JP2017217646A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
また、上記排ガス浄化フィルタでは、触媒層が濾過層として機能する。つまり、触媒層がPM捕集機能を発揮することで、フィルタ細孔内へのPMの侵入が抑制される。そのため、例えば特許文献1に記載されるような排ガス浄化フィルタに比べて、相対的にPM堆積時の圧損の上昇を低く抑えることができる。また、圧損ヒステリシスを低減することができる。
さらに、上記排ガス浄化フィルタでは、触媒層が濾過層としての機能を発揮することで、触媒層の表面へのPM堆積が促進される。その結果、PMと触媒層との位置が近くなって、PM燃焼性が高められる。したがって、優れたフィルタ再生率を実現することができる。
先ず、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化フィルタ10を備えた排ガス浄化装置1の構成について説明する。図1は、一実施形態に係る排ガス浄化装置1の模式図である。排ガス浄化装置1は、内燃機関2の排気系に設けられている。
次に、排ガス浄化フィルタ10について説明する。
図2は、一実施形態に係る排ガス浄化フィルタ10の斜視図である。図3は、一実施形態に係る排ガス浄化フィルタ10を筒軸方向に切断した断面の一部を拡大した模式図である。なお、図2,3では、排ガス流動方向を矢印方向で描いている。即ち、図2,3の左側が排気通路(排気管4)の上流側であり、右側が排気通路(排気管4)の下流側である。
排ガス浄化フィルタ10は、排ガスに含まれる粒子状物質(PM)を捕集して、排ガスを浄化する機能を有する。本実施形態の排ガス浄化フィルタ10は、ウォールフロー構造の基材11と、基材11上に設けられた多孔質な触媒層20とを備えている。以下、基材11、触媒層20の順に説明する。
(1)先ず、触媒層20を含む試料片を樹脂で包埋し、触媒層20の断面を削りだす。
(2)次に、削りだした試料片の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、断面SEM観察画像(反射電子像、観察倍率600倍)を得る。なお、観察視野は、触媒層20の骨格部分によって区画されている細孔が、概ね20個以上、例えば50個以上含まれるように設定し、断面SEM観察画像を得る。
(3)次に、二次元画像解析ソフト winroof(登録商標)を使用して、処理範囲を触媒層20に設定し、自動2値化(判別分析法)によって細孔が占める部分を抽出し、2値画像を得る。
(4)次に、2値画像に対して膨張・収縮処理を各2回ずつ行う。
(5)次に、円形分離計測(自動処理)によって、各細孔を円形状に分離する。
(6)そして、上記解析済みの画像内において、触媒層の面積を100%としたときの細孔の占める面積の割合(面積%)を計測し、空隙率Vaを算出する。
なお、触媒層20の大細孔の空隙率Vbは、触媒層20全体の空隙率(上記(6)で算出された空隙率)Vaから円相当径が5μm以下の細孔部分を除いた後、細孔の占める面積の割合(面積%)を計測し、算出することができる。
(1)先ず、触媒層20を含む試料片を樹脂で包埋し、触媒層20の断面を削りだす。
(2)次に、削りだした試料片の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、断面SEM観察画像(反射電子像、観察倍率600倍)を得る。
(3)次に、二次元画像解析ソフト winroof(登録商標)を使用して、処理範囲を触媒層20に設定し、自動2値化(判別分析法)によって骨格部分を抽出し、2値画像を得る。
(4)次に、2値画像に対して膨張・収縮処理を各2回ずつ行った後、面積が0.9μm2よりも小さい点を削除して、ノイズを除去する。
(5)そして、上記解析済みの画像内において骨格部分の分割数を読み取り、単位断面積(0.01mm2)あたりに換算する。
なお、骨格部分の平均厚みは、上記分割数の算出と同じ手順で(1)〜(4)までを実施した後、各分割部分について最も短い箇所の長さ(重心を通る最小長さ)を求め、その値を算術平均することで求められる。
(1)先ず、触媒層20を含む試料片を、基材11の延伸方向と試料台の表面とが平行になるように試料台の表面に固定する。
(2)次に、試料片の表面を電界放射形走査電子顕微鏡(FE−SEM)で観察し、触媒層20の最表面側から表面SEM観察画像(2次電子像、観察倍率20000倍)を得る。
(3)次に、二次元画像解析ソフト winroof(登録商標)を使用して、自動2値化(判別分析法)によって表面開口部を抽出し、2値画像を得る。
(4)次に、2値画像に対して収縮処理を2回と、穴埋め処理とを行った後、面積が0.001μm2以下の点を削除して、ノイズを除去する。
(5)そして、上記解析済みの画像内において、触媒層の面積を100%としたときの表面開口部の占める面積の割合(面積%)を計測し、表面開口率を算出する。
基材11の種類などによっても異なり得るが、第2の細孔に由来するピークBの細孔容積(V2)は、典型的にはピークAよりも小さい。本発明の効果を高いレベルで発揮する観点から、概ね0.001cm3/g以上、好ましくは0.002cm3/g以上であるとよい。また、V1を確保する観点や機械的強度を向上する観点からは、V2が、概ね0.02cm3/g以下、例えば0.015cm3/g以下であるとよい。
また、各ピークの細孔容積は、上記得られた細孔分布曲線から求めることができる。具体的には、積算細孔容積分布曲線より、触媒層20を含む試料片の各ピークの積算細孔容積(cm3/g)を算出し、同範囲の基材11のみの細孔容積を差し引くことで、触媒層20の単位質量当たりの細孔容積(cm3/g)を求めることができる。
加えて、排ガスが触媒層20を通過する間に、排ガス中のPM以外の有害成分も同時に浄化(無害化)することができる。例えば、排ガスに含まれるHC成分やCO成分は金属触媒によって酸化され、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などに変換(浄化)することができる。NOx成分は金属触媒によって還元され、窒素(N2)に変換(浄化)することができる。
さらに、本実施形態に係る触媒層20は、第1の細孔と第2の細孔とを含む多元細孔構造(例えば2元細孔構造)であり、触媒層の骨格部分がPM捕集機能を有する。したがって、優れたPM捕集機能を発揮することができる。また、触媒層20が多元細孔構造を有することによって、隔壁16内部の細孔にPMが堆積することが抑制される。したがって、圧損ヒステリシスを抑制することができる。
上述のような構成の排ガス浄化フィルタ10は、例えば、次のように作製することができる。
先ず、所望の金属触媒種を含む塩(例えば硝酸塩)や錯体(例えばテトラアンミン錯体)を含有する水溶液を調製し、当該水溶液に所望の担体粉末を含浸させた後、乾燥、焼成する。これにより、担体粉末に金属触媒を担持した金属触媒担持−担体粉末を得ることができる。
次に、少なくとも、上記の金属触媒担持−担体粉末と造孔剤と適当な溶媒(例えばイオン交換水)とを所定の比率で混合して、触媒層形成用のスラリーを調製する。
次に、所望の基材11を準備する。この基材11に上記調製したスラリーを付与した後、乾燥、焼成する。湿式法を採用することで、均質な触媒層20を好適に形成することができる。これにより、触媒層20を形成し、排ガス浄化フィルタ10を得ることができる。
三元触媒には、COおよびHCを酸化し、かつ、NOxを還元する触媒金属、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)など白金族元素、あるいは、銀(Ag)、金(Au)などが用いられ、これらの中でも、酸化活性が高い白金、パラジウム、ロジウムの何れかを好ましく用いることができる。また、ディーゼル酸化触媒には、白金、パラジウムのいずれかを好ましく用いることができる。そして、NOx吸蔵還元触媒には、触媒金属として白金、パラジウム、ロジウムを含み、NOx吸蔵材としてCeなどの希土類やBa、Kなどのアルカリ土類金属、アルカリ金属を好ましく用いることができる。また、SCR触媒には、NH3を還元剤としてNOxを還元するSCR触媒(例えば、遷移金属(CuやFeなど)を担持させた遷移金属イオン交換ゼオライト)や、HCを還元剤としてNOxを還元するSCR触媒(例えばAgを担持したアルミナ)等を好ましく用いることができる。
≪I.触媒層の形成≫
(例1) 先ず、基材として、日本碍子株式会社製のハニカム基材(SiC製、セル数300cpsi、隔壁厚み12ミル)を準備した。
次に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液と硝酸パラジウム溶液とを混合した溶液中に、担体としての針状Al2O3粉末(平均繊維径Φ=0.5μm、平均繊維長L=6μm)を含浸させ、乾燥、焼成を行い、担体としてのPt/Pd担持−Al2O3粉末を得た。
得られたPt/Pd担持−Al2O3粉末と、バインダーとしてのAl2O3のゾル(Al2O3含有量7%)と、溶媒としての純水とを、200:1000:400の質量比(g)で混合し、湿式粉砕することにより、スラリーを調製した。このスラリーに、造孔剤としてのメラミン樹脂ビーズ(平均粒径5μm)と、界面活性剤(レオドール430V(花王株式会社製))と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを順に添加し、攪拌して、触媒層形成用スラリーを得た。この触媒層形成用スラリーを基材の排ガス流入側の端部から入側セル内へ投入し、排ガス流出側の端部から吸引することで、投入法によって、排ガス流入側の隔壁の壁表面に隔壁の延伸方向の長さの100%の領域にわたってスラリーを付与した。これを150℃で乾燥した後、500℃で焼成して造孔剤成分を焼き飛ばし、排ガス流入側の隔壁の表面(隔壁上)に触媒層を形成した。なお、スラリーのコート量は、形成される触媒層が基材容量あたり15g/Lとなるように調整した。
次に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液と硝酸パラジウム溶液とを混合した溶液中に、担体としての針状TiO2粉末(平均繊維径Φ=0.2μm、平均繊維長L=3μm)を含浸させ、乾燥、焼成を行い、担体としてのPt/Pd担持−TiO2粉末を得た。
得られたPt/Pd担持−TiO2粉末と、バインダーとしてのTiO2のゾル(TiO2含有量6%)と、溶媒としての純水とを、200:1200:200の質量比(g)で混合し、湿式粉砕することにより、スラリーを調製した。このスラリーに、造孔剤としてのメラミン樹脂ビーズ(平均粒径2μm)と、界面活性剤(レオドール430V(花王株式会社製))と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを順に添加し、攪拌して、触媒層形成用スラリーを得た。この触媒層形成用スラリーを基材の排ガス流入側の端部から入側セル内へ投入し、排ガス流出側の端部から吸引することで、投入法によって、排ガス流入側の隔壁の壁表面に隔壁の延伸方向の長さの100%の領域にわたってスラリーを付与した。これを150℃で乾燥した後、500℃で焼成して造孔剤成分を焼き飛ばし、排ガス流入側の隔壁の表面(隔壁上)に触媒層を形成した。なお、スラリーのコート量は、形成される触媒層が基材容量あたり20g/Lとなるように調整した。
次に、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液と硝酸パラジウム溶液とを混合した溶液中に、担体としての粒状CeZr粉末(湿式粉砕にて平均粒径2μmまで粉砕したもの)を含浸させ、乾燥、焼成を行い、担体としてのPt/Pd担持−CeZr粉末を得た。
得られたPt/Pd担持−CeZr粉末と、バインダーとしてのZrO2のゾル(ZrO2含有量30%)と、溶媒としての純水とを、200:240:1160の質量比(g)で混合し、湿式粉砕することにより、スラリーを調製した。このスラリーに、造孔剤としてのメラミン樹脂ビーズ(平均粒径5μm)と、界面活性剤(レオドール430V(花王株式会社製))と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを順に添加し、攪拌して、触媒層形成用スラリーを得た。この触媒層形成用スラリーを基材の排ガス流入側の端部から入側セル内へ投入し、排ガス流出側の端部から吸引することで、投入法によって、排ガス流入側の隔壁の壁表面に隔壁の延伸方向の長さの100%の領域にわたってスラリーを付与した。これを150℃で乾燥した後、500℃で焼成して造孔剤成分を焼き飛ばし、排ガス流入側の隔壁の表面(隔壁上)に触媒層を形成した。なお、スラリーのコート量は、形成される触媒層が基材容量あたり20g/Lとなるように調整した。
例1〜16および参考例1〜5に係る触媒層の断面および表面を電子顕微鏡(SEM)で観察し解析した。代表的な観察結果を図4〜9に示す。
図4は、例1に係るSEM観察画像である。具体的には、図4(a)は、触媒層の断面SEM観察画像(倍率:500倍)であり、図4(b)は、触媒層の断面SEM観察画像(倍率:2000倍)である。また、図4(c)は、触媒層の表面SEM観察画像(倍率:500倍)であり、図4(d)は、触媒層の表面SEM観察画像(倍率:2000倍)である。
図5は、例2に係る触媒層の断面SEM観察画像(倍率:600倍)である。
図6は、例3に係る触媒層の断面SEM観察画像(倍率:600倍)である。
図7は、参考例1に係るSEM観察画像であり、(a)は、触媒層の断面SEM観察画像(倍率:600倍)であり、(b)は、触媒層の表面SEM観察画像(倍率:500倍)である。
図8は、参考例2に係るSEM観察画像である。具体的には、図8(a)は、触媒層の断面SEM観察画像(倍率:600倍)である。また、図8(b)は触媒層の表面SEM観察画像(倍率:500倍)である。
図9は、参考例3に係る触媒層の表面SEM観察画像(倍率:500倍)である。
これに対して、図7(a)に示すように、参考例1では、触媒層に明確な2元細孔構造の形成が認められなかった。これは、触媒層形成用スラリーに適切な造孔剤を使用しなかったためと考えられる。また、図8(a)に示すように、参考例2〜5では、隔壁上に触媒層の形成は認められなかった。また、図7(b)や図8(b)、図9に示すように、隔壁の内部に触媒層を形成した参考例2〜5では、例えば例1に係る図4(c)等と比較して相対的に触媒層の形成部分が緻密(高密度)であり、細孔が小さく且つ少なくなっていた。
触媒層の断面SEM観察画像(倍率600倍)を用いて、触媒層全体に占める空隙全体の割合(面積%)と、触媒層に占める大細孔(円相当径が5μmよりも大きな細孔)の空隙の割合(面積%)とを算出した。結果を表1に示す。なお、算出方法は既に上述した通りである。
代表例として、例1に係るSEM観察・解析結果を図10に示す。図10(a)は、解析に使用した例1の触媒層の断面SEM観察画像(倍率600倍)である。図10(b)は、画像処理後の細孔の部分を示している。図10(c)は、画像処理後の大細孔の部分を示している。
これに対して、参考例1では、触媒層の空隙率Vaが23%程度にとどまっていた。また、参考例1では、大細孔(円相当径が5μmよりも大きな細孔)の占める割合Vbは、触媒層全体の1%未満であった。なお、参考例2〜5は、隔壁の内部に触媒層を形成しているため、触媒層の部分のみを抽出することができず、計測不能だった。
触媒層の断面SEM観察画像(倍率600倍)を用いて、触媒層の単位断面積あたりの分割数(個/0.01mm2)と、骨格部分の平均厚み(μm)とを算出した。画像処理は、各例につきN=5で行い、得られた値を平均した。結果を表1に示す。なお、算出方法は既に上述した通りである。また、「分割数」は、触媒層の単位断面積(0.01mm2)あたりの個数を示しており、分割数の値が大きいほど触媒層内の細孔が連通しているといえる。
これに対して、2元細孔構造が認められなかった参考例1では、骨格部分に分割している箇所が殆ど無く、分割数が2未満であった。また、参考例1では、骨格部分の平均厚みも、30μm以上と圧倒的に厚くなっていた。なお、参考例2〜5は、隔壁の内部に触媒層を形成しているため、計測不能だった。
触媒層の骨格部分の表面SEM観察画像を用いて、骨格部分の表面開口率(面積%)と細孔径(μm)を算出した。結果を表1に示す。なお、算出方法は既に上述した通りである。また、細孔径の欄において、「P5」は小細孔側から累積5%に相当する細孔径を、「P95」は、小細孔側からの累積95%に相当する細孔径を、それぞれ表している。
代表例として、例1に係るSEM観察・解析結果を図11に示す。図11(a)は、解析に使用した例1の触媒層の骨格部分の表面SEM観察画像(倍率20000倍)である。図11(b)は、画像処理後の表面開口の部分を示している。
上記作製した排ガス浄化フィルタについて、水銀ポロシメータで細孔分布を測定し、基材のみの細孔分布と比較した。得られた細孔分布曲線の一例を図12に示す。なお、図12(a)は基材と例1の結果を比較したものであり、図12(b)は基材と例2の結果を比較したものであり、図12(c)は基材と例3の結果を比較したものであり、図12(d)は基材と例4の結果を比較したものであり、図12(e)は基材と参考例1の結果を比較したものである。
図12(a)〜(d)に示すように、例1〜4では細孔径が1μm以上10μm未満の範囲に大きなピークが観察され、細孔径が1μm以上10μm未満の範囲の細孔容積が基材と比べて増加していることがわかった。上記SEM観察画像とあわせて検討すると、この増加した細孔容積は、触媒層の骨格部分によって区画されている第1の細孔に由来するものと考えられる。
また、図12(a)に示す例1では、細孔径が0.5μm以上1μm未満の範囲にブロードなピークが観察された。上記SEM観察画像とあわせて検討すると、このピークは、触媒層の骨格部分の内部で針状材料が相互に接続しネットワークを形成してなる第2の細孔に由来するものと考えられる。
一方、図12(e)に示すように、参考例1では、解析ソフトを用いても、細孔径が1μm以上10μm未満の範囲に明確なピークが認められなかった。
表1に示すように、例1〜16は、参考例1〜5に比べて、相対的に第1の細孔ピークの細孔容積V1が大きく、第2の細孔ピークの細孔容積V2に対する第1の細孔ピークの細孔容積V1の比(V1/V2)も4以上(例えば4〜20)と高かった。一方、参考例1〜5ではV1/V2が4未満であった。
上記作製した排ガス浄化フィルタについて、触媒層形成後の圧損(製品圧損)を測定し、基材自体の圧損で基準化した。結果を表1に示す。
表1に示すように、例1〜16では、圧損が基材の1.6倍以下に低く抑えられていた。これは、例1〜16の触媒層が、セルの隔壁上に形成した触媒層が連通性の高い(通気性の良い)構造的特性を有するためと考えられる。また、参考例2,4でも圧損が低く抑えられていた。これは、基材細孔内に分布している触媒層が比較的少量のため、基材細孔のガス流路への影響が小さかったためと考えられる。
一方、参考例1,3,5では圧損が基材の凡そ2倍と高かった。参考例1では、セルの隔壁上に連通性の低い触媒層を配置したことで、基材細孔に蓋をするような構造になってしまったため、圧損が高くなったと考えられる。また、参考例3,5では、基材の細孔内に多量の触媒層が分布しているため、基材細孔のガス流路が触媒層で狭くなり、圧損が高くなったと考えられる。
上記作製した排ガス浄化フィルタについて、PM堆積圧損(kPa/(g/sec))を測定した。具体的には、排ガス浄化フィルタをエンジンベンチに設置してPMを堆積させ、PMが5g堆積した時点での圧損を評価した。圧損は吸入空気量で標準化した。結果を表1に示す。
一方、参考例1〜5ではPM堆積圧損が0.1kPa/(g/sec)よりも大きくなっていた。参考例1では、セルの隔壁上に触媒層が配置されているため、PM堆積初期の圧損の急上昇は抑えられるものの、もともとの製品圧損が高いために、PM堆積圧損が高くなったと考えられる。また、参考例2〜5では、基材の細孔内にPMが堆積されるため、PM堆積初期に圧損が急上昇して、PM堆積圧損が高くなったと考えられる。また、参考例3,5では、参考例2,4に比べて相対的に製品圧損が高いため、PM堆積圧損も参考例2,4より高くなっていた。
上記作製した排ガス浄化フィルタについて、ベンチ評価で圧損ヒステリシスを評価した。具体的には、排ガス浄化フィルタをエンジンベンチに設置して、使用前の(PM堆積前の)状態からPMの堆積を開始したときの初期堆積圧損と、再生処理後のPMが5g残存した状態から再度PMの堆積を開始したときの再生後堆積圧損とを測定した。そして、初期と再生後の堆積圧損値を比較し、同圧損値のときのPM堆積量の差分を圧損ヒステリシス(g/unit)とした。結果を表1に示す。
また、参考例1では、圧損ヒステリシスは1.4(g/unit)と低く抑えられているが、PM堆積圧損の絶対値が例1〜16と比較して高くなってしまうため、燃費が悪化することが予想された。
一方、参考例2〜5では、圧損ヒステリシスが5(g/unit)以上と高かった。参考例2,4では、基材の細孔内にPMが侵入するため、PMの堆積場所が、基材の細孔内と基材隔壁の表層部分との2箇所になる。そのため、圧損ヒステリシスが発生したと考えられる。また、参考例3,5の圧損ヒステリシスは、例1〜16よりも高いが、参考例2,4よりも低く抑えられていた。これは、基材細孔のガス流路が触媒層で狭くなっているために、基材の細孔内へのPMの堆積量が少なくなったためと考えられる。
上記作製した排ガス浄化フィルタについて、車両評価でPM捕集性能を評価した。具体的には、排ガス浄化フィルタを車両の排気経路に設置して、NEDCモードを走行したときの排出PM粒子数(個/km)を測定した。結果を表1に示す。
一方、参考例2〜5では、相対的に排出PM粒子数が高く、PM捕集性能が低かった。参考例2,4では、PM堆積開始直後のPM捕集効率が悪かったためと考えられる。また、参考例3,5では、触媒層のコート量が多いために基材表面の細孔が小さくなった。その結果、参考例2,4と比較すると排出PM粒子数は低く抑えられているが、例1〜16ほどの効果は得られなかった。
上記作製した排ガス浄化フィルタについて、ベンチ評価でPM燃焼性を評価した。具体的には、排ガス浄化フィルタをエンジンベンチに設置して、PMを5g/L堆積させた後、低温(400℃)で1時間の再生処理を実施し、再生処理前後のPM堆積量から再生率(%)を算出した。結果を表1に示す。
一方、参考例2〜5では、PMの燃焼性が低かった。参考例2,4では、基材の細孔内に触媒が分布しているため、PMと金属触媒の接触確率が下がったためと考えられる。また、参考例3,5では、触媒層のコート量を増やすことでPMと金属触媒との接触確率が上がり、参考例2,4に比べてPM燃焼性は向上したが、例1〜16よりは劣っていた。
本実施形態では、例1の触媒層形成用スラリーを用いて、触媒層の長さが異なるサンプル(例17,18)を作製して、PMの堆積に伴う圧損の推移(PM堆積圧損ΔP/Ga(kPa/(g/sec)))を測定した。具体的には、例17では隔壁の延伸方向の長さの80%の領域に触媒層を形成し、例18では隔壁の延伸方向の長さの90%の領域に触媒層を形成した。結果を図13に示す。
図13に示すように、触媒層の長さ(隔壁の被覆率)が90%以上の場合に、PM堆積圧損が顕著に小さかった。これは、基材の隔壁細孔へのPMの侵入量が少なくなったために、PM堆積開始時の圧損上昇が抑えられたためと考えられる。
≪I.触媒層の形成≫
(例19) 本試験においては、コージェライト製のハニカム基材(セル数300cpsi、隔壁厚み12ミル)を準備した。そして、基材の隔壁内部に第2の触媒層を形成した後に、隔壁表面に多孔質な触媒層を形成した。なお、本試験例では、上記第2の触媒層として三元触媒を含む2つの触媒層(Rh触媒層およびPd触媒層)を設けた。
そして、調製したRh触媒層用スラリーを、排ガス流入側端部からハニカム基材の入側セル内に供給し、出側セルを吸引した後に乾燥させた、これにより、入側セルに接する隔壁の内部に、隔壁の全長Lwの70%の長さのRh触媒層を形成した。なお、Rh触媒層用スラリーのコート量は、形成されるRh触媒層が基材容量あたり45g/Lとなるように調整した。
本試験例では、次にPd触媒層の形成を行った。かかるPd触媒層の形成においては、Rh源である硝酸ロジウムの代わりに、Pd源である硝酸パラジウムを用いたことを除いて、上記したRh触媒層と同じ手順でPd触媒層用スラリーを調製した。
そして、調製したPd触媒層用スラリーを、排ガス流出側端部からハニカム基材の出側セル内に供給し、入側セルを吸引した後に乾燥させることにより、出側セルに接する隔壁の内部に、隔壁の全長Lwの50%の長さのPd触媒層を形成した。なお、Pd触媒層用スラリーのコート量は、形成されるPd触媒層が基材容量あたり20g/Lとなるように調整した。
具体的には、ジニトロジアンミン白金硝酸溶液と硝酸パラジウム溶液とを混合した溶液中に、担体としての針状TiO2粉末(平均繊維径φ=0.2μm、平均繊維長L=3μm)を含浸させ、乾燥、焼成を行い、担体としてのPt/Pd担持−TiO2粉末を得た。
得られたPt/Pd担持−TiO2粉末と、バインダーとしてのTiO2のゾル(TiO2含有量6%)と、溶媒としての純水とを、200:1200:200の質量比(g)で混合して湿式粉砕することにより、スラリーを調製した。このスラリーに、造孔剤としてのメラミン樹脂製のビーズ(平均粒径10μm)と、界面活性剤(レオドール430V(花王株式会社製))と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを順に添加し、攪拌して触媒層形成用スラリーを得た。
そして、この触媒層形成用スラリーを排ガス流入側の端部から入側セル内へ投入した後、排ガス流出側の端部から出側セルを吸引することによって、隔壁の排ガス流入側の表面に隔壁の延伸方向の長さの100%の領域にわたってスラリーを付与した。これを150℃で乾燥した後、500℃で焼成して造孔剤成分を焼き飛ばし、排ガス流入側の隔壁の表面(隔壁上)に多孔質な触媒層を形成した。なお、触媒層形成用スラリーのコート量は、形成される触媒層が基材容量あたり20g/Lとなるように調整した。
上記した例19および参考例6において作製した排ガス浄化フィルタの一部を切り出して、直径3cm×長さ5cmの試験用の切片を作製した。このとき、作製後の試験用の切片に、Rh触媒層とPd触媒層の両方の触媒層が含まれるように、排ガス浄化フィルタの切り出しを行った。そして、作製した試験用の切片の入側セルと出側セルを互い違いに目封じすることによって、入側セルに流入したガスが隔壁を通過して出側セルから排出されるような構造のフィルタを構築した。
具体的には、下記に示す組成のモデルガスを試験用切片の入側セルに供給し、試験用切片を昇温させながら出側セルから排出されるガスの組成を測定し続けた。そして、出側セルから排出されるガスに含まれるCO、HC、NOxのそれぞれについて、50%浄化された際の温度(50%浄化温度(T50))を測定した。測定結果を図14に示す。
なお、炭化水素(HC)については、総炭化水素量(THC:Total Hydrocarbon)を対象にして50%浄化温度(T50)を測定した。
C3H6: 800ppm
C3H8: 200ppm
NO : 800ppm
CO : 0.5%
CO2 : 11%
O2 : 0.77%
H2 : 0.2%
H2O : 10%
N2 : balance
2 内燃機関
10 排ガス浄化フィルタ
11 基材
12 入側セル
14 出側セル
16 隔壁
20 触媒層
Claims (10)
- 内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集する排ガス浄化フィルタであって、
基材と、該基材上に設けられた触媒層と、を備え、
前記触媒層は、担体と金属触媒とを含み、
前記触媒層の断面の電子顕微鏡観察画像において、前記触媒層を100%としたときに、円相当径が5μmよりも大きな大細孔が45%以上を占めている、排ガス浄化フィルタ。 - 前記触媒層の断面の電子顕微鏡観察画像において、細孔全体を100%としたときに、前記大細孔が60%以上を占めている、請求項1に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記触媒層の断面の電子顕微鏡観察画像において、前記触媒層の空隙率が70%以上である、請求項1又は2に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記触媒層は、細孔径が1μm以上10μm未満である第1の細孔と、細孔径が0.5μm以上1μm未満である第2の細孔と、を有する多元細孔構造である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 水銀ポロシメータの細孔分布測定において、前記第1の細孔の細孔容積が、前記第2の細孔の細孔容積の4倍以上である、請求項4に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記触媒層の骨格部分の表面の電子顕微鏡観察画像において、表面開口率が25%以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記触媒層の骨格部分の表面の電子顕微鏡観察画像において、小細孔側から累積5%に相当する細孔径P5と小細孔側からの累積95%に相当する細孔径P95とがいずれも0.02μm以上4μm以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記基材は、排ガス流入側の端部が開口した入側セルと、排ガス流出側の端部が開口した出側セルとが、多孔質な隔壁によって仕切られているウォールフロー構造であり、
前記触媒層は、前記隔壁の前記入側セルの側の表面に設けられている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。 - 前記触媒層は、前記隔壁の延伸方向の全長を100%としたときに、前記排ガス流入側の端部から前記隔壁の前記延伸方向に沿って90%以上の長さで設けられている、請求項8に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記基材の内部に担体と金属触媒とを含む第2の触媒層が形成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
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