JP2013233538A - Oxidation catalyst particle, exhaust gas cleaning filter, and exhaust gas cleaning device of internal-combustion engine - Google Patents

Oxidation catalyst particle, exhaust gas cleaning filter, and exhaust gas cleaning device of internal-combustion engine Download PDF

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宣浩 日▲高▼
Masamichi Tanaka
正道 田中
Katsusato Hanamura
克悟 花村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxidation catalyst particle which can improve combustion properties of the particulate matter (PM) contained in exhaust gas of an internal-combustion engine such as an engine without using a noble metal and to provide an exhaust gas cleaning filter, and the exhaust gas cleaning device of the internal combustion engine such as the engine.SOLUTION: In an oxidation catalyst particle 1, an oxide layer 3 comprising amorphous SiOC(wherein 0<x≤3 and 0≤y≤3) is formed on the surface of a silicon carbide particle 2 having average primary particle size of 0.005-5 μm, and oxygen is adsorbed on/desorbed from the surface of the oxide layer 3.

Description

本発明は、酸化触媒粒子及び排ガス浄化フィルタ並びに内燃機関の排ガス浄化装置に関し、さらに詳しくは、貴金属元素を使用せずに、エンジン等の内燃機関の排ガス中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate matter)を効率的に浄化することが可能な酸化触媒粒子、及びこの酸化触媒粒子を含有する排ガス浄化フィルタ並びに内燃機関の排ガス浄化装置に関するものである。   The present invention relates to oxidation catalyst particles, an exhaust gas purification filter, and an exhaust gas purification device for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to particulate matter (PM) contained in the exhaust gas of an internal combustion engine such as an engine without using a noble metal element. The present invention relates to an oxidation catalyst particle capable of efficiently purifying matter), an exhaust gas purification filter containing the oxidation catalyst particle, and an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.

自動車等のエンジン(内燃機関)から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)等の物質は、大気汚染の原因となり、これまでに様々な環境問題を引き起こしている。特に、排ガス中に含まれる粒子状物質(PM)は、喘息や花粉症等のアレルギー性疾患を引き起こす要因とも言われている。そこで、これらの排ガス中に含まれる大気汚染の原因となる物質を浄化するために排ガス浄化装置が利用されている。   Substances such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and particulate matter (PM) contained in the exhaust gas discharged from engines such as automobiles (internal combustion engines) are air pollution. Has caused various environmental problems. In particular, particulate matter (PM) contained in exhaust gas is also said to cause allergic diseases such as asthma and hay fever. Therefore, an exhaust gas purification apparatus is used to purify substances that cause air pollution contained in these exhaust gases.

一般に、自動車用ディーゼルエンジンでは、PMを捕集するための排ガス浄化フィルタとして、セラミックス製の目封じタイプのハニカム構造体を有するディーゼル・パティキュレート・フィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)が使用されている。このDPFは、アルミナ、セリア、ジルコニア等の金属酸化物からなるセラミックスや、一般式ABO(ただし、A、Bは金属元素)で表されるペロブスカイト構造の金属複合酸化物からなるハニカム構造体のセル(ガス流路)の両端を市松模様に目封じし、このセルの少なくとも流入側ガス流路側の表面に酸化触媒機能を有する貴金属元素を担持させたもので、このセルの隔壁の細孔を排ガスが通過する際、PMが捕集される。
また、捕集されたPMは燃焼により除去されるが、DPFに担持された酸化触媒機能を有する貴金属元素は、このPMの燃焼除去の触媒として作用し、燃焼温度の低下や燃焼時間の短縮を図っている(例えば、特許文献1、2参照)。
In general, in a diesel engine for automobiles, a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter) having a plugged ceramic honeycomb structure is used as an exhaust gas purification filter for collecting PM. . This DPF is a ceramic structure made of a metal oxide such as alumina, ceria, zirconia, or a honeycomb structure made of a metal composite oxide having a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 (where A and B are metal elements). Both ends of the cell (gas flow path) are sealed in a checkered pattern, and a noble metal element having an oxidation catalyst function is supported on at least the surface of the cell on the inflow side gas flow path. When exhaust gas passes, PM is collected.
The collected PM is removed by combustion, but the noble metal element having an oxidation catalyst function carried on the DPF acts as a catalyst for combustion removal of the PM, thereby reducing the combustion temperature and the combustion time. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

ところで、上述した従来の排ガスを浄化する触媒では貴金属元素が必須であるが、一方で新興国における自動車保有台数は急激に増加しており、また、先進国における排ガス規制もより強化されていることから、自動車の排ガス浄化装置に用いられる貴金属元素の需要もさらに増加するとみられている。
そこで、貴金属元素の使用量を低減することのできる排ガス浄化用の触媒として、高い比表面積のγ−アルミナ等の微粒子(担持粒子)の表面に貴金属元素を担持させることにより、貴金属元素の表面積を広げ、触媒活性の面を増加させた複合粒子を触媒として用いた構造体が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
By the way, noble metal elements are essential in the above-described conventional catalysts for purifying exhaust gas, but on the other hand, the number of automobiles in emerging countries is increasing rapidly, and exhaust gas regulations in developed countries are further strengthened. Therefore, the demand for precious metal elements used in automobile exhaust gas purification devices is expected to increase further.
Therefore, as a catalyst for exhaust gas purification that can reduce the amount of noble metal element used, the surface area of the noble metal element is reduced by supporting the noble metal element on the surface of fine particles (supported particles) such as γ-alumina having a high specific surface area. There has been proposed a structure using, as a catalyst, composite particles that are expanded and have an increased catalytic activity (see, for example, Patent Document 3).

特開平5−23512号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-23512 特開平9−77573号公報JP-A-9-77573 特開2006−7117号公報JP 2006-7117 A

しかしながら、従来のγ−アルミナ等の微粒子の表面に貴金属元素を担持させた触媒では、γ−アルミナが1000℃以上の高温下でα−アルミナへ結晶転移を起こすために、比表面積が著しく低下するという問題点があった。
さらに、γ−アルミナからα−アルミナへの結晶転移による構造変化は、触媒成分のシンタリング(粒成長)を促進させる原因となる。また、これらの触媒を基材上に層状に形成する場合には、触媒の結晶転移による構造変化が形成層の剥離や脱落を生じさせる原因ともなる。
以上のことから、γ−アルミナ等の微粒子の表面に貴金属元素を担持させた触媒は、高温下では触媒活性を維持することができないという問題点があった。
However, in a conventional catalyst in which a noble metal element is supported on the surface of fine particles such as γ-alumina, γ-alumina causes a crystal transition to α-alumina at a high temperature of 1000 ° C. or higher, so that the specific surface area is remarkably reduced. There was a problem.
Furthermore, the structural change due to the crystal transition from γ-alumina to α-alumina becomes a cause of promoting the sintering (grain growth) of the catalyst component. In addition, when these catalysts are formed in layers on a substrate, structural changes due to catalyst crystal transition also cause separation or dropping of the formation layer.
From the above, there is a problem that a catalyst in which a noble metal element is supported on the surface of fine particles such as γ-alumina cannot maintain catalytic activity at high temperatures.

さらにまた、ガソリンエンジンにおいても、燃費改善と高出力化を目的とした直噴化が行われてきているが、この直噴ガソリンエンジンではPMの発生が避けられず、したがって、ガソリンエンジンにおいてもDPFに相当するPM捕集用フィルタの必要性が高まっている。   Furthermore, direct injection for the purpose of improving fuel efficiency and high output has been performed in gasoline engines, but in this direct injection gasoline engine, the generation of PM is unavoidable. There is an increasing need for a PM collection filter corresponding to the above.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、貴金属を使用せずに、エンジン等の内燃機関の排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることが可能な酸化触媒粒子及び排ガス浄化フィルタ並びに内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and oxidation catalyst particles and exhaust gas capable of improving the combustibility of PM contained in exhaust gas of an internal combustion engine such as an engine without using a noble metal. It is an object of the present invention to provide a purification filter and an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.

本発明者等は、自動車等のエンジン(内燃機関)から排出される排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)等の物質を効率的に浄化する触媒について鋭意検討を重ねた結果、微細な炭化ケイ素粒子の表面に非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層を形成した酸化触媒粒子を用い、この酸化物層の表面にて酸素を吸着・脱離すれば、貴金属元素を使用せずに、排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができ、よって、このPMを効率的に浄化することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors include carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxide (NOx), particulate matter (PM), etc. contained in exhaust gas discharged from an engine (internal combustion engine) such as an automobile. As a result of intensive studies on a catalyst for efficiently purifying the above substances, amorphous SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 3) is formed on the surface of fine silicon carbide particles. By using the oxidation catalyst particles that form the oxide layer and adsorbing and desorbing oxygen on the surface of the oxide layer, the combustibility of PM contained in the exhaust gas can be improved without using noble metal elements. Therefore, the present inventors have found that this PM can be purified efficiently and have completed the present invention.

すなわち、本発明の酸化触媒粒子は、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子の表面に、非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層が形成され、この酸化物層の表面にて酸素が吸着・脱離することを特徴とする。 That is, the oxidation catalyst particle of the present invention has an amorphous SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y) on the surface of silicon carbide particles having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less. ≦ 3) is formed, and oxygen is adsorbed and desorbed on the surface of the oxide layer.

前記酸化物層の含有量は、前記炭化ケイ素粒子の全質量に対して0.1質量%以上かつ50質量%以下であることが好ましい。
前記酸素は、前記酸化物層の表面温度が100℃以上かつ1000℃以下にて吸着することが好ましい。
前記酸化物層の表面に吸着した酸素は、前記酸化物層の表面温度が300℃以上かつ1000℃以下にて脱離することが好ましい。
The content of the oxide layer is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the total mass of the silicon carbide particles.
The oxygen is preferably adsorbed when the surface temperature of the oxide layer is 100 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
The oxygen adsorbed on the surface of the oxide layer is preferably desorbed when the surface temperature of the oxide layer is 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

本発明の排ガス浄化フィルタは、排ガスに含まれる粒子状物質を多孔質体からなるフィルタ基体を通過させることにより捕集し前記排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタであって、前記フィルタ基体は、多孔質体からなる隔壁と、該隔壁により形成されるとともに粒子状物質を含む排ガスの流入側端部が開放された流入側ガス流路と、前記フィルタ基体の前記流入側ガス流路と異なる位置に設けられ、前記隔壁により形成されるとともに排ガスの流出側端部が開放された流出側ガス流路と、を備え、前記隔壁の少なくとも前記流入側ガス流路側の表面に、本発明の酸化触媒粒子を含有しかつ前記隔壁より小さな気孔径を有する多孔質膜が形成されていることを特徴とする。   The exhaust gas purification filter of the present invention is an exhaust gas purification filter that traps particulate matter contained in exhaust gas by passing through a filter base made of a porous body and purifies the exhaust gas, and the filter base is porous Provided in a position different from the inflow side gas flow path of the filter base, and an inflow side gas flow path formed by the partition and having an inflow end portion of exhaust gas containing particulate matter opened. And an outflow side gas passage formed by the partition wall and having an outflow side end portion of the exhaust gas opened. The oxidation catalyst particles of the present invention are provided on at least the surface of the partition wall on the inflow side gas channel side. A porous film containing and having a pore size smaller than that of the partition wall is formed.

本発明の内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関の排ガス経路中に配置される触媒により前記内燃機関からの排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、前記触媒は、本発明の酸化触媒粒子を含有してなることを特徴とする。   An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas from the internal combustion engine with a catalyst disposed in an exhaust gas path of the internal combustion engine, and the catalyst uses the oxidation catalyst particles of the present invention. It is characterized by comprising.

本発明の酸化触媒粒子によれば、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子の表面に、非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層を形成し、この酸化物層の表面にて酸素を吸着・脱離させるので、貴金属元素を使用することなく、排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができる。したがって、排ガス中に含まれるPMを効率的に浄化することができる。
しかも、炭化ケイ素粒子及び酸化物層は、1000℃以上の高温下においても安定であるから、低温領域から高温領域に亘って高い触媒活性を保ちつつ高い耐久性を維持することができる。
According to the oxidation catalyst particles of the present invention, amorphous SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y) is formed on the surface of silicon carbide particles having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less. ≦ 3) is formed, and oxygen is adsorbed / desorbed on the surface of this oxide layer, so that the combustibility of PM contained in exhaust gas is improved without using noble metal elements. Can do. Therefore, PM contained in the exhaust gas can be efficiently purified.
In addition, since the silicon carbide particles and the oxide layer are stable even at a high temperature of 1000 ° C. or higher, high durability can be maintained while maintaining high catalytic activity from the low temperature region to the high temperature region.

本発明の排ガス浄化フィルタによれば、隔壁の少なくとも流入側ガス流路側の表面に、本発明の酸化触媒粒子を含有しかつ隔壁より小さな気孔径を有する多孔質膜を形成したので、排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができ、このPMを効率的に浄化することができる。したがって、低温領域から高温領域に亘って高い触媒活性を保ちつつ高い耐久性を維持することができ、排ガス浄化フィルタの信頼性を向上させることができる。   According to the exhaust gas purification filter of the present invention, the porous membrane containing the oxidation catalyst particles of the present invention and having a pore size smaller than the partition wall is formed on at least the surface of the partition wall on the inflow side gas flow path side. The combustibility of contained PM can be improved, and this PM can be purified efficiently. Therefore, high durability can be maintained while maintaining high catalytic activity from the low temperature region to the high temperature region, and the reliability of the exhaust gas purification filter can be improved.

本発明の内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関の排ガス経路中に配置される触媒が本発明の酸化触媒粒子を含有したので、内燃機関の排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができ、このPMを効率的に浄化することができる。したがって、低温領域から高温領域に亘って高い触媒活性を保ちつつ高い耐久性を維持することができ、内燃機関における排ガス浄化の信頼性を向上させることができる。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, since the catalyst disposed in the exhaust gas path of the internal combustion engine contains the oxidation catalyst particles of the present invention, the combustibility of PM contained in the exhaust gas of the internal combustion engine is improved. This PM can be purified efficiently. Therefore, high durability can be maintained while maintaining high catalytic activity from the low temperature region to the high temperature region, and the reliability of exhaust gas purification in the internal combustion engine can be improved.

本発明の一実施形態の酸化触媒粒子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the oxidation catalyst particle | grains of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の排ガス浄化フィルタの一例であるDPFを示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows DPF which is an example of the exhaust gas purification filter of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の排ガス浄化フィルタの一例であるDPFの隔壁構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the partition structure of DPF which is an example of the exhaust gas purification filter of one Embodiment of this invention. 本発明の実施例の酸化触媒粒子の酸化物層のO1sのXPSスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the XPS spectrum of O1s of the oxide layer of the oxidation catalyst particle | grain of the Example of this invention. 本発明の実施例の酸化触媒粒子の酸化物層のSi2pのXPSスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the XPS spectrum of Si2p of the oxide layer of the oxidation catalyst particle | grain of the Example of this invention. 本発明の実施例の酸化触媒粒子の酸化物層のH−TPR曲線を示す図である。It is a diagram showing an H 2-TPR curve of the oxide layer of the oxidation catalyst particles of Example of the present invention.

本発明の酸化触媒粒子及び排ガス浄化フィルタ並びに内燃機関の排ガス浄化装置を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The form for implementing the oxidation catalyst particle | grains and exhaust gas purification filter of this invention, and the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine is demonstrated.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

[酸化触媒粒子]
本発明の一実施形態の酸化触媒粒子は、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子の表面に、非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層が形成され、この酸化物層の表面にて酸素が吸着・脱離される触媒粒子である。
本実施形態の酸化触媒粒子は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンといった内燃機関からの排ガス中に含まれるPMを浄化するために好適に用いられ、例えば、ガソリン車、ディーゼル車といった自動車に用いることができる。
[Oxidation catalyst particles]
The oxidation catalyst particles according to an embodiment of the present invention have amorphous SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0) on the surface of silicon carbide particles having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less. An oxide layer composed of ≦ y ≦ 3) is formed, and oxygen is adsorbed / desorbed on the surface of the oxide layer.
The oxidation catalyst particles of the present embodiment are suitably used for purifying PM contained in exhaust gas from an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, and can be used for automobiles such as gasoline cars and diesel cars, for example.

図1は、本実施形態の酸化触媒粒子1を示す断面図であり、この酸化触媒粒子1は、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子2の表面に、非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層3が形成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an oxidation catalyst particle 1 of the present embodiment. This oxidation catalyst particle 1 is amorphous on the surface of silicon carbide particles 2 having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less. An oxide layer 3 made of SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 3) is formed.

炭化ケイ素粒子2としては、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下が好ましく、より好ましくは0.02μm以上かつ0.1μm以下、さらに好ましくは0.03μm以上かつ0.85μm以下である。
ここで、炭化ケイ素粒子2の平均一次粒子径が0.005μm未満では、この炭化ケイ素粒子2の表面活性が高くなり過ぎてしまい、この酸化触媒粒子1を高温下で使用した際に、酸化触媒粒子1同士のシンタリング(粒成長)が進行して粒子径が粗大となり、触媒活性が低下するので好ましくない。一方、平均一次粒子径が5μmを越えると、炭化ケイ素粒子2の比表面積が減少し、その結果、この炭化ケイ素粒子2の表面に形成される酸化物層の表面への酸素吸着・脱離点が減少し、触媒活性が低下するので好ましくない。
The silicon carbide particles 2 preferably have an average primary particle size of 0.005 μm to 5 μm, more preferably 0.02 μm to 0.1 μm, and still more preferably 0.03 μm to 0.85 μm.
Here, when the average primary particle diameter of the silicon carbide particles 2 is less than 0.005 μm, the surface activity of the silicon carbide particles 2 becomes too high, and when the oxidation catalyst particles 1 are used at a high temperature, the oxidation catalyst Since sintering (grain growth) between the particles 1 progresses and the particle diameter becomes coarse, and the catalytic activity decreases, it is not preferable. On the other hand, when the average primary particle diameter exceeds 5 μm, the specific surface area of the silicon carbide particles 2 decreases, and as a result, the oxygen adsorption / desorption points on the surface of the oxide layer formed on the surface of the silicon carbide particles 2. Is decreased, and the catalytic activity is lowered, which is not preferable.

このような平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子2を得る方法としては、非酸化性雰囲気下にて、高温、高活性を有し、高速冷却プロセスの導入が容易である熱プラズマを利用した熱プラズマ法が挙げられる。この製造方法は、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の結晶性に優れた炭化ケイ素ナノ粒子を製造する方法として有用であり、高純度の原料を選択することにより、不純物の含有量が極めて少ない炭化ケイ素ナノ粒子を得ることが可能である。   As a method for obtaining such silicon carbide particles 2 having an average primary particle size of 0.005 μm or more and 5 μm or less, it has high temperature and high activity in a non-oxidizing atmosphere, and it is easy to introduce a high-speed cooling process. There is a thermal plasma method using a certain thermal plasma. This production method is useful as a method for producing silicon carbide nanoparticles having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less and having excellent crystallinity. By selecting a high-purity raw material, the content of impurities It is possible to obtain silicon carbide nanoparticles with very little.

また、シリカ前駆体焼成法も挙げることができる。この方法は、有機ケイ素化合物、ケイ素ゾル、ケイ酸ヒドロゲル等のケイ素を含む物質と、フェノール樹脂等の炭素を含む物質と、炭化ケイ素の粒成長を抑制するリチウム等の金属化合物とを含む混合物を、非酸化性雰囲気下にて焼成することにより、炭化ケイ素粒子を得る方法である。
また、必要に応じて、アチソン法、シリカ還元法、シリコン炭化法等を用いて得ることもできる。
Moreover, the silica precursor baking method can also be mentioned. In this method, a mixture containing a silicon-containing substance such as an organosilicon compound, silicon sol, or silicic acid hydrogel, a carbon-containing substance such as a phenol resin, and a metal compound such as lithium that suppresses grain growth of silicon carbide is obtained. In this method, silicon carbide particles are obtained by firing in a non-oxidizing atmosphere.
If necessary, it can also be obtained by using the Atchison method, the silica reduction method, the silicon carbonization method or the like.

酸化物層3としては、SiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)にて表される非晶質のケイ素炭化酸化物またはケイ素酸化物が好ましく、特に1000℃以上の高温下においても安定であることを考慮すると、SiO、SiO、SiOC、SiO、SiOCの群から選択される1種または2種以上からなることが好ましい。このケイ素炭化酸化物としては、ケイ素と炭素と酸素を共に含み、かつ上記3種(SiOC、SiO、SiOC)以外の組成のものを含む場合がある。 The oxide layer 3 is preferably an amorphous silicon carbide or silicon oxide represented by SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 3), particularly 1000 ° C. or more. In view of being stable even at a high temperature, it is preferably composed of one or more selected from the group of SiO 2 , SiO, SiOC 3 , SiO 2 C 2 , and SiO 3 C. The silicon carbide oxide may contain silicon, carbon, and oxygen together, and may contain a composition other than the above three types (SiOC 3 , SiO 2 C 2 , SiO 3 C).

この酸化物層3の含有量は、炭化ケイ素粒子2の全質量に対して0.1質量%以上かつ50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは1質量%以上かつ30質量%以下、さらに好ましくは5質量%以上かつ20質量%以下である。
ここで、酸化物層3の含有量を上記の範囲に限定した理由は、この範囲が排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができる範囲だからである。
なお、酸化物層3の含有量が0.1質量%未満であると、酸化物層3の含有量が少なすぎるために、この酸化物層3の表面における酸素の吸着・脱離が不十分なものとなり、その結果、排ガス中に含まれるPMの燃焼性が低下し、このPMを効率的に浄化することができなくなるので好ましくない。一方、酸化物層3の含有量が50質量%を超えると、酸化触媒粒子1の触媒活性自体には影響はないが、酸化物層3の含有量が多すぎるために熱伝導率が低下し、その結果、酸化触媒粒子1を含有して形成される多孔質膜の耐熱衝撃性が低下するので好ましくない。
The content of the oxide layer 3 is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, based on the total mass of the silicon carbide particles 2. More preferably, it is 5 mass% or more and 20 mass% or less.
Here, the reason for limiting the content of the oxide layer 3 to the above range is that this range is a range in which the combustibility of PM contained in the exhaust gas can be improved.
When the content of the oxide layer 3 is less than 0.1% by mass, the content of the oxide layer 3 is too small, so that the adsorption / desorption of oxygen on the surface of the oxide layer 3 is insufficient. As a result, the combustibility of PM contained in the exhaust gas is lowered, and this PM cannot be efficiently purified, which is not preferable. On the other hand, if the content of the oxide layer 3 exceeds 50% by mass, the catalytic activity itself of the oxidation catalyst particles 1 is not affected, but the thermal conductivity decreases because the content of the oxide layer 3 is too large. As a result, the thermal shock resistance of the porous film formed containing the oxidation catalyst particles 1 is lowered, which is not preferable.

この酸化物層3の厚み(膜厚)は、0.0005μm(0.5nm)以上かつ1μm以下が好ましく、より好ましくは0.001μm(1nm)以上かつ0.5μm以下、さらに好ましくは0.005μm(5nm)以上かつ0.1μm以下である。
ここで、酸化物層3の厚みが0.0005μm(0.5nm)未満では、膜厚が薄くなり過ぎてしまうために、この酸化物層3の表面における酸素の吸着・脱離が不十分なものとなり、その結果、排ガス中に含まれるPMの燃焼性が低下し、このPMを効率的に浄化することができなくなるので好ましくない。一方、酸化物層3の厚みが1μmを超えると、酸化触媒粒子1の触媒活性自体には影響はないが、膜厚が厚くなり過ぎてしまうために熱伝導率が低下し、その結果、酸化触媒粒子1を含有して形成される多孔質膜の耐熱衝撃性が低下するので好ましくない。
The thickness (film thickness) of the oxide layer 3 is preferably 0.0005 μm (0.5 nm) or more and 1 μm or less, more preferably 0.001 μm (1 nm) or more and 0.5 μm or less, and further preferably 0.005 μm. (5 nm) or more and 0.1 μm or less.
Here, if the thickness of the oxide layer 3 is less than 0.0005 μm (0.5 nm), the film thickness becomes excessively thin, so that oxygen adsorption / desorption on the surface of the oxide layer 3 is insufficient. As a result, the combustibility of PM contained in the exhaust gas is lowered, and this PM cannot be efficiently purified, which is not preferable. On the other hand, if the thickness of the oxide layer 3 exceeds 1 μm, the catalytic activity itself of the oxidation catalyst particles 1 is not affected, but the film thickness becomes too thick and the thermal conductivity is lowered. This is not preferable because the thermal shock resistance of the porous film formed containing the catalyst particles 1 is lowered.

この酸化触媒粒子1では、酸化物層3を構成する非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)が酸素吸着・脱離特性を示す。この作用により、触媒反応の反応速度が活性点の数に依存する低温領域においても、この非晶質のSiOから脱離される酸素が排ガス中に含まれるPMを燃焼させることで、結果的に高い燃焼触媒活性が得られ、低温領域でのPM燃焼性が向上すると考えられる。 In this oxidation catalyst particle 1, amorphous SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 3) constituting the oxide layer 3 exhibits oxygen adsorption / desorption characteristics. This action, even in a low temperature region where the reaction rate of the catalytic reaction is dependent on the number of active sites, by oxygen desorbed from SiO x C y of the amorphous burning the PM contained in the exhaust gas, the result Therefore, it is considered that high combustion catalyst activity is obtained, and PM combustibility in a low temperature region is improved.

この酸化触媒粒子1では、酸化物層3の表面温度が100℃以上かつ1000℃以下の範囲の場合に、酸素が吸着し易くなる。
ここで、酸化物層3の表面温度が100℃未満であると、酸化物層3の表面への酸素の吸着がし難くなり、所望の酸素量が吸着するまでに長時間を要することとなり、非効率となるので好ましくなく、一方、酸化物層3の表面温度が1000℃を超えると、酸化物層3の表面に一旦吸着した酸素が離脱し易くなり、所望の酸素量を吸着することが難しくなるので好ましくない。
なお、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関からの排ガスの温度は通常150℃以上かつ600℃以下であるから、排ガス中の酸素が酸化物層の表面に吸着するためには、上記の温度範囲にて酸素吸着することがより好ましい。
In the oxidation catalyst particle 1, oxygen easily adsorbs when the surface temperature of the oxide layer 3 is in the range of 100 ° C. or more and 1000 ° C. or less.
Here, when the surface temperature of the oxide layer 3 is less than 100 ° C., it becomes difficult to adsorb oxygen to the surface of the oxide layer 3, and it takes a long time to adsorb the desired amount of oxygen. On the other hand, when the surface temperature of the oxide layer 3 exceeds 1000 ° C., the oxygen once adsorbed on the surface of the oxide layer 3 is likely to be detached, and a desired amount of oxygen can be adsorbed. Since it becomes difficult, it is not preferable.
The temperature of exhaust gas from an internal combustion engine such as a gasoline engine or diesel engine is usually 150 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. Therefore, in order for oxygen in the exhaust gas to be adsorbed on the surface of the oxide layer, the above temperature range It is more preferable to adsorb oxygen.

また、この酸化物層3の表面に吸着した酸素は、酸化物層3の表面温度が300℃以上かつ1000℃以下の範囲の場合に脱離し易くなる。
ここで、酸化物層3の表面温度が300℃未満であると、この酸化物層3の表面に吸着した酸素が脱離するのに十分な熱エネルギーを得ることができず、酸素が脱離し難くなるので好ましくなく、一方、酸化物層3の表面温度が1000℃を超えると、酸化物層3の表面から一旦脱離した酸素が再度、この表面に吸着する可能性が高くなり、所望の酸素量を脱離することが難しくなるので好ましくない。
なお、PMは600℃以上にて排ガス中の酸素と反応し燃焼・除去することができる。一方、内燃機関からの排ガスの温度は上記の様に通常150℃〜600℃の範囲にあり、排ガスの温度のみでPMの燃焼除去効果を得ることが難しい。これらのことから、酸化物層の表面の脱離酸素を用いて有効な触媒効果を得るには、脱離温度は600℃以下であることがより好ましい。
Further, oxygen adsorbed on the surface of the oxide layer 3 is easily desorbed when the surface temperature of the oxide layer 3 is in the range of 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
Here, if the surface temperature of the oxide layer 3 is less than 300 ° C., sufficient thermal energy cannot be obtained for desorbing oxygen adsorbed on the surface of the oxide layer 3, and oxygen is desorbed. On the other hand, when the surface temperature of the oxide layer 3 exceeds 1000 ° C., there is a high possibility that oxygen once desorbed from the surface of the oxide layer 3 will be adsorbed again on this surface. Since it becomes difficult to desorb the amount of oxygen, it is not preferable.
Note that PM can react with oxygen in exhaust gas at 600 ° C. or higher to burn and remove. On the other hand, the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine is usually in the range of 150 ° C. to 600 ° C. as described above, and it is difficult to obtain the PM combustion removal effect only by the temperature of the exhaust gas. For these reasons, the desorption temperature is more preferably 600 ° C. or lower in order to obtain an effective catalytic effect using desorbed oxygen on the surface of the oxide layer.

[酸化触媒粒子の製造方法]
本実施形態の酸化触媒粒子の製造方法は、炭化ケイ素粒子2を準備する炭化ケイ素粒子準備工程と、この炭化ケイ素粒子2の表面にSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)にて表される非晶質の酸化物層3を形成する酸化物層形成工程とを有する。
[Production method of oxidation catalyst particles]
The method for producing oxidation catalyst particles of the present embodiment includes a silicon carbide particle preparation step for preparing silicon carbide particles 2 and SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y) on the surface of silicon carbide particles 2. And an oxide layer forming step for forming the amorphous oxide layer 3 represented by 3).

次に、各工程について詳細に説明する。
「炭化ケイ素粒子準備工程」
平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子を準備する工程である。
準備する炭化ケイ素粒子の平均一次粒子径は、要求される排ガス浄化フィルタおよび排ガス浄化装置の特性に合わせて選定すればよいが、0.005μm以上かつ5μm以下の範囲であることが好ましい。この炭化ケイ素粒子は、既述の方法、すなわちナノメートルサイズの粒子であれば、熱プラズマ法やシリカ前駆体焼成法等、サブミクロンからミクロン(マイクロメートル)サイズの炭化ケイ素粒子であれば、アチソン法、シリカ還元法、シリコン炭化法等を用いて得ることができる。
Next, each step will be described in detail.
"Silicon carbide particle preparation process"
This is a step of preparing silicon carbide particles having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less.
The average primary particle diameter of the silicon carbide particles to be prepared may be selected according to the required characteristics of the exhaust gas purification filter and the exhaust gas purification device, but is preferably in the range of 0.005 μm to 5 μm. The silicon carbide particles are sub-micron to micron (micrometer) size silicon carbide particles such as the thermal plasma method or the silica precursor firing method if the particles are nanometer-sized particles. It can be obtained using a method, a silica reduction method, a silicon carbonization method or the like.

「酸化物層形成工程」
炭化ケイ素粒子を酸化処理して、この炭化ケイ素粒子の表面に酸化物層を形成する工程である。
この炭化ケイ素粒子を、大気、酸素等の酸化性雰囲気下、600℃以上かつ1000℃以下、好ましくは650℃以上かつ900℃以下の温度にて、0.5時間以上かつ36時間以下、好ましくは4時間以上かつ12時間以下、酸化処理し、炭化ケイ素粒子の表面に酸化物層を生成させる。
"Oxide layer formation process"
In this step, the silicon carbide particles are oxidized to form an oxide layer on the surface of the silicon carbide particles.
The silicon carbide particles are placed in an oxidizing atmosphere such as air or oxygen at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C., preferably 650 ° C. to 900 ° C., preferably 0.5 hours to 36 hours, preferably Oxidation treatment is performed for 4 hours or more and 12 hours or less to form an oxide layer on the surface of the silicon carbide particles.

これにより、炭化ケイ素粒子の表面に厚みが均一な酸化物層を形成することができる。このように、炭化ケイ素粒子を大気、酸素等の酸化性雰囲気下にて酸化処理することにより、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子2の表面に、非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層3が形成された酸化触媒粒子1を得ることができる。 Thereby, an oxide layer having a uniform thickness can be formed on the surface of the silicon carbide particles. Thus, by oxidizing the silicon carbide particles in an oxidizing atmosphere such as air or oxygen, the surface of the silicon carbide particles 2 having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less is amorphous. The oxidation catalyst particle 1 in which the oxide layer 3 made of SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 3) is formed can be obtained.

[排ガス浄化フィルタ]
図2は、本発明の一実施形態の酸化触媒粒子1を用いた排ガス浄化フィルタの一例であるDPFを示す一部破断斜視図であり、図3は、図1中符号βで示す面におけるDPFの隔壁構造を示す断面図である。
このDPF10は、図2に示すように、多数の細孔(気孔)を有する円柱状の多孔質セラミックス(多孔質体)からなるフィルタ基体11に排ガスGを通過させることにより、排ガスGに含まれるPMを捕集し、排ガスGを浄化する排ガス浄化フィルタである。なお、DPFは円柱状である必要は無く、角柱状や楕円柱状のような形状でもよい。
[Exhaust gas purification filter]
FIG. 2 is a partially broken perspective view showing a DPF which is an example of an exhaust gas purification filter using the oxidation catalyst particles 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a DPF on the surface indicated by the symbol β in FIG. It is sectional drawing which shows this partition structure.
As shown in FIG. 2, the DPF 10 is contained in the exhaust gas G by allowing the exhaust gas G to pass through a filter base 11 made of a cylindrical porous ceramic (porous body) having a large number of pores (pores). An exhaust gas purification filter that collects PM and purifies the exhaust gas G. Note that the DPF does not have to be cylindrical, and may have a shape such as a prismatic shape or an elliptical column shape.

このフィルタ基体11にはガス流路12が形成され、このガス流路12は、排ガスGの流れ方向(長手方向)から見た場合に、上流側端部と下流側端部とが交互に閉塞された構造、すなわち、排ガスGの流入側である粒子状物質を含む排ガスGの流入側端部が開放された流入セル(流入側ガス流路)12Aと、この流入セル12Aと異なる位置に形成されて排ガスGの流出側端部が開放された流出セル(流出側ガス流路)12Bとにより構成され、ガス流路12のうち排ガスGの上流側端部(流入側端部)が開放された流入セル12Aの内壁面12aには、本実施形態の酸化触媒粒子1を含有しかつフィルタ基体11より小さな気孔径を有する多孔質膜13が形成されている。   A gas flow path 12 is formed in the filter base 11, and when viewed from the flow direction (longitudinal direction) of the exhaust gas G, the upstream end and the downstream end are alternately closed. An inflow cell (inflow side gas flow path) 12A in which an inflow end of exhaust gas G containing particulate matter on the inflow side of exhaust gas G is opened, and a position different from the inflow cell 12A are formed. And an outflow cell (outflow side gas flow path) 12B whose outflow side end of the exhaust gas G is opened, and an upstream end (inflow side end) of the exhaust gas G in the gas flow path 12 is opened. A porous membrane 13 containing the oxidation catalyst particles 1 of the present embodiment and having a pore diameter smaller than that of the filter base 11 is formed on the inner wall surface 12a of the inflow cell 12A.

このDPF10における排ガスの流れを示すと、図2に示すようになる。
流入面側、すなわち端面α側から流入したPM30を含む排ガスGは、流入面に開口している流入セル12AからDPF10内に流入し、流入セル12A内を端面α側から端面γ側へと流れる過程で、フィルタ基体11の隔壁14を通過する。この際、排ガスG中に含まれるPM30は、流入セル12Aの内壁面12a(流入セル12Aを構成する隔壁14の表面)に設けられた多孔質膜13により捕集されて除去され、粒子状物質30が除去された浄化ガスCは、流出セル12B内を端面α側から端面γ側へと流れ、流出セル12Bの開口端(端面γ)からフィルタ外へ排出される。
The flow of exhaust gas in the DPF 10 is shown in FIG.
The exhaust gas G containing PM30 that has flowed in from the inflow surface side, that is, the end surface α side, flows into the DPF 10 from the inflow cell 12A that opens to the inflow surface, and flows in the inflow cell 12A from the end surface α side to the end surface γ side. In the process, it passes through the partition wall 14 of the filter base 11. At this time, the PM 30 contained in the exhaust gas G is collected and removed by the porous film 13 provided on the inner wall surface 12a of the inflow cell 12A (the surface of the partition wall 14 constituting the inflow cell 12A). The purified gas C from which 30 has been removed flows from the end surface α side to the end surface γ side in the outflow cell 12B, and is discharged out of the filter from the open end (end surface γ) of the outflow cell 12B.

フィルタ基体11は、炭化ケイ素、コーディエライト、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素等の耐熱性の多孔質セラミックスからなるハニカム構造体である。フィルタ基体11には、排ガスGの流れ方向である軸方向に沿って延びる隔壁14が形成されており、隔壁14により囲まれた軸方向の中空の領域が多数の流入セル12A及び流出セル12Bからなるセル状のガス流路12とされている。
ここで、本実施形態における「ハニカム構造」とは、フィルタ基体11に複数の流入セル12A及び流出セル12Bが互い平行となるように、かつ流入セル12Aと流出セル12Bとは一方が他方を囲むとともに一方の開口端と他方の開口端とが互いに反対方向となるように形成された構造である。
The filter base 11 is a honeycomb structure made of heat-resistant porous ceramics such as silicon carbide, cordierite, aluminum titanate, silicon nitride. The filter base 11 is formed with a partition wall 14 extending along the axial direction, which is the flow direction of the exhaust gas G, and an axial hollow region surrounded by the partition wall 14 is formed from a large number of inflow cells 12A and outflow cells 12B. It is set as the cell-shaped gas flow path 12 which becomes.
Here, the “honeycomb structure” in the present embodiment is such that a plurality of inflow cells 12A and outflow cells 12B are parallel to the filter base 11, and one of the inflow cells 12A and the outflow cells 12B surrounds the other. In addition, one opening end and the other opening end are formed in opposite directions.

流入セル12A及び流出セル12B、すなわちガス流路12の軸方向に直交する方向の断面形状は、ここでは四角形状としたが、四角形状に限らず、六角形状等の多角形状、円形状、楕円形状等、種々の断面形状とすることができる。また、フィルタ基体11の外周付近に形成されたガス流路12は、断面形状の一部が円弧状となっているが、これはフィルタ基体11の外周付近まで隙間無くガス流路12を配置するために、フィルタ基体11の外形状に倣う断面形状のガス流路12としたものである。   The cross-sectional shape in the direction perpendicular to the axial direction of the inflow cell 12A and the outflow cell 12B, that is, the gas flow path 12, is a quadrangular shape here, but is not limited to a quadrangular shape, but a polygonal shape such as a hexagonal shape, a circular shape, an elliptical shape, etc. Various cross-sectional shapes such as a shape can be used. In addition, the gas flow path 12 formed near the outer periphery of the filter base 11 has an arc shape in a part of the cross-sectional shape. However, the gas flow path 12 is arranged without a gap to the vicinity of the outer periphery of the filter base 11. Therefore, the gas flow path 12 having a cross-sectional shape following the outer shape of the filter base 11 is used.

多孔質セラミックスからなる隔壁14の平均気孔径は、5μm以上かつ50μmであることが好ましい。平均気孔径が5μmを下回ると、隔壁14自体による圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、平均気孔径が50μmを上回ると、隔壁14の強度が十分でなくなる虞があり、また、隔壁14上に多孔質膜13を形成するのが困難になるので好ましくない。   The average pore diameter of the partition wall 14 made of porous ceramics is preferably 5 μm or more and 50 μm. If the average pore diameter is less than 5 μm, the pressure loss due to the partition wall 14 itself is increased, which is not preferable. On the other hand, if the average pore diameter exceeds 50 μm, the strength of the partition wall 14 may not be sufficient, and it becomes difficult to form the porous film 13 on the partition wall 14, which is not preferable.

また、多孔質膜13は、流入セル12Aの内壁面12aに形成され、隔壁14の気孔径よりも小さい気孔径の多孔質膜であり、フィルタ基体11の隔壁14を構成する多孔質セラミックスの細孔内にあまり入り込むことなく、流入セル12Aの内壁面12a上に独立した膜として形成されている。すなわち、多孔質膜13は、隔壁14に形成されている気孔の入口部分までしか侵入しない状態で流入セル12Aの内壁面12aに形成されている。そして、多孔質膜13は、多数の気孔を有することにより、これらの気孔が連通し、結果として、貫通孔を有するフィルタ状多孔質となっている。   The porous film 13 is formed on the inner wall surface 12a of the inflow cell 12A and is a porous film having a pore diameter smaller than the pore diameter of the partition wall 14, and is made of fine porous ceramics constituting the partition wall 14 of the filter base 11. It is formed as an independent film on the inner wall surface 12a of the inflow cell 12A without entering the hole so much. That is, the porous film 13 is formed on the inner wall surface 12a of the inflow cell 12A in a state where it only penetrates to the entrance of the pores formed in the partition wall 14. And the porous membrane 13 has many pores, these pores communicate, and as a result, it becomes a filter-like porous which has a through-hole.

この多孔質膜13の気孔率は、50%以上かつ90%以下であることが好ましく、より好ましくは60%以上かつ85%以下である。
気孔率が50%未満では、多孔質膜13内に十分なガス拡散が行われず、本実施形態の酸化触媒粒子1が有効に作用できない虞がある。また、気孔率が90%を超えると、多孔質膜13の械的強度が低下するために、多孔質膜13自体の変形や内壁面12aからの剥がれが発生し、酸化触媒作用が低下する虞がある。
The porosity of the porous membrane 13 is preferably 50% or more and 90% or less, more preferably 60% or more and 85% or less.
If the porosity is less than 50%, sufficient gas diffusion is not performed in the porous membrane 13, and the oxidation catalyst particles 1 of the present embodiment may not function effectively. Further, if the porosity exceeds 90%, the mechanical strength of the porous membrane 13 is lowered, so that the porous membrane 13 itself is deformed or peeled off from the inner wall surface 12a, and the oxidation catalytic action may be lowered. There is.

この多孔質膜13に排ガスGが流入すると、この排ガスGが多孔質膜13の気孔を通過する段階で排ガス中に含まれるPMが多孔質膜13に捕集・堆積され、PMが除去された浄化ガスが大気中へ排出される。ここで、多孔質膜13の気孔径は隔壁14の気孔径より小さいので、多孔質膜13を設けることにより、より粒子径の小さいPMも捕集可能となり、よって、大気中へ排出される排ガス中のPM量が減少し、浄化性が向上する。   When the exhaust gas G flows into the porous film 13, PM contained in the exhaust gas is collected and deposited on the porous film 13 when the exhaust gas G passes through the pores of the porous film 13, and the PM is removed. Purified gas is discharged into the atmosphere. Here, since the pore diameter of the porous membrane 13 is smaller than the pore diameter of the partition wall 14, by providing the porous membrane 13, PM having a smaller particle diameter can also be collected, and thus the exhaust gas discharged into the atmosphere. The amount of PM inside is reduced, and the purifying property is improved.

次いで、多孔質膜13に堆積したPMは、DPFの温度を上昇させる等により燃焼され、PMを構成しているカーボンが酸化されてCOとなって除去される。ここで、捕集されたPMは、多孔質膜13に含まれる酸化触媒粒子1と接触しているので、この酸化触媒粒子1の触媒効果により高い効率で燃焼除去される。さらに、酸化触媒粒子1の触媒効果により、燃焼温度の低減を図ることもできる。
なお、上記のPMの除去方法は、多孔質膜13に捕集したPMをある程度堆積させてから、例えばDPFの温度を上昇させる等で燃焼除去する強制再生方式であるが、PMの捕集と燃焼を同時に行う連続再生方式であってもよい。
Next, the PM deposited on the porous film 13 is burned, for example, by raising the temperature of the DPF, and the carbon constituting the PM is oxidized and removed as CO 2 . Here, since the collected PM is in contact with the oxidation catalyst particles 1 contained in the porous film 13, the PM is burned and removed with high efficiency due to the catalytic effect of the oxidation catalyst particles 1. Furthermore, the combustion temperature can be reduced by the catalytic effect of the oxidation catalyst particles 1.
The PM removal method is a forced regeneration method in which the PM collected in the porous film 13 is deposited to some extent and then burned and removed by, for example, increasing the temperature of the DPF. A continuous regeneration system in which combustion is performed simultaneously may be used.

[内燃機関の排ガス浄化装置]
本発明の一実施形態の内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関の排ガス経路中に配置される触媒により前記内燃機関からの排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、前記触媒は、本実施形態の酸化触媒粒子1を含有している。
本実施形態の内燃機関の排ガス浄化装置は、例えば、ガソリン車、ディーゼル車といった自動車に用いられる。また、この排ガス浄化装置は、排ガス経路中に配置されればよく、その配置の仕方や構造は特に限定されないが、例えば、自動車(ガソリン車、ディーゼル車)に用いられる場合、上述したDPF10をディーゼル自動車等の排ガス経路中に配置することで、排ガスG中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができ、このPMを効率的に浄化することができる。
[Exhaust gas purification device for internal combustion engine]
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas from the internal combustion engine with a catalyst disposed in an exhaust gas path of the internal combustion engine, and the catalyst is the present embodiment. The oxidation catalyst particles 1 are contained.
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment is used for automobiles such as gasoline cars and diesel cars, for example. The exhaust gas purifying device may be disposed in the exhaust gas path, and the arrangement and structure of the exhaust gas purifying device are not particularly limited. For example, when used in an automobile (gasoline car, diesel car), the DPF 10 described above is used as a diesel engine. By disposing in the exhaust gas path of an automobile or the like, the combustibility of PM contained in the exhaust gas G can be improved, and this PM can be efficiently purified.

以上説明したように、本実施形態の酸化触媒粒子1によれば、平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子2の表面に、非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層3を形成し、この酸化物層の表面にて酸素を吸着・脱離させるので、貴金属元素を使用することなく、排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができる。したがって、排ガス中に含まれるPMを効率的に浄化することができる。
しかも、炭化ケイ素粒子2及び酸化物層3は、1000℃以上の高温下においても安定であるから、低温領域から高温領域に亘って高い触媒活性を保ちつつ高い耐久性を維持することができる。
As described above, according to the oxidation catalyst particle 1 of the present embodiment, the surface of the silicon carbide particle 2 having an average primary particle diameter of 0.005 μm or more and 5 μm or less is formed of amorphous SiO x C y (however, 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 3) is formed, and oxygen is adsorbed / desorbed on the surface of the oxide layer, so that no exhaust gas is used in the exhaust gas without using noble metal elements. The combustibility of contained PM can be improved. Therefore, PM contained in the exhaust gas can be efficiently purified.
In addition, since the silicon carbide particles 2 and the oxide layer 3 are stable even at a high temperature of 1000 ° C. or higher, high durability can be maintained while maintaining high catalytic activity from the low temperature region to the high temperature region.

本実施形態の排ガス浄化フィルタ10によれば、フィルタ基体11の流入セル12Aの内壁面12aに、本実施形態の酸化触媒粒子1を含有しかつフィルタ基体11より小さな気孔径を有する多孔質膜13を形成したので、排ガスG中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができ、このPMを効率的に浄化することができる。したがって、低温領域から高温領域に亘って高い触媒活性を保ちつつ高い耐久性を維持することができ、排ガス浄化の信頼性を向上させることができる。   According to the exhaust gas purification filter 10 of the present embodiment, the porous membrane 13 containing the oxidation catalyst particles 1 of the present embodiment on the inner wall surface 12a of the inflow cell 12A of the filter base 11 and having a pore diameter smaller than that of the filter base 11. Therefore, the combustibility of PM contained in the exhaust gas G can be improved, and this PM can be efficiently purified. Therefore, high durability can be maintained while maintaining high catalytic activity from the low temperature region to the high temperature region, and the reliability of exhaust gas purification can be improved.

本実施形態の内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関の排ガス経路中に配置される触媒が本実施形態の酸化触媒粒子1を含有したので、内燃機関の排ガス中に含まれるPMの燃焼性を向上させることができ、このPMを効率的に浄化することができる。したがって、低温領域から高温領域に亘って高い触媒活性を保ちつつ高い耐久性を維持することができ、内燃機関における排ガス浄化の信頼性を向上させることができる。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, since the catalyst disposed in the exhaust gas path of the internal combustion engine contains the oxidation catalyst particles 1 of the present embodiment, combustion of PM contained in the exhaust gas of the internal combustion engine The PM can be purified efficiently. Therefore, high durability can be maintained while maintaining high catalytic activity from the low temperature region to the high temperature region, and the reliability of exhaust gas purification in the internal combustion engine can be improved.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.

[実施例]
平均一次粒子径が0.035μmの炭化ケイ素粒子を、大気中、700℃にて30時間、酸化処理し、炭化ケイ素粒子の表面に酸化物層を生成させ、実施例の酸化触媒粒子を得た。
この酸化触媒粒子の酸化物層の厚みを透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定したところ、5nmであった。この酸化物層の組成をX線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)にて調べたところ、非晶質のSiOとSiOで構成されていることが分かった。
[Example]
The silicon carbide particles having an average primary particle size of 0.035 μm were oxidized in the atmosphere at 700 ° C. for 30 hours to form an oxide layer on the surface of the silicon carbide particles to obtain the oxidation catalyst particles of the examples. .
It was 5 nm when the thickness of the oxide layer of this oxidation catalyst particle was measured using the transmission electron microscope (TEM). X-ray photoelectron spectroscopy The composition of the oxide layer: was examined by (XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy) , it was found to be composed of amorphous SiO 2 and SiO x C y.

図4は、実施例の酸化触媒粒子の酸化物層のO1sのXPSスペクトルを示す図であり、SiO、SiOそれぞれのピークが存在していることが分かる。
図5は、実施例の酸化触媒粒子の酸化物層のSi2pのXPSスペクトルを示す図であり、SiO、SiOC、SiO、SiOCそれぞれのピークが存在していることが分かる。
FIG. 4 is a diagram showing an XPS spectrum of O1s of the oxide layer of the oxidation catalyst particle of the example, and it can be seen that respective peaks of SiO 2 and SiO x C y exist.
FIG. 5 is a diagram showing an XPS spectrum of Si2p of the oxide layer of the oxidation catalyst particle of the example, and it can be seen that respective peaks of SiO 2 , SiO 3 C, SiO 2 C 2 , and SiOC 3 exist. .

この酸化触媒粒子の酸化物層の水素消費(酸素脱離)温度を、水素昇温脱離法(H−TPR)により調べた。ここでは、この酸化触媒粒子の酸化物層に一旦酸素を吸着させるために、5体積%の酸素を含むヘリウムガス中、800℃にて1時間前処理し、次いで、室温(25℃)まで降温させて自然冷却し、次いで、5体積%の水素を含むアルゴンガス中、10℃/毎分の昇温速度にて800℃まで昇温させ、酸化物層の水素消費(酸素脱離)温度を調べた。
図6は、実施例の酸化触媒粒子の酸化物層のH−TPR曲線を示す図であり、酸化物層に吸着された酸素が350℃及び580℃にて脱離を開始していることが分かった。
The hydrogen consumption (oxygen desorption) temperature of the oxide layer of the oxidation catalyst particles was examined by a hydrogen temperature programmed desorption method (H 2 -TPR). Here, in order to once adsorb oxygen to the oxide layer of the oxidation catalyst particles, pretreatment is performed at 800 ° C. for 1 hour in helium gas containing 5% by volume of oxygen, and then the temperature is lowered to room temperature (25 ° C.). Then, it is naturally cooled, and then heated up to 800 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min in an argon gas containing 5% by volume of hydrogen, and the hydrogen consumption (oxygen desorption) temperature of the oxide layer is increased. Examined.
FIG. 6 is a diagram showing an H 2 -TPR curve of the oxide layer of the oxidation catalyst particle of the example, in which oxygen adsorbed on the oxide layer starts desorption at 350 ° C. and 580 ° C. I understood.

この酸化触媒粒子のPM燃焼における総括反応の活性化エネルギーを、各燃焼温度における反応速度のアレニウスプロットにより算出したところ、75kJ/molであった。
一方、従来のDPF(SiCの粒子径:数十μm)基材上でのPM燃焼における総括反応の活性化エネルギーを、上記と同様にして算出したところ、120kJ/molであった。
The activation energy of the overall reaction in PM combustion of the oxidation catalyst particles was calculated from the Arrhenius plot of the reaction rate at each combustion temperature, and was 75 kJ / mol.
On the other hand, the activation energy of the overall reaction in PM combustion on a conventional DPF (SiC particle size: several tens of μm) substrate was calculated in the same manner as described above, and was 120 kJ / mol.

このように、実施例の酸化触媒粒子は、従来のDPFと比べてPM燃焼における総括反応の活性化エネルギーが120kJ/molから75kJ/molへと大幅に低減していることが分かった。
実施例の酸化触媒粒子における活性化エネルギーの低減は、450℃にて脱離する結合エネルギーの小さい酸素がPMの燃焼性向上に寄与したからと考えられる。
Thus, it was found that the activation energy of the overall reaction in PM combustion was greatly reduced from 120 kJ / mol to 75 kJ / mol in the oxidation catalyst particles of the Examples as compared with the conventional DPF.
The reduction of the activation energy in the oxidation catalyst particles of the example is considered because oxygen having a small binding energy desorbed at 450 ° C. contributed to the improvement of PM combustibility.

1 酸化触媒粒子
2 炭化ケイ素粒子
3 酸化物層
10 排ガス浄化フィルタ
11 フィルタ基体
12 ガス流路
12A 流入セル
12B 流出セル
13 多孔質膜
14 隔壁
30 粒子状物質
α、γ 端面
G 排ガス
C 浄化ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxidation catalyst particle 2 Silicon carbide particle 3 Oxide layer 10 Exhaust gas purification filter 11 Filter base 12 Gas flow path 12A Inflow cell 12B Outflow cell 13 Porous membrane 14 Partition 30 Particulate matter α, γ End face G Exhaust gas C Purified gas

Claims (6)

平均一次粒子径が0.005μm以上かつ5μm以下の炭化ケイ素粒子の表面に、非晶質のSiO(ただし、0<x≦3、0≦y≦3)からなる酸化物層が形成され、この酸化物層の表面にて酸素が吸着・脱離することを特徴とする酸化触媒粒子。 An oxide layer made of amorphous SiO x C y (where 0 <x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 3) is formed on the surface of silicon carbide particles having an average primary particle size of 0.005 μm or more and 5 μm or less. And oxidation catalyst particles, wherein oxygen is adsorbed and desorbed on the surface of the oxide layer. 前記酸化物層の含有量は、前記炭化ケイ素粒子の全質量に対して0.1質量%以上かつ50質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の酸化触媒粒子。   The oxidation catalyst particle according to claim 1, wherein the content of the oxide layer is 0.1 mass% or more and 50 mass% or less with respect to the total mass of the silicon carbide particles. 前記酸素は、前記酸化物層の表面温度が100℃以上かつ1000℃以下にて吸着することを特徴とする請求項1または2記載の酸化触媒粒子。   3. The oxidation catalyst particle according to claim 1, wherein the oxygen is adsorbed at a surface temperature of the oxide layer of 100 ° C. or more and 1000 ° C. or less. 前記酸化物層の表面に吸着した酸素は、前記酸化物層の表面温度が300℃以上かつ1000℃以下にて脱離することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の酸化触媒粒子。   4. The oxidation according to claim 1, wherein oxygen adsorbed on the surface of the oxide layer is desorbed when the surface temperature of the oxide layer is 300 ° C. or more and 1000 ° C. or less. Catalyst particles. 排ガスに含まれる粒子状物質を多孔質体からなるフィルタ基体を通過させることにより捕集し前記排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタであって、
前記フィルタ基体は、多孔質体からなる隔壁と、該隔壁により形成されるとともに粒子状物質を含む排ガスの流入側端部が開放された流入側ガス流路と、前記フィルタ基体の前記流入側ガス流路と異なる位置に設けられ、前記隔壁により形成されるとともに排ガスの流出側端部が開放された流出側ガス流路と、を備え、
前記隔壁の少なくとも前記流入側ガス流路側の表面に、請求項1ないし4のいずれか1項記載の酸化触媒粒子を含有しかつ前記隔壁より小さな気孔径を有する多孔質膜が形成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
An exhaust gas purification filter that purifies the exhaust gas by collecting particulate matter contained in the exhaust gas by passing through a filter base made of a porous body,
The filter base includes a partition wall made of a porous body, an inflow side gas passage formed by the partition and having an inflow side end portion of an exhaust gas containing particulate matter, and the inflow side gas of the filter base. An outflow side gas flow path provided at a position different from the flow path, formed by the partition wall and having an outflow side end of the exhaust gas opened,
A porous membrane containing the oxidation catalyst particles according to any one of claims 1 to 4 and having a pore diameter smaller than that of the partition wall is formed on at least a surface of the partition wall on the inflow side gas flow path side. An exhaust gas purification filter characterized by.
内燃機関の排ガス経路中に配置される触媒により前記内燃機関からの排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
前記触媒は、請求項1ないし4のいずれか1項記載の酸化触媒粒子を含有してなることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
An exhaust gas purifying device for purifying exhaust gas from the internal combustion engine with a catalyst disposed in an exhaust gas path of the internal combustion engine,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized in that the catalyst contains the oxidation catalyst particles according to any one of claims 1 to 4.
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