JP2007014873A - 粒子状物質浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】粒子状物質の燃焼温度をさらに低下させることができる粒子状物質浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関から排出される粒子状物質を燃焼させて浄化する粒子状物質浄化装置において、一般式ＡＢＯ３で表され、Ｂが三価以上の金属であるペロブスカイト型複合酸化物を備える。前記一般式のＢを構成する三価以上の金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される少なくとも１種である。前記ペロブスカイト型複合酸化物は、ＰｔまたはＰｄを担持している。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関から排出される粒子状物質を燃焼させて浄化する粒子状物質浄化装置に関するものである。
従来、自動車のエンジン等の内燃機関から排出される一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、酸化窒素（ＮＯｘ）等の有害ガスを浄化するために、アルミナ等の耐熱性担体に貴金属を担持させ、さらに酸化促進のために酸化セリウム（セリア）等の酸素吸蔵材料を混合した酸化触媒が用いられている。また、近年では、前記酸化窒素（ＮＯｘ）を還元して浄化するために、ペロブスカイト型複合酸化物を用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
一方、ディーゼル機関等の内燃機関からは、前記有害ガスと共に、カーボン、煤、炭化水素（ＨＣ）等からなる粒子状物質（パーティキュレート）も排出されている。前記粒子状物質は、大気汚染の主要原因とされ、発ガン性、喘息との因果関係等の有害性が指摘されている。前記粒子状物質は、例えばフィルター等により捕集された後、該フィルター上で燃焼せしめられることにより除去することができる。
そこで、前記粒子状物質を燃焼させるために、前記ペロブスカイト型複合酸化物自体を触媒としたり、或いは該ペロブスカイト型複合酸化物の結晶格子中にＰｔまたはＰｄを取り込んだものを触媒とすることが提案されている（例えば特許文献２，３参照）。
前記粒子状物質は、空気中で燃焼させるためには５００〜６００℃の高温とする必要があり、前記ペロブスカイト型複合酸化物またはその結晶格子中にＰｔまたはＰｄを取り込んだ触媒によれば、該粒子状物質の燃焼温度を低下させることができるとされている。
しかしながら、前記粒子状物質は前記有害ガスに比較して化学的に安定であるため、前記触媒では燃焼温度を低下させる効果を十分に得ることができず、前記浄化装置をより高温雰囲気としたり、該浄化装置をより大型化しなければならないという不都合がある。前記浄化装置をより高温雰囲気とするには耐久性に優れた触媒が必要であり、該浄化装置をより大型化するときには自動車等の移動体に積載する上で不利になる。
特開２００１−２６３０５１号公報 特開平８−２２９４０４号公報 特開平８−２１７４６１号公報
本発明は、かかる不都合を解消して、粒子状物質の燃焼温度をさらに低下させることができる粒子状物質浄化装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、従来のペロブスカイト型複合酸化物またはその結晶格子中にＰｔまたはＰｄを取り込んだ触媒により、前記粒子状物質の燃焼温度を十分に低下させることができない理由について種々検討した。この結果、本発明者らは、従来のペロブスカイト型複合酸化物は、一般式ＡＢＯ３のＢを構成する金属が二価の元素であり、このために十分な酸素放出能が得られないことを見出した。
本発明者らは、前記知見に基づいてさらに検討を進めた結果、前記一般式ＡＢＯ３のＢを構成する金属を三価の元素とすることにより、より優れた酸素放出能を得ることができることを見出し、本発明に到達した。
従って、本発明は、前記目的を達成するために、内燃機関から排出される粒子状物質を燃焼させて浄化する粒子状物質浄化装置において、一般式ＡＢＯ３で表され、Ｂが三価以上の金属であるペロブスカイト型複合酸化物を備えることを特徴とする。
本発明の粒子状物質浄化装置では、一般式ＡＢＯ３で表され、Ｂが三価以上の金属であるペロブスカイト型複合酸化物を備えており、該ペロブスカイト型複合酸化物によれば、Ｂが二価の金属である従来のペロブスカイト型複合酸化物よりも優れた酸素放出能を得ることができる。
本発明の粒子状物質浄化装置に用いるペロブスカイト型複合酸化物は、優れた酸素放出能を得るために、前記一般式のＢを構成する三価以上の金属が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
また、前記ペロブスカイト型複合酸化物は、前述のように優れた酸素放出能を備えているので、ＰｔまたはＰｄを担持していることにより、カーボン、煤、炭化水素（ＨＣ）等からなる粒子状物質を、従来よりも低温で燃焼させることができる。
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１乃至図３は、本発明の粒子状物質浄化装置に用いるペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を示すグラフ、図４は本発明の粒子状物質浄化装置に用いる白金担持ペロブスカイト型複合酸化物の酸化特性を示すグラフである。
本実施形態の粒子状物質浄化装置は、自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のカーボン、煤、炭化水素（ＨＣ）等からなる粒子状物質（パーティキュレート）を燃焼させて浄化するものであり、一般式ＡＢＯ３で表され、Ｂが三価以上の金属であるペロブスカイト型複合酸化物を備えている。
前記ペロブスカイト型複合酸化物において、前記一般式のＡとなる金属としては、Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒ等を挙げることができる。前記Ａとなる金属は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。
前記ペロブスカイト型複合酸化物において、前記一般式のＢとなる三価以上の金属としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択されることが好ましい。前記Ｂとなる金属は、１種であってもよく、２種以上であってもよいが、２種以上であるときは少なくとも１種を３価以上の金属とする。
前記ペロブスカイト型複合酸化物は、Ａとなる金属の塩または酸化物と、Ｂとなる金属の塩または酸化物とを、所定量ずつ混合し、加熱焼成することにより合成することができる。前記塩としては、例えば硝酸塩等を用いることができる。
また、本実施形態の粒子状物質浄化装置では、前記ペロブスカイト型複合酸化物は、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属を酸化触媒として担持している。前記酸化触媒は、前記ペロブスカイト型複合酸化物の表面に単に担持されているものであってもよいが、この場合には高温で使用され続ける間に前記貴金属が凝集体となり、分散度が小さくなって触媒活性が劣化することがある。そこで、前記酸化触媒は、前記ペロブスカイト型複合酸化物の結晶格子中に取り込まれた形で担持されていることが好ましい。
前記ペロブスカイト型複合酸化物は、前記酸化触媒の担体とするために、予め前記粒子状物質浄化装置の形状に合わせて、例えばペレット状、ハニカム状等の形状に成形することができる。
次に、本発明の実施例と比較例とを示す。
本実施例では、まず、等モルの硝酸ランタンと硝酸マンガン（ＩＩＩ）と、金属塩の４倍モルの尿素とを少量の水に溶解し、磁製るつぼに入れて３５０℃で２時間一次焼成した後、さらに１０００℃で１時間二次焼成を行って、ＬａＭｎ（ＩＩＩ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型複合酸化物を得た。次に、本実施例で得られたペロブスカイト型複合酸化物を１．３３×１０−５Ｐａの真空中において、室温から９００℃まで１０℃／分の速度で昇温し、酸素放出能を測定した。前記酸素放出能は、前記のように昇温したときに脱離してきた酸素を、質量分析器で、質量電荷比（ｍ／ｚ）＝３２のマススペクトル強度として測定した。結果を図１に示す。
〔比較例１〕
本比較例では、まず、硝酸マンガン（ＩＩＩ）に代えて硝酸マンガン（ＩＩ）を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、ＬａＭｎ（ＩＩＩ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型複合酸化物を得た。次に、本比較例で得られたペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を実施例１と全く同一にして測定した。結果を図１に示す。
本実施例では、まず、等モルの硝酸ランタンと硝酸マンガン（ＩＩＩ）と硝酸ストロンチウムと、金属塩の４倍モルの尿素とを少量の水に溶解し、磁製るつぼに入れて３５０℃で２時間一次焼成した後、さらに１０００℃で１時間二次焼成を行って、ＬａＳｒＭｎ（ＩＩＩ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型複合酸化物を得た。次に、本実施例で得られたペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を実施例１と全く同一にして測定した。結果を図２に示す。
〔比較例２〕
本比較例では、まず、硝酸マンガン（ＩＩＩ）に代えて硝酸マンガン（ＩＩ）を用いた以外は、実施例２と全く同一にして、ＬａＳｒＭｎ（ＩＩ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型複合酸化物を得た。次に、本比較例で得られたペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を実施例１と全く同一にして測定した。結果を図２に示す。
本実施例では、まず、等モルの硝酸ランタンと硝酸コバルト（ＩＩＩ）と、金属塩の４倍モルの尿素とを少量の水に溶解し、磁製るつぼに入れて３５０℃で２時間一次焼成した後、さらに１０００℃で１時間二次焼成を行って、ＬａＣｏ（ＩＩＩ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型複合酸化物を得た。次に、本実施例で得られたペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を実施例１と全く同一にして測定した。結果を図３に示す。
〔比較例３〕
本比較例では、まず、硝酸コバルト（ＩＩＩ）に代えて硝酸コバルト（ＩＩ）を用いた以外は、実施例２と全く同一にして、ＬａＣｏ（ＩＩ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型複合酸化物を得た。次に、本比較例で得られたペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を実施例１と全く同一にして測定した。結果を図３に示す。
図１、図２から、ＬａＭｎ（ＩＩＩ）Ｏ３、ＬａＳｒＭｎ（ＩＩＩ）Ｏ３については、低温側の領域でＬａＭｎ（ＩＩ）Ｏ３、ＬａＳｒＭｎ（ＩＩ）Ｏ３よりも優れた酸素放射能を備えていることが明らかである。また、図３から、ＬａＣｏ（ＩＩＩ）Ｏ３は測定した全温度領域においてＬａＣｏ（ＩＩ）Ｏ３よりも優れた酸素放射能を備えていることが明らかである。
本実施例では、まず、実施例１で得られたペロブスカイト型複合酸化物を塩化白金酸水溶液に分散させ、蒸発乾固後、空気中、６００℃で２時間焼成し、白金担持ペロブスカイト型複合酸化物を調製した。次に、本実施例で得られた白金担持ペロブスカイト型複合酸化物とカーボンブラックとを２０：１の重量比で混合したものについて、大気雰囲気において、室温から８００℃まで１０℃／分の速度で昇温したときの熱流量を測定することにより、カーボンブラックの燃焼ピークから酸化特性を評価した。結果を図４に示す。
本実施例では、まず、実施例２で得られたペロブスカイト型複合酸化物を用いた以外は、実施例４と全く同一にして、白金担持ペロブスカイト型複合酸化物を調製した。次に、本実施例で得られた白金担持ペロブスカイト型複合酸化物について、実施例４と全く同一にして、酸化特性を評価した。結果を図４に示す。
〔比較例４〕
本比較例では、まず、比較例１で得られたペロブスカイト型複合酸化物を用いた以外は、実施例４と全く同一にして、白金担持ペロブスカイト型複合酸化物を調製した。次に、本比較例で得られた白金担持ペロブスカイト型複合酸化物について、実施例４と全く同一にして、酸化特性を評価した。結果を図４に示す。
〔比較例５〕
本比較例では、まず、比較例２で得られたペロブスカイト型複合酸化物を用いた以外は、実施例４と全く同一にして、白金担持ペロブスカイト型複合酸化物を調製した。次に、本比較例で得られた白金担持ペロブスカイト型複合酸化物について、実施例４と全く同一にして、酸化特性を評価した。結果を図４に示す。
図４から、白金を担持させたＬａＭｎ（ＩＩＩ）Ｏ３、ＬａＳｒＭｎ（ＩＩＩ）Ｏ３は、白金を担持させたＬａＭｎ（ＩＩ）Ｏ３、ＬａＳｒＭｎ（ＩＩ）Ｏ３に比較して、カーボンブラックの燃焼ピークが、低くなっていることが明らかである。
本発明の粒子状物質浄化装置に用いるペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を示すグラフ。 本発明の粒子状物質浄化装置に用いるペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を示すグラフ。 本発明の粒子状物質浄化装置に用いるペロブスカイト型複合酸化物の酸素放出能を示すグラフ。 本発明の粒子状物質浄化装置に用いる白金担持ペロブスカイト型複合酸化物の酸化特性を示すグラフ。
符号の説明
符号なし。

Claims (3)

  1. 内燃機関から排出される粒子状物質を燃焼させて浄化する粒子状物質浄化装置において、
    一般式ＡＢＯ３で表され、Ｂが三価以上の金属であるペロブスカイト型複合酸化物を備えることを特徴とする粒子状物質浄化装置。
  2. 前記一般式のＢを構成する三価以上の金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の粒子状物質浄化装置。
  3. 前記ペロブスカイト型複合酸化物は、ＰｔまたはＰｄを担持していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の粒子状物質浄化装置。
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