JP2006513856A - 触媒性フィルターおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

触媒性フィルター、およびフィルター媒体の上に触媒を配置するための方法であって、その方法には、濾過プロセスにおいて触媒反応を受けるべき物質が接触するであろう前記フィルター媒体の位置に、触媒を配置することが含まれる。この触媒性フィルターは、気体状媒体の中に触媒物質と液体を含む触媒系を分散させて気体状触媒分散体を形成させ、その気体状触媒分散体を前記フィルター媒体の中に流入させて、それにより、その気体状媒体を前記フィルター媒体を通過して流し、その触媒物質と液体の少なくとも一部をフィルター媒体の表面上に堆積させることによって、製造する。

Description

本発明は、フィルター、詳しくはエンジン排気のためのフィルター、より詳しくはエンジン排気のための触媒を含むフィルター、すなわち、「触媒性フィルター（ｃａｔａｌｙｚｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ）」に関する。本発明はさらに、触媒性フィルターを調製するための方法、およびそのようなフィルターに有用な触媒系に関する。この開示においては、ディーゼルエンジン排気フィルターの文脈により本発明を論じてはいるが、本発明をそれに限定する意図がある訳ではない。

触媒成分を含むフィルターの商業的および工業的使用については、一般に周知である。そのような用途およびそのようなフィルターの例は多く存在しているが、１つの例を挙げれば、ディーゼル燃料排気流れから物質（たとえば、微粒子および気体状化合物）を除去したり、反応させたりするために触媒含有フィルターを使用するものである。

典型的にはディーゼルエンジンからは、すす状であるか、さもなくば有害な排気を放出するが、そのようなものは、その排気から望ましくない物質（たとえば、すす粒子）を除去するための、濾過システムを使用することによって、清浄化することができる。そのようなフィルターは、エンジンにより排出されたすす粒子を捕捉し、それによって、粒子が大気中に出ることを防止する。そのようなフィルターによって捕捉されたすすは、時間の経過とともに蓄積し、そのために排気ガスの背圧が高くなって、エンジンの性能が低下してしまう。微粒子物質が蓄積したフィルターは、定期的に取り替えるかまたは再生させなければならない。そのようなフィルターの多くのものは、急速に、たとえばディーゼル乗用車の場合には、たった２００キロメートル運転しただけでも目詰まりを起こすが、一般的な用途において、目詰まりをしたフィルターを取り替えるのは実用的ではない。フィルターを清浄に保つための好ましい方法は、フィルターを定期的に再生させることである（すなわち、フィルターを取り出さずに、捕捉されたすすを除去する）。

触媒性フィルターを再生させるための公知の技術がいくつかある。１つの技術では、排気ガスの温度を上げて、フィルター媒体の中に捕捉されたすすを定期的に燃焼させる。このことは、追加の燃料を導入たとえば、フィルターのすぐ上流側にガスバーナーを設けることにより、実施することができる。別な方法では、フィルター媒体の上にコーティングした触媒物質を使用する。さらに別な方法では、すすの酸化温度を低下させるための、触媒性添加物を含んだ燃料を用いる。最後に、いくつかの技術では、濾過媒体に接触させた電気加熱要素を使用する。たとえば、米国特許第５，２５８，１６４号明細書（ブルーム（Ｂｌｏｏｍ）ら）、同第５，０４９，６６９号明細書（スミス（Ｓｍｉｔｈ）ら）、同第５，２２４，９７３号明細書（ホッペンシュテット（Ｈｏｐｐｅｎｓｔｅｄｔ））、欧州特許出願第０ ５４３ ０７５Ａ１号明細書などを参照されたい。これら各種の技術を組み合わせて使用することも可能である。

米国特許第４，９６６，８７３号明細書、同第５，３２０，９９８号明細書、および同第５，６１０，１１７号明細書には、各種のタイプの化学触媒系および各種のフィルター媒体が記載されている。そのフィルター媒体には、たとえばセラミック材料、たとえば押出しセラミックまたはセラミックフォーム；コアの上に巻いた天然または合成繊維；不織布材料；紙またはその他の不織布材料でたとえば、ひだ付きの紙フィルター；またはその他の材料などを含んでいてもよい。触媒をフィルターの中に組み込むこともできる。フィルターに微粒子物質が付着してきた場合には、触媒の存在下でその微粒子物質を、排気流れの中の酸化剤たとえば酸素と反応させてその微粒子物質を分解させることによって、そのフィルターを再生させる。反応を促進させるために、加熱要素、たとえば電気またはその他のタイプのヒーターを用いて、フィルター、微粒子物質、および触媒を加熱することができる。

触媒のフィルター媒体への有用あるいは改良された適用ができるような方法を見出す点で、改良の余地がある。さらに、新規で有用なフィルター媒体を見出す余地もある。

本発明は、触媒性フィルター媒体の製造、得られた触媒化フィルター媒体、およびそのような媒体を製造するために使用される触媒系に向けられている。本発明における触媒性フィルター媒体の製造方法には、フィルター媒体たとえば、内燃機関の排気系において使用されるフィルター媒体の選択された表面の上に、触媒物質を塗布または堆積させることが含まれる。本明細書で使用するとき、「フィルター媒体」とは、多孔質媒体または物体であって、気体状媒体が、１つまたは複数の入口表面を通ってその多孔質物体の中に入り、１つまたは複数の出口表面を通ってその多孔質物体から出ていくことが可能なように設計された、あるいは可能であるようなものと定義される。さらに、「多孔質媒体」という用語は、気体がその中を通過できるような、充分に多孔質な媒体を指す。少なくともその最終的な形態においては、フィルター媒体は、濾過される物質が、気体状媒体と共に、１つまたは複数の入口表面を通ってその多孔質物体の中に入ることはできるが、その濾過される物質の全部または少なくとも一部が、気体状媒体と共に、１つまたは複数の出口表面を通って多孔質物体から出て行くことは許さないようなものである。本明細書で使用するとき、「濾過される物質」とは、フィルター媒体（たとえば、触媒系）によって気体状媒体から濾過される物質である。１つの実施形態においては、このフィルター媒体は、エンジン排気において使用するのに適した設計と組成を有している（すなわち、作動可能にとりつけられ、耐久性がある）。そのようなフィルター媒体には通常、無機材料たとえば、セラミック材料たとえば耐火性セラミック材料が用いられる。

フィルター媒体と共に使用することに加えて、本発明では、各種の多孔質媒体ならびに、多孔質媒体、たとえば、内燃機関の排気系における触媒コンバータのための触媒要素として使用される多孔質媒体の選択された表面上に触媒物質を塗布または堆積させるための方法を目的とすることも、意図されている。本発明を、フィルター媒体として使用することもできるが、実際には触媒要素としてだけ使用されているような、多孔質媒体に適用することもまた、意図されている。したがって、フィルター媒体に関連して本明細書に開示されていることのいくつか、またはほとんど、または全部が、充分に多孔質な媒体にも同様に適用できることも、意図されている。本発明はさらに、少なくとも触媒物質と、場合によっては付着性成分を含む触媒系もまた目的としている。本発明の触媒系には、付着性成分の存在下または非存在下において、キャリヤー液体と触媒物質とを含むのが好ましい。そのような触媒系における触媒物質には、触媒物質含有液滴、または湿潤状態の触媒物質粒子が含まれていてもよい。本明細書で使用するとき、「触媒物質」という用語は、触媒、さらには、触媒を形成するための触媒前駆体、およびそれらの組合せを指す。その触媒物質は、固体形状であっても、あるいは溶解された形状であってもよい。付着性成分と触媒前駆体の一方または両方を、キャリヤー液体に溶解させることができる。フィルター媒体上に触媒物質を塗布するための従来技術に伴う具体的な問題点は、これまでに明らかになっている。

フィルターの中に流れ込んでくる微粒子状排気物質（たとえば、すす粒子）またはその他の排出物質（たとえば、ＮＯ_xガス）と反応（たとえば酸化または分解）を実施させるための触媒性フィルターにおいては、排気物質は、フィルター媒体だけではなく、フィルター媒体中の触媒と接触させねばならない。排気物質は通常、フィルター媒体を通過する排気の流れやフィルターおよびフィルター媒体の構造に応じて、フィルター媒体表面または内部の特定の位置だけで、捕捉されたり、堆積されたり、接触させられたりする。比較的大きなスケールの場合、微粒子物質は、フィルターの異なった位置または領域で捕捉、蓄積されるが、それがたとえば、入口表面であったり、その近くであったりする。この一般的な粒子の蓄積分布（または濃度プロフィール）は、フィルター媒体や粒子系が異なれば、異なってくる。小さなスケールの場合で考えると、フィルター媒体の小さな表面において、たとえば、フィルター媒体の中に入ってくるであろう微粒子物質のサイズ枠や、フィルター媒体の構造のサイズにおいては、フィルター媒体の中へ入りそして通過していく微粒子物質の流れの性質が、微粒子物質がフィルター媒体構造のある表面とは接触するが、他の部分とは接触しないということを起こす原因となるであろう。触媒作用を受けるべき物質と接触がないであろう位置、たとえば、使用時に微粒子物質が捕捉されず、堆積されないような位置にあるフィルター媒体の上の触媒物質は、無駄となる可能性があるが、その理由は、そのような触媒物質は一般に微粒子物質と接触することがなく、その結果、反応に触媒作用を与えるという目的を果たすことができなくなるからである。

したがって、フィルター媒体のある部分で、蓄積が起きたり、および／または、使用時に微粒子状排気物質による接触、気体状排気物質（たとえば、ＮＯ_xなど）による接触、またはその両方が起きたりするであろう。フィルター媒体のある表面では、使用時に、排気物質（たとえば、捕捉微粒子物質）と直接に接触することになろう。排気物質（たとえば、微粒子物質、ＮＯ_xなど）との反応に効果的に触媒作用を及ぼすためには、触媒物質は、触媒作用を受けるべき排気物質（たとえば、微粒子物質、ＮＯ_xなど）が蓄積または接触するフィルター媒体の部分に位置していなければならない。それらの部分の中でも、触媒は、触媒作用を受けるべき物質が接触する、たとえば捕捉されるであろう特定の表面に位置しているべきである。排気物質の通路とはならないであろう、フィルター媒体の他の部分または表面上に位置している触媒は、触媒としては機能しない場所にあり、無駄である。

触媒を飽和湿潤法により（たとえば、浸漬法またはスプレー法により）フィルター媒体に塗布する場合、その外側表面部分は一般に差別なく触媒でコーティングされるか、または、触媒によりフィルター媒体が飽和されるようになって、それにより、フィルター媒体の各所の構造表面が、コーティングを塗布したフィルター媒体の構造表面全体に堆積した触媒の実質的に均質な濃度で、差別なくコーティングされる。このことは、触媒をフィルター媒体の外側表面上にだけスプレーした場合でも、あるいは、フィルター媒体を触媒溶液の中に浸漬させてそれによってフィルター媒体を飽和させた場合でもあてはまる。フィルター媒体の、その上に触媒がコーティングされた部分では（これは、フィルター媒体の実質的に全体（たとえば、浸漬かつ飽和させた場合）、またはフィルター媒体全体の内の一部または断続的な部分（たとえば、スプレーしたり、浸漬させたりするが、飽和はさせなかった場合）ということを意味する）、触媒を乾燥させて、フィルター媒体の構造表面位置で、触媒を実質的に均質な濃度とすることができる。そのような、触媒塗布における非選択的な方法によれば、使用時にフィルター媒体の中に流れ込んでくる排気物質による接触がないであろうフィルター表面も、使用時に排気物質と接触するであろうフィルター位置における触媒の濃度と同等の触媒濃度で塗布されている。したがって、このような非選択的に触媒が配置される技術は、無駄が多い。さらに、飽和湿潤法では、ディーゼルのすすを酸化させるような場合であって、ディーゼルのすすが集まる表面上で最高の酸化活性となるのが望ましいような場合には、非常に微細な触媒粒子を使用するのは、効果的ではない。その理由は、そのような微細な触媒粒子はフィルター媒体の中へ移行する可能性があり、細孔や、ディーゼルのすすが集積されないであろうフィルターの領域の中に留まることになるからである。

特定のフィルター媒体、たとえば、繊維巻付けフィルター媒体、セラミック繊維ベースの紙フィルター媒体などでは、それらに特有な、また別な関連問題が起きる。たとえば、繊維巻付けフィルター媒体は典型的には、好ましくは、たとえばヤーンの形態の連続繊維を嵩高加工し、それに続けて、支持チューブの上にその繊維ヤーンを巻き付けることによって調製される。そのようなプロセスで嵩高加工を用いると、フィルター媒体の外部または「外側」部分に、顕著な量の繊維の「毛羽」が発生する可能性がある。この「毛羽」が、フィルター媒体を使用する際に、微粒子物質を捕捉してしまう可能性がある。しかしながら、触媒物質を塗布するために繊維巻付けフィルターを、触媒溶液の中に浸漬またはその他の方法で飽和させた場合、触媒溶液の高濃度分が繊維ヤーンの中に浸透し、触媒物質の内の比較的低濃度分だけが、外側の「毛羽」の部分に堆積されることになるが、この毛羽の部分こそ触媒が最も効率よく排気物質（たとえば、微粒子物質）と接触できる場所なのである。

本発明の方法の実施形態では、触媒のほとんどまたは触媒だけを、使用時に排気物質（たとえば、微粒子物質、ＮＯ_xなど）が蓄積されるようなフィルター媒体の有効表面に上か、または排気物質の接触、たとえば、捕捉、堆積またはその両方が起きるであろうフィルター媒体にまたはその近辺の位置に置くように触媒物質を塗布することによって、公知の触媒フィルターの製造技術に勝る改良を可能とすることができる。本明細書の文脈においては、フィルター媒体の「位置」または「表面」という用語は、繊維、フォームまたはセラミック構造、紙繊維などの表面のような、構造表面を意味する。このことは、排気物質が捕捉、堆積されたり、その他の方法で接触されることがないであろうフィルター媒体の場所には少量の触媒しか配置されないので、全体としてより少量の触媒しかフィルター媒体上に置く必要がなく、すなわち、浪費がないということを意味している。その結果としてのフィルターは、たとえば再生の際の排気物質の除去および触媒作用に同等または類似の効果を有しながらも、効果的な触媒機能を果たすのに必要な触媒の全体量を減らすことができる。

本発明の方法の例示的な実施形態においては、触媒物質をフィルター媒体の上に堆積させるためには、触媒物質を、懸濁、分散、その他の方法でガス（たとえば、空気、不活性ガス、各種その他適当な気体状媒体）の中に置き、それにより気体状触媒分散体を形成させる。気体状触媒分散体には、気体状媒体の中に、全体的または均一に分散されるか、その他の方法により含まれる触媒物質が含まれる（たとえば、気体状媒体の中に懸濁された触媒物質の粒子）。その気体状触媒分散体をフィルター媒体の中に流入させ、その気体状媒体がフィルター媒体を通過し、触媒物質および液体の少なくとも一部または全部が、フィルター媒体の表面上に堆積されるようにする。触媒物質を堆積させて、入口表面、出口表面、内部表面またはフィルター媒体の表面を組合せたものに、触媒が恒久的に付着されるようにすることができる。その触媒は、長期の使用に際して、活性を維持し続けるか、または再活性化することが可能なタイプとすることができる。ガス中の触媒物質は、液体によりコーティングされるか、液体により搬送されるか、またはその両方である。たとえば、フィルター媒体を通過して流れるガスの中に含まれる触媒物質は、（ａ）液滴の中に溶解させることができる、（ｂ）液滴中に懸濁させるか、分散させるかまたはその他の方法で存在させた固体微粒子の形態とすることができる、（ｃ）液体により部分的または完全にコーティングされた（すなわち、湿潤状態の）固体微粒子の形態とすることができる、（ｄ）液体により部分的または完全にコーティングされた（すなわち、湿潤状態の）固体微粒子の凝集体とすることができる、または（ｅ）それらの組合せとすることができる。その液体は、ガスの流れにより搬送され、フィルター媒体の中に捕捉またはその他の方法で堆積され、そして触媒物質がその液体の中にあるかまたは液体により搬送されることができるようなものであれば、どのような形態（たとえば、液滴）であってもよい。

触媒系にはキャリヤー液体と触媒物質を含むことができるが、付着性成分は存在させても、存在させなくてもよい。フィルター媒体を通過して流れるガスの中の触媒系が、フィルター媒体の表面と接触し、フィルターの中で接触を受けた表面の少なくとも一部、ほとんどまたは全部に、付着されるか、捕捉されるか、またはその他の方法で堆積される。フィルター媒体の中の、使用時に排気物質（たとえば、微粒子物質、ＮＯ_xなど）もまた蓄積したりおよび／または接触するような位置において触媒物質が捕捉されたりその他の方法で堆積されたりするように、このガスの流れは、使用時にフィルターが置かれる排気の流動条件に類似、またはさらには全く同一とすることができる。次いで、堆積された触媒物質を含むフィルター媒体を、か焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）、焼成（ｆｉｒｉｎｇ）またはか焼と焼成の両方を行って、触媒をフィルター媒体に恒久的に付着させることができる。

触媒性フィルター媒体を製造するための本発明の方法のその他の実施形態においては、１種または複数の液滴により搬送させること（たとえば、溶解させたり、懸濁させたり、分散させたりあるいはその他の方法で含ませたり）によって、触媒物質をガスの流れの中に含ませることができる。それらの触媒物質を含む液滴は次いで、ガスに含まれるかまたはガスにより搬送されて、フィルター媒体を通過する。気体状触媒分散体をフィルター媒体に流す前、流している間、あるいは流した後に、フィルター媒体、気体状媒体、触媒物質、液体、またはそれらの組合せを加熱しておくのが望ましい。この加熱は、反応を起こさせて、その結果、フィルター媒体の表面に堆積させた触媒物質を、所望のフィルター媒体の内側および／または外側表面の少なくとも一部、ほとんど、または全部に恒久的に付着させるのに充分なものとするのがよい。１つの具体的な実施形態においては、場合によってはその液体を、フィルター媒体の表面の上に堆積させる前か、その途中か、または直後に、（たとえば、乾燥させたり、周辺のガスの湿度を下げたりして）少なくとも部分的に乾燥させることもできる。この乾燥によって、液体の量が減るか、または液体が除去され、そのため、触媒物質が堆積された後で触媒物質が移動することを防止または少なくともかなりの程度には減らすことが可能となって、フィルター媒体上での触媒の定位を改良することができる。フィルター媒体の中の所望の位置に堆積されたキャリヤー液体の液滴を迅速に乾燥させると、その中の触媒が、触媒物質が最初に接触または堆積された位置またはその近傍に固定され、使用時に触媒が排気物質（たとえば、微粒子物質、ＮＯ_xなど）と接触する可能性が減ることが理由で触媒の効率が低下するようなフィルター上の別な場所へ、乾燥させる前に移動または移行してしまうような機会を無くす。場合によってはその触媒系には、触媒物質がフィルター媒体中の表面に接触した位置と実質的に同じかすぐ近傍のところで、その触媒物質を定着させることを容易とするための、付着性成分が含まれていてもよい。その付着性成分を選択して、触媒特性を有するようにしてもよい。さらに、触媒物質を選択して、付着性を有するようにしてもよい。

フィルター媒体中への触媒の配置には、触媒物質を含む液滴の性質によって影響を与えることができる。そのような性質としては、その液滴の液体含量（すなわち、固体対液体の比）、液滴のサイズ、液滴の密度、および液滴がぶつかったときのその液滴の粘着傾向（すなわち、その付着性）などを挙げることができる。一般には、たとえば、フィルター媒体が一定なら、大きな液滴は、小さな液滴ほどにはそのフィルター媒体の奥深くまで入っていかない傾向があるのに対して、液滴のサイズが細かい程、フィルター媒体の深いところまで浸透しやすいということが見出されている。したがって、液滴のサイズを調節することによって、ある特定の触媒物質をフィルター媒体の深いところにでも、あるいは浅いところにでも置くことができる。使用することが可能な液滴サイズとしては、約１５ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満または約２ミクロン未満の液滴を挙げることができる。さらに、より乾いた液滴（すなわち、固体対液体の比がより高い液滴）の方が、フィルター媒体の表面との最初の接触や、さらには複数回の接触の場合でも、より粘着しにくい。したがって、液滴を乾燥させる（すなわち、その液体含量を低下させる）ことによって、液滴が表面から表面へとバウンドしてフィルター媒体のより深いところまで移動してから粘着することができるようになる。

さらに、本発明の範囲内にあると考えるべきものとしては、固体触媒物質粒子をフィルター媒体の中に機械的に捕捉させることによって、フィルター媒体中に触媒を配置することがある。この配置メカニズム（すなわち、機械的捕捉）では、フィルターによって捕捉されることに関して、触媒物質粒子のサイズと形状が及ぼす効果に依存するところが大きく、フィルター媒体に対する触媒物質粒子の付着性に依存するところは小さい。この配置メカニズムは、単独でも、あるいは上述の他の触媒配置メカニズム（たとえば付着メカニズム）と組み合わせても使用することができる。

本発明における触媒系では、キャリヤー液体中に１種または複数の触媒物質を含むことができる。その触媒物質としては、具体的な用途に適した触媒となるものであれば、各種のタイプまたは化学的性質を選択することができる。その触媒は、長期の使用に際して、活性を維持し続けるか、または再活性化することが可能なタイプとすることができる。ある種の実施形態においては、触媒系には、触媒物質をフィルター媒体に付着させるのに効果のある、付着性成分を含んでいてもよい。その付着性成分は、触媒的な特性を示すものであっても、示さないものであってもよい。その付着性成分が、触媒として主として機能するようなものである場合には、付着性の触媒物質とみなすことができる。

キャリヤー液体は、ガス（たとえば、空気、不活性ガスまたは好適な気体状媒体）中に懸濁させるかまたは他の方法で配するのに適した液滴の形態をとり、そのガスをフィルター媒体を通過させて流したときにガスと共に搬送されて、その液滴がフィルター媒体に捕捉されるかまたはその他の方法で堆積されるようなものとすることができる。触媒物質、付着性成分、またはその両方を、（ａ）液滴の中に溶解されているか、（ｂ）液滴の中に懸濁またはその他の方法で分散させた固体微粒子の形態であるか、（ｃ）その液体でコーティングされた固体微粒子の形態であるか、（ｄ）液体でコーティングされた固体微粒子の凝集体であるか、または（ｅ）それらの組合せとすることができる。

液体によって、フィルター媒体の表面の１つまたは複数の箇所に接触した後で、そのような表面の上に触媒物質含有液滴の最初の付着または位置決め（すなわち、浸潤（ウエットアウト））を行わせることができる。その液滴を荷電させて、静電気的にフィルター媒体に引きつけられるようにすることも可能である。付着性成分は、液滴とフィルター媒体との接触によってフィルター媒体の上に吸着され、それによって液滴のフィルター媒体への付着が向上する。さらに、あるいは別な方法として、１種または複数の付着性成分を選択することによって、乾燥、か焼、焼成またはそれらの組合せの後で、触媒物質がその場所に結合されてフィルター媒体の中を移動あるいは移行しないようにすることができる。付着性成分の化学的性質を選択して、フィルター媒体および触媒の化学的性質に対する強い親和性を持たせ、それによって、触媒をフィルター媒体により強く付着させるようにすることもできる。

本発明においては、使用時に排気物質（たとえば、微粒子物質、ＮＯ_xなど）が、捕捉、堆積またはその他の方法で触媒と接触されるような場所であるフィルター媒体の上に、触媒が塗布または位置されることがより多くなる。同時に、排気物質が、捕捉、堆積またはその他の方法で触媒と接触されないような場所であるフィルター媒体の上に、触媒が塗布または位置配されることがより少なくなる。したがって、使用時に排気物質が、捕捉、堆積またはその他の方法で触媒と接触されるような場所であるフィルター媒体の上に位置する触媒の濃度がより高く、そして、使用時に排気物質が、捕捉、堆積またはその他の方法で触媒と接触されないような場所であるフィルター媒体の上に位置する触媒の濃度がより低いかまたは触媒が存在しない。このようにして、一般的には触媒性フィルターの中でも高価な成分である触媒をよりコスト的に有効に堆積させ、触媒の無駄を無くすことができる。こうして得られるフィルター媒体では、全体として触媒の濃度に変化を持たせてあって、使用時に排気物質がより接触しやすい場所であるフィルター媒体の位置には、比較的高い濃度の触媒を配し、使用時に排気物質がより接触しにくい場所であるフィルター媒体の位置には、比較的低い濃度の触媒を配しているか、触媒がない。このようにして触媒は、所望の濃度勾配に従って、フィルター媒体の一部または全体に分布させることもできる。たとえば、排気ガスがそこを通ってフィルター媒体の中に入ってくるような表面では触媒の濃度をより高くし、排気ガスがそこを通ってフィルター媒体から出て行くような表面では触媒の濃度をより低くするか、または触媒を使用しないようにすることができる。

飽和湿潤法による標準的な触媒塗布方法においては、大量の触媒を繊維ベースのフィルター（たとえば、無機繊維巻付けフィルター、セラミック繊維ベースの紙フィルターなど）に塗布し、その触媒がフィルターの活性な部分に留まれるようにする。余分な触媒にコストがかかることに加えて、このような過剰なコーティングをすると、その繊維がもろくなる原因ともなりうる。しかしながら、本発明の場合には、繊維表面の一部が触媒によって覆われるだけで、繊維表面のかなりの部分が触媒の無い状態で残っていて、そのためにその繊維物体には可撓性を残すことができる。別の言い方をすれば、本発明によって、連続的なコーティングではなく、離散した領域として、繊維の長さ方向に触媒を分布させることが可能となる。たとえば、繊維の表面に触媒物質を点状に配置させることができる。

より少ない触媒物質とより少ない付着性成分を使用しながらも効果的な触媒活性を得ることができるようにすることによって、本発明は、濾過容量の大きなフィルターを与えることができる。その理由は、使用した触媒物質と付着性成分は、フィルターの中の空間を占めることになるからである。そのような物質を導入するとフィルターの空間領域が減るために、フィルターの容量が減少し、フィルターの背圧が高くなるので、望ましいことでは無い。本発明を使用することによってフィルターの上に載せる触媒およびその他の触媒系成分（たとえば、付着性成分）の量が減ることで、空間が広くなり、濾過容量が大きくなる。

さらに、再生メカニズム（たとえば、フィルター媒体の中に組み込んだ加熱要素）を含むフィルターの実施形態においては、再生性能を最適化するためにフィルター上に位置させた（たとえば、その加熱要素の部分またはその近傍に位置させた）触媒の濃度を、本発明の方法を使用することで高くすることが可能となる。このようにして本発明では、たとえば、加熱要素と触媒との間の伝熱性を向上させることが可能で、それによって、再生のために必要なエネルギーを少なくすることができる。

本発明では、フィルター媒体、およびフィルター媒体の中に流入してくる排気物質と触媒が接触するであろう、フィルター媒体の場所に好ましくは位置させた触媒を含むフィルターを対象としている。たとえば、触媒は、使用時に微粒子物質が蓄積してくるようなフィルター媒体の部分に位置させ、濃度を高めておくことができる。より少ない触媒（すなわち、触媒の量と濃度がより低い）を、粒子の蓄積や濃度が低いフィルター媒体の部分に位置させることができる。より小さなスケールの場合には好ましくは、微粒子物質が蓄積するであろうフィルター媒体の部分の範囲内では、そのフィルターが、微粒子物質と接触するフィルター媒体の表面に位置させ、濃度を高めた触媒を有するようにし、微粒子物質と接触しないような表面では触媒の濃度を下げるか、触媒を使用しない。本発明により調製されるフィルターの実施形態では、飽和湿潤法などのような他の方法によって製造されたフィルターに比較して、同等または好ましくは改良された性能を示すことができ、その上本発明では、フィルター上に配する触媒の総合的な量を減らすこともできる。

フィルター媒体では、場合によっては、厚みの断面方向で異なった領域または部分が含まれていてもよく、そのような場所では、異なった触媒が存在したり、同一または別な触媒が濃度を変化させながら存在していたりすることもできる。異なった触媒を選択することで、異なった微粒子または気体状物質と反応させることができる。フィルター媒体の異なった位置、たとえば厚みの幅で、異なった触媒をフィルター媒体上に位置させて、それらの場所で異なった反応を起こさせることができる。たとえば、フィルター媒体の中に２種の異なった触媒を存在させて、一方の触媒は、第１の排気物質の反応に触媒として働いて反応生成物を得るのに有効であり、そして第２の触媒は、その反応生成物をさらに他の反応生成物へと反応させるための触媒として有効であるようにすることもできる。別な方法として、触媒が触媒作用を果たす相手の排気物質のサイズに応じて、異なった触媒をフィルター媒体の異なった部分に配することも可能である。たとえば、フィルター媒体の表面またはその近傍で捕捉される比較的大きな反応物質に触媒作用を持つ触媒は、フィルター媒体の表面またはその近傍に配することができる。さらに、比較的小さな反応物質で、フィルター媒体の奥の方にまで流れ込むようなものに対して触媒作用を持つ触媒は、フィルター媒体の中のより深い場所に位置させることができる。本発明の方法では、触媒粒子が実質的に同じサイズで非常に小さいような場合であっても、サイズとは関係なく、活性触媒を選択的に配置することが可能となる。

本発明がさらに対象としているのは、フィルター媒体の厚み方向の１つまたは複数の部分で、１種または複数の触媒が濃度勾配を示していて、特に使用時において排気物質（たとえば、微粒子物質）の蓄積の濃度プロフィールを反映するようになっている、フィルター媒体である。本発明のフィルター媒体では、１つの表面では触媒の濃度を高くするのに対し、他方、フィルターの厚み方向の別な場所、たとえば内部やフィルター媒体の別な表面では触媒の濃度をより低くすることができる。この文脈において、フィルターの「表面」とは、フィルター媒体の外側表面の領域を指す。たとえば、第１の表面を、ガスおよび／または粒子の流れがフィルター媒体に入ってくる場所の入口表面とし、また別な表面を、ガスおよび／または粒子の流れがフィルター媒体から出て行く場所の出口表面とすることができる。より具体的には、フィルターは、フィルター媒体の入口表面の所では触媒の濃度を高くし、フィルター媒体の厚みを通過して流れる方向に（または、使用時にガスの流れとは反対の方向に）、濃度を徐々にかつ連続的に（たとえば、直線的またはその他の勾配で）低下させていくことができる。たとえば、フィルター媒体の内部では、低い触媒濃度になっていてもよく、また、フィルター媒体の出口表面のところでは、さらに低い濃度としてもよい。別な方法として、最初の濃度をフィルター媒体の入口表面にあるようにし、その濃度を、フィルター媒体の内部のところではゼロになるように減らしてもよく、また出口表面での濃度もまたゼロとしてもよい。本発明は、触媒粒子がすべて非常に小さなサイズであるような場合でも、そのような勾配を持たせることを可能とする。たとえば非常に微細な粒子においてのこの濃度勾配は、飽和法によって塗布される類似のサイズの触媒の濃度プロフィールとは異なっていると考えられるが、その理由は、一般に飽和法では、フィルター媒体の両側に類似の触媒濃度を設定し、より小さな粒子がフィルター媒体に浸透するのに対して、より大きな粒子はフィルター媒体の表面に留まる。したがって、飽和法の場合には、最も微細で最も活性の高い高表面積な触媒粒子がフィルター媒体の中に埋もれてしまい、より大きな、活性の低い触媒粒子が濾過媒体の表面に存在するという、望ましくない結果となることが多い。

本発明の１つの面は、フィルター媒体の製造方法に関する。この方法には、フィルター媒体を通過して流れるガスの中に触媒物質を加えることにより、フィルター媒体を通過して流れるガスの中に含まれる触媒物質を、フィルター媒体の上に捕捉するか、または別な方法で堆積させることによって、フィルター媒体の上に触媒を堆積させることを含む。

本発明の別な面は、フィルター媒体に触媒を塗布させるための方法に関する。この方法に含まれるのは、液滴に触媒物質を搬送させてフィルター媒体の中に流し込み、そこで液滴をフィルター媒体の１つまたは複数の表面と接触させ、接触点に近いフィルター媒体表面の１つまたは複数に付着させる工程である。

本発明のさらなる面は、フィルター媒体に触媒を塗布させるための方法に関する。その方法に含まれるのは、フィルター媒体を提供する工程、使用時にそのフィルター媒体の上に堆積される粒子（たとえば、すす）の粒子濃度プロフィールを決定する工程、およびそのフィルター媒体に触媒物質を塗布することにより粒子濃度プロフィールを反映した触媒濃度プロフィールとする工程である。触媒物質は、使用時にフィルター媒体の上に堆積される粒子のサイズと同じ、またはそれとは異なるサイズの粒子とすることができる。

本発明のさらに別な面は、フィルターの中に流入してくる排気物質の反応に触媒作用を有する触媒を含むフィルター媒体に関する。そのフィルター媒体は厚みを有し、厚みの方向の１つの位置に第１の触媒物質を含み、厚みの方向の第２の位置に第２の触媒物質を含んでいる。厚み方向に並んだ第１の触媒と第２の触媒の位置は、そのフィルター媒体で使用時に触媒作用を受けるべき排気物質が位置するであろう場所に相当するように、選択する。

本発明のさらに別な面は、フィルター媒体の中に流入してくる排気物質の反応に触媒作用を有する触媒を含むフィルター媒体に関するが、ここで、フィルター媒体の厚み方向での触媒の濃度プロフィールが、フィルター媒体を使用する際に、粒子がフィルター媒体によって堆積されたり捕捉されたりするときに生成する、触媒作用を受けるべき排気物質の粒子の濃度プロフィールを反映している。

本発明のまた別な面は、エンジン排気において使用するのに好適な触媒性フィルター媒体に関する。そのフィルター媒体に含まれるのは、エンジン排気に使用するのに好適な多孔質物体と、フィルター媒体の中に流入してくる触媒反応を受けるべき物質がその触媒物質と接触するであろう多孔質物体の中の位置において濃度を高くした触媒物質である。そのフィルター媒体では、フィルター媒体の中に流入してくる触媒反応を受けるべき物質が、その多孔質物体と接触しないであろうというフィルター媒体の中の位置においては、濃度をより低くした触媒物質を含む。

本発明のまた別な面は、エンジン排気において使用するのに好適な触媒性フィルター媒体に関し、ここでそのフィルター媒体は厚みを有し、フィルター媒体の中に流入してくる排気粒子の反応に触媒作用を有する触媒物質を含んでいる。そのフィルター媒体は、厚み方向に触媒物質の濃度プロフィールを有していて、それが、エンジン排気にそのフィルター媒体を使用しているときに、排気粒子がフィルター媒体中に堆積されてくる際に起きる、排気粒子の濃度プロフィールを反映したものとなっている。

本発明のさらに別な面は、フィルター媒体の入口表面においてある濃度の触媒を含み、フィルター媒体の内部の位置においてはそれよりも低い濃度の触媒を含み、出口またはフィルター媒体の出口表面においてはさらに低い濃度（濃度ゼロであってもよい）の触媒を含む、フィルター媒体に関する。その濃度は、その触媒物質が非常に微細な粒子である場合であったとしても、フィルター媒体を通過する流れの方向に沿って、徐々にかつ連続的に低下させていくことができる。この方法により、主寸法が１００ナノメートル未満、さらには５０ナノメートル未満の粒子を、分散させることができる。このプロフィールは、そのような小粒子触媒系のための飽和湿潤法によって触媒を塗布することにより得られるプロフィールとは区別されるものであるが、その理由の１つは、飽和湿潤法では、触媒物質を同じような濃度で入口表面と出口表面の両方に配することになることであり、もう１つの理由は、飽和法では、粒子がフィルター媒体の表面を通り抜け、粒度に従って媒体の中で分離され、小さな粒子は一般に媒体に浸透し、より大きな粒子だけが媒体の表面に残るからである。

本発明のもう１つの面は、フィルター媒体の上に触媒を堆積させることによる、フィルターを製造するための装置に関する。その装置に含まれるのは、ガスの流れを発生させるガス流れ発生要素、そのフィルター媒体をガスの流れの中に定位させるためのアダプター要素、ガスがフィルター媒体と接触するより前に、触媒物質をガスの流れの中に導入する触媒物質導入要素である。

本発明のもう１つの面は、触媒物質を搬送するキャリヤー液体の液滴を含む触媒系に関し、その液体が、液滴がフィルター媒体を通過して流れるガスの中に分散されている間に、液滴を効果的にフィルター媒体の表面にまず、付着させるか浸潤させる。

「乾燥」とは、９０重量パーセントより多くのキャリヤー液体（溶媒（たとえば、水）を含む）を除去することを指し、
「か焼」とは少なくとも、乾燥させた基材の中に存在する残存の揮発分（すべての有機物質と水を含む）のすべてを除去し、それに伴って、存在している可能性のあるセラミック前駆体材料をすべて転化させて金属酸化物とするような温度にまで加熱することを指し、そして
「焼成」とは少なくとも、か焼された基材において接触状態にあるセラミック粒子の間に化学結合を形成させ、典型的には強度と密度を上げる温度にまで加熱することを指す。

か焼および焼成のための温度、ならびにその温度における時間によって、か焼と焼成を、順に起こさせることも、あるいはほぼ同時に起こさせることも可能である。たとえば、触媒物質を塗布した後や、触媒物質を含むフィルター媒体を乾燥させた後に、直接フィルター媒体を焼成することにより、別途にか焼をすることを省略することも可能である。か焼および／または焼成を、還元剤（たとえば、ガス）の存在下に実施して、還元相触媒（たとえば、金属触媒）の形成を促進させることもできる。

本発明は、フィルター媒体の上に触媒を堆積させることにより、フィルター、フィルター媒体、フィルターカートリッジ、その他の濾過製品などを製造する方法に関し、またフィルター媒体に接触させた際にそれに付着させるための付着性に勾配を有し、キャリヤー液体を含み、また付着性成分を含んでいてもよい、触媒成分に関し、そしてさらに、フィルター媒体、フィルターカートリッジ、フィルター、およびその他の濾過製品に関する。

本発明の方法によれば、触媒物質は、フィルター媒体を通過するように向けられた気体状媒体の流れの中に含まれる。そのガスがフィルター媒体を通過して流れるにつれて、流通ガスの中に含まれ搬送される触媒物質が、フィルター媒体の上または中、たとえば、表面（たとえば繊維、ストランドなどのフィルター媒体の構造表面を意味する）、隙間、表面が交差する点（たとえば、繊維が重なっている部分）、またはフィルター媒体における他の部分などの上、に堆積された状態となる。「堆積された」という用語は、フィルター媒体を通過するガスの流れから、表面に留まるか、フィルターにより捕捉されるか、他の方法で保持されることを意味する。その触媒が効果的に使用されるような、たとえば、使用時に、触媒作用を受けるべき物質がフィルター媒体上の触媒と接触し、その物質を含む触媒反応が可能となるであろう、フィルター媒体の上または内部の位置または表面で、触媒物質が捕捉されるかまたは別な方法で堆積されるのが、好都合である。

飽和法、浸漬法またはスプレー法によって、フィルター媒体の上に触媒物質を配置する方法とは異なって、本明細書に記載の方法は、フィルター媒体を横切って発生する差圧を利用していて、その差圧によって、フィルター媒体を通過する触媒物質含有ガスの流れにおいて、触媒物質は効果的に濾過されてガスから除去され、その一方で、その触媒物質を搬送しているガスはフィルターを通り抜けるような方法で流れるようにしている。触媒物質含有ガスがフィルターの中に流入し、触媒物質はフィルターによってガスから除去されるが、好適には、そのフィルターの使用時に、ガスによって搬送されている間に、フィルターを通過して流れる他の物質と触媒が接触する位置で、触媒がフィルター媒体の上に堆積され、そして濾過されたガスは、そのガスから触媒物質を除去されて、フィルターから流出する。

その差圧は「プラス（ポジチブ）」とすることも「マイナス（ネガチブ）」とすることも可能であって、それによって、触媒物質を搬送するガスの流れを、目的または利便性に応じて、フィルターのどちらの方向にでも起こさせることができる。たとえば、触媒物質をプラス方向の流れ、すなわち、フィルターの使用時にフィルターを通過してガスが流れる方向に流して、フィルターの１つの側（すなわち、部分または領域）に堆積させることが可能である。マイナスの圧力で生じる反対向きの流れを用いることによって、フィルターの反対側に、異なった濃度あるいは異なったタイプの触媒物質を堆積させることも可能である。

差圧の大きさは、目的とする有用な結果が得られるように選択すればよい。一般的に好適な差圧は、フィルター媒体の中または上の、使用時に微粒子物質が接触したり、捕捉または堆積されたりするであろう位置と同じ位置に、触媒物質を捕捉または堆積させることができるような差圧である。差圧の大きさの一般的な例を１つ挙げれば、差圧は、フィルターの使用時にフィルターに掛かるであろう差圧に合わせることができる。ディーゼルの微粒子フィルターの場合、使用時に掛かる差圧の例としては、典型的には約２０ｋＰａ以下で、典型的には最大４０ｋＰａまでである。

触媒物質を含むキャリヤー液体をフィルター媒体の中に搬送するために使用されるガスは、キャリヤー液体と触媒物質をそのように搬送できる気体状媒体であれば、いかなるものであってもよい。使用可能なガスとしては、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン、またはそれらの１種または複数の混合物が挙げられる。触媒前駆体から触媒を形成させるために還元工程を使用したいのならば、水素と、１種または複数の不活性搬送ガスたとえばアルゴンまたは窒素との混合物を使用してもよい。

触媒物質は、いかなる形態をとっていてもよく、たとえば、溶解させた液体であっても、あるいは、液体またはガスの中に分散、懸濁またはその他の方法で含ませることができる固体粒子であってもよい。各種の微粒子や、溶解させることが可能な（可溶性）触媒物質は当業者のよく理解するところであり、また、それら各種の固体および液体触媒物質を、本明細書に記載の方法に従ってフィルター製品に塗布するための性能についても同様である。

一般に固体触媒粒子は、フィルター媒体の上に堆積させることができ、その後で、そのフィルター媒体を通過して流れる物質の反応に有効な触媒作用を及ぼすであろうものであれば、いかなるサイズであってもよい。一般に、高い触媒活性を維持しながらも、比較的小さなサイズの触媒粒子が望ましい。このことは、触媒の単位重量あたり、可能な限り多くの活性触媒サイトを与えることにより、触媒応答を最大とし、高価な触媒物質の所要量を最小とするためである。具体的な固体触媒粒子のサイズは、各種の要因に依存するが、そのような要因としてはたとえば、反応させる物質のタイプ（たとえば、気体状であるか固体であるか）、触媒物質とその触媒の上で反応させる物質のそれぞれの化学的性質、およびフィルター媒体およびその構成に関連するその他の変数、ならびに使用目的などが挙げられる。固体触媒粒子のサイズの例は、触媒および触媒フィルターの分野の熟練者には理解されるであろうが、そのサイズは、時には約１０ｎｍ〜約２０マイクロメートルの範囲、より一般的には約２０ｎｍ〜約３マイクロメートルの範囲である。比較的大きな触媒粒子、たとえばマイクロメートルの領域の粒子の場合には、そのような粒子は、フィルターの小さな細孔またはボイドの中に物理的に捕捉させることによって、フィルター媒体の上に配置することができる。比較的小さな触媒粒子、たとえばサブミクロンの領域からナノ粒子の領域にあるような粒子の場合には、それらの粒子は、フィルター媒体を通過して流れる気体状媒体の中に含まれたり懸濁されたりしている液滴中での微細粒子の分散体の形態（たとえば、エアロゾル液滴）で、触媒物質を塗布する間に、吸着法または蒸発堆積法によって、フィルター媒体、たとえばフィルター媒体の表面に付着させることができる。吸着法による場合には、粒子を液滴の中に含ませておき、フィルター中に液滴を通過させることによって、その液滴をフィルター媒体の表面に付着させることができる。液滴は、フィルターに接触すると、その位置で付着することができる。触媒物質（たとえば、小さな触媒粒子）を搬送する液滴が、フィルター媒体の表面の上に広がるようにするのが望ましい。液滴を広げることによって、触媒物質（たとえば、小さな触媒粒子）をフィルター媒体表面の広い面積に堆積させることが可能となる。液滴をフィルター媒体の表面の上に広げることは、少量の表面活性剤たとえば、塗料業界では湿潤剤として知られているものを添加すれば、より容易となる。

湿潤剤としては、液滴の表面張力を低下させて広がりやすくするための、分子、ポリマーおよび界面活性剤を挙げることができる。好適な分子の例には、アルコールおよび有機アミンが挙げられる。好適なアルコールの例を挙げれば、たとえば、イソプロピルアルコール、エチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ブチルアルコール、プロピルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、および少なくとも中程度の水への溶解性を有するその他のアルコールなどがある。好適な有機アミンの例としては、それに付いた少なくとも１つの有機部分を有し、その部分が、長さが炭素２つよりも長い炭素鎖を含む、４級有機アミンの硝酸塩およびハライド塩が挙げられる。たとえば、ヒドロキシル基、カルボキシレート基、エチレンオキシドもしくはプロピレンオキシド結合、アミド官能性、スルホネート基、ホスフェート基、アミノ官能性、または水溶性環状基たとえばピロールを有する、水溶性ポリマーおよび巨大分子もまた、湿潤剤として有用である。界面活性剤の例を挙げれば、ノニオン性界面活性剤（たとえば、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、およびポリオキシエチレンステアレート）およびアニオン性界面活性剤（たとえば、ジオクチルナトリウムスルホスクシネート、ラウリル硫酸ナトリウム、およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）などが挙げられる。市販されている界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤の、たとえば、ユニケマ（Ｕｎｉｑｅｍａ）（ニュージャージー州ブリッジウォーター（Ｂｒｉｄｇｅｗａｔｅｒ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ））から商品名「スパン（ＳＰＡＮ）」、「トウィーン（ＴＷＥＥＮ）」および「ミルジュ（ＭＹＲＪ）」として販売されているもの、およびＢＡＳＦ・コーポレーション（ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（ニュージャージー州マウント・オリーブ（Ｍｏｕｎｔ Ｏｌｉｖｅ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ））から商品名「プルロニック（ＰＬＵＲＯＮＩＣ）」および「テトロニック（ＴＥＴＲＯＮＩＣ）」として販売されているもの、ならびにアニオン性界面活性剤、たとえば、ステパン・カンパニー（Ｓｔｅｐａｎ Ｃｏｍｐａｎｙ）（イリノイ州ウィネトカ（Ｗｉｎｎｅｔｋａ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ））から商品名「ポリステップ（ＰＯＬＹＳＴＥＰ）」として、またローディア・インコーポレーテッド（Ｒｈｏｄｉａ Ｉｎｃ．）（ニュージャージー州クランベリー（Ｃｒａｎｂｕｒｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ））から商品名「アリパール（ＡＬＩＰＡＬ）」として販売されているものなどが挙げられる。

湿潤剤の本性（アイデンティティ）と濃度は、典型的には、使用する触媒物質の性質（すなわち、触媒粒子、触媒前駆体粒子、溶解させた触媒前駆体、およびそれらの混合物）と、目的とする触媒の性質によって決められる。たとえば、カチオン性湿潤剤は、アニオン性触媒物質の上に吸着する傾向があり、アニオン性湿潤剤はカチオン性触媒物質の上に吸着する傾向がある。そのような吸着が起きるようにすると、触媒物質の凝集が起きて、分散が不均一で表面積の低い触媒が生成して、そのために触媒活性が低下してしまう可能性がある。したがって、一般的には、主としてカチオン性触媒物質を含む触媒物質の場合には、アニオン性湿潤剤よりもカチオン性湿潤剤の方が好ましく、同様にして、主としてアニオン性の触媒物質を含む触媒物質ではアニオン性湿潤剤が好ましい。さらに、湿潤剤として少量のアルコール分子たとえばエタノール、ブタノールまたはメタノールを使用すると、多くの触媒系では良好な広がり性が得られるが、ただし場合によっては、それらが可溶性の触媒前駆体の沈殿（たとえば、可溶性の触媒前駆体物質がアルコールに対する溶解度が低く、あまりにも多量のアルコールを用いる場合）や、触媒粒子および／または触媒前駆体粒子の凝集（たとえば、アルコールによって、静電的に安定化された触媒分散体が不安定となる場合）の原因となりうる。

触媒および触媒前駆体物質は、目的とする触媒の性質に応じて、単相性であっても、多相性であってもよい。触媒粒子および触媒前駆体粒子は、内部多孔性が有る粒子であっても、または無い粒子であってよい。触媒粒子および触媒前駆体粒子は、当業者には公知で理解されている方法、たとえば、粉砕して微粉とし、篩いにかけてサイズを決める方法によって、所望のサイズに加工、生産することができる。

フィルター媒体に塗布させる、溶解させるかまたは粒子の形状での触媒物質の量は目的に応じて選択することができ、公知の各種因子、たとえば、触媒物質のタイプと化学反応性、その意図する用途（たとえば、ディーゼル排気流れをクリーンにするための触媒フィルター）、触媒粒子のサイズ、選択したフィルター媒体、さらにはその他の因子に応じて決められる。触媒物質は一般に、フィルター媒体に塗布させた触媒を含む用途において有用であれば、いかなるタイプの触媒物質であってもよい。触媒の化学的性質は、フィルターの意図する用途、フィルター媒体のタイプなどに関連する因子を基準にして、選択することができる。ある種の排気濾過用途において有用な触媒の各種各様の化学的性質が、本発明の触媒系、フィルター、フィルター媒体、および方法に有用となるであろう。

本発明における触媒系１つの例には、分散させた金属酸化物触媒および／または分散させた金属酸化物触媒前駆体と共に、キャリヤー液体と可溶性金属含有付着性成分とが含まれる。その液体成分は一般に、固体触媒または触媒前駆体粒子のため、または溶解させた触媒、溶解させた触媒前駆体またはその他の溶解させた種のためのキャリヤーとして機能することができ、また、接触があったときに、液滴または触媒粒子をまずフィルター媒体に付着させるのに効果があり、場合によっては、最初の接触の後に触媒物質が移行するのを防止、抑制または最小化させる。可溶性金属含有付着性成分または種は、触媒物質をフィルター媒体に付着させることが可能となるように選択することができ、液体を乾燥、か焼および／または焼成させた後では活性触媒として機能することができるか、または付着性成分と触媒の両方として機能することができる。ただし、可溶性金属含有付着性成分、分散させた金属酸化物および分散させた金属酸化物前駆体の内の少なくとも１つは、活性な触媒物質として機能するものとする。

キャリヤー液体は、触媒を搬送することが可能であれば、いかなる液体であってもよいが、たとえば、触媒は、そのキャリヤー液体の中に溶解させるか、分散させるか、懸濁させるか、またはその他の方法で含ませる。その液体は、本明細書に記載しているように、塗布の際に触媒をフィルター媒体の表面に付着させ、そしてその位置からの移行を防止または最小化することができるのが好ましい。液体の例を挙げれば、水、または有機液体たとえばトルエン、アルコールたとえばイソプロピルアルコール、メトキシ−エタノールなど、ケトンたとえばメチルエチルケトン、エステル、およびカルボン酸などがある。キャリヤー液体の重要な例としては、水および単純なアルコールが挙げられる。キャリヤー液体には場合によっては、触媒のフィルター媒体の上への堆積を促進させるための添加剤をさらに含んでいてもよい。そのようなものとしては、先にも述べたような湿潤剤なども挙げられる。

他の成分と比較しての、液体の溶媒またはキャリヤーの量、または粒子の上への液体コーティング量は、その液体が上述の性能を果たすことために有用であるのなら、いかなる量であってもよい。液体と触媒との相対量、および触媒の形態（たとえば、粒子）に応じて、触媒は液体の中に溶解させるか、懸濁させるか、もしくはその他の方法で含ませることができるか、または、液体を固体触媒粒子の表面上のコーティングの形態とすることができる。触媒および液体、ならびにその他の任意成分の本性と形態に応じて、これら一般的な可能性の範囲の中で、極めて広い範囲の相対量が有用であろうと考えられる。本発明は、各種異なった形態の範囲にわたって、触媒を塗布するための物質の組合せ（たとえば、「系（システム）」）を対象としており、そのようなものの例を挙げれば、わずかに湿潤状態の粒子、固体触媒物質（場合によっては、溶解された金属付着性種と共に）を含む液滴、固体触媒物質と溶解された触媒物質とを同程度の量で含む液滴（場合によっては、溶解された金属付着性種と共に）、固体触媒物質よりは溶解された触媒物質を実質的に多く含む液滴（場合によっては、溶解された金属付着性種と共に）、溶解された触媒物質を含む液滴（場合によっては、他の溶解された金属付着性種と共に）、これらのいずれかの各種の割合などがある。

先に説明したように、本発明が対象としているのは、触媒物質をフィルター媒体の表面に付着させるために液体を使用して触媒物質を塗布することであって、そのため必然的に、触媒粒子をフィルターに捕捉させるために必要とされる大きな粒度やその他の特性に依存することはない。先に述べたように、湿潤状態の触媒粒子または液滴がフィルター媒体の表面に付着できる程度は、各種の因子の影響を受ける。それらの因子としては、フィルター媒体の表面の、相対的なサイズ、形状、化学的性質および表面エネルギー、液体の化学的性質および表面張力、場合によっては触媒粒子のサイズと形状、さらにはその他の因子などが挙げられる。粒子が表面に付着する能力は、時には、「付着係数（ａｄｈｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）」と呼ばれることがあるが、ここで「付着係数」というのは、粒子または液滴とフィルター媒体との接触で、その結果フィルター媒体に付着した粒子または液滴のパーセントを示す数値またはそれ以下の数値である。一般に、乾燥している固体よりも液体の方が付着係数が高い。したがって、触媒物質を液体に組み込むか触媒物質に液体を含ませた場合や、触媒粒子に液体のコーティングを適用した場合には、その触媒の付着係数は一般に高くなる。したがって、本発明のある実施形態においては、液滴の中で触媒物質を使用し、触媒物質と液体とがフィルターを通過するガスの中に含ませた場合に、触媒物質がフィルター媒体の上の所望の位置に付着できるようにするのが好ましい。本発明においては、乾燥させた触媒物質粒子も有用ではあるものの、本発明のある種の実施形態においては、あまり好ましくない。

液体と触媒物質との組合せで有用なものの１例は、触媒粒子（および、場合によって、そして好ましくは、溶解させた金属含有付着性成分）を含む液滴であるが、ここで、液体の触媒粒子に対する相対的な量を選択して、液滴が、フィルター媒体の構造表面に接触して付着（すなわち、濡らす）ことができ、フィルター媒体表面の上に、ほぼ半球状の粒、液滴または隆起を形成し、粒子がその表面を濡らしている液の粒の中に含まれているような状態となるようにする。液滴中において粒子と液体をこのように組み合わせることによって、本明細書に記載した方法によりフィルターの中に流入させたときに、フィルター媒体の表面に付着し、そこに固定されてその後には移行することがない液滴が得られると考えられる。第２にそして好ましくは、その液体は乾燥させることができ、その液体の中に含まれている他の成分、たとえば溶解させた金属含有付着性成分が、その同じ位置で、触媒物質粒子をフィルター媒体にさらに付着、固定させることが可能である。特に、液滴のサイズ（かならずしも触媒物質粒子のサイズではない）が、触媒物質がフィルター媒体の内部にどこまで浸透してそこに留まるかに関して、大きな影響を及ぼす可能性がある。液滴は、開放された表面、細孔のクラックまたは壁面、２つの表面が交差する点など、それが接触する各種の表面に付着することができ、使用時にフィルター媒体によって粒子が濾過される様にしてフィルター媒体により「捕捉される」必要はない（すなわち、大きな粒子が、小さな細孔にも捕捉される）。液滴がフィルター媒体の表面に接触付着される場所を、たとえば、ディーゼル排気流れを濾過する際にディーゼルのすす粒子が捕捉されるであろう場所になるようにすることが、好ましい。

本発明においては、触媒物質または液滴の付着係数を選択して、特定のタイプのフィルター媒体において、望ましい効果が得られるようにするのが好ましい。たとえば、（触媒物質を含むか、触媒物質の上にコーティングした）液体の化学的性質を選択して、特定のフィルター媒体に積極的に付着結合するようにすることができるが、たとえば、液滴の表面の表面エネルギーがフィルター媒体の表面エネルギーよりもかなり低いような場合には通常、その液滴はよく付着する。一般に、濡れの大きい粒子ほど付着係数が高くなるために、触媒物質粒子の濡れもまた付着係数に影響する。したがって、たとえば、キャリヤーガスを加熱することによって、液滴を乾燥させると、サイズがより小さく、フィルター媒体と最初に接触したときに付着しにくく、そのためフィルター媒体の奥の方に浸透することが可能な液滴を作ることが可能である。この方法により、フィルター媒体の中の所望の位置に所望の濃度で、液滴を位置させることが可能となる。

各種の理由から触媒系に可溶性金属種を加えることができるが、そのような理由としては、フィルター媒体上に堆積させたときに活性な触媒物質としての機能、またはフィルター媒体にまた別な活性な触媒物質を付着させるための付着剤としての機能、ＮＯ_x吸収剤として、あるいは、その他所望のまたは有用な機能などを挙げることができる。その可溶性金属種は、そのキャリヤー液体がフィルター媒体の表面と接触し、場合によってはそれに続くたとえばその触媒系の乾燥、か焼または焼成などの次の処理の際には、それが溶解されていた液体から分離されて、フィルター媒体の表面の上に堆積された固体を形成する。したがって、その可溶性金属種は、乾燥およびか焼によってフィルター媒体の上に堆積されることにより、他の物質（たとえば、活性触媒粒子）をそのフィルター媒体に付着させる、付着性物質として設計することができる。このような活性触媒粒子の付着は、可溶性金属含有付着性種が、触媒粒子とフィルター媒体の表面（下記参照）との両方に結合することにより起きる。その可溶性金属含有付着性成分は、堆積させると、活性触媒粒子をフィルター媒体たとえば繊維その他の支持体の表面に固定することができ、それによってその触媒が、フィルター媒体により捕らえられた微粒子またはその他の排気物質、またはその他の方法でその触媒に接触する物質に暴露され、反応に利用されるようになる。別な方法として、可溶性金属種それ自体を活性触媒の形態で堆積させることも可能である。あり得るさらに別な機能としては、その可溶性金属種を堆積させて支持体を形成させ、その上に別な活性触媒を支持させ、支持体と触媒物質をフィルター媒体の上に堆積させるようにすることも可能である。

この可溶性金属含有種は、触媒系およびフィルター媒体において有用な機能を果たすことができる、各種可溶性金属物質の１種または複数であってよい。そのような可溶性金属物質には、少なくとも、付着性成分として、活性触媒として、あるいはその両方として機能するようなものが含まれる。それらはさらに、他の潜在的な触媒物質またはその他のものの触媒活性を向上させる（すなわち、支援する）機能を有していてもよい。可溶性金属種（たとえば、可溶性金属含有付着性成分）としては、たとえば、金属錯体、金属含有ナノ粒子（たとえば、金属または金属酸化物ナノ粒子）などが挙げられ、また単純金属塩、および上述のものすべての組合せなども挙げられる。

本発明における付着性成分として有用な金属錯体の具体的なタイプの例を挙げれば、たとえば、塩基性金属塩、可溶性金属カルボキシレート、可溶性金属アルコキシド（たとえば、部分加水分解アルコキシド）およびそれらの組合せなどがある。本発明における付着性成分として有用な金属錯体の具体例としては、対イオンの少なくとも一部が水酸化物イオンにより置換された式を有する塩基性金属塩が挙げられる。そのような塩基性金属塩の一般式は、次式：
Ｍ^x+（ＯＨ）_x-y（Ｚ）_y（Ｈ₂Ｏ）_n
（ここで、Ｍは金属イオン、Ｘは金属中心上のカチオン電荷、Ｚはアニオン、そしてｎはその錯体と直接会合している水分子の数である）で表すことができる。重要な例としては、ジルコニル塩たとえば硝酸ジルコニルや酢酸ジルコニルを、希土類塩たとえば硝酸セリウム、硝酸ランタン、および硝酸イットリウムならびにその他の金属錯体と組み合わせた、混合物が挙げられる。本発明において良好な付着剤として機能することも可能な、具体的な塩基性金属塩の例には、塩基性金属塩たとえば塩基性アルミニウム塩、塩基性鉄塩、塩基性ジルコニウム塩および塩基性チタン塩などが挙げられる。

本発明者らは、ナノ粒子は、技術の面から見れば「可溶性」ではなく、実際には溶解していないことは承知している。そうであったとしても、便宜上、金属含有ナノ粒子は、「可溶性」金属含有付着性種と定義されるグループの中に含めてきたが、その理由は、ナノ粒子が極端に小さく（たとえば、平均直径が約５０ナノメートル未満、あるいは約２０ナノメートル未満のオーダー）、ナノ粒子が技術の面から見て溶解していないにも関わらず、溶解させた金属種と同様の挙動を示すからである。すなわち、液体の中に分散された小さなナノ粒子（すなわち、コロイド）は、溶解された可溶性金属付着性種では可能であるのと同様に、より大きな粒子（たとえば、活性触媒粒子）を基材に付着させる効果を有している。金属含有付着性ナノ粒子の例としては、金属酸化物たとえば、チタニア、チタン酸塩（たとえば、チタン酸バリウム）、セリア、酸化鉄、バナジア、ジルコニア、モンモリロナイト（およびその他のナノ−クレー）、シリカ、アルミナなどからなるナノ粒子、および金属たとえば、銀、白金、ロジウム、金、パラジウムなどのナノ粒子、および上述のものの組合せなどが挙げられる。

本発明における付着性成分として有用となる具体的な単純金属塩の例としては、遷移金属塩、希土類金属塩およびそれらの組合せ（たとえば、遷移金属と希土類金属の硝酸塩および塩化物）が挙げられる。単純主族金属塩たとえば、単純アルミニウム塩、たとえば硝酸アルミニウムおよび塩化アルミニウムも使用することが可能ではあるが、塩基性金属塩やその他の金属錯体ほどに望ましいものではない。

可溶性金属付着性種のいくつかは、フィルター媒体の表面への堆積、乾燥、か焼、または焼成をした後では、触媒的に活性な物質として機能することも可能である。そのようにして活性触媒物質を形成する可溶性金属付着性種の例を挙げれば、１種または複数の貴金属塩、コロイド状貴金属、か焼することによってオキシド酸化触媒を形成するナノ微粒子金属オキシ−ヒドロキシドおよびヒドロキシド、ならびに、か焼することによって酸化触媒を形成する金属塩および錯体などがある。

貴金属塩の例としては、銀、白金、ロジウム、金、パラジウムなどの１種または複数の硝酸塩および塩化物ならびにその他の可溶性錯体を挙げることができる。この点において有用なコロイド状貴金属としては、１種または複数のコロイド状の銀、白金、ロジウム、金、パラジウムなどを挙げることができる。

か焼をさせると有用な酸化触媒を形成する、ナノ微粒子金属オキシヒドロキシドおよびヒドロキシドとしては、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｌａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｇａを含む１種または複数のナノ微粒子オキシヒドロキシドおよび／またはヒドロキシド、ならびにそのような金属オキシオキシヒドロキシドおよびヒドロキシドの組合せおよび混合物を挙げることができる。

か焼をさせると酸化触媒を形成する金属塩および錯体としては、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｌａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｇａおよびこれらの金属の組合せを含む、１種または複数の可溶性塩および錯体を挙げることができる。

ある種の単純または塩基性金属塩たとえば遷移金属塩、たとえば塩基性鉄塩および単純銅塩、さらには塩基性および単純の両方のセリウム塩、セリウム塩−塩基性ジルコニウム塩混合物、希土類塩−セリウム塩混合物、および塩基性アルミニウム塩は、加熱処理した後での活性な酸化触媒として、および本発明における付着性成分としての両方で働くことができる。

本発明における可溶性金属含有付着性成分は、乾燥させることで、触媒物質粒子と、フィルター媒体の表面（たとえば、フィルター媒体の少なくとも一部を形成する繊維またはその他の構造の表面）との間のところに堆積されると考えられる。フィルター媒体の好ましい実施形態においては、フィルター媒体の表面に、ヒドロキシ官能性を露出させておくことができる。可溶性金属含有付着性成分は、本来的にヒドロキシ官能性であって、前駆体物質としてそれらが金属水酸化物結合または金属水酸化物部分を含んでいてもよいし、あるいは別な方法で、触媒の加熱処理（すなわち、乾燥、か焼および／または焼成）のいずれかの過程で、それらがヒドロキシ官能性となってもよく、それにより本明細書に記載したような結合が可能となる。好ましい実施形態においてはさらに、付着性成分は、塩基性金属塩溶液に見られるようなヒドロキシ官能性多核カチオンや、ポリヒドロキシ官能性ナノ粒子であってもよい。乾燥、か焼または焼成の際に、そのような付着剤が脱水される。触媒物質粒子（たとえば、ヒドロキシ官能性触媒物質粒子）とフィルター媒体とに接触していると、そのような脱水によって、その触媒物質粒子とフィルター媒体の両方との間にオキソ結合が形成されることになる。このようにして、付着剤が触媒物質をフィルター媒体に化学的に結合させ、この触媒とフィルター媒体の結合を耐久性のある堅固なものとすることができる。この方法で触媒をフィルター媒体に付着させることの利点は、ある種の触媒では不活性化が起きてしまう温度よりも低い温度で、結合を生成させることができることである。

固体活性触媒は、場合によっては、かつ好ましくは、キャリヤー液体および可溶性金属含有付着性成分と組合せて使用する。たとえば、金属酸化物または貴金属成分を、たとえば、固体微粒子として触媒系の中に加えることにより、酸化活性、酸素の蓄積、またはＮＯ_x触媒作用などの有用な触媒挙動を与えることができる。そのような成分の例を挙げれば、貴金属、貴金属酸化物、金属酸化物、金属および貴金属錯体、ならびに貴金属前駆体などがある。そのような物質は、触媒業界および化学業界の熟練者には一般に周知であって、たとえばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｇなどの物質、貴金属混合物、ならびに金属酸化物たとえば、ＣｅＯ₂、ＣｅＯ₂−ＺｒＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、ＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＰｄＯ、ＣｕＯ、ペロブスカイトたとえばＢａＴｉＯ₃、アルミネートたとえば、バリウムアルミネート、カルシウムアルミネートおよび希土類アルミネート、酸化バリウム、酸化マグネシウム、およびその他のものなどを挙げることができる。その固体活性触媒物質は、金属酸化物たとえばアルミナまたはセリアの上に担持させた、貴金属たとえば白金、ロジウムまたはパラジウムからなることも多い。

キャリヤー液体および１種または複数の可溶性金属種（たとえば、付着剤、活性触媒、その他の触媒物質のための支持体、またはそれらの組合せとして機能するもの）および場合によっては固体活性触媒（たとえば、金属酸化物または貴金属）は、フィルター媒体の上に堆積させるのに有用であるような、各種の量または各種の量の組合せで、触媒系の中で同時に使用することができる。一般的に言って、キャリヤー液体の量は、フィルター媒体の上に活性触媒を効果的に堆積させること可能とするのに充分な量、好ましくは、加えられる炭素質物質と最も接触しやすい場所、またはその他の方法でより効果的に使用されるような場所で、フィルター媒体の表面に都合よく触媒を配することを可能とするのに充分な量とする。可溶性金属種の量は、たとえば、支持材として、付着剤として、および／または活性触媒としてのその目的とする機能を果たすのに充分な量とすることができる。触媒（たとえば、貴金属、金属酸化物など）は、たとえば、高密度な活性触媒の選択的なサイトのような、目的とする結果が得られるのに必要な量とする。

組み合わせた成分の量は、その触媒的フィルター媒体が触媒作用、たとえば微粒子状排気物質を含む特定の物質を酸化させる機能を、可溶性金属種または貴金属または金属酸化物のいずれかの形で存在するある量の活性触媒と共に果たすのに充分なものとするのが好ましい。

本発明における触媒系における成分の相対的な量の例を挙げれば、たとえば、約４０〜９９重量％の液体成分、約０．５〜２５重量パーセントの可溶性金属種、および特に固体微粒子としての、約０．５〜５９．５重量％の貴金属または金属酸化物触媒物質の範囲である。一般に、可溶性金属含有付着性成分の量は、貴金属または金属酸化物活性触媒粒子成分を含むセラミック繊維巻付けフィルター媒体またはセラミック繊維ベースの紙フィルター媒体とともに用いる場合には、比較的低く、たとえば、塗布混合物の中の固体分が約０．５〜約１０重量パーセントとするのが好ましいが、その理由は、可溶性金属種たとえば可溶性金属塩を比較的多量に加えると、繊維をあまりにも多くコーティングしてしまうために、セラミック繊維の脆化（すなわち、柔軟性の低下）を起こさせる可能性があり、また、フィルター媒体の中の微粒子への接近を妨害する（すなわち、コーティングが多すぎる）ことによって、活性触媒微粒子の触媒活性を低下させるおそれがある。

本発明においては、これらの成分および類似または異なった触媒系の成分を使用することができる。触媒の化学的もしくは物理的性質または化学的な本性は、本明細書の記載に従って、好ましくは、フィルター媒体の上で、フィルターを通過して流れる触媒反応を受けるべき物質と接触して触媒作用を及ぼすことにその触媒が効果的に使用されるような場所にその触媒を配置し、さらには、フィルター媒体の上の、その触媒が触媒反応を受けるべき物質と接触しないような場所にはその触媒を好ましくは配置させないように、（その物理的状態または化学的な本性いかんに関わらず）触媒を堆積させるという総合的な概念には影響を与えない。

本発明においては、フィルター媒体は、フィルター媒体として有用ないかなる三次元構造であってもよく、一般的には、その媒体を通してガスが流通できるようになっていて、その際に、固体微粒子または気体状の汚染物質のような排気物質が接触し、フィルター媒体の表面（たとえば、繊維表面、たとえばセラミック繊維、羊毛、ヤーンもしくは紙、またはその他の無機繊維；気泡、細孔、またはその他の連通または独立気泡、ハニカム、フォーム、メッシュまたはマトリックス様表面；別な繊維や表面の間に形成される交差点または隙間；または本明細書に記載のその他のフィルター媒体）の上に堆積されるか捕捉され、それによって、ガスの流れからそのような物質を除去する。限定する訳ではないが、少なくとも３種の一般的なタイプのフィルター媒体が、本発明の方法において使用するのに有用であると一般的にみなすことができるが、そのような媒体とは、巻付け繊維フィルターであって、繊維質無機材料たとえば天然または合成のスレッドまたはヤーンを支持体、パターンまたは形態のまわりに巻付けて、ガスがそのパターンと巻付け繊維を通過できるようにしたもの；ひだ付きの、巻付けセラミック繊維ベースの紙フィルター；およびモノリシックなフィルターであって、一般に円筒または煉瓦の形態に押出し成形した多孔質タイプのセラミックフィルターの形をしていて、それを通してガスが流れることができ、微粒子物質がそのフィルターの内側表面の上に捕捉されたり堆積されたりするものである。

これらのタイプのフィルター媒体のいずれにおいても、典型的には、フィルター媒体にはいくつかのタイプの、たとえばチューブ、メッシュ、針金、ハニカム構造、多孔質構造、不織布、紙などの支持構造が含まれ、その支持構造によって触媒物質が支持されているが、これらに限るという訳ではない。いくつかのフィルター媒体は、そのフィルター媒体をより大きな構造たとえばフィルターカートリッジの中に組み込んで使用されるが、そのカートリッジはそのフィルター媒体の中にガスの流れが向かうように設計されている。

フィルター媒体の中で使用することが可能な材料の例を挙げれば、セラミック材料たとえば、押出しセラミックス、セラミックフォーム、および巻付けセラミック繊維；コアの上に巻付け三次元構造とした他のタイプの天然または合成繊維；不織布材料；紙；ワイヤメッシュ材料；金属フォーム；独立セラミックハニカム；連通流通タイプのセラミックハニカム；金属ハニカム；またはその他の材料、などがある。

有用な繊維巻付けフィルター媒体の例としては、コアのまわりに繊維を巻付けて調製した、三次元タイプのフィルター媒体が挙げられるが、そのようなものはたとえば、米国特許第５，２４８，４８１号明細書、同第５，２４８，４８２号明細書、同第５，２５８，１６４号明細書、同第５，４５３，１１６号明細書、同第５，４０９，６６９号明細書、同第５，６５６，０４８号明細書、および同第５，８３０，２５０号明細書に記載がある。それらの特許には一般に、入口と出口の間に延在する穴の開いた支持チューブを含むフィルターカートリッジが記載されている。濾過「要素」は、その支持チューブを取り巻く様に堆積され、ガスは、入口から入って、そのフィルター媒体を通過し、出口からでていく方向で流す。濾過要素には、各種のいくつかのタイプの無機材料が含まれていてよい。たとえば、無機ヤーンはその支持チューブの上に、実質的にらせん巻きまたは綾巻きにされて、濾過要素となる。

その他の有用なフィルター媒体の例を挙げれば、ひだ付きの、巻付け紙フィルターとして一般に理解されているタイプのような、セラミック繊維ベースの紙フィルター媒体で、米国特許仮出願第６０／３０３，５６３号明細書（出願２００１年７月６日）を優先権主張する、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／２１３３３号明細書（出願２００２年７月３日）に開示されているようなものがある。

本発明において調製し使用することができるフィルター媒体のさらに別な例としては、時に一般に「モノリシックなフィルター」と呼ばれているフィルターや、さらには、チャンネル付きまたはハニカムセラミック構造を一般に含むフィルターのタイプなどが挙げられるが、それらのいずれもが、好適にも本発明の方法に従ってそれに塗布された触媒を含み、好ましくは、フィルター媒体の上で使用時に効果的な触媒作用がある位置に、触媒を堆積させている。たとえば、米国特許第４，６５２，２８６号明細書および同第５，１９４，０７８号明細書を参照されたい。

場合によっては、２種以上のタイプのフィルター材料を組み合わせて、フィルター要素またはフィルター媒体を形成させることもできる。たとえば、フィルター媒体で繊維巻付けタイプの場合に、不織布マットを支持チューブと、不織布マットと支持チューブのまわりに巻き付けた繊維との間に挟み込むことができる。その繊維はたとえば、ガラス繊維、耐火性セラミック繊維またはその他適当な無機繊維とすることができる。

いくつかの用途においては、複数のフィルター要素またはフィルター媒体を使用することも考えられる。そのような用途では、それぞれのフィルター要素または媒体を、本発明にしたがって、同一の触媒化をするか、または別個の触媒化をする。たとえば、２種以上のフィルター媒体を直列に配列するが（すなわち、排気ガスはそれぞれのフィルター媒体を通過して流れなければならない）、それぞれのフィルター媒体は同一であっても異なっていてもよく、そしてそれぞれのフィルター媒体が、本発明により加工されて、異なった触媒を含むか、異なった触媒濃度であるか、またはその両方であるようにする。

さらに、本発明によるいずれのフィルター媒体でも、場合によっては、他の要素、たとえばヒーター（たとえば電気加熱要素、マイクロ波感受性加熱要素など）を含んでいて、それにより排気微粒子物質の燃焼やフィルター媒体の再生を容易とすることができる。

一般に、本発明の方法には、気体状媒体の中に触媒を提供すること、および、たとえば、フィルター媒体の１つの側から他の側に圧力勾配を作ることによって、その気体状媒体をフィルター媒体の中に流れるようにすることが含まれる。その気体状媒体は、フィルター媒体の中を通過し、触媒が、フィルター媒体の上に、捕捉されるか、または他の方法で堆積される。

本明細書に記載されたものも含めて、各種のフィルター媒体、触媒系および気体状媒体が本発明においては有用である。フィルター媒体を通過して流れるガスの中にある量の触媒を導入して、計算した時間をかけて、そして触媒物質含有ガスの計算量（容積）がフィルター媒体を通過して流れるようにすることによって、目標とする量の触媒がそのフィルター媒体の上に捕捉または堆積されるようにすることができる。

その方法のある種の実施形態では、触媒物質含有液滴または湿潤状態の触媒物質粒子を含む触媒系を気体状媒体の中に導入し、それをフィルター媒体を通して流し、それによってその触媒系をフィルター媒体の上に堆積させることができる。触媒物質粒子は、乾燥した、またはより乾燥した触媒物質粒子を、比較的湿度レベルの高い気体状媒体の中に導入し、それによって、気体状媒体の中の湿分を粒子の上に堆積させるか、または濡らすようにすることによって、「湿潤状態」とすることができる。触媒物質粒子はまた、気体状媒体の中に導入するよりも前に「湿潤状態」としておくこともできる。触媒系をフィルター媒体の表面に付着させ、その接触の後で乾燥させるようにすることができるが、それによって、その触媒物質が、液滴または湿潤状態の粒子が最初にフィルター媒体と接触した位置に近いところ、たとえば接触があったまさにその場所またはそれに非常に近い場所で、フィルター媒体に固定されるようにすることができる。任意成分の付着性成分を液体の中に溶解させるかまたは別な方法で含ませて、液滴または湿潤状態の粒子が接触した、所望のフィルター媒体の表面に近いところで触媒物質を付着させるのに役立たせることができる。

本明細書で使用するとき、接触した場所に「近い」という用語は、触媒系を最初に接触させた後で、その触媒物質を、本発明の概念を否定するような場所へ移行させるようなことが無いことを意味していて、それは、その触媒を、触媒を塗布する他の方法の場合よりも、より効率的に使用可能とするようなフィルター媒体の上の場所に位置させることであって、特に、フィルター媒体上の、その触媒が触媒反応を受けるべき物質により接触される場所においては、触媒の量を多くし、そして、その触媒が触媒反応を受けるべき物質により接触されることが無い場所においては、触媒を少なくするかまたは無触媒とするためである。たとえば、触媒物質は、最初に接触したフィルター媒体の表面に付着して、バウンドしない、あるいは、最初に接触した表面から除去されることがない。触媒物質は、触媒系がフィルター媒体表面と接触した場所で付着するのが好ましいが、触媒物質が、付随させる液体の存在下または非存在下で、フィルター媒体と複数回の接触をするまで付着しないとしても、その触媒物質が、フィルター媒体を使用する際に、触媒反応を受けるべき物質によって接触されるであろうフィルター媒体の領域の中に留まる限りでは、そのことが必ずしも本発明を無効とするものではない。

一般的に液滴には、固体状または溶解させた触媒物質を含み、そして、たとえば、湿潤剤、付着性成分などの、１種または複数の有用な添加物をさらに含んでいてもよい。液滴または湿潤状態の粒子の乾燥は、フィルター媒体を加熱することも含めて、各種の乾燥方法を用いて実施することができる。この乾燥は、フィルター媒体の上にその触媒系を堆積させる工程の前、途中、後、またはそれらの組合せのいずれの段階で実施してもよい。乾燥はさらに、または別な方法として、フィルター媒体の上に触媒系を堆積させるより前に、触媒物質、キャリヤー液体、または気体状媒体を乾燥（たとえば、加熱）することによって、起こさせてもよい。フィルターの直接加熱は、所望により、各種の有用かつ公知の方法により実施することができる。さらに、または、別な方法として、液滴および／または気体状媒体の流れを、フィルター媒体に接触させる前に加熱して、それにより、液滴がフィルター媒体に接触するよりさらに前に乾燥を開始させ、接触が起きてから極めて短時間の間に液体が乾燥できるようにすることもできる。フィルター媒体よりも上流側でガスの流れを加熱することによって、その加熱ガスがフィルター媒体に接触したときに、その加熱ガスがフィルター媒体もまた加熱できるという、有利で効率的な結果をうることもできる。

本発明による触媒物質を用いて処理したフィルター媒体は、か焼し、また必要があれば各種の方法で焼成することができる。たとえば、加熱した気体状媒体をフィルター媒体の中に通し、触媒粒子をフィルター媒体に付着させることが出来る温度、触媒物質を活性化させる温度、またはその両方を可能とする温度にそのフィルター媒体を加熱することができる。この方法においては、気体状媒体の温度を所定のプログラムに沿って上げていき、それによって、触媒とフィルター媒体との間の結合を破壊することなく、すべての揮発性の成分を除去できるようにすることができる。多くの場合、気体状媒体の温度は、揮発分が放出される温度範囲の間は、よりゆっくりと上げていくのがよい。揮発分の放出を起こさせる温度範囲は、触媒系についての熱重量分析を行うことにより求めることができるが、この分析法は当業者には公知である。

本発明による触媒物質を用いて処理したフィルター媒体は、か焼し、また必要があれば、静的または強制ガス雰囲気のいずれかを有する、より一般的な炉の中で、焼成することができる。これは、箱形のオーブンや炉で実施することができるし、あるいは、連続法で、ベルト炉、プッシャーキルンまたはトンネルキルンで実施することもできる。

か焼と焼成は、各種の雰囲気下で実施することができるが、そのような雰囲気としては、空気、酸素富化空気、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどが挙げられる。触媒を活性化させるのに還元が望ましいような場合には、水素含有雰囲気、たとえばアルゴン／水素混合物および水素／窒素混合物を使用することも可能である。媒体フィルターの上の触媒系を完全に乾燥させるより前に、還元雰囲気、たとえば水素、ヒドラジンまたはその他の揮発性還元剤を含む雰囲気中で処理することによって、触媒物質を還元させることもまた可能である。

キャリヤー液体を瞬時または急速に乾燥させることによって、乾燥する前に触媒物質がフィルター媒体全体にわたって移動することを防ぐという有利な結果がえられ、それによって、フィルター媒体の表面上での触媒物質の配置をよりうまく調節することができ、触媒を改良し、有効かつ効率的に使用することになる、すなわち、フィルター媒体の使用時における触媒と排気物質（たとえば、捕捉された微粒子物質）との間の接触の効率が上がることになる。さらに、触媒物質を搬送する液滴（たとえば、エアロゾル液滴）または湿潤状態の触媒物質粒子の乾燥速度を調節することによって、フィルター媒体の上で支持されている触媒物質の性質を、元々の微粒子から膜状のコーティングへと変化させることもできる。たとえば、液滴が無数の小さな触媒物質粒子を分散体の形態で含んでいて、その液滴が完全に撒布された後で乾燥により固定されるような場合には、小さな触媒物質粒子のより連続的な、膜状の堆積またはコーティングを得ることができる。他方では、液滴を堆積させる過程で乾燥を起こさせて液滴がフィルター媒体の上に付着および撒布されるより前に、液滴中の触媒物質を濃縮させる（すなわち、液滴の粘度を上げる、すなわち増粘させる）ことを開始させて、それにより、液滴が全体に広がらないようにすることも可能である。後者のような場合、小さな粒子は、フィルター媒体の上に支持された凝集体構造を形成することができる。そのような凝集体構造は、ほぼ球形の形状になるか、または段丘状の形状となる。

本発明は、フィルター媒体またはその異なった部分の中に位置する触媒を有するフィルターを対象とする。図３〜図５に見られるように、これは、たとえば、フィルター媒体の断面厚み領域（使用時にフィルターを通過してガスが流れる方向に関しての厚み）の二次元または三次元の異なった部分に、触媒が位置することができ、厚み領域に垂直な方向においては、フィルター媒体の部分全体に実質的に類似または均一な濃度の触媒が存在している、ということを意味している。そのようなフィルター媒体は、本発明によって、フィルター媒体の上に同一または異なった触媒物質を、各種のタイプまたは各種の濃度で、同時、別個または順次に堆積させることによって、調製することができるが、そのためには、場合によっては液体の、触媒物質を使用し、フィルター媒体の、各種の目的の位置または領域に触媒を配置できる堆積方法を使用する。

フィルター媒体の中の位置で、フィルター媒体の使用時に、触媒反応を受けるべき物質（たとえば、排気媒体）がフィルター媒体の中に配置または蓄積されるであろう位置、および／またはフィルター媒体中で特定の反応が起こるであろう位置を基準にして触媒の位置を選択することができる。たとえば、触媒反応を受けるべき物質が蓄積されるのは、ほとんどがフィルター媒体の外側表面と、その表面に近い内部、特に取入れ側表面（すなわち、触媒反応を受けるべき物質がフィルター媒体の中に入ってくる場所）である。あるいは、（たとえば、排気流れの中の）異なった触媒反応を受けるべき物質の反応が、フィルター媒体の中の２つ以上の別な位置または領域で起きてもよい。たとえば、サイズの異なる粒子では、フィルター媒体の中で浸透していく距離が異なるであろう。あるいは、時には、排気流れの１つの成分を分解するのに異種の反応を順次行わせることもできるし、あるいは、触媒反応を受けるべき２種以上の化学種で、それぞれが別の触媒によって触媒反応をするようなものを含む排気流れ（または、他のガス）において、異種の反応を起こさせることもできる。異なった触媒を、フィルター媒体の異なった位置（すなわち、流れの方向に対しての深さまたは厚み）に配置することによって（たとえば、異なったサイズの粒子、粒子がどれだけフィルター媒体の奥の方にまで浸透できるかによって）、異なった触媒を、異なった触媒反応を受けるべき物質と反応させることができるようになり、そしてさらに、順に、第１の触媒によってそのような第１の物質の触媒反応をさせて反応生成物を生じ、それに続けて、フィルター媒体のそれより下流に位置する第２の触媒によって、その反応生成物の触媒反応を行わせることもできる。

一例を挙げれば、揮発性炭化水素の酸化を促進するように設計された触媒をフィルター媒体の１つの部分に堆積させ、別な触媒たとえば、炭素質のすすを酸化させるような、より活性の強い触媒を、フィルター媒体のまた別な部分に堆積させることもできる。気体状成分たとえば、揮発性炭化水素を分解させるのに有用な触媒をフィルター媒体の内側部分（たとえば下流側）に塗布するが、それには、たとえば第２の触媒を塗布するより前に塗布し、また揮発性炭化水素用の触媒が内部の方に堆積され、乾燥されるような塗布システムおよび塗布方法を選択する。使用時には、気体状の揮発性炭化水素が、第１の触媒を含む、フィルター媒体の内部の部分にまで浸透して、そこで分解される。第１の触媒の後で、第２の触媒を堆積させることができるが、たとえば、この第２の触媒は、また別な化学種またはタイプの触媒反応を受けるべき物質、たとえばガスでは無くて固体、を分解するのに有用なものである。この第２の触媒系は、フィルター媒体の中で第１の触媒ほどには奥まで浸透しないように選択して、その第２の触媒を、使用時に、フィルター媒体の中にはそれほど深くまで浸透しないような物質、たとえば、固体微粒子に触媒作用を及ぼすようなところに、位置させるようにすることができる。たとえば、この第２の触媒を第１の触媒よりは上流側に置く。このような構成にすることで、使用時に、気体状になっている排気流れの揮発性の有機成分は、第１の触媒のところまで浸透して酸化されるのに対して、炭素質のすすのような固体微粒子は、フィルター媒体の上流側表面の第２の触媒（たとえば、炭素酸化触媒）で捕捉されて、そこで酸化されることになるであろう。この方法では、一方の触媒が他方の触媒の活性を妨害しないし、フィルター媒体の内部領域を最大限に使用することができる。さらに、それらの触媒が近くに位置しているので、一方の化学種の酸化（たとえば、排気流れの揮発性有機部分）からの熱エネルギーの全体または一部を、第２の触媒に関わる酸化を促進させるために使用することができる。

フィルター媒体の部分の異なった位置に配置した複数の触媒を使用することはさらに、ＮＯ_x化合物の酸化を可能とすることによって、炭素質のすす（たとえば、ＮＯ_x化合物と炭素質のすすとが単一の排気流れの中に見出されるような場合には）の酸化を促進できるようにするのに有用である。そのようなフィルター媒体構成の１つとして、たとえば、炭素質のすすに触媒作用を有する触媒を、極めて細かい粒子の形状でフィルター媒体の内部にまず堆積させ、それに続けて、ＮＯ_x酸化触媒を、より粗い高表面積の粒子の形状で、そのフィルター媒体のより上流側の部分に堆積させることを、含むことができる。最初に堆積させる触媒粒子が細かいほど、その後で堆積させる、より大きく粗な触媒粒子に比較すれば、フィルター媒体の比較的により深いところまで浸透する。それらの比較的大きな触媒粒子は、そのフィルター媒体の細孔を閉塞するほどには大きく無いのが望ましい。使用時に、気体状の形状の中のＮＯ_xは、より粗いＮＯ_x酸化触媒を含む、フィルター媒体の第１の（上流）部分において、酸化されてＮＯ₂となることができる。第１の反応の反応生成物であるＮＯ₂は、フィルター媒体のより奥の方にまで流入し、そのフィルター媒体のより奥の部分における反応、たとえば、炭素を酸化させる反応において触媒作用を発揮することができる。場合によっては、その反応で生成したＮＯ_xを、フィルター媒体のさらに下流側の部分、すなわちフィルター媒体の出口側、またはそれに向かう部分に堆積させた、第２のＮＯ_x還元触媒を通して流すことにより、改善させることも可能である。ＮＯ_x還元触媒は、本明細書において説明した触媒堆積法を用いることにより、フィルター媒体の下流側部分の上に堆積させることができる。たとえば、負圧を使用することで、触媒系を含む気体状媒体の流れを、フィルター媒体の下流側出口表面から堆積させるようにすることが可能である。当然のことではあるが、化合物および反応生成物の異なった系に触媒作用を与えるためのその他の構成も、同じやり方に従うか、本明細書のその他の教示に従うか、異なったタイプの触媒を用いることにより、調製することができる。

これらおよびその他の実施形態において、異なった触媒系を、異なった方向からフィルター媒体の上に堆積させることができる。具体的には、気体状媒体を強制的に１つの方向に（たとえば上流側へ）フィルター媒体の１つの側から流し込んで、フィルター媒体の１つの側の上に触媒を堆積させることができる。その工程の前でも後でもよいが、同一または異なった触媒物質を含む気体状媒体を、強制的にもう１つの方向に（たとえば下流側に）フィルター媒体のもう１つの側から流し込んで、フィルター媒体のもう１つの側の上にその同一または異なった触媒を堆積させることができる。

本発明により調製される、フィルター媒体の異なった部分に堆積させた同一または異なった触媒を含む一般的なフィルター媒体の、例示的な実施形態を、図３、図４、および図５に一般的に示す。図３、図４、および図５に示した、堆積された触媒を含むフィルター媒体の部分では、それらの部分全体に実質的に均一な濃度の触媒を有しているように図示されてはいるが、このようなことは必須ではなく、図６および図７に示すように、本発明の触媒は、フィルター媒体の厚み方向に濃度勾配を示すように堆積させることもできる。

図３には、円筒状または環状のフィルター媒体３０が示されているが、これは、いかなるタイプのフィルター材料を用いてもよく、またいかなる設計でつくられていてもよい。他の形状たとえば、卵形断面、楕円断面、三角形断面、または各種その他の閉じた形態の断面を、本発明の原理に従って、使用することも可能である。さらに、フィルター媒体３０は、円形の表面３３および３５を有する本質的に均一な円筒として図示されているが、フィルター媒体が、不均一な断面や不規則な表面構造を有していてもよいことは理解されるであろう。

再度図３を参照すると、フィルター媒体３０の使用時における排気ガスの正常な流れの方向を、矢印３１で示している。第１の触媒物質３４は、フィルターの内部または入口部分に堆積させる。本明細書で使用するとき、「部分（ｐｏｒｔｉｏｎ）」および「領域（ｒｅｇｉｏｎ）」という用語は、フィルター媒体を指していて、フィルター媒体の二次元または三次元要素を参照するのに互いに言い換え可能に使用され、一般的には、フィルター媒体の外側表面に関連した位置により画定されるような、フィルター媒体の要素を指す。１例は、触媒物質３４を含むフィルター媒体３０の部分であって、これは、フィルター媒体３０の内側（入口）表面３３からの距離、またはフィルター媒体３０の外側（出口）表面３５からの距離によって、実質的に画定される円筒と定義される。

図３に示されているように、触媒物質がフィルター媒体３０の中へある距離だけ浸透して、フィルター媒体の内側部分に堆積されることができるように、触媒物質３４が堆積されている。このようにできるのは、触媒物質そのもの（たとえば、溶解させているか固体であるかのようなその物理的状態や、固体の場合にはその粒度）によるか、またはその触媒をフィルター媒体に配置するためのビヒクル（たとえば、液滴の形状）による。第２の触媒物質３２は、フィルター媒体の上流側に堆積させる。この第２の触媒物質３２は、触媒物質３４と同じであっても異なっていてもよく、触媒物質３２が、フィルター媒体３０の中で触媒物質３４ほどに深いところには浸透しないような性質を有しているか、または浸透しないような形状もしくは条件下で塗布される。したがって、触媒物質３２と３４は、フィルター媒体３０の異なった部分の上に堆積されていて、独立して異なった反応に触媒作用を及ぼす機能を有することができ、たとえば、単一のガス流れの中に含まれる異なった触媒反応を受けるべき物質に触媒作用を及ぼしたり、あるいは、ガス流れの中にある単一の触媒反応を受けるべき物質の反応に、順次触媒作用を持ったりすることができる。

図４には、上流側部分に触媒物質４４、下流側部分に触媒物質４２を有するフィルター媒体４０が図示されている。本発明に従って、触媒物質４４は、フィルター媒体の使用時のガス流れの方向を示す方向４１の向きに流れる気体状媒体を用いて堆積させることができる。本発明に従って、触媒物質４２は、流れ４１とは逆向きの流れを使用して堆積させることができる。触媒物質４２または４４は、いずれを先に堆積させてもよい。

図５は、触媒物質５２、５４、および５６を有するフィルター媒体５０を画いたもので、それらは、フィルター媒体５０の異なった場所に堆積されている。触媒物質５２、５４、および５６は、本発明の方法により、フィルター媒体の上に堆積させることができる。たとえば、触媒物質５４は、方向５１へのガス流れを基準にして、フィルター媒体５０の内側部分に堆積させることができる。触媒物質５２は、図示されているように、触媒物質５２がフィルター媒体５０の中のより浅いところに浸透するような方法で実質的に堆積され、その結果図に示されるように、フィルター媒体５０の部分で触媒物質５４からは上流側に堆積されるようになる。触媒物質５６は、流れ５１とは逆向きの方向のガス流れを使用して堆積させることができ、触媒物質５２および５４に対して、フィルター媒体５０の下流側に触媒物質５６を堆積させる。

使用時に、触媒性フィルターを、触媒反応を受けるべき物質、たとえば、ディーゼル微粒子用フィルターで触媒を用いる場合における炭素質のすすのような排気微粒子物質を含むガスの流れの中に配置する。一般に排気粒子は、フィルター媒体と接触し、フィルター媒体の構造と比較した排気粒子の相対的な大きさに基づいて、フィルター媒体の中のくぼみ、細孔、繊維、隙間などの中に捕捉または保持されることにより排気ガスから除去される。排気粒子が、フィルター媒体によって捕捉または保持された場所に蓄積し、その排気粒子が適切に配置された触媒と接触すると、排気粒子が反応することが可能となり、分解生成物となる。

触媒反応を受けるべき粒子（たとえば、排気粒子）が使用時にフィルター媒体により捕捉、あるいはフィルター媒体の上または中に蓄積される様子は、フィルター媒体の厚み方向での粒子の濃度プロフィールに明確に現れる。そのプロフィールは、フィルター媒体の厚み方向での異なった位置における排気粒子の相対的な濃度に関連し、たとえば、使用時にフィルター媒体を通過するガスの流れと同じ方向または逆向きの方向に勾配を有する（たとえば図６および図７参照）。各種のフィルター媒体および排気粒子系における、排気粒子の濃度プロフィールの細かい性格には多くの因子が関与するが、非限定的にそのような因子を挙げてみれば、フィルター媒体のタイプ（たとえば、薄紙、厚めの多孔質または発泡フォーム、セラミック、繊維または巻付け繊維、不織布材料など）；排気粒子を、フィルター媒体の表面のすぐ上で落ち着かせるか、内部にまで浸透させるかの違い；フィルター媒体の中を通る、流路または経路のタイプとサイズ；排気粒子の平均サイズ、サイズ分布および形状；および、排気粒子のフィルター媒体の構造表面との関わり方、すなわち、それらが含水または湿潤状態であってそのために接触によりフィルター媒体に付着するかどうか、付着の後でそれらが移行するかどうか、およびそれらが乾燥していて、わずかまたはまったく付着しないかどうか；などである。

図６および図７に、フィルター媒体の厚み方向における粒子の濃度勾配を示す。これらは、本発明の方法によりフィルター媒体に堆積される、触媒微粒子物質の濃度勾配の代表例である。これらの図はさらに、使用時にフィルター媒体によって捕捉される触媒作用を受けるべき物質の粒子（たとえば、排気粒子）の濃度勾配の代表例でもある。図６は、ガス流れの方向（ｆ）に厚み（ｔ）を有するフィルター媒体６０のセグメントを示していて、濃度勾配で示したような、フィルター媒体６０により捕捉された粒子を含む。フィルター媒体６０の表面６２（この場合では、流れｆの方向を基準とすると、入口表面）における粒子濃度は、左側に示したグラフ表示からも判るように、最大値となっている。粒子を伴う気体状媒体が吸い込み表面６２に入ると、粒子は、フィルター媒体によって捕捉されることにより、その気体状媒体から除去される。フィルター媒体の内側部分に堆積される粒子はほとんどなく、捕捉された粒子の濃度は、フィルター媒体の厚み（ｔ）につれて、確実に減少していく。濃度が最も低くなるのは、出口表面６４のところである（図６においては、出口表面６４における濃度がゼロよりも大きくなっているが、ゼロであってもよい。図７参照）。

図７は、別なあり得る粒子濃度プロフィールを示している。図７におけるプロフィールは非直線状であって、フィルター媒体６０の表面６２における最大濃度で始まって、フィルター媒体６０の内部の６６の点で本質的にゼロにまで減少している。これらとは別に、たとえば粒子のタイプ、サイズ、サイズ分布、付着性、流動性、フィルター媒体の性質などによっては、その他のプロフィールも起こりうる。たとえば、いくつかのフィルター媒体では、フィルター媒体の入口表面で捕捉された粒子の大部分を蓄積し、フィルター媒体の内部には、微粒子物質はほとんど入っていかない。さらに、単一のフィルター媒体の上に、たとえば異なった粒子の複数の濃度プロフィールが存在することもあり得る。

本発明は、触媒性フィルター媒体を対象としていて、それには、そのフィルター媒体をガスの流れから微粒子物質を濾過するために使用したときに、触媒作用を受けるべき微粒子物質が接触し、配置され、捕捉され、または堆積され、蓄積されるような位置に濃度の高い触媒を含む。その触媒は、同一のフィルター媒体の上で触媒反応を受けるべき粒子の粒子濃度プロフィールを反映するように、そのフィルター媒体の上に位置させることができる。この方法では、蓄積される微粒子物質とその触媒とが接触するであろうフィルター媒体上の場所に、触媒を配置し、濃度を高めておくことができる。使用時に微粒子物質がほとんどまたは全く蓄積しないような、フィルター媒体上の位置には、触媒を低い濃度で存在させたり、触媒を存在させなかったりすることができる。そうすることによって、高価な触媒を極めて効率よく使用することができる。

本発明の方法によれば、所望の触媒濃度プロフィールは、特定のフィルター媒体の上で触媒反応を受けるべき粒子の粒子濃度プロフィールを、まず特定することにより達成することができる。理解されるであろうが、各種特定のタイプの（単一または複数の）粒子が、あるタイプのフィルター集合体またはフィルター媒体に使用時に蓄積する様式および位置は、その目的とする用途の中で（たとえば、ディーゼルエンジン排気系や触媒性フィルターが使用されるその他の装置の中で）そのフィルター媒体を使用したり、そのフィルターシステムの予備機、複製またはその他のモデルを組み立てたりすることにより特定することが可能である。次いで、使用済みまたはモデルのフィルターについて、そのフィルター媒体の１つまたは複数の位置と厚みのところで、蓄積された粒子の粒子濃度プロフィールを目視および／または測定することにより、分析することができる。そのプロフィールは、その上に触媒を堆積させていないフィルター媒体を使用して得ることができるが、場合によっては、その上に、たとえば使用されるであろう所望の触媒濃度プロフィールを推測した濃度で、触媒を堆積させたフィルター媒体を使用して得ることもできる。

本発明においては、そのフィルターによって触媒反応を受けるべき粒子の濃度と濃度プロフィールを反映または模擬して、フィルター媒体の上に触媒を配置することができる。たとえば上述のようにして、濃度または濃度プロフィールが特定できれば、その粒子濃度プロフィールに似せて、そのフィルター媒体の上の位置に触媒を配するように、システムを設計することができる。このことは、たとえば、触媒を塗布するためのシステムを設計する際に、具体的なフィルター媒体のタイプにおいて、フィルター媒体の表面と最初に接触したところで触媒物質を直ちに落ち着かせるか、またはまずはフィルター媒体の内部へ所望の距離だけ浸透させて次いでそこで落ち着かせるか、を調節することなどにより、先に特定されたような因子を観察および選択することによって達成することができる。触媒とフィルター媒体の構造表面との間の相互作用を調節するには、各種の因子を用いることが可能であるが、たとえば、その触媒物質が、含水または湿潤状態の粒子の形態であるか、あるいは粒子または液滴に含まれる溶質の形態であるか（これらのいずれの形態でも、接触によりフィルター媒体に付着することが可能であるが、液滴の形態の方が、最初の接触で付着しやすい）のいずれであるか；その触媒物質が付着したあとで移行するのかしないのか；または、その触媒物質が比較的乾燥していて、そのためにわずかだけしか付着しないか、まったく付着しないのか；などの因子が挙げられる。触媒物質が付着したあとで移行するのかしないのかについては、たとえば、乾燥速度、フィルター媒体の濡れ、および、フィルター媒体へのガスの流入速度などの影響を受ける。触媒物質粒子のサイズ、形状および平均サイズもまた、調節、選択することが可能であって、フィルター媒体におけるそのような粒子の分布に影響を与える。比較的小さな粒子は、比較的大きな粒子に比べて、フィルター媒体の中で遠くにまで到達することができる。他方では、本発明は、液滴中に含まれる触媒物質を使用して、フィルター媒体に触媒を塗布することもその対象とする。その液体は、その液滴が捕捉されないくらいに小さい場合であっても、液滴をフィルター媒体の構造に付着させることを可能とする。したがって、触媒物質粒子のサイズも１つの因子となりうる。その他の因子としてはさらに、触媒物質を含む液滴のサイズと性質、それらの液滴とフィルター媒体構造との間の相互作用、および、湿潤状態の触媒物質粒子または液滴が充分な液体含量を有しているか、または別な方法として充分に粘着性があって、それらが、フィルター媒体の構造によって捕捉されるほどには充分に大きなものでなかったとしても、それらの液滴がフィルター媒体に付着するかどうか、などが挙げられる。湿潤状態または乾燥状態の触媒物質粒子または液滴の付着係数を選択することにより、特定のタイプのフィルター媒体に所望の効果、たとえば、そのフィルター媒体の中への触媒物質の所望の程度の浸透を達成することができる。湿潤状態または乾燥状態の触媒物質粒子または液滴の付着係数は、フィルター媒体の上におけるその濡れ挙動（実験的に決定される）およびその乾燥速度に関連させて選択することができる。

触媒反応を受けるべき粒子（たとえば、排気粒子）の濃度プロフィールが特定されさえすれば、たとえば、排気粒子の濃度プロフィールをそのまま当てはめるか、排気粒子の濃度プロフィールには合わせるが均等により高い濃度（たとえば、すべての位置における濃度の１．５倍、２倍、または５倍など）とするか、または、別な方法として排気粒子の濃度プロフィールの結果と理解をふまえて、その排気粒子濃度プロフィールに具体的な類似性を有する触媒物質の濃度プロフィールとするかのような、ある触媒濃度に従って触媒をフィルター媒体の上に配置することができる。たとえば、本発明により調製される触媒物質の濃度プロフィールは、図６または図７のプロフィールのようなものにするか、または少なくとも幾分かは似たものとすることができる。

本発明の方法は、市販されており、ガス流動、粒子流動、化学反応または濾過の分野の当業者には認識されている機器を使用して実施することができる。有用な装置に含まれるのは、ガスの流れを発生させるガス流れ発生要素、フィルター媒体をガスの流れの中に定位させるためのアダプター要素、およびガスがフィルター媒体と接触するより前に、触媒物質をガスの流れの中に導入する触媒物質導入要素などの要素である。その他任意の要素としては、ガスをフィルター媒体の中へ入れ、通過させ、送り出すための、たとえばトンネル、チャンバー、チャンネル、またはその他のタイプのガイドなどの流動方向決定要素（ｆｌｏｗ ｄｉｒｅｃｔｏｒ）が挙げられる。

ガスの流れを発生させる要素は、空気、不活性ガスなどのガスの流れを作り、方向付けすることが可能な、各種のタイプの機器であってよい。液体を用いて使用するための流れ発生要素の１例は、スプレードライヤーである。場合によっては、そのガスの流れを発生させる要素は、フィルター媒体を通して、いずれの方向にもガスの流れを向けることが可能である。フィルター媒体を通して逆向きの流れを作るためのまた別な方法は、アダプター要素のまわりでフィルター媒体を回転させる方法である。

触媒物質導入要素は、たとえば、アダプター要素に取り付けたときに、触媒物質および／または触媒物質を含む液滴をフィルター媒体の中へ導入する流動ガスの流れの中に配することが可能ないかなるタイプの機器であってもよい。触媒物質導入要素のタイプは、触媒のタイプ、たとえばその触媒物質が湿潤状態または乾燥状態の固体であるか、液滴の中に、懸濁、分散または溶解された固体であるのか、によって決めることができる。たとえば、ガスの流れの中に触媒物質含有液体を配するための、有用な機器または装置の例としては、ベンチュリー吸引装置、静電スプレー装置、微粒化ノズル、スプレーノズルなどが挙げられる。

触媒物質導入要素は、単一の触媒物質源と連通されていてもよいし、あるいは、２つ以上の同一または異種の触媒物質源と連通されていてもよい。この方法で、異種の触媒物質をこの装置を用いて、同一のフィルター媒体の上にでも、あるいは異なったフィルター媒体の上にでも堆積させることができる。さらに、２種以上の異なった触媒物質を、順に１つのフィルター媒体の上に堆積させることもできる。さらに、１種または複数の触媒物質をフィルター媒体の片側に堆積させ、そして１種または複数の他の触媒物質を、逆方向のガス流れを用いてフィルター媒体のもう一方の側に堆積させることもできる。装置に２種の異なった触媒物質の供給源を備えておくことで、フィルター媒体を変えることなく、単一のフィルター媒体の上に異なった触媒物質を、利便性よく効率的に堆積させることが可能となる。

アダプター要素は、フィルター媒体がキャリヤーガスの流れの中に位置されるか保持されるようにする、各種機械的装置またはメカニズムであってよく、それにより、キャリヤーガスがフィルター媒体の１つの側（すなわち、「入口」）から流入し、フィルター媒体を通過し、そして、他の側（すなわち「出口」）から流出する。アダプター要素は、ガスの流れをフィルター媒体に、流入、通過、流出させるのをガイドする、流動方向決定要素を含めた要素の中に一体化することができる。アダプター要素の形状、サイズおよび形態は、そのアダプター要素と共に使用するフィルター媒体のタイプに依存する、すなわち、アダプター要素が、フィルター媒体の一方の側に本質的に気密にフィットし、それによって、ガスがフィルター媒体の中を通過するが、フィルター媒体のまわりを流れることがないようにする。場合によっては、そのアダプター要素を、複数のフィルター媒体に同時にフィットするような形状とすることもできる。場合によってはさらに、その装置には、異なったサイズまたは形式のフィルター媒体をフィットさせるアダプター要素が含まれていてもよいし、あるいは、単一のフィルター媒体の両方の側にフィットさせて、それによりガスが単一のフィルター媒体の中を通ってどちらの方向にも流せるようにしてもよい。

図１は、本発明によるフィルター媒体の上に触媒物質を堆積させるための例示的な方法を、一般的に示している。この図を参照すると、フィルター媒体４はチャンバー５の内側に位置していて、ガスの流れがフィルター媒体４を通過して流れ、次いでチャンバー５の出口１２から流出するように設定されている。ガスの流れ２は、入口ノズル３を通り、次いでフィルター媒体４の入口６に向かう。入口またはノズル３に到着するより前に（図示せず）、適切な量の触媒系および気体状媒体を調製して混合物として、ガスの流れ２とする。ガスの流れ２は、フィルター媒体４の入口６に流入し、フィルター媒体４を通過し、フィルター媒体４から流出して、出口流れ１０として集められ、最終的にはチャンバー５の出口末端１２から流出する。ガスの流れ２の中に含まれる触媒物質が、このプロセスの間に、フィルター媒体４の中に、堆積、捕捉またはその他の方法で集められるが、好ましくは、使用時にこのフィルター媒体を通って流れる触媒作用を受けるべき排気微粒子物質の場合と同様にする。この方法において、触媒は、フィルター媒体の中の、使用時に排気微粒子物質が堆積または捕捉される位置に堆積されるが、それによりその触媒は、フィルター媒体の中で、最も効果的に使用される（すなわち、フィルター媒体によりガスから除去された微粒子物質と、接触、反応する）であろう場所に位置することになる。

図１に例示したフィルター集合体には、穴をあけた支持用円筒またはチューブ１４で作ったスパン巻付けフィルター媒体４、その上に巻付けた無機繊維またはヤーン８、および、ガスが穴開きチューブ１４の中を通り、巻付けヤーン８から出るように方向付けをする閉止末端１８が含まれる。先に述べたように、本発明の方法は、その他各種のタイプのフィルター、フィルターカートリッジ、フィルター媒体、またはその他のフィルタータイプの製品と共に使用することができるが、それには、そのフィルター、フィルター媒体、カートリッジ、またはフィルタータイプの製品を、たとえば、触媒物質を含むガスの流れ２のようなガスの流れの中に配置する。

さらに図１には、フィルター媒体の再生を容易とするための、フィルター媒体４にたとえば電気加熱要素のような加熱要素が含まれていることは、図示されていない。そのような加熱要素は、本発明により調製されるフィルター媒体の中に存在させるか、またはフィルター媒体と共に使用することができる。具体的には、フィルター媒体の上に堆積された触媒が、フィルター媒体の内部またはそれに近いところに組み込まれた加熱要素のきわめて近い位置に堆積されるようになることは、本発明の方法の利点の１つである。加熱要素と触媒との間が極めて近いことによって、再生の際に、それら２つの間で効率的に伝熱させることが可能となる。

図１のガスの流れ２は、いかなる形態の触媒物質を含むガスであってもよい。たとえば、その触媒物質が、気体状媒体の中に分散された、触媒の微細な乾燥粒子の形態であってもよいし、あるいはキャリヤー液体の液滴、たとえばミストまたはエアロゾルスプレーその他、気体状媒体の中に懸濁または分散されたものであってもよいが、ここでその液体には、溶解させるか固体状の触媒物質が含まれている。液体の液滴は、各種有用な方法によって製造することができるが、そのような方法としてはたとえば、エアロゾルまたは非エアロゾルスプレー、吸引、超音波で発生させた霧またはミスト、噴霧化、微粒化、または気体状媒体の流れの中に導入することが可能な液滴を作るその他各種の方法が挙げられる。

図２は、本発明の方法の１つの実施形態を示しているが、これには、触媒物質含有液体をガスの流れの中に導入することが含まれ、スプレー法、注入法、通気法、微粒化法、またはその他の方法により、フィルター媒体よりも上流側で、ガス流れの中に触媒物質含有液体を導入する。図２においては、ガス流れ２０（このガスには触媒物質を含んでいても含んでいなくてもよい）を入口３に導入する。ベンチュリー吸引装置２２を、入口３より内側のガス流れ２０の中に配置し、この装置２２が、キャリヤー液体の中に含まれる、触媒物質の粒子または溶解させた触媒物質のいずれかの形態で、流動ガス２０の中に触媒物質を導入する。ここでもまた、ガス流れ２０の一部としての触媒物質がフィルター媒体４の中に流入し、好ましくは、フィルターの使用時にフィルター媒体の中に流入する排気微粒子物質の場合と同様にして、フィルター媒体４により捕捉または媒体の中に堆積される。

触媒物質が、フィルター媒体に塗布するための液体に含まれている場合には、その触媒物質は、フィルター媒体に触媒物質を固定するための１種または複数の付着性成分と共に塗布するのが好ましい。

図１または図２のいずれにも示されてはいない、本発明の方法および装置の好ましい要素があるが、それは、図１または図２におけるそれぞれのガス流れ２または２０の１種または複数と、フィルター媒体４を加熱するための加熱メカニズムである。そのような加熱メカニズムは、電気抵抗加熱、赤外線の照射、マイクロ波、またはその他有用あるいは利便性の良いタイプのエネルギー伝達メカニズムに基づくものであればよい。たとえば、その加熱メカニズムは、入口３またはその近傍、さらには入口３の上流側に配置した電気抵抗コイルであってもよい。別な方法として、赤外線照射またはその他の加熱メカニズムで、フィルター媒体４を直接加熱することもできる。あるいは、さらに別な可能性として、加熱メカニズムを、ベンチュリー吸引装置２２の場所もしくはその近傍、または触媒物質源（図示せず）までの、この装置よりも上流側のどこかに、位置させることもできる。

本明細書に記載した方法に従って調製したフィルター媒体は、当業者には理解されることではあるが、他の触媒物質含有フィルター媒体を使用または加工するのと同様にして、使用または加工することができる。多くの場合、フィルター媒体に触媒系を塗布するのに続けて、特に塗布するのに液体を使用した場合には、その触媒物質を加熱処理して（すなわち、乾燥、か焼または焼成して）その触媒物質をフィルター媒体に固定させる。触媒系をフィルター媒体に塗布している間に、触媒物質含有液体を急速に乾燥させることは、先に述べたようにして、たとえば、フィルター媒体の上流側またはフィルター媒体を通るガス流れを加熱するか、または触媒系を塗布する際にフィルター媒体を加熱することによって、実施することができる。あるいは、各種公知の方法を用いて、独立した、後工程において加熱を実施することも可能である。

フィルター媒体の中に触媒を導入する本発明の方法は、未使用のフィルター媒体に触媒を塗布することにも、あるいは、過去に触媒化したフィルター媒体で、使用したことがあるか、および／またはたとえば、炭素質物質（たとえば、再生による）および／または灰分（たとえば、フィルター媒体の洗浄または吹飛ばしによる）を清浄化させたものに触媒を再塗布することにも使用することができるが、ここでその使用および／または清浄化には、フィルター媒体にさらなる触媒を塗布する必要がある。フィルター媒体の中に触媒を導入する本発明の方法は、標準的な触媒塗布方法と共に用いることも可能であると考えられる。たとえば、標準的な方法は、より安価な触媒、または全てまたはほとんどのフィルター媒体（たとえば、ＮＯ_x吸収器）で通常望まれる触媒を選択的に塗布するのに使用することができ、本発明の方法は、より高価な触媒を塗布するのに使用することができる。本発明の方法は、標準的な方法を使用する前または後に使用することができる。

本発明の方法により調製される触媒物質含有フィルター媒体は、さらにその後に、より大きなフィルター製品、フィルターカートリッジ製品、またはその他適切なフィルター集合体の中に、組み込むことができる。そのようなフィルター集合体は、公知の濾過方法に従って使用することが可能であり、そのような方法としてはたとえば、異物粒子を含むガスの流れの中にフィルター集合体を挿入して、その粒子を濾過し、場合によってはそのフィルター媒体を再生させる工程を含む方法がある。たった１つの例示的な用途としては、そのようなフィルター集合体は、ディーゼル排気流れから排気微粒子物質を濾過するのに有用である。その他の用途も当業者には明白であろうし、汚染の改善や、その他の加熱ガス処理のような用途もまた含まれる。

以下の工程に従って、同一の２つの触媒物質混合物を合成した。
１）セリア−ジルコニア−イットリア支持体を調製したが、それには、必須の金属塩混合物（下記参照）を水酸化アンモニウム溶液中で加水分解させ、得られた金属オキシ−ヒドロキシドをそれに続けてか焼した；
２）公知の湿潤法を用いて、そのか焼したセリア−ジルコニア−イットリア粒子の上に塩化パラジウムを担持させ、その後にか焼した；
３）酸化パラジウムを担持させたセリア−ジルコニア−イットリア粒子を、付着促進錯体の酢酸ジルコニルおよび硝酸セリウムの存在下に粉砕して、触媒物質混合物を生成させた。

次いで、その触媒物質混合物の１つのサンプルを巻付け繊維フィルター媒体の上に担持させたが、それには、触媒物質混合物の中にフィルター媒体を浸漬させ、次いで、乾燥、か焼により、フィルター媒体の上に触媒を固定させた。触媒物質混合物の第２のサンプルを２つに分け、一方を元の量の６０％、他方を元の量の４０％になるようにした。６０％の部分は、本発明の方法を用いて巻付け繊維フィルター媒体の上に担持させたが、その際、気体状媒体としての加熱空気とスプレー乾燥装置とを使用して、巻付け繊維フィルター媒体の中に触媒物質混合物をスプレーして、触媒物質混合物を微粒子化させた。触媒量が４０％減少しているにもかかわらず、そのフィルター媒体は、従来の方法で全量の触媒を用いて処理したフィルター媒体よりは、より低エネルギーで再生できることが見出された。このように、本発明によって、触媒の使用量を実質的に節約でき、また、フィルター再生の際のエネルギー消費量を削減することが可能となった。

比較例１
比較例１では、非触媒化ヒーター内蔵繊維巻付けフィルター（スリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）：製品番号ＸＷ３Ｈ−０７８）を使用した。これは、非触媒化対照としての、比較のために使用するものである。比較例２では、比較例１と同じタイプのフィルターを用いたが、ただし、従来法により触媒化させた。

比較例２および実施例１において使用するための触媒物質混合物の調製：
セリア−ジルコニア−イットリアの調製：硝酸ジルコニル溶液は、５００．０ｇの塩基性炭酸ジルコニウムペースト（ＺｒＯ₂当量４０％；ニュージャージー州フレミントン（Ｆｌｅｍｉｎｇｔｏｎ，ＮＪ）マグネシウム・エレクトロン・インコーポレーテッド（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｃ．）製）を少量ずつ、１８００ｇの脱イオン水中に２０４．０ｍＬの濃硝酸を混合したものに、撹拌しながら添加することにより調製した。塩基性炭酸ジルコニウムが完全に溶解し、ガスの発生が止まってから、その混合物をロータリーエバポレーション法（浴温＝３５℃、アスピレータによる減圧）により、ジルコニアが２０．０重量％になるまで濃縮した。その硝酸ジルコニル溶液を濾過してから使用した。水性金属塩溶液混合物は、１６２．３３ｇのこの硝酸ジルコニル溶液（２０重量％ＺｒＯ₂）を、１６２．３３ｇのセリウム（ＩＩＩ）硝酸塩溶液（２０重量％セリア溶液）および１０００ｇの水を組み合わせることにより、調製した。最終的な金属塩混合物は、その硝酸ジルコニル−硝酸セリウム溶液の中に、１６．２３ｇの硝酸イットリウム水和物（２９．５％Ｙ₂Ｏ₃）結晶を溶解させることにより、調製した。最終的なモル比は、ＺｒＯ₂：ＣｅＯ₂：Ｙ₂Ｏ₃＝１．００：０．７１６：０．０８であった。

６０．０ｍＬの濃水酸化アンモニウムを１０００ｇの水と混合することにより水酸化アンモニウム溶液を調製した。その溶液を、ロス（Ｒｏｓｓ）ＭＥ１００ミキサー（ニューヨーク州ハウポージ（Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）のチャールス・ロス・アンド・ソン・カンパニー（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｒｏｓｓ ａｎｄ Ｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ）製）を用いて高速で撹拌しながら、金属塩混合物の半量を滴下により加えた。その添加の後、追加の５０．４ｍＬの濃水酸化アンモニウムを、先の水酸化アンモニウム溶液に加えた。次いで、残りの金属塩溶液を高速で撹拌しながら、水酸化アンモニウム溶液に添加した。添加終了後、固形物を沈殿させ、約４リットルの脱イオン水を用いて、デカンテーションによりその物質を洗浄した。その固形物を１０００ｍＬの脱イオン水の中で撹拌し、最終的な洗浄済みの固形物を、遠心分離機により分離した（４０００ｒｐｍ、１５分）。その固形物を１００℃で乾燥させ、乳鉢と乳棒により粉砕し、以下のプログラムに従ってか焼した。１００℃から５００℃まで３時間、５００℃で０．５時間保持、８００℃まで１時間で加熱、８００℃で１時間保持、次いで炉の冷却。その物質を乳鉢と乳棒により粉末化すると、微細な黄色の粉末が得られた。６００ｍＬの脱イオン水を用いてその粉末をスラリー化し、１９００ｇのジルコニアミル媒体（オハイオ州アクロン（Ａｋｒｏｎ，ＯＨ）のユニオン・プロセシズ・インコーポレーテッド（Ｕｎｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）製）の入った、３２オンスの広口ポリ瓶の中に入れた。そのミル媒体は、５０重量％の約６．６ｍｍの円柱と５０重量％の約１２．３ｍｍの円柱からなっていた。ポリ瓶の蓋をしっかり締め、その混合物をスウェコ（Ｓｗｅｃｏ）Ｍ１８−５ミル（ケンタッキー州フローレンス（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）のスウェコ・インコーポレーテッド（Ｓｗｅｃｏ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）製）を用いて４８時間振動混練した。混練の後、その内容物をミル媒体から分離し、８０℃でその混合物を乾燥させることによって、固形物を回収した。その固形物を乳鉢と乳棒により粉砕すると、流動性のある黄色の固形物となった。

以下の方法により、セリア−ジルコニア−イットリア粉末の上に塩化パラジウムを担持させた。２．６７ｇの塩化パラジウムを、３ｍＬの濃硝酸と２ｍＬの濃塩酸を加えた８０．０ｇの脱イオン水の中に溶解させることにより、塩化パラジウム溶液を調製した。その混合物を、高エネルギー超音波ホーンを取り付けたブランソン・セル・ディスラプター（Ｂｒａｎｓｏｎ Ｃｅｌｌ Ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ）３５０（コネチカット州ダンベリー（Ｄａｎｂｕｒｙ，Ｃｔ）のスミス−クライン・カンパニー（Ｓｍｉｔｈ−Ｋｌｉｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ）製）を用いて、１分間超音波処理をした。その塩化パラジウム溶液を、マグネチックスターラーバーと共にビーカーの中の、３２．０ｇのセリア−ジルコニア−イットリア粉末に添加した。その溶液を撹拌しながら約８０℃に加熱したが、その間、混合物の表面上に窒素を穏やかに吹き付けて、蒸発を促した。混合物が濃縮されてペースト状になったら、その混合物を、スパチュラにより手で裏返しながら加熱して、乾燥させた混合物を得た。その乾燥させた混合物を、以下のプログラムに従ってか焼した。室温から４５０℃まで１時間、４５０℃で３０分間保持、次いで炉を冷却。

最終的な触媒物質分散体（すなわち、触媒系）を調製するには、３２オンスの広口ポリ瓶に、１９００ｇのジルコニアミル媒体（前述）と共に、か焼しパラジウム処理したセリア−ジルコニア−イットリア、４００．０ｇの脱イオン水、７．３７ｇの硝酸セリウム溶液、および５．９４ｇの酢酸ジルコニル溶液（２２重量％ジルコニア、ニュージャージー州フレミントン（Ｆｌｅｍｉｎｇｔｏｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）のＭＥＩ・インコーポレーテッド（ＭＥＩ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）製）を仕込み、スウェコ（Ｓｗｅｃｏ）Ｍ１８−５ミルを用いて、３時間１０分、その混合物を混練した。その分散体を、濾過によりミル媒体から分離し、直ちに巻付け繊維フィルターに塗布した。

比較例２においては、その触媒物質分散体をフィルター媒体に、その混合物をフィルターの中に、内側から外側へと注ぐことにより、塗布した。分散体全部をフィルターの中に注入し、分散体の全てがフィルター媒体の中に含まれるようにした。次いでその飽和されたフィルターを、１００℃の強制空気炉の中で乾燥させ、次いで以下のプログラムに従ってか焼した。室温から１１０℃まで１０分、１１０℃から５００℃まで１．５時間、５００℃で３０分間保持、次いで、室温にまで炉を冷却。

実施例１
実施例１においては、比較例１および２で使用したのと同じタイプのフィルターを使用したが、ただし、本発明の方法を用いて触媒化を行った。実施例１のための触媒物質分散体は、比較例１の場合と同様にして調製した。触媒物質分散体の最終的な量の６０％を、以下の方法により、巻付け繊維フィルターに担持させた。ブエキ・Ｂ１９１・ミニ・スプレー・ドライヤー（Ｂｕｅｃｈｉ Ｂ１９１ Ｍｉｎｉ Ｓｐｒａｙ Ｄｒｉｅｒ）を、触媒物質分散体のエアロゾルを搬送する加熱ガススプレーが、実施例１のフィルターの中を通過できるように設定した。これを実施するためには、コーンの形をしたパイレックス（登録商標）（Ｐｙｒｅｘ，登録商標）ガラスカプラーを用いたが、その入口ＩＤは１０４．４ｍｍ、出口ＩＤは６３．７ｍｍ、全体の高さが１６．５ｃｍであった。そのコーンをスプレードライヤーに取り付けて、その入口オリフィスが、アトマイザーがスプレー液滴を発生させる位置になるようにした。次いでフィルターをカプラーに取り付けたが、そのカプラーは、カプラーの出口オリフィスにぴったりと取り付けたフィルターの入口オリフィスを有していて、それにより、熱いキャリヤーガスがフィルターの中を通過して、それにより、発生液滴がフィルター媒体の中に搬送できるようにした。入口温度を２１０℃に調節し、触媒物質分散体をフィルターの中に、約６〜７ｍＬ／分の速度でスプレーした。フィルターの中にスプレーされた本質的に全部の触媒物質分散体が、フィルター媒体に捕捉された。スプレー乾燥装置を用いて触媒物質分散体をフィルターの中にスプレーした後で、フィルターをスプレードライヤーから取り外して、一夜１００℃で乾燥させた。次いでそのフィルターを、比較例１と全く同様にして、か焼した。

評価：
比較例１、比較例２および実施例１について、３．４ＬのＩＤＩディーゼルエンジン（カミンス（Ｃｕｍｍｉｎｓ）６Ａ）を使用し、２４００ｒｐｍ−１８００ｐｓｉ（７．１〜７．６ｍ³／分、３６０〜４００℃）で運転して、評価した。微粒子状排気物質（炭素質のすす）はフィルターの中に蓄積させ、フィルターの圧力損失が４０ｋＰａに達するまで続けた。その時点で、フィルターの中に内蔵されたヒーターに電力を供給して、再生を開始させた。エンジン条件がアイドリング状態に変化したらすぐに、（８００ｒｐｍ−無負荷：１．１Ｎｍ³／分）、電力を１０分間供給した。電力を切断したら、エンジン速度を再び２４００ｒｐｍ−１８００ｐｓｉにまで上げ、再生後の圧力損失を測定した。この方法により、９０％再生させるために必要な電力を測定した（再生開始と再生終了の間の圧力損失差が、再生開始時の圧力損失の９０％）。

結果：
表１に、２種の触媒化フィルターと非触媒化フィルターを９０％再生させるのに必要であった電力を示している。

この結果から、実施例１のフィルター媒体には、比較例２のフィルター媒体中の触媒量のたった６０％しか含まれておらず、しかもいずれの例でも同一の触媒物質が使用されているにもかかわらず、本発明による方法により触媒化した実施例１のフィルターは、従来の方法により触媒化した比較例２のフィルターよりも、低い電力レベル（すなわち、所要電力が約５９％）で再生されている、ということが判る。このデータは、従来の触媒塗布方法に比較して、本発明では、触媒がより効果的に使用されていることを支持している。本発明においては、排気物質（たとえば、すす）の触媒反応（たとえば、酸化）に関与しないようなフィルター媒体の部分で、触媒が浪費されるといことが、ほとんど、あるいは全くない。したがって、この実施例が示しているように、本発明の方法によって、より少ない量の触媒（たとえば、貴金属）を使用しながらも、より効率よく再生することが可能となる。このような再生の効率化が達成された理由は、本発明においては、排気物質の触媒反応（たとえば、すすの酸化）が再生や排気物質（たとえば、すす）の除去に必要となるフィルター媒体の位置に配置される活性触媒の密度を高くすることが可能となったからであると考えられる。

本発明による例示的なフィルター媒体を調製する方法の一実施形態を示した断面図である。 本発明による例示的なフィルター媒体を調製する方法の別な実施形態を示した断面図である。 本発明の一実施形態により調製した例示的なフィルター媒体の断面図である。 本発明の別な実施形態により調製した例示的なフィルター媒体の断面図である。 本発明のさらに別な実施形態により調製した例示的なフィルター媒体の断面図である。 本発明の実施形態に従った例示的なフィルター媒体の、ガス流れ方向で、厚み方向における触媒物質の濃度プロフィールを示すグラフと模式図である。 本発明の別な実施形態に従った例示的なフィルター媒体の、ガス流れ方向で、厚み方向における触媒物質の濃度プロフィールを示すグラフと模式図である。

Claims (32)

1. エンジン排気において使用するのに適した触媒性フィルター媒体を製造する方法であって、
   エンジン排気において使用するのに適したフィルター媒体を提供する工程；
   触媒物質および液体を含む触媒系を提供する工程；
   前記触媒系を気体状媒体の中に分散させて、気体状触媒分散体を形成させる工程；および
   前記気体状触媒分散体を前記フィルター媒体の中に流入させる工程であって、それにより、前記気体状媒体が前記フィルター媒体を通過し、前記触媒物質と液体の少なくとも一部を前記フィルター媒体の表面上に堆積させる工程
   を含む方法。
2. 前記気体状触媒分散体が、液体でコーティングされた固体粒子の形態の触媒物質を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記気体状触媒分散体が、液体の液滴を含み、前記液滴の中に触媒物質が存在する、請求項１に記載の方法。
4. 前記流入工程の間に、前記触媒系が液体の液滴を含み、前記液滴の中に触媒物質が含まれる、請求項１に記載の方法。
5. 前記触媒系が、前記触媒物質を前記フィルター媒体の少なくとも１つの表面に接着させるための可溶性金属含有付着性成分を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記可溶性金属含有付着性成分が、金属錯体、単純金属塩、金属含有ナノ粒子またはそれらの組合せを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記金属錯体が、塩基性金属塩、金属カルボキシレート、金属アルコキシドまたはそれらの組合せを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記塩基性金属塩が、対イオンの少なくとも一部が水酸化物イオンにより置換された組成を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記塩基性金属塩が、次式で表され、
   Ｍ^x+（ＯＨ）_x-y（Ｚ）_y（Ｈ₂Ｏ）_n
   ここで、Ｍは金属イオン、Ｘは金属中心上のカチオン電荷、Ｚはアニオン、そしてｎはその錯体と直接会合している水分子の数である、請求項７に記載の方法。
10. 前記単純金属塩が、遷移金属塩、希土類金属塩、主族金属塩またはそれらの組合せを含む、請求項６に記載の方法。
11. 前記金属含有ナノ粒子が、金属酸化物、金属、またはそれらの組合せを含む、請求項６に記載の方法。
12. 前記可溶性金属含有付着性成分が、前記フィルター媒体に付着した触媒物質として機能する、請求項５に記載の方法。
13. 前記流入工程の前、途中、または後に、前記フィルター媒体、前記気体状媒体、前記触媒物質、前記液体、またはそれらの組合せを加熱する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記加熱工程が、前記流入工程の結果として堆積された触媒物質を、前記フィルター媒体の表面の少なくとも幾分かに恒久的に付着させるようにする反応を起こさせるのに充分である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記フィルター媒体の表面の上に堆積させる前、途中、または後に前記液体を乾燥させ、それにより、前記フィルター媒体の表面の上に堆積させた後の、前記触媒物質の移行性を抑制することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記流入工程の後で、前記フィルター媒体の中に流入してくる触媒反応を受けるべき物質が前記フィルター媒体と接触する、前記フィルター媒体の位置において、前記フィルター媒体が濃度の高い堆積された触媒物質を含み、そして、前記フィルター媒体の中に流入してくる触媒反応を受けるべき物質が前記フィルター媒体と接触しない、前記フィルター媒体の位置において、前記フィルター媒体が少なくとも濃度の低い堆積された触媒物質を含む、請求項１に記載の方法。
17. 提供された前記フィルター媒体が、触媒反応を受けるべき固体粒子をある粒子濃度プロフィールに従って濾過し、そして、前記流入工程の後で、前記触媒物質をフィルター媒体の表面の上に、前記粒子濃度プロフィールを反映させた触媒濃度プロフィールに従って、堆積させる、請求項１に記載の方法。
18. 前記提供されたフィルター媒体が、前記フィルター媒体への入口と前記フィルター媒体からの出口とを含み、
    前記方法がさらに、
    別の触媒物質と別の液体とを含む別の触媒系を提供する工程；
    別の気体状媒体の中で、他の触媒系を分散させて、別の気体状触媒分散体を形成させる工程；
    を含み、そして
    前記流入工程がさらに、
    気体状触媒分散体を前記フィルター媒体の入口に流入させる工程であって、前記気体状媒体を前記フィルター媒体の中を通過させ、そして触媒物質を第１の濃度プロフィールに従って前記フィルター媒体の表面上に堆積させるが、ここで前記触媒物質を、入口の所ではより高い濃度に、そして出口の所ではより低い濃度になるように堆積させる工程、および
    他の気体状触媒分散体を前記フィルター媒体の出口に流入させる工程であって、前記他の気体状媒体を前記フィルター媒体の中を通過させ、そして前記他の触媒物質を第２の濃度プロフィールに従って前記フィルター媒体の表面上に堆積させるが、ここで前記他の触媒物質を、出口の所ではより高い濃度に、そして入口の所ではより低い濃度になるように堆積させる工程、
    を含む、請求項１に記載の方法。
19. 請求項１に記載の方法に従って製造される、フィルター媒体。
20. 追加の構造と組み合わせて、フィルターを形成する、請求項１９に記載のフィルター媒体。
21. 追加の構造と組み合わせて、エンジン排気フィルターを形成する、請求項１９に記載のフィルター媒体。
22. エンジン排気系と組み合わせた、請求項１９に記載のフィルター媒体。
23. エンジン排気系を有するエンジンと組み合わせた、請求項１９に記載のフィルター媒体。
24. エンジン排気において使用するのに適した触媒性フィルター媒体であって、
    エンジン排気において使用するのに適した多孔質物体；
    触媒物質であって、前記フィルター媒体の中に流入する触媒反応を受けるべき物質が前記触媒物質と接触するであろう、前記多孔質物体の位置において濃度が高められた触媒物質；
    を含み、
    ここで、前記フィルター媒体が、前記フィルター媒体の中に流入する触媒反応を受けるべき物質が前記多孔質物体と接触しないであろう、前記フィルター媒体の位置において濃度が低められた前記触媒物質を含む、
    フィルター媒体。
25. 前記フィルター媒体が、触媒反応を受けるべき固体粒子を、ある粒子濃度プロフィールに従って濾過し、そして、前記触媒物質が、前記粒子濃度プロフィールを反映した触媒濃度プロフィールに従って前記多孔質物体の表面に位置する、請求項２４に記載のフィルター媒体。
26. 前記多孔質物体が入口と出口とを有し、前記触媒物質が、互いに異なる第１の触媒物質と第２の触媒物質とを含み、前記第１の触媒物質が第１の触媒の濃度プロフィールに従って、前記第１の触媒物質が、前記入口においてはより高い濃度、前記出口においてはより低い濃度となるように、前記多孔質物体の中に位置し、前記第２の触媒物質が、第２の触媒の濃度プロフィールに従って、前記第２の触媒物質が、前記出口においてはより高い濃度、前記入口においてはより低い濃度となるように、前記多孔質物体の中に位置する、請求項２４に記載のフィルター媒体。
27. 前記触媒物質が、互いに異なる第１の触媒物質と第２の触媒物質とを含み、前記第１の触媒物質が、前記フィルター媒体の中に流入してくる第１の触媒反応を受けるべき物質が前記第１の触媒物質と接触するであろう、前記多孔質物体の中の位置で高い濃度を有し、前記第２の触媒物質が、前記フィルター媒体の中に流入してくる第２の触媒反応を受けるべき物質が前記第２の触媒物質と接触するであろう、前記多孔質物体の中の位置で高い濃度を有し、前記フィルター媒体が、前記フィルター媒体の中に流入してくる第１の触媒反応を受けるべき物質が前記多孔質物体と接触しないであろう、前記フィルター媒体の中の位置で低い濃度の前記第１の触媒物質を含み、そして、前記フィルター媒体が、前記フィルター媒体の中に流入してくる第２の触媒反応を受けるべき物質が前記多孔質物体と接触しないであろう、前記フィルター媒体の中の位置で低い濃度の前記第２の触媒物質を含む、請求項２４に記載のフィルター媒体。
28. 前記第１の触媒物質が、第１の排気物質が反応生成物を生ずるための反応に対する効果的な触媒作用を有し、そして前記第２の触媒物質が、前記反応生成物がさらに他の反応生成物を生ずるための反応に対する効果的な触媒作用を有する、請求項２７に記載のフィルター媒体。
29. 前記第１の触媒物質が微粒子物質に触媒作用を有し、前記第２の触媒物質が気体状物質に触媒作用を有する、請求項２８に記載のフィルター媒体。
30. エンジン排気において使用するのに適した触媒性フィルター媒体であって、前記フィルター媒体が厚みを有し、前記フィルター媒体の中に流入する排気粒子の反応に触媒作用を有する触媒物質を含み、前記フィルター媒体が、エンジン排気に前記フィルター媒体を使用する際に、排気粒子が前記フィルター媒体に堆積されてくるときに起きる、排気粒子の濃度プロフィールを反映した、前記厚みを横断する前記触媒物質の濃度プロフィールを有する、フィルター媒体。
31. エンジン排気において使用するのに適した触媒性フィルター媒体であって、前記フィルター媒体が入口表面、内部表面および出口表面を含み、前記フィルター媒体が、前記入口表面において触媒物質のある濃度を有し、前記内部表面において前記触媒物質の比較的低い濃度を有し、そして、前記出口表面において前記触媒物質の最も低い濃度を有する、フィルター媒体。
32. 前記触媒物質の初期濃度が前記入口表面に存在し、前記フィルター媒体における前記触媒物質の濃度が、前記入口表面における前記初期濃度から、前記内部表面におけるゼロ濃度まで連続的に減少し、前記出口表面における前記触媒物質の濃度がゼロである、請求項３１に記載のフィルター媒体。

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