JP4165400B2 - 触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルター - Google Patents
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Description
本発明は、触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルターに関し、より詳しくは、多孔質フィルター担体と、アルカリ土類金属のバナジン酸塩および貴金属からなる触媒材料とを含む、触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルターに関する。本発明はまた、触媒担持排気フィルターの製造方法およびこの触媒担持排気フィルターの使用方法にも関する。
ディーゼルエンジンは、その作動特性の結果として非常に微細な粒子を排出する。粒子状の物質はパーティキュレートマター（particulate matter、粒子状物質) （ＰＭ）と称される。粒子状の物質の排出に加え、その他の種類の気体状化合物、例えば炭化水素、イオウ酸化物、窒素酸化物および一酸化炭素などもディーゼルエンジンから排出される。
エンジン作動中の排気ガス流から粒子状物質を捕捉する排気フィルターをディーゼルエンジンに搭載することはこの分野では周知である。フィルターが、これを通って流れる排気ガスに透過性であり、しかも排気ガスがフィルターを通過する際に粒子状物質のほとんどまたは全部を拘束しうるように、これらのフィルターは一般的に、多数の細孔が貫通して延び、小さい断面を有した多孔質の固体材料から製造される。フィルター中に捕集された粒子状物質の量が増加するにつれ、フィルターを通過する排気ガスの流速が徐々に遅くなり、その結果フィルター内の背圧が高くなり、エンジン効率が低下することになる。通常、背圧があるレベルに達すると、フィルターは、それが置換可能なものであれば廃棄するか、あるいは再使用できるように、フィルターを取り出し、捕集した粒子状物質を約600 〜650 ℃より高い温度で焼却することにより再生する。空気と燃料の混合物を定期的に増やすことにより、その場でのフィルターの再生を行うこともできる。このような増加は排気ガスの温度をより高くする。このより高い排気ガス温度により、フィルター中に含まれる粒子状物質は焼却される。600 〜650 ℃より低い温度で再生するフィルターという概念が各種の特許、例えば米国特許第5,100,632 号および第4,477,417 号に開示されている。
ディーゼル排気ガス粒子フィルターの組成は多数の特許の主題であった。これらの特許の多くは、担体材料上にウォッシュコートされた (washcoated) 特定のバナジウム化合物と白金化合物の組み合わせの使用を開示している。次いで、ウォッシュコートされた担体材料を加熱して、ウォッシュコート材料を担体材料に固定する。例えば、米国特許第6,013,599 号は、ウォッシュコートが固定された多孔質の耐熱性担体材料から形成された、その場で再生可能なディーゼル排気ガス微粒子フィルターを開示し、一態様におけるウォッシュコートは、酸性の鉄含有化合物と銅含有化合物とを混合し、アルカリ金属塩水溶液と酸性のバナジウム含有化合物を添加し、最後にその混合物にアルカリ土類金属化合物スラリーを添加することにより形成される。
米国特許第4,510,265 号には、白金族の金属とバナジン酸銀を含む溶液をセラミックスモノリス担体材料に被覆することにより作製した、被覆されたディーゼル排気ガス微粒子フィルターが開示されている。バナジン酸銀を含有するディーゼル排気ガス微粒子フィルター用の触媒被膜の製造方法は米国特許第4,477,417 号にも記載されている。
米国特許第4,588,707 号には別のディーゼル排気ガス微粒子フィルターが開示され、そこでは、酸化リチウム、塩化銅、酸化バナジウム／アルカリ金属酸化物の組み合わせまたは貴金属材料から製造された触媒として活性な物質がフィルター担体上に被覆されている。ディーゼルエンジンからの排気ガス浄化用の、フィルターを被覆するための、別のバナジウム系材料が米国特許第4,828,807 号に開示されている。
モノリスが、活性成分としてバナジウムを含有する酸化物と白金族の金属で被覆されている、ディーゼル排気ガスの浄化のための、開放気泡型モノリス触媒が米国特許第5,514,354 号に開示されている。米国特許第5,157,007 号も参照。
白金およびバナジウム酸化物を含有する、ディーゼル排気ガスの浄化のための別の触媒が米国特許第4,617,289 号に開示されている。排気流の浄化のためのその他の触媒については、米国特許第5,911,961 号、第4,902,487 号、第4,515,758 号、第5,884,474 号、第5,746,989 号および第4,900,517 号を参照。
フィルター担体に被覆された、銅、バナジウム、貴金属 (白金、ロジウムおよびパラジウムなど) 、およびジルコニウム、アルミニウム、ニッケル、鉄、マンガン、クロム、亜鉛、鉛またはその他のある種の金属から選択された遷移金属を含む、別の排気ガス浄化触媒が米国特許第4,711,870 号に開示されている。米国特許第4,759,918 号も参照。
米国特許第5,100,632 号は、白金族の金属およびアルカリ土類金属酸化物、好ましくは酸化マグネシウムを含み、この材料がモノリス担体上に含浸されている、別の触媒担持ディーゼル排気ガス微粒子フィルターを開示している。バナジウムの使用は開示されていない。
窒素酸化物含有排気ガスを浄化する方法が米国特許第5,213,781 号に開示され、そこでは触媒がセラミックス層上に担持され、触媒はアルカリ金属、銅およびバナジウムの少なくとも１種、および少なくとも１種の希土類元素から本質的になるものである。米国特許第5,340,548 号も参照。
その他のディーゼル排気ガス浄化用触媒が米国特許第5,000,929 号、第5,330,945 号および第5,294,411 号に開示されている。
これらの特許はディーゼル粒子状物質用のフィルターとして使用するための多数の異なる物質組成を開示しているが、これらのフィルターの使用中に圧力降下が増大することに関連する重大な問題が依然として存在する。さらに、圧力降下の程度は、担体材料の触媒担持に大きく依存する。さらに、ディーゼル燃焼触媒には良好なイオウ毒耐性をもたないものがあり、また排気ガスの温度が高くなり過ぎると失活するものもある。
これらの特許はディーゼル粒子状物質用のフィルターとして使用するための多数の異なる物質組成を開示しているが、これらのフィルターの使用中に圧力降下が増大することに関連する重大な問題が依然として存在する。さらに、圧力降下の程度は、担体材料の触媒担持に大きく依存する。さらに、ディーゼル燃焼触媒には良好なイオウ毒耐性をもたないものがあり、また排気ガスの温度が高くなり過ぎると失活するものもある。
従って、本発明の目的はディーゼル粒子状物質用のフィルターを製造することである。
本発明の別の目的は、触媒材料を含浸した多孔質フィルター担体から製造されたディーゼル粒子状物質排気フィルターを開示することである。
本発明の別の目的は、触媒材料を含浸した多孔質フィルター担体から製造されたディーゼル粒子状物質排気フィルターを開示することである。
本発明のさらに別の目的は、アルカリ土類金属のバナジン酸塩と貴金属とを含む触媒材料を含浸した多孔質フィルター担体から製造されたディーゼル粒子状物質排気フィルターを開示することである。
本発明のさらに別の目的は、マグネシウム、カルシウム及び／又はバリウムのバナジン酸塩および白金で含浸した多孔質フィルター担体から製造された、触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルターを開示することである。
本発明のさらに別の目的は、多孔質フィルター担体をアルカリ土類金属のバナジン酸塩と貴金属とを含む触媒材料で含浸する、ディーゼル排気フィルターの製造方法を開示することである。
本発明のさらに別の目的は、排気フィルターがアルカリ土類金属のバナジン酸塩と貴金属とを含む触媒材料で含浸された多孔質フィルター担体を含み、それによって使用中の背圧を減少させ、熱安定性を高める、触媒担持ディーゼル粒子状物質排気フィルターの使用方法を開示することである。
本発明のこれらのおよびその他の目的は、本発明の触媒担持ディーゼル粒子状物質排気フィルター、並びにこの排気フィルターの製造方法および使用方法から明らかであろう。
本発明は、アルカリ土類金属のバナジン酸塩、好ましくはマグネシウム、カルシウムまたはバリウムのバナジン酸塩、および貴金属、好ましくは白金、を含有する触媒材料を含浸した多孔質フィルター担体を含む、触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルターを含む。
本発明はさらに、多孔質フィルター担体を製造し、この担体をアルカリ土類金属のバナジン酸塩、好ましくはマグネシウム、カルシウムまたはバリウムのバナジン酸塩、および貴金属の塩、好ましくは白金の塩、を含む触媒材料で含浸し、次いでこの触媒材料を還元することを含む、ディーゼル粒子状物質排気フィルターを製造するための方法を含む。
本発明はさらに、アルカリ土類金属のバナジン酸塩、好ましくはマグネシウム、カルシウムまたはバリウムのバナジン酸塩、および貴金属、好ましくは白金、を含む触媒材料で含浸した多孔質フィルター担体を含むディーゼル排気フィルター上に、ディーゼル排気ガスを通すことを含む、ディーゼル排気フィルターを用いてディーゼル排気ガスから粒子状物質をろ過する方法を含む。
本発明は、ディーゼル排気ガスに使用するための触媒担持ディーゼル粒子状物質排気フィルターに関する。本発明の実施において、触媒担持ディーゼル粒子状物質排気フィルターはディーゼルエンジンの排気ガス処理システムに設けられたフィルターハウジングに設置される。フィルターおよびフィルターハウジングは、存在するかもしれないその他のガスライン要素と共に、エンジンの排気ガスマニホールドと排気パイプ (このパイプは大気中に開放されている) との間に設置する。好ましくは、フィルターはエンジン排気マニホールドに可能なかぎり近く設置し、排気マニホールドにより高温に加熱された排気ガスが、フィルターにより捕捉された濾過粒子状物質を焼却し、フィルターを継続して再生するのに使用できるようにする。本発明の触媒担持ディーゼル粒子状物質排気フィルターはフィルターハウジングに設置される。
触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルターは、触媒材料を含浸させた、排気流からディーゼル粒子状物質を濾過するための多孔質フィルター担体からなる。多孔質フィルター担体は、排気ガスが通過できて濾過される、薄い多孔質の、壁を有するハニカム、モノリスまたはフォーム構造などの通常の濾過用製品から製造される。好ましくは、フィルター担体は、フィルター担体を通過する排気ガスの流れをあまり妨げたり、制限しないような、有効な通過能力を有する。しかしながら、これはまた、ディーゼル排気ガス中に存在する粒子状物質が排気ガス流から脱落してフィルター担体により保持されるのに十分複雑な通路を含有してなければならない。
フィルター担体は、例えば、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ボリア (boria)、コランダム、シリカ、マグネシア、チタン酸カリウム、シリカ−アルミナ、シリカ−ジルコニア、チタニア−ジルコニア、チタニア−シリカ、炭化ケイ素、チタニア被覆アルミナ、酸化タングステン被覆アルミナ、ジルコニア被覆アルミナ、セラミックスコーディエライト、ムライト並びにこれらの混合物および組み合わせなどの、慣用のフィルター材料から製造すればよい。好ましい担体はセラミックス材料および炭化ケイ素材料から製造される。
多孔質フィルター担体は触媒材料で含浸される。触媒材料は、好ましくはアルカリ土類金属のバナジン酸塩および貴金属の組み合わせから製造される。アルカリ金属のバナジン酸塩を使用してもよいが、アルカリ土類金属のバナジン酸塩がより高い熱安定性を有するので好ましい。さらに、これらの好ましいアルカリ土類金属の酸化物が、もしアルカリ土類金属のバナジン酸塩の製造中に形成されると、高い熱安定性を示す。バナジン酸マグネシウム、バリウムまたはカルシウムが好ましく、バナジン酸マグネシウムが最も好ましいが、任意のアルカリ土類金属をバナジウムと組み合わせ、アルカリ土類金属のバナジン酸塩を形成することができる。酸化マグネシウムを酸化バナジウムと共に利用する場合、酸化バナジウム対酸化マグネシウムの好ましい比は、約１：１から約１：10、好ましくは約１：１から約１：５である。
触媒材料の第二の成分は貴金属である。貴金属は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、レニウムおよびオスミウムよりなる群から選択される。好ましい貴金属は、白金、パラジウムおよびロジウムであり、最も好ましいのは白金である。
フィルター担体に含浸される白金とアルカリ土類金属バナジン酸塩の好ましい比は、重量比で約１：１から約１：50であり、好ましくは約１：５から約１：20であり、最も好ましくは約１：10である。この比の計算においては、アルカリ土類金属と酸化バナジウム (存在する場合) の重量はアルカリ土類金属のバナジン酸塩に含める。測定はすべて、フィルター担体の被覆後の重量による。
モノリスセラミックス材料、発泡セラミックス材料または炭化ケイ素材料などのフィルター担体の壁への触媒材料の担持は、任意の慣用方法により行うことができる。例えば、フィルター担体を触媒材料で含浸しても、あるいは触媒材料をフィルター担体上にウォッシュコーティングしてもよい。触媒材料をフィルター担体上へ担持させる好ましい方法は、フィルター担体を触媒材料で含浸することである。フィルター担体を触媒材料で含浸するための好ましい一態様では、まず、アルカリ土類金属の塩とバナジウムの塩の水溶液を調製する。次いで、フィルター担体を、硝酸マグネシウムや酢酸マグネシウムなどのアルカリ土類金属の塩と、シュウ酸バナジウム、バナジン酸アンモニウムまたはクエン酸バナジウムなどのバナジウム塩の水溶液に約550 ℃の温度で約３時間接触させる。バナジン酸マグネシウムを製造するためには、溶液中のバナジウムとマグネシウムの原子比は好ましくは約２：３である。カルシウムやバリウムなどのその他アルカリ土類金属のよく知られた塩を、アルカリ土類金属バナジン酸塩を製造するのに使用してもよい。
フィルター担体をアルカリ土類金属の塩およびバナジウム塩で被覆したら、過剰な塩溶液を排出させて、含浸されたフィルター担体を約100 〜150 ℃の温度で約２時間乾燥し、次いで被覆されたフィルターを約500 〜600 ℃の温度で約３時間焼成し、フィルター担体上にバナジン酸マグネシウムを固定させる。
アルカリ土類金属のバナジン酸塩でフィルター担体を含浸した後に、貴金属を被覆フィルター担体上に含浸させる。好ましい一態様においては、これはアルカリ土類金属バナジン酸塩で被覆されたフィルター担体を、貴金属塩の水溶液に接触させることにより行う。例えば、選択した貴金属が白金である場合、好ましい塩溶液の１つは白金サルファイトアシッド（platinum sulfite acid)である。被覆されたフィルター要素を貴金属塩溶液で被覆する。次いで、約100 〜150 ℃の温度で乾燥させ、約500 〜600 ℃で約３時間焼成する。
フィルター担体のアルカリ土類金属、バナジウム材料および貴金属化合物での含浸は、一段階法で行うこともできる。一段階法においてフィルター担体を適宜材料で含浸する場合、好ましい方法は、まずアルカリ土類金属塩、バナジウム塩および貴金属塩を含有する水溶液を製造する。例えば、マグネシウムがアルカリ土類金属である場合、好ましい塩の１つは酢酸マグネシウムである。１段階法のための好ましいバナジウム塩の１つはクエン酸バナジウムである。これらの２つの塩を白金サルファイトアシッドなどの白金化合物と混合する。次いで、フィルター担体をこれらの化合物の溶液中に浸し、余分な液体を、減圧吸引などの通常の方法により除去する。被覆されたフィルターを次いで、約100 〜150 ℃の温度で約２時間乾燥し、その後約500 〜約600 ℃の温度で約３時間焼成して被覆フィルター材料を製造する。
触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルターの製造において、触媒材料は好ましくはフィルター担体上に、約200 〜約1,000g/ft3 (7.1 〜35.5g/l)、好ましくは300 〜約700g/ft3 (10.7〜約24.9g/l)、最も好ましくは約500 g/ft3 (17.8g/l) のアルカリ土類 金属バナジン酸塩の担持量で、および20〜約300g/ft3 (約 0.7〜約10.7g/l)、好ましくは約20〜約100g/ft3 (0.7 〜約3.6g/l) 、最も好ましくは約50 g/ft3 (1.8g/l) の貴金属の担持量で存在する。フィルター担体上の触媒材料の全担持量は、約200g/ft3〜約1,000g/ft3 (7.1 〜約35.5g/l)である。好ましくは、白金：バナジン酸マグネシウムの重量比は、約１：１〜約１：50、より好ましくは約１：５〜約１：20、そして最も好ましくは約１：10である。
従来のディーゼル粒子状物質用の排気フィルターの多くは、フィルター担体を活性な触媒材料で被覆するのにウォッシュコーティング (washcoating)法を用いている。予想外にも、フィルター担体を被覆する含浸方法によれば、細孔の閉塞を低減させる結果、背圧が減少することが見出された。また予想外にも、本発明の含浸方法を用いると、約500g/ft3 (17.8g/l)までの触媒材料の被覆では圧降下がほとんど増加しないことも見出された。対照的に、米国特許第6,013,599 号のウォッシュコーティング法を用いると、約480g/ft3 (17.0g/l)までの触媒担持量では圧降下が約100 ％増加し、約1030g/ft3 (36g/l) の触媒担持量では圧降下が約260 ％増加する。特定の理論に拘束はされないが、生成するバナジン酸マグネシウムなどのアルカリ土類金属バナジン酸塩は、通常、オルトバナジン酸マグネシウム (Mg3(VO4)2)、ピロバナジン酸マグネシウム (Mg2V2O7)およびメタバナジン酸マグネシウム (MgV2O6) からなると考えられる。これらの３つの相は通常共存し、操作条件によって種々の状態で生成する。バナジン酸マグネシウムは高い熱安定性を有することが見出された。また、バナジン酸マグネシウムの各種形態がフィルター表面上で「その場」で形成されることも見出された。結果として、本発明の触媒は、従来の組成物よりも高い分散性を有し、背圧増加を減少させる。
また予想外にも、本発明の触媒材料を用いると、触媒の効果的再生のための温度が著しく低下することも見出された。触媒を担持しない多孔質フィルター担体を再生する場合、フィルター担体上の粒子状物質の着火温度は500 〜550 ℃の範囲である。対照的に、本発明の排気フィルターの再生は約400 ℃の温度で生じ、380 ℃の低い温度で生じることもよくある。典型的なディーゼルエンジン排気ガスの温度は、普通の操作中に、この温度に達しうるので、本発明の触媒材料を担持するフィルターの部分的または完全な再生も、正常な操作の間に生じ得る。このような程度までの再生温度の低下は従来技術に対して顕著な改善である。
(本発明)
コーニング社のコーディエライトセラミックス・モノリス・ディーゼル粒子状物質フィルター要素 (EX-80 、5.66インチ径で６インチ長さ、平方インチ当たり200 セル) をこの実施例の製造に使用した。セラミックスモノリス要素を、硝酸マグネシウムの形でマグネシウムを15g/l 、シュウ酸バナジルの形でバナジウムを20g/l 含有する水溶液500ml 中に浸漬した。含浸後、過剰の液体を減圧吸引によりフィルター要素から除去した。含浸後、被覆されたフィルター要素を125 ℃で２時間乾燥し、次いで550 ℃で３時間焼成した。バナジン酸マグネシウムの担持量は立法フィート当たり300 ｇ(10.6g/l) であった。室温に冷却後、フィルター要素を、白金10g/l を含む白金サルファイトアシッド (H4Pt(SO4)4) の水溶液500ml 中に浸漬した。余分な液体を減圧吸引により除去した。含浸後、被覆されたフィルター要素を125 ℃で２時間乾燥し、次いで550 ℃で３時間焼成した。白金の担持量は重量基準で、立法フィート当たり50ｇ(1.8g/l)であった。
コーニング社のコーディエライトセラミックス・モノリス・ディーゼル粒子状物質フィルター要素 (EX-80 、5.66インチ径で６インチ長さ、平方インチ当たり200 セル) をこの実施例の製造に使用した。セラミックスモノリス要素を、硝酸マグネシウムの形でマグネシウムを15g/l 、シュウ酸バナジルの形でバナジウムを20g/l 含有する水溶液500ml 中に浸漬した。含浸後、過剰の液体を減圧吸引によりフィルター要素から除去した。含浸後、被覆されたフィルター要素を125 ℃で２時間乾燥し、次いで550 ℃で３時間焼成した。バナジン酸マグネシウムの担持量は立法フィート当たり300 ｇ(10.6g/l) であった。室温に冷却後、フィルター要素を、白金10g/l を含む白金サルファイトアシッド (H4Pt(SO4)4) の水溶液500ml 中に浸漬した。余分な液体を減圧吸引により除去した。含浸後、被覆されたフィルター要素を125 ℃で２時間乾燥し、次いで550 ℃で３時間焼成した。白金の担持量は重量基準で、立法フィート当たり50ｇ(1.8g/l)であった。
バナジン酸マグネシウムの担持量が300 ｇ/ft3 10.6g/l)で、白金の担持量が50ｇ/ft3 1.8g/l) の、直径1.75インチ (4.4cm) で長さ６インチ (15.2cm) の大きさのフィルタ
ー要素のコアを、全体の要素から取り出し、再生の試験を行った。
ー要素のコアを、全体の要素から取り出し、再生の試験を行った。
Lister-Petter LPA2、0.726 リットル２シリンダーディーゼルエンジンを試験に用いた。フィルターのコアをこのエンジンの排気パイプ中に取り付けた。エンジンが作動中、排気パイプからの排気ガスの温度は160 〜230 ℃の範囲であった。５時間後、エンジンを切り、フィルターを検査した。フィルターを冷却し、秤量した。粒子状物質の全付着量は1.4 ｇであった。
次いで、粒子状物質が付着したフィルターをオフライン再生にかけた。再生の外部熱源として温風を用い、空間速度は25000h-1であった。フィルターによる圧降下をDywer 475 デジタルマノメーター圧力計で監視した。温風の温度は５分毎に10°上昇させた。粒子状物質が焼却されたら、温風の温度を、粒子状物質の完全な燃焼まで２時間保持した。添付の図１は、実施例３の触媒を担持しない排気フィルターと比較した、本実施例１のフィルターのフィルター温度に対する圧降下のプロフィールを示す。
結果は明らかに、粒子状物質の付着したフィルターによる圧降下は温度と共に増加し、約380 ℃の温度でプラトーに達することを示した。これは、ディーゼル粒子状物質の燃焼がこの温度で生じることを示す。約410 ℃の温度で、圧降下が急激に減少し、これは実質的に全部の粒子状物質が焼却されたことを意味する。
(本発明)
コーニング社のコーディエライトセラミックス・モノリス・ディーゼル粒子状物質フィルター要素 (EX-80 、5.66インチ径で６インチ長さ、平方インチ当たり200 セル) をこの実施例の製造に使用した。酢酸マグネシウムの形でマグネシウムを15g/l 、クエン酸バナジウムの形でバナジウムを20g/l および白金サルファイトアシッドの形で白金を10g/l 含有する水溶液を調製した。この水溶液500ml 中にディーゼル粒子状物質フィルター要素を浸漬した。過剰の液体を減圧吸引により除去した。次いで要素を125 ℃で２時間乾燥し、550 ℃で３時間焼成した。最終の触媒は、公称の白金担持量が50g/ft3 であり、バナジン酸マグネシウムの担持量は300 ｇ/ft3であった。直径1.75インチで長さ６インチの大きさのコアフィルター要素を、全体の要素から取り出し、再生の試験を行った。実施例１に述べたのと同じエンジンを、このフィルター要素の試験に用いた。次いで、粒子状物質が付着したフィルターをオフライン再生にかけた。再生の外部熱源として温風を用い、空間速度は2500H -1であった。フィルターによる圧降下をDywer 475 デジタルマノメーターで監視した。温風の温度は５分毎に10°上昇させた。粒子状物質が焼却されたら、温風の温度を、粒子状物質の完全な燃焼まで２時間保持した。添付の図２は、図３の触媒を担持しない排気フィルターと比較した、実施例２のフィルターのフィルター温度に対する圧降下のプロフィールを示す。結果は明らかに、フィルターによる圧降下は温度と共に増加し、温度が約380 〜410 ℃である場合にプラトーに達することを示す。これは、ディーゼル粒子状物質の燃焼がこの温度で生じることを示す。約410 ℃の温度で、圧降下は急激に減少し、これは粒子状物質が焼却されたことを意味する。
コーニング社のコーディエライトセラミックス・モノリス・ディーゼル粒子状物質フィルター要素 (EX-80 、5.66インチ径で６インチ長さ、平方インチ当たり200 セル) をこの実施例の製造に使用した。酢酸マグネシウムの形でマグネシウムを15g/l 、クエン酸バナジウムの形でバナジウムを20g/l および白金サルファイトアシッドの形で白金を10g/l 含有する水溶液を調製した。この水溶液500ml 中にディーゼル粒子状物質フィルター要素を浸漬した。過剰の液体を減圧吸引により除去した。次いで要素を125 ℃で２時間乾燥し、550 ℃で３時間焼成した。最終の触媒は、公称の白金担持量が50g/ft3 であり、バナジン酸マグネシウムの担持量は300 ｇ/ft3であった。直径1.75インチで長さ６インチの大きさのコアフィルター要素を、全体の要素から取り出し、再生の試験を行った。実施例１に述べたのと同じエンジンを、このフィルター要素の試験に用いた。次いで、粒子状物質が付着したフィルターをオフライン再生にかけた。再生の外部熱源として温風を用い、空間速度は2500H -1であった。フィルターによる圧降下をDywer 475 デジタルマノメーターで監視した。温風の温度は５分毎に10°上昇させた。粒子状物質が焼却されたら、温風の温度を、粒子状物質の完全な燃焼まで２時間保持した。添付の図２は、図３の触媒を担持しない排気フィルターと比較した、実施例２のフィルターのフィルター温度に対する圧降下のプロフィールを示す。結果は明らかに、フィルターによる圧降下は温度と共に増加し、温度が約380 〜410 ℃である場合にプラトーに達することを示す。これは、ディーゼル粒子状物質の燃焼がこの温度で生じることを示す。約410 ℃の温度で、圧降下は急激に減少し、これは粒子状物質が焼却されたことを意味する。
(比較例)
触媒を担持しないフィルター材要素を、実施例１と同様の方法で製造した。この触媒非担持フィルター材で同様の試験を行うと、図１および２に示すように、ディーゼル粒子状物質の焼却温度は約510 ℃であった。
触媒を担持しないフィルター材要素を、実施例１と同様の方法で製造した。この触媒非担持フィルター材で同様の試験を行うと、図１および２に示すように、ディーゼル粒子状物質の焼却温度は約510 ℃であった。
この結果は明らかに、本発明の触媒材料で被覆したフィルターが、触媒材料で被覆されないフィルター材要素に比べ、性能が向上していることを示す。
本発明の技術思想を逸脱することなく具体的態様の改変、置換、省略および変化が可能であることは当然である。本発明は特許請求の範囲に包含されている。
本発明の技術思想を逸脱することなく具体的態様の改変、置換、省略および変化が可能であることは当然である。本発明は特許請求の範囲に包含されている。
Claims (11)
- アルカリ土類金属のバナジン酸塩と貴金属とを含む触媒材料を含浸した、ディーゼル粒子状物質排気ガスをろ過するための多孔質フィルター担体を含む、触媒を担持したディーゼル粒子状物質排気フィルター。
- アルカリ土類金属が、カルシウム、マグネシウムおよびバリウムよりなる群から選択される、請求項１記載の排気フィルター。
- 貴金属とアルカリ土類金属バナジン酸塩の重量比が１：１から１：50である、請求項１または２記載の排気フィルター。
- 多孔質フィルター担体の組成が、セラミックス、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ボリア(boria)、コランダム、シリカ、マグネシア、チタン酸カリウム、シリカ−ジルコニア、チタニア−ジルコニア、チタニア−シリカ、シリカ−アルミナ、炭化ケイ素、チタニア被覆アルミナ、酸化タングステン被覆アルミナ、ジルコニア被覆アルミナ、コーディエライト、ムライト並びにこれらの混合物および組み合わせよりなる材料群から選択される、請求項１〜３のいずれかの項記載の排気フィルター。
- フィルター担体を被覆する触媒材料の量が、少なくとも200 g/ft3（7.1 g/l) である、請求項１〜４のいずれかの項記載の排気フィルター。
- 請求項１〜５のいずれかの項記載の排気フィルターにディーゼル排気ガスを通すことを含む、排気フィルターを用いてディーゼル排気ガスから粒子状物質をろ過する方法。
- 以下を含む、ディーゼル粒子状物質排気フィルターを製造するための方法。
多孔質フィルター担体を製造し、
この担体を、アルカリ土類金属のバナジン酸塩と貴金属とを含む触媒材料で含浸し、そして
含浸したフィルター担体を焼成して、排気フィルターを製造する。 - アルカリ土類金属が、マグネシウム、バリウムおよびカルシウムよりなる群から選択される、請求項７記載の方法。
- 貴金属とアルカリ土類金属バナジン酸塩の重量比が１：１から１：50である、請求項７または８記載の方法。
- 多孔質フィルター担体の組成が、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ボリア (boria)、コランダム、シリカ、マグネシア、チタン酸カリウム、シリカ−アルミナ、シリカ−ジルコニア、炭化ケイ素、チタニア−ジルコニア、チタニア−シリカ、チタニア被覆アルミナ、酸化タングステン被覆アルミナ、ジルコニア被覆アルミナ、コーディエライト、ムライト並びにこれらの混合物および組み合わせよりなる材料の群から選択される、請求項７〜９のいずれかの項記載の方法。
- フィルター担体に含浸される触媒材料の量が、少なくとも200 g/ft3（7.1 g/l) である、請求項７〜１０のいずれかの項記載の方法。
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