JP2013141650A - 触媒付パティキュレートフィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フィルタの排ガス通路壁の触媒層7は、ZrNd複合酸化物と、ZrNdPr複合酸化物と、CeZrNd複合酸化物と、活性アルミナと、触媒金属とを含有する。
【選択図】図9
Description
前記触媒層は、ZrNd複合酸化物と、ZrNdPr複合酸化物と、CeZrNd複合酸化物と、活性アルミナと、触媒金属とを含有することを特徴とする。
図6はディーゼルエンジンの排ガス通路11に配置されたパティキュレートフィルタ(以下、単に「フィルタ」という。)1を示す。フィルタ1よりも排ガス流の上流側の排ガス通路11には、活性アルミナ等のサポート材にPt、Pd等に代表される触媒金属を担持した酸化触媒(図示省略)を配置することができる。このような酸化触媒をフィルタ1の上流側に配置するときは、該酸化触媒によって排ガス中のHC、COを酸化させ、その酸化燃焼熱でフィルタ1に流入する排ガス温度を高めてフィルタ1を加熱することができ、PMの燃焼除去に有利になる。また、NOが酸化触媒でNO2に酸化され、該NO2がフィルタ1にPMを燃焼させる酸化剤として供給されることになる。
触媒層7は次の方法で形成することができる。すなわち、ZrNd複合酸化物粉末とZrNdPr複合酸化物粉末とCeZrNd複合酸化物粉末と活性アルミナとを均一に混合する。触媒金属としてPtを採用する場合、当該混合物に所定のPt担持量となるようにジニトロジアミン白金硝酸溶液をイオン交換水で希釈した溶液を加え、蒸発乾固を行なう。この乾固物を大気中において150℃で乾燥させ、粉砕後、大気中において500℃で2時間焼成することにより、触媒粉末を得る。この触媒粉末及びバインダを含むスラリーをミリングした後にフィルタにコーティングし、乾燥及び焼成を施す。以上により触媒層7が形成される。
−テストサンプルの調製−
Nd2O3含有率が異なる複数のZrNd複合酸化物を調製し、各々にPtを2.4質量%となるように担持した。得られた各触媒粉末をフィルタにコーティングすることよってサンプルフィルタ(触媒付パティキュレートフィルタ)を得た。フィルタとしては、セル壁厚さ16mil(4.064×10−1mm)、1平方インチ(645.16mm2)当たりのセル数178個のSiC製ハニカム状フィルタ(容量11.3mL(直径17mm×長さ50mm)を採用した。フィルタ1L当たりの触媒粉末のコーティング量は20.5g/L(そのうちのPt量が約0.5g/L)とした。また、サンプルフィルタの上流端及び下流端には図7及び図8に示す栓4による目封じを施した。
サンプルフィルタのPM燃焼性能をみるために、エージング後の各サンプルフィルタにカーボン(カーボンブラック)を堆積させてカーボン燃焼速度を測定した。エージングはサンプルフィルタを大気中で800℃の温度に24時間保持する熱処理である。
={ガス流速(L/h)×[(CO+CO2)濃度(ppm)/(1×106)]}×12(g/mol)/22.4(L/mol)
Pr2O3含有率が異なる複数のZrNdPr複合酸化物(Nd2O3含有率はいずれも15モル%)を調製し、各々にPtを2.4質量%となるように担持した。得られた各触媒粉末をテスト1と同様のフィルタにコーティングすることよってサンプルフィルタ(触媒付パティキュレートフィルタ)を得た。テスト1と同じく、触媒粉末のコーティング量は20.5g/L(そのうちのPt量が約0.5g/L)であり、サンプルフィルタの上流端及び下流端には目封じを施した。そうして、テスト1と同じ方法でエージング後の各サンプルフィルタにカーボンを堆積させてカーボン燃焼速度を測定した。結果を表2及び図12に示す。
活性アルミナ、ZrNdPr複合酸化物、CeZrNd複合酸化物及びZrNd複合酸化物の各粉末を準備した。ZrNdPr複合酸化物の組成はZrO2:Nd2O3:Pr2O3=70:12:18(モル比)である。以下、これを「ZNP」と略記する。CeZrNd複合酸化物の組成はCeO2:ZrO2:Nd2O3=24:72:4(モル比)である。以下、これを「CZN」と略記する。ZrNd複合酸化物の組成はZrO2:Nd2O3=88:12(モル比)である。以下、これを「ZN」と略記する。活性アルミナは単に「アルミナ」と略記する。
アルミナ、ZNP、CZN及びZNの粉末を40:20:20:20の質量比で混合し、この混合物にPtを2.4質量%となるように担持した。得られた触媒粉末をテスト1と同様のフィルタにコーティングすることよって実施例1のフィルタ(触媒付パティキュレートフィルタ)を得た。フィルタ1L当たりの触媒粉末のコーティング量は20.5g/L(そのうちのPt量が約0.5g/L)である。また、フィルタの上流端及び下流端には図7及び図8に示す栓4による目封じを施した。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:CZN:ZN=40:40:10:10(質量比)とする他は、実施例1と同様にして実施例2のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:CZN:ZN=40:10:40:10(質量比)とする他は、実施例1と同様にして実施例3のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:CZN:ZN=40:10:10:40(質量比)とする他は、実施例1と同様にして実施例4のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:CZN:ZN=40:25:25:10(質量比)とする他は、実施例1と同様にして実施例5のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:CZN:ZN=40:25:10:25(質量比)とする他は、実施例1と同様にして実施例6のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:CZN:ZN=40:10:25:25(質量比)とする他は、実施例1と同様にして実施例7のフィルタを得た。
CZNに代えて、RhドープCeZrNd複合酸化物(以下、これを「RhドープCZN」と略記する。)を採用し、触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN:ZN=40:20:20:20(質量比)とする他は、実施例1と同様にして実施例8のフィルタを得た。RhドープCZNのRhを除く組成はCeO2:ZrO2:Nd2O3=24:72:4(モル比)であり、Rhドープ量は0.2質量%である。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN:ZN=40:40:10:10(質量比)とする他は、実施例8と同様にして実施例9のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN:ZN=40:10:40:10(質量比)とする他は、実施例8と同様にして実施例10のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN:ZN=40:10:10:40(質量比)とする他は、実施例8と同様にして実施例11のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN:ZN=40:25:25:10(質量比)とする他は、実施例8と同様にして実施例12のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN:ZN=40:25:10:25(質量比)とする他は、実施例8と同様にして実施例13のフィルタを得た。
触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN:ZN=40:10:25:25(質量比)とする他は、実施例8と同様にして実施例14のフィルタを得た。
ZNの配合量を零として、触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:CZN=40:30:30(質量比)とする他は、実施例1と同様にして比較例1のフィルタを得た。
CZNの配合量を零として、触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:ZN=40:30:30(質量比)とする他は、実施例1と同様にして比較例2のフィルタを得た。
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ZNの配合量を零として、触媒粉末の混合割合をアルミナ:ZNP:RhドープCZN=40:30:30(質量比)とする他は、実施例8と同様にして比較例4のフィルタを得た。
ZNPの配合量を零として、触媒粉末の混合割合をアルミナ:RhドープCZN:ZN=40:30:30(質量比)とする他は、実施例8と同様にして比較例5のフィルタを得た。
実施例1〜14及び比較例1〜6について、テスト1と同じ方法でエージング後の各フィルタにカーボンを堆積させ、カーボン燃焼率が0%から50%に達するまでの急速燃焼域のカーボン燃焼速度、カーボン燃焼率が50%から90%に達するまでの緩慢燃焼域のカーボン燃焼速度、並びにカーボン燃焼率から0%から90%に達するまでのトータルのカーボン燃焼速度を求めた。結果を表3に示す。また、トータルのカーボン燃焼速度についての結果を図14に示す。
図12と図14とを比較すると、実施例4〜6のトータルのカーボン燃焼速度は、テスト2のPr2O3含有率20モル%のZrNdPr複合酸化物(ZNP)単独ケースよりも小さくなっている。これは、実施例4〜6が、テスト2とは違ってアルミナを含有し、その分、活性酸素を放出する複合酸化物(ZNP、CZN及びZN)の割合が少なくなっていることによる。本発明が触媒層にアルミナを含ませている主たる目的は、PMの燃焼に伴うCOの排出を抑制するためである。以下、この点を具体的に説明する。
2 排ガス流入路(排ガス通路)
3 排ガス流出路(排ガス通路)
5 隔壁
6 細孔(排ガス通路)
7 触媒層
Claims (3)
- 排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタの排ガス通路壁に触媒層が設けられている触媒付パティキュレートフィルタにおいて、
前記触媒層は、ZrNd複合酸化物と、ZrNdPr複合酸化物と、CeZrNd複合酸化物と、活性アルミナと、触媒金属とを含有することを特徴とする触媒付パティキュレートフィルタ。 - 請求項1において、
前記CeZrNd複合酸化物は、RhがドープされてなるRhドープCeZrNd酸化物であることを特徴とする触媒付パティキュレートフィルタ。 - 請求項1又は請求項2において、
前記ZrNd複合酸化物、ZrNdPr複合酸化物、CeZrNd複合酸化物及び活性アルミナの総量に占める前記ZrNd複合酸化物、ZrNdPr複合酸化物及びCeZrNd複合酸化物各々の割合は10質量%以上であることを特徴とする触媒付パティキュレートフィルタ。
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