JP5358362B2 - Particulate combustion catalyst and diesel particulate filter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particulate matter (PM) combustion catalyst for combustion of particulate matter contained in exhaust gas produced by a diesel engine which can burn PM at low temperatures and has excellent durability and a diesel particulate filter which contains the PM combustion catalyst and can remove deposited PM easily at low temperatures. <P>SOLUTION: The particulate matter combustion catalyst consists of particles of a compound oxide comprising an alkaline earth metal M and (Fe<SB>1-x</SB>Ti<SB>x</SB>) in a molar ratio of (Fe<SB>1-x</SB>Ti<SB>x</SB>)/ä(Fe<SB>1-x</SB>Ti<SB>x</SB>)+M} of 0.33-0.93 and a molar ratio x of Ti/(Fe+Ti) of 0-0.24. A diesel particulate filter applied with the particulate matter combustion catalyst is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから発生する排ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter、PM)を燃焼するための、粒子状物質燃焼触媒及びディーゼル・パーティキュレート・フィルター(Diesel Particulate Filter、DPF)に関する。   The present invention relates to a particulate matter combustion catalyst and a diesel particulate filter (Diesel Particulate Filter, DPF) for burning particulate matter (Particulate Matter, PM) contained in exhaust gas generated from a diesel engine.

軽油などを燃料とするディーゼルエンジンの排ガスには、未燃炭化水素(hydrocarbons、HC)、一酸化炭素(CO)、及び窒素酸化物(NOx)とともに、煤(スート、粒子状物質、particulate matter、PM等とも呼ばれる)や、可溶性有機成分(soluble organic fraction、SOF)等が含まれている。これらの内、煤(以下、PMと呼ぶ。)を、捕集して除去するために、排ガス流路にDPFが配設される。DPFでPMが捕集されるが、DPFにPMが堆積するに伴い、背圧が上昇してエンジンの出力低下等を招く。そこで、何らかの方法により、捕集したPMを間欠的又は連続的に燃焼して除去し、DPFを再生されなければならない。 Diesel engine exhausts that use diesel oil as fuel include unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NO x ), as well as soot (particulate matter, particulate matter) , Also referred to as PM, etc.), soluble organic fraction (SOF), and the like. Among these, a DPF is disposed in the exhaust gas flow path in order to collect and remove soot (hereinafter referred to as PM). PM is collected by the DPF, but as PM accumulates in the DPF, the back pressure increases and causes a reduction in engine output. Therefore, the DPF must be regenerated by removing the collected PM by burning it intermittently or continuously by some method.

DPFに捕集されたPMを燃焼させて再生する方法として、例えば、排ガス温度を強制的に上昇させてPM燃焼を起こす方法や、排ガス中に含まれるNOを酸化触媒によりNOにし、NOの酸化力でPMを燃焼させる方法等がある。後者の方法では、現状のNO酸化触媒ではNOを効率よく生成できないことや、PM燃焼に必要なNOを排ガス中に含まれるようにするにはエンジンの運転条件が限られていたり、エンジンマネージメントが複雑になったりするという問題がある。 As a method of burning and regenerating PM collected in the DPF, for example, a method of forcibly raising the exhaust gas temperature to cause PM combustion, or NO contained in the exhaust gas is converted to NO 2 by an oxidation catalyst, and NO 2 For example, there is a method of burning PM with the oxidizing power. In the latter method, the current NO oxidation catalyst cannot efficiently generate NO 2 , and the operating conditions of the engine are limited in order to include NO required for PM combustion in the exhaust gas. There is a problem that becomes complicated.

一方、前者の方法の一つとして、DPFの上流に、排ガス中に含有されるHC成分等を酸化して排ガス温度を上昇させるために、ディーゼル排ガス用酸化触媒(diesel oxidation catalyst、DOC)を配置する。即ち、DPFの自動再生制御時には、エンジンへの燃料噴射量を増量して排ガス中のHC成分量を増やし、この余剰のHCを排ガス流路上のDOCで酸化燃焼させ、その際の燃焼熱により排ガス温度を上昇させて、DPFに捕集されたPMの燃焼を促進させる。この方法は、排ガス中のNO含有量に依存しないので、エンジンマネージメントが容易になる(制約を受けない)等のメリットがある。一方で、排ガス温度を上げるために燃料を消費するので、燃費の悪化を招いたり、DPFへの熱負荷の増加による劣化が生じたりする。特に、SiC製DPFに比べて、安価なコージェライト製DPFは耐熱性に劣るので、重大な問題となる。   On the other hand, as one of the former methods, a diesel oxidation catalyst (DOC) is disposed upstream of the DPF to oxidize HC components contained in the exhaust gas and raise the exhaust gas temperature. To do. That is, during automatic regeneration control of the DPF, the amount of fuel injected into the engine is increased to increase the amount of HC components in the exhaust gas, and this surplus HC is oxidized and burned by the DOC on the exhaust gas flow path, and the exhaust heat is generated by the combustion heat at that time. The temperature is raised to promote the combustion of PM collected in the DPF. Since this method does not depend on the NO content in the exhaust gas, there is a merit that the engine management becomes easy (no restrictions). On the other hand, since the fuel is consumed to raise the exhaust gas temperature, the fuel consumption is deteriorated or the heat load on the DPF is deteriorated. In particular, since cordierite DPF, which is cheaper than SiC DPF, is inferior in heat resistance, it becomes a serious problem.

そこで、PM燃焼用の触媒をDPFに施すことが検討されている。PM燃焼開始温度を低減できる触媒(PM燃焼触媒)をDPFに施しておけば、DPF中に堆積したPMを低温で燃焼して除去再生できるので、DOCへの負荷が低減でき(燃費向上)、DPFへの熱負荷も軽減できる。   Therefore, it has been studied to apply a catalyst for PM combustion to the DPF. If a catalyst that can reduce the PM combustion start temperature (PM combustion catalyst) is applied to the DPF, the PM accumulated in the DPF can be burnt and removed and regenerated at a low temperature, reducing the load on the DOC (improving fuel efficiency), The heat load on the DPF can also be reduced.

PM燃焼触媒として、一般的には、白金(Pt)を担持させた高比表面積のアルミナ等が使用されている。ところが、ディーゼルエンジンの排ガス温度は低く、この温度レベルでの、PtのPMを燃焼させる触媒作用は低いため、排ガス温度を上昇させるDOCの負担が大きい。理想的には、ディーゼルエンジンの排ガス温度程度で、PMを燃焼させる触媒があれば、排ガスを加熱せずにPMを燃焼できて連続的にDPFを再生できる。そこで、PMを低温で燃焼できるPM燃焼触媒が求められており、幾つかの触媒が開発されている。また、PM燃焼触媒として使用されるPtは高価であるので、Ptの使用量削減やPt以外の廉価な触媒が開発検討されている。   As the PM combustion catalyst, generally, alumina having a high specific surface area on which platinum (Pt) is supported is used. However, since the exhaust gas temperature of the diesel engine is low and the catalytic action for burning PM of Pt at this temperature level is low, the burden of the DOC that raises the exhaust gas temperature is large. Ideally, if there is a catalyst that burns PM at about the exhaust gas temperature of a diesel engine, PM can be burned without heating the exhaust gas, and the DPF can be regenerated continuously. Therefore, a PM combustion catalyst capable of burning PM at a low temperature has been demanded, and several catalysts have been developed. In addition, since Pt used as a PM combustion catalyst is expensive, a reduction in the amount of Pt used and an inexpensive catalyst other than Pt are under development.

例えば、セリア系酸化物がPM燃焼触媒として有効であることが開示され、更に、前記酸化物に白金族の金属を担持すると、より低温でPMを燃焼できることが開示されている(特許文献1や2を参照)。白金族以外の金属として銀(Ag)を担持したPM燃焼触媒も提案されている(特許文献3〜6を参照)。   For example, it is disclosed that a ceria-based oxide is effective as a PM combustion catalyst, and further, when a platinum group metal is supported on the oxide, it is disclosed that PM can be combusted at a lower temperature (Patent Document 1 and 2). PM combustion catalysts supporting silver (Ag) as a metal other than the platinum group have also been proposed (see Patent Documents 3 to 6).

また、複合酸化物がPM燃焼触媒として作用することが開示されている(特許文献7〜11を参照)。また、複合酸化物に貴金属を担持したり(特許文献7を参照)、複合酸化物の構成元素に貴金属が含まれていたり(特許文献9、11を参照)する態様も記載されている。特許文献11では、複合酸化物AM(A:アルカリ金属又はアルカリ土類金属、M:Fe、Co又はNi、Oは酸素を示し、0<x≦4、0<y≦8である)が、ディーゼルエンジンの排ガス中のPMと窒素酸化物との両方を除去するのに有効であるとしている。 Further, it is disclosed that the composite oxide acts as a PM combustion catalyst (see Patent Documents 7 to 11). Also described are modes in which a noble metal is supported on a composite oxide (see Patent Document 7), or a constituent element of the composite oxide contains a noble metal (see Patent Documents 9 and 11). In Patent Document 11, composite oxide AM x O y (A: alkali metal or alkaline earth metal, M: Fe, Co or Ni, O represents oxygen, and 0 <x ≦ 4 and 0 <y ≦ 8. ) Is effective in removing both PM and nitrogen oxides in the exhaust gas of a diesel engine.

特開2007−216150号公報JP 2007-216150 A 特開2008−136951号公報JP 2008-136951 A 特開2007−196135号公報JP 2007-196135 A 特開2009−45584号公報JP 2009-45584 A 特開2007−296518号公報JP 2007-296518 A 特開2009−78224号公報JP 2009-78224 A 特開2007−14873号公報JP 2007-14873 A 特開平09−267040号公報JP 09-267040 A 特開平09−271665号公報JP 09-271665 A 特開平5−184929号公報JP-A-5-184929 特開2005−66559号公報JP 2005-66559 A

PM燃焼触媒に関し、特許文献1では、貴金属を使用しないPM燃焼触媒として、セリア系酸化物が開発されているが、セリウムが希少で比較的高価な希土類金属元素あるので十分廉価な触媒であるとは言えないし、セリウム原料の供給が不安定であるという問題がある。また、PM燃焼触媒の低温活性に関しても、セリア系酸化物だけでは、いまだ不十分であるという問題がある。そこで、セリア系酸化物にもPtを担持してPM燃焼触媒としている(特許文献2)。   Regarding the PM combustion catalyst, in Patent Document 1, a ceria-based oxide has been developed as a PM combustion catalyst that does not use a noble metal. However, since cerium is a rare and relatively expensive rare earth metal element, it is a sufficiently inexpensive catalyst. However, there is a problem that the supply of the cerium raw material is unstable. Further, regarding the low temperature activity of the PM combustion catalyst, there is a problem that the ceria oxide alone is still insufficient. Therefore, Pt is also supported on the ceria-based oxide to form a PM combustion catalyst (Patent Document 2).

一方、白金族金属以外の廉価な貴金属であるAgを使用した触媒が、PM燃焼触媒として低温活性に優れていると、特許文献3〜6に開示されている。本発明者らも、AgがPM燃焼触媒に優れていることを確認している。しかしながら、他の貴金属の融点(例えば、Ptの融点は1772℃である)に比べてAgの融点(961.9℃)が低いことからも理解できるように、Agはマイグレーション(migration)して凝集し易い。そのため、Agの触媒活性を長期間維持するのが難しく、耐久性に乏しいという問題がある。また、Agを使用した触媒は、耐熱性にも乏しい、即ち、温度が上がると溶融や凝集によってAg粒子が肥大化して触媒活性が低下するという問題がある。   On the other hand, Patent Documents 3 to 6 disclose that a catalyst using Ag, which is an inexpensive noble metal other than a platinum group metal, is excellent in low-temperature activity as a PM combustion catalyst. The present inventors have also confirmed that Ag is superior to a PM combustion catalyst. However, as can be seen from the fact that Ag has a lower melting point (961.9 ° C.) than other precious metals (eg, Pt has a melting point of 1772 ° C.), Ag migrates and aggregates. Easy to do. Therefore, there is a problem that it is difficult to maintain the catalytic activity of Ag for a long time and the durability is poor. Further, a catalyst using Ag has poor heat resistance, that is, when the temperature rises, there is a problem that Ag particles are enlarged due to melting or aggregation and the catalytic activity is lowered.

また、セリア系以外の酸化物、特に複合酸化物の中で、PM燃焼触媒として作用する複合酸化物が開発されているが、低温活性が不十分であるという問題がある。勿論、複合酸化物の構成金属イオンに、貴金属イオンや希土類金属イオンが含まれていると廉価なPM燃焼触媒とならない。   Further, among oxides other than ceria-based oxides, particularly composite oxides, composite oxides that act as PM combustion catalysts have been developed, but there is a problem that low-temperature activity is insufficient. Of course, if the constituent metal ions of the composite oxide contain noble metal ions or rare earth metal ions, an inexpensive PM combustion catalyst cannot be obtained.

更に、上記した先行技術文献などにおいて提案されている多くのPM燃焼触媒は、低温活性に優れているとしているものの、PMと触媒との接触具合(例えば、タイトコンタクトとルーズコンタクト)によって触媒作用が異なる。即ち、PM燃焼触媒は、通常の排ガス浄化触媒とは異なり、固体であるPMと酸素ガスとの酸化反応、つまり固体と気体との反応を促進しなければならない。そのため、PM固体が触媒と接触していなければ、効果的な触媒作用が得られない。通常の排ガス浄化触媒は、反応種がガス(気体)であり、ガスの酸化反応や還元反応を促進する触媒であるので、ガスの拡散(多孔化や高比表面積化)を考慮するだけでよい。そのため、基本的には、触媒活性さえ向上させれば、優れた排ガス浄化触媒を得ることができる。しかしながら、PM燃焼触媒の設計では、Agや複合酸化物によって活性酸素を発生させたとしても、PMが触媒に接触していなければ、十分な触媒作用が得られないことが明らかになってきた。   Furthermore, although many PM combustion catalysts proposed in the above-mentioned prior art documents are excellent in low-temperature activity, the catalytic action is caused by the contact condition between PM and catalyst (for example, tight contact and loose contact). Different. That is, the PM combustion catalyst, unlike a normal exhaust gas purification catalyst, must promote the oxidation reaction between solid PM and oxygen gas, that is, the reaction between solid and gas. Therefore, effective catalytic action cannot be obtained unless the PM solid is in contact with the catalyst. Since an ordinary exhaust gas purification catalyst is a gas (gas) and the catalyst accelerates the oxidation or reduction reaction of the gas, it is only necessary to consider the diffusion of the gas (increasing the porosity and increasing the specific surface area). . Therefore, basically, an excellent exhaust gas purification catalyst can be obtained as long as the catalytic activity is improved. However, in the design of a PM combustion catalyst, it has become clear that even if active oxygen is generated by Ag or a composite oxide, sufficient catalytic action cannot be obtained unless PM is in contact with the catalyst.

また、PM燃焼触媒を評価するためにPMと触媒を混合している。多くの場合、この評価手法において、乳鉢で混合したり、ボールミルで長時間混合(特に、粉砕作用のある混合器で混合)しているため、タイトコンタクト(TC)状態での評価となる。ところが、同一の触媒について、乳鉢やボールミル等の混合器を使用しない混合で得られるルーズコンタクト(LC)状態で評価をすると、PM燃焼の温度が低下しなかったり(図1(a))、PMが完全に燃焼しなかったりすることがある(図1(b))。例えば、図1(a)および(b)は、ルーズコンタクト状態のPMの模式図であるが、図1(a)のように触媒表面に接触しているか、或いは触媒表面極近傍にあるPMは、触媒作用を受けて低温で燃焼することができる(燃焼[3])が、触媒に接触していないPMは触媒作用を受けない(燃焼[4])ので、燃焼するには通常の高温条件が必要となる。また、図1(b)のように、ルーズコンタクト状態の、触媒付近のPMは触媒作用を受けて燃焼する(PM[5])が、触媒に接触してないPMは燃焼しないで残存する(PM[6])こともある。   Moreover, in order to evaluate a PM combustion catalyst, PM and a catalyst are mixed. In many cases, in this evaluation method, since the mixing is performed in a mortar or in a ball mill for a long time (particularly, mixing in a mixer having a crushing action), the evaluation is performed in a tight contact (TC) state. However, when the same catalyst is evaluated in a loose contact (LC) state obtained by mixing without using a mixer such as a mortar or a ball mill, the temperature of PM combustion does not decrease (FIG. 1 (a)), PM May not burn completely (FIG. 1 (b)). For example, FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams of PM in a loose contact state, but PMs that are in contact with the catalyst surface as shown in FIG. It can be burned at a low temperature by being catalyzed (combustion [3]), but PM not in contact with the catalyst is not catalyzed (combustion [4]). Is required. In addition, as shown in FIG. 1B, PM in the vicinity of the catalyst in the loose contact state is burned under the catalytic action (PM [5]), but PM not in contact with the catalyst remains without being burned ( PM [6]).

実際にDPFに堆積されたPMの状態は、ルーズコンタクトに近い状態である。そのため、実用性を考えると、ルーズコンタクト状態でも十分な触媒作用を示すPM燃焼触媒が望まれる。   The state of PM actually deposited on the DPF is close to the loose contact. Therefore, in view of practicality, a PM combustion catalyst that exhibits sufficient catalytic action even in a loose contact state is desired.

このようの観点から、ルーズコンタクトでも高いPM燃焼触媒として、金属又は金属酸化物を核にして得たペロブスカイト型複合酸化物が提案されている(特開2006−110519号公報を参照)。前記金属又は金属酸化物がPMのC−C結合を切断し、前記ペロブスカイト型複合酸化物が放出した酸素が、C−C結合を切断されたカーボンに結合して酸化反応を起こすとしているが、ルーズコンタクト状態のPMをどのようにして効率よく燃焼しているのかは示されていない。また、発明者らは、特許文献12の触媒でも、空気(酸素濃度21%)よりも低酸素濃度の環境では、十分な低温PM燃焼が得られないことを確認している。   From this point of view, a perovskite complex oxide obtained by using a metal or metal oxide as a nucleus has been proposed as a PM combustion catalyst that is high even in loose contact (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-110519). The metal or metal oxide cleaves the C—C bond of PM, and the oxygen released by the perovskite complex oxide binds to the cleaved carbon to cause an oxidation reaction. It is not shown how the PM in loose contact is efficiently burned. Further, the inventors have confirmed that even the catalyst of Patent Document 12 cannot obtain sufficient low-temperature PM combustion in an environment having a lower oxygen concentration than air (oxygen concentration 21%).

また、本発明者らの一部は、2種類以上の結晶相を含み、アルカリ土類金属Mと、FeやCoとを含有する酸化物が、排ガス浄化用触媒の担体として有効であることを報告している(特開2009−142789号公報を参照)。しかしながら、前記排ガス浄化は、三元触媒等のガス(気体)同士の酸化反応や還元反応によるものである。固体の反応が関与するPM燃焼(PM酸化反応)は、気体同士の反応とは全く異なる反応である。そのため、どのような組成の前記酸化物が、PM燃焼にどのような作用を及ぼすかは、全く予測できていなかった。   Further, some of the present inventors have found that an oxide containing two or more kinds of crystal phases and containing an alkaline earth metal M and Fe or Co is effective as a carrier for an exhaust gas purification catalyst. (See JP2009-142789). However, the exhaust gas purification is based on an oxidation reaction or a reduction reaction between gases (gases) such as a three-way catalyst. PM combustion involving a solid reaction (PM oxidation reaction) is a completely different reaction from the reaction between gases. For this reason, it has not been predicted at all what kind of composition the oxide has on PM combustion.

本発明では、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディーゼルエンジンから発生する排ガスに含まれるPMを低温で燃焼でき、耐久性にも優れるPM燃焼触媒を提供することである。また、堆積したPMを低温で容易に除去できる、PM燃焼触媒を含むディーゼル・パーティキュレート・フィルターを提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a PM combustion catalyst that can combust PM contained in exhaust gas generated from a diesel engine at a low temperature and has excellent durability. That is. Another object of the present invention is to provide a diesel particulate filter including a PM combustion catalyst that can easily remove the deposited PM at a low temperature.

これまでのPM燃焼触媒の開発では、例えば、(i)Agや特定の複合酸化物によって発生する活性酸素でPMを酸化燃焼させる作用、(ii)アルカリ金属イオンによりC−C結合を切断する作用、等を利用した触媒作用が着目されていた。これに対して、本発明者らは、PM燃焼触媒は、固体(PM)とガス(酸素)との反応を促進するものであることから、これまでの触媒作用に加えて、PMが付着しやすい触媒であると、ルーズコンタクトのような現実的な状況においてもより優れた触媒作用を発揮するものと考えた。   In the development of conventional PM combustion catalysts, for example, (i) an action of oxidizing and burning PM with active oxygen generated by Ag or a specific composite oxide, and (ii) an action of cutting a C—C bond with alkali metal ions Attention has been focused on catalytic action utilizing the above. On the other hand, since the PM combustion catalyst promotes the reaction between the solid (PM) and the gas (oxygen), the PM adheres in addition to the conventional catalytic action. It was considered that an easy-to-use catalyst would exhibit better catalytic action even in realistic situations such as loose contact.

この考えに基づき、発明者らは、PM(炭素)との付着仕事が大きな酸化物であって、PM燃焼触媒作用を有するものを詳細に検討した。その結果、Feを含む酸化物がPMとの付着仕事が大きく、更に、アルカリ土類金属を含有した複合酸化物とすることで優れたPM燃焼触媒作用を有することを見出した。また、前記複合酸化物において、Feの一部をTiで置換した場合にも優れたPM燃焼触媒作用を有し、更に耐熱性が向上することも見出した。即ち、アルカリ土類金属Mと(Fe1−xTi)とを含有し、特定の割合の(Fe1−xTi)を含有した複合酸化物が、PMに積極的に付着してPM燃焼温度を低下できることを見出し、本発明を完成した。 Based on this idea, the inventors examined in detail an oxide having a large adhesion work with PM (carbon) and having PM combustion catalytic action. As a result, it has been found that the oxide containing Fe has a large adhesion work with PM, and has an excellent PM combustion catalytic action by using a complex oxide containing an alkaline earth metal. It was also found that the composite oxide has an excellent PM combustion catalytic action even when a part of Fe is substituted with Ti, and heat resistance is further improved. That is, the composite oxide containing the alkaline earth metal M and (Fe 1-x Ti x ) and containing a specific ratio of (Fe 1-x Ti x ) is positively adhered to the PM. The present inventors have found that the combustion temperature can be lowered and completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の要旨とするものである。
[1]アルカリ土類金属Mと(Fe1−xTix)とを含有する複合酸化物粒子であって、(Fe1−xTix)/{(Fe1−xTix)+M}モル比が0.33以上0.93以下であり、かつTi/(Fe+Ti)モル比である前記xが0.03≦x≦0.24であることを特徴とする粒子状物質燃焼触媒。
[2]更に、前記複合酸化物粒子に担持されたAgを有することを特徴とする上記(1)記載の粒子状物質燃焼触媒。
[3]更に、前記複合酸化物粒子に担持されたPdを有することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の粒子状物質燃焼触媒。
[4]前記複合酸化物粒子が、式(I)〜(V)のいずれかで表される結晶相を有することを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の粒子状物質燃焼触媒。

Figure 0005358362
(ここで、xは0.03≦x≦0.24であり、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)
[5]前記複合酸化物粒子が複数の結晶相を含むことを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかに記載の粒子状物質燃焼触媒。
[6]前記アルカリ土類金属Mが、Sr若しくはCa、又はSrとCaの両方であることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれかに記載の粒子状物質燃焼触媒。
[7]上記[1]〜[]のいずれかに記載の粒子状物質燃焼触媒を含有することを特徴とするディーゼル・パーティキュレート・フィルター。 That is, the present invention has the following gist.
[1] Composite oxide particles containing an alkaline earth metal M and (Fe1-xTix), and a (Fe1-xTix) / {(Fe1-xTix) + M} molar ratio is 0.33 or more and 0.93 The particulate material combustion catalyst, wherein x is a Ti / (Fe + Ti) molar ratio and is 0.03 ≦ x ≦ 0.24.
[2] The particulate matter combustion catalyst according to (1), further comprising Ag supported on the composite oxide particles.
[3] The particulate matter combustion catalyst according to (1) or (2), further comprising Pd supported on the composite oxide particles.
[4] The particulate oxide according to any one of [1] to [3], wherein the composite oxide particles have a crystal phase represented by any one of formulas (I) to (V). Material combustion catalyst.
Figure 0005358362
(Here, x is 0.03 ≦ x ≦ 0.24, and δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition.)
[5] The particulate matter combustion catalyst according to any one of [1] to [4], wherein the composite oxide particles include a plurality of crystal phases.
[6] The particulate matter combustion catalyst according to any one of [1] to [5], wherein the alkaline earth metal M is Sr or Ca, or both Sr and Ca.
[7 ] A diesel particulate filter comprising the particulate combustion catalyst according to any one of [1] to [ 6 ].

本発明によれば、ディーゼルエンジンから発生する排ガスに含まれるPMを低温で燃焼できるので、PMを燃焼させるために排ガス温度を上げる負担が軽減される。つまり、PM燃焼開始温度を下げることができるので、DPF中に堆積したPMを低温で燃焼して除去してDPFを再生できる。また、DOCへの負荷が低減でき、燃費を向上させることができる。DPF再生温度を低くできるので、DPFへの熱負荷も軽減できる。また、本発明のPM燃焼触媒は、希土類金属を含まず、耐久性に優れるので、廉価な触媒システムを設計できる。   According to the present invention, since PM contained in exhaust gas generated from a diesel engine can be burned at a low temperature, the burden of raising the exhaust gas temperature in order to burn PM is reduced. That is, since the PM combustion start temperature can be lowered, PM accumulated in the DPF can be burned and removed at a low temperature to regenerate the DPF. In addition, the load on the DOC can be reduced, and fuel consumption can be improved. Since the DPF regeneration temperature can be lowered, the heat load on the DPF can also be reduced. Moreover, since the PM combustion catalyst of the present invention does not contain rare earth metals and is excellent in durability, an inexpensive catalyst system can be designed.

PMに対する濡れ性が低いPM燃焼触媒における、ルーズコンタクト状態でのPM燃焼を説明する図である。(a)触媒に接触したPMは、触媒作用を受けて低温でPM燃焼するが、触媒に接触していないPMは、触媒作用を受けないのでPM燃焼は高温が必要となる。(b)触媒付近のPMは触媒作用を受けて燃焼するが、触媒に接触してないPMは燃焼しないこともある。It is a figure explaining PM combustion in a loose contact state in a PM combustion catalyst with low wettability to PM. (A) PM that contacts the catalyst undergoes catalytic action and burns at a low temperature. However, PM that does not contact the catalyst does not receive catalytic action, and therefore PM combustion requires a high temperature. (B) PM in the vicinity of the catalyst burns under catalytic action, but PM that is not in contact with the catalyst may not burn. PMに対する濡れ性が高いPM燃焼触媒(本発明のPM燃焼触媒)における、ルーズコンタクト状態でのPM燃焼を説明する図である。(a)ルーズコンタクト状態のPMは、触媒表面に積極的に付着して、タイトコンタクトと同様の状態となるので、触媒作用を受けて燃焼できる。(b)触媒表面に接しているPM[5]が燃焼すると、触媒表面に接していないPM[6]が、順次、触媒表面に移動して(PM[8])触媒作用を受けて燃焼するので、効率よく低温でPMが燃焼する。It is a figure explaining PM combustion in a loose contact state in PM combustion catalyst (PM combustion catalyst of the present invention) with high wettability to PM. (A) PM in a loose contact state is positively attached to the catalyst surface and is in the same state as a tight contact, and therefore can be burned by receiving a catalytic action. (B) When PM [5] in contact with the catalyst surface burns, PM [6] not in contact with the catalyst surface sequentially moves to the catalyst surface (PM [8]) and burns under catalytic action. Therefore, PM burns efficiently at low temperature. 本発明に係る複合酸化物粒子に貴金属を担持した場合の、PM燃焼触媒作用を示す模式図である。(a)貴金属を担持した複合酸化物粒子を示す全体図である。(b)酸素(O)を解離して吸収するサイトを説明する図である。(c)活性酸素によるPM燃焼を促進するサイトを説明する図である。It is a schematic diagram which shows PM combustion catalytic action at the time of carrying | supporting a noble metal on the complex oxide particle which concerns on this invention. (A) It is a general view which shows the complex oxide particle | grains which carry | supported the noble metal. (B) is a diagram illustrating a site to absorb dissociated oxygen (O 2). (C) It is a figure explaining the site which accelerates | stimulates PM combustion by active oxygen. アルミナ等の従来の担体にAgを担持した場合に、担持したAgが容易に移動し、凝集して粗大化する過程を示す模式図である。When Ag is supported on a conventional carrier such as alumina, it is a schematic diagram showing a process in which the supported Ag easily moves, aggregates and coarsens. 本発明に係る複合酸化物粒子に担持したAgの、PM追跡作用を示す模式図である。(a)複合酸化物粒子に担持したAgに接触したPMが燃焼すると、その部分の温度が上昇してAgが移動し易くなる。(b)担持したAgに接触したPM、またはAg付近のPMが燃焼すると同時に、Agが未燃のPMに向けて複合酸化物粒子表面上を移動する。(c)未燃のPMにまで移動したAgは、複合酸化物粒子とともに、PM燃焼を促進(触媒作用を発揮)する。その結果、複合酸化物粒子に堆積したPMは順次燃焼する。It is a schematic diagram which shows PM tracking effect | action of Ag carry | supported by the complex oxide particle which concerns on this invention. (A) When PM in contact with Ag supported on the composite oxide particles burns, the temperature of the portion rises and Ag easily moves. (B) The PM in contact with the supported Ag or the PM in the vicinity of Ag burns, and at the same time, Ag moves on the surface of the composite oxide particles toward the unburned PM. (C) Ag that has moved to unburned PM promotes PM combustion (exhibits catalytic action) together with the composite oxide particles. As a result, the PM deposited on the composite oxide particles burns sequentially. 本発明に係る、複数の結晶相(相I、相II、相III)を含む複合酸化物粒子のみで起こるPM燃焼(PM酸化)反応の模式図である。It is a schematic diagram of PM combustion (PM oxidation) reaction that occurs only in composite oxide particles including a plurality of crystal phases (phase I, phase II, phase III) according to the present invention. 本発明に係る、複数の結晶相(相I、相II、相III)を含む複合酸化物粒子に、貴金属が担持されている場合に起こるPM燃焼(PM酸化)反応模式図である。(a)貴金属が担持された複合酸化物粒子全体を表す図である。(b)担持された貴金属上で、酸素分子からの酸素イオンが複合酸化物の結晶格子中に取り込まれる過程を説明する模式図である。(c)担持された貴金属上で、複合酸化物の格子中の酸素イオンによってPM燃焼反応を促進させる過程を説明する模式図である。It is a PM combustion (PM oxidation) reaction schematic diagram which arises when the noble metal is carry | supported by the composite oxide particle containing several crystal phases (Phase I, Phase II, Phase III) based on this invention. (A) It is a figure showing the whole complex oxide particle | grains with which the noble metal was carry | supported. (B) It is a schematic diagram explaining the process in which the oxygen ion from an oxygen molecule is taken in the crystal lattice of complex oxide on the carry | supported noble metal. (C) It is a schematic diagram explaining the process which accelerates | stimulates PM combustion reaction by the oxygen ion in the grating | lattice of complex oxide on the carry | supported noble metal. 2種の結晶相(相i、相ii)を含む複合酸化物粒子に、貴金属が担持されている場合におけるPM燃焼反応を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining PM combustion reaction in case a noble metal is carry | supported by the composite oxide particle containing two types of crystal phases (phase i, phase ii). DPFの多孔性ハニカム側壁の断面を示す模式図である。(a)DPFに、従来のような微細な粒子触媒をコートした場合には、孔の表面から内部に渡って孔全体が触媒で塞がれるので、大きな圧損が生じる。(b)DPFの孔に対して特定の大きさの粒子の触媒を、DPFにコートした場合には、孔の表面付近を塞ぐのみであり、かつ、孔を塞いでも触媒層のガス透過性が高いので、圧損は殆ど生じない。It is a schematic diagram which shows the cross section of the porous honeycomb side wall of DPF. (A) When DPF is coated with a fine particle catalyst as in the prior art, the entire hole is blocked by the catalyst from the surface of the hole to the inside, and a large pressure loss occurs. (B) When the DPF is coated with a catalyst having a specific particle size with respect to the pores of the DPF, only the surface of the pores is blocked, and the gas permeability of the catalyst layer is not limited even when the pores are blocked. Since it is high, almost no pressure loss occurs. 模擬PM(カーボンブラック)の燃焼挙動を示すグラフである。(a)CO濃度−温度曲線;(b)CO濃度−温度曲線。It is a graph which shows the combustion behavior of simulation PM (carbon black). (A) CO 2 Concentration - temperature curve; (b) CO Concentration - temperature curve.

本発明のPM燃焼触媒は、アルカリ土類金属MとFeとを含有する複合酸化物粒子である。Feの一部はTiで置換されていてもよく、(Fe1−xTi)を含有してもよい。 The PM combustion catalyst of the present invention is a composite oxide particle containing an alkaline earth metal M and Fe. A part of Fe may be substituted with Ti, and may contain (Fe 1-x Ti x ).

複合酸化物粒子におけるアルカリ土類金属Mと、Feと、Tiとの比率を、モル比”(Fe1−xTi)/{(Fe1−xTi)+M}”が0.33以上0.93以下となるようにすることで、PMとルーズコンタクト状態であっても、空気(酸素濃度21%)よりも低酸素濃度環境下において、優れたPM燃焼触媒活性を示す複合酸化物粒子が得られる。これは、ルーズコンタクト状態(例えば、PMと触媒とをサンプル瓶に入れてシェイクして混合した状態)であっても、図2(a)に示すように、本発明のPM燃焼触媒[7]の表面にPM[2]が積極的に付着する傾向があるからである。一方、タイトコンタクト状態(例えば、乳鉢やボールミルで混合した状態)とは、通常、図2(a)に示す状態をいう。 The ratio of the alkaline earth metal M, Fe, and Ti in the composite oxide particles is such that the molar ratio “(Fe 1−x Ti x ) / {(Fe 1−x Ti x ) + M}” is 0.33 or more. By making it 0.93 or less, even in a loose contact state with PM, composite oxide particles exhibiting superior PM combustion catalytic activity in a lower oxygen concentration environment than air (21% oxygen concentration) Is obtained. Even if this is in a loose contact state (for example, a state where PM and catalyst are put in a sample bottle and shaken and mixed), as shown in FIG. 2A, the PM combustion catalyst [7] of the present invention [7] This is because PM [2] tends to adhere positively to the surface. On the other hand, the tight contact state (for example, the state mixed in a mortar or ball mill) usually refers to the state shown in FIG.

PMが積極的に付着する理由は、本発明のPM燃焼触媒表面に対するPMの付着仕事WPM-CATが大きい(濡れ性が高い)ためであると推定される。図1(a)に示される状態とは異なり、PMが触媒表面に接しているので、PM燃焼反応おいて触媒作用を受けることができる。即ち、効率よく低温でPM燃焼が起こる。また、PMが触媒表面に接していなくても、図2(b)に示しているように、触媒[7]の表面に接しているPM[5]が燃焼すると、触媒表面に接していないPM[6]は、順次触媒表面に移動して、移動したPM[8]が触媒作用を受けて燃焼するので、効率よく低温でPMが燃焼する。 The reason why the PM is positively attached is presumed to be because the work of adhesion W PM-CAT of the PM on the surface of the PM combustion catalyst of the present invention is large (high wettability). Unlike the state shown in FIG. 1A, since PM is in contact with the catalyst surface, it can be catalyzed in the PM combustion reaction. That is, PM combustion occurs efficiently at a low temperature. Further, even if the PM is not in contact with the catalyst surface, as shown in FIG. 2B, when PM [5] in contact with the surface of the catalyst [7] burns, the PM not in contact with the catalyst surface [6] sequentially moves to the catalyst surface, and the moved PM [8] undergoes catalytic action and burns, so that PM burns efficiently at a low temperature.

本発明の複合酸化物の表面には、PMが積極的に付着する理由、即ち、付着仕事WPM-CATが大きい理由は、PMを構成するベンゼン環(炭素六員環)のπ電子が、Feイオンに配位して安定な結合を形成することに起因していると推察される。また、更に、Feとアルカリ土類金属Mとの複合酸化物にすることで、酸素イオン伝導性が付与され、活性酸素を形成してPMの燃焼が促進される(触媒作用が発現する)。 The reason why PM actively adheres to the surface of the composite oxide of the present invention, that is, the reason why the adhesion work W PM-CAT is large, is that the π electrons of the benzene ring (carbon six-membered ring) constituting PM are: It is inferred that this is caused by coordination with Fe ions to form a stable bond. Furthermore, by using a composite oxide of Fe and alkaline earth metal M, oxygen ion conductivity is imparted, and active oxygen is formed to promote PM combustion (catalytic action is exhibited).

このように、本発明のPM燃焼触媒は、PMを積極的に付着する能力とPMの燃焼を促進する能力との相乗効果で、優れたPM燃焼触媒作用を発現する。したがって、優れたPM燃焼触媒作用を発現するには、特定の組成範囲の複合酸化物粒子とすることが好ましい。具体的には、上述のように、(Fe1−xTi)/{(Fe1−xTi)+M}モル比を0.33以上0.93以下の範囲とし、更に好ましく、0.40以上0.80以下の範囲とする。 Thus, the PM combustion catalyst of the present invention exhibits an excellent PM combustion catalytic action due to a synergistic effect of the ability to positively adhere PM and the ability to promote combustion of PM. Therefore, in order to exhibit an excellent PM combustion catalytic action, it is preferable to use composite oxide particles having a specific composition range. Specifically, as described above, the molar ratio of (Fe 1-x Ti x ) / {(Fe 1-x Ti x ) + M} is set to a range of 0.33 or more and 0.93 or less, and more preferably 0. The range is from 40 to 0.80.

(Fe1−xTi)/{(Fe1−xTi)+M}モル比が0.33未満では、PMの燃焼は促進されるが、PMが触媒表面に付着し難い(付着仕事が小さい)ので、PM燃焼触媒として燃焼温度が低温にならなかったり、PMを効率よく燃焼できなかったりする。一方、(Fe1−xTi)/{(Fe1−xTi)+M}モル比が0.93を超えると、PMは付着しやすいが、付着したPMの燃焼が促進されない(燃焼温度が低下しない)。 When the (Fe 1-x Ti x ) / {(Fe 1-x Ti x ) + M} molar ratio is less than 0.33, PM combustion is promoted, but PM hardly adheres to the catalyst surface (adhesion work is As a PM combustion catalyst, the combustion temperature does not become low, or PM cannot be burned efficiently. On the other hand, when the molar ratio of (Fe 1-x Ti x ) / {(Fe 1-x Ti x ) + M} exceeds 0.93, PM tends to adhere, but combustion of the adhered PM is not promoted (combustion temperature). Does not drop).

また、本発明のPM燃焼触媒となる上記複合酸化物は、Feの一部がTiで置換されてもよい。Tiで置換した場合には、耐熱性が向上する。即ち、900℃を超える温度でも安定であり、PM燃焼触媒としての触媒活性を維持できる。例えば、本発明のPM燃焼触媒を含有するDPFが、高温で長時間曝されると、触媒を構成する複合酸化物のアルカリ土類金属イオンが、炭化珪素(SiC)製DPFであればその成分であるシリコン(Si)と、コージェライト製DPFであればその成分であるアルミニウム(Al)と、徐々に反応していく場合がある。しかしながら、複合酸化物にTiが含有されていると、これらの反応が抑制される。   Further, in the composite oxide serving as the PM combustion catalyst of the present invention, part of Fe may be replaced with Ti. When substituted with Ti, the heat resistance is improved. That is, it is stable even at temperatures exceeding 900 ° C., and the catalytic activity as a PM combustion catalyst can be maintained. For example, when the DPF containing the PM combustion catalyst of the present invention is exposed to a high temperature for a long time, if the alkaline earth metal ion of the composite oxide constituting the catalyst is a DPF made of silicon carbide (SiC), its components In the case of DPF made of cordierite, it may gradually react with aluminum (Al) which is a component thereof. However, when Ti is contained in the composite oxide, these reactions are suppressed.

このような耐熱性の向上の理由は、次のように考えられる。本発明に係る複合酸化物は、酸性酸化物である酸化物と塩基性酸化物であるアルカリ土類金属酸化物とが、酸−塩基という組み合わせで形成した化合物と考えることができる。酸−塩基という組み合わせの概念に基づけば、酸化鉄に比べてより酸性である酸化物と前記複合酸化物とを接触させると、アルカリ土類金属イオンが、酸化鉄よりも酸性の高い前記酸化物と反応するおそれがあり、特に高温条件下で反応が進行する場合がある。DPFを構成するシリカやアルミナは、酸化鉄に比べてより酸性の酸化物である。そのため、上述のように、本発明のPM燃焼触媒を含むDPFを高温等の条件に曝すと、複合酸化物とDPFの構成成分とが反応する可能性がある。一方、酸化チタンは、酸化鉄よりも酸性の高い酸化物である。そのため、アルカリ土類金属イオンと酸化鉄−酸化チタン固溶体との化合物とすれば、アルカリ土類金属イオンの、他の酸化物との反応が抑制される。即ち、本発明に係る複合酸化物のFeの一部をTiで置換すれば、アルカリ土類金属イオンが他の酸化物と反応しにくくなる。   The reason for such improvement in heat resistance is considered as follows. The composite oxide according to the present invention can be considered as a compound formed by an acid-base combination of an oxide that is an acidic oxide and an alkaline earth metal oxide that is a basic oxide. Based on the concept of an acid-base combination, when an oxide that is more acidic than iron oxide is brought into contact with the composite oxide, the alkaline earth metal ion is more acidic than iron oxide. The reaction may proceed particularly under high temperature conditions. Silica and alumina constituting the DPF are more acidic oxides than iron oxide. Therefore, as described above, when the DPF containing the PM combustion catalyst of the present invention is exposed to conditions such as high temperature, there is a possibility that the composite oxide and the constituent components of the DPF react. On the other hand, titanium oxide is an oxide having higher acidity than iron oxide. Therefore, if a compound of an alkaline earth metal ion and an iron oxide-titanium oxide solid solution is used, the reaction of the alkaline earth metal ion with another oxide is suppressed. That is, if a part of Fe of the composite oxide according to the present invention is substituted with Ti, alkaline earth metal ions are difficult to react with other oxides.

また、鉄イオン(Fe3+)の半径は65pm(6配位)であり、鉄イオン(Fe2+)の半径は78pm(6配位)である。一方、チタンイオン(Ti4+)の半径は61pm(6配位)であり、鉄イオンよりも小さいので、複合酸化物のFeをTiで置換することができる。更に、イオン半径の観点から、鉄イオンが、イオン半径の小さいチタンイオンで置換されると、複合酸化物結晶のマーデルングエネルギー(Madelung energy)が低くなって安定化する。そのため、アルカリ土類金属が抜け出し難くなる。そのため、共存する他の酸化物と反応し難くなるとも考えることができる。特に、アルカリ土類金属のイオン半径が大きい(Ca以上)と、マーデルングエネルギーが高くなるので、Ti置換による安定化効果が大きいと考えられる。 The radius of iron ions (Fe 3+ ) is 65 pm (6-coordinate), and the radius of iron ions (Fe 2+ ) is 78 pm (6-coordinate). On the other hand, since the radius of titanium ions (Ti 4+ ) is 61 pm (6-coordinate) and is smaller than iron ions, Fe in the composite oxide can be replaced with Ti. Furthermore, from the viewpoint of the ionic radius, when iron ions are replaced with titanium ions having a small ionic radius, the Madelung energy of the composite oxide crystal is lowered and stabilized. Therefore, it becomes difficult for alkaline earth metals to escape. Therefore, it can be considered that it becomes difficult to react with other coexisting oxides. In particular, when the alkaline earth metal has a large ionic radius (Ca or more), the Madelung energy increases, so that the stabilization effect by Ti substitution is considered to be large.

以上のように、本発明に係る複合酸化物は、Feの一部をTiで置換されると、耐熱性が向上する。一方で、置換するTiの割合が多すぎると、PM燃焼触媒としての触媒作用が得られなくなる。したがって、Ti/(Fe+Ti)モル比、即ち、(Fe1−xTix)のxが0.03≦x≦0.24であると、優れたPM燃焼触媒活性が得られる。 As described above, the composite oxide according to the present invention has improved heat resistance when part of Fe is replaced with Ti. On the other hand, if the ratio of Ti to be substituted is too large, catalytic action as a PM combustion catalyst cannot be obtained. Accordingly, when the Ti / (Fe + Ti) molar ratio, that is, x of (Fe1-xTix) is 0.03 ≦ x ≦ 0.24, excellent PM combustion catalytic activity is obtained.

また、本発明に係る複合酸化物にTiが含まれると、上述のように、アルカリ土類金属イオンの反応性が抑制されるので、硫黄(S)とも化合物を形成し難くなり、硫黄に対してもより安定なPM燃焼触媒となる。ディーゼルエンジンの燃料(軽油)の脱硫黄化が進み、低硫黄燃料が使用されるようになってきているが、地域や用途によっては硫黄を含む燃料がいまだ使用されている。そのため、PM燃焼触媒は硫黄に対して安定であることが好ましい。本発明に係る複合酸化物において、(Fe1−xTix)のxが0.03≦x≦0.24範囲であると、硫黄に対して安定とな。前記xが、0.03未満では、排ガス中に含まれる硫黄(硫黄酸化物等)と化合物を形成する場合があり、0.24を超えると、上述のように、PM燃焼触媒としての十分な触媒作用が得られない。 In addition, when Ti is contained in the composite oxide according to the present invention, the reactivity of alkaline earth metal ions is suppressed as described above, so that it is difficult to form a compound with sulfur (S). However, it becomes a more stable PM combustion catalyst. Diesel engine fuel (light oil) has been desulfurized and low-sulfur fuel has been used. However, fuel containing sulfur is still used depending on the region and application. Therefore, it is preferable that the PM combustion catalyst is stable with respect to sulfur. In the composite oxide according to the present invention, if it is x is 0.03 ≦ x ≦ 0.24 range of (Fe1-xTix), stability and that Do to sulfur. When x is less than 0.03, it may form a compound with sulfur (sulfur oxide or the like) contained in the exhaust gas, and when it exceeds 0.24, it is sufficient as a PM combustion catalyst as described above. No catalytic action can be obtained.

本発明のPM燃焼触媒は、更に、本発明に係る複合酸化物粒子に担持された貴金属を有してもよい。担持される貴金属としては、特に限定されないが、例えば、Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au等が挙げられる。   The PM combustion catalyst of the present invention may further have a noble metal supported on the composite oxide particles according to the present invention. Although it does not specifically limit as a noble metal to carry | support, For example, Pt, Pd, Rh, Ir, Ag, Au etc. are mentioned.

図3に示すように、貴金属(例えばAg)[9]が担持された前記複合酸化物粒子[10]において、担持された貴金属部が、酸素(O)の取り込み口になったり、PMの触媒燃焼部になったりして、PM[11]の燃焼を効率化する。その結果、PMの完全燃焼性が促進される。つまり、PM燃焼によるCO発生が少なくなる。 As shown in FIG. 3, in the composite oxide particle [10] in which a noble metal (for example, Ag) [9] is supported, the supported noble metal portion serves as an oxygen (O 2 ) intake port, It becomes a catalyst combustion part, and combustion of PM [11] is made efficient. As a result, complete combustibility of PM is promoted. That is, CO generation due to PM combustion is reduced.

前記貴金属の担持率(貴金属と複合酸化物の総質量に対する貴金属の質量の百分率)は、前述のように目的に合わせて設計するので特に限定しないが、0.1質量%〜18質量%の範囲が好ましく、0.1質量%〜15質量%の範囲がより好ましく、0.3質量%〜11.0質量%の範囲が更に好ましい。   The precious metal loading rate (percentage of the precious metal mass relative to the total mass of the precious metal and the composite oxide) is not particularly limited because it is designed according to the purpose as described above, but is in the range of 0.1% by mass to 18% by mass. Is preferable, the range of 0.1% by mass to 15% by mass is more preferable, and the range of 0.3% by mass to 11.0% by mass is still more preferable.

PM燃焼触媒において、担持する貴金属のうち、Agは廉価で低温活性に優れているが、上述のように他の貴金属に比べてマイグレーションして凝集し易い。そのため、一般的には、触媒活性を長期間維持するのが困難であったり、温度が上がると溶融や凝集によってAg粒子が肥大化して触媒活性が低下したりする。つまり、図4に示すように、アルミナ等の従来の酸化物担体[12]にAg[13]を微細に担持しても、担体粒子間でも容易に担体表面上を移動して凝集した粒子[14]となり、さらに粗大なAg粒子[15]となる。また、Agの融点(961.9℃)は低く、排ガス温度が前記融点以上にまで上昇したり、また、PM燃焼によって局所的に前記融点以上に温度上昇したりすることもある。そのため、Agが溶融して容易に粗大化することもある。そのため、Agを担持する複合酸化物粒子は、従来は耐久性や耐熱性に乏しかった。   In the PM combustion catalyst, among the noble metals to be supported, Ag is inexpensive and excellent in low-temperature activity. However, as described above, Ag is more likely to migrate and aggregate than other noble metals. Therefore, in general, it is difficult to maintain the catalytic activity for a long period of time, or when the temperature rises, Ag particles are enlarged due to melting or aggregation, and the catalytic activity is reduced. That is, as shown in FIG. 4, even if Ag [13] is finely supported on a conventional oxide support [12] such as alumina or between the support particles, the particles are easily moved and aggregated on the support surface [ 14], and coarser Ag particles [15]. Further, the melting point of Ag (961.9 ° C.) is low, and the exhaust gas temperature may rise to the melting point or higher, or the temperature may locally rise to the melting point or higher due to PM combustion. Therefore, Ag may melt and become coarse easily. Therefore, the composite oxide particles supporting Ag have been poor in durability and heat resistance.

ところが、本発明に係る複合酸化物にAgを担持すると、PM燃焼触媒として、耐久性や耐熱性に優れ、PM燃焼温度を更に低下できることが見出された。また、DPFを再生するには、PMを燃焼させて(酸素と酸化反応させて)、一酸化炭素COや二酸化炭素CO等のガスとして除去する。Agを担持する本発明に係る複合酸化物粒子を含むPM燃焼触媒は、PMの完全燃焼を起こしやすくなり、一酸化炭素を殆ど発生させない。 However, it has been found that when Ag is supported on the composite oxide according to the present invention, the PM combustion catalyst is excellent in durability and heat resistance and can further lower the PM combustion temperature. To regenerate the DPF, PM is burned (oxidized with oxygen) and removed as a gas such as carbon monoxide CO or carbon dioxide CO 2 . The PM combustion catalyst including the composite oxide particles according to the present invention supporting Ag is likely to cause complete combustion of PM and hardly generate carbon monoxide.

発明者らは、担体に担持されたAgが安定に存在するためには、Agとの濡れ性が高い酸化物を担体とすると有効ではないかという考えに基づき、種々調査した。その結果、銅酸化物、コバルト酸化物、鉄酸化物が、Agに対して濡れ性が高いことが明らかになった。この知見に基づき、本発明に係る複合酸化物粒子にAgを担持して、優れたPM燃焼触媒を得た。   The inventors have conducted various investigations based on the idea that it is effective to use an oxide having high wettability with Ag in order for Ag supported on the carrier to exist stably. As a result, it became clear that copper oxide, cobalt oxide, and iron oxide have high wettability with respect to Ag. Based on this knowledge, Ag was supported on the composite oxide particles according to the present invention to obtain an excellent PM combustion catalyst.

更に、Agを担持した本複合酸化物粒子をPM燃焼触媒とすると、低温活性、完全燃焼性、耐久性・耐熱性等が向上する理由について詳細に調べ、次のような知見を得た。アルミナのようなAgと濡れにくい担体では、担持されたAgは上述のように凝集して粗大化する。粗大化したAgの周囲は、濡れ性が低いので、移動は起こりにくくなる。しかしながら、Agとの濡れ性の高い担体表面では、Agはその表面を自由に移動できる。Agは、他の貴金属に比べて移動しやすい。即ち、Agは、本発明に係る複合酸化物の表面のみを選択的に移動し、その移動範囲は濡れ性の高い該複合酸化物粒子表面に限られる。このように、前記複合酸化物粒子は、その粒子表面にAgを閉じ込こめる作用(Ag閉じ込め作用)を有すると考えることができる。   Further, when the composite oxide particles carrying Ag are used as a PM combustion catalyst, the reason why the low-temperature activity, complete combustibility, durability / heat resistance and the like are improved is investigated, and the following knowledge is obtained. In the case of a carrier that is difficult to wet with Ag such as alumina, the supported Ag aggregates and becomes coarse as described above. Since the wettability is low around the coarsened Ag, movement is less likely to occur. However, on the surface of a carrier having high wettability with Ag, Ag can freely move on the surface. Ag is easier to move than other precious metals. That is, Ag selectively moves only on the surface of the composite oxide according to the present invention, and the moving range is limited to the surface of the composite oxide particles having high wettability. Thus, it can be considered that the composite oxide particles have an action of confining Ag on the particle surface (Ag confinement action).

また、前記複合酸化物粒子の表面上でAgとPMが接触している部位で、触媒作用によってPM燃焼が起こり、温度が高くなる。温度上昇により、Agは移動し易くなり(場合によっては溶融して或いは半溶融状態で移動する)、燃焼していないPMに移動していく。このように、前記複合酸化物粒子[16]の表面上に担持されたAg[19]は、PM[17]を追跡して燃焼させる作用(PM追跡作用[20])があると考えることができる(図5)。「Ag閉じ込め作用」は、PM燃焼触媒の耐久性や耐熱性を向上させ、「PM追跡作用」は、PM燃焼触媒の低温活性や完全燃焼性を向上させる。   Further, PM combustion occurs due to catalytic action at a portion where Ag and PM are in contact with each other on the surface of the composite oxide particle, and the temperature rises. As the temperature rises, Ag becomes easy to move (in some cases, it melts or moves in a semi-molten state), and moves to unburned PM. Thus, Ag [19] supported on the surface of the composite oxide particle [16] may be considered to have an action of tracking and burning PM [17] (PM tracking action [20]). Yes (Figure 5). The “Ag confinement effect” improves the durability and heat resistance of the PM combustion catalyst, and the “PM tracking effect” improves the low temperature activity and complete combustibility of the PM combustion catalyst.

Agを担持した複合酸化物粒子によって、PM燃焼触媒として上記効果を得るには、Agの担持率(100×Ag質量/(Ag質量+複合酸化物質量))を、0.15質量%〜11.5質量%の範囲とすることが好ましく、0.25質量%〜6.5質量%の範囲とすることがより好ましい。0.15質量%未満では、上記の相乗効果が十分得られない場合がある。一方、11.5質量%を超えて高くしても、得られる効果が一定となってそれ以上の向上が見られない場合がある。   In order to obtain the above effect as a PM combustion catalyst by the composite oxide particles supporting Ag, the support ratio of Ag (100 × Ag mass / (Ag mass + composite oxide mass)) is 0.15% by mass to 11%. It is preferable to set it as the range of 0.5 mass%, and it is more preferable to set it as the range of 0.25 mass%-6.5 mass%. If it is less than 0.15% by mass, the above synergistic effect may not be obtained sufficiently. On the other hand, even if the content exceeds 11.5% by mass, the obtained effect may be constant and no further improvement may be observed.

また、本発明に係る複合酸化物粒子にPdを担持しても、より優れたPM燃焼触媒となる。即ち、PMの燃焼がより低い温度で起こり、PMが完全燃焼しやすくなる。Pdは、Agに比べて融点が高く(1554℃)、Agのようにマイグレーションし難い。つまり、上記「PM追跡作用」は殆ど有しない。一方、Pdを担持した本複合酸化物粒子は、Ptを担持したアルミナよりもPM燃焼温度が低く、耐久性や耐熱性にも優れる。PM燃焼の促進メカニズムは、図3に示した通りであると考えられるが、複合酸化物粒子表面のPdは、酸素(O)の解離に関する活性化エネルギーを低下させる作用が高いためであると推測する。 Further, even if Pd is supported on the composite oxide particles according to the present invention, a more excellent PM combustion catalyst is obtained. That is, PM combustion occurs at a lower temperature, and PM is easily burned completely. Pd has a higher melting point (1554 ° C.) than Ag and is unlikely to migrate like Ag. In other words, the “PM tracking action” is hardly present. On the other hand, the present composite oxide particles supporting Pd have a PM combustion temperature lower than that of alumina supporting Pt, and are excellent in durability and heat resistance. The mechanism for promoting PM combustion is thought to be as shown in FIG. 3, but Pd on the surface of the composite oxide particles has a high effect of reducing the activation energy related to the dissociation of oxygen (O 2 ). Infer.

Pdを担持する効果を得るには、Pdの担持率を、0.1質量%〜11.0質量%の範囲とすることが好ましく、0.1質量%〜7.0質量%の範囲とすることがより好ましい。0.1質量%未満では、前記Pdの効果が十分得られない場合がある。一方、11.0質量%を超えて高くしても、得られる効果が一定となってそれ以上の向上が見られない場合がある。   In order to obtain the effect of loading Pd, the loading ratio of Pd is preferably in the range of 0.1% by mass to 11.0% by mass, and in the range of 0.1% by mass to 7.0% by mass. It is more preferable. If it is less than 0.1% by mass, the effect of Pd may not be sufficiently obtained. On the other hand, even if the content is higher than 11.0% by mass, the obtained effect may be constant and no further improvement may be observed.

PdとAgの両方を担持した本発明に係る複合酸化物粒子は、更に、PM燃焼温度を低くできる。これは、両方の貴金属がそれぞれ、酸素の分子の解離作用とPM燃焼促進作用と役割分担するためであると考える。例えば、担持されたPd部が、酸素の解離を促進して複合酸化物中への酸素イオンの吸収口として作用し、担持されたAg部に酸素イオン(活性酸素)が供給されてその酸素イオンによってPM燃焼が促進される。このような役割分担により、効率的に(相乗的に)PM燃焼を促進すると考えられる。PdとAgの両方を担持する場合には、Pd担持率/Ag担持率の比が、0.01〜2.0であるのが好ましく、より好ましくは、0.02〜1.0である。   The composite oxide particles according to the present invention supporting both Pd and Ag can further lower the PM combustion temperature. This is because both noble metals share roles of oxygen molecule dissociation and PM combustion promotion. For example, the supported Pd part promotes the dissociation of oxygen and acts as an oxygen ion absorption port into the composite oxide, and oxygen ions (active oxygen) are supplied to the supported Ag part, and the oxygen ions By this, PM combustion is promoted. It is considered that PM combustion is promoted efficiently (synergistically) by such role sharing. When both Pd and Ag are supported, the ratio of Pd support / Ag support is preferably 0.01 to 2.0, and more preferably 0.02 to 1.0.

本発明のアルカリ土類金属Mと、(Fe1−xTi)とを含有する複合酸化物粒子は、例えば、一般式 M(Fe1−XTiとして表される。具体的な例としては、一般式 M(Fe1−xTi)O、M(Fe1−xTi)、M(Fe1−xTi)10、M(Fe1−XTi)O、M(Fe1−xTi)、M(Fe1−xTi)14、M(Fe1−XTi)、M(Fe1−xTi)14、M(Fe1−xTi)32、M(Fe1−xTi)、M(Fe1−xTi)、M(Fe1−xTi)、M(Fe1−xTi)15、M(Fe1−xTi)、及びM(Fe1−xTi)12として表される。特に好ましいのは、一般式(I)〜(V)で表される結晶相を有する複合酸化物粒子である。 Alkaline earth present invention and the metal M, the composite oxide particles containing the (Fe 1-x Ti x), for example, the general formula M s (Fe 1-X Ti x) expressed as m O n. Specific examples of the general formula M (Fe 1-x Ti x ) O n, M (Fe 1-x Ti x) 2 O n, M 7 (Fe 1-x Ti x) 10 O n, M 2 (Fe 1-X Ti x) O n, M 3 (Fe 1-x Ti x) 2 O n, M 5 (Fe 1-x Ti x) 14 O n, M (Fe 1-X Ti x) 4 O n, M 2 (Fe 1- x Ti x) 14 O n, M 3 (Fe 1-x Ti x) 32 O n, M 4 (Fe 1-x Ti x) 9 O n, M 4 (Fe 1- x Ti x) 6 O n, M (Fe 1-x Ti x) 3 O n, M 3 (Fe 1-x Ti x) 15 O n, M 3 (Fe 1-x Ti x) 4 O n, and M (Fe 1-x Ti x ) expressed as 12 O n. Particularly preferred are composite oxide particles having a crystal phase represented by general formulas (I) to (V).

Figure 0005358362
(ここで、xは0.03≦x≦0.24であり、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)
Figure 0005358362
(Here, x is 0.03 ≦ x ≦ 0.24, and δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition.)

これらの結晶相を有する複合酸化物粒子は、PM燃焼触媒作用がより大きく、貴金属(特に、AgやPd)を担持してPM燃焼触媒とすると、より優れた触媒効果が得られる。   The composite oxide particles having these crystal phases have a larger PM combustion catalytic action, and if a noble metal (particularly Ag or Pd) is supported to form a PM combustion catalyst, a more excellent catalytic effect can be obtained.

これらの複合酸化物の結晶相は、酸化物の結晶解析方法で分析できる。例えば、X線回折法、電子線回折法、中性子線回折法等を使用して、結晶相を判定、定量できる。   The crystal phase of these composite oxides can be analyzed by the oxide crystal analysis method. For example, the crystal phase can be determined and quantified using X-ray diffraction, electron beam diffraction, neutron diffraction, or the like.

本発明に係る複合酸化物は、酸素イオンと電子との混合伝導体である。図3で示したように、複合酸化物の結晶格子中の酸素イオン(O2−)が移動し易く(その補償として反対に電子が移動するが、図3では電子移動の記載を省略している)、前記酸素イオンがPM燃焼(PMの酸化反応)に関与する。そのため、本発明に係る複合酸化物は、PM燃焼触媒としての触媒活性が高いと考えられる。酸素イオンは、酸素分子Oに比べて活性が高く(活性酸素)、酸化反応に有効であることが知られている(例えば、特開平6−57470号公報を参照)。 The composite oxide according to the present invention is a mixed conductor of oxygen ions and electrons. As shown in FIG. 3, oxygen ions (O 2− ) in the crystal lattice of the complex oxide move easily (electrons move in the opposite direction as compensation, but in FIG. 3, the description of electron transfer is omitted. The oxygen ions are involved in PM combustion (PM oxidation reaction). Therefore, the composite oxide according to the present invention is considered to have high catalytic activity as a PM combustion catalyst. It is known that oxygen ions have a higher activity (active oxygen) than the oxygen molecule O 2 and are effective in oxidation reactions (see, for example, JP-A-6-57470).

従来から、酸素イオンO2−を活性酸素として酸化反応に寄与させるために、酸素イオン伝導体に電圧を印加する方法や、酸素供給源(高酸素分圧)と反応室とに分けて酸素の濃度勾配で酸素イオンを移動・供給させる方法(特開2009−142789号公報を参照)などが知られている。これらの方法では、電圧印加や酸素濃度勾配がなければ、酸素イオンが移動し易い酸化物が存在しても、酸素イオンは発生せず、酸化反応は促進されない。 Conventionally, in order to contribute to the oxidation reaction using oxygen ions O 2− as active oxygen, a method of applying a voltage to the oxygen ion conductor, or an oxygen supply source (high oxygen partial pressure) and a reaction chamber are separated. A method of moving and supplying oxygen ions with a concentration gradient (see JP 2009-142789 A) is known. In these methods, if there is no voltage application or oxygen concentration gradient, oxygen ions are not generated and the oxidation reaction is not promoted even if there is an oxide in which oxygen ions easily move.

ところが、本発明に係る複合酸化物粒子には、複数の結晶相(少なくとも2種の結晶相)が含まれ、ケミカルポテンシャルの異なる相が接触している。このように、1つの粒子中にケミカルポテンシャルが異なる部位が存在すると、ケミカルポテンシャルの高い方から低い方に向かって、(ケミカルポテンシャルの差が駆動力となって)酸素イオンが移動することができる。したがって、電圧印加や酸素濃度勾配を故意に作らなくても、酸素分子を酸素イオンとして取り込みながら、堆積したPMを酸素イオンで酸化するという反応サイクルが形成され、PM燃焼がより促進される。このように、複数の結晶相が存在する本発明に係る複合酸化物粒子は、酸素分子からの酸素イオンの取り込み口(図6における相II[25])と、酸素イオンを放出する部位(図6では相I[24])と、を有する。   However, the composite oxide particles according to the present invention include a plurality of crystal phases (at least two crystal phases), and phases having different chemical potentials are in contact with each other. In this way, when there are parts having different chemical potentials in one particle, oxygen ions can move from the higher chemical potential to the lower one (the difference in chemical potential becomes the driving force). . Accordingly, a reaction cycle is formed in which the deposited PM is oxidized with oxygen ions while oxygen molecules are taken in as oxygen ions without intentionally creating a voltage application or oxygen concentration gradient, and PM combustion is further promoted. As described above, the composite oxide particle according to the present invention having a plurality of crystal phases has an oxygen ion intake port (phase II [25] in FIG. 6) from oxygen molecules and a site (FIG. 6) that releases oxygen ions. 6 has a phase I [24]).

酸素分子からの酸素イオンを複合酸化物の結晶格子中に取り込むには、次式(1)のように、酸素分子を酸素イオンに解離させる必要がある。複数の結晶相(相I[24]、相II[25]、相III[26])が存在する前記複合酸化物粒子に、貴金属[27]が担持されていると(図7(b))、貴金属が酸素分子の解離を次式(2)のようにして促進させる。   In order to incorporate oxygen ions from oxygen molecules into the crystal lattice of the complex oxide, it is necessary to dissociate the oxygen molecules into oxygen ions as represented by the following formula (1). When noble metal [27] is supported on the composite oxide particles in which a plurality of crystal phases (phase I [24], phase II [25], phase III [26]) are present (FIG. 7B) The noble metal promotes the dissociation of oxygen molecules as shown in the following formula (2).

Figure 0005358362
Figure 0005358362

更に、担持されている貴金属のもう一つの役割として、PM[23]を吸着して活性化させ(特に、SOF等のHCが表面を覆っているPMに有効である)、複合酸化物の格子中の酸素イオンとの酸化反応(PM[23]の燃焼)を促進させる(図7(c))。   Furthermore, as another role of the supported noble metal, PM [23] is adsorbed and activated (especially effective for PM whose surface is covered with HC such as SOF), and a complex oxide lattice. The oxidation reaction (combustion of PM [23]) with oxygen ions therein is promoted (FIG. 7 (c)).

複合酸化物粒子に複数の結晶相が含まれることは、上述のような技術思想からすると、ケミカルポテンシャルの異なる相が複数存在することである。例えば、前記複合酸化物を構成するカチオンの種類や組成が互いに異なる化合物又は相が、1つの粒子内に複数存在することを意味する。異なる化合物又は相とは、前述の例示のように、アルカリ土類金属Mと(Fe1−xTi)との組成比が異なる酸化物結晶などでありうる。また、同じ化合物であっても結晶構造が異なる場合も異なる相といえる。 The inclusion of a plurality of crystal phases in the composite oxide particles means that there are a plurality of phases having different chemical potentials from the technical idea as described above. For example, it means that a plurality of compounds or phases having different types and compositions of cations constituting the composite oxide exist in one particle. The different compound or phase may be an oxide crystal having a different composition ratio between the alkaline earth metal M and (Fe 1-x Ti x ) as illustrated above. Moreover, even if it is the same compound, it can be said that it is a different phase also when crystal structures differ.

本発明において、複数(2種類以上)の結晶相を含むということは、例えば、第1の結晶相と第2の結晶相との2種の結晶相を含み、第2の結晶相の含有量が結晶相全体の0.5モル%以上であることをいう。第2の結晶相の含有量が、0.5モル%未満では、複数の結晶相としている上述の効果が得られないことがある。より好ましくは、結晶相を複数含む複合酸化物粒子が、1つの結晶相と他の1又は2以上の結晶相が含み、前記他の1又は2以上の結晶相の含有量が、結晶相全体の3モル%以上、5モル%以上、あるいは9モル%以上、さらには12モル%以上であることをいう。20モル%以上であってもよい。   In the present invention, including a plurality of (two or more) crystal phases includes, for example, two types of crystal phases, a first crystal phase and a second crystal phase, and the content of the second crystal phase. Is 0.5 mol% or more of the entire crystal phase. When the content of the second crystal phase is less than 0.5 mol%, the above-described effect of forming a plurality of crystal phases may not be obtained. More preferably, the composite oxide particle including a plurality of crystal phases includes one crystal phase and one or more other crystal phases, and the content of the other one or more crystal phases is such that the entire crystal phase 3 mol% or more, 5 mol% or more, or 9 mol% or more, and further 12 mol% or more. It may be 20 mol% or more.

上述のメカニズムを踏まえれば、1つの粒子内に複数の結晶相が存在すれば、上記効果が得られる。よって、1つの粒子内に存在する結晶相の種類は複数であればいくつであってもよい。但し、1つの粒子に6つ以上の結晶相を含む粒子を作製するのは、製造条件が複雑になり効率的に得られない場合がある。   Based on the above mechanism, the above effect can be obtained if a plurality of crystal phases exist in one particle. Accordingly, the number of crystal phases present in one particle may be any number as long as it is plural. However, producing particles containing 6 or more crystal phases in one particle may be difficult to obtain efficiently due to complicated manufacturing conditions.

また、1つの粒子に存在する複数の結晶相のサイズは、粒子サイズ未満であり、2〜5nmサイズであってもよい。ただし、図6等では模式的に大きく図示されている。   Moreover, the size of the plurality of crystal phases present in one particle is less than the particle size and may be 2 to 5 nm. However, it is shown schematically schematically in FIG.

前記アルカリ土類金属Mとしては、Be、Mg、Ca、Sr、Ba及びRaが挙げられる。前記アルカリ土類金属は、1種又は2種以上使用できる。(Fe1−xTi)との複合酸化物の形成しやすさから、Mg、Ca、Sr、Baが好ましい。 Examples of the alkaline earth metal M include Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra. The alkaline earth metal can be used alone or in combination of two or more. Mg, Ca, Sr, and Ba are preferable because of the ease of forming a composite oxide with (Fe 1-x Ti x ).

前記アルカリ土類金属MにSrが含まれると、ディーゼルエンジンの排ガスにおける酸素分圧範囲のうち、酸素分圧が低い(例えば、10%未満)領域でも、優れたPM燃焼触媒活性を示す。また、前記アルカリ土類金属MにCaが含まれると、耐久性(耐熱性)により優れるPM燃焼触媒が得られる。特に、本発明のPM燃焼触媒が、ハニカム基体に活性アルミナを接着材としてコートされた場合には、前記効果が顕著に現れる。アルカリ土類金属Mの総量に対するCaのモル比Ca/Mは、0.1〜1.0であると好ましく、0.2〜0.95であるとより好ましい。   When Sr is contained in the alkaline earth metal M, excellent PM combustion catalytic activity is exhibited even in a region where the oxygen partial pressure is low (for example, less than 10%) in the oxygen partial pressure range in the exhaust gas of the diesel engine. Moreover, when Ca is contained in the alkaline earth metal M, a PM combustion catalyst that is superior in durability (heat resistance) can be obtained. In particular, when the PM combustion catalyst of the present invention is coated on a honeycomb substrate using activated alumina as an adhesive, the above-described effect is remarkably exhibited. The molar ratio Ca / M of Ca to the total amount of the alkaline earth metal M is preferably 0.1 to 1.0, and more preferably 0.2 to 0.95.

本発明に係る複合酸化物粒子の粒子サイズは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定される体積累積基準D50(中心粒径)で、0.5μm〜100.0μmの範囲が好ましい。通常の酸化物担体や酸化物触媒では、粒径が小さい(例えば100nm以下)方が、貴金属を微細に分散できたり、触媒面積が広くなったりして好ましい。一方、本発明の触媒は上述のようなPM燃焼触媒作用を示すので、そのような小さな粒子にしなくても、十分なPM燃焼触媒活性が得られる。   The particle size of the composite oxide particles according to the present invention is preferably in the range of 0.5 μm to 100.0 μm in terms of volume accumulation standard D50 (center particle size) measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method. In a normal oxide carrier or oxide catalyst, a smaller particle size (for example, 100 nm or less) is preferable because the noble metal can be finely dispersed and the catalyst area is increased. On the other hand, since the catalyst of the present invention exhibits the PM combustion catalytic action as described above, sufficient PM combustion catalytic activity can be obtained without using such small particles.

中心粒径D50が0.5μm未満であると、PM燃焼触媒活性は十分であるが、製造過程における粉砕等による粒径調製に時間がかかり、経済的でない場合がある。一方、中心粒径D50が100.0μmを超えると、DPF等へコートするスラリー中で均一に分散させることが難しくなる(沈降しやすくなる)場合がある。   When the center particle size D50 is less than 0.5 μm, the PM combustion catalyst activity is sufficient, but it takes time to prepare the particle size by pulverization or the like in the production process, which may not be economical. On the other hand, when the center particle diameter D50 exceeds 100.0 μm, it may be difficult to disperse uniformly in the slurry to be coated on DPF or the like (sedimentation is likely to occur).

本発明に係る複合酸化物粒子の粒子サイズ(粒子径Dp)は、更に、DPFの多孔性ハニカム側壁の平均孔径Dhに対して、Dh/20≦Dp≦Dhの関係であると好ましい。PM燃焼触媒は、DPFにコートして使用される場合が殆どである。DPFは、PMを捕集できるとともに、排ガスの圧損が小さいことが重要である。そのため、PM燃焼触媒をDPFにコートしたときに、排ガスの圧損が大きくならないことが望まれる。よって、本発明のPM燃焼触媒も、DPFにコートした場合に、DPFの圧損に与える影響が少ない(圧損が大きくならない)ことが好ましい。即ち、図8(a)に示されるように、PM燃焼触媒が、PMと同様に、DPFの孔内に堆積して孔を塞いでしまうことは望ましくない。   The particle size (particle diameter Dp) of the composite oxide particles according to the present invention is preferably further in a relationship of Dh / 20 ≦ Dp ≦ Dh with respect to the average pore diameter Dh of the DPF porous honeycomb side wall. In most cases, the PM combustion catalyst is coated on a DPF. It is important for the DPF to collect PM and to reduce the pressure loss of the exhaust gas. Therefore, it is desirable that the pressure loss of the exhaust gas does not increase when the DPF is coated with the PM combustion catalyst. Therefore, it is preferable that the PM combustion catalyst of the present invention also has little influence on the pressure loss of the DPF when the DPF is coated (the pressure loss does not increase). That is, as shown in FIG. 8A, it is not desirable that the PM combustion catalyst is deposited in the hole of the DPF and closes the hole, like PM.

以上の観点から、本発明者らは、PM燃焼触媒となる粒子の粒径が、DPFの孔内に入り込んで孔を塞いでしまうような粒径であると、排ガスの大きな圧損を引き起こすと考え、詳細に検討した。その結果、上記のように、DPFの平均孔径Dhの1/20以上の粒子サイズであると、排ガスの圧損を殆ど起こさないことを見出した(図8(b))。つまり、図8(a)のように、微細な粒子[31]は、DPFの多孔質構成材[30]を、孔内部を含む孔全体を緻密に塞ぎ、ガスが通過し難くなり圧損が高くなる。一方、図8(b)のように、ある程度大きな粒子[32]は、DPFの多孔質構成材[30]の孔を塞いだとしても孔入口付近に留まり、かつガスが通過できる大きな隙間があるので、圧損を殆ど起こさない。但し、DpがDhより大きいと、DPFの圧損は起こさないが、PM燃焼触媒として触媒作用が十分発揮できない場合がある。   From the above viewpoints, the present inventors believe that if the particle size of the particles serving as the PM combustion catalyst is a particle size that enters the pores of the DPF and closes the pores, a large pressure loss of the exhaust gas is caused. , Examined in detail. As a result, as described above, it was found that the pressure loss of the exhaust gas hardly occurs when the particle size is 1/20 or more of the average pore diameter Dh of the DPF (FIG. 8B). That is, as shown in FIG. 8A, the fine particles [31] close the entire pore including the inside of the DPF porous component [30] densely, making it difficult for gas to pass through and causing high pressure loss. Become. On the other hand, as shown in FIG. 8 (b), the somewhat large particles [32] remain in the vicinity of the hole entrance even if they block the hole of the DPF porous component [30], and there is a large gap through which gas can pass. Therefore, almost no pressure loss occurs. However, when Dp is larger than Dh, the pressure loss of DPF does not occur, but the catalytic action may not be sufficiently exhibited as a PM combustion catalyst.

ここで、粒子径Dpとは、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定される体積累積基準D50(中心粒径)を意味する。平均孔径Dhとは、水銀圧入法にて測定される細孔分布から算出する平均孔径を意味する。   Here, the particle diameter Dp means a volume accumulation standard D50 (center particle diameter) measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method. The average pore diameter Dh means an average pore diameter calculated from a pore distribution measured by a mercury intrusion method.

更に、DPFの圧損の抑制という観点から、前記酸化物粒子の前記測定法で得られる粒度分布において、粒子径0.1μm以下粒子が10%未満であるとより好ましい。   Furthermore, from the viewpoint of suppressing the pressure loss of the DPF, in the particle size distribution obtained by the measurement method of the oxide particles, it is more preferable that the particle size is 0.1 μm or less and less than 10%.

本発明に係る、アルカリ土類金属Mと(Fe1−xTi)とを含有する複合酸化物粒子は、固相反応法、共沈法やゾル・ゲル法などの液相法、化学気相析出法、レーザーアブレーション法等の任意の方法で製造されうる。例えば、固相反応法と共沈法による製造方法を以下に説明する。 The composite oxide particles containing the alkaline earth metal M and (Fe 1-x Ti x ) according to the present invention are prepared by a liquid phase method such as a solid phase reaction method, a coprecipitation method or a sol-gel method, It can be produced by any method such as a phase precipitation method or a laser ablation method. For example, a production method using a solid phase reaction method and a coprecipitation method will be described below.

固相反応法による製造では、出発原料として、アルカリ土類金属Mの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、有機酸塩、硫酸塩等;Feの酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩;Tiの酸化物等を使用することができる。前記M、Fe、Tiの出発原料を所望の組成になるようにそれぞれ秤量し、混合した後、800〜1250℃の範囲内で仮焼する。出発原料の混合は、湿式、乾式のいずれでもよく、乳鉢混合、ボールミル、遊星ボールミル、ドラムミキサー、ピンミル等既存の方法であればどのような方法で行ってもよい。仮焼して得られる複合酸化物は、粉砕し、場合によっては分級して、使用される。   In the production by the solid phase reaction method, as starting materials, oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, organic acid salts, sulfates, etc. of alkaline earth metals M; Fe oxides, hydroxides, nitrates, sulfuric acid, etc. Salt; Ti oxide or the like can be used. The starting materials of M, Fe, and Ti are weighed so as to have a desired composition, mixed, and then calcined within a range of 800 to 1250 ° C. Mixing of the starting materials may be either wet or dry, and may be performed by any existing method such as mortar mixing, ball mill, planetary ball mill, drum mixer, pin mill and the like. The composite oxide obtained by calcination is used after being pulverized and classified in some cases.

共沈法による製造では、出発原料として、アルカリ土類金属Mの硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩等;FeとTiの硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、塩化物、キレート錯体、有機酸塩等を使用することができる。前記M、Fe、Tiの出発原料を所望の組成になるようにそれぞれ秤量し、水に溶解する。pH調整剤を添加して溶液のpHを中性〜塩基性にするか、又は共沈剤(シュウ酸塩、クエン酸塩等)を添加して、溶解しているM、Ti、Feのイオンを共沈させる。共沈物を、ろ過あるいは遠心分離によって分離・洗浄して、乾燥した後、800〜1250℃の範囲内で仮焼する。仮焼して得られる複合酸化物は、必要に応じて、粉砕、分級して使用される。   In the production by the coprecipitation method, as starting materials, nitrates, sulfates, organic acid salts, etc. of alkaline earth metals M; Fe and Ti nitrates, sulfates, hydroxides, chlorides, chelate complexes, organic acid salts, etc. Can be used. The starting materials of M, Fe and Ti are weighed so as to have a desired composition and dissolved in water. Add pH adjuster to make the pH of the solution neutral to basic, or add coprecipitate (oxalate, citrate, etc.) to dissolve dissolved M, Ti, Fe ions Co-precipitate. The coprecipitate is separated and washed by filtration or centrifugation, dried, and calcined in the range of 800 to 1250 ° C. The composite oxide obtained by calcination is used after being pulverized and classified as necessary.

本発明に係る複合酸化物粒子に、複数(2種以上)の結晶相を含ませるには、それぞれの製造方法における原料組成を、複合酸化物単相の化学量論比とは異なる原料組成比とすればよい。それにより、仮焼により複数相が形成される。すなわち、複数の金属が単一の複合酸化物を形成できない原料組成とすることで、複数の結晶相を含む複合酸化物粒子を製造することができる。例えば、前述のM(Fe,Ti)で表される結晶相を形成する場合、Mと(Fe,Ti)との組成比が、化学量論的に単一結晶相(単一化合物)を形成できない組成とする。Mと(Fe,Ti)との組成比(モル比)を、単一相を形成する組成比から、少なくとも0.005、少なくとも0.03、少なくとも0.05、さらには少なくとも0.09、少なくとも0.20異ならせることが好ましい。 In order to include multiple (two or more) crystal phases in the composite oxide particles according to the present invention, the raw material composition in each production method is different from the stoichiometric ratio of the composite oxide single phase. And it is sufficient. Thereby, a plurality of phases are formed by calcination. That is, composite oxide particles including a plurality of crystal phases can be produced by using a raw material composition in which a plurality of metals cannot form a single composite oxide. For example, the above-mentioned M s (Fe, Ti) when forming a crystal phase represented by m O n, M and (Fe, Ti) composition ratio of the stoichiometric single crystal phase (single Compound) is not formed. The composition ratio (molar ratio) of M and (Fe, Ti) is at least 0.005, at least 0.03, at least 0.05, or even at least 0.09 from the composition ratio forming a single phase. It is preferable that the difference is 0.20.

本発明に係る複合酸化物粒子に貴金属を担持する方法は、特に限定しないが、例えば、以下の方法で担持できる。水溶性の貴金属塩(例えば、硝酸塩、亜硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩、アンミン錯体など)、又は貴金属コロイドを水に加える。更に、前記溶液中に前記複合酸化物粒子を加えて、攪拌、超音波分散等で分散する。前記懸濁溶液の水分を除去し、乾燥させた後、400〜900℃の範囲で熱処理することで、貴金属を担持した本発明のPM燃焼触媒を作製できる。前記熱処理温度のより好ましい範囲は、450〜700℃である。   The method for supporting the noble metal on the composite oxide particles according to the present invention is not particularly limited, and for example, it can be supported by the following method. A water-soluble noble metal salt (eg, nitrate, nitrite, chloride, acetate, sulfate, ammine complex, etc.) or a noble metal colloid is added to water. Further, the composite oxide particles are added to the solution and dispersed by stirring, ultrasonic dispersion or the like. The PM combustion catalyst of the present invention carrying a noble metal can be produced by removing the water from the suspension and drying it, followed by heat treatment in the range of 400 to 900 ° C. A more preferable range of the heat treatment temperature is 450 to 700 ° C.

本発明のPM燃焼触媒は、スラリーとしてDPFにウォッシュコートされ、ディーゼル・パーティキュレート・フィルター(Catalyzed DPF)とすることができる。前記スラリーは、PM燃焼触媒および結合材等を分散して調製する。結合剤としては、例えば、硝酸アルミニウム、コロイダルシリカ、ρ−アルミナ、有機バインダー等が挙げられる。本発明で使用できるDPFは、特に限定されないが、例えば、コージェライト製DPF、炭化珪素製DPF等が挙げられる。前記DPFのウォールスルーとなる多孔質壁面の孔サイズは、平均値が5μm〜80μmの範囲が好ましい。   The PM combustion catalyst of the present invention is wash-coated on DPF as a slurry, and can be a diesel particulate filter (Catalyzed DPF). The slurry is prepared by dispersing a PM combustion catalyst and a binder. Examples of the binder include aluminum nitrate, colloidal silica, ρ-alumina, and an organic binder. The DPF that can be used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include cordierite DPF and silicon carbide DPF. The average pore size of the porous wall surface serving as the wall-through of the DPF is preferably in the range of 5 μm to 80 μm.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
アルカリ土類金属Mと(Fe1−xTi)とを含有する複合酸化物粒子を調製し、PM燃焼触媒としての評価を行った。
Example 1
Composite oxide particles containing alkaline earth metal M and (Fe 1-x Ti x ) were prepared and evaluated as PM combustion catalysts.

アルカリ土類金属Mの原料として炭酸塩(MCO)を、Fe,Tiの原料として酸化物(Fe、TiO)を用いた。表1−1〜1−17の「アルカリ土類金属Mのモル比」欄、「(Fe1−xTi)/{(Fe1−xTi)+M}モル比」欄、「Ti/(Fe+Ti)モル比(x値)」欄、及び「複合酸化物粒子の相とその割合(%)」欄に示したようなM,Fe,Tiのモル比の関係で、前記原料を秤量して、ボールミルで混合した。 Carbonate (MCO 3 ) was used as a raw material for alkaline earth metal M, and oxides (Fe 2 O 3 , TiO 2 ) were used as raw materials for Fe and Ti. “Molar ratio of alkaline earth metal M” column in Table 1-1 to 1-17, “(Fe 1−x Ti x ) / {(Fe 1−x Ti x ) + M} molar ratio” column, “Ti / The raw materials are weighed in the relationship of the molar ratio of M, Fe, and Ti as shown in the column of (Fe + Ti) molar ratio (x value) and the phase of composite oxide particles and their ratio (%). And mixed with a ball mill.

前記混合粉末を、表1−1〜1−17の「仮焼温度(℃)」欄に示した900〜1100℃で5時間仮焼し、仮焼粉末をボールミルで粉砕した。前記粉砕粉末を、更に、同温で5時間仮焼し、仮焼粉末をボールミルで粉砕し、本発明に係る複合酸化物粒子と比較例となる複合酸化物粒子を作製し、貴金属を担持していないPM燃焼触媒とした。   The mixed powder was calcined for 5 hours at 900 to 1100 ° C. shown in the “calcining temperature (° C.)” column of Tables 1-1 to 1-17, and the calcined powder was pulverized with a ball mill. The pulverized powder is further calcined at the same temperature for 5 hours, and the calcined powder is pulverized with a ball mill to produce composite oxide particles according to the present invention and a composite oxide particle as a comparative example, supporting a noble metal. The PM combustion catalyst was not used.

得られた粒子からなる粉末の結晶相は、粉末X線回折法によって同定した。複数の相が含有されている場合には、X線の回折ピークの面積から、それぞれの含有量を算出した。検量線は、単結晶相の回折ピーク面積を用いて作成した。また、1つの粒子に複数の結晶相が存在することは、透過型電子顕微鏡(TEM)で粒子を観察し、電子線回折を利用して確認した。   The crystal phase of the powder composed of the obtained particles was identified by a powder X-ray diffraction method. When a plurality of phases were contained, the respective contents were calculated from the area of the X-ray diffraction peak. The calibration curve was created using the diffraction peak area of the single crystal phase. Further, the presence of a plurality of crystal phases in one particle was confirmed by observing the particle with a transmission electron microscope (TEM) and utilizing electron diffraction.

上記の手順で作製した複合酸化物に、表1−1〜1−17に示した貴金属を、示された担持率で担持して、貴金属を担持したPM燃焼触媒を作製した。具体的には、硝酸銀、硝酸パラジウム、白金コロイド、及び塩化イリジウム酸を用いて、Ag、Pd、Pt、及びIrをそれぞれ担持した。硝酸銀、硝酸パラジウム、白金コロイド、又は塩化イリジウム酸を含む水溶液と、前記酸化物担体の粉末100gとを、ロータリーエバポレータに入れ、まず、常温、減圧下で回転攪拌しながら脱泡処理をした。常圧に戻して60〜70℃の間で加熱した後、減圧して脱水、乾燥した。常温まで冷却後、常圧に戻して固形物を取り出し、180℃で2時間乾燥した。乾燥した固形物(粉末)を大気中650℃で2時間熱処理した。以上の操作により、貴金属を担持したPM燃焼触媒粉末を作製した。   The noble metals shown in Tables 1-1 to 1-17 were supported on the composite oxide prepared by the above procedure at the indicated loading rates, and PM combustion catalysts supporting the noble metals were manufactured. Specifically, Ag, Pd, Pt, and Ir were respectively supported using silver nitrate, palladium nitrate, platinum colloid, and chloroiridic acid. An aqueous solution containing silver nitrate, palladium nitrate, platinum colloid or iridium chloride and 100 g of the oxide carrier powder were put in a rotary evaporator, and defoamed first while rotating and stirring at room temperature and under reduced pressure. After returning to normal pressure and heating between 60-70 ° C., the pressure was reduced, followed by dehydration and drying. After cooling to room temperature, the pressure was returned to normal pressure, the solid was taken out, and dried at 180 ° C. for 2 hours. The dried solid (powder) was heat-treated in the atmosphere at 650 ° C. for 2 hours. Through the above operation, a PM combustion catalyst powder carrying a noble metal was produced.

表1−1〜1−17のPM燃焼触媒の粒子径Dp(D50)は、DPFの多孔性ハニカム側壁の平均孔径Dh(20μm)に対して、Dh/20≦Dp≦Dhの関係を満たす。粒径は、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定した。 The particle diameter Dp (D 50 ) of the PM combustion catalyst in Tables 1-1 to 1-17 satisfies the relationship of Dh / 20 ≦ Dp ≦ Dh with respect to the average pore diameter Dh (20 μm) of the DPF porous honeycomb side wall. . The particle size was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer manufactured by Shimadzu Corporation.

表1−1〜1−17における「複合酸化物粒子の相とその割合(%)」の欄における第1相〜第9相は、それぞれ以下を示す。
第1相:M(Fe1−xTi)8±δ
第2相:M(Fe1−xTi)O3.5±δ
第3相:M(Fe1−xTi)7±δ
第4相:M(Fe1−xTi)O2.5±δ
第5相:M(Fe1−xTi)13±δ
第6相:M(Fe1−xTi)4±δ
第7相:M(Fe1−xTi)11±δ
第8相:M(Fe1−xTi)1219±δ
第9相:M(Fe1−xTi)1828±δ
The first to ninth phases in the column of “Phase of Composite Oxide Particles and Their Ratio (%)” in Tables 1-1 to 1-17 respectively indicate the following.
First phase: M 5 (Fe 1-x Ti x ) 2 O 8 ± δ
Second phase: M 2 (Fe 1-x Ti x ) O 3.5 ± δ
Third phase: M 3 (Fe 1-x Ti x ) 2 O 7 ± δ
Fourth phase: M (Fe 1-x Ti x ) O 2.5 ± δ
Fifth phase: M 4 (Fe 1-x Ti x ) 6 O 13 ± δ
Sixth phase: M (Fe 1-x Ti x ) 2 O 4 ± δ
Seventh phase: M 2 (Fe 1-x Ti x ) 6 O 11 ± δ
Eighth phase: M (Fe 1-x Ti x ) 12 O 19 ± δ
Ninth phase: M (Fe 1-x Ti x ) 18 O 28 ± δ

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表1−1〜表1−17に示されたPM燃焼触媒を、それぞれ以下の方法で評価した。PMの模擬材料として、東海カーボン(株)製カーボンブラックCB(#7350F)を使用した。表1の試料30mgと、前記CB(#7350F)1.6mgとをサンプル瓶の中に入れ、振って混合し、ルーズコンタクト状態の混合試料を得た。前記混合試料を20mg取り出し、U字管に充填して反応ガスを流通させながら加熱した。前記反応ガスは、10%O−Heバランスのガスであり、100ml/min流通させた。前記U字管を常温から750℃まで10℃/minで昇温しながら、出口ガスのCOとCOをガスクロマトグラフにて分析した。基準(比較例No.1−344)として、CB(#7350F)のみの試料で、同様の実験を行った。図9に、その結果を示す。 The PM combustion catalysts shown in Table 1-1 to Table 1-17 were evaluated by the following methods, respectively. Carbon black CB (# 7350F) manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. was used as a PM simulation material. 30 mg of the sample in Table 1 and 1.6 mg of the CB (# 7350F) were placed in a sample bottle and shaken to mix to obtain a mixed sample in a loose contact state. 20 mg of the mixed sample was taken out, filled in a U-shaped tube, and heated while circulating a reaction gas. The reaction gas was a 10% O 2 -He balance gas and allowed to flow at 100 ml / min. While raising the temperature of the U-shaped tube from room temperature to 750 ° C. at 10 ° C./min, CO 2 and CO as outlet gases were analyzed with a gas chromatograph. As a reference (Comparative Example No. 1-344), a similar experiment was performed using a sample of only CB (# 7350F). FIG. 9 shows the result.

図9に示されるように、COの発生のピーク点となる温度を測定し、CB(#7350F)のみの試料から発生するCOのピーク点の温度(699℃)に比べて、どの程度低下したかで、PM燃焼触媒としての触媒性能を判断した。また、COの発生のピーク点となるCO濃度を、CB(#7350F)のみの試料から発生するCO濃度(1425ppm)と比較して、完全燃焼の程度を判断した。その結果を、表2−1〜2−10の「未熱処理」欄に示した。尚、表2−1〜2−10において、CO濃度を≦2ppmと示しているのは、2ppm以下であったことを意味しており、ガスクロマトグラフの検出下限(0.5ppm)以下であった場合を含む。 As shown in FIG. 9, the temperature at which the peak point of CO 2 generation is measured, and how much is the temperature at the peak point of CO 2 (699 ° C.) generated from the sample of only CB (# 7350F). Based on the decrease, the catalyst performance as a PM combustion catalyst was judged. Further, the degree of complete combustion was judged by comparing the CO concentration, which is the peak point of CO generation, with the CO concentration (1425 ppm) generated from the sample containing only CB (# 7350F). The results are shown in the “Unheated” column of Tables 2-1 to 2-10. In Tables 2-1 to 2-10, the CO concentration of ≦ 2 ppm means that it was 2 ppm or less, and was below the detection limit (0.5 ppm) of the gas chromatograph. Including cases.

更に、耐熱性の評価に関しては、表1−1〜1−17の試料を980℃、48時間熱処理した後、上記と同様の評価を行った。その結果を表2−1〜2−8の「熱処理後」欄に示している。   Furthermore, regarding heat resistance evaluation, the samples of Tables 1-1 to 1-17 were heat-treated at 980 ° C. for 48 hours, and then the same evaluation as above was performed. The results are shown in the “After heat treatment” column of Tables 2-1 to 2-8.

本発明の範囲内である実施例No.1−〜1−11、No.1−1〜1−17、No.1−25〜1−3No.1−33〜1−35、No.1−43〜1−48No.1−51〜1−53、No.1−5〜1−59、No.1−6〜1−65、No.1−6〜1−71、No.1−7〜1−77、No.1−79〜1−8No.1−87〜1−89、No.1−9〜1−95、No.1−103〜1−108No.1−111〜1−113、No.1−121〜No.1−126No.1−129〜1−131、No.1−13〜No.1−137、No.1−141〜1−143、No.1−14〜1−149、No.1−15〜1−155、No.1−157〜1−170No.1−178〜1−184、No.1−187〜1−189、No.1−19〜20No.1−207〜209、No.1−211〜1−236No.1−246〜1−248、No.1−25〜1−26No.1−266〜1−268、No.1−270〜1−28No.1−287〜1−289、No.1−291〜29、No.1−301〜307No.1−310〜312、No.1−314〜1−325、No.1−334〜1−341は、PM燃焼温度が低く、優れたPM燃焼触媒性能を示した。
Example No. which falls within the scope of the present invention. 1- 9 ~1-11, No. 1-1 5 to 1-17, No. 1-5. 1- 25 ~1-3 0, No. 1-33 to 1-35, no . 1- 43 ~1- 48, No. 1-51 to 1-53, no . 1-5 7 to 1-59, no. 1-6 3 to 1-65, no. 1-6 9 to 1-71, no. 1-7 5 to 1-77, no. 1-79 to 1-8 4 , no . 1-87 to 1-89, no . 1-9 3 to 1-95, no. 1- 103 ~1-1 08, No. 1-111-1-113, No. 1-1 21 ~No. 1-1 26, No. 1-129 to 1-131, no . 1-13 5 -No. 1-137, no. 1-1 41 ~1-143, No. 1-14 7 to 1-149, No. 1-15 3 to 1-155, No. 1 1-157~1-1 70, No. 1-178-184, No.1. 1-187-1-189, no . 1-19 8 ~20 4, No. 1-207-209, no . 1-211~1-2 36, No. No. 1-246 to 1-248, No. 1-25 7 ~1-26 3, No. 1-266 to 1-268, no . 1-270-28 4 , No. 1-287-1-289, no . 1-291-29 < 3 >, No. 1- 301 ~3 07, No. 1-310-312, no . 1-314~1-3 25, No. 1-3 34 to 1-341 had a low PM combustion temperature and exhibited excellent PM combustion catalyst performance.

一方、比較例であるNo.1−1〜1−4は、(Fe1−xTix)/{(Fe1−xTi)+M}モル比が、0.33未満で本発明の範囲外であるために、PMのみの場合と比較して、PM燃焼温度が殆ど低下せず、PM燃焼触媒能が見られなかった。また、比較例であるNo.1−342〜1−343は、(Fe1−xTi)/{(Fe1−XTi)+M}モル比が、0.93を超えた本発明の範囲外であるために、PMのみの場合と比較して、PM燃焼温度が殆ど低くならず、PM燃焼触媒能が見られなかった。 On the other hand, No. which is a comparative example. 1-1 to 1-4 have a (Fe 1−x Ti x ) / {(Fe 1−x Ti x ) + M} molar ratio of less than 0.33 and out of the scope of the present invention. Compared with the case of, PM combustion temperature hardly decreased and PM combustion catalytic ability was not seen. Moreover, No. which is a comparative example. 1-342~1-343 is, to be outside the range of (Fe 1-x Ti x) / {(Fe 1-X Ti x) + M} molar ratio, the present invention beyond 0.93, PM Compared with the case of only the PM combustion temperature, the PM combustion temperature was hardly lowered, and the PM combustion catalytic ability was not seen.

更に、比較例であるNo.1−12、No.1−18、No.1−36、No.1−54、No.1−66、No.1−72、No.1−78、No.1−90、No.1−96、No.1−114、No.1−132、No.1−138、No.1−144、No.1−150、No.1−156、No.1−190、No.1−210、No.1−249、No.1−269、No.1−290、No.1−313は、Tiの含有量が多すぎ、即ち、Ti/(Fe+Ti)モル比(x値)が0.24を超えて本発明の範囲外となったために、PMのみの場合と比較して、PM燃焼温度がそれほど低くならず、十分なPM燃焼触媒性能が見られなかった。   Furthermore, No. as a comparative example. 1-12, No. 1 1-18, No. 1 1-36, no. 1-54, no. 1-66, no. 1-72, no. 1-78, no. 1-90, no. 1-96, no. 1-114, no. 1-132. 1-138, no. 1-144, no. 1-150, no. 1-156, no. 1-190, no. 1-210, no. 1-249, no. 1-269, no. 1-290, no. 1-313 has too much Ti content, that is, the Ti / (Fe + Ti) molar ratio (x value) exceeds 0.24 and is outside the scope of the present invention. Thus, the PM combustion temperature was not so low, and sufficient PM combustion catalyst performance was not observed.

上記実施例の中で、貴金属を担持した実施例o.1−251−30、No.1−33〜1−35、No.1−43〜1−48、No.1−51〜1−53、No.1−5〜1−59、No.1−6〜1−65、No.1−6〜1−71、No.1−7〜1−77、No.1−79〜1−84、No.1−103〜1−108No.1−111〜1−113、No.1−121〜1−126No.1−129〜1−131、No.1−13〜1−137、No.1−141〜1−143、No.1−14〜1−149、No.1−15〜1−155、No.1−157〜1−170、o.1−179〜1−18No.1−187〜1−189、No.1−199〜1−20No.1−207〜1−209、No.1−211〜1−229、No.1−231〜1−236、No.1−246〜1−248、o.1−258〜1−26No.1−266〜1−268、No.1−270〜1−28No.1−287〜1−289、No.1−291〜1−293、o.1−302〜1−307、No.1−310〜1−312、No.1−314〜1−325、o.1−334〜1−341は、PM燃焼が低温で起こると共に、COの発生も殆どなくPMをCO2まで完全に燃焼できた。
Among the above examples, Example N o supporting the noble metal. 1- 25 ~ 1-30, No. 1-33 to 1-35, no. 1- 43 ~1- 48, No. 1-51 to 1-53 , no. 1-5 7 to 1-59, no. 1-6 3 to 1-65, no. 1-6 9 to 1-71, no. 1-7 5 to 1-77, no. 1-79 to 1-84, no. 1- 103 ~1- 108, No. 1-111-1-113, No. 1-1 21 ~1-1 26, No. 1-129 to 1-131, no . 1-13 5 to 1-137, No. 1-1 41 ~1-143, No. 1-14 7 to 1-149, No. 1-15 3 to 1-155, No. 1 1-157~1-170, N o. 1-179 to 1-18 4 , no . 1-187-1-189, No. 1-199 to 1-20 4 , no . 1-207-1-209 , no. 1-211-1-229, no. 1-231-236, No. 1-2 46 ~1-248, N o. 1-258~1-26 3, No. 1-266 to 1-268, no . 1-270-28 4 , No. 1-287-1-289, no . 1-291~1-293, N o. 1-302~1-3 07, No. 1-310-1312, No.1. 1-314~1-325, N o. In 1-334 to 1-341, PM combustion occurred at a low temperature and almost no CO was generated, and PM could be completely burned to CO2.

貴金属の中でも、Agを含有している実施例o.1−25〜1−3No.1−33〜1−35、No.1−43〜1−48No.1−51〜1−53、No.1−6〜1−71、No.1−7〜1−77、No.1−79〜1−84、No.1−103〜1−108No.1−111〜1−113、No.1−121〜1−126No.1−129〜1−131、No.1−14〜1−149、No.1−15〜1−155、No.1−157〜1−170、o.1−179〜1−18No.1−187〜1−189、No.1−199〜1―20No.1−207〜1―209、No.1−211〜1−216、No.1−221〜1−229、No.1−231〜1−236、No.1−246〜1−248、o.1−258〜1−26No.1−266〜1−268、No.1−270〜1−28No.1−287〜1−289、No.1−291〜1−293、No.1−302〜1−307No.1−310〜1−312、No.1−314〜1−325、o.1−334〜341は、よりPM燃焼温度が低くなり、Ag担持率が0.15質量%以上で顕著になった。また、AgとPdとを担持した場合にも、PM燃焼温度がより低くなった。
Among noble metal, examples contains a Ag N o. 1- 25 ~1-3 0, No. 1-33 to 1-35, no . 1- 43 ~1- 48, No. 1-51 to 1-53, no . 1-6 9 to 1-71, no. 1-7 5 to 1-77, no. 1-79 to 1-84, no. 1- 103 ~1-1 08, No. 1-111-1-113, No. 1-1 21 ~1-1 26, No. 1-129 to 1-131, no . 1-14 7 to 1-149, No. 1-15 3 to 1-155, No. 1 1-157~1-170, N o. 1-179 to 1-18 4 , no . 1-187-1-189, No. 1-199 to 1-20 4 , no . 1-207-1-209, No. 1-211-1-216, no. 1-221-1-229, no. 1-231-236, No. 1-2 46 ~1-248, N o. 1-258~1-26 3, No. 1-266 to 1-268, no . 1-270-28 4 , No. 1-287-1-289, no . 1-291-1-293, no. 1-302~1-3 07, No. 1-310-312, No.1 . 1-314~1-325, N o. In 1-334 to 341, the PM combustion temperature became lower, and the Ag carrying rate became remarkable when the amount was 0.15% by mass or more. In addition, the PM combustion temperature was lower when Ag and Pd were supported.

実施例の中で、Tiの含有量、即ち、Ti/(Fe+Ti)モル比(x値)が0.03以上である実施例No.1−10〜1−11、No.1−16〜1−17、No.1−25〜1−30、No.1−34〜1−35、No.1−43〜1−48、No.1−52〜1−53、No.1−58〜1−59、No.1−64〜1−65、No.1−70−1−71、No.1−76〜1−77、No.1−88〜1−89、No.1−94〜1−95、No.1−103〜1−108、No.1−112〜1−113、No.1―121〜1−126、No.1−130〜1−131、No.1−136〜1−137、No.1−142〜1−143、No.1−148〜1−149、No.1−154〜1−155、No.1−157〜1−170、No.1−178〜1−184、No.1−188〜1−189、No.1−198〜1−204、No.1−208〜1−209、No.1−211〜1−236、No.1−247〜1−248、No.1−257〜1−263、No.1−267〜1−268、No.1−270〜1−284、No.1−288〜1−289、No.1−291〜1−293、No.1−301〜1−307、No.1−311〜2−312、No.1−314〜1−325、No.1−334〜1−341は、980℃、48時間熱処理した後でも、PM燃焼温度は殆ど変化しなかった。   Among the examples, the content of Ti, that is, the Ti / (Fe + Ti) molar ratio (x value) is 0.03 or more. 1-10 to 1-11, no. 1-16 to 1-17, no. 1-25 to 1-30, No. 1-34 to 1-35, no. 1-43 to 1-48, no. 1-52 to 1-53, no. 1-58 to 1-59, no. 1-64 to 1-65, no. 1-70-1-71, no. 1-76 to 1-77, no. 1-88 to 1-89, no. 1-94 to 1-95, no. 1-103 to 1-108, No.1. 1-112 to 1-113, no. 1-12-11-126, No. 1-130-1 to 131, No. 1-136 to 1-137, no. 1-142 to 1-143, No. 1-148-1-149, No. 1-154 to 1-155, no. 1-157 to 1-170, No. 1-178-184, No.1. 1-188-1-189, no. 1-198-1-204, no. 1-208-1-209, No. 1-211-1-236, no. 1-247 to 1-248, No. 1-257 to 1-263, No. No. 1-267 to 1-268, No. 1-270-284, No. 1 1-288-1 to 289, No.1. 1-291-1-293, no. 1-301 to 1-307, no. 1-311 to 2-312, No. 1-314 to 1-325, no. In 1-334 to 1-341, the PM combustion temperature hardly changed even after heat treatment at 980 ° C. for 48 hours.

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(実施例2)
実施例1で作製したPM燃焼触媒に関し、更に、5%及び7%O−Heバランスの反応ガス組成で、実施例1と同様に、PM燃焼触媒の性能評価を行った。表3に、その結果の代表例を示す。表3の中で、アルカリ土類金属Mに、Srを含む触媒No.1−111,No.1−142、No.1−323が、10%O未満の雰囲気でも優れたPM燃焼触媒性能を示した。
(Example 2)
Regarding the PM combustion catalyst produced in Example 1, the performance evaluation of the PM combustion catalyst was further conducted in the same manner as in Example 1 with the reaction gas composition of 5% and 7% O 2 -He balance. Table 3 shows typical examples of the results. In Table 3, catalyst No. 1 containing Sr in alkaline earth metal M was used. 1-111, no. 1-142, no. 1-332 showed excellent PM combustion catalyst performance even in an atmosphere of less than 10% O 2 .

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(実施例3)
表1の実施例No.1−247、1−257、及び1−305と同様の試料作製条件の中で仮焼温度(800℃〜1200℃)と仮焼時間(2時間〜48時間)を変化させ、更に粉砕や分級で、粒度分布の異なる種々の複合酸化物粒子を作製し、表4−1〜4−2に示したような粒子径DpのPM燃焼触媒を調製した。
(Example 3)
Example No. in Table 1 The calcination temperature (800 ° C. to 1200 ° C.) and the calcination time (2 hours to 48 hours) are changed in the same sample preparation conditions as in 1-247, 1-257, and 1-305, and further pulverization and classification Thus, various composite oxide particles having different particle size distributions were prepared, and PM combustion catalysts having particle diameters Dp as shown in Tables 4-1 to 4-2 were prepared.

一方、直径75mm、長さ60mm、セル密度200cpsi(31セル/cm)のコージェライト製DPF、及び、直径75mm、長さ60mm、セル密度200cpsi(31セル/cm)の炭化珪素製DPFに、表4−1〜4−2のPM燃焼触媒をコーティングした。尚、表4に示した前記DPFの平均孔径Dhは、水銀圧入法で測定して求めた。DPFへのPM燃焼触媒のコーティングは、スラリーを塗布・乾燥後、650℃、1時間で焼き付けて行った。スラリーは、各PM燃焼触媒粉末をそれぞれ20質量部、ρ−アルミナ2質量部、純水40質量部と、結合剤として市販メチルセルロース溶液(固形分2.5質量%)10質量部を攪拌しながら添加し、さらに消泡剤を添加して、混合して調製した。DPFへコートした触媒量は、全て、50g/Lである。 On the other hand, diameter 75 mm, length 60 mm, cordierite DPF cell density 200 cpsi (31 cells / cm 2), and a diameter of 75 mm, length 60 mm, a silicon carbide DPF cell density 200 cpsi (31 cells / cm 2) The PM combustion catalysts in Tables 4-1 to 4-2 were coated. In addition, the average pore diameter Dh of the DPF shown in Table 4 was obtained by measurement using a mercury intrusion method. The coating of the PM combustion catalyst onto the DPF was performed by baking at 650 ° C. for 1 hour after applying and drying the slurry. The slurry was stirred with 20 parts by mass of each PM combustion catalyst powder, 2 parts by mass of ρ-alumina, 40 parts by mass of pure water, and 10 parts by mass of a commercially available methylcellulose solution (solid content 2.5% by mass) as a binder. Added, and further antifoam was added and mixed. The amount of catalyst coated on the DPF is all 50 g / L.

以上のようにして調製したDPFの入口側から圧縮空気を流し、入口側と出口側の差圧を測定し、空気の流速が5m/sときの差圧を圧損として各DPFを比較した。また、表4の各触媒粉末に関し、実施例1と同様の方法でPM燃焼触媒評価を行い、CO発生のピーク温度が、表1の同試料と同じものを◎、5℃〜10℃高いものを○として、表4の「PM燃焼触媒作用」の欄に示した。 Compressed air was allowed to flow from the inlet side of the DPF prepared as described above, the differential pressure between the inlet side and the outlet side was measured, and each DPF was compared using the differential pressure when the air flow rate was 5 m / s as the pressure loss. Also, for each catalyst powder of Table 4 performs PM combustion catalyst evaluated in the same manner as in Example 1, the peak temperature of the CO 2 evolution, the same as the same sample of Table 1 ◎, high 5 ° C. to 10 ° C. The result is shown as “◯” in the column of “PM combustion catalytic action” in Table 4.

表4−1〜4−2に示しているように、触媒の粒子径Dpが、DPFの平均孔径Dhに対して、Dh/20≦Dp≦Dhの関係にある実施例No.3−2〜3−7、No.3−11〜3−15、No.3−18〜3−23、No.3−27〜3−31、No.3−34〜3−39、No.3−43〜3−47は、圧損が低く、かつPM燃焼触媒性能にも優れるものであった。   As shown in Tables 4-1 to 4-2, Example No. in which the particle diameter Dp of the catalyst has a relationship of Dh / 20 ≦ Dp ≦ Dh with respect to the average pore diameter Dh of the DPF. 3-2 to 3-7, no. 3-11 to 3-15, no. 3-18 to 3-23, no. 3-27 to 3-31, no. 3-34 to 3-39, no. 3-43 to 3-47 had low pressure loss and excellent PM combustion catalyst performance.

Figure 0005358362
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1 触媒(PM燃焼触媒)
2 PM
3 触媒作用を受けるPM燃焼
4 触媒作用を受けないPM燃焼
5 燃焼するPM
6 燃焼しないPM
7 本発明のPM燃焼触媒(複合酸化物粒子)
8 燃焼したPM[5]に引き続いて触媒表面に移動して付着したPM
9 本発明に係る複合酸化物に担持されたAg
10 本発明に係る複合酸化物粒子
11 本発明のPM燃焼触媒に付着したPM
12 従来の担体
13 従来の担体に担持されているAg粒子
14 凝集したAg粒子
15 凝集したAg粒子が肥大化したAg粒子
16 本発明に係る複合酸化物粒子(Agを担持した複合酸化物粒子)
17 PM
18 Ag(19)の作用で燃焼したPM
19 本発明に係る複合酸化物粒子に担持されたAg
20 Agの移動(PM追跡作用)を示す矢印
21 移動したAg
22 移動前のAg
23 本発明に係る複数の相を含む複合酸化物粒子に堆積したPM
24 相I
25 相II
26 相III
27 本発明に係る複数の相を含む複合酸化物粒子に担持した貴金属
28 相(i)
29 相(ii)
30 DPFの多孔質側面の構成材
31 微細な触媒粒子
32 大きな触媒粒子
1 Catalyst (PM combustion catalyst)
2 PM
3 PM combustion with catalysis 4 PM combustion without catalysis 5 Combustion PM
6 PM not burning
7 PM combustion catalyst of the present invention (composite oxide particles)
8 PM stuck to the catalyst surface following the burned PM [5]
9 Ag supported on the composite oxide according to the present invention
10 Composite oxide particles according to the present invention 11 PM adhered to the PM combustion catalyst of the present invention
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Conventional support | carrier 13 Ag particle | grains 14 currently supported by the support | carrier Agglomerated Ag particle 15 Ag particle | grains 16 which the aggregated Ag particle enlarged The composite oxide particle (composite oxide particle | grains which carry | supported Ag) which concerns on this invention
17 PM
PM burned by the action of 18 Ag (19)
19 Ag supported on composite oxide particles according to the present invention
20 Arrow indicating movement of Ag (PM tracking action) 21 Moved Ag
22 Ag before moving
23 PM deposited on composite oxide particles containing a plurality of phases according to the present invention
24 Phase I
25 Phase II
26 Phase III
27 Noble Metal 28 Supported on Composite Oxide Particles Containing Multiple Phases According to the Present Invention Phase 28 (i)
29 phase (ii)
30 DPF porous side component 31 Fine catalyst particles 32 Large catalyst particles

Claims (7)

アルカリ土類金属Mと、(Fe1−xTix)とを含有する複合酸化物粒子であって、 (Fe1−xTix)/{(Fe1−xTix)+M}モル比が、0.33以上0.93以下であり、かつ
Ti/(Fe+Ti)モル比である前記xが、0.03≦x≦0.24であることを特徴とする粒子状物質燃焼触媒。
A composite oxide particle containing an alkaline earth metal M and (Fe1-xTix), wherein a (Fe1-xTix) / {(Fe1-xTix) + M} molar ratio is 0.33 or more and 0.93 or less And x, which is Ti / (Fe + Ti) molar ratio, is 0.03 ≦ x ≦ 0.24.
更に、前記複合酸化物粒子に担持されたAgを有することを特徴とする請求項1記載の粒子状物質燃焼触媒。   The particulate matter combustion catalyst according to claim 1, further comprising Ag supported on the composite oxide particles. 更に、前記複合酸化物粒子に担持されたPdを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の粒子状物質燃焼触媒。   The particulate matter combustion catalyst according to claim 1, further comprising Pd supported on the composite oxide particles. 前記複合酸化物粒子が、下記式(I)〜(V)のいずれかで表される結晶相を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の粒子状物質燃焼触媒。
Figure 0005358362
(ここで、xは0.03≦x≦0.24であり、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)
The particulate oxide combustion catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the composite oxide particles have a crystal phase represented by any one of the following formulas (I) to (V). .
Figure 0005358362
(Here, x is 0.03 ≦ x ≦ 0.24, and δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition.)
前記複合酸化物粒子が複数の結晶相を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の粒子状物質燃焼触媒。   The particulate matter combustion catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the composite oxide particles include a plurality of crystal phases. 前記アルカリ土類金属Mが、Sr若しくはCa、又はSrとCaの両方であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の粒子状物質燃焼触媒。   The particulate earth combustion catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein the alkaline earth metal M is Sr or Ca, or both Sr and Ca. 請求項1〜のいずれか一項に記載の粒子状物質燃焼触媒を含有することを特徴とするディーゼル・パーティキュレート・フィルター。 A diesel particulate filter comprising the particulate matter combustion catalyst according to any one of claims 1 to 6 .
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