として排出されるという特異な事情から、ガソリンエンジンの場合より排ガスの浄化が難しい。 As for gasoline engines, toxic components in exhaust gas are steadily decreasing due to strict regulations on exhaust gas and technological advances that can cope with it. On the other hand, for diesel engines, harmful components are discharged as particulates (particulate matter: carbon fine particles, sulfur fine particles such as sulfate, high molecular weight hydrocarbon fine particles (SOF), etc., hereinafter referred to as PM)) The exhaust gas is more difficult to purify than gasoline engines.
現在までに開発されているディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置(ウォールフロー)と、オープン型の排ガス浄化装置(ストレートフロー)とが知られている。このうちトラップ型の排ガス浄化装置としては、セラミック製の目封じタイプのハニカム体(ディーゼルPMフィルタ(以下 DPFという))が知られている。この DPFは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を例えば交互に市松状に目封じしてなるものであり、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するフィルタ隔壁とよりなり、フィルタ隔壁の空孔で排ガスを濾過してPMを捕集することで排出を抑制するものである。 As exhaust gas purification devices for diesel engines that have been developed so far, a trap type exhaust gas purification device (wall flow) and an open type exhaust gas purification device (straight flow) are known. Among these, as a trap type exhaust gas purification device, a ceramic plug-type honeycomb body (diesel PM filter (hereinafter referred to as DPF)) is known. This DPF is formed by alternately sealing both ends of the openings of the cells of the ceramic honeycomb structure, for example, in a checkered pattern, and is adjacent to the inflow side cells and the inflow side cells clogged on the exhaust gas downstream side. It consists of an outflow side cell clogged upstream of the exhaust gas, and a filter partition that partitions the inflow side cell and the outflow side cell, and controls exhaust by filtering exhaust gas through the pores of the filter partition and collecting PM. To do.
しかし DPFでは、PMの堆積によって圧力損失(以下、圧損という)が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、圧損が上昇した場合に高温の排ガスを流してPMを燃焼させることで DPFを再生することが行われている。しかしながらこの場合には、PMの堆積量が多いほど燃焼時の温度が上昇し、 DPFが溶損したり、熱応力で DPFが破損する場合もある。 However, in DPF, pressure loss (hereinafter referred to as pressure loss) increases due to PM accumulation, so it is necessary to periodically remove and regenerate PM accumulated by some means. Therefore, conventionally, when pressure loss increases, DPF is regenerated by burning high-temperature exhaust gas and burning PM. However, in this case, the higher the amount of PM deposited, the higher the temperature during combustion, and the DPF may melt or be damaged by thermal stress.
そこで近年では、例えば特公平07−106290号公報に記載されているように、 DPFのセル隔壁の表面にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金(Pt)などの触媒金属を担持した連続再生式 DPFが開発されている。この連続再生式 DPFによれば、捕集されたPMが触媒金属の触媒反応によって酸化燃焼するため、捕集と同時にあるいは捕集に連続して燃焼させることで DPFを再生することができる。そして触媒反応は比較的低温で生じること、及び捕集量が少ないうちに燃焼できることから、 DPFに作用する熱応力が小さく破損が防止されるという利点がある。 Therefore, in recent years, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 07-106290, a coating layer is formed on the surface of the cell partition wall of DPF from alumina or the like, and a catalytic metal such as platinum (Pt) is supported on the coating layer. A continuous regeneration type DPF has been developed. According to this continuous regeneration type DPF, the collected PM is oxidized and combusted by the catalytic reaction of the catalytic metal. Therefore, the DPF can be regenerated by combusting simultaneously with the collection or continuously with the collection. The catalytic reaction takes place at a relatively low temperature and can be burned while the amount collected is small. Therefore, the thermal stress acting on the DPF is small, and there is an advantage that damage is prevented.
また特開平09−094434号公報には、セル隔壁のみならず、セル隔壁の細孔内にも触媒金属を担持したコート層を形成した連続再生式 DPFが記載されている。細孔内にも触媒金属を担持することで、PMと触媒金属との接触確率が高まり、細孔内に捕集されたPMも酸化燃焼させることができる。また同公報には、コート層にさらにNOx 吸蔵材を担持することも記載されている。このようにすればNOx 吸蔵材に吸収されたNOx が高温時にNO2 として放出されるので、そのNO2 によってPMの酸化をさらに促進することができる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-094434 describes a continuous regeneration type DPF in which a coating layer supporting a catalytic metal is formed not only in the cell partition walls but also in the pores of the cell partition walls. By supporting the catalyst metal in the pores, the contact probability between the PM and the catalyst metal is increased, and the PM collected in the pores can be oxidized and burned. Also in this publication it is also described further carrying the NO x storage material in the coating layer. Since the them if the NO x storage material absorbed NO x is released as NO 2 at high temperatures, it is possible to further facilitate the oxidation of the PM by the NO 2.
ところでハニカム構造は、ガス通路の幾何表面積が大きいので、排ガス浄化用触媒に適している。そしてストレートフロー構造のハニカム基材の場合には、セル隔壁の厚さを薄くしたり、セル数を増すことで、幾何表面積をさらに増大させることができる。しかし DPFの場合は、セル隔壁(フィルタ隔壁)でPMを捕集するものであるため、セル隔壁は約40%以上の気孔率を有する多孔質であり、ストレートフロー構造のハニカム基材に比べて強度が小さい。そのためフィルタ隔壁の厚さを薄くすると、強度を維持するには気孔率を小さくせざるを得ず、そうすると圧損が増大してしまう。さらにフィルタ隔壁の厚さが薄くなると、PMの捕集率が低下する。またセル数を増すと、端面の開口面積が減少するとともにガスの通過抵抗が増大するため、圧損が増大しPMによる開口の閉塞が生じるようになる。 By the way, the honeycomb structure has a large geometric surface area of the gas passage, and is therefore suitable as an exhaust gas purifying catalyst. In the case of a honeycomb substrate having a straight flow structure, the geometric surface area can be further increased by reducing the thickness of the cell partition walls or increasing the number of cells. However, in the case of DPF, since the PM is collected by the cell partition (filter partition), the cell partition is porous having a porosity of about 40% or more, compared with a honeycomb substrate having a straight flow structure. The strength is small. Therefore, if the thickness of the filter partition is reduced, the porosity must be reduced to maintain the strength, and the pressure loss increases. Furthermore, when the thickness of the filter partition is reduced, the PM collection rate decreases. Further, when the number of cells is increased, the opening area of the end face is reduced and the gas passage resistance is increased, so that the pressure loss is increased and the opening is blocked by PM.
したがって従来の DPF及び連続再生式 DPFにおいては、フィルタ隔壁の厚さを薄くしたり、セル数を増すという手段を採用することが困難であり、ガス通路の幾何表面積のさらなる増大が困難となっている。 Therefore, in the conventional DPF and continuous regeneration type DPF, it is difficult to adopt a means of reducing the filter partition thickness or increasing the number of cells, and it is difficult to further increase the geometric surface area of the gas passage. Yes.
また貴金属とNOx 吸蔵材とを担持してなるNOx 吸蔵還元触媒においては、NOx 吸蔵材の担持量を多くしてNOx 吸蔵量の増大を図るためには、触媒層の面積を大きくする、あるいは触媒層を厚く形成することが有効である。しかし連続再生式 DPFにおいて触媒層の厚さを厚くすると、セル通路の開口断面積が小さくなるとともに、フィルタ隔壁中の細孔が触媒層によって閉塞されるようになり、二次曲線的に圧損が増大してしまう。したがってNOx 吸蔵量の増大には限界があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、強度の低下を抑制しPMの捕集率を維持しつつ幾何表面積を増大させるとともに、圧損の増大を抑制しつつ触媒層を多く形成することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and increases the geometric surface area while suppressing the decrease in strength and maintaining the PM collection rate, and forms many catalyst layers while suppressing the increase in pressure loss. This is a problem to be solved.
上記課題を解決する本発明の排ガス浄化フィルタの特徴は、内燃機関から排出されたパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタであって、多孔質のフィルタ隔壁で区画された多数のセルをもつハニカム基材からなり、少なくとも一つのセルの少なくとも一つのコーナ部には、軸方向に延びる凹部を有することにある。 A feature of the exhaust gas purification filter of the present invention that solves the above problems is an exhaust gas purification filter that purifies exhaust gas containing particulates discharged from an internal combustion engine, and has a large number of cells partitioned by porous filter partition walls. It consists of a honeycomb substrate, and at least one corner portion of at least one cell has a recess extending in the axial direction.
セルは、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルとを有し、凹部は、少なくとも流入側セルの少なくとも一つのコーナ部に形成されていることが好ましい。 The cell has an inflow side cell clogged on the exhaust gas downstream side, and an outflow side cell adjacent to the inflow side cell and clogged on the exhaust gas upstream side, and the recess has at least one corner of the inflow side cell. It is preferable to form in the part.
凹部は、少なくとも外周部の流入側セルに設けられていることが好ましい。 The recess is preferably provided at least in the inflow side cell in the outer peripheral portion.
また本発明の排ガス浄化用触媒の特徴は、本発明の排ガス浄化フィルタと、多孔質酸化物に触媒金属を担持してなりフィルタ隔壁に形成された触媒層と、からなることにある。 The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is characterized by comprising the exhaust gas purifying filter of the present invention and a catalyst layer formed on a filter partition wall by supporting a catalytic metal on a porous oxide.
触媒層には、貴金属とNOx 吸蔵材とが担持されていることが望ましい。 It is desirable that a noble metal and a NO x storage material are supported on the catalyst layer.
また触媒層は、凹部の部位の厚さが凹部以外の部位の厚さより大きいことが望ましい。 Moreover, as for a catalyst layer, it is desirable that the thickness of the part of a recessed part is larger than the thickness of parts other than a recessed part.
本発明の排ガス浄化フィルタによれば、少なくとも一つのセルあるいは少なくとも流入側セルの少なくとも一つのコーナ部に凹部を形成している。したがって凹部をもたない従来のフィルタに比べてガス通路の幾何表面積が増大し、セル開口面積も増大するため、圧損が低下する。そして外周部の流入側セルに凹部を形成すれば、外周部のセル開口面積が増大するとともに熱容量が小さくなるので、外周部が速やかに昇温されるようになり、外周部におけるPMの堆積が抑制されるとともに、再生時の損傷が防止される。 According to the exhaust gas purification filter of the present invention, the recess is formed in at least one cell or at least one corner of the inflow side cell. Accordingly, the geometric surface area of the gas passage is increased and the cell opening area is increased as compared with the conventional filter having no recess, and the pressure loss is reduced. If a recess is formed in the inflow side cell in the outer peripheral portion, the cell opening area in the outer peripheral portion is increased and the heat capacity is reduced, so that the outer peripheral portion is quickly heated, and PM is deposited in the outer peripheral portion. In addition to being suppressed, damage during reproduction is prevented.
そして本発明の排ガス浄化用触媒によれば、凹部によってコーナ部の表面積が大きくなっているため、触媒層のコート量もその分多くなり、触媒金属をその分多く担持できるため浄化率が向上する。そして凹部を充填した触媒層によってコーナ部の強度が向上し、従来と同等以上の強度を維持することができる。さらに凹部に形成された厚い触媒層によって、NOx 吸蔵材の担持量を多くすることができ、NOx 吸蔵量が増大するためNOx 浄化性能が向上する。またコーナ部はPMの捕集にほとんど寄与しないので、PMの捕集率は従来と同等に維持することができる。 According to the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, since the surface area of the corner portion is increased by the concave portion, the coating amount of the catalyst layer is increased by that amount, and the catalytic metal can be supported by that amount, so that the purification rate is improved. . The strength of the corner portion is improved by the catalyst layer filled with the concave portions, and the strength equal to or higher than that of the conventional one can be maintained. Furthermore a thick catalyst layer formed in the recess, NO x it is possible to increase the loading amount of storage material, NO x storage amount the NO x purification performance is improved to increase. In addition, since the corner portion hardly contributes to PM collection, the PM collection rate can be maintained at the same level as before.
本発明の排ガス浄化フィルタでは、少なくとも一つのセル又は少なくとも流入側セルの少なくとも一つのコーナ部に、軸方向に延びる凹部が形成されている。軸方向に垂直な断面において、凹部の径はフィルタ隔壁の一辺の長さの50%以内とすることが望ましい。凹部の径がフィルタ隔壁の一辺の長さの50%を超えると、凹部がフィルタ隔壁に占める面積が大きくなり、結果的にフィルタ隔壁が薄くなってPM捕集率が低下するようになる。凹部の径は、フィルタ隔壁の一辺の長さの20%程度とするのが最適である。この凹部の存在により、セル開口面積が増大し圧損が低下する。 In the exhaust gas purification filter of the present invention, a recess extending in the axial direction is formed in at least one cell or at least one corner of the inflow side cell. In the cross section perpendicular to the axial direction, the diameter of the recess is preferably within 50% of the length of one side of the filter partition. When the diameter of the recess exceeds 50% of the length of one side of the filter partition wall, the area occupied by the recess in the filter partition wall increases, and as a result, the filter partition wall becomes thin and the PM collection rate decreases. The diameter of the recess is optimally about 20% of the length of one side of the filter partition wall. Due to the presence of this recess, the cell opening area increases and the pressure loss decreases.
凹部は、少なくとも流入側セルの全部のコーナ部に形成することが好ましい。また流出側セルの少なくとも一つのコーナ部に形成することも好ましく、流出側セルの全部のコーナ部に形成してもよい。なお凹部の断面形状は特に制限されないが、強度あるいは破損の面からはエッジの無い断面円弧状とするのが好ましい。また凹部は、軸方向にフィルタ隔壁の長さ分だけ連続しているのが望ましいが、分断されていてもよいし、フィルタ隔壁の軸方向に部分的に形成されていてもよい。 The concave portion is preferably formed at least in all corner portions of the inflow side cell. Moreover, it is preferable to form in the at least 1 corner part of an outflow side cell, and you may form in all the corner parts of an outflow side cell. The cross-sectional shape of the recess is not particularly limited, but it is preferably a cross-sectional arc shape having no edge in terms of strength or damage. The recess is preferably continuous in the axial direction by the length of the filter partition wall, but may be divided or partially formed in the axial direction of the filter partition wall.
本発明の排ガス浄化フィルタは、多孔質のフィルタ隔壁で区画された多数のセルをもつハニカム基材からなるストレートフロー構造のものとしてもよいし、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するフィルタ隔壁と、からなるウォールフロー構造とすることも好ましい。この排ガス浄化フィルタは、コーディエライト、炭化ケイ素などの耐熱性セラミックスから製造することができる。例えばコーディエライト粉末を主成分とする粘土状のスラリーを調製し、それを押出成形などで成形し、焼成する。凹部は、この押出成形と同時に形成するのが好ましい。コーディエライト粉末に代えて、アルミナ、マグネシア及びシリカの各粉末をコーディエライト組成となるように配合することもできる。ウォールフロー構造のフィルタの場合は、その後、一端面のセル開口を同様の粘土状のスラリーなどで市松状などに目封じし、他端面では一端面で目封じされたセルに隣接するセルのセル開口を目封じする。その後焼成などで目封じ材を固定することでハニカム構造の排ガス浄化フィルタを製造することができる。 The exhaust gas purification filter of the present invention may have a straight flow structure made of a honeycomb base material having a large number of cells partitioned by porous filter partition walls, or an inflow side cell clogged on the exhaust gas downstream side; It is also preferable to adopt a wall flow structure including an outflow side cell adjacent to the inflow side cell and clogged on the exhaust gas upstream side, and a filter partition wall that partitions the inflow side cell and the outflow side cell. This exhaust gas purification filter can be manufactured from heat-resistant ceramics such as cordierite and silicon carbide. For example, a clay-like slurry containing cordierite powder as a main component is prepared, and the slurry is formed by extrusion or the like and fired. The recess is preferably formed simultaneously with the extrusion molding. Instead of cordierite powder, powders of alumina, magnesia and silica can be blended so as to have a cordierite composition. In the case of a wall flow structure filter, the cell opening of one end surface is then sealed in a checkered pattern with the same clay-like slurry, and the cell of the cell adjacent to the cell sealed at the one end surface at the other end surface. Seal the opening. Thereafter, the honeycomb structure exhaust gas purification filter can be manufactured by fixing the plugging material by firing or the like.
なおセル形状あるいは流入側セル及び流出側セルの形状は、断面三角、断面四角、断面六画などの断面多角形状とされる。例えば断面四角形状あるいは断面六画形状のセル形状の場合には、凹部は少なくとも互いに対向するコーナ部にそれぞれ形成することが望ましい。これにより押出成形時あるいは焼成時に作用する応力が均等になり、歪みが残留するのを抑制することができる。 The cell shape or the shape of the inflow side cell and the outflow side cell is a polygonal shape such as a triangular cross-section, a square cross-section, and six cross-sections. For example, in the case of a cell shape having a quadrangular cross section or a hexagonal cross section, it is desirable to form the recesses at least in the corner portions facing each other. Thereby, the stress which acts at the time of extrusion molding or baking becomes uniform, and it can suppress that distortion remains.
またフィルタ隔壁に空孔を形成するには、上記したスラリー中にカーボン粉末、木粉、澱粉、樹脂粉末などの可燃物粉末などを混合しておき、可燃物粉末が焼成時に消失することで空孔を形成することができ、可燃物粉末の粒径及び添加量を調整することで空孔の粒径と気孔率を制御することができる。この空孔によりセルどうしあるいは流入側セルと流出側セルは互いに連通し、PMは空孔内に捕集されるが気体は隣接するセルへ、あるいは流入側セルから流出側セルへと空孔を通過可能となる。 In order to form pores in the filter partition, carbon powder, wood powder, starch, resin powder, and other combustible powders are mixed in the above-mentioned slurry, and the combustible powder disappears during firing. The pores can be formed, and the particle size and porosity of the pores can be controlled by adjusting the particle size and addition amount of the combustible powder. These vacancies allow the cells to communicate with each other or the inflow side cell and the outflow side cell, and PM is trapped in the vacancies, but gas is trapped in the adjacent cell or from the inflow side cell to the outflow side cell. It can pass.
フィルタ隔壁の気孔率は、50〜70%であることが望ましい。気孔率がこの範囲にあることで、触媒層を 100〜 200g/L形成しても圧損の上昇を抑制することができ、強度の低下もさらに抑制することができる。そしてPMをさらに効率よく捕集することができる。 The porosity of the filter partition wall is desirably 50 to 70%. When the porosity is in this range, an increase in pressure loss can be suppressed even when the catalyst layer is formed at 100 to 200 g / L, and a decrease in strength can be further suppressed. And PM can be collected more efficiently.
本発明の排ガス浄化用触媒は、本発明の排ガス浄化フィルタのフィルタ隔壁に触媒層を形成してなるものである。触媒層は、フィルタ隔壁表面のみでもよいが、フィルタ隔壁の内部の空孔表面にも形成することが望ましい。フィルタ隔壁表面に形成することで、凹部表面にも触媒層が形成される。凹部の存在によって、凹部をもたない従来のフィルタに比べてフィルタ隔壁の表面積が増大しているので、触媒層の表面積も従来より増大し、浄化活性が向上する。 The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is formed by forming a catalyst layer on the filter partition wall of the exhaust gas purifying filter of the present invention. The catalyst layer may be formed only on the surface of the filter partition wall, but is preferably formed also on the surface of the pores inside the filter partition wall. By forming on the filter partition surface, a catalyst layer is also formed on the concave surface. Due to the presence of the recess, the surface area of the filter partition is increased as compared with the conventional filter having no recess, so that the surface area of the catalyst layer is also increased as compared with the conventional filter and the purification activity is improved.
この触媒層は、多孔質酸化物に触媒金属を担持してなるものである。多孔質酸化物は触媒金属の担体として機能するものであり、 Al2O3、ZrO2、CeO2、TiO2、SiO2などの酸化物の少なくとも一種、あるいはこれらの複数種からなる複合酸化物を用いることができる。 This catalyst layer is formed by supporting a catalyst metal on a porous oxide. The porous oxide functions as a catalyst metal carrier, and is a composite oxide composed of at least one of oxides such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 , TiO 2 , SiO 2 , or a plurality of these. Can be used.
触媒層を形成するには、多孔質酸化物粉末をアルミナゾルなどのバインダ成分及び水とともにスラリーとし、そのスラリーをセル隔壁に付着させた後に焼成してコート層を形成し、そのコート層に触媒金属を担持すればよい。また多孔質酸化物粉末に予め触媒金属を担持した触媒粉末からスラリーを調製し、それを用いてコート層を形成することもできる。スラリーをフィルタ隔壁に付着させるには通常の浸漬法を用いることができるが、エアブローあるいは吸引によって、フィルタ隔壁の空孔に強制的にスラリーを充填するとともに、空孔内に入ったスラリーの余分なものを除去することが望ましい。 In order to form the catalyst layer, the porous oxide powder is made into a slurry together with a binder component such as alumina sol and water, and the slurry is attached to the cell partition wall and then baked to form a coat layer. May be carried. It is also possible to prepare a slurry from a catalyst powder in which a catalyst metal is previously supported on a porous oxide powder and to use it to form a coat layer. The usual dipping method can be used to adhere the slurry to the filter partition wall, but the air is forcedly filled into the pores of the filter partition wall by air blow or suction, and the excess slurry contained in the pores is filled. It is desirable to remove things.
この場合のコート層あるいは触媒層の形成量は、排ガス浄化フィルタ1Lあたり 100〜 200gとすることが好ましい。コート層あるいは触媒層が 100g/L未満では、触媒金属の耐久性の低下が避けられず、 200g/Lを超えると圧損が高くなりすぎて実用的ではない。 In this case, the formation amount of the coat layer or the catalyst layer is preferably 100 to 200 g per 1 L of the exhaust gas purification filter. If the coat layer or the catalyst layer is less than 100 g / L, a decrease in the durability of the catalyst metal is unavoidable, and if it exceeds 200 g / L, the pressure loss becomes too high to be practical.
触媒層に含まれる触媒金属は、例えば触媒反応によってPMの酸化を促進するものを用いることができる。このような触媒金属としては、少なくともPt、Rh、Pdなどの白金族の貴金属から選ばれた一種あるいは複数種を用いることが好ましい。貴金属の担持量は、排ガス浄化フィルタ1リットルあたり1〜5gの範囲とすることが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなってしまう。また貴金属を担持するには、貴金属の硝酸塩などを溶解した溶液を用い、吸着担持法、含浸担持法などによって担持させることができる。 As the catalyst metal contained in the catalyst layer, for example, a metal that promotes the oxidation of PM by a catalytic reaction can be used. As such a catalyst metal, it is preferable to use at least one selected from platinum group noble metals such as Pt, Rh, and Pd. The amount of the precious metal supported is preferably in the range of 1 to 5 g per liter of the exhaust gas purification filter. If the loading amount is less than this, the activity is too low to be practical, and if the loading amount exceeds this range, the activity is saturated and the cost is increased. In order to support the noble metal, a solution in which a nitrate of noble metal is dissolved can be used and supported by an adsorption support method, an impregnation support method, or the like.
触媒層は、アルカリ金属,アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれるNOx 吸蔵材を含むことが好ましい。触媒層にNOx 吸蔵材を含めば、触媒金属による酸化によって生成したNOx をNOx 吸蔵材に吸蔵できるので、NOx の浄化活性が向上する。このNOx 吸蔵材としては、K,Na,Cs,Liなどのアルカリ金属、Ba,Ca,Mg,Srなどのアルカリ土類金属、あるいはSc,Y,Pr,Ndなどの希土類元素から選択して用いることができる。中でもNOx 吸蔵能に長けたアルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくとも一種を用いることが望ましい。 The catalyst layer preferably contains a NO x storage material selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements. If including the NO x storage material in the catalyst layer, since the NO x produced by the oxidation by the catalyst metal can be occluded in the NO x storage material, thereby improving the purification activity of NO x. This NO x storage material is selected from alkali metals such as K, Na, Cs and Li, alkaline earth metals such as Ba, Ca, Mg and Sr, or rare earth elements such as Sc, Y, Pr and Nd. Can be used. In particular, it is desirable to use at least one of alkali metals and alkaline earth metals that have excellent NO x storage ability.
このNOx 吸蔵材の担持量は、排ガス浄化フィルタ1リットルあたり0.15〜0.45モルの範囲とすることが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持すると貴金属を覆って活性が低下するようになる。またNOx 吸蔵材を担持するには、酢酸塩、硝酸塩などを溶解した溶液を用い、含浸担持法などによってコート層に担持すればよい。また多孔質酸化物粉末に予めNOx 吸蔵材を担持しておき、その粉末を用いて触媒層を形成することもできる。 The amount of the NO x storage material supported is preferably in the range of 0.15 to 0.45 mol per liter of the exhaust gas purification filter. If the loading is less than this, the activity is too low to be practical, and if the loading is more than this range, the noble metal is covered and the activity decreases. In order to support the NO x storage material, a solution in which acetate, nitrate or the like is dissolved may be used and supported on the coat layer by an impregnation support method or the like. The advance carries advance the NO x storage material on the porous oxide powders, it is also possible to form the catalyst layer by using the powder.
また触媒層は、低温でNOx を吸着し高温でNOx を放出するNOx 吸着材を含むことも好ましい。低温域では排ガス中のNOはNO2 としてNOx 吸着材に吸着され、高温域ではNOx 吸着材からNO2 が脱離し、脱離したNO2 によってPMの酸化浄化が促進される。このNOx 吸着材としては、ジルコニアに貴金属を担持した粉末、あるいはCeO2に貴金属を担持した粉末などを用いることができる。 The catalyst layer preferably also contains a NO x adsorbent that adsorbs NO x at a low temperature and releases NO x at a high temperature. The NO in the exhaust gas low temperature region is adsorbed on the NO x adsorption material as NO 2, NO 2 is released from the NO x adsorption material is in a high temperature region, oxidized and purified of PM by desorbed NO 2 is promoted. As this NO x adsorbent, a powder in which a noble metal is supported on zirconia or a powder in which a noble metal is supported on CeO 2 can be used.
触媒層は、凹部の部位の厚さが凹部以外の部位の厚さより厚くなるように形成することが望ましい。これにより触媒層によってコーナ部を補強することができ、従来と同等以上の強度を維持することができる。さらに凹部に形成された厚い触媒層によって、NOx 吸蔵材の担持量を多くすることができ、NOx 吸蔵量が増大するためNOx 浄化性能が向上する。 It is desirable to form the catalyst layer so that the thickness of the concave portion is larger than the thickness of the portion other than the concave portion. Thereby, a corner part can be reinforced with a catalyst layer and the intensity | strength equal to or more than before can be maintained. Furthermore a thick catalyst layer formed in the recess, NO x it is possible to increase the loading amount of storage material, NO x storage amount the NO x purification performance is improved to increase.
凹部の部位の厚さが凹部以外の部位の厚さより厚くなるように触媒層を形成するには、通常のウォッシュコート法でもコーナ部の肉厚が大きくなる傾向にはあるが、粒径の細かい多孔質酸化物を用いて触媒層を形成した後に、粒径の大きな多孔質酸化物を用いてコーナ部のみに触媒層を形成する方法を用いることも好ましい。 In order to form the catalyst layer so that the thickness of the concave portion is thicker than the thickness of the portion other than the concave portion, the thickness of the corner portion tends to be increased even with a normal washcoat method, but the particle size is small. It is also preferable to use a method in which after forming the catalyst layer using the porous oxide, the catalyst layer is formed only in the corner portion using the porous oxide having a large particle size.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
図1に本実施例のフィルタ触媒を示す。このフィルタ触媒1は、図2(a) に示すように、排ガス下流側で目詰めされた流入側セル10と、流入側セル10に隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セル11と、流入側セル10と流出側セル11を区画するフィルタ隔壁12と、からなる市販の DPFを用いている。この DPFは、体積2リットル、セル数 300cell/inch2(46.5cell/cm2)、フィルタ隔壁12の厚さ 0.3mm、気孔率60%であり、流入側セル10及び流出側セル11の断面形状は一辺1.17mmの正方形である。
Example 1
FIG. 1 shows the filter catalyst of this example. As shown in FIG. 2 (a), the
この DPFの流入側セル10及び流出側セル11のコーナ部を切削し、図2(b) に示すように幅 0.2mm、深さ0.07mmの断面円弧状の凹部13を形成した。
The corners of the
次に Al2O3粉末、TiO2粉末、ZrO2粉末、CeO2粉末、アルミナゾル及びイオン交換水からなるスラリーを調製し、固形分粒子の平均粒径が1μm以下となるようにミリングした。そして凹部13が形成された DPFをこのスラリーに浸漬してセル内部にスラリーを流し込み、引き上げて浸漬側と反対側の端面から吸引することで余分なスラリーを除去し、通風乾燥後 450℃で2時間焼成した。この操作は2回行われ、流入側セル10及び流出側セル11にほぼ同量のコート層が形成されるように調整した。コート量は、フィルタ1の1リットルあたり75gである。コート層は、流入側セル10及び流出側セル11の表面及び細孔内に形成されている。
Next, a slurry composed of Al 2 O 3 powder, TiO 2 powder, ZrO 2 powder, CeO 2 powder, alumina sol and ion-exchanged water was prepared and milled so that the average particle size of the solid particles was 1 μm or less. Then, the DPF in which the
その後、所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸塩の水溶液の所定量を含浸させ、乾燥・焼成して、コート層にPtを担持し、図2(c) に示すように触媒層2を形成した。触媒層2は、流入側セル10及び流出側セル11と同様に、凹部13にも形成されている。Ptの担持量は、フィルタ触媒1の1リットルあたり2gである。
Thereafter, a predetermined amount of an aqueous solution of dinitrodiammine platinum nitrate having a predetermined concentration was impregnated, dried and baked, and Pt was supported on the coating layer to form a catalyst layer 2 as shown in FIG. 2 (c). Similarly to the
(実施例2)
実施例1と同様の凹部13が形成された DPFを用い、コート量を 200g/Lとしたこと以外は実施例1と同様にしてコート層を形成した。
(Example 2)
A coating layer was formed in the same manner as in Example 1 except that DPF having the
そして実施例1と同様にPtを担持した後、Li、Ba及びKの各硝酸塩を用いて、コート層にさらにNOx 吸蔵材を担持した。Liは 0.3モル/L、Baは0.05モル/L、Kは 0.025モル/L担持された。 And after carrying Similarly Pt as in Example 1, Li, using nitrates of Ba and K, and further carrying the NO x storage material in the coating layer. Li was 0.3 mol / L, Ba was 0.05 mol / L, and K was 0.025 mol / L.
(実施例3)
実施例1と同様の凹部13が形成された DPFを用い、同様にしてコート層20を形成した。次に Al2O3粉末、TiO2粉末、ZrO2粉末、CeO2粉末、アルミナゾル及びイオン交換水からなり、固形分粒子の平均粒径が3〜4μmとなるようにミリングされたスラリーを用い、コート層20が形成された DPFをこのスラリーに浸漬し引き上げて余分なスラリーを浸漬側端面から吸引除去した後、通風乾燥後 450℃で2時間焼成した。この操作は2回行われ、流入側セル10及び流出側セル11にほぼ同量のコート層が形成されるように調整した。2回目のコート量は、フィルタ触媒1の1リットルあたり30gである。2回目のコート層3は、図3に示すように、主に凹部13の表面に形成された。
(Example 3)
The
次いで実施例2と同様にして、Pt、Li、Ba及びKを担持した。 Next, Pt, Li, Ba and K were supported in the same manner as in Example 2.
(比較例1)
凹部13を形成しないこと以外は実施例1と同様の DPFを用い、コート層を形成せず、触媒金属も担持しなかった。
(Comparative Example 1)
A DPF similar to that of Example 1 was used except that the
(比較例2)
凹部13を形成しないこと以外は実施例1と同様の DPFを用い、実施例1と同様にしてコート層を形成しPtを担持した。
(Comparative Example 2)
Using the same DPF as in Example 1 except that the
(比較例3)
凹部13を形成しないこと以外は実施例1と同様の DPFを用い、実施例2と同様にしてコート層を形成しPt、Li、Ba及びKを同様に担持した。
(Comparative Example 3)
A DPF similar to that in Example 1 was used except that the
<試験・評価>
各実施例及び各比較例のフィルタ触媒を大気中にて 650℃で50時間保持する耐久試験を行い、その後ディーゼルエンジンの排気管にそれぞれ装着した。そしてエンジン回転数2450rpm×35Nm、リーン定常入りガス温度 250℃の条件にて運転し、スートの捕集率と圧損を測定した。また入りガス温度を 350℃に設定し、1時間運転後のスート残存量を測定してスート酸化率を算出した。
<Test and evaluation>
An endurance test was conducted in which the filter catalyst of each Example and each Comparative Example was held in the atmosphere at 650 ° C. for 50 hours, and then mounted on the exhaust pipe of a diesel engine. The engine was operated at an engine speed of 2450 rpm × 35 Nm and a lean steady gas temperature of 250 ° C., and the soot collection rate and pressure loss were measured. The soot oxidation rate was calculated by setting the inlet gas temperature to 350 ° C. and measuring the residual amount of soot after 1 hour of operation.
また実施例2〜3及び比較例3のフィルタ触媒について、入りガス温度を 300℃に設定し、軽油を10秒毎に 0.1秒、 A/Fが14.2になるようにスパイク的に排ガス中に噴射し、その条件下でのNOx 浄化率をそれぞれ測定した。 For the filter catalysts of Examples 2 and 3 and Comparative Example 3, the input gas temperature is set to 300 ° C., light oil is injected into the exhaust gas in a spike so that 0.1 seconds every 10 seconds and A / F becomes 14.2. The NO x purification rate under these conditions was measured.
さらに、各フィルタ触媒から10mm×10mm× 100mmの角柱を切り出し、4点曲げ試験により曲げ強度を測定した。 Further, a 10 mm × 10 mm × 100 mm prism was cut from each filter catalyst, and the bending strength was measured by a four-point bending test.
それぞれの結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.
実施例1のフィルタ触媒は、凹部13を形成したことにより、比較例2のフィルタ触媒に比べて端面開口率が約7%増大し、セル表面積が約17%増大している。そのため表1に示すように、比較例2のフィルタ触媒に比べて圧損が低下するとともに、スート酸化率が向上している。また実施例1〜3のフィルタ触媒におけるスートの捕集率は、比較例1〜3と同等であり、高率を維持している。すなわち凹部13の存在は、スートの捕集率に影響しないことがわかる。
In the filter catalyst of Example 1, the
また凹部13の存在により、触媒層を形成しない場合には比較例1のフィルタ触媒に比べて曲げ強度が低下することは自明であり、触媒層をもつ実施例1と比較例2とを比較しても、凹部13の存在によって曲げ強度が低下していることがわかる。しかし、実施例1のフィルタ触媒は比較例1より曲げ強度が増大していることから、触媒層を形成することで曲げ強度が増大していることが明らかであり、使用上の問題は無い。
Further, it is obvious that the bending strength is lower than that of the filter catalyst of Comparative Example 1 when the catalyst layer is not formed due to the presence of the
さらに触媒層が厚い実施例2と比較例2を比較しても、実施例2のフィルタ触媒は比較例2のフィルタ触媒に比べて圧損が低くスート酸化率が高い。これは、凹部13を形成したことによる効果であることが明らかである。
Further, even when Example 2 and Comparative Example 2 having a thick catalyst layer are compared, the filter catalyst of Example 2 has a lower pressure loss and a higher soot oxidation rate than the filter catalyst of Comparative Example 2. This is clearly the effect of forming the
そして実施例2〜3のフィルタ触媒は比較例3のフィルタ触媒に比べて高いNOx 浄化性能を示し、これは凹部13によって触媒層の面積及び体積が増大したことによる効果である。また実施例3のフィルタ触媒は、実施例2のフィルタ触媒に比べて圧損が低い。これは、実施例3は実施例2に比べてフィルタ隔壁12の触媒層の量が少ないためであるが、スート酸化率は実施例2のフィルタ触媒に比べて向上していることから、フィルタ隔壁12の触媒層の量が少ないことによる性能低下分を凹部13に形成された厚肉の触媒層が補っていることがわかる。また凹部13の触媒層をさらに厚くすることで、曲げ強度がさらに増大していることもわかる。
The filter catalysts of Examples 2 to 3 show higher NO x purification performance than the filter catalyst of Comparative Example 3, which is an effect due to the area and volume of the catalyst layer being increased by the
本発明の排ガス浄化フィルタ及び排ガス浄化用触媒は、ウォールフロー構造のハニカム基材を用いる場合に特に有効である。しかしストレーロフロー構造のハニカム基材であっても、高気孔率のセル壁を用いてセル壁内も反応場に用いるものであれば、本発明を利用することが可能である。 The exhaust gas purification filter and exhaust gas purification catalyst of the present invention are particularly effective when a honeycomb substrate having a wall flow structure is used. However, even if the honeycomb substrate has a streroflow structure, the present invention can be used as long as the cell wall having a high porosity is used for the reaction field.
さらに通常のハニカム基材においても、セル格子のコーナ部でコート層が厚くなるのを防止する場合に本発明を利用すれば、強度を確保しつつ圧損低減と浄化性能の向上を図ることができる。 Furthermore, even in a normal honeycomb substrate, if the present invention is used to prevent the coating layer from becoming thick at the corners of the cell lattice, pressure loss can be reduced and purification performance can be improved while ensuring strength. .
1:フィルタ触媒 2:触媒層 3:第2のコート層
10:流入側セル 11:流出側セル 12:フィルタ隔壁
13:凹部 20:第1のコート層
1: Filter catalyst 2: Catalyst layer 3: Second coat layer
10: Inflow side cell 11: Outflow side cell 12: Filter partition
13: Recess 20: First coat layer
Claims (6)
多孔質のフィルタ隔壁で区画された多数のセルをもつハニカム基材からなり、少なくとも一つの該セルの少なくとも一つのコーナ部には、軸方向に延びる凹部を有することを特徴とする排ガス浄化フィルタ。 An exhaust gas purification filter for purifying exhaust gas containing particulates discharged from an internal combustion engine,
An exhaust gas purification filter comprising a honeycomb base material having a large number of cells partitioned by porous filter partition walls, wherein at least one corner portion of at least one of the cells has a recess extending in the axial direction.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004351271A JP2006159020A (en) | 2004-12-03 | 2004-12-03 | Filter and catalyst for purification of exhaust gas |
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