JP3835025B2 - Exhaust gas purification material and exhaust gas purification apparatus using the same - Google Patents

Exhaust gas purification material and exhaust gas purification apparatus using the same Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関などの燃焼機関や産業排ガス中に含有される炭化水素や可燃性炭素微粒子などの粒子状物質（以下パティキュレートという）を除去する排ガス浄化材とその製造方法及びこれを用いた排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の排ガス中のパティキュレートはその粒子径のほとんどが１ミクロン以下であり、大気中に浮遊しやすく呼吸により人体に取り込まれやすい。しかも発ガン性物質を含んでいることから、排出の規制は今後更に厳しくなることが予測される。
【０００３】
従来、これらの微粒子状物質の除去方法としては、大別すると以下の２つの方法がある。
【０００４】
（１）片端閉じのセラミックハニカム、セラミックフォーム、金属発泡体などの耐熱性のガスフィルターを用いて排ガス中の微粒子を捕集し、背圧が上昇すれば電気ヒーターなどで堆積した微粒子を燃焼させ、フィルターを再生する方法。
【０００５】
（２）触媒を用いて微粒子を触媒作用により燃焼反応を行わせ、ヒーターなどを要せず、排ガス中で排ガスの温度で燃焼再生を行う方法。
【０００６】
しかしながら、前記（１）の方法ではパティキュレートの燃焼温度が高温であり、捕集したパティキュレートを燃焼除去し、フィルターを再生するために多量のエネルギーが必要となる。さらに高温域での燃焼とその反応熱によりフィルターの溶損や割れを生じる。また、特殊な装置を必要とするために浄化装置としての大型化、高コスト化になるという課題を有していた。
【０００７】
一方、前記（２）の方式ではディーゼルエンジン排ガスの排出条件（ガス組成及び温度）において、触媒活性を維持できる触媒が使用されれば効果的な方法と考えられる。しかし、ディーゼルエンジンの排ガス温度はガソリンエンジンの場合と比較して低く、通常のエンジンの走行条件下で到達する温度域ではパティキュレートが良好着火燃焼しないという課題を有していた。
【０００８】
近年、この問題を解決するために、種々の排ガス浄化材及びその製造方法が開発されている。
【０００９】
特開昭５９−８２９４４号公報（以下イ号公報という）には、バナジウム、モリブデン、銅、アルカリ金属化合物などからなる排ガス触媒が開示されている。また、前記化合物の水溶液に３次元構造体を浸漬し、乾燥後に一度に焼成する排ガス触媒の製造方法も開示されている。また、同様の構成として特開昭５８−１８３９４５号公報が知られている。
【００１０】
また、特公平４−４２０６３号公報（以下ロ号公報という）には、バナジウム、モリブデン、銅、マンガン、鉛、鉄、コバルト、銀元素とアルカリ元素と白金属などからなる排ガス触媒が開示されている。また、３次元構造体の表面に白金属化合物を焼成した後に、遷移金属化合物とアルカリ金属化合物を含む溶液を含浸、乾燥、焼成する方法も開示されている。
【００１１】
更に、特開昭６２−７４４７号公報（以下ハ号公報という）には、バナジウム、モリブデン、銅、アルカリ金属化合物の水溶液に３次元構造体を浸漬して乾燥、焼成する排ガス触媒の製造方法が開示されている。また、前記銅化合物とアルカリ金属化合物の水溶液に３次元構造体を浸漬し、乾燥後にバナジウム化合物とモリブデン化合物の溶液を浸漬して、乾燥後に一度に焼成する排ガス触媒の製造方法も開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の排ガス浄化材とその製造方法は、以下の課題を有していた。
【００１３】
イ号公報に記載の排ガス触媒では、バナジウム、モリブデン、銅、アルカリ金属化合物の水溶液に３次元構造体を浸漬し、乾燥後に一度に焼成するので、遷移金属化合物或いはアルカリ金属化合物と３次元構造体或いは３次元構造体表面に形成した耐熱性の多孔質材料との反応が起こり、望ましい複合酸化物の最適な構造物が得られることができなく、触媒活性に欠けるという課題を有していた。
【００１４】
ロ号公報に記載の排ガス触媒では、３次元構造体の表面に白金属化合物を焼成した後に、遷移金属化合物とアルカリ金属化合物を含む溶液を含浸、乾燥、焼成するので、白金属化合物を有する排ガス浄化性能を十分に引き出すことできないという課題を有していた。
【００１５】
ハ号公報に記載の排ガス触媒では、銅化合物とアルカリ金属化合物の水溶液に３次元構造体を浸漬し、乾燥後にバナジウム化合物とモリブデン化合物の溶液を浸漬して、乾燥後に一度に焼成するので、銅化合物とアルカリ金属化合物と共存すると、加熱際に著しく反応し、複合酸化物の最適な構造物が得られることができなく、触媒活性に欠けるという課題を有していた。
【００１６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、耐熱性の３次元構造体と耐熱性の多孔質のセラミック層と遷移金属触媒層とアルカリ金属化合物層との積層構造により、遷移金属触媒とアルカリ金属化合物を持つ高い触媒性能を引き出すことができるとともに、低い温度でも触媒活性を有し、耐久性に優れる排ガス浄化材の提供、及び簡単の構造で通常のエンジンの走行条件下で到達する温度域でパティキュレートを良好に着火燃焼でき、排ガス浄化特性に優れ、再生するための電気ヒーター等を必要とせず、小型且つ低原価で量産できる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の排ガス浄化材及びこれを用いた排ガス浄化装置は次の構成からなる。
【００１８】
本発明の排ガス浄化材は、耐熱性の３次元構造体（ａ）と、前記（ａ）の表面に８００℃〜１２００℃の焼成温度で形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、前記（ｃ）の表面に形成されたＣｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ遷移金属及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも１種からなる触媒層（ｂ）と、次にこれをアルカリ金属の硫酸塩の溶液に含浸させ凍結乾燥後焼成して、前記（ｂ）の表面に形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、を備えた構成を有している。
【００１９】
この構成により、触媒元素間や３次元構造体との反応にる劣化が抑制され、効率よくパティキュレートを燃焼させることが可能になるという作用を有する。
【００２０】
排ガス浄化材の製造方法の参考例は、触媒層の表面でアルカリ金属の硫酸塩層を形成する際に、凍結乾燥に変えて、アルカリ金属の硫酸塩溶液にカルボキシル基のイオン交換基を有する有機化合物を添加した構成を有している。
【００２１】
この凍結乾燥に変えての参考構成により、アルカリ金属の硫酸塩層を乾燥時にアルカリの凝集を防ぐことができ、アルカリ金属の硫酸塩が表面に高分散した触媒を得ることができ、アルカリ金属の硫酸塩と遷移金属及びそれらの化合物とパティキュレートとの接点を多くするという作用を有する。
【００２２】
更に、本発明の排ガス浄化装置は、請求項１または２に記載の排ガス浄化材と、前記排ガス浄化材を収納する収納容器と、前記収納容器の一端の上流側に形成された排ガス流入口と、前記収納容器の他端の下流側に形成された排ガス排出口と、を備えた構成を有している。
【００２３】
この構成により、通常のエンジンの走行条件下で到達する温度域でパティキュレートを良好に着火燃焼できるとともに、３次元構造体の再生のための電気ヒーターなどの特殊な装置を必要としなく、排ガス浄化特性に優れるという作用を有する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、耐熱性の３次元構造体（ａ）と、前記（ａ）の表面に８００℃〜１２００℃の焼成温度で形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、前記（ｃ）の表面に形成されたＣｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ遷移金属及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも１種からなる触媒層（ｂ）と、次にこれをアルカリ金属の硫酸塩の溶液に含浸させ凍結乾燥後焼成して、前記（ｂ）の表面に形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、を備えた構成を有している。ここで、凍結乾燥法としては、液体Ｎ 2 等の寒剤で瞬間に凍結し、０．１〜３ｍｍＨｇの減圧で氷を昇華させて乾燥する方法が用いられる。ここで、遷移金属の化合物としては、硫酸塩以外にも、所定の金属元素を含む酢酸塩、硝酸塩、水酸化物、塩化物等が用いられる。その塩が水に溶解するものであればこれらに限定されない。
【００２５】
これにより、（１）触媒層を形成する前に、先に耐熱性の３次元構造体の表面にアルカリ金属の硫酸塩層を焼成するために、遷移金属及びそれらの化合物と耐熱性の３次元構造体との反応による劣化が抑制され、効率よくパティキュレートを燃焼させることが可能になるという作用を有する。
【００２６】
（２）触媒層とアルカリ金属の硫酸塩層を別々に焼成するために、遷移金属及びそれらの化合物とアルカリ金属の硫酸塩との反応による劣化が抑制され、効率よくパティキュレートを燃焼させることが可能になるという作用を有する。
【００２７】
（３）最も高い燃焼活性を有す触媒構成組成の組み合わせが得られるという作用を有する。また、凍結乾燥法を用いたことで、乾燥時にアルカリの凝集を防ぐことができ、アルカリ金属の硫酸塩の表面に高分散した触媒を得ることができるとともに、アルカリ金属の硫酸塩と遷移金属及びそれらの化合物とパティキュレートとの接点を多くし、触媒反応の効率を向上できるという作用を有する。ここで、耐熱性の３次元構造体の表面のアルカリ金属の硫酸塩層の焼成温度が、８００℃〜１２００℃が用いられる。焼成温度が８００℃より低くなるにつれて、アルカリ金属化合物層を焼成できなくという傾向が認められ、また１２００℃よりも高くなるにつれて、アルカリ金属の硫酸塩と３次元構造体や多孔質のセラミック層と著しく反応するという傾向が認められるので、いずれも好ましくない。
【００２８】
ここで、耐熱性の３次元構造体としては、セラミックフォーム、セラミックハニカム、ウオールフロータイプのハニカムモノリス等が用いられる。これらの大きさ及び形状は目的に応じて種々変更することができる。また必要に応じて複数段重ねても良い。３次元構造体の材料としてはコージェライト、ムライト、ＳｉＣ、アルミナ、Ａｌ 2 Ｏ 3 ，Ａｌ 2 Ｏ 3 −ＳｉＯ 2 ，Ａｌ 2 Ｏ 3 −ＺｒＯ 2 ，Ａｌ 2 Ｏ 3 −ＴｉＯ 2 等が用いられるが、これらに限定されない。
【００２９】
３次元構造体の表面に形成されるアルカリ金属の硫酸塩層と、触媒層に形成されるアルカリ金属の硫酸塩層は同一又は異なったアルカリ金属の硫酸塩が用いられる。
【００３０】
本発明の請求項２に記載の発明は、耐熱性の３次元構造体（ａ）と、前記（ａ）の表面に形成された耐熱性の多孔質のセラミック層（ｄ）と、前記（ｄ）の表面に８００℃〜１２００℃の焼成温度で形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、前記（ｃ）の表面に形成されたＣｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ遷移金属及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも１種からなる触媒層（ｂ）と、次にこれをアルカリ金属の硫酸塩の溶液に含浸させ凍結乾燥後焼成して、前記（ｂ）の表面に形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、を備えた構成を有している。ここで、凍結乾燥法としては、液体Ｎ 2 等の寒剤で瞬間に凍結し、０．１〜３ｍｍＨｇの減圧で氷を昇華させて乾燥する方法が用いられる。ここで、遷移金属の化合物としては、硫酸塩以外にも、所定の金属元素を含む酢酸塩、硝酸塩、水酸化物、塩化物等が用いられる。その塩が水に溶解するものであればこれらに限定されない。
【００３１】
これにより、（１）先ずアルカリ金属元素と３次元構造体表面に形成した耐熱性の多孔質材料との反応層を形成することにより、遷移金属元素と３次元構造体表面に形成した耐熱性の多孔質材料との反応による性能劣化を抑制できるという作用を有する。
【００３２】
（２）触媒層とアルカリ金属の硫酸塩層を別々に焼成するために、遷移金属及びそれらの化合物とアルカリ金属の硫酸塩との反応による劣化が抑制され、効率よくパティキュレートを燃焼させることが可能になるという作用を有する。
【００３３】
（３）アルカリ金属の硫酸塩と遷移金属及びそれらの化合物両者の本来の特性を維持したまま３次元構造体表面に形成した耐熱性の多孔質材料にこれらの触媒層が形成でき、触媒層の有効面積が向上し、ガス状成分との接触性が向上するという作用を有する。また、凍結乾燥法を用いたことで、乾燥時にアルカリの凝集を防ぐことができ、アルカリ金属の硫酸塩の表面に高分散した触媒を得ることができるとともに、アルカリ金属の硫酸塩と遷移金属及びそれらの化合物とパティキュレートとの接点を多くし、触媒反応の効率を向上できるという作用を有する。ここで、耐熱性の多孔質のセラミック層の表面のアルカリ金属の硫酸塩層の焼成温度が、８００℃〜１２００℃が用いられる。焼成温度が８００℃より低くなるにつれて、アルカリ金属化合物層を焼成できなくという傾向が認められ、また１２００℃よりも高くなるにつれて、アルカリ金属の硫酸塩と３次元構造体や多孔質のセラミック層と著しく反応するという傾向が認められるので、いずれも好ましくない。
【００３４】
ここで、耐熱性の３次元構造体としては、、セラミックフォーム、セラミックハニカム、ウオールフロータイプのハニカムモノリス等が用いられる。これらの大きさ及び形状は目的に応じて種々変更することができる。また必要に応じて複数段重ねても良い。３次元構造体の材料としてはコージェライト、ムライト、ＳｉＣ、アルミナ、Ａｌ 2 Ｏ 3 ，Ａｌ 2 Ｏ 3 −ＳｉＯ 2 ，Ａｌ 2 Ｏ 3 −ＺｒＯ 2 ，Ａｌ 2 Ｏ 3 −ＴｉＯ 2 等が用いられるが、これらに限定されない。
【００３５】
耐熱性の多孔質のセラミック層の表面に形成されるアルカリ金属の硫酸塩と、触媒層に形成されるアルカリ金属の硫酸塩層は同一又は異なったアルカリ金属の硫酸塩が用いられる。
【００３６】
耐熱性の多孔質層のセラミック材料としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナ、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−チタニア等が好適に用いられる。
【００３７】
耐熱性の多孔質のセラミック層を担持させる方法としては、ゾルーゲル法や、スラリー法等が用いられる。ゾルーゲル法とは、耐熱性の多孔質層を構成する金属元素の有機塩（アルコキシドなど）を含む溶液に酸（塩酸、酢酸など）を加えて溶液のｐＨを調製した後、この溶液に３次元構造体を含浸して耐熱性の多孔質層を構成する金属元素を含む溶液をコーティングし、次いで３次元構造体にコーティングされた溶液と水蒸気とを接触させ加水分解反応によりゾル化させ、さらにゲル化を行った後に焼成するものである。これらが担持の一般的方法として挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００５２】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の排ガス浄化材と、前記排ガス浄化材を収納する収納容器と、前記収納容器の一端の上流側に形成された排ガス流入口と、前記収納容器の他端の下流側に形成された排ガス排出口と、を備えた構成を有している。
【００５３】
これにより、簡単の構造で通常のエンジンの走行条件下で到達する温度域（３００℃〜５００℃）でパティキュレートを良好に着火燃焼できるとともに、３次元構造体の再生のための電気ヒーターなどの特殊な装置を必要としなく、排ガス浄化特性に優れるという作用を有する。
【００５４】
ここで、収納容器の形状としては、円筒状又は楕円筒状等が用いられる。本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、収納容器及び／又は前記排ガス流入口とエンジンを接続する接続管の周囲に設置された断熱手段を有した構成を有している。
【００５５】
これにより、請求項３により得られる作用の他、エンジン燃焼部からの排ガスが触媒部に流入する温度の低下を防止して触媒活性を向上させ得るという作用を有する。
【００５６】
ここで、断熱手段としては、容器を真空二重構造にしたり、容器を断熱材で包む方法が用いられる。
【００５７】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、収納容器がエンジンマニホールドに近接して配置されていた構成を有している。
【００５８】
これにより、請求項３または４により得られる作用の他、エンジン燃焼部からの排ガスが触媒部に流入する温度の低下を防止して触媒活性を向上させることができるという作用を有する。
【００５９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（参考の形態１）
図１は本発明の参考の形態１における排ガス浄化材の要部断面図である。
【００６０】
図１において、１は参考の形態１の排ガス浄化材、２は排ガス浄化材１の耐熱性の３次元構造体、３は耐熱性の３次元構造体２の表面に形成された遷移金属及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも１つからなる触媒層、４は触媒層３の表面に形成されたアルカリ金属化合物から選ばれる少なくとも１つからなるアルカリ金属化合物層である。
【００６１】
以下、参考の形態１の排ガス浄化材の調製方法を具体的に説明する。Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ遷移金属及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも１つの水溶液に耐熱性の３次元構造体を含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に５００℃〜９５０℃、好ましくは７００℃〜８５０℃で１時間〜８時間、好ましくは３時間〜６時間焼成を行い、遷移金属の酸化物層を形成した。次にこれをアルカリ金属化合物の溶液に含浸させ、余剰の水溶液を除去した後に液体窒素で瞬時に凍結した後に減圧下で氷を昇華させ乾燥した。その後４００℃〜８００℃、好ましくは５００℃〜７００℃で１時間〜８時間、好ましくは３時間〜６時間焼成を行いＣｕ，Ｖ，Ｃｓ等を担持した参考の形態１の浄化材を得た。
【００６２】
（実施の形態１）
図２は本発明の実施の形態１における排ガス浄化材の要部断面図である。
【００６３】
図２において、２０は実施の形態１の排ガス浄化材、４ａは耐熱性の３次元構造体２と触媒層３との間に形成されたアルカリ金属化合物から選ばれる少なくとも１つからなるアルカリ金属化合物層である。尚、参考の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
以下、実施の形態１の排ガス浄化材の調製方法を具体的に説明する。アルカリ金属の硫酸塩の溶液に耐熱性の３次元構造体２を含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８５０℃で５時間焼成を行った。その後参考の形態１と同様の方法で遷移金属の酸化物層３とアルカリ金属の硫酸塩層４を形成した。実施の形態１の排ガス浄化材が参考の形態１と相違には耐熱性の３次元構造体２と遷移金属の酸化物層の間にアルカリ金属の硫酸塩層４ａを形成する点である。尚、参考の形態１と同様の調製操作には説明を省略する。
【００６５】
（参考の形態２）
図３は本発明の参考の形態２における排ガス浄化材の要部断面図である。
【００６６】
図３において、３０は参考の形態２の排ガス浄化材、５は耐熱性の３次元構造体２と触媒層３との間に形成された耐熱性の多孔質のセラミック層である。尚、参考の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
以下、参考の形態２の排ガス浄化材の調製方法を具体的に説明する。γ−Ａｌ2Ｏ3の粉末等を用い、これに対して０．５ｗｔ％となるようにポリカルボン酸アンモニウム塩等を溶解させた水溶液に、更に接着剤としてアルミニウムイソプロポキシト等を加えた後、真空デシケーター内で、得られたスラリーに耐熱性の３次元構造体２を含浸した後、真空デシケーター内を減圧してコージェライト製のハニカム内の気泡を取り除き、耐熱性の３次元構造体２の内部までスラリーを浸透させた。次に余分なスラリーを遠心分離器を利用し、振り切って９０℃〜１４０℃で１時間〜８時間、好ましくは３時間〜６時間乾燥したのち、好ましくは９００℃〜１０００℃で１時間〜５時間、好ましくは１．５時間〜３時間焼成して表面に耐熱性の多孔質のセラミック層５を形成した耐熱性の３次元構造体２を作製した。その後実施の形態１と同様の方法で遷移金属の酸化物層３とアルカリ金属化合物層４を形成した。参考の形態２の排ガス浄化材が参考の形態１と相違には耐熱性の３次元構造体２と遷移金属の酸化物層３の間に耐熱性の多孔質のセラミック層５を形成する点である。尚、参考の形態１と同様の調製操作には説明を省略する。
【００６８】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における排ガス浄化材の要部断面図である。
【００６９】
図４において、４０は実施の形態２の排ガス浄化材である。尚、参考の形態１乃至２、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
実施の形態２排ガス浄化材が実施の形態１と相違には耐熱性の３次元構造体２とアルカリ金属の硫酸塩層４ａの間に耐熱性の多孔質のセラミック層５を形成する点である。尚、参考の形態１乃至２、実施の形態１と同様の調製操作には説明を省略する。
【００７１】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における排ガス浄化装置の要部模式図である。
【００７２】
図５において、５０は実施の形態３の排ガス浄化装置、５１は参考の形態１乃至２、実施の形態１、２で得られた排ガス浄化材を収納する収納容器、５２は収納容器５１の一端の上流側に形成されたエンジンを接続する排ガス流入口、５３は収納容器５１の他端の下流側に形成された排ガス排出口、５４は収納容器５１及び／又は排ガス流入口５２とエンジンを接続する接続管の周囲に設置された断熱手段の保温層である。
【００７３】
以下、実施の形態３の排ガス浄化装置の動作を具体的に説明する。ディーゼルエンジン等より排出されたパティキュレートを実施の形態２の排ガス浄化装置５０の排ガス流入口５２から流入させ、エンジンの排気温度で排ガス浄化材１内パティキュレートが燃焼され、ＣＯ2等気体酸化物になり、収納容器５１の他端の下流側に形成された排ガス排出口５３による排出される。また、排ガス中のＣＯがパティキュレートと共にＣＯ2に酸化される。ＣＯとパティキュレートの酸化反応には熱が放出され、排ガス浄化装置５０の浄化反応に必要な温度を保持できる。また、収納容器５１及び／又は排ガス流入口５２とエンジンを接続する接続管の周囲に設置された断熱手段の保温層が排ガス浄化装置５０の浄化反応に必要な温度を保持できる。
【００７４】
なお、以上の説明では、収納容器の両端に排ガス流入口と排ガス排出口それぞれ設けられた例で説明したが、その他の構造を構成したものについても同様に実施可能である。
【００７５】
【実施例】
次に本発明の具体例を用いて説明する。
【００７６】
（参考例１）
硫酸銅１ｍｏｌ／ｌと酸化硫酸バナジウム０．５ｍｏｌ／ｌの水溶液を１：１の比率で混合し、この水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８００℃で５時間焼成を行い、銅、バナジウム酸化物層を形成した。次にこれを１ｍｏｌ／ｌの硫酸セシウム水溶液に含浸させ、余剰の水溶液を除去した後に液体窒素で瞬時に凍結した後に減圧下で氷を昇華させ乾燥した。その後６００℃で５時間焼成を行いＣｕ，Ｖ，Ｃｓを担持した参考例１の浄化材を得た。
【００７７】
（参考例２〜４）
参考例１と同様にして硫酸銅１ｍｏｌ／ｌと酸化硫酸バナジウム０．５ｍｏｌ／ｌの水溶液を１：１の比率で混合し、この水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８００℃で５時間焼成を行い、銅、バナジウム酸化物層を形成した。さらに１ｍｏｌ／ｌの硫酸リチウム、硫酸ナトリウム又は硫酸カリウム水溶液に含浸させ、余剰の水溶液を除去した後に液体窒素で瞬時に凍結した後に減圧下で氷を昇華させ乾燥した。その後６００℃で５時間焼成を行いＣｕ，Ｖ，Ｌｉ又はＣｕ，Ｖ，Ｎａ又はＣｕ，Ｖ，Ｋを担持した参考例２、３、４の浄化材を得た。
【００７８】
（参考例５）
硫酸銅１ｍｏｌ／ｌとモリブデン酸アンモニウム塩１ｍｏｌ／ｌの水溶液を１：１の比率で混合し、この水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８００℃で５時間焼成を行い、銅、モリブデン酸化物層を形成した。次にこれを１ｍｏｌ／ｌの硫酸カリウム水溶液に含浸させ、余剰の水溶液を除去した後に液体窒素で瞬時に凍結した後に減圧下で氷を昇華させ乾燥した。その後６００℃で５時間焼成を行い銅、モリブデン、カリウムを担持した参考例５の浄化材を得た。
【００７９】
（参考例６）
硫酸マンガン１ｍｏｌ／ｌと酸化硫酸バナジウム０．５ｍｏｌ／ｌの水溶液を１：１の比率で混合し、この水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８００℃で５時間焼成を行い、銅、モリブデン酸化物層を形成した。次にこれを１ｍｏｌ／ｌの硫酸セシウム水溶液に含浸させ、余剰の水溶液を除去した後に液体窒素で瞬時に凍結した後に減圧下で氷を昇華させ乾燥した。その後６００℃で５時間焼成を行いマンガン、バナジウム、セシウムを担持した参考例６の浄化材を得た。
【００８０】
（参考例７）
硫酸コバルト１ｍｏｌ／ｌと酸化硫酸バナジウム０．５ｍｏｌ／ｌの水溶液を１：１の比率で混合し、この水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８００℃で５時間焼成を行い、銅、モリブデン酸化物層を形成した。次にこれを１ｍｏｌ／ｌの硫酸セシウム水溶液に含浸させ、余剰の水溶液を除去した後に液体窒素で瞬時に凍結した後に減圧下で氷を昇華させ乾燥した。その後６００℃で５時間焼成を行いコバルト、バナジウム、セシウムを担持した参考７の浄化材を得た。
【００８１】
（実施例１）
硫酸セシウム１ｍｏｌ／ｌの水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。乾燥後、８００℃で５時間焼成した。以下参考例１と同様にして銅とバナジウムの層を形成後、更に硫酸セシウム層を形成して実施例１の浄化材を得た。
【００８２】
（実施例２）
硫酸セシウム１ｍｏｌ／ｌの水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。乾燥後、１１００℃で５時間焼成した。以下参考例１と同様にして銅とバナジウムの層を形成後、更に硫酸セシウム層を形成して実施例９の浄化材を得た。
【００８３】
（参考例８）
硫酸セシウム１ｍｏｌ／ｌの水溶液と２０ｗｔ％のＳｉＯ2ゾル水溶液を２：１の割合で混合した水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。乾燥後、８００℃で５時間焼成した。以下参考例１と同様にして銅とバナジウムの層を形成後、更に硫酸セシウム層を形成して参考例８の浄化材を得た。
【００８４】
（参考例９）
γ−Ａｌ2Ｏ3の粉末を用い、これに対して０．５ｗｔ％となるようにポリカルボン酸アンモニウム塩を溶解させた水溶液に、更に接着剤としてアルミニウムイソプロポキシトを加えた後、真空デシケーター内で、得られたスラリーにコージェライト製のハニカムを含浸した後、真空デシケーター内を減圧してコージェライト製のハニカム内の気泡を取り除き、コージェライト製のハニカムの内部までスラリーを浸透させた。次に余分なスラリーを遠心分離器を利用し、振り切って１２０℃で５時間乾燥したのち、９００℃で２時間焼成して表面に耐熱性多孔質体を形成したコージェライト製のハニカムを作製した。このコージェライト製ハニカムを用いて、参考例１と同一の方法で参考例９の排ガス浄化材を用いた。
【００８５】
（参考例１０）
硫酸銅１ｍｏｌ／ｌと酸化硫酸バナジウム０．５ｍｏｌ／ｌの水溶液を１：１の比率で混合し、この水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８００℃で５時間焼成を行い、銅、バナジウム酸化物層を形成した。次にこれを１ｍｏｌ／ｌの硫酸セシウム水溶液に硫酸セシウムの濃度の０．３倍のリンゴ酸を溶解させた後に、銅、バナジウム層を表面に形成したコージェライト製ハニカムを含浸させ８０℃で１０時間乾燥させた。その後６００℃で５時間焼成を行いＣｕ，Ｖ，Ｃｓを担持した参考例１０の浄化材を得た。
【００８６】
（参考例１１）
硫酸セシウムの溶液に溶解させる物質がクエン酸である他は参考例１０と同一の方法により参考例１１の浄化材を得た。
【００８７】
（比較例１）
１ｍｏｌ／ｌの硫酸銅と０．５ｍｏｌ／ｌの酸化硫酸バナジウムと１ｍｏｌ／ｌの硫酸セシウムを溶解した水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸し、余剰の水溶液を除去した後に、液体窒素で瞬時に凍結し減圧下で氷を昇華させ乾燥した。次いで８００℃で５時間焼成を行い硫酸銅と酸化硫酸バナジウム、硫酸セシウムを同時に担持した比較例１の浄化材を得た。
【００８８】
（比較例２）
出発原料に硫酸銅、モリブデン酸アンモニウム塩、硫酸カリウムを用いる他は比較例１と同一の方法で銅とモリブデンとカリウムを同時に担持した比較例２の浄化材を得た。
【００８９】
（比較例３）
出発原料に硫酸マンガン、酸化硫酸バナジウム、硫酸セシウムを用いる他は比較例１と同一の方法でマンガンとバナジウムとセシウムを同時に担持した比較例３の浄化材を得た。
【００９０】
（比較例４）
出発原料に硫酸コバルト、酸化硫酸バナジウム、硫酸セシウムを用いる他は比較例１と同一の方法でマンガンとバナジウムとセシウムを同時に担持した比較例４の浄化材を得た。
【００９１】
（比較例５）
参考例１と同一の方法で銅とバナジウム酸化物を形成した後に１ｍｏｌ／ｌの炭酸セシウムの水溶液を含浸させ、以下、参考例１と同一の方法で比較例５の浄化材を得た。
【００９２】
（比較例６）
参考例１と同一の方法で銅とバナジウム酸化物を形成した後に１ｍｏｌ／ｌの水酸化セシウムの水溶液を含浸させ、以下参考例１と同一の方法で比較例６の浄化材を得た。
【００９３】
（比較例７）
γ−Ａｌ2Ｏ3の粉末を用い、これに対して０．５ｗｔ％となるようにポリカルボン酸アンモニウム塩を溶解させた水溶液に、更に接着剤としてアルミニウムイソプロポキシトを加えた後、真空デシケーター内で、得られたスラリーにコージェライト製のハニカムを含浸した後、真空デシケーター内を減圧してコージェライト製のハニカム内の気泡を取り除き、コージェライト製のハニカムの内部までスラリーを浸透させた。次に余分なスラリーを遠心分離器を利用し、振り切って１２０℃で５時間乾燥したのち、９００℃で２時間焼成して表面に耐熱性多孔質体を形成したコージェライト製のハニカムを作製した。このコージェライト製ハニカムを用いて、比較例１と同一の方法で比較例７の排ガス浄化材を得た。
【００９４】
（比較例８）
硫酸セシウム１ｍｏｌ／ｌの水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。乾燥後、７００℃で５時間焼成した。以下実施例１と同様にして銅とバナジウムの層を形成後、更に硫酸セシウム層を形成して比較例８の浄化材を得た。
【００９５】
（比較例９）
硫酸銅１ｍｏｌ／ｌと酸化硫酸バナジウム０．５ｍｏｌ／ｌの水溶液を１：１の比率で混合し、この水溶液にコージェライト製ハニカムを含浸、余剰の水溶液を除去した後に、乾燥を行った。次に８００℃で５時間焼成を行い、銅、バナジウム酸化物層を形成した。次にこれを１ｍｏｌ／ｌの硫酸セシウム水溶液に含浸させ、余剰の水溶液を除去した後に電気炉にて１２０℃で１０時間で乾燥した。その後６００℃で５時間焼成を行いＣｕ，Ｖ，Ｃｓを担持した比較例９の浄化材を得た。
【００９６】
（評価例１）
パティキュレートの燃焼活性を調べるのに先だって、安定した触媒活性比較するためにまず調製した前述の各触媒をＳＯ2を４００ｐｐｍ、Ｏ2を１％（残りＮ2）で１昼夜４５０℃で処理を行った。
【００９７】
次にディーゼルエンジンより排出されたパティキュレートをセラミックス製のフィルターで捕集し、これをエタノール中に懸濁させて、エアーブラシで、１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの大きさの参考例１〜７及び比較例１〜４の触媒付きコージェライト製ハニカムの外周部にパティキュレート量が約０．００５ｇ／ｍｍ2となるように吹き付けた。これを乾燥させた後にガスを流通できる電気炉に入れてＣＯを２００ｐｐｍ、ＳＯ2を２０ｐｐｍ、Ｏ2を１％（残りＮ2）を流して４００℃下で反応させて反応開始１時間までのパティキュレートの燃焼率を調べた。その結果を表１に示す。
【００９８】
【表１】

Figure 0003835025
【００９９】
（表１）から明らかなように当該遷移金属及びそれらの化合物とアルカリ金属化合物を同時に担持した場合に比べて遷移金属及びそれらの化合物を担持後にアルカリ金属化合物を担持した場合に、パティキュレートに対する高い燃焼活性を有すことが判った。また、アルカリ金属化合物の原料としては硫酸塩が良好であることが判った。
【０１００】
（評価例２）
評価例１と同一の方法にて実施例１、２及び比較例８を用いてパティキュレートの燃焼率を調べた。その結果を（表２）に示す。
【０１０１】
【表２】
Figure 0003835025
【０１０２】
（表１）の比較例１の結果と比べ（表２）の実施例１、２の結果から明らかなように当該遷移金属及びそれらの化合物とアルカリ金属化合物を同時に形成した場合に比べてアルカリ金属の硫酸塩を先ず形成し、次いで遷移金属及びそれらの化合物を形成後にアルカリ金属の硫酸塩を形成した場合の方がパティキュレートに対する高い燃焼活性を有すことが判った。また、最初に形成するアルカリ金属の硫酸塩の焼成温度は８００℃以上が有効であることが判った。
【０１０３】
（評価例３）
評価例１と同様に前処理を行った後にディーゼルエンジンより排出されたパティキュレートをセラミックス製のフィルターで捕集し、これをエタノール中に懸濁させて、エアーブラシで、１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの大きさの参考例９及び比較例７の触媒付きコージェライト製ハニカムの外周にパティキュレート量が約０．００５ｇ／ｍｍ2となるように吹き付けた。これを乾燥させた後にガスを流通できる電気炉に入れてＣＯを２００ｐｐｍ、ＳＯ2を２０ｐｐｍ、Ｏ2を１％（残りＮ2）を流して４００℃下で反応させて反応開始１時間までのパティキュレートの燃焼率及びＣＯの酸化率を調べた。その結果を（表３）に示す。
【０１０４】
【表３】
Figure 0003835025
【０１０５】
（表３）から明らかなように当該遷移金属及びそれらの化合物とアルカリ金属化合物を同時に担持した場合に比べて遷移金属及びそれらの化合物を担持後にアルカリ金属化合物を担持した場合に、パティキュレートに対する高い燃焼活性を有すと共にＣＯの燃焼率も高くなることが判った。
【０１０６】
（評価例４）
評価例１と同一の方法にて参考例１０，１１及び比較例９を用いてパティキュレートの燃焼率を調べた。その結果を（表４）に示す。
【０１０７】
【表４】
Figure 0003835025
【０１０９】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、以下の優れた効果を実現できる。
【０１１０】
本発明の排ガス浄化材は、触媒層を形成する前に、先に耐熱性の３次元構造体の表面に８００℃〜１２００℃の焼成温度でアルカリ金属の硫酸塩層を焼成するために、遷移金属及びそれらの化合物と耐熱性の３次元構造体との反応による劣化が抑制され、効率よくパティキュレートを燃焼させることが可能になり、また、触媒層とアルカリ金属の硫酸塩層を別々に焼成するために、遷移金属及びそれらの化合物とアルカリ金属の硫酸塩との反応による劣化が抑制され、効率よくパティキュレートを燃焼させることが可能になる。
【０１１２】
更に、本発明の排ガス浄化装置は、請求項１または２に記載の排ガス浄化材を用いることにより、簡単な構造で通常のエンジンの走行条件下で到達する温度域（３００℃〜５００℃）でパティキュレートを良好に着火燃焼できるとともに、３次元構造体の再生のための電気ヒーターなどの特殊な装置を必要としなく、排ガス浄化特性に優れ、小型且つ低原価で量産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考の形態１における排ガス浄化材の要部断面図
【図２】 本発明の実施の形態１における排ガス浄化材の要部断面図
【図３】 本発明の参考の形態２における排ガス浄化材の要部断面図
【図４】 本発明の実施の形態２における排ガス浄化材の要部断面図
【図５】 本発明の実施の形態３における排ガス浄化装置の要部模式図
【符号の説明】
１ 参考の形態１の排ガス浄化材
２ 耐熱性の３次元構造体
３ 触媒層
４，４ａ アルカリ金属化合物層
５ 耐熱性の多孔質のセラミック層
２０ 実施の形態１の排ガス浄化材
３０ 参考の形態２の排ガス浄化材
４０ 実施の形態２の排ガス浄化材
５０ 実施の形態３の排ガス浄化装置
５１ 収納容器
５２ 排ガス流入口
５３ 排ガス排出口
５４ 保温層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an exhaust gas purification material for removing particulate matter (hereinafter referred to as particulates) such as hydrocarbons and combustible carbon fine particles contained in a combustion engine such as a diesel engine or industrial exhaust gas, a method for producing the same, and a method for producing the same. The present invention relates to an exhaust gas purification device.
[0002]
[Prior art]
  Particulates in exhaust gas from diesel engines, etc., have a particle size of almost 1 micron or less, and are likely to float in the atmosphere and be easily taken into the human body by breathing. In addition, since it contains carcinogenic substances, it is expected that emission regulations will become stricter in the future.
[0003]
  Conventionally, there are the following two methods for removing these particulate substances.
[0004]
  (1) Use a heat-resistant gas filter such as a ceramic honeycomb, ceramic foam, or metal foam that is closed at one end to collect fine particles in the exhaust gas, and if the back pressure rises, burn the deposited fine particles with an electric heater or the like. How to play the filter.
[0005]
  (2) A method in which fine particles are subjected to a combustion reaction by catalytic action using a catalyst, and a combustion regeneration is performed in the exhaust gas at the temperature of the exhaust gas without using a heater or the like.
[0006]
  However, in the method (1), the combustion temperature of the particulates is high, and a large amount of energy is required to burn and remove the collected particulates and regenerate the filter. Furthermore, the filter burns and cracks due to combustion in the high temperature range and the reaction heat. In addition, since a special device is required, there is a problem that the purification device becomes large and expensive.
[0007]
  On the other hand, the method (2) is considered to be an effective method if a catalyst capable of maintaining the catalytic activity is used under the exhaust conditions (gas composition and temperature) of diesel engine exhaust gas. However, the exhaust gas temperature of the diesel engine is lower than that of the gasoline engine, and there is a problem that the particulates do not ignite and burn well in the temperature range reached under normal engine running conditions.
[0008]
  In recent years, various exhaust gas purification materials and methods for producing the same have been developed to solve this problem.
[0009]
  Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-82944 (hereinafter referred to as A) discloses an exhaust gas catalyst made of vanadium, molybdenum, copper, an alkali metal compound, or the like. In addition, a method for producing an exhaust gas catalyst is disclosed in which a three-dimensional structure is immersed in an aqueous solution of the compound, and then fired at once after drying. Japanese Patent Laid-Open No. 58-183945 is known as a similar configuration.
[0010]
  Also specialpublicJapanese Laid-Open Patent Publication No. 4-42063 (hereinafter referred to as B) discloses an exhaust gas catalyst made of vanadium, molybdenum, copper, manganese, lead, iron, cobalt, silver element, alkali element, white metal, and the like. Also disclosed is a method of impregnating, drying, and firing a solution containing a transition metal compound and an alkali metal compound after firing a white metal compound on the surface of a three-dimensional structure.
[0011]
  Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-7447 (hereinafter referred to as “C”) discloses a method for producing an exhaust gas catalyst in which a three-dimensional structure is immersed in an aqueous solution of vanadium, molybdenum, copper, and an alkali metal compound, dried and fired. It is disclosed. Also disclosed is a method for producing an exhaust gas catalyst in which a three-dimensional structure is immersed in an aqueous solution of the copper compound and the alkali metal compound, a solution of a vanadium compound and a molybdenum compound is immersed after drying, and then fired at once after drying. .
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the conventional exhaust gas purification material and the manufacturing method thereof have the following problems.
[0013]
  In the exhaust gas catalyst described in A, the three-dimensional structure is immersed in an aqueous solution of vanadium, molybdenum, copper, and an alkali metal compound, and fired at one time after drying. Therefore, the transition metal compound or the alkali metal compound and the three-dimensional structure are used. Alternatively, the reaction with the heat-resistant porous material formed on the surface of the three-dimensional structure occurs, so that an optimum structure of a desirable composite oxide cannot be obtained, and there is a problem that the catalytic activity is lacking.
[0014]
  In the exhaust gas catalyst described in No. B, since the white metal compound is fired on the surface of the three-dimensional structure, the solution containing the transition metal compound and the alkali metal compound is impregnated, dried, and fired. There was a problem that the purification performance could not be brought out sufficiently.
[0015]
  In the exhaust gas catalyst disclosed in C., a three-dimensional structure is immersed in an aqueous solution of a copper compound and an alkali metal compound, and after drying, a solution of a vanadium compound and a molybdenum compound is immersed in the exhaust gas catalyst. When the compound and the alkali metal compound coexist, it reacts remarkably during heating, and the optimum structure of the composite oxide cannot be obtained, resulting in a lack of catalytic activity.
[0016]
  The present invention solves the above-described conventional problems, and includes a transition metal catalyst and an alkali by a laminated structure of a heat-resistant three-dimensional structure, a heat-resistant porous ceramic layer, a transition metal catalyst layer, and an alkali metal compound layer. High catalyst performance with metal compounds, catalyst activity at low temperatures, excellent durability, provision of exhaust gas purifying material, and temperature range that can be reached under normal engine driving conditions with a simple structure It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus that can ignite and burn particulates satisfactorily, has excellent exhaust gas purification characteristics, does not require an electric heater for regeneration, etc., and can be mass-produced at a low cost.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve this object, the exhaust gas purification of the present inventionMaterialThe exhaust gas purification apparatus using the same has the following configuration.
[0018]
  The exhaust gas purification material of the present invention comprises a heat-resistant three-dimensional structure (a) and at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (a) at a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. Formed on the surface of the alkali metal compound layer (c) and (c)Cu, Mn, Co, V, Mo, WA catalyst layer (b) comprising at least one selected from transition metals and their compounds;AAn alkali metal compound layer (c) made of at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (b), impregnated with a solution of a rucali metal sulfate, lyophilized and fired; It has a configuration.
[0019]
  With this configuration, the deterioration due to the reaction between the catalytic elements and the three-dimensional structure is suppressed, and the particulates can be burned efficiently.
[0020]
ExcretionOf gas purification material manufacturing methodReference exampleWhen forming an alkali metal sulfate layer on the surface of the catalyst layer,Change to lyophilization,It has a configuration in which an organic compound having an ion exchange group of a carboxyl group is added to an alkali metal sulfate solution.
[0021]
  thisReference to change to freeze-dryingAccording to the configuration, alkali aggregation can be prevented when the alkali metal sulfate layer is dried, and a catalyst in which the alkali metal sulfate is highly dispersed on the surface can be obtained. It has the effect of increasing the number of contact points between the compound and the particulate.
[0022]
  Further, the exhaust gas purification apparatus of the present invention is claimed1 or 2Described inExcretionA gas purification material, a storage container for storing the exhaust gas purification material, an exhaust gas inlet formed on the upstream side of one end of the storage container, and an exhaust gas discharge port formed on the downstream side of the other end of the storage container; It has the structure provided with.
[0023]
  With this configuration, particulates can be ignited and burned well in the temperature range reached under normal engine driving conditions, and no special equipment such as an electric heater for regenerating the three-dimensional structure is required, and exhaust gas purification is achieved. It has the effect of excellent characteristics.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The invention according to claim 1 of the present invention comprises a heat-resistant three-dimensional structure (a) and at least one alkali metal formed on the surface of (a) at a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. An alkali metal compound layer (c) made of sulfate and formed on the surface of (c)Cu, Mn, Co, V, Mo, WA catalyst layer (b) comprising at least one selected from transition metals and their compounds;AAn alkali metal compound layer (c) made of at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (b), impregnated with a solution of a rucali metal sulfate, lyophilized and fired; It has a configuration.Here, as the freeze-drying method, liquid N 2 For example, a method of instant freezing with a cryogen such as, sublimating ice with a reduced pressure of 0.1 to 3 mmHg and drying is used. Here, as the transition metal compound, in addition to sulfate, acetate, nitrate, hydroxide, chloride and the like containing a predetermined metal element are used. If the salt is soluble in water, it is not limited to these.
[0025]
  As a result, (1) before forming the catalyst layer, the surface of the heat-resistant three-dimensional structure is previously alkali metal.SulfateSince the layer is fired, deterioration due to the reaction of the transition metal and their compounds with the heat-resistant three-dimensional structure is suppressed, and the particulates can be burned efficiently.
[0026]
  (2) Catalyst layer and alkali metalSulfateTransition metals and their compounds and alkali metals for firing the layers separatelySulfateDeterioration due to the reaction with the above is suppressed, and the particulates can be efficiently burned.
[0027]
  (3) The effect is that a combination of catalyst constituents having the highest combustion activity can be obtained.Further, by using the freeze-drying method, alkali aggregation can be prevented during drying, and a highly dispersed catalyst can be obtained on the surface of the alkali metal sulfate, and the alkali metal sulfate and transition metal and It has the effect of increasing the number of contacts between these compounds and particulates and improving the efficiency of the catalytic reaction. Here, the firing temperature of the alkali metal sulfate layer on the surface of the heat-resistant three-dimensional structure is 800 ° C. to 1200 ° C. As the firing temperature becomes lower than 800 ° C., the tendency that the alkali metal compound layer cannot be fired is recognized. As the firing temperature becomes higher than 1200 ° C., the alkali metal sulfate and the three-dimensional structure or porous ceramic layer Since the tendency to react remarkably is recognized, neither is preferable.
[0028]
  Here, as a heat-resistant three-dimensional structure,Ceramic foam, ceramic honeycomb, wall flow type honeycomb monolith and the like are used. These sizes and shapes can be variously changed according to the purpose. A plurality of stages may be stacked as necessary. Three-dimensional structure materials include cordierite, mullite, SiC, alumina, Al 2 O Three , Al 2 O Three -SiO 2 , Al 2 O Three -ZrO 2 , Al 2 O Three -TiO 2 However, it is not limited to these.
[0029]
3Alkali metal formed on the surface of a dimensional structureSulfateLayer and the alkali metal formed in the catalyst layerSulfateLayers are the same or different alkali metalsSulfateIs used.
[0030]
The invention according to claim 2 of the present invention includes a heat-resistant three-dimensional structure (a), a heat-resistant porous ceramic layer (d) formed on the surface of (a), and (d ) And an alkali metal compound layer (c) composed of at least one alkali metal sulfate formed at a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C., and the surface of (c).Cu, Mn, Co, V, Mo, WA catalyst layer (b) comprising at least one selected from transition metals and their compounds;AAn alkali metal compound layer (c) made of at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (b), impregnated with a solution of a rucali metal sulfate, lyophilized and fired; It has a configuration.Here, as the freeze-drying method, liquid N 2 For example, a method of instant freezing with a cryogen such as, sublimating ice with a reduced pressure of 0.1 to 3 mmHg and drying is used. Here, as the transition metal compound, in addition to sulfate, acetate, nitrate, hydroxide, chloride and the like containing a predetermined metal element are used. If the salt is soluble in water, it is not limited to these.
[0031]
  Thus, (1) by first forming a reaction layer of an alkali metal element and a heat-resistant porous material formed on the surface of the three-dimensional structure, the heat-resistant material formed on the surface of the transition metal element and the three-dimensional structure It has the effect | action that the performance degradation by reaction with a porous material can be suppressed.
[0032]
  (2) Catalyst layer and alkali metalSulfateTransition metals and their compounds and alkali metals for firing the layers separatelySulfateDeterioration due to the reaction with the above is suppressed, and the particulates can be efficiently burned.
[0033]
(3) These catalyst layers can be formed on a heat-resistant porous material formed on the surface of the three-dimensional structure while maintaining the original characteristics of both alkali metal sulfates and transition metals and their compounds. The effective area is improved and the contact with the gaseous component is improved.Further, by using the freeze-drying method, alkali aggregation can be prevented during drying, and a highly dispersed catalyst can be obtained on the surface of the alkali metal sulfate, and the alkali metal sulfate and transition metal and It has the effect of increasing the number of contacts between these compounds and particulates and improving the efficiency of the catalytic reaction. Here, the firing temperature of the alkali metal sulfate layer on the surface of the heat-resistant porous ceramic layer is 800 ° C. to 1200 ° C. As the firing temperature becomes lower than 800 ° C., the tendency that the alkali metal compound layer cannot be fired is recognized. As the firing temperature becomes higher than 1200 ° C., the alkali metal sulfate and the three-dimensional structure or porous ceramic layer Since the tendency to react remarkably is recognized, neither is preferable.
[0034]
  Here, as a heat-resistant three-dimensional structure,Ceramic foam, ceramic honeycomb, wall flow type honeycomb monolith and the like are used. These sizes and shapes can be variously changed according to the purpose. A plurality of stages may be stacked as necessary. Three-dimensional structure materials include cordierite, mullite, SiC, alumina, Al 2 O Three , Al 2 O Three -SiO 2 , Al 2 O Three -ZrO 2 , Al 2 O Three -TiO 2 However, it is not limited to these.
[0035]
Heat resistant porous ceramic layerAlkali metal formed on the surface ofSulfateAnd alkali metal formed in the catalyst layerSulfateLayers are the same or different alkali metalsSulfateIs used.
[0036]
  As ceramic material of heat resistant porous layer,Alumina, silica, titania, zirconia, silica-alumina, alumina-zirconia, alumina-titania, etc. are preferredUsed.
[0037]
  As a method of supporting a heat-resistant porous ceramic layer,Sol-gel method, slurry method, etc.Is used.The sol-gel method is a method in which an acid (hydrochloric acid, acetic acid, etc.) is added to a solution containing an organic salt (alkoxide, etc.) of a metal element constituting a heat-resistant porous layer to adjust the pH of the solution, A solution containing a metal element impregnating the structure and forming a heat-resistant porous layer is coated, and then the solution coated on the three-dimensional structure and water vapor are brought into contact with each other to form a sol by a hydrolysis reaction, and further gel It calcinates after carrying out. Although these are mentioned as a general method of carrying | supporting, it is not limited to this.
[0052]
  Claims of the invention3The invention described in claim1 or 2Described inExcretionA gas purification material, a storage container for storing the exhaust gas purification material, an exhaust gas inlet formed on the upstream side of one end of the storage container, and an exhaust gas discharge port formed on the downstream side of the other end of the storage container; It has the structure provided with.
[0053]
  This makes it possible to ignite and burn the particulates satisfactorily in a temperature range (300 ° C. to 500 ° C.) reached under normal engine running conditions with a simple structure, as well as an electric heater for regenerating the three-dimensional structure, etc. It does not require a special device and has an effect of excellent exhaust gas purification characteristics.
[0054]
  Here, as the shape of the storage container, a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape is used. Claims of the invention4The invention described in claim3In the invention described in (1), it has a configuration including a heat insulating means installed around a storage tube and / or a connection pipe connecting the exhaust gas inlet and the engine.
[0055]
  As a result, the claim3In addition to the effect obtained by the above, the catalyst activity can be improved by preventing a decrease in temperature at which exhaust gas from the engine combustion part flows into the catalyst part.
[0056]
  Here, as the heat insulating means, a method of making the container a vacuum double structure or wrapping the container with a heat insulating material is used.
[0057]
  Claims of the invention5The invention described in claim3 or 4In the invention described in (1), the storage container is arranged close to the engine manifold.
[0058]
  As a result, the claim3 or 4In addition to the effect obtained by the above, the catalyst activity can be improved by preventing a decrease in temperature at which exhaust gas from the engine combustion part flows into the catalyst part.
[0059]
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  (referenceForm 1)
  FIG. 1 illustrates the present invention.referenceIt is principal part sectional drawing of the exhaust gas purification material in the form 1.
[0060]
  In FIG. 1, 1 isreferenceExhaust gas purification material 1 of Embodiment 1 2 is a heat-resistant three-dimensional structure of the exhaust gas purification material 1, 3 is at least one selected from transition metals formed on the surface of the heat-resistant three-dimensional structure 2 and their compounds The catalyst layer 4 is an alkali metal compound layer made of at least one selected from alkali metal compounds formed on the surface of the catalyst layer 3.
[0061]
  Less than,referenceA method for preparing the exhaust gas purifying material according to Embodiment 1 will be specifically described. At least one aqueous solution selected from Cu, Mn, Co, V, Mo, W transition metals and their compounds was impregnated with a heat-resistant three-dimensional structure, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. Next, baking was performed at 500 ° C. to 950 ° C., preferably 700 ° C. to 850 ° C. for 1 hour to 8 hours, preferably 3 hours to 6 hours, to form an oxide layer of a transition metal. Next, this was impregnated with a solution of an alkali metal compound, and after removing the excess aqueous solution, it was instantly frozen with liquid nitrogen, and then ice was sublimated and dried under reduced pressure. Thereafter, firing was carried out at 400 ° C. to 800 ° C., preferably 500 ° C. to 700 ° C. for 1 hour to 8 hours, preferably 3 hours to 6 hours to carry Cu, V, Cs, etc.referenceThe purification material of Form 1 was obtained.
[0062]
  (Embodiment 1)
  FIG. 2 shows an embodiment of the present invention.1It is principal part sectional drawing of the exhaust gas purification material in.
[0063]
  In FIG. 2, 20 is an embodiment.1The exhaust gas purifying material 4a is an alkali metal compound layer made of at least one selected from alkali metal compounds formed between the heat-resistant three-dimensional structure 2 and the catalyst layer 3. still,referenceThe same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0064]
  The following embodiment1A method for preparing the exhaust gas purifying material will be specifically described. Alkali metalSulfateThe solution was impregnated with the heat-resistant three-dimensional structure 2 and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. next5 at 850 ° CTime firing was performed. afterwardsreferenceTransition metal oxide layer 3 and alkali metal in the same manner as in Form 1SulfateLayer 4 was formed. Embodiment1Exhaust gas purification materialreferenceThe difference from Form 1 is that there is an alkali metal between the heat-resistant three-dimensional structure 2 and the transition metal oxide layer.SulfateThe point is to form the layer 4a. still,referenceDescription of the preparation operation similar to that of Form 1 will be omitted.
[0065]
  (referenceForm of2)
  FIG. 3 illustrates the present invention.referenceForm of2It is principal part sectional drawing of the exhaust gas purification material in.
[0066]
  In FIG. 3, 30 isreferenceForm of2The exhaust gas purification material 5 is a heat-resistant porous ceramic layer formed between the heat-resistant three-dimensional structure 2 and the catalyst layer 3. still,referenceThe same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0067]
  Less than,referenceForm of2A method for preparing the exhaust gas purifying material will be specifically described. γ-Al2OThreeAfter adding aluminum isopropoxide as an adhesive to an aqueous solution in which polycarboxylic acid ammonium salt or the like is dissolved to 0.5 wt% with respect to this powder, etc., in a vacuum desiccator, After impregnating the obtained slurry with the heat-resistant three-dimensional structure 2, the inside of the vacuum desiccator is decompressed to remove bubbles in the cordierite honeycomb, and the slurry penetrates into the heat-resistant three-dimensional structure 2. I let you. Next, the excess slurry is shaken off using a centrifuge, and 90 ° C to 140 ° C.At ℃After drying for 1-8 hours, preferably 3-6 hoursGoodPreferably, the heat resistant three-dimensional structure 2 in which the heat resistant porous ceramic layer 5 is formed on the surface by firing at 900 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour to 5 hours, preferably 1.5 hours to 3 hours. Produced. Thereafter, transition metal oxide layer 3 and alkali metal compound layer 4 were formed in the same manner as in the first embodiment.referenceForm of2Exhaust gas purification materialreferenceThe difference from Embodiment 1 is that a heat-resistant porous ceramic layer 5 is formed between the heat-resistant three-dimensional structure 2 and the transition metal oxide layer 3. still,referenceDescription of the preparation operation similar to that of Form 1 will be omitted.
[0068]
  (Embodiment2)
  FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.2It is principal part sectional drawing of the exhaust gas purification material in.
[0069]
  In FIG. 4, 40 is an embodiment.2Exhaust gas purification material. still,referenceForm 1 to2. Embodiment 1The same symbols are attached to the same components as those described above, and the description thereof is omitted.
[0070]
  Embodiment2Embodiment of exhaust gas purification material1The difference is that the heat-resistant 3D structure 2 and alkali metalSulfateThe heat-resistant porous ceramic layer 5 is formed between the layers 4a. still,referenceForm 1 to2. Embodiment 1A description of the same preparation operation as that described above is omitted.
[0071]
  (Embodiment3)
  FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.3It is a principal part schematic diagram of the exhaust gas purification apparatus in FIG.
[0072]
  In FIG. 5, 50 is an embodiment.3Exhaust gas purification device 51referenceForm 1 to2. Embodiments 1 and 2A storage container for storing the exhaust gas purifying material obtained in the above, 52 is an exhaust gas inlet for connecting an engine formed on the upstream side of one end of the storage container 51, and 53 is formed on the downstream side of the other end of the storage container 51. The exhaust gas outlet 54 is a heat insulating layer of heat insulating means installed around the connecting pipe connecting the storage container 51 and / or the exhaust gas inlet 52 and the engine.
[0073]
  The following embodiment3The operation of the exhaust gas purification apparatus will be specifically described. Embodiment of particulates discharged from diesel engines, etc.2From the exhaust gas inlet 52 of the exhaust gas purification apparatus 50, and the particulates in the exhaust gas purification material 1 are combusted at the exhaust temperature of the engine, and the CO2It becomes isogas oxide and is discharged by the exhaust gas discharge port 53 formed on the downstream side of the other end of the storage container 51. In addition, the CO in the exhaust gas together with the particulates2It is oxidized to. Heat is released in the oxidation reaction of CO and particulates, and the temperature necessary for the purification reaction of the exhaust gas purification device 50 can be maintained. Further, the heat insulating layer of the heat insulating means installed around the connection pipe connecting the storage container 51 and / or the exhaust gas inlet 52 and the engine can maintain the temperature necessary for the purification reaction of the exhaust gas purification device 50.
[0074]
  In the above description, an example in which the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet are provided at both ends of the storage container has been described. However, the present invention can be similarly applied to those having other structures.
[0075]
【Example】
  Next, description will be made using a specific example of the present invention.
[0076]
  (referenceExample 1)
  An aqueous solution of copper sulfate 1 mol / l and vanadium oxide sulfate 0.5 mol / l was mixed at a ratio of 1: 1, this aqueous solution was impregnated with a cordierite honeycomb, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. Next, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours to form a copper and vanadium oxide layer. Next, this was impregnated in a 1 mol / l cesium sulfate aqueous solution, and after removing the excess aqueous solution, it was instantly frozen with liquid nitrogen, and then sublimated with ice under reduced pressure and dried. After that, baking was performed at 600 ° C. for 5 hours to carry Cu, V, and Cs.referenceThe purification material of Example 1 was obtained.
[0077]
  (referenceExamples 2-4)
  referenceIn the same manner as in Example 1, an aqueous solution of copper sulfate 1 mol / l and vanadium oxide sulfate 0.5 mol / l was mixed at a ratio of 1: 1, and this aqueous solution was impregnated with a cordierite honeycomb, and the excess aqueous solution was removed. Drying was performed. Next, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours to form a copper and vanadium oxide layer. Furthermore, it was impregnated with 1 mol / l lithium sulfate, sodium sulfate or potassium sulfate aqueous solution, and after removing the excess aqueous solution, it was instantly frozen with liquid nitrogen and then sublimated with ice under reduced pressure and dried. Thereafter, firing was carried out at 600 ° C. for 5 hours to carry Cu, V, Li or Cu, V, Na or Cu, V, K.referenceThe purification materials of Examples 2, 3, and 4 were obtained.
[0078]
  (referenceExample 5)
  An aqueous solution of 1 mol / l of copper sulfate and 1 mol / l of ammonium molybdate was mixed at a ratio of 1: 1. The aqueous solution was impregnated with a cordierite honeycomb, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. Next, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours to form a copper and molybdenum oxide layer. Next, this was impregnated in a 1 mol / l potassium sulfate aqueous solution, and after removing the excess aqueous solution, the solution was instantly frozen with liquid nitrogen, and then ice was sublimated and dried under reduced pressure. Thereafter, it was baked at 600 ° C. for 5 hours to carry copper, molybdenum and potassium.referenceThe purification material of Example 5 was obtained.
[0079]
  (referenceExample 6)
  An aqueous solution of manganese sulfate 1 mol / l and vanadium oxide sulfate 0.5 mol / l was mixed at a ratio of 1: 1, this aqueous solution was impregnated with a cordierite honeycomb, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. Next, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours to form a copper and molybdenum oxide layer. Next, this was impregnated in a 1 mol / l cesium sulfate aqueous solution, and after removing the excess aqueous solution, it was instantly frozen with liquid nitrogen, and then sublimated with ice under reduced pressure and dried. Thereafter, firing was carried out at 600 ° C. for 5 hours to carry manganese, vanadium, and cesium.referenceThe purification material of Example 6 was obtained.
[0080]
  (referenceExample 7)
  An aqueous solution of cobalt sulfate 1 mol / l and vanadium oxide sulfate 0.5 mol / l was mixed at a ratio of 1: 1. The aqueous solution was impregnated with a cordierite honeycomb and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. Next, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours to form a copper and molybdenum oxide layer. Next, this was impregnated in a 1 mol / l cesium sulfate aqueous solution, and after removing the excess aqueous solution, it was instantly frozen with liquid nitrogen, and then sublimated with ice under reduced pressure and dried. Thereafter, firing was performed at 600 ° C. for 5 hours to carry cobalt, vanadium, and cesium.Reference 7The purification material was obtained.
[0081]
  (Example1)
  A cordierite honeycomb was impregnated in a 1 mol / l aqueous solution of cesium sulfate, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. After drying, it was calcined at 800 ° C. for 5 hours. Less thanreferenceExample 1 After forming a copper and vanadium layer in the same manner as in Example 1, a cesium sulfate layer was further formed.1The purification material was obtained.
[0082]
  (Example2)
  A cordierite honeycomb was impregnated in a 1 mol / l aqueous solution of cesium sulfate, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. After drying, it was calcined at 1100 ° C. for 5 hours. Less thanreferenceAfter forming a copper and vanadium layer in the same manner as in Example 1, a cesium sulfate layer was further formed to obtain a purification material of Example 9.
[0083]
  (referenceExample8)
  Cesium sulfate 1mol / l aqueous solution and 20wt% SiO2A cordierite honeycomb was impregnated with an aqueous solution in which the sol aqueous solution was mixed at a ratio of 2: 1, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. After drying, it was calcined at 800 ° C. for 5 hours. Less thanreferenceAfter forming a copper and vanadium layer in the same manner as in Example 1, a cesium sulfate layer was further formed.referenceThe purification material of Example 8 was obtained.
[0084]
  (referenceExample9)
  γ-Al2OThreeIn addition, aluminum isopropoxide was added as an adhesive to an aqueous solution in which polycarboxylic acid ammonium salt was dissolved to 0.5 wt% with respect to this powder, and then obtained in a vacuum desiccator. After the slurry was impregnated with the cordierite honeycomb, the inside of the vacuum desiccator was depressurized to remove bubbles in the cordierite honeycomb, and the slurry was infiltrated into the inside of the cordierite honeycomb. Next, the excess slurry was spun off using a centrifugal separator, dried at 120 ° C. for 5 hours, and then fired at 900 ° C. for 2 hours to produce a cordierite honeycomb having a heat-resistant porous body formed on the surface. . Using this cordierite honeycomb,Reference exampleIn the same way as 1.referenceExample9Exhaust gas purification material was used.
[0085]
  (referenceExample10)
  An aqueous solution of copper sulfate 1 mol / l and vanadium oxide sulfate 0.5 mol / l was mixed at a ratio of 1: 1, this aqueous solution was impregnated with a cordierite honeycomb, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. Next, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours to form a copper and vanadium oxide layer. Next, malic acid having a concentration of 0.3 times the concentration of cesium sulfate was dissolved in a 1 mol / l cesium sulfate aqueous solution, and then impregnated with a cordierite honeycomb having a copper and vanadium layer formed on the surface thereof. Let dry for hours. After that, baking was performed at 600 ° C. for 5 hours to carry Cu, V, and Cs.referenceExample10The purification material was obtained.
[0086]
  (referenceExample11)
  The substance dissolved in the cesium sulfate solution is citric acid.referenceExample10In the same wayreferenceExample11The purification material was obtained.
[0087]
  (Comparative Example 1)
  A cordierite honeycomb is impregnated in an aqueous solution in which 1 mol / l copper sulfate, 0.5 mol / l vanadium oxide sulfate and 1 mol / l cesium sulfate are dissolved, and after the excess aqueous solution is removed, it is instantly frozen with liquid nitrogen. The ice was sublimated under reduced pressure and dried. Subsequently, it baked at 800 degreeC for 5 hours, and obtained the purification | cleaning material of the comparative example 1 which carry | supported copper sulfate, vanadium oxide sulfate, and cesium sulfate simultaneously.
[0088]
  (Comparative Example 2)
  A purifying material of Comparative Example 2 carrying copper, molybdenum and potassium at the same time was obtained in the same manner as Comparative Example 1 except that copper sulfate, ammonium molybdate and potassium sulfate were used as starting materials.
[0089]
  (Comparative Example 3)
  The purification material of Comparative Example 3 carrying manganese, vanadium and cesium simultaneously was obtained by the same method as Comparative Example 1 except that manganese sulfate, vanadium oxide sulfate, and cesium sulfate were used as starting materials.
[0090]
  (Comparative Example 4)
  A purification material of Comparative Example 4 carrying manganese, vanadium and cesium simultaneously was obtained by the same method as Comparative Example 1 except that cobalt sulfate, vanadium oxide sulfate, and cesium sulfate were used as starting materials.
[0091]
  (Comparative Example 5)
  referenceAfter forming copper and vanadium oxide in the same manner as in Example 1, it was impregnated with an aqueous solution of 1 mol / l cesium carbonate,referenceA purification material of Comparative Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1.
[0092]
  (Comparative Example 6)
  referenceAfter forming copper and vanadium oxide by the same method as in Example 1, impregnated with an aqueous solution of 1 mol / l cesium hydroxide,referenceComparative example in the same way as Example 16The purification material was obtained.
[0093]
  (Comparative Example 7)
  γ-Al2OThreeIn addition, aluminum isopropoxide was added as an adhesive to an aqueous solution in which polycarboxylic acid ammonium salt was dissolved to 0.5 wt% with respect to this powder, and then obtained in a vacuum desiccator. After the slurry was impregnated with the cordierite honeycomb, the inside of the vacuum desiccator was depressurized to remove bubbles in the cordierite honeycomb, and the slurry was infiltrated into the inside of the cordierite honeycomb. Next, the excess slurry was spun off using a centrifugal separator, dried at 120 ° C. for 5 hours, and then fired at 900 ° C. for 2 hours to produce a cordierite honeycomb having a heat-resistant porous body formed on the surface. . Using this cordierite honeycomb, an exhaust gas purification material of Comparative Example 7 was obtained by the same method as Comparative Example 1.
[0094]
  (Comparative Example 8)
  A cordierite honeycomb was impregnated in a 1 mol / l aqueous solution of cesium sulfate, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. After drying, it was calcined at 700 ° C. for 5 hours. Thereafter, a copper and vanadium layer was formed in the same manner as in Example 1, and then a cesium sulfate layer was further formed.8The purification material was obtained.
[0095]
  (Comparative Example 9)
  An aqueous solution of copper sulfate 1 mol / l and vanadium oxide sulfate 0.5 mol / l was mixed at a ratio of 1: 1, this aqueous solution was impregnated with a cordierite honeycomb, and the excess aqueous solution was removed, followed by drying. Next, baking was performed at 800 ° C. for 5 hours to form a copper and vanadium oxide layer. Next, this was impregnated with a 1 mol / l cesium sulfate aqueous solution, and after removing the excess aqueous solution, it was dried in an electric furnace at 120 ° C. for 10 hours. Comparative example in which Cu, V and Cs were supported after firing for 5 hours at 600 ° C9The purification material was obtained.
[0096]
  (Evaluation example 1)
  Prior to investigating the combustion activity of the particulates, each of the above-mentioned catalysts prepared first to compare the stable catalyst activity was compared with SO.2400 ppm, O21% (N remaining2) For one day and night at 450 ° C.
[0097]
  Next, the particulates discharged from the diesel engine are collected with a ceramic filter, suspended in ethanol, and 10 mm x 10 mm x 30 mm in size with an air brush.referenceThe amount of particulates is about 0.005 g / mm at the outer peripheral portion of the cordierite honeycomb with catalyst of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4.2It was sprayed to become. After drying this, it is put in an electric furnace where gas can be circulated, CO is 200 ppm, SO220 ppm, O21% (N remaining2) Was allowed to react at 400 ° C., and the combustion rate of the particulates up to 1 hour after the start of the reaction was examined. The results are shown in Table 1.
[0098]
[Table 1]
Figure 0003835025
[0099]
  As is clear from (Table 1), compared to the case where the transition metal and their compounds and an alkali metal compound are simultaneously supported, when the alkali metal compound is supported after the transition metal and their compounds are supported, the particulates are higher in particulates. It was found to have combustion activity. It was also found that sulfate is a good raw material for alkali metal compounds.
[0100]
  (Evaluation example 2)
  Example in the same way as Evaluation Example 11,2And comparative examples8The burning rate of the particulates was investigated using The results are shown in (Table 2).
[0101]
[Table 2]
Figure 0003835025
[0102]
  Example of (Table 2) compared with the result of Comparative Example 1 of (Table 1)1,2As can be seen from the results, the alkali metal compared to the case where the transition metal and their compounds and the alkali metal compound are formed simultaneously.SulfateFirst, then transition metal and their compounds after forming alkali metalSulfateIt has been found that the case where the slag is formed has a higher combustion activity against particulates. Also, the alkali metal that forms firstSulfateIt has been found that an effective firing temperature is 800 ° C. or higher.
[0103]
  (Evaluation example 3)
  The particulates discharged from the diesel engine after pre-processing as in Evaluation Example 1 were collected with a ceramic filter, suspended in ethanol, and 10 mm x 10 mm x 30 mm with an air brush. LargereferenceExample9And comparative examples7The amount of particulates on the outer periphery of a cordierite honeycomb with catalyst is about 0.005 g / mm2It was sprayed to become. After drying this, it is put in an electric furnace where gas can be circulated, CO is 200 ppm, SO220 ppm, O21% (N remaining2) Was allowed to react at 400 ° C., and the combustion rate of particulates and the oxidation rate of CO were investigated up to 1 hour from the start of the reaction. The results are shown in (Table 3).
[0104]
[Table 3]
Figure 0003835025
[0105]
  As is clear from (Table 3), compared to the case where the transition metal and their compounds and an alkali metal compound are simultaneously supported, when the alkali metal compound is supported after the transition metal and their compounds are supported, the amount of the particulates is higher. It has been found that it has combustion activity and the CO combustion rate is also increased.
[0106]
  (Evaluation example 4)
  In the same way as Evaluation Example 1referenceExample10,11And comparative examples9The burning rate of the particulates was investigated using The results are shown in (Table 4).
[0107]
[Table 4]
Figure 0003835025
[0109]
【The invention's effect】
  As described above, the following excellent effects can be realized in the present invention.
[0110]
  The exhaust gas purification material of the present invention isBefore forming the catalyst layer, in order to fire the alkali metal sulfate layer on the surface of the heat-resistant three-dimensional structure at a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C., the transition metal and their compounds and the heat resistance The deterioration due to the reaction with the three-dimensional structure of the catalyst is suppressed, the particulates can be burned efficiently, and the transition metal and the alkali metal sulfate layer are separately fired for firing the catalyst layer and the alkali metal sulfate layer separately. Deterioration due to the reaction between the compound of 1 and the alkali metal sulfate is suppressed, and the particulates can be burned efficiently.
[0112]
  Further, the exhaust gas purification apparatus of the present invention is claimed1 or 2Described inExcretionBy using a gas purifying material, the particulates can be ignited and burned well in a temperature range (300 ° C to 500 ° C) that can be reached under normal engine running conditions with a simple structure, and for the regeneration of a three-dimensional structure. No special equipment such as an electric heater is required, it has excellent exhaust gas purification characteristics, and can be mass-produced at a small size and at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionreferenceSectional drawing of the principal part of the exhaust gas purification material in Embodiment 1
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention.1Sectional view of the main part of exhaust gas purification material
FIG. 3 of the present inventionreferenceForm of2Sectional view of the main part of exhaust gas purification material
FIG. 4 is an embodiment of the present invention.2Sectional view of the main part of exhaust gas purification material
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.3Schematic diagram of the main part of the exhaust gas purification device in Japan
[Explanation of symbols]
  1referenceExhaust gas purification material of Form 1
  2 Heat-resistant three-dimensional structure
  3 catalyst layer
  4,4a Alkali metal compound layer
  5 Heat-resistant porous ceramic layer
  20 Embodiment1Exhaust gas purification material
  30referenceForm of2Exhaust gas purification material
  40 Embodiment2Exhaust gas purification material
  50 Embodiment3Exhaust gas purification equipment
  51 Storage container
  52 Exhaust gas inlet
  53 Exhaust gas outlet
  54 Thermal insulation layer

Claims (5)

耐熱性の３次元構造体（ａ）と、
前記（ａ）の表面に８００℃〜１２００℃の焼成温度で形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、
前記（ｃ）の表面に形成されたＣｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ遷移金属及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも１種からなる触媒層（ｂ）と、
次にこれをアルカリ金属の硫酸塩の溶液に含浸させ凍結乾燥後焼成して、
前記（ｂ）の表面に形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、
を備えていることを特徴とする排ガス浄化材。A heat-resistant three-dimensional structure (a);
An alkali metal compound layer (c) made of at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (a) at a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C .;
A catalyst layer (b) comprising at least one selected from Cu, Mn, Co, V, Mo, W transition metals and their compounds formed on the surface of (c);
Then by baking after lyophilization which is impregnated with a solution of A alkali metal sulfates,
An alkali metal compound layer (c) made of at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (b);
An exhaust gas purifying material characterized by comprising: 耐熱性の３次元構造体（ａ）と、
前記（ａ）の表面に形成された耐熱性の多孔質のセラミック層（ｄ）と、
前記（ｄ）の表面に８００℃〜１２００℃の焼成温度で形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、
前記（ｃ）の表面に形成されたＣｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ遷移金属及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも１種からなる触媒層（ｂ）と、
次にこれをアルカリ金属の硫酸塩の溶液に含浸させ凍結乾燥後焼成して、
前記（ｂ）の表面に形成された少なくとも１種のアルカリ金属の硫酸塩からなるアルカリ金属化合物層（ｃ）と、
を備えていることを特徴とする排ガス浄化材。A heat-resistant three-dimensional structure (a);
A heat-resistant porous ceramic layer (d) formed on the surface of (a);
An alkali metal compound layer (c) composed of at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (d) at a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C .;
A catalyst layer (b) comprising at least one selected from Cu, Mn, Co, V, Mo, W transition metals and their compounds formed on the surface of (c);
Then by baking after lyophilization which is impregnated with a solution of A alkali metal sulfates,
An alkali metal compound layer (c) made of at least one alkali metal sulfate formed on the surface of (b);
An exhaust gas purifying material characterized by comprising: 前記請求項１または２に記載の排ガス浄化材と、前記排ガス浄化材を収納する収納容器と、前記収納容器の一端の上流側に形成された排ガス流入口と、前記収納容器の他端の下流側に形成された排ガス排出口と、を備えていることを特徴とする排ガス浄化装置。An exhaust gas purifying material according to claim 1 or 2, a storage container for storing said gas purification material, the exhaust gas inlet formed on the upstream side of the one end of the container, the other end of the container An exhaust gas purification apparatus comprising an exhaust gas discharge port formed on the downstream side. 前記収納容器及び／又は前記排ガス流入口とエンジンを接続する接続管の周囲に設置された断熱手段を有することを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 3 , further comprising heat insulating means installed around a connecting pipe connecting the storage container and / or the exhaust gas inlet and the engine. 前記収納容器がエンジンマニホールドに近接して配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の排ガス浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 3 or 4 , wherein the storage container is disposed in the vicinity of the engine manifold.
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