JP5446457B2 - Porous film-forming coating material and porous film - Google Patents
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Description
本発明は、ハニカム構造を有するフィルタ体に関するものであって、特に自動車のディーゼルエンジン等から排出される排ガスから粒子状物質を除去する際に用いて好適な排ガス浄化フィルタに関し、更に詳しくは、排ガス浄化フィルタを構成するセラミックスからなる多孔質支持体の表面に、粒子状物質(PM)、および一酸化炭素(CO)並びに炭化水素(HC)に対する酸化触媒特性を有する多孔質膜を形成した排ガス浄化フィルタに関するものである。 The present invention relates to a filter body having a honeycomb structure, and more particularly to an exhaust gas purification filter suitable for removing particulate matter from exhaust gas discharged from an automobile diesel engine or the like. Exhaust gas purification in which a porous membrane having oxidation catalytic properties for particulate matter (PM), carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) is formed on the surface of a porous support made of ceramics constituting a purification filter It relates to filters.
自動車等のエンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれる様々な物質は、大気汚染の原因となり、これまでに様々な環境問題を引き起こしている。特に、排ガス中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)は、喘息や花粉症等のアレルギー性疾患を引き起こす要因とも言われている。ディーゼルエンジンの排ガス中には、粒径が10μm以下の微細な粒子状物質が多く含まれており、これら微細な粒子状物質は大気中に長く浮遊することから、健康被害を引き起こしやすいため、排出を抑制するための種々の対策が検討されている。
一般に、自動車用ディーゼルエンジンでは、これらの粒子状物質を捕集し排出を抑制するために排ガス浄化フィルタを設けている。例えば、セラミックス製の目封じタイプのハニカム構造体を有するDPF(Diesel Particulate Filter)が使用されている(例えば特許文献1、2)。
この目封じタイプのハニカム構造体とは、セラミックス製のハニカム構造体のセル(ガス流路)の両端を市松模様に目封じしたものであり、このハニカム構造体の一方の端面からセルに取り入れられた粒子状物質を含む排ガスは、セル間の隔壁中の細孔を通過する際に粒子状物質が捕集されて浄化ガスとなり、この浄化ガスがハニカム構造体の他方の端面から排出される。
Various substances contained in exhaust gas discharged from engines such as automobiles, particularly diesel engines, cause air pollution and have caused various environmental problems. In particular, particulate matter (PM) contained in exhaust gas is also said to cause allergic diseases such as asthma and hay fever. Diesel engine exhaust gas contains a lot of fine particulate matter with a particle size of 10 μm or less, and since these fine particulate matter floats in the air for a long time, it is easy to cause health damage. Various measures for suppressing the problem are being studied.
In general, in an automobile diesel engine, an exhaust gas purification filter is provided in order to collect these particulate substances and suppress emission. For example, a DPF (Diesel Particulate Filter) having a plugged ceramic honeycomb structure is used (for example, Patent Documents 1 and 2).
This plug-type honeycomb structure is a ceramic honeycomb structure in which both ends of a cell (gas flow path) are plugged in a checkered pattern, and is taken into the cell from one end face of the honeycomb structure. When the exhaust gas containing particulate matter passes through the pores in the partition walls between the cells, the particulate matter is collected and becomes purified gas, and this purified gas is discharged from the other end face of the honeycomb structure.
DPFでは、特に健康被害を引き起こしやすいサブミクロン径の粒子状物質の捕集特性を向上させることが要求されている。そして、現在用いられているDPFでは、捕集特性が、使用に伴い隔壁に付着堆積する粒子状物質の量に影響を受けることが知られている。
すなわち、従来のDPFでは、隔壁の平均気孔径が5μm〜50μm程度であり、使用当初の隔壁に粒子状物質が堆積していない状態でのDPFにおける捕集効率(粒子状物質の質量基準)は90%に達していない。ところが、DPFの使用を続けると、隔壁の排ガス流入面に粒子状物質が堆積して、徐々に隔壁の排ガス流入面に粒子状物質の層が形成される。すると、この粒子状物質の層に新しい粒子状物質が捕集されることでDPFにおける捕集効率が向上し、捕集効率が100%に近付いていくという現象が観察される。
従来のDPFは、上述のようなメカニズムにより高い捕集効率を実現しているため、粒子状物質の層が形成された後の捕集効率は高いものの、粒子状物質の堆積量が少ない状態での捕集効率は必ずしも満足できるものではない(非特許文献1)。
In DPF, it is required to improve the collection characteristics of particulate matter having a submicron diameter that is likely to cause health damage. And in DPF currently used, it is known that a collection characteristic will be influenced by the quantity of the particulate matter which adheres and deposits on a partition with use.
That is, in the conventional DPF, the average pore diameter of the partition walls is about 5 μm to 50 μm, and the collection efficiency (particulate matter mass basis) in the DPF in a state where the particulate materials are not deposited on the partition walls at the beginning of use is It has not reached 90%. However, when the DPF is continuously used, particulate matter accumulates on the exhaust gas inflow surface of the partition wall, and a layer of particulate matter is gradually formed on the exhaust gas inflow surface of the partition wall. Then, the phenomenon that the collection efficiency in the DPF is improved by collecting new particulate matter in the particulate matter layer and the collection efficiency approaches 100% is observed.
Since the conventional DPF achieves high collection efficiency by the mechanism as described above, the collection efficiency is high after the particulate matter layer is formed, but the amount of particulate matter deposited is small. The collection efficiency is not always satisfactory (Non-Patent Document 1).
ここで、粒子状物質の堆積量が少ない状態で捕集効率を高めるためには、DPFにおける隔壁の細孔径を小さくするのが有効であることが知られている。しかしながら、細孔径を小さくすると、DPF中のガス透過性が低下するために圧力損失が上昇してしまい、十分な排ガス流量を得ることができないという課題が発生する。
このように、従来の技術では、粒子状物質の堆積量が少ない状態での高い捕集効率と低い圧力損失を両立することができず、これら両方の性能を満たす技術が求められている。
Here, it is known that it is effective to reduce the pore diameter of the partition walls in the DPF in order to increase the collection efficiency in a state where the amount of particulate matter deposited is small. However, if the pore diameter is reduced, the gas permeability in the DPF is lowered, so that the pressure loss increases, and a problem that a sufficient exhaust gas flow rate cannot be obtained occurs.
As described above, in the conventional technique, it is impossible to achieve both high collection efficiency and low pressure loss in a state where the amount of particulate matter deposited is small, and a technique that satisfies both of these performances is required.
また、自動車の走行時には、常にエンジンから粒子状物質が排出されるために、DPFのハニカム構造体のセル中には粒子状物質が徐々に蓄積される。この蓄積が進行し粒子状物質の堆積量が過大になると、いわゆる「目詰まり」の状態となり、DPFにおける圧力損失が上昇することとなるため、この粒子状物質を何らかの方法で定期的に除去することで、DPFの圧力損失を低減させる必要がある。
このため、従来のDPFでは、粒子状物質が所定量堆積した時点で排ガス温度を上昇させて粒子状物質を燃焼させる「再生」と称される操作を行い、DPFの圧力損失を低減させている。しかしこの方法では、排ガスの温度を上昇させるため、DPF前段の排ガス中に燃料を噴射させる必要がある。この再生に用いられる燃料は自動車の走行に全く寄与しないため、燃料のエネルギーを有効利用するとともに燃料消費率を向上させるという観点から、再生にかかる時間が短く、再生時に使用する燃料が少なくてすむ、いわゆる再生効率の良い排ガス浄化フィルタが求められていた。
Further, since particulate matter is always discharged from the engine when the automobile is running, the particulate matter is gradually accumulated in the cells of the DPF honeycomb structure. If this accumulation progresses and the amount of accumulated particulate matter becomes excessive, a so-called “clogging” state occurs and the pressure loss in the DPF increases, so this particulate matter is periodically removed by some method. Therefore, it is necessary to reduce the pressure loss of the DPF.
For this reason, in a conventional DPF, when a predetermined amount of particulate matter is deposited, an operation called “regeneration” in which the exhaust gas temperature is raised and the particulate matter is burned is performed to reduce the pressure loss of the DPF. . However, in this method, in order to raise the temperature of the exhaust gas, it is necessary to inject fuel into the exhaust gas before the DPF. Since the fuel used for this regeneration does not contribute at all to the driving of the automobile, the time required for the regeneration is short and the fuel used during the regeneration can be reduced from the viewpoint of effectively using the energy of the fuel and improving the fuel consumption rate. Therefore, there has been a demand for an exhaust gas purification filter having a high so-called regeneration efficiency.
これまで、DPFにおける再生効率を改善させる方法としては、酸化触媒である白金や銀等の貴金属微粒子あるいは酸化セリウム等の酸化物微粒子をDPFの隔壁に担持させ、粒子状物質の酸化を促進させる方法が提案されている(例えば特許文献3、4)。これらの方法を用いると、隔壁に担持させた酸化触媒の作用により、DPF再生時に必要となる温度の低下、ないしは再生のための高温保持時間の短縮ができ、DPF自体の熱劣化も低減することができる。
DPFの隔壁に酸化触媒を担持させる方法としては、酸化触媒の微粒子を含むスラリー中にDPFのハニカム構造体自体を含浸させ、DPFの隔壁に酸化触媒を付着させる方法(例えば特許文献3、4)や、酸化触媒金属化合物を含有する溶液中にDPFのハニカム構造体を含浸した後、DPFの隔壁に付着した成分を還元して金属微粒子化することで、DPFの隔壁に酸化触媒を付着させる方法(例えば特許文献4)等が提案されている。
Up to now, as a method for improving the regeneration efficiency in DPF, a method of promoting oxidation of particulate matter by supporting noble metal fine particles such as platinum and silver or oxide fine particles such as cerium oxide on the partition walls of DPF as an oxidation catalyst. Has been proposed (for example, Patent Documents 3 and 4). When these methods are used, the action of the oxidation catalyst supported on the partition walls can reduce the temperature required for DPF regeneration, or shorten the high temperature holding time for regeneration, and reduce the thermal degradation of the DPF itself. Can do.
As a method for supporting the oxidation catalyst on the partition walls of the DPF, a method of impregnating the DPF honeycomb structure itself in a slurry containing fine particles of the oxidation catalyst and attaching the oxidation catalyst to the partition walls of the DPF (for example, Patent Documents 3 and 4). Alternatively, after impregnating the DPF honeycomb structure in a solution containing an oxidation catalyst metal compound, the component adhering to the partition walls of the DPF is reduced to form metal fine particles, thereby attaching the oxidation catalyst to the partition walls of the DPF. (For example, patent document 4) etc. are proposed.
ここで、使用時の圧力損失が低くかつ微粒子の捕集効率が高いフィルタとしては、多孔質支持体の表面に、該多孔質支持体の気孔よりも小さい径の気孔を有し、厚みの薄い多孔質膜を積層した構成のフィルタが知られている。このようなフィルタとしては、支持体および多孔質膜の材質として多孔質セラミックスを用いたセラミックスフィルタが挙げられる。
このようなセラミックスフィルタでは、多孔質セラミックスからなる支持体の表面に、セラミックス粒子を積層させて積層体を形成し、この積層体を熱処理することにより多孔質膜を形成する。このようなセラミックスフィルタでは、多孔質膜の気孔径が形成材料であるセラミックス粒子の粒子径によって制御可能であり、捕集する粒子の大きさに合わせて多孔質膜の気孔径を制御することにより、粒子状物質の好適な捕集を実現できるとされている。
Here, as a filter having a low pressure loss during use and a high particulate collection efficiency, the surface of the porous support has pores having a diameter smaller than the pores of the porous support and is thin. A filter having a structure in which a porous film is laminated is known. Examples of such a filter include a ceramic filter using porous ceramics as a material for the support and the porous membrane.
In such a ceramic filter, ceramic particles are laminated on the surface of a support made of porous ceramics to form a laminate, and the laminate is heat treated to form a porous film. In such a ceramic filter, the pore size of the porous membrane can be controlled by the particle size of the ceramic particles as the forming material, and by controlling the pore size of the porous membrane according to the size of the particles to be collected It is said that suitable collection of particulate matter can be realized.
ところが、多孔質セラミックスからなる支持体の表面に、多孔質セラミックスの気孔よりも小さい気孔を有する多孔質膜の薄膜を形成する場合には、多孔質膜を構成するセラミックス粒子の粒子径を多孔質セラミックスの気孔径よりも小さくする必要があった。そのため、多孔質膜を形成する際に、セラミックス粒子が多孔質セラミックスの気孔内に入り、多孔質薄膜の形成が難しくなるという問題が生じるおそれがあった。
そこで、このような問題を解決するための様々な方法が提案されている。
However, when a porous membrane thin film having pores smaller than the pores of the porous ceramic is formed on the surface of the support made of the porous ceramic, the particle size of the ceramic particles constituting the porous membrane is set to be porous. It was necessary to make it smaller than the pore diameter of ceramics. Therefore, when the porous film is formed, there is a possibility that the ceramic particles enter the pores of the porous ceramic and the formation of the porous thin film becomes difficult.
Therefore, various methods for solving such problems have been proposed.
例えば、セラミックスからなる多孔質支持体を疎水化処理するとともに、粒子径の小さいセラミックス粒子を水系スラリーにして用いることにより、この水系スラリー(すなわちセラミック粒子)が支持体の気孔内へ入らないようにする方法が提案されている(例えば特許文献5)。
他にも、粒子径の小さいセラミックス粒子(一次粒子)を、予め多孔質支持体の気孔径と同等もしくはそれ以上の大きさの二次粒子としておき、この二次粒子を含むスラリーを用いて多孔質膜を形成することで、セラミック粒子が支持体の気孔内へ入らないようにする方法が提案されている。この二次粒子の製造方法としては、セラミックス粒子を予め仮焼する方法(例えば特許文献6)や、スラリーに凝集剤を加えて、セラミックス粒子を凝集させる方法(例えば特許文献7)が提案されている。
更に、多孔質支持体の気孔に除去可能な物質を充填して、この気孔を塞いだ後、多孔質支持体の表面に粒子径の小さいセラミックス粒子を含むスラリーを塗布することで、セラミック粒子が支持体の気孔内へ入らないようにする方法が提案されている。気孔を塞ぐ方法としては、除去可能な物質として可燃性物質を用い、この可燃性物質を後の焼成工程により燃焼除去する方法(例えば特許文献8)が提案されている。
また、水やアルコール等の溶媒を多孔質支持体の気孔に充填した後、多孔質支持体の表面に粒子径の小さいセラミックス微粒子を含むスラリーを塗布し、その後溶媒を除去することで、均質な膜を形成する方法(例えば特許文献9、10)も提案されている。
For example, a porous support made of ceramic is hydrophobized and ceramic particles having a small particle diameter are used as an aqueous slurry so that the aqueous slurry (ie ceramic particles) does not enter the pores of the support. A method has been proposed (for example, Patent Document 5).
In addition, ceramic particles (primary particles) having a small particle size are previously set as secondary particles having a size equal to or larger than the pore size of the porous support, and the slurry containing the secondary particles is used to make the porous particles. There has been proposed a method for preventing ceramic particles from entering the pores of the support by forming a membrane. As a method for producing the secondary particles, a method of pre-calcining ceramic particles (for example, Patent Document 6) and a method of adding a flocculant to a slurry to aggregate the ceramic particles (for example, Patent Document 7) have been proposed. Yes.
Further, the pores of the porous support are filled with a removable substance, the pores are closed, and then the ceramic particles are coated by applying a slurry containing ceramic particles having a small particle diameter on the surface of the porous support. Methods have been proposed to prevent entry into the pores of the support. As a method for closing the pores, there has been proposed a method (for example, Patent Document 8) in which a combustible material is used as a removable material, and the combustible material is burned and removed by a subsequent firing step.
In addition, after filling the pores of the porous support with a solvent such as water or alcohol, a slurry containing ceramic fine particles having a small particle diameter is applied to the surface of the porous support, and then the solvent is removed to obtain a homogeneous A method of forming a film (for example, Patent Documents 9 and 10) has also been proposed.
上述したように、従来のDPFでは、隔壁の平均気孔径が5μm〜50μm程度とミクロン径のオーダーであるために、この平均気孔径より径の小さなサブミクロン径の粒子状物質を捕集することは容易ではないという問題点があった。 As described above, in the conventional DPF, the average pore diameter of the partition wall is about 5 μm to 50 μm, which is in the order of micron diameter. Therefore, the particulate matter having a submicron diameter smaller than the average pore diameter is collected. There was a problem that was not easy.
サブミクロン径の粒子状物質の捕集特性を向上させるためには、DPFにおける隔壁の平均気孔径を縮小することも一つの方法であるが、隔壁の平均気孔径を縮小すると、サブミクロン径の粒子状物質の捕集特性は向上するものの、DPFとしての通気性が低下し、圧力損失が増加するという不具合が生じることとなる。すなわち、従来のDPFでは、特にPM堆積量が少ない状態における高い捕集効率と低い圧力損失(十分な排ガス流量)を両立できておらず、この両方の性能を満たす材料が求められていた。 In order to improve the collection characteristics of particulate matter having a submicron diameter, it is one method to reduce the average pore diameter of the partition walls in the DPF. However, if the average pore diameter of the partition walls is reduced, the submicron diameter Although the collection property of the particulate matter is improved, there is a problem that the air permeability as the DPF is lowered and the pressure loss is increased. That is, the conventional DPF cannot achieve both high collection efficiency and low pressure loss (sufficient exhaust gas flow rate) particularly in a state where the amount of accumulated PM is small, and a material satisfying both of these performances has been demanded.
そこで、DPFにおける隔壁の平均気孔径を5μm以上かつ50μm以下のままとし、この隔壁の表面に平均気孔径が数10nm〜5μmの多孔質膜を形成することが考えられている。この多孔質膜を形成する場合には、上述した従来技術を適用することが考えられる。 Therefore, it is considered that the average pore diameter of the partition walls in the DPF is maintained at 5 μm or more and 50 μm or less, and a porous film having an average pore diameter of several tens nm to 5 μm is formed on the surface of the partition walls. In forming this porous film, it is conceivable to apply the above-described conventional technique.
しかしながら、このような多孔質膜を有するDPFにおいても、次のような問題点がある。すなわち、サブミクロン径の粒子状物質を好適に捕集するため、例えば、平均気孔径が100nmの多孔質膜を形成するためには、多孔質膜を構成する粒子の一次粒子径を数十nm程度とする必要がある。この粒子径は、DPFの平均気孔径の数百分の1程度であり非常に小さい。そのため、DPFの隔壁に多孔質膜を形成する際に、従来技術をそのまま適用しても、多孔質膜を構成する粒子の一部が隔壁の気孔内に流入することを避けるのが難しい。
更に、DPFの主要部であるハニカム構造体は、それぞれのセルが、例えば一端が封止された断面1mm角、長さ150mmの細長い筒状をなしており、さらに、これらのセルは、隣接するセルの封止端部の位置が互いに逆方向となるように交互に封止端部が設けられ、重ねられてハニカム状とされた特殊な形状を有している。対して、上述の従来技術における隔壁は、板状または直径がセンチメートルのオーダーの筒状である。したがって、DPFの主要部であるハニカム構造体の隔壁に多孔質膜を形成する際に、上記の従来技術を適用しようとしても、ハニカム構造体が有する特殊形状のために、形状が大幅に異なり適用が難しい。また、従来技術が適用可能であったとしても、工程が複雑になり、用いる材料等も工夫する必要があり、製造コストが高くなるおそれがある。
このように、DPFの主要部であるハニカム構造体の隔壁の表面に多孔質膜を形成する技術については、いまだに確立されていないのが現状である。
However, the DPF having such a porous membrane also has the following problems. That is, in order to suitably collect particulate matter having a submicron diameter, for example, in order to form a porous film having an average pore diameter of 100 nm, the primary particle diameter of particles constituting the porous film is several tens of nm. It needs to be about. This particle size is about one-hundredth of the average pore size of DPF and is very small. Therefore, even when the conventional technique is applied as it is when forming the porous film on the partition walls of the DPF, it is difficult to avoid a part of the particles constituting the porous film from flowing into the pores of the partition walls.
Furthermore, in the honeycomb structure which is the main part of the DPF, each cell has, for example, an elongated cylindrical shape with a cross section of 1 mm square and a length of 150 mm sealed at one end, and these cells are adjacent to each other. The sealing end portions are alternately provided so that the positions of the sealing end portions of the cells are opposite to each other, and the cells have a special shape that is overlapped and formed into a honeycomb shape. On the other hand, the partition wall in the above-described prior art is plate-shaped or cylindrical with a diameter of the order of centimeters. Therefore, when forming the porous film on the partition walls of the honeycomb structure which is the main part of the DPF, even if trying to apply the above prior art, the shape is greatly different due to the special shape of the honeycomb structure. Is difficult. Moreover, even if the prior art is applicable, the process becomes complicated, and it is necessary to devise materials to be used, which may increase the manufacturing cost.
As described above, the technology for forming a porous film on the surface of the partition walls of the honeycomb structure, which is the main part of the DPF, has not yet been established.
加えて、DPFの隔壁に酸化触媒微粒子を担持させる場合、従来方法では酸化触媒微粒子が隔壁の表面だけでなく隔壁の気孔内部にまで入り込むため、酸化触媒微粒子は隔壁の全体にわたって存在することになる。一方、このDPFを用いて排ガス中の粒子状物質を捕集する場合、粒子状物質はDPFの隔壁の表面に層状に堆積し、気孔内部にはあまり浸入しない。特に粒子状物質がある程度堆積した後は、この傾向が強くなる(非特許文献1参照)。
すると、気孔内部に存在する酸化触媒微粒子は、DPFの隔壁表面に局在する粒子状物質と接することが無く、粒子状物質の酸化除去にはほとんど寄与しないこととなる。したがって、酸化触媒微粒子を隔壁の表面に選択的に担持させることができれば、固着した酸化触媒のほとんどが粒子状物質の酸化除去に寄与するために、酸化触媒の性能を有効に引き出すことができるが、このような方法はまだ開示されていない。
In addition, when the oxidation catalyst fine particles are supported on the partition walls of the DPF, the oxidation catalyst fine particles exist not only on the surface of the partition walls but also inside the pores of the partition walls in the conventional method, so that the oxidation catalyst fine particles exist over the entire partition walls. . On the other hand, when the particulate matter in the exhaust gas is collected using this DPF, the particulate matter is layered on the surface of the partition wall of the DPF, and does not penetrate so much into the pores. In particular, this tendency becomes stronger after particulate matter is deposited to some extent (see Non-Patent Document 1).
Then, the oxidation catalyst fine particles present in the pores do not come into contact with the particulate matter localized on the partition wall surface of the DPF, and hardly contribute to the oxidation removal of the particulate matter. Therefore, if the oxidation catalyst fine particles can be selectively supported on the surface of the partition wall, most of the fixed oxidation catalyst contributes to the oxidation removal of the particulate matter, so that the performance of the oxidation catalyst can be effectively extracted. Such a method has not yet been disclosed.
また更に、DPFには、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質中の可溶性有機成分(Soluble Organic Fraction:SOF)や炭化水素、一酸化炭素などを酸化浄化する機能が求められる場合がある。例えば、DPFの前段(エンジン側)に設置される酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:DOC)で、可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素を酸化しきれない場合に、これらをDPFで酸化することにより、排ガス中に含まれる可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素を減らすことができるからである。これらの酸化には、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の貴金属を触媒として好適に用いることができることが知られている。
しかし、これらの貴金属触媒は、エンジンの運転条件によりDPFが高温になった場合に、貴金属同士が熱で接合して肥大化するシンタリングと呼ばれる現象により、表面積が減少し、触媒活性が低下してしまうことが一般的である。
Furthermore, the DPF may be required to have a function of oxidizing and purifying soluble organic components (SOF), hydrocarbons, carbon monoxide and the like in the particulate matter discharged from the diesel engine. For example, when the oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst: DOC) installed at the front stage (engine side) of the DPF cannot oxidize soluble organic components, carbon monoxide, and hydrocarbons, by oxidizing them with the DPF This is because soluble organic components, carbon monoxide, and hydrocarbons contained in the exhaust gas can be reduced. It is known that noble metals such as platinum (Pt) and palladium (Pd) can be suitably used as catalysts for these oxidations.
However, these noble metal catalysts have a reduced surface area and reduced catalytic activity due to a phenomenon called sintering in which the noble metals join together with heat when the DPF becomes hot due to engine operating conditions. It is common to end up.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、DPF等の排ガス浄化フィルタを構成するハニカム構造型フィルタの隔壁の表面に、粒子状物質の堆積量が少ない状態でも粒子状物質の高い捕集効率が得られ、しかも圧力損失も低い多孔質膜を形成することが可能な多孔質膜形成用塗料を提供することを目的とする。
また、隔壁における酸化触媒の担持方法を改善することにより、再生処理時に隔壁の表面に堆積する粒子状物質の燃焼時間を短縮し、再生処理時の排ガス温度上昇に必要な燃料の使用を低減し、燃料消費率の低下及びフィルタ機能の劣化防止を図ることができるDPF等のハニカム構造型フィルタ用の多孔質膜を提供することを、あわせて目的とする。
更には、この酸化触媒を一酸化炭素や炭化水素に対する酸化触媒性能を有するものとすることで、これらの有害なガスを浄化するハニカム構造型フィルタ用の多孔質膜を提供することをあわせて目的とする。
また更には、高温環境化においても、白金、パラジウム等の貴金属を形成材料とする触媒の触媒活性が低下しないハニカム構造型フィルタを提供することをあわせて目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and the particulate matter is formed on the surface of the partition wall of the honeycomb structure type filter constituting the exhaust gas purification filter such as DPF even in a state where the amount of particulate matter deposited is small. An object of the present invention is to provide a coating material for forming a porous film capable of forming a porous film with high material collection efficiency and low pressure loss.
In addition, by improving the method of supporting the oxidation catalyst in the partition walls, the combustion time of particulate matter deposited on the surface of the partition walls during the regeneration process is shortened, and the use of fuel necessary for raising the exhaust gas temperature during the regeneration process is reduced. Another object of the present invention is to provide a porous membrane for a honeycomb structure type filter such as a DPF that can reduce the fuel consumption rate and prevent the filter function from being deteriorated.
Furthermore, it is also an object to provide a porous membrane for a honeycomb structure type filter that purifies these harmful gases by making the oxidation catalyst have an oxidation catalyst performance for carbon monoxide and hydrocarbons. And
A further object of the present invention is to provide a honeycomb structure type filter in which the catalytic activity of a catalyst made of a noble metal such as platinum or palladium is not lowered even in a high temperature environment.
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、DPFのハニカム構造体の隔壁に、少なくとも白金、パラジウム、ロジウム(Rh)からなる群から選択される1種または2種以上の貴金属およびアルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、セリウム(Ce)、ランタン(La)、鉄(Fe)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)のうち1種または2種以上の元素を含む酸化物、またはこれらの元素のうち少なくとも1種の元素を含む複合酸化物とを含有する微粒子を含み、かつ所定の膜厚、平均気孔径及び平均気孔率を有する多孔質膜を設けることにより、粒子状物質の堆積量が少ない状態でも高い捕集効率が得られると同時に圧力損失の上昇を抑制することができ、しかもDPFの再生時においては、従来のDPFに比べて隔壁に堆積する粒子状物質の燃焼時間を短縮することができ、高温が負荷されても一酸化炭素や炭化水素の浄化性能が低下しにくくなることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have one or two kinds selected from the group consisting of at least platinum, palladium, and rhodium (Rh) in the partition walls of the DPF honeycomb structure. Noble metals and aluminum (Al), zirconium (Zr), titanium (Ti), cerium (Ce), lanthanum (La), iron (Fe), silicon (Si), zinc (Zn), magnesium (Mg), manganese (Mn), fine particles containing an oxide containing one or more elements of cobalt (Co), or a composite oxide containing at least one of these elements, and a predetermined By providing a porous membrane having a film thickness, an average pore diameter and an average porosity, high collection efficiency can be obtained even when the amount of particulate matter deposited is small, and at the same time pressure loss can be reduced. In addition, when the DPF is regenerated, the combustion time of the particulate matter deposited on the partition walls can be shortened compared to the conventional DPF, and carbon monoxide and carbonization can be achieved even when a high temperature is applied. It has been found that the hydrogen purification performance is unlikely to deteriorate.
そして、DPFのハニカム構造体の隔壁に多孔質膜を形成する場合に、比表面積、タップかさ密度及び塗料中の平均二次粒子径が制御されるとともに、少なくとも白金、パラジウム、ロジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属およびアルミニウム、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン、鉄、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、マンガン、コバルトのうち1種または2種以上の元素を含む酸化物、または2種以上の前記酸化物の混合物、を形成材料とする酸化物微粒子を含有する微粒子と、分散媒とを含有し、その粘度が2mPa・s以上かつ1000mPa・s以下に制御された多孔質膜形成用塗料を用いれば、隔壁である多孔質支持体の表面に貴金属と酸化物とを含有する微粒子を成分とする多孔質膜を形成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 When a porous film is formed on the partition walls of the DPF honeycomb structure, the specific surface area, tap bulk density and average secondary particle size in the paint are controlled, and at least selected from the group of platinum, palladium and rhodium One or more kinds of noble metals and oxides containing one or more elements of aluminum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum, iron, silicon, zinc, magnesium, manganese, cobalt, or two kinds For forming a porous film comprising fine particles containing fine oxide particles comprising a mixture of the above oxides as a forming material and a dispersion medium, the viscosity of which is controlled to 2 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less. By using a paint, it is possible to form a porous film containing fine particles containing noble metal and oxide as components on the surface of a porous support that is a partition wall. It found that it is a performance, which resulted in the completion of the present invention.
すなわち、本発明の多孔質膜形成用塗料は、ハニカム構造型フィルタの多孔質支持体の表面に、この多孔質支持体の平均気孔径よりも小さな平均気孔径を有する多孔質膜を形成するための塗料であって、前記塗料は、少なくとも、白金、パラジウム、ロジウムからなる群から選択される1種または2種以上からなる貴金属と酸化物とを含有する微粒子と、該微粒子を分散する分散媒と、を含有しており、前記微粒子は、前記貴金属を含む貴金属微粒子と、前記酸化物を含む酸化物微粒子とが金属・酸化物複合微粒子を形成しており、前記微粒子は、比表面積が1m2/g以上かつ125m2/g以下、タップかさ密度が0.1g/cm3以上かつ2.0g/cm3以下、前記分散媒中の平均二次粒子径が0.1μm以上かつ10μm以下であり、前記塗料の粘度は2mPa・s以上かつ1000mPa・s以下であることを特徴とする。
That is, the coating material for forming a porous film of the present invention forms a porous film having an average pore diameter smaller than the average pore diameter of the porous support on the surface of the porous support of the honeycomb structure type filter. The coating material comprises a fine particle containing at least one kind of noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium and rhodium and an oxide, and a dispersion medium in which the fine particle is dispersed. In the fine particles, the noble metal fine particles containing the noble metal and the oxide fine particles containing the oxide form metal / oxide composite fine particles, and the fine particles have a specific surface area of 1 m. 2 / g or more and 125 m 2 / g or less, the tap bulk density is 0.1 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less, and the average secondary particle diameter in the dispersion medium is 0.1 μm or more and 10 μm or less. The viscosity of the paint is 2 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less.
前記酸化物は、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン、鉄、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、マンガン、コバルトからなる群から選択される1種または2種以上の元素を含む酸化物または複合酸化物であることが望ましい。
前記微粒子は、前記酸化物微粒子に対する貴金属の割合が、0.1質量%以上かつ30質量%以下であることが望ましい。
The oxide is an oxide or a composite oxide containing one or more elements selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum, iron, silicon, zinc, magnesium, manganese, and cobalt. It is desirable to be.
In the fine particles, the ratio of the noble metal to the fine oxide particles is preferably 0.1% by mass or more and 30% by mass or less.
本発明の多孔質膜は、本発明の多孔質膜形成用塗料を塗布した後に熱処理して得ることを特徴とする。 The porous film of the present invention is obtained by applying the porous film-forming paint of the present invention and then performing a heat treatment.
本発明の多孔質膜形成用塗料によれば、分散媒に分散する微粒子の比表面積、タップかさ密度、平均二次粒子径、塗料の粘度を上述の値に制御することで、排ガス浄化フィルタを構成するハニカム構造型フィルタの多孔質支持体の表面に塗布した際に、粒子が多孔質支持体の気孔内に侵入するのを抑制することができる。したがって、ハニカム構造型フィルタの多孔質支持体の表面に、貴金属と酸化物とを含み、多孔質支持体の平均気孔径より小さな平均気孔径を有し、しかも均質性に優れた多孔質膜を容易に形成することができる。 According to the porous film-forming coating material of the present invention, the exhaust gas purification filter is controlled by controlling the specific surface area, tap bulk density, average secondary particle size, and coating viscosity of the fine particles dispersed in the dispersion medium to the above values. When applied to the surface of the porous support of the honeycomb structure type filter, the particles can be prevented from entering the pores of the porous support. Therefore, a porous membrane having noble metal and oxide, having an average pore diameter smaller than the average pore diameter of the porous support and excellent in homogeneity on the surface of the porous support of the honeycomb structure type filter. It can be formed easily.
また、この多孔質膜形成用塗料を多孔質支持体の表面に塗布し熱処理するだけで多孔質膜を形成することができるので、いかなる形状の多孔質支持体であっても、多孔質支持体の形状等の制約を受けることなく、その表面に均質性に優れた多孔質膜を容易に形成することができる。 In addition, since the porous film can be formed by simply applying the coating for forming a porous film on the surface of the porous support and heat-treating it, the porous support can be formed in any shape. A porous film having excellent homogeneity can be easily formed on the surface thereof without being restricted by the shape or the like.
本発明の多孔質膜によれば、本発明の多孔質膜形成用塗料を塗布して得られた塗布膜を熱処理したので、ハニカム構造型フィルタの多孔質支持体の平均気孔径より小さな微小径の気孔を有し、微小径の微細粒子の捕集特性が向上した多孔質膜を得ることができる。 According to the porous membrane of the present invention, since the coating film obtained by applying the coating material for forming a porous membrane of the present invention was heat-treated, a fine diameter smaller than the average pore diameter of the porous support of the honeycomb structure type filter It is possible to obtain a porous film having the pores of FIG.
以下、図1〜図2を参照しながら、本発明のハニカム構造型フィルタについて説明する。以下の説明では、ハニカム構造型フィルタとして、自動車用ディーゼルエンジンに用いられる排ガス浄化フィルタであるDPFを例にとり説明するが、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。なお以下の説明においては、DPFを例とする関係上、ハニカム構造型フィルタを排ガス浄化フィルタと称する。また、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
初めに、本発明の内容をより理解し易くするために、本発明の多孔質膜形成用塗料を用いることで形成が可能となる排ガス浄化フィルタについて説明する。
Hereinafter, the honeycomb structure type filter of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, a DPF, which is an exhaust gas purification filter used in an automobile diesel engine, will be described as an example of a honeycomb structure type filter. This embodiment will be specifically described for better understanding of the gist of the invention. Therefore, the present invention is not limited unless otherwise specified. In the following description, the honeycomb structure type filter is referred to as an exhaust gas purification filter because of the DPF as an example. In all of the following drawings, the film thicknesses and dimensional ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
First, in order to make the content of the present invention easier to understand, an exhaust gas purification filter that can be formed by using the porous film-forming paint of the present invention will be described.
[排ガス浄化フィルタ(ハニカム構造型フィルタ)]
図1は、本発明のハニカム構造型フィルタの一実施形態であり、排ガス浄化フィルタであるDPFを示す一部破断斜視図、図2は同DPFの隔壁構造を示す断面図であり、図1において符号βで示す面を拡大した図である。
[Exhaust gas purification filter (honeycomb structure type filter)]
FIG. 1 is an embodiment of a honeycomb structure type filter of the present invention, and is a partially broken perspective view showing a DPF which is an exhaust gas purification filter, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a partition structure of the DPF. It is the figure which expanded the surface shown with the code | symbol (beta).
DPF10は、多数の細孔(気孔)を有する円柱状の多孔質セラミックスからなるフィルタ基体11と、このフィルタ基体11内に形成されたガス流路12と、ガス流路12の内壁面に設けられた多孔質膜13と、により概略構成されている。
The
フィルタ基体11は、炭化ケイ素、コーディエライト、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素等の耐熱性の多孔質セラミックスからなるハニカム構造体であり、排ガスGの流れ方向である軸方向に沿い、多孔質セラミックスからなる隔壁14によりハニカム構造とされ、この隔壁14により囲まれた軸方向の中空の領域が多数のセル状のガス流路12とされている。
このフィルタ基体11の軸方向の両端面のうち一方の端面αが、粒子状物質を含む排ガスGが流入する流入面とされ、他方の端面γが、上記の排ガスGから粒子状物質を取り除いた浄化ガスCを排出する排出面とされている。
The
One end surface α of both end surfaces in the axial direction of the
ここで、本実施形態における「ハニカム構造」とは、フィルタ基体11に複数のガス流路12を互いに平行となるように形成した構造である。図では、ガス流路12の軸方向に直交する断面の形状を四角形として示しているが、これに限らず、多角形、円形、楕円形など様々な断面形状とすることができる。また、フィルタ基体11の外周付近に配置したガス流路12は、断面形状の一部が円弧状となっているが、これはフィルタ基体11の形状に合わせた便宜上のものであり、このような形状とすることで、フィルタ基体11の外周付近にまで隙間無くガス流路12を配置したハニカム構造としている。
Here, the “honeycomb structure” in the present embodiment is a structure in which a plurality of
この隔壁14の平均気孔径は5μm以上かつ50μm以下であることが好ましい。
平均気孔径が5μmを下回ると、隔壁14自体による圧力損失が大きくなるため好ましくない。逆に平均気孔径が50μmを上回ると、隔壁14の強度が十分でなくなり、隔壁14上に多孔質膜13を形成するのが困難になるため好ましくない。
The average pore diameter of the
If the average pore diameter is less than 5 μm, the pressure loss due to the
ガス流路12は、排ガスGの流れ方向(長手方向)から見た場合に、上流側端部と下流側端部とが交互に閉塞された構造、すなわち、排ガスGの流入側である上流側端部が開放された流入セル12Aと、浄化ガスCを排出する側である下流側端部が開放された流出セル12Bとにより構成されている。
この流入セル12Aの内壁面(隔壁14の流入セル12A側表面)12aには、多孔質膜13が形成されている。
The
A
なお、この多孔質膜13は、流入セル12Aの内壁面だけでなく、流出セル12Bの内壁面(隔壁14の流出セル12B側表面)にも設けられていて構わない。ただし、以下の記載では、流入セル12Aの内壁面に設けられたものとして説明する。
The
図2は、DPF10における排ガスの流れを示す説明図である。DPF10は、フィルタ基体11における軸方向の両端面のうち、一方の端面αが、粒子状物質を含む排ガスGが流入する流入面とされ、他方の端面γが、排ガスGから粒子状物質を取り除いた浄化ガスCを排出する排出面とされている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the flow of exhaust gas in the
図に示すように、端面α側から流入した粒子状物質30を含む排ガスGは、流入セル12Aを、端面α側から端面γ側へと流れる過程で、フィルタ基体11の隔壁14が有する細孔を通過する。この際、排ガスG中に含まれる粒子状物質30は、隔壁14、特に隔壁14の流入セル12A側の内壁面12aに形成された多孔質膜13により捕集されて除去され、粒子状物質30が除去された浄化ガスCとなる。浄化ガスCは、流出セル12Bを端面α側から端面γ側へと流れ、端面γ側から排出される。
As shown in the drawing, the exhaust gas G containing the
このように、隔壁14が有する細孔はガス流路12の一部を成すため、隔壁14の平均細孔径は、5μm以上かつ50μm以下であることが好ましい。平均細孔径が5μm未満であると、隔壁14自体による圧力損失が大きくなるので好ましくなく、一方、平均細孔径が50μmを超えると、隔壁14が強度不足となりやすく、隔壁14上に多孔質膜13を形成するのが困難になる等の不具合を生じるので好ましくない。
本実施形態の多孔質膜13を有するDPF10の概略構成は、以上のようになっている。
Thus, since the pores of the
The schematic configuration of the
[多孔質膜]
多孔質膜13は、フィルタ基体11の隔壁14を構成する多孔質セラミックスの細孔内に実質的に入り込むことなく、内壁面12a上にて独立した膜となっている。すなわち、多孔質膜13は、隔壁14の内部への侵入が抑制された状態で流入セル12Aの内壁面12aに形成されており、隔壁14に形成されている気孔を塞ぐことはない。この多孔質膜13は、互いに連通する多数の気孔を有しており、結果として貫通孔を有するフィルタ状の多孔質となっている。粒子状物質は、隔壁14に入り込む前に多孔質膜13によって捕集されることとなる。
[Porous membrane]
The
また、多孔質膜13は、流入セル12Aの内壁面(隔壁14の流入セル12A側の表面)12aに、本発明の多孔質膜形成用塗料を塗布し、その後熱処理して得られた膜である。本発明の多孔質膜13は、少なくとも白金、パラジウム、ロジウムからなる群から選択される1種または2種以上の貴金属、および、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン、鉄、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、マンガン、コバルトからなる群から選択される1種または2種以上の元素を含む酸化物、または2種以上の前記酸化物の混合物、を形成材料とする酸化物微粒子を成分として有する。
The
更に、多孔質膜13は、平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下、平均気孔率が35%以上かつ90%以下、平均膜厚は、40μm以下となっている。
Further, the
[多孔質膜の構造]
まず、多孔質膜13の構造について詳細に説明する。多孔質膜13が高い捕集効率と低い圧力損失とを両立するために、多孔質膜13の平均気孔径、平均気孔率、平均膜厚が、所定の範囲内となっていることが求められる。
[Porous membrane structure]
First, the structure of the
多孔質膜13が有する多数の気孔の平均気孔径は、0.05μm以上かつ5μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.05μm以上かつ3μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上かつ2μm以下である。この気孔径は、隔壁14の気孔径、すなわち従来のDPFの平均気孔径である5μm〜50μmよりも小さくなっている。このため、粒子状物質30は、多孔質膜13によって捕集され、隔壁14には入り込まないため、高い捕集効率を得ることができる。
The average pore diameter of a large number of pores of the
ここで、多孔質膜13の平均気孔径が0.05μm未満となると、多孔質膜13により発生する圧力損失が高くなり、一方、平均気孔径が5μmを超えると、多孔質膜13と隔壁14の気孔径とに実質的な差がなくなり、粒子状物質30の捕集率が低下するために、いずれも多孔質膜13としては好ましくない。また、平均気孔径が5μmを超える場合、特に粒子状物質の堆積量が少ない状態では、高い捕集効率が得難くなり、DPF10の再生処理を行う場合に粒子状物質の燃焼効率の向上が見られないため好ましくない。
Here, when the average pore diameter of the
また、多孔質膜13の平均気孔率は、35%以上かつ90%以下であることが好ましく、50%以上かつ90%以下であればより好ましく、60%以上かつ90%以下であればさらに好ましい。多孔質膜の平均気孔率が35%未満では、多孔質膜により発生する圧力損失が大きくなり、一方、平均気孔率が90%を超えると多孔質膜の強度が低下するおそれがあるため好ましくない。
The average porosity of the
また、多孔質膜13の平均膜厚は、40μm以下であることが好ましい。
多孔質膜13の平均膜厚が40μmを超えると、多孔質膜13により発生する圧力損失が大きくなるからである。なお、多孔質膜13は、粒子状物質30を捕集することができ、かつ実質的に粒子状物質30が隔壁14の細孔に入り込まなければよく、この条件を満たす限り、平均膜厚の下限に特に制限はない。
The average film thickness of the
This is because when the average film thickness of the
以上のような構造の多孔質膜13は、平均気孔径が隔壁14の気孔径よりも小さいこと、一方その膜厚はフィルタ基体の一般的な厚みである200〜400μmよりも薄く、かつ気孔率も高いことから、高い捕集効率を備え、また圧力損失が低く十分な排ガス流を得ることができる。
更に、多孔質膜13を設けることにより、粒子状物質30が堆積していく際に隔壁14の細孔内に粒子状物質30が入り込みにくい。このため、多孔質膜が付与されていない場合に比べて、粒子状物質30が隔壁14の細孔を閉塞しにくくなるため、粒子状物質40が堆積した後の圧力損失上昇を抑えることができる。
The
Furthermore, the provision of the
これらによって、本発明の多孔質膜が形成された排ガス浄化フィルタでは、粒子状物質30の堆積量が少ない状態からの高い捕集効率と低い圧力損失を両立することができる。
また、多孔質膜13の存在により、フィルタの再生時に、粒子状物質30を燃焼させるための酸素が粒子状物質層中に均等に流通するようになる。これにより、粒子状物質30全体に対して確実に酸素が供給され、酸素が供給され難い粒子状物質30が減るため、粒子状物質30の酸化が均等に進み、結果として粒子状物質30の燃焼時間を短縮することができる。
By these, in the exhaust gas purification filter in which the porous membrane of the present invention is formed, it is possible to achieve both high collection efficiency and low pressure loss from a state where the amount of
Further, due to the presence of the
[多孔質膜の構成と材料]
次に、多孔質膜13を構成する材料について詳細に説明する。この多孔質膜13は、白金、パラジウム、ロジウムから構成される群の中から選択される1種又は2種以上の貴金属を有している。これらの貴金属は、粒子状物質の燃焼促進に対して触媒作用があるため、多孔質膜中に上述の貴金属を含有することにより、多孔質膜の効果に加え、触媒作用の効果も得ることが可能となる。例えば、白金は排ガス中に含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、二酸化窒素が粒子状物質を強力に酸化する作用を有するため、粒子状物質の酸化触媒として広く用いられている。
[Configuration and materials of porous membrane]
Next, the material constituting the
また、上述の貴金属は、粒子状物質に付着した可溶性有機成分や炭化水素あるいは一酸化炭素を酸化し、二酸化炭素と水とに分解する酸化分解反応に対する触媒作用も有する。そのため、上述の貴金属を有する多孔質膜は、粒子状物質の良好な捕集性能、および粒子状物質の燃焼触媒の効果に加え、可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の燃焼を促進する効果も得ることができる。
粒子状物質や可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の個々の酸化反応は、貴金属の種類に起因する触媒反応の速度が異なるため、浄化すべき排ガス組成に応じて多孔質膜中に含有する貴金属の種類や量を適宜選択すると良い。
The above-mentioned noble metal also has a catalytic action for an oxidative decomposition reaction that oxidizes soluble organic components, hydrocarbons or carbon monoxide adhering to the particulate matter and decomposes them into carbon dioxide and water. Therefore, the porous film having the above-mentioned noble metal has an effect of promoting the combustion of soluble organic components, carbon monoxide, and hydrocarbons in addition to the good collection performance of the particulate matter and the effect of the combustion catalyst of the particulate matter. Can also be obtained.
Individual oxidation reactions of particulate matter, soluble organic components, carbon monoxide, and hydrocarbons differ in the rate of catalytic reaction due to the type of noble metal, so they are contained in the porous membrane according to the exhaust gas composition to be purified. It is advisable to select the type and amount of the noble metal as appropriate.
また、これら貴金属は単体で存在するだけでなく、2種以上の貴金属からなる合金でも良い。合金化させることで、例えば、熱によるシンタリングを抑制し、高い比表面積を維持することが可能であり、触媒活性を維持することができるといった効果を得ることができる。また、これら貴金属は、価数が0価の金属状態のものだけではなく、貴金属の表面が酸化されたもの等、価数が0価以外のものを含んでいても構わない。上述の貴金属の中でも、白金、パラジウムのいずれか一方または両方を用いることがより好ましい。 Further, these noble metals are not only present alone, but may be alloys composed of two or more kinds of noble metals. By alloying, for example, sintering by heat can be suppressed, a high specific surface area can be maintained, and the catalytic activity can be maintained. Further, these noble metals may include not only those having a valence of 0 but also those having a valence other than 0, such as an oxidized surface of the noble metal. Among the above-mentioned noble metals, it is more preferable to use one or both of platinum and palladium.
一方、多孔質膜13は、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン、鉄、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、マンガン、コバルトからなる群から選択される1種または2種以上の元素を含む酸化物微粒子または複合酸化物微粒子を含有している。これらの酸化物を構成する金属の中でも、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン、鉄がより好ましく、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、ランタンがさらに好ましい。
On the other hand, the
ここで、本発明の酸化物微粒子とは、1種の金属イオンを含む酸化物であっても良く、2種以上の金属イオンを含む複合酸化物であっても良い。 Here, the oxide fine particles of the present invention may be an oxide containing one kind of metal ion or a complex oxide containing two or more kinds of metal ions.
ここで、微粒子の成分を前記の酸化物または複合酸化物とした理由は、この多孔質膜の耐熱性を十分に確保することができるからである。例えば、DPF等のセラミックフィルタの場合、排ガスの温度が1000℃以上にまで上昇することがあるので、多孔質膜の材料に対しても1000℃以上までの耐熱性が必要になる。多孔質膜をこれらの酸化物微粒子で構成することにより、多孔質膜及び多孔質膜付き排ガス浄化フィルタの耐熱性を十分なものとすることができる。
また、これらの酸化物または複合酸化物は化学的安定性にも優れているため、多孔質膜をこれらの酸化物または複合酸化物の微粒子で構成することにより、多孔質膜及び多孔質膜付き排ガス浄化フィルタの化学的安定性を十分なものとすることができる。
このような耐熱性や化学的安定性に特に優れているものとしては、酸化アルミニウムや酸化ジルコニウムを挙げることができる。
Here, the reason why the fine particle component is the oxide or composite oxide is that the heat resistance of the porous film can be sufficiently secured. For example, in the case of a ceramic filter such as DPF, the temperature of the exhaust gas may rise to 1000 ° C. or higher, so that the heat resistance up to 1000 ° C. or higher is required even for the material of the porous membrane. By constituting the porous membrane with these oxide fine particles, the heat resistance of the porous membrane and the exhaust gas purification filter with a porous membrane can be made sufficient.
In addition, since these oxides or composite oxides are excellent in chemical stability, it is possible to attach a porous film and a porous film by configuring the porous film with fine particles of these oxides or composite oxides. The chemical stability of the exhaust gas purification filter can be made sufficient.
Examples of particularly excellent heat resistance and chemical stability include aluminum oxide and zirconium oxide.
[貴金属の保持方法]
多孔質膜13において上述の貴金属が有効な触媒作用を示すためには、貴金属の表面積が大きく、かつ被酸化物質と有効に接触することが好ましい。すなわち、貴金属を含む貴金属微粒子が極微粒子の状態で、酸化物微粒子または複合酸化物微粒子の表面に分散していることが好ましい。一方、貴金属微粒子がシンタリングにより凝集、焼結されて粗大粒子化すると触媒活性が低下することが知られている。そこで、貴金属極微粒子が酸化物微粒子または複合酸化物微粒子と一体化した、金属・酸化物複合微粒子となっていることが好ましい。これらの貴金属極微粒子が酸化物微粒子表面に固定化されることにより、貴金属のシンタリングを抑制し、触媒作用の低下を抑制することができる。特に酸化セリウムは、表面に一体化(担持)された貴金属微粒子が酸化物表面を移動することを抑制し、貴金属のシンタリングを抑えるので好ましい。
この点から、貴金属微粒子と酸化物微粒子または複合酸化物微粒子を単純に混合して多孔質膜13を形成することは好ましくない。
なお、酸化物微粒子または複合酸化物微粒子の粒子径を、貴金属微粒子と同程度まで小さくすることも可能であるが、このような金属・酸化物複合微粒子の場合も、貴金属の極微粒子が酸化物微粒子または複合酸化物微粒子と一体化することで貴金属の移動が抑制されるから、同様にシンタリング抑制効果を得ることができる。
[Precious metal retention method]
In order for the above-mentioned noble metal to exhibit an effective catalytic action in the
From this point, it is not preferable to form the
It is possible to reduce the particle diameter of the oxide fine particles or composite oxide fine particles to the same level as that of the noble metal fine particles. In the case of such metal / oxide composite fine particles, the noble metal ultrafine particles are oxides. Since the movement of the noble metal is suppressed by integrating with the fine particles or the composite oxide fine particles, the sintering suppressing effect can be obtained similarly.
多孔質膜を構成する酸化物微粒子への貴金属微粒子の一体化方法としては、予め貴金属が微粒子と酸化物微粒子とを一体化した金属・酸化物複合微粒子を作製した後、金属・酸化物複合微粒子が分散した塗布液をフィルタ基体に塗布することで、金属・酸化物複合微粒子からなる多孔質膜を形成してもよい。または、酸化物微粒子が分散した塗布液をフィルタ基体に塗布し、酸化物微粒子からなる多孔質膜を形成した後に、貴金属微粒子が分散した塗布液、または貴金属の塩が溶解した塗布液を酸化物多孔質膜付きフィルタ基体に塗布し、貴金属微粒子と酸化物微粒子が一体化した多孔質膜を形成してもよい。本実施形態では、予め貴金属微粒子と酸化物微粒子とを一体化させた金属・酸化物複合微粒子を作製した後、金属・酸化物複合微粒子からなる多孔質膜を形成している。 As a method for integrating the noble metal fine particles into the oxide fine particles constituting the porous film, the metal / oxide composite fine particles in which the noble metal is previously integrated with the fine particles and the oxide fine particles are prepared, and then the metal / oxide composite fine particles are prepared. A porous film made of metal / oxide composite fine particles may be formed by applying a coating liquid in which is dispersed in a filter substrate. Alternatively, a coating liquid in which oxide fine particles are dispersed is applied to a filter substrate to form a porous film made of oxide fine particles, and then a coating liquid in which noble metal fine particles are dispersed or a coating liquid in which noble metal salts are dissolved is oxidized. It may be applied to a filter substrate with a porous film to form a porous film in which noble metal fine particles and oxide fine particles are integrated. In this embodiment, a metal / oxide composite fine particle in which noble metal fine particles and oxide fine particles are integrated in advance is prepared, and then a porous film made of the metal / oxide composite fine particles is formed.
ここで、金属・酸化物複合微粒子における貴金属が、良好に酸化触媒活性を発現するためには、金属・酸化物複合微粒子中の酸化物に対する貴金属の比率が、所定の範囲内となっていることが求められる。 Here, in order for the noble metal in the metal / oxide composite fine particles to express the oxidation catalytic activity well, the ratio of the noble metal to the oxide in the metal / oxide composite fine particles is within a predetermined range. Is required.
金属・酸化物複合微粒子中の酸化物に対する貴金属の比率、すなわち酸化物100質量部に対する貴金属の割合は、0.1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、0.1質量部以上20質量部以下がより好ましく、0.1質量部以上10質量部以下が最も好ましい。
酸化物に対する貴金属の割合が0.1質量部を下回ると、粒子状物質、可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の酸化触媒性能を持つ貴金属の微粒子中の量が少なくなってしまい、貴金属が粒子状物質の燃焼性向上に実質的に寄与しなくなってしまうため好ましくない。一方、酸化物に対する貴金属の割合が30質量部を上回ると、貴金属同士の融着が進みやすくなり、貴金属と酸化物を含有する微粒子の粒子状物質、可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の酸化触媒性能が劣化しやすくなったりするため好ましくない。
The ratio of the noble metal to the oxide in the metal / oxide composite fine particles, that is, the ratio of the noble metal to 100 parts by mass of the oxide is preferably 0.1 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, and 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less. Less than or equal to 1 part by mass is more preferred, and 0.1 to 10 parts by mass is most preferred.
When the ratio of the noble metal to the oxide is less than 0.1 parts by mass, the amount of particulate matter, soluble organic components, carbon monoxide, and hydrocarbons having noble metal oxidation catalyst performance decreases, and the noble metal is reduced. This is not preferable because it does not substantially contribute to the improvement of the combustibility of the particulate matter. On the other hand, when the ratio of the noble metal to the oxide exceeds 30 parts by mass, the fusion between the noble metals is facilitated, and the particulate matter containing the noble metal and the oxide, the soluble organic component, the carbon monoxide, the hydrocarbon Since oxidation catalyst performance tends to deteriorate, it is not preferable.
以上のような構成の多孔質膜13は、以下のような効果を有する。
まず、多孔質膜13は、形成材料として白金、パラジウム、ロジウムの群から選択される1種または2種以上の貴金属を含有しており、これら多孔質膜13の成分である貴金属は酸化触媒特性、すなわち粒子状物質30の燃焼触媒作用を有している。したがって、貴金属を含有することにより、排ガス浄化フィルタの再生処理時に、その隔壁に堆積する粒子状物質の燃焼時間を短縮して、再生処理に排ガス温度上昇に必要な燃料の使用を低減して燃料消費率の低下を図ることができ、さらには排ガス浄化フィルタ自体の劣化を抑制することができる。
また、多孔質膜13が含有する貴金属は、一酸化炭素、炭化水素を酸化し二酸化炭素、水に変換する反応に対する触媒作用も有しているため、これらの燃焼を促進する効果も得ることができる。
The
First, the
In addition, the noble metal contained in the
次に、本発明の貴金属は、酸化物微粒子に担持され多孔質膜13の形をとって隔壁14の表面に存在している。本発明における多孔質膜13は、平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下であり、粒子状物質30は上述のように主に多孔質膜13により捕集される。従って、粒子状物質30は、多孔質膜13が有する貴金属を近接した状態で捕集される。このため、本発明の構造であれば、貴金属の触媒性能をより迅速に発揮できる。
更に、多孔質膜13は支持体11を構成する多孔質セラミックスの細孔内に実質的に入り込んでいないので、そのほとんど全てが粒子状物質30の酸化除去に寄与することができる。すなわち、貴金属がフィルタの気孔内部に入り込み、その結果として、貴金属が粒子状物質30の酸化除去にほとんど寄与しなくなる(無駄となる)ということがない。
Next, the noble metal of the present invention is present on the surface of the
Further, since the
そして、多孔質膜13が、酸化物微粒子を含有することで、フィルタ基体の隔壁に貴金属を直接固着させる場合と比べ、フィルタに高温がかかった時の貴金属のシンタリングに起因した、多孔質膜及び排ガス浄化フィルタの気孔径分布変化や酸化触媒成分の劣化が抑制される。これは、酸化物、特に酸化セリウムは担持した貴金属に移動抑制効果を有すること、また多孔質膜中に多数の気孔を有することで貴金属担持酸化物微粒子同士の間隙が多いためと考えられ、この結果として、高温での粒子状物質30の燃焼特性の変化を抑制することができる。
And the
これらの各効果を総合することにより、本発明の排ガス浄化フィルタ(ハニカム構造型フィルタ)においては、粒子状物質30の捕集特性に優れ圧力損失が低減されるほか、多孔質膜による酸素の供給均等化作用や貴金属の燃焼触媒作用による再生時の粒子状物質30の燃焼促進、燃焼温度の低下、燃焼特性の変化の抑制により、再生処理時間がさらに短縮されることにより、再生処理時に必要な燃料の使用量をより低減させることや、排ガス浄化フィルタ自体の劣化をより抑制することができる。更に、貴金属を含有する排ガス浄化フィルタの熱による粒子状物質、可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の燃焼性能の劣化を抑制して、フィルタ自体の性能を持続させることができる。
By combining these effects, the exhaust gas purification filter (honeycomb structure type filter) of the present invention has excellent trapping characteristics of the
[多孔質膜形成用塗料]
次に、上述したDPF10が有する多孔質膜13、および多孔質膜13を形成するための多孔質膜用塗料について説明する。ここでは、まず多孔質膜形成用塗料について説明した後に、当該塗料を用いて形成する多孔質膜13について説明する。
本実施形態の多孔質膜形成用塗料は、少なくとも白金、パラジウム、ロジウムからなる群から選択される1種または2種以上からなる貴金属と酸化物とを含有する微粒子と、分散媒とを含有しており、前記微粒子は、比表面積が1m2/g以上かつ125m2/g以下、タップかさ密度が0.1g/cm3以上かつ2.0g/cm3以下、前記分散媒中の平均二次粒子径が0.1μm以上かつ10μm以下であり、前記塗料の粘度は2mPa・s以上かつ1000mPa・s以下である。
[Porous film forming paint]
Next, the
The coating material for forming a porous film according to the present embodiment contains fine particles containing at least one noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium, and rhodium and an oxide, and a dispersion medium. The fine particles have a specific surface area of 1 m 2 / g or more and 125 m 2 / g or less, a tap bulk density of 0.1 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less, an average secondary in the dispersion medium The particle diameter is 0.1 μm or more and 10 μm or less, and the viscosity of the paint is 2 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less.
ここで、貴金属と酸化物とを含有する微粒子を塗料として用いて良好な多孔質膜を得るためには、貴金属と酸化物とを含有する微粒子の比表面積、およびタップかさ密度が、所定の範囲内となっていることが求められる。 Here, in order to obtain a fine porous film using fine particles containing a noble metal and an oxide as a coating material, the specific surface area and tap bulk density of the fine particles containing the noble metal and the oxide are within a predetermined range. It is required to be within.
ここで「タップかさ密度」とは、日本工業規格のJISR1628−1997「ファインセラミックス粉末のかさ密度測定方法」に規定されている「タップかさ密度」のことである。また、上記の規格には、タップかさ密度の測定方法についても規定されている。
この微粒子のタップかさ密度が真密度(真比重)より小さくなる原因は、微粒子間に空隙が生じるからである。すなわち、タップかさ密度(ρt)が小さくなるほど、微粒子間の空隙率が大きくなることを示している。
Here, “tap bulk density” refers to “tap bulk density” defined in JIS R1628-1997 “Method of measuring bulk density of fine ceramic powder” of Japanese Industrial Standards. In addition, the standard also defines a method for measuring tap bulk density.
The reason why the tap bulk density of the fine particles is smaller than the true density (true specific gravity) is that voids are formed between the fine particles. That is, as the tap bulk density (ρt) decreases, the porosity between the fine particles increases.
ここで、タップかさ密度を決定付ける主要因は、微粒子の一次粒子径と粒子形状である。粒子形状に差異が無い場合には、微粒子の平均一次粒子径が小さいほどタップかさ密度は小さくなり、得られる多孔質膜の気孔率は増大するが、気孔径は小さくなる。また、微粒子の一次粒子径が等しい場合には、微粒子の形状異方性が高いほどタップかさ密度は小さくなり、得られる多孔質膜の気孔率が増大し気孔径も大きくなる。
したがって、本実施形態の多孔質膜形成用塗料に含まれる微粒子の一次粒子径とタップかさ密度とを規定することにより、本実施形態の塗料を用いて形成される多孔質膜の気孔径と気孔率とを制御することが可能となる。
Here, the main factors that determine the tap bulk density are the primary particle size and particle shape of the fine particles. When there is no difference in the particle shape, the smaller the average primary particle diameter of the fine particles, the smaller the tap bulk density and the higher the porosity of the resulting porous film, but the smaller the pore diameter. Further, when the primary particle diameters of the fine particles are equal, the higher the shape anisotropy of the fine particles, the smaller the tap bulk density, and the higher the porosity of the resulting porous film and the larger the pore diameter.
Therefore, by defining the primary particle diameter and tap bulk density of the fine particles contained in the porous film-forming paint of this embodiment, the pore diameter and pores of the porous film formed using the paint of this embodiment The rate can be controlled.
以上の点を考慮すると、この微粒子のタップかさ密度は、0.1g/cm3以上かつ2.0g/cm3以下が好ましく、より好ましくは0.3g/cm3以上かつ1.8g/cm3以下、さらに好ましくは0.5g/cm3以上かつ1.5g/cm3以下である。 Considering the above points, the tap bulk density of the fine particles is preferably 0.1 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less, more preferably 0.3 g / cm 3 or more and 1.8 g / cm 3. Hereinafter, it is more preferably 0.5 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less.
また、多孔質膜の気孔径と気孔率とを所望の値とするためには、タップかさ密度と併せて多孔質膜形成用塗料に含まれる微粒子の比表面積を調整することが望ましく、その値は1m2/g以上かつ125m2/g以下が好ましく、より好ましくは3m2/g以上かつ100m2/g以下、さらに好ましくは3m2/g以上かつ80m2/g以下である。 In order to obtain the desired pore diameter and porosity of the porous film, it is desirable to adjust the specific surface area of the fine particles contained in the porous film-forming coating material together with the tap bulk density. Is preferably 1 m 2 / g or more and 125 m 2 / g or less, more preferably 3 m 2 / g or more and 100 m 2 / g or less, and further preferably 3 m 2 / g or more and 80 m 2 / g or less.
これは、多孔質膜形成用塗料に含まれる微粒子の比表面積とタップかさ密度とを上記の範囲に限定すれば、本発明の目的とする平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下、気孔率が35%以上かつ90%以下の多孔質膜を形成することができることを示している。また、必要に応じて、上記の範囲内で比表面積とタップかさ密度が異なる複数種の微粒子を混合して用いることにより、多孔質膜の気孔径を所望の値に制御することができる。 This is because if the specific surface area and tap bulk density of the fine particles contained in the coating material for forming a porous film are limited to the above ranges, the average pore diameter targeted by the present invention is 0.05 μm or more and 5 μm or less. Shows that a porous film of 35% or more and 90% or less can be formed. Further, if necessary, the pore diameter of the porous membrane can be controlled to a desired value by mixing and using a plurality of types of fine particles having different specific surface areas and tap bulk densities within the above range.
すなわち、多孔質膜形成用塗料に含まれる微粒子の比表面積が125m2/gを上回るか、またはタップかさ密度が0.1g/cm3を下回ると、粒子径が過小となり、多孔質膜を得難くなったり、多孔質の平均気孔径が微粒子の形状に因らず小さくなるため平均気孔径を0.05μm以上に保つことが難しくなり、多孔質膜により生じる圧力損失が大きくなるので好ましくない。また、このような粒子は量産性良く生産するのが難しいため、好ましくない。
一方、比表面積が1m2/gを下回るか、またはタップかさ密度が2.0g/cm3を超えると、多孔質膜形成用塗料に含まれる微粒子の粒子径が過大となるために、平均気孔径が5μm以下の多孔質膜を得にくくなるほか、さらに塗料の安定性が低下して良好な塗料を得るのが難しくなるので、好ましくない。
That is, if the specific surface area of the fine particles contained in the coating material for forming a porous film exceeds 125 m 2 / g, or the tap bulk density is less than 0.1 g / cm 3 , the particle diameter becomes too small to obtain a porous film. It becomes difficult, and the average pore diameter of the porous material becomes small regardless of the shape of the fine particles, so that it becomes difficult to keep the average pore diameter at 0.05 μm or more, and the pressure loss caused by the porous film becomes large. Further, such particles are not preferable because it is difficult to produce them with high productivity.
On the other hand, if the specific surface area is less than 1 m 2 / g or the tap bulk density is more than 2.0 g / cm 3 , the particle size of the fine particles contained in the coating material for forming a porous film becomes excessive, and thus This is not preferable because it is difficult to obtain a porous film having a pore size of 5 μm or less, and furthermore, it becomes difficult to obtain a good paint by lowering the stability of the paint.
多孔質膜形成用塗料に含まれる貴金属としては、白金、パラジウム、ロジウムから構成される群の中から選択される1種または2種以上の貴金属を用いる。これらの中でも、白金、パラジウムのうちいずれか一方または両方を用いることがより好ましい。
また、多孔質膜形成用塗料に含まれる酸化物としては、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン、鉄、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、マンガン、コバルトからなる群から選択される1種または2種以上の元素を含む酸化物微粒子または複合酸化物微粒子を含有している微粒子を用いる。これらの酸化物を構成する金属の中でも、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン、鉄がより好ましく、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、ランタンがさらに好ましい。特に酸化セリウムは、表面に一体化(担持)された貴金属微粒子が酸化物表面を移動することを抑制し、貴金属のシンタリングを抑えるので好ましい。
As the noble metal contained in the coating material for forming a porous film, one or more kinds of noble metals selected from the group consisting of platinum, palladium and rhodium are used. Among these, it is more preferable to use one or both of platinum and palladium.
The oxide contained in the porous film-forming coating material is one or more selected from the group consisting of aluminum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum, iron, silicon, zinc, magnesium, manganese, and cobalt. Fine particles containing oxide fine particles or complex oxide fine particles containing these elements are used. Among the metals constituting these oxides, aluminum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum, and iron are more preferable, and aluminum, zirconium, cerium, and lanthanum are more preferable. In particular, cerium oxide is preferable because it suppresses movement of noble metal fine particles integrated (supported) on the surface on the oxide surface and suppresses sintering of the noble metal.
この多孔質膜形成用塗料に含まれる微粒子中の、酸化物に対する貴金属の比率は0.1質量%以上30質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上20質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上10質量%以下が最も好ましい。酸化物に対する貴金属の質量比が0.1%を下回ると、粒子状物質、可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の酸化触媒性能を持つ貴金属の微粒子中の量が少なくなってしまい、貴金属が粒子状物質の燃焼性向上に実質的に寄与しなくなってしまうため好ましくない。一方、酸化物に対する貴金属の質量比が30%を上回ると、貴金属微粒子同士の融着が進みやすくなり、貴金属と酸化物を含有する微粒子の粒子状物質、可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の酸化触媒性能が劣化しやすくなったりするため好ましくない。 The ratio of the noble metal to the oxide in the fine particles contained in the porous film-forming coating material is preferably 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less. From 0.1% by weight to 10% by weight is most preferable. If the mass ratio of the noble metal to the oxide is less than 0.1%, the amount of particulate matter, soluble organic components, carbon monoxide, and noble metal fine particles having an oxidation catalyst performance of hydrocarbons is reduced, and the noble metal is reduced. This is not preferable because it does not substantially contribute to the improvement of the combustibility of the particulate matter. On the other hand, if the mass ratio of the noble metal to the oxide exceeds 30%, the fusion between the noble metal fine particles is facilitated, and the particulate matter containing the noble metal and the oxide, the soluble organic component, carbon monoxide, hydrocarbon This is not preferable because the performance of the oxidation catalyst tends to deteriorate.
このような微粒子を分散媒中に分散させて、多孔質膜形成用塗料とする。この分散工程は、湿式法によることが好ましい。また、この湿式法で用いられる分散機としては、開放型、密閉型のいずれも使用可能であり、例えば、ボールミル、攪拌ミル、ジェットミル、振動ミル、アトライター、高速ミル、ハンマーミル、等が好適に用いられる。ボールミルとしては、転動ミル、振動ミル、遊星ミル等が挙げられ、また、攪拌ミルとしては、塔式ミル、攪拌槽型ミル、流通管式ミル、管状ミル等が挙げられる。 Such fine particles are dispersed in a dispersion medium to form a coating material for forming a porous film. This dispersing step is preferably performed by a wet method. In addition, as a disperser used in this wet method, any of an open type and a closed type can be used. For example, a ball mill, a stirring mill, a jet mill, a vibration mill, an attritor, a high speed mill, a hammer mill, etc. Preferably used. Examples of the ball mill include a rolling mill, a vibration mill, and a planetary mill. Examples of the stirring mill include a tower mill, a stirring tank mill, a flow pipe mill, and a tubular mill.
この分散媒としては、水または有機溶媒が好適に用いられる。その他、必要に応じて、高分子モノマーやオリゴマーの単体もしくはこれらの混合物も用いることができる。
上記の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類、酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステル等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテルアルコール類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、アセト酢酸エステル等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド等の酸アミド類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が好適に用いられ、これらの溶媒のうち1種のみ、または2種以上を混合して用いることができる。
また、上記の高分子モノマーとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル等のアクリル系またはメタクリル系のモノマー、エポキシ系モノマー等が好適に用いられる。また、上記のオリゴマーとしては、ウレタンアクリレート系オリゴマー、エポキシアクリレート系オリゴマー、アクリレート系オリゴマー等が好適に用いられる。
これらの分散媒のうち、塗料用として好ましいものは、水、アルコール類、ケトン類であり、これらの中でも、水、アルコール類がより好ましく、水が最も好ましい。
As this dispersion medium, water or an organic solvent is preferably used. In addition, polymer monomers and oligomers alone or a mixture thereof can be used as necessary.
Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, diacetone alcohol, furfuryl alcohol, ethylene glycol and hexylene glycol, and esters such as methyl acetate and ethyl acetate. Ether ether such as diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether , Ethers such as dioxane, tetrahydrofuran, acetone, methyl ethyl ketone, acetyl Preferably used are ketones such as seton and acetoacetate, acid amides such as N, N-dimethylformamide, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and only one or two of these solvents. The above can be mixed and used.
In addition, as the polymer monomer, acrylic or methacrylic monomers such as methyl acrylate and methyl methacrylate, and epoxy monomers are preferably used. Moreover, as said oligomer, a urethane acrylate oligomer, an epoxy acrylate oligomer, an acrylate oligomer etc. are used suitably.
Among these dispersion media, water, alcohols, and ketones are preferable for coating materials, and among these, water and alcohols are more preferable, and water is most preferable.
この塗料では、微粒子と分散媒との親和性を高めるために、微粒子の表面改質を行っても良い。この微粒子は酸化物を成分とするから、表面改質剤としては、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、システアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、アミノエタンジオール等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、用いる微粒子の表面に吸着する官能基を有し、かつ分散媒と親和性を有する末端基を有する表面改質剤であれば良い。 In this coating material, surface modification of the fine particles may be performed in order to increase the affinity between the fine particles and the dispersion medium. Since these fine particles contain an oxide as a component, examples of the surface modifier include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, cysteamine, tetramethylammonium hydroxide, and aminoethanediol. However, the present invention is not limited to these, and any surface modifier may be used as long as it has a functional group adsorbed on the surface of the fine particles to be used and has a terminal group having an affinity for the dispersion medium.
またここで、貴金属と酸化物とを含有する微粒子を良好な塗料とするためには、貴金属と酸化物とを含有する微粒子の塗料中の平均二次粒子径、および塗料の粘度が、所定の範囲内となっていることが求められる。 Here, in order to make fine particles containing a noble metal and an oxide good paint, the average secondary particle diameter in the paint of the fine particles containing the noble metal and the oxide, and the viscosity of the paint are predetermined. It is required to be within the range.
まず、塗料中の微粒子の平均二次粒子径は、0.1μm以上かつ10μm以下が好ましく、より好ましくは0.1μm以上かつ8μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上かつ6μm以下である。
塗料中の微粒子の平均二次粒子径を上記の範囲に限定した理由は、塗料中の微粒子の平均二次粒子径が0.1μmを下回ると、この塗料を5μm以上かつ50μm以下の平均気孔径を有する排ガス浄化フィルタの多孔質支持体の表面に塗布した場合に、この塗料が多孔質支持体の内部に浸入し易くなり、多孔質支持体の表面に多孔質膜を形成することが難くなるので好ましくないからである。また、微粒子の平均二次粒子径が10μmを超えると、塗料の分散安定性を確保するのが困難になり、均質な多孔質膜を得難くなるので好ましくないからである。
First, the average secondary particle diameter of the fine particles in the paint is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 6 μm or less.
The reason why the average secondary particle diameter of the fine particles in the paint is limited to the above range is that when the average secondary particle diameter of the fine particles in the paint is less than 0.1 μm, the average pore diameter of the paint is 5 μm or more and 50 μm or less. When the coating is applied to the surface of the porous support of the exhaust gas purification filter having the above, it becomes easy for this paint to enter the inside of the porous support and it is difficult to form a porous film on the surface of the porous support. This is because it is not preferable. Also, if the average secondary particle diameter of the fine particles exceeds 10 μm, it is difficult to ensure the dispersion stability of the paint and it is difficult to obtain a homogeneous porous film, which is not preferable.
次に、塗料の粘度は、2mPa・s以上かつ1000mPa・s以下が好ましく、より好ましくは2mPa・s以上かつ500mPa・s以下、さらに好ましくは2mPa・s以上かつ300mPa・s以下である。
塗料の粘度を上記の範囲に限定した理由は、粘度が2mPa・sを下回ると、この塗料を、5μm以上かつ50μm以下の平均気孔径を有する排ガス浄化フィルタの多孔質支持体の表面に塗布した場合に、この塗料が多孔質支持体の気孔内に浸入し易くなり、多孔質支持体の表面に多孔質膜を形成することが難しくなるので好ましくないからである。また、粘度が1000mPa・sを超えると、排ガス浄化フィルタのセルの内部に塗料を十分に浸透させることができなくなったり、排ガス浄化フィルタのセル中の余分な塗料を除去するのが困難になる等のため、所望の多孔質膜が形成されなかったり、均一な厚みの多孔質膜が形成し難くなったりするので好ましくないからである。
Next, the viscosity of the coating is preferably 2 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less, more preferably 2 mPa · s or more and 500 mPa · s or less, and further preferably 2 mPa · s or more and 300 mPa · s or less.
The reason why the viscosity of the paint is limited to the above range is that when the viscosity is less than 2 mPa · s, the paint is applied to the surface of the porous support of the exhaust gas purification filter having an average pore diameter of 5 μm or more and 50 μm or less. In this case, this paint is not preferable because it easily enters the pores of the porous support and it becomes difficult to form a porous film on the surface of the porous support. In addition, when the viscosity exceeds 1000 mPa · s, it becomes impossible to sufficiently infiltrate the paint into the cell of the exhaust gas purification filter, or it becomes difficult to remove excess paint in the cell of the exhaust gas purification filter. For this reason, it is not preferable because a desired porous film is not formed or a porous film having a uniform thickness is difficult to form.
この塗料中の微粒子の含有率は、塗料の粘度、塗料中の微粒子の平均二次粒子径が本発明の範囲内となるように適宜選択することができるが、好ましくは2質量%以上かつ60質量以下、より好ましくは3質量%以上かつ50質量以下、さらに好ましくは5質量%以上かつ40質量以下である。
ここで、塗料中の微粒子の含有率が2質量%を下回ると、塗料の粘度が2mPa・sを下回り易くなり、所望の膜厚を得るために塗工回数を増やす必要が生じる等により、生産性が劣る虞があるので好ましくない。また、微粒子の含有率が60質量%を超えると、塗料の分散安定性を確保するのが困難になり、均一な多孔質膜を得難くなるので好ましくない。
The content of the fine particles in the paint can be appropriately selected so that the viscosity of the paint and the average secondary particle diameter of the fine particles in the paint are within the range of the present invention, but preferably 2% by mass or more and 60%. It is not more than mass, more preferably not less than 3 mass% and not more than 50 mass, further preferably not less than 5 mass% and not more than 40 mass.
Here, if the content of the fine particles in the paint is less than 2% by mass, the viscosity of the paint tends to be less than 2 mPa · s, and it is necessary to increase the number of coatings to obtain a desired film thickness. This is not preferable because the property may be inferior. On the other hand, if the content of fine particles exceeds 60% by mass, it is difficult to ensure the dispersion stability of the paint, and it becomes difficult to obtain a uniform porous film, which is not preferable.
この塗料は、微粒子と、例えばDPFの隔壁等の多孔質支持体との間にバインダー機能を持たせる等のために、親水性あるいは疎水性の高分子等を適宜含有してもよい。この高分子等は、上記の分散媒に溶解し、かつ塗料中の微粒子の平均二次粒子径、塗料の粘度が所望の値になる範囲で適宜選択することができる。 This coating material may appropriately contain a hydrophilic or hydrophobic polymer or the like in order to give a binder function between the fine particles and a porous support such as a partition wall of DPF, for example. The polymer and the like can be appropriately selected within the range in which the average secondary particle diameter of the fine particles in the coating material and the viscosity of the coating material are in desired values while being dissolved in the dispersion medium.
ここで、水を分散媒とした場合、親水性高分子としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸ポリビニルビロリドン、ポリアリルアミン等の合成高分子;セルロース、デキストリン、デキストラン、デンプン、キトサン、ペクチン、アガロース、カラギーナン、キチン、マンナン等の多糖類及び多糖類由来の物質等の天然高分子;ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、ラミニン、フィブロネクチン、エラスチン等のタンパク質及びタンパク質由来の物質等を用いることができる。
また、これら合成高分子、多糖類、タンパク質等を由来とするゲル、ゾル等の物質を用いることもできる。
Here, when water is used as a dispersion medium, examples of hydrophilic polymers include synthetic alcohols such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, polyacrylamide, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl pyrrolidone polyacrylate, and polyallylamine. Molecules: Natural polymers such as polysaccharides and polysaccharide-derived substances such as cellulose, dextrin, dextran, starch, chitosan, pectin, agarose, carrageenan, chitin, mannan; gelatin, casein, collagen, laminin, fibronectin, elastin, etc. Proteins and protein-derived substances can be used.
Further, substances such as gels and sols derived from these synthetic polymers, polysaccharides, proteins and the like can also be used.
なお、この塗料における上記の微粒子の質量に対する親水性高分子の質量の比(高分子の質量/微粒子の質量)は、塗料中の微粒子の平均二次粒子径及び塗料の粘度が所望の値になる範囲で適宜選択することができるが、1以下の範囲が好ましく、0.8以下の範囲がより好ましく、0.5以下の範囲が最も好ましい。
用いる親水性高分子は、最終的に熱処理によって焼失し、多孔質膜には残存しない成分であるから、上記の比が1を超えると、高分子の含有率が高すぎてしまい、コストの上昇を招くことになり好ましくないためである。なお、親水性高分子は必ずしも用いる必要はないため、範囲の下限値は0となる。
In addition, the ratio of the mass of the hydrophilic polymer to the mass of the fine particles in this paint (the mass of the polymer / the mass of the fine particles) is such that the average secondary particle diameter of the fine particles in the paint and the viscosity of the paint are as desired. However, the range is preferably 1 or less, more preferably 0.8 or less, and most preferably 0.5 or less.
The hydrophilic polymer to be used is a component that is eventually burned out by heat treatment and does not remain in the porous membrane. Therefore, if the ratio exceeds 1, the polymer content is too high and the cost increases. This is because it is undesirable. In addition, since the hydrophilic polymer is not necessarily used, the lower limit value of the range is 0.
この塗料の分散安定性を確保したり、あるいは塗布性を向上させたりするために、界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等を適宜添加してもよい。これらは、塗料中の微粒子の平均二次粒子径及び塗料の粘度が所望の範囲になるように適宜選択することができる。これら界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等の添加量に特に制限はなく、塗料の粘度及び塗料中の微粒子の平均二次粒子径が本発明の範囲内となるように、添加する目的に応じて加えればよい。
このように、貴金属と酸化物とを含有する微粒子を分散媒中に分散させ、必要に応じ、親水性あるいは疎水性の高分子、界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等を加えて混合し、多孔質膜形成用塗料とする。
In order to ensure the dispersion stability of the paint or to improve the coating property, a surfactant, preservative, stabilizer, antifoaming agent, leveling agent and the like may be appropriately added. These can be appropriately selected so that the average secondary particle diameter of the fine particles in the coating material and the viscosity of the coating material are in a desired range. There are no particular restrictions on the amount of these surfactants, preservatives, stabilizers, antifoaming agents, leveling agents and the like, and the viscosity of the paint and the average secondary particle size of the fine particles in the paint are within the scope of the present invention. Thus, what is necessary is just to add according to the objective to add.
In this way, fine particles containing noble metals and oxides are dispersed in a dispersion medium, and hydrophilic or hydrophobic polymers, surfactants, preservatives, stabilizers, antifoaming agents, and leveling as required. An agent or the like is added and mixed to form a coating for forming a porous film.
以上のような構成の多孔質膜形成用塗料によれば、本発明の目的とする排ガス浄化フィルタに好適に用いられる、貴金属と酸化物とを含有する微粒子を成分とし、平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下、気孔率が35%以上かつ90%以下であり、均質性に優れた多孔質膜を容易に形成することができる。この多孔質膜形成用塗料は、塗布するだけで塗布膜を形成することができるので、対象物の形状等の制約を受けることなく、その表面に均質性に優れた多孔質膜を容易に形成することができる。 According to the coating material for forming a porous film having the above-described configuration, fine particles containing a noble metal and an oxide, which are preferably used in an exhaust gas purification filter as an object of the present invention, are used, and the average pore diameter is 0. A porous film excellent in homogeneity can be easily formed with a porosity of 05 μm or more and 5 μm or less and a porosity of 35% or more and 90% or less. This coating material for forming a porous film can be formed by simply applying it, so it is easy to form a porous film with excellent homogeneity on the surface without being restricted by the shape of the object. can do.
なお、既に述べたように、多孔質膜13において上述の貴金属が有効な触媒作用を示すためには、貴金属を含む貴金属微粒子が極微粒子の状態で、酸化物微粒子または複合酸化物微粒子の表面に分散し、かつ一体化した、金属・酸化物複合微粒子となっていることが好ましい。このような金属・酸化物複合微粒子による多孔質膜13を形成するためには、塗料中の微粒子があらかじめ金属・酸化物複合微粒子となっていることが好ましい。
すなわち、塗料中の貴金属と酸化物とを含有する微粒子としては、貴金属微粒子と酸化物微粒子が単に混合された混合粒子や、あるいは貴金属微粒子と酸化物微粒子は一体化しているが貴金属微粒子が粗大なものではなく、貴金属極微粒子が酸化物微粒子表面に一体化して固定化された金属・酸化物複合微粒子であることが好適である。
この金属・酸化物複合微粒子を作製する方法としては、含浸法、共沈法、沈着法、混練法、イオン交換法、溶融法等の中から適宜選択される方法により貴金属および酸化物を含有する中間体を調製し、その後必要に応じ水洗等の洗浄をした後、乾燥や焼成をするといった方法を例示することができる。
As already described, in order for the above-described noble metal to exhibit an effective catalytic action in the
That is, the fine particles containing the noble metal and the oxide in the coating are mixed particles obtained by simply mixing the noble metal fine particles and the oxide fine particles, or the noble metal fine particles and the oxide fine particles are integrated, but the noble metal fine particles are coarse. It is preferable that the metal / oxide composite fine particles have noble metal ultrafine particles integrated and fixed on the surface of the oxide fine particles.
As a method for producing the metal / oxide composite fine particles, a noble metal and an oxide are contained by a method appropriately selected from an impregnation method, a coprecipitation method, a deposition method, a kneading method, an ion exchange method, a melting method, and the like. Examples thereof include a method in which an intermediate is prepared, and then washed with water or the like as necessary, followed by drying and baking.
[多孔質膜の製造方法]
次いで、上記の多孔質膜形成用塗料を用いた多孔質膜の製造方法について説明する。本実施形態の多孔質膜は、上記の多孔質膜形成用塗料を多孔質支持体の表面に塗布し熱処理することにより、得ることができる。
[Method for producing porous membrane]
Next, a method for producing a porous film using the above-described porous film forming paint will be described. The porous film of the present embodiment can be obtained by applying the above-described porous film-forming coating material to the surface of the porous support and heat-treating it.
例えばDPF10においては、ガス流路12のうち、排気上流側端部が開放された流入セル12Aの内壁面(隔壁14の流入セル12A側表面)12aの表面に、上記の多孔質膜形成用塗料を塗布して、微粒子等の固形成分の他溶媒等の液体成分も多く含む塗布膜を形成し、得られた塗布膜を乾燥後、熱処理して多孔質膜13を形成することができる。
塗布方法については、多孔質支持体の形状や材質に合わせて適宜選択すればよく、特に制限はないが、ウォッシュコート、ディップコート等、通常のウエットコート法を用いることができる。また、塗布した後に、圧縮空気等を用いて、所望の膜厚を得るのに必要な量以上の余分な塗布液を除去する等の工程を行ってもよい。
なお、塗布時においては、この多孔質支持体は乾燥した状態でもよいが、この多孔質支持体を溶媒に浸漬し、この多孔質支持体の気孔内の空気を予め溶媒で置換した状態としたものが好ましい。このようにする理由は、多孔質支持体の気孔内に残留している空気が、塗布工程中あるいはその後に多孔質支持体から気泡となって放出され、多孔質膜が部分的に形成されなくなるといった事態を抑制し、均一な多孔質膜が得られる効果があるからである。
For example, in the
The coating method may be appropriately selected according to the shape and material of the porous support, and is not particularly limited, but usual wet coating methods such as wash coating and dip coating can be used. In addition, after the application, a process such as removal of an excess coating liquid more than an amount necessary for obtaining a desired film thickness may be performed using compressed air or the like.
At the time of application, the porous support may be in a dry state, but the porous support is immersed in a solvent, and the air in the pores of the porous support is replaced with a solvent in advance. Those are preferred. The reason for this is that air remaining in the pores of the porous support is released as bubbles from the porous support during or after the coating process, and the porous film is not partially formed. This is because there is an effect that a uniform porous film can be obtained.
このように、塗布膜や多孔質支持体に溶媒が多く含まれているので、熱処理前に乾燥を行うことが好ましい。乾燥条件は溶媒の種類や使用量によるため一概には規定できないが、例えば水の場合では50℃以上かつ200℃以下にて15分以上かつ10時間以下程度であることが好ましい。
なおこの乾燥工程は、次に述べる熱処理工程と併せて行なってもよい。例えば、乾燥工程終了後そのまま昇温させて熱処理工程を行なってもよい。また、熱処理工程における昇 温条件を調整し、熱処理工程中の昇温段階と乾燥工程とを兼ねさせることで、実質的に乾 燥工程を省略することもできる。
Thus, since many solvent is contained in a coating film or a porous support body, it is preferable to dry before heat processing. Although drying conditions depend on the type and amount of solvent used, they cannot be defined unconditionally. For example, in the case of water, it is preferably about 15 minutes to 10 hours at 50 ° C. or more and 200 ° C. or less.
This drying step may be performed in combination with the heat treatment step described below. For example, the heat treatment step may be performed by raising the temperature as it is after the drying step. Further, the drying step can be substantially omitted by adjusting the temperature rising condition in the heat treatment step so that the temperature raising step in the heat treatment step is combined with the drying step.
この塗布膜には、分散剤の他、必要に応じて上記の高分子、界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等が添加されているので、これらを除去し、かつ塗布膜に微細孔構造を形成する等のために熱処理を行う。
熱処理温度は、200℃以上かつ2000℃以下が好ましく、より好ましくは300℃以上かつ1700℃以下である。また、熱処理時間は、0.25時間以上かつ10時間以下が好ましく、より好ましくは0.5時間以上かつ5時間以下である。この熱処理の際の雰囲気は、特に限定されず、大気等の酸化性雰囲気、窒素、アルゴン、ネオン、キセノン等の不活性雰囲気、水素、一酸化炭素等の還元性雰囲気、等の雰囲気中にて行うことができる。
なお、形成される多孔質膜の特性が十分得られる以上に熱処理温度を高くしたり熱処理時間を延ばすことは、塗布膜中に含まれる貴金属微粒子のシンタリングを進めることになるため好ましくないので、熱処理温度、時間、雰囲気の選定には十分注意する必要がある。
In addition to the dispersant, the coating film contains the above-described polymer, surfactant, preservative, stabilizer, antifoaming agent, leveling agent, and the like as necessary. In addition, heat treatment is performed to form a fine pore structure in the coating film.
The heat treatment temperature is preferably 200 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower. The heat treatment time is preferably 0.25 hours or more and 10 hours or less, more preferably 0.5 hours or more and 5 hours or less. The atmosphere during this heat treatment is not particularly limited, and in an atmosphere such as an oxidizing atmosphere such as air, an inert atmosphere such as nitrogen, argon, neon, or xenon, or a reducing atmosphere such as hydrogen or carbon monoxide. It can be carried out.
In addition, it is not preferable to increase the heat treatment temperature or extend the heat treatment time beyond sufficiently obtaining the characteristics of the porous film to be formed, because this promotes sintering of the noble metal fine particles contained in the coating film. Careful attention must be paid to the selection of heat treatment temperature, time, and atmosphere.
そして、本実施形態の多孔質膜を、平均気孔径が5μm以上かつ50μm以下の多孔質セラミックスからなる多孔質支持体の表面に形成することにより、上述した排ガス浄化フィルタを得ることができる。
また、本実施形態の多孔質膜形成用塗料は、粘度が2mPa・s以上かつ1000mPa・s以下、含まれる微粒子の平均二次粒子径が0.1μm以上かつ10μm以下であるから、この多孔質膜形成用塗料を多孔質支持体の表面に直接塗布した場合においても、塗料が支持体の気孔内に実質的に浸入することなく、多孔質支持体の表面に均質な塗布膜を形成することができる。
And the exhaust gas purification filter mentioned above can be obtained by forming the porous membrane of this embodiment on the surface of the porous support body which consists of porous ceramics whose average pore diameter is 5 micrometers or more and 50 micrometers or less.
The porous film-forming coating material of this embodiment has a viscosity of 2 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less, and the average secondary particle diameter of the contained fine particles is 0.1 μm or more and 10 μm or less. Even when the coating material for film formation is directly applied to the surface of the porous support, a uniform coating film is formed on the surface of the porous support without substantially penetrating the pores of the support. Can do.
以上のようにして、本実施形態の多孔質膜形成用塗料を用いて多孔質支持体の表面に直接塗布膜を形成し、この塗布膜を熱処理することにより、上述した多孔質膜を備えた排ガス浄化フィルタ(ハニカム構造型フィルタ)を得ることができる。 As described above, a coating film was directly formed on the surface of the porous support using the porous film-forming coating material of the present embodiment, and the coating film was heat-treated to provide the above-described porous film. An exhaust gas purification filter (honeycomb structure type filter) can be obtained.
以上のようにして製造される多孔質膜においては、既に述べたように、従来の排ガス浄化フィルタと比べて粒子状物質の捕集特性に優れ、再生時の粒子状物質の燃焼特性、および可溶性有機成分、一酸化炭素、炭化水素の酸化浄化性能に優れており非常に優れた特性を有するものである。 As described above, the porous membrane produced as described above is superior in trapping characteristics of particulate matter as compared with conventional exhaust gas purification filters, combustion characteristics of particulate matter during regeneration, and solubility It has excellent oxidative purification performance for organic components, carbon monoxide, and hydrocarbons, and has very excellent characteristics.
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.
[実施例1]
[CZ(CeO2−ZrO2)/Pt複合微粒子の作製]
まず、セリウムとジルコニウムの組成比が1:1である複合酸化物(Ce0.5Zr0.5O2)微粒子(以下、CZ微粒子と記載する)100gを、白金換算で濃度1質量%のジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液300gに含浸させた。その後、CZ微粒子と硝酸溶液とを150℃に加熱して蒸発乾固させ、更に大気中において500℃で2時間焼成を行い、CZ/Pt複合微粒子−1を調製した。
このCZ/Pt複合微粒子−1の比表面積は50m2/g、タップかさ密度は1.1g/cm3であった。
なお、ここでCe0.5Zr0.5O2と示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとジルコニウムの組成比が1:1の酸化物ということであって、セリウムとジルコニウムが1:1の組成比で完全に固溶した複合酸化物であるCeZrO4だけではなく、セリウムとジルコニウムの組成比が異なる複合酸化物や、酸化セリウム単体を含有するものも含まれている場合がある。
[Example 1]
[Production of CZ (CeO 2 —ZrO 2 ) / Pt Composite Fine Particles]
First, 100 g of composite oxide (Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 ) fine particles (hereinafter referred to as CZ fine particles) in which the composition ratio of cerium and zirconium is 1: 1 is 1% by mass in terms of platinum. It was impregnated with 300 g of dinitrodiammineplatinum (II) nitric acid solution. Thereafter, the CZ fine particles and the nitric acid solution were heated to 150 ° C. to evaporate to dryness, and further fired in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours to prepare CZ / Pt composite fine particles-1.
The specific surface area of this CZ / Pt composite fine particle-1 was 50 m 2 / g, and the tap bulk density was 1.1 g / cm 3 .
Here, what is indicated as Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 is an oxide having a composition ratio of cerium and zirconium of 1: 1 as a whole, and cerium and zirconium are 1: 1. In addition to CeZrO 4 , which is a complex oxide completely dissolved in the composition ratio, there may be included complex oxides having different composition ratios of cerium and zirconium, and those containing cerium oxide alone.
[多孔質膜形成用塗料の作製]
CZ/Pt複合微粒子−1を90g、ポリカルボン酸系分散剤9g、水201gをボールミルで2時間混合し、固形分が30質量%のCZ/Pt分散液Aを得た。作成したCZ/Pt分散液A167gに、メチルセルロースA(25℃における2%水溶液の粘度が5mPa・s)を15質量%含む水溶液67g、水16gを加えてマグネチックスターラーを用いて1時間攪拌し、水中にCZ/Pt複合微粒子が分散した実施例1の塗料Aを得た。
なお、以後の実施例、比較例においては、原則として「分散液」とは分散媒(溶媒)中に貴金属と酸化物部粒子または複合酸化物微粒子を分散させただけのもの、「塗料」とはこの分散液に液の安定性や塗布性を考慮して各種の添加物を加えたものを示す。ただし、分散液自体が安定で塗布性に優れていれば、分散液をそのまま塗料とする場合がある。
[Preparation of porous film forming paint]
90 g of CZ / Pt composite fine particles-1, 9 g of a polycarboxylic acid-based dispersant, and 201 g of water were mixed for 2 hours by a ball mill to obtain CZ / Pt dispersion A having a solid content of 30% by mass. To the prepared CZ / Pt dispersion A 167 g, 67 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose A (2% aqueous solution at 25 ° C. has a viscosity of 5 mPa · s) and 16 g of water were added and stirred for 1 hour using a magnetic stirrer. A coating material A of Example 1 in which CZ / Pt composite fine particles were dispersed in water was obtained.
In the following examples and comparative examples, in principle, “dispersion liquid” means a dispersion medium (solvent) in which noble metal and oxide part particles or composite oxide fine particles are simply dispersed, “paint”. Indicates a dispersion obtained by adding various additives to the dispersion in consideration of the stability of the liquid and the coating property. However, if the dispersion itself is stable and excellent in coating properties, the dispersion may be used as it is as a paint.
[塗料の平均二次粒子径測定]
塗料Aの25℃における粘度を、B型粘度計(東機産業(株)製)を用いて測定した。また、塗料A中のCZ/Pt複合微粒子の平均二次粒子径を、測定装置HPPS(Malvern Instruments社製)を用いて、動的光散乱法により測定した。
[Measurement of average secondary particle size of paint]
The viscosity of the paint A at 25 ° C. was measured using a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). Moreover, the average secondary particle diameter of the CZ / Pt composite fine particles in the coating material A was measured by a dynamic light scattering method using a measuring device HPPS (manufactured by Malvern Instruments).
[評価1:塗料を用いた多孔質膜の作製]
上記の塗料A中に、隔壁が多孔質支持体となっている炭化ケイ素(SiC)製ハニカム構造体(DPF、平均気孔径:10μm、平均気孔率:42%)を浸漬させた後に引き上げるディップコートを3回繰り返し行い、ハニカム構造体の隔壁表面にCZ/Pt複合微粒子からなる塗布膜を形成した。なお、ハニカム構造体は予め純水に浸漬し、気孔内に水を充填保持させておいた。
次いで、ディップコート後のハニカム構造体を150℃で1時間乾燥させ、さらに大気中において500℃で2時間熱処理し、ハニカム構造体の隔壁表面にCZ/Pt複合微粒子からなる多孔質膜を形成した。
[Evaluation 1: Production of porous film using paint]
Dip coat that is pulled up after immersing a silicon carbide (SiC) honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 10 μm, average porosity: 42%) in which the partition wall is a porous support in the paint A Was repeated three times to form a coating film made of CZ / Pt composite fine particles on the partition wall surface of the honeycomb structure. The honeycomb structure was previously immersed in pure water, and the pores were filled and held with water.
Next, the honeycomb structure after dip coating was dried at 150 ° C. for 1 hour and further heat-treated in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours to form a porous film composed of CZ / Pt composite fine particles on the partition wall surface of the honeycomb structure. .
[評価2:作製した多孔質膜の評価]
(2−1)電子顕微鏡による外観観察
上述のように多孔質膜を形成したハニカム構造体を、ハニカム構造体の隔壁毎に小さく破断し、多孔質膜の表面及び多孔質膜が形成された隔壁の断面を、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)S−4000(日立計測器サービス(株)社製)を用いて観察した。
[Evaluation 2: Evaluation of the produced porous film]
(2-1) Appearance Observation by Electron Microscope The honeycomb structure in which the porous film is formed as described above is broken into small portions for each partition wall of the honeycomb structure, and the partition wall on which the surface of the porous film and the porous film are formed. Was observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) S-4000 (manufactured by Hitachi Instrument Service Co., Ltd.).
(2−2)多孔質膜の平均気孔径及び気孔率の測定
上述のように形成した多孔質膜の平均気孔径及び気孔率を、水銀ポロシメーター AutoPoreIV 9505(島津製作所社製)を用いて、水銀圧入法により測定した。なお、この測定結果は、多孔質膜と隔壁(多孔質支持体)を合わせたものとなるので、多孔質膜が形成されていないSiC製のハニカム構造体を対照として同様に測定し、両者の結果から多孔質膜の平均気孔径及び気孔率を算出した。
(2-2) Measurement of average pore diameter and porosity of porous membrane Mercury porosimeter AutoPoreIV 9505 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used to measure the average pore diameter and porosity of the porous membrane formed as described above. It measured by the press-fitting method. Since the measurement result is a combination of the porous membrane and the partition wall (porous support), the SiC honeycomb structure without the porous membrane was measured in the same manner as a control, From the results, the average pore diameter and porosity of the porous membrane were calculated.
(2−3)多孔質膜の膜厚測定
排ガス浄化フィルタの隔壁を破断し、この隔壁断面を電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)S−4000(日立計測器サービス社製)により観察することにより、多孔質膜の膜厚を測定した。
(2-3) Thickness measurement of porous membrane The partition of the exhaust gas purification filter is broken, and the partition cross section is observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) S-4000 (manufactured by Hitachi Instrument Service Co., Ltd.). Thus, the thickness of the porous membrane was measured.
[実施例2]
実施例1で作製したCZ/Pt分散液A167g、メチルセルロースB(25℃における2%水溶液の粘度が20mPa・s)を15質量%含む水溶液18g、水65gを、マグネチックスターラーを用いて1時間攪拌することで混合し、水中にCZ/Pt複合微粒子が分散した実施例2の塗料Bを得た。この塗料Bについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 2]
167 g of the CZ / Pt dispersion A prepared in Example 1, 18 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methyl cellulose B (2% aqueous solution at 25 ° C. has a viscosity of 20 mPa · s), and 65 g of water were stirred for 1 hour using a magnetic stirrer. Thus, the paint B of Example 2 in which CZ / Pt composite fine particles were dispersed in water was obtained. For this paint B, in the same manner as in Example 1, formation of a porous film, evaluation of the paint, and evaluation of the porous film were performed.
[実施例3]
実施例1で作製したCZ/Pt分散液A167g、メチルセルロースBを15質量%含む水溶液67g、水16gを、マグネチックスターラーを用いて1時間攪拌することで混合し、水中にCZ/Pt複合微粒子が分散した実施例3の塗料Cを得た。この塗料Cについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 3]
167 g of CZ / Pt dispersion A prepared in Example 1, 67 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose B, and 16 g of water were mixed by stirring for 1 hour using a magnetic stirrer, and CZ / Pt composite fine particles were mixed in water. A dispersed paint C of Example 3 was obtained. With respect to this paint C, the porous film was formed, the paint was evaluated, and the porous film was evaluated in the same manner as in Example 1.
[実施例4]
実施例1で作製したCZ/Pt分散液A167g、メチルセルロースC(25℃における2%水溶液の粘度が100mPa・s)を15質量%含む水溶液67g、水16gを、マグネチックスターラーを用いて1時間攪拌することで混合し、水中にCZ/Pt複合微粒子が分散した実施例4の塗料Dを得た。この塗料Dについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 4]
167 g of the CZ / Pt dispersion A prepared in Example 1, 67 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose C (2% aqueous solution at 25 ° C. has a viscosity of 100 mPa · s), and 16 g of water were stirred for 1 hour using a magnetic stirrer. Thus, the paint D of Example 4 in which CZ / Pt composite fine particles were dispersed in water was obtained. About this coating material D, in the same manner as in Example 1, formation of a porous film, evaluation of the coating material, and evaluation of the porous film were performed.
[実施例5]
実施例1で用いたCZ微粒子100gを、白金換算で濃度0.5質量%のジニトロジアンミン白金硝酸溶液100gに含浸させた後に150℃で蒸発乾固させ、更に大気中500℃で2時間焼成を行い、CZ/Pt複合微粒子−2を調整した。
このCZ/Pt複合微粒子−2の比表面積は50m2/g、タップかさ密度は1.1g/cm3であった。
微粒子としてこのCZ/Pt複合微粒子−2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、固形分が30質量%のCZ/Pt分散液Eおよび水中にCZ/Pt複合微粒子が分散した実施例5の塗料Eを得た。この塗料Eについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 5]
100 g of CZ fine particles used in Example 1 were impregnated with 100 g of a dinitrodiammine platinum nitric acid solution having a concentration of 0.5% by mass in terms of platinum, then evaporated to dryness at 150 ° C., and further fired at 500 ° C. in the atmosphere for 2 hours. And CZ / Pt composite fine particles-2 were prepared.
The CZ / Pt composite fine particle-2 had a specific surface area of 50 m 2 / g and a tap bulk density of 1.1 g / cm 3 .
Example in which CZ / Pt composite fine particles were dispersed in water and CZ / Pt dispersion E having a solid content of 30% by mass in the same manner as in Example 1 except that this CZ / Pt composite fine particle-2 was used as the fine particles. 5 paint E was obtained. For this paint E, in the same manner as in Example 1, formation of a porous film, evaluation of the paint, and evaluation of the porous film were performed.
[実施例6]
実施例1で用いたCZ微粒子100gを、白金換算で濃度2質量%のジニトロジアンミン白金硝酸溶液500gに含浸させた後に150℃で蒸発乾固させ、更に大気中500℃で2時間焼成を行い、CZ/Pt微粒子−3を調整した。
このCZ/Pt複合微粒子−3の比表面積は50m2/g、タップかさ密度は1.2g/cm3であった。
微粒子としてこのCZ/Pt複合微粒子−3を用いたこと以外は実施例1と同様にして、固形分が30質量%のCZ/Pt分散液Fおよび水中にCZ/Pt複合微粒子が分散した実施例6の塗料Fを得た。この塗料Fについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 6]
100 g of the CZ fine particles used in Example 1 were impregnated with 500 g of a dinitrodiammine platinum nitric acid solution having a concentration of 2% by mass in terms of platinum, and then evaporated to dryness at 150 ° C., followed by baking at 500 ° C. for 2 hours in the atmosphere. CZ / Pt fine particles-3 were prepared.
The specific surface area of this CZ / Pt composite fine particle-3 was 50 m 2 / g, and the tap bulk density was 1.2 g / cm 3 .
Example in which CZ / Pt composite fine particles were dispersed in CZ / Pt dispersion F having a solid content of 30% by mass and water, except that this CZ / Pt composite fine particle-3 was used as the fine particles. 6 paint F was obtained. With respect to this paint F, in the same manner as in Example 1, formation of a porous film, evaluation of the paint, and evaluation of the porous film were performed.
[実施例7]
実施例1で用いたCZ微粒子100gを、白金換算で濃度1質量%のジニトロジアンミン白金硝酸溶液150gおよびパラジウム換算で濃度1質量%の硝酸パラジウム水溶液150gに含浸させた後に150℃で蒸発乾固させ、更に大気中500℃で2時間焼成を行い、CZ/Pt−Pd複合微粒子−4を調整した。
このCZ/Pt−Pd複合微粒子−4の比表面積は50m2/g、タップかさ密度は1.1g/cm3であった。
微粒子としてこのCZ/Pt−Pd複合微粒子−4を用いたこと以外は実施例1と同様にして、固形分が30質量%のCZ/Pt−Pd分散液Gおよび水中にCZ/Pt−Pd微粒子が分散した実施例7の塗料Gを得た。この塗料Gについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 7]
100 g of the CZ fine particles used in Example 1 were impregnated with 150 g of a dinitrodiammine platinum nitric acid solution having a concentration of 1% by mass in terms of platinum and 150 g of an aqueous palladium nitrate solution having a concentration of 1% by mass in terms of palladium, and then evaporated to dryness at 150 ° C. Further, baking was performed at 500 ° C. in the atmosphere for 2 hours to prepare CZ / Pt—Pd composite fine particles-4.
The specific surface area of the CZ / Pt—Pd composite fine particles-4 was 50 m 2 / g, and the tap bulk density was 1.1 g / cm 3 .
The CZ / Pt-Pd composite fine particles-4 were used as fine particles in the same manner as in Example 1, except that the CZ / Pt-Pd dispersion G having a solid content of 30% by mass and the CZ / Pt-Pd fine particles in water were used. A paint G of Example 7 in which was dispersed was obtained. For this paint G, the porous film was formed, the paint was evaluated, and the porous film was evaluated in the same manner as in Example 1.
[実施例8]
実施例1で用いたCZ微粒子100gを、パラジウム換算で濃度1質量%の硝酸パラジウム水溶液300gに含浸させた後に150℃で蒸発乾固させ、更に大気中500℃で2時間焼成を行い、CZ/Pd複合微粒子−5を調整した。
このCZ/Pd複合微粒子−5の比表面積は50m2/g、タップかさ密度は1.1g/cm3であった。
微粒子としてこのCZ/Pd複合微粒子−5を用いたこと以外は実施例1と同様にして、固形分が30質量%のCZ/Pd分散液Hおよび水中にCZ/Pd複合微粒子が分散した実施例8の塗料Hを得た。この塗料Hについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 8]
100 g of the CZ fine particles used in Example 1 were impregnated with 300 g of a palladium nitrate aqueous solution having a concentration of 1% by mass in terms of palladium, evaporated to dryness at 150 ° C., and further baked at 500 ° C. for 2 hours in the atmosphere. Pd composite fine particles-5 were prepared.
The CZ / Pd composite fine particles-5 had a specific surface area of 50 m 2 / g and a tap bulk density of 1.1 g / cm 3 .
Example in which CZ / Pd composite fine particles were dispersed in CZ / Pd dispersion H having a solid content of 30% by mass and water, except that this CZ / Pd composite fine particle-5 was used as the fine particles. 8 paints H were obtained. With respect to this paint H, the porous film was formed, the paint was evaluated, and the porous film was evaluated in the same manner as in Example 1.
[実施例9]
微粒子としてランタンドープ酸化セリウム(La−CeO2)微粒子(セリウムとランタンの組成比は9:1(Ce0.9La0.1O2−X))を用いた他は実施例1と同様にしてCe0.9La0.1O2−X/Pt複合微粒子−6を得た。
このCe0.9La0.1O2−X/Pt複合微粒子−6の比表面積は50m2/g、タップかさ密度は1.1g/cm3であった。
なお、ここでCe0.9La0.1O2−Xと示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとランタンの組成比が9:1の酸化物ということであって、酸化セリウム中に酸化ランタンが固溶した複合酸化物だけではなく、セリウムとジルコニウムの組成比が異なる複合酸化物や、酸化セリウム単体を含有するものも含まれている場合がある。
このCe0.9La0.1O2−X/Pt複合微粒子−6を用いた他は実施例1と同様にして固形分が30質量%のCe0.9La0.1O2−X/Pt分散液Iを得た。このCe0.9La0.1O2−X/Pt分散液Iを用いた他は実施例1と同様にして、水中にCe0.9La0.1O2−X/Pt複合微粒子が分散した実施例9の塗料Iを得た。この塗料Iについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 9]
Example 1 was used except that lanthanum-doped cerium oxide (La—CeO 2 ) fine particles (the composition ratio of cerium and lanthanum was 9: 1 (Ce 0.9 La 0.1 O 2 -X )) were used as the fine particles. As a result, Ce 0.9 La 0.1 O 2 -X / Pt composite fine particles-6 were obtained.
The Ce 0.9 La 0.1 O 2 -X / Pt composite fine particles-6 had a specific surface area of 50 m 2 / g and a tap bulk density of 1.1 g / cm 3 .
In addition, what is indicated as Ce 0.9 La 0.1 O 2-X here is an oxide having a composition ratio of cerium and lanthanum of 9: 1 as a whole, and is oxidized in cerium oxide. In addition to complex oxides in which lanthanum is dissolved, complex oxides having different composition ratios of cerium and zirconium, and those containing cerium oxide alone may be included.
The Ce 0.9 La 0.1 O 2-X / Pt solid content of 30 mass% except for using the composite fine particles -6 in the same manner as in Example 1 Ce 0.9 La 0.1 O 2- X / Pt dispersion I was obtained. Ce 0.9 La 0.1 O 2-X / Pt composite fine particles were obtained in water in the same manner as in Example 1 except that this Ce 0.9 La 0.1 O 2-X / Pt dispersion I was used. A dispersed paint I of Example 9 was obtained. About this coating material I, the formation of the porous film, the evaluation of the coating material, and the evaluation of the porous film were performed in the same manner as in Example 1.
[実施例10]
微粒子として酸化セリウム微粒子−7を用いた他は実施例1と同様にしてCeO2/Pt複合微粒子−7を得た。
このCeO2/Pt複合微粒子−7の比表面積は3m2/g、タップかさ密度は2.0g/cm3であった。
このCeO2/Pt複合微粒子−7を用いた他は実施例1と同様にして固形分が30質量%のCeO2/Pt分散液Jを得た。このCeO2/Pt分散液Jを用いた他は実施例1と同様にして、水中にCeO2/Pt複合微粒子が分散した実施例10の塗料Jを得た。この塗料Jについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 10]
CeO 2 / Pt composite fine particles-7 were obtained in the same manner as in Example 1 except that cerium oxide fine particles-7 were used as the fine particles.
The CeO 2 / Pt composite fine particles-7 had a specific surface area of 3 m 2 / g and a tap bulk density of 2.0 g / cm 3 .
A CeO 2 / Pt dispersion liquid J having a solid content of 30% by mass was obtained in the same manner as in Example 1 except that this CeO 2 / Pt composite fine particle-7 was used. A paint J of Example 10 in which CeO 2 / Pt composite fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1 except that this CeO 2 / Pt dispersion J was used. With respect to this paint J, in the same manner as in Example 1, formation of a porous film, evaluation of the paint, and evaluation of the porous film were performed.
[実施例11]
微粒子として酸化アルミニウム微粒子−8を用いた他は実施例1と同様にしてAl2O3/Pt複合微粒子−8を得た。
このAl2O3/Pt複合微粒子−8の比表面積は125m2/g、タップかさ密度は0.1g/cm3であった。
このAl2O3/Pt複合微粒子−8を45g計量し、これとポリカルボン酸系分散剤4.5g、水250gをボールミルで2時間混合し、固形分が15質量%のAl2O3/Pt分散液Kを得た。このAl2O3/Pt分散液K167gに、メチルセルロースAを15質量%含む水溶液30g、水53gを加えてマグネチックスターラーを用いて1時間攪拌し、水中にAl2O3/Pt複合微粒子が分散した実施例11の塗料Kを得た。この塗料Jについて、実施例1と同様にして塗料の評価を行った。
多孔質膜の作製としては、上記の塗料J中に、SiC製ハニカム構造体を塗料Kに浸漬させた後に引き上げるディップコートを3回繰り返し行った。次いで、このディップコートを行ったハニカム構造体を150℃にて1時間乾燥させ、さらに大気中500℃にて2時間熱処理した。このディップコート3回+150℃乾燥+500℃熱処理の工程をもう一度繰り返して行い、ハニカム構造体の隔壁表面にAl2O3/Pt複合微粒子からなる多孔質膜を形成した。得られた多孔質膜について、実施例1と同様にして評価を行った。
[Example 11]
Al 2 O 3 / Pt composite fine particles-8 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the aluminum oxide fine particles-8 were used as the fine particles.
The specific surface area of this Al 2 O 3 / Pt composite fine particle-8 was 125 m 2 / g, and the tap bulk density was 0.1 g / cm 3 .
45 g of this Al 2 O 3 / Pt composite fine particle-8 was weighed, and this was mixed with 4.5 g of a polycarboxylic acid-based dispersant and 250 g of water with a ball mill for 2 hours, and the solid content was 15% by mass of Al 2 O 3 / Pt dispersion K was obtained. 30 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose A and 53 g of water are added to 167 g of this Al 2 O 3 / Pt dispersion K and stirred for 1 hour using a magnetic stirrer to disperse the Al 2 O 3 / Pt composite fine particles in water. The paint K of Example 11 was obtained. The paint J was evaluated in the same manner as in Example 1.
As the production of the porous film, dip coating in which the SiC honeycomb structure was dipped in the paint K and then pulled up in the paint J was repeated three times. Next, the dip-coated honeycomb structure was dried at 150 ° C. for 1 hour and further heat-treated in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours. This dip coating 3 times + 150 ° C. drying + 500 ° C. heat treatment process was repeated once more to form a porous film composed of Al 2 O 3 / Pt composite fine particles on the partition wall surface of the honeycomb structure. The obtained porous membrane was evaluated in the same manner as in Example 1.
[実施例12]
微粒子として酸化アルミニウム微粒子−9を用いた他は実施例1と同様にしてAl2O3/Pt複合微粒子−9を得た。
このAl2O3/Pt複合微粒子−9の比表面積は15m2/g、タップかさ密度は0.8g/cm3であった。
このAl2O3/Pt複合微粒子−9を用いた他は実施例1と同様にして固形分が30質量%のAl2O3/Pt分散液Lを得た。このAl2O3/Pt分散液Lを用いた他は実施例1と同様にして、水中にAl2O3/Pt複合微粒子が分散した実施例12の塗料Lを得た。この塗料Lについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 12]
Al 2 O 3 / Pt composite fine particles-9 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the aluminum oxide fine particles-9 were used as the fine particles.
The specific surface area of this Al 2 O 3 / Pt composite fine particle-9 was 15 m 2 / g, and the tap bulk density was 0.8 g / cm 3 .
The Al 2 O 3 / Pt solid in the same manner except for using the composite fine particles -9 Example 1 to obtain a Al 2 O 3 / Pt dispersion L of 30 wt%. A coating material L of Example 12 in which Al 2 O 3 / Pt composite fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1 except that this Al 2 O 3 / Pt dispersion L was used. With respect to this paint L, the formation of a porous film, the evaluation of the paint, and the evaluation of the porous film were carried out in the same manner as in Example 1.
[実施例13]
微粒子として酸化アルミニウム微粒子−10を用いた他は実施例1と同様にしてAl2O3/Pt複合微粒子−10を得た。
このAl2O3/Pt複合微粒子−10の比表面積は1m2/g、タップかさ密度は1.3g/cm3であった。
このAl2O3/Pt複合微粒子−10を用いた他は実施例1と同様にして固形分が30質量%のAl2O3/Pt分散液Mを得た。このAl2O3/Pt分散液Mを用いた他は実施例1と同様にして、水中にAl2O3/Pt複合微粒子が分散した実施例13の塗料Mを得た。この塗料Mについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価、多孔質膜の評価を行った。
[Example 13]
Al 2 O 3 / Pt composite fine particles-10 were obtained in the same manner as in Example 1 except that aluminum oxide fine particles-10 were used as the fine particles.
The specific surface area of this Al 2 O 3 / Pt composite fine particle-10 was 1 m 2 / g, and the tap bulk density was 1.3 g / cm 3 .
The Al 2 O 3 / Pt solid in the same manner except for using the composite fine particles -10 from Example 1 was obtained Al 2 O 3 / Pt dispersion M of 30 mass%. A paint M of Example 13 in which Al 2 O 3 / Pt composite fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1 except that this Al 2 O 3 / Pt dispersion M was used. About this coating material M, in the same manner as in Example 1, formation of a porous film, evaluation of the coating material, and evaluation of the porous film were performed.
[比較例1]
実施例1で作製したCZ/Pt分散液A83g、メチルセルロースD(25℃における2%水溶液の粘度が2mPa・s)を15質量%含む水溶液8g、水159gを、マグネチックスターラーを用いて1時間攪拌することで混合し、水中にCZ/Pt微粒子が分散した比較例1の塗料Oを得た。この塗料Oについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価を行った。
[Comparative Example 1]
83 g of CZ / Pt dispersion A prepared in Example 1, 8 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose D (2% aqueous solution at 25 ° C. of 2 mPa · s), and 159 g of water were stirred for 1 hour using a magnetic stirrer. Thus, the coating material O of Comparative Example 1 in which CZ / Pt fine particles were dispersed in water was obtained. For this coating material O, the porous film was formed and the coating material was evaluated in the same manner as in Example 1.
[比較例2]
実施例1で作製したCZ/Pt分散液A167g、メチルセルロースE(25℃における2%水溶液の粘度が200mPa・s)を15質量%含む水溶液67g、水16gを、手振りにて攪拌することで混合し、水中にCZ/Pt微粒子が分散した比較例2の塗料Pを得た。この塗料Pについて、実施例1と同様にして多孔質膜の形成、塗料の評価を行った。
[Comparative Example 2]
167 g of CZ / Pt dispersion A prepared in Example 1, 67 g of aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose E (2% aqueous solution at 25 ° C. has a viscosity of 200 mPa · s), and 16 g of water were mixed by stirring by hand. A paint P of Comparative Example 2 in which CZ / Pt fine particles were dispersed in water was obtained. For this coating material P, the porous film was formed and the coating material was evaluated in the same manner as in Example 1.
[比較例3]
実施例11で用いたAl2O3/Pt複合微粒子−8(比表面積125m2/g)45g、水250g、ポリカルボン酸系分散剤4.5gをジルコニアビーズを用いたビーズミルで4時間分散処理し、固形分が15質量%のAl2O3/Pt分散液Qを得た。このAl2O3/Pt分散液Q167gに、メチルセルロースAを15質量%含む水溶液30g、水53gを加えてマグネチックスターラーを用いて1時間攪拌し、水中にAl2O3/Pt複合微粒子が分散した比較例3の塗料Qを得た。この塗料Qについて、実施例11と同様にして多孔質膜の形成を行い、また実施例1と同様にして塗料の評価を行った。
[Comparative Example 3]
Dispersion treatment of 45 g of Al 2 O 3 / Pt composite fine particles-8 (specific surface area 125 m 2 / g) used in Example 11, 250 g of water, and 4.5 g of a polycarboxylic acid dispersant in a bead mill using zirconia beads for 4 hours. As a result, an Al 2 O 3 / Pt dispersion Q having a solid content of 15% by mass was obtained. To 167 g of this Al 2 O 3 / Pt dispersion Q, 30 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose A and 53 g of water are added and stirred for 1 hour using a magnetic stirrer to disperse the Al 2 O 3 / Pt composite fine particles in water. The paint Q of Comparative Example 3 was obtained. For this paint Q, a porous film was formed in the same manner as in Example 11, and the paint was evaluated in the same manner as in Example 1.
[比較例4]
微粒子として酸化セリウム微粒子−11を用いた他は実施例1と同様にしてCeO2/Pt複合微粒子−11を得た。
このCeO2/Pt複合微粒子−11の比表面積は0.5m2/g、タップかさ密度は2.4g/cm3であった。
このCeO2/Pt複合微粒子−11を90g、水201g、ポリカルボン酸系分散剤9gを、ボールミルを用いて2時間混合し、固形分が30質量%のCeO2/Pt分散液Rを得た。このCeO2/Pt分散液R167gに、メチルセルロースAを15質量%含む水溶液67g、水16gを加えてマグネチックスターラーを用いて1時間攪拌し、水中にCeO2/Pt複合微粒子が分散した比較例4の塗料Rを得た。
この塗料Rは、撹拌を停止すると、直ちにCeO2/Pt複合微粒子の沈降が始まり、短時間でCeO2/Pt複合微粒子の沈殿物と上澄み液との2層に分離してしまった。これにより、この塗料Rは多孔質膜形成用塗料として適さないことが分かった。
[Comparative Example 4]
A CeO 2 / Pt composite fine particle-11 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cerium oxide fine particle-11 was used as the fine particle.
The CeO 2 / Pt composite fine particles-11 had a specific surface area of 0.5 m 2 / g and a tap bulk density of 2.4 g / cm 3 .
90 g of this CeO 2 / Pt composite fine particle-11, 201 g of water and 9 g of a polycarboxylic acid-based dispersant were mixed for 2 hours using a ball mill to obtain a CeO 2 / Pt dispersion R having a solid content of 30% by mass. . Comparative Example 4 in which 67 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose A and 16 g of water were added to 167 g of this CeO 2 / Pt dispersion R and stirred for 1 hour using a magnetic stirrer to disperse CeO 2 / Pt composite fine particles in water. Paint R was obtained.
When the stirring of the coating material R was stopped, the sedimentation of CeO 2 / Pt composite microparticles immediately started and separated into two layers of a precipitate of CeO 2 / Pt composite microparticles and a supernatant liquid in a short time. Thereby, it turned out that this coating material R is not suitable as a coating material for porous film formation.
[比較例5]
微粒子として酸化アルミニウム微粒子−11を用いた他は実施例11と同様にしてAl2O3/Pt複合微粒子−11を得た。
このAl2O3/Pt微粒子−11の比表面積は250m2/g、タップかさ密度は0.07g/cm3であった。
このAl2O3/Pt複合微粒子−11を用いた他は実施例11と同様にして固形分が15質量%のAl2O3/Pt分散液Sを得た。このAl2O3/Pt分散液Sを用いた他は実施例11と同様にして、水中にAl2O3/Pt複合微粒子が分散した比較例5の塗料Sを得た。この塗料Sについて、実施例11と同様にして多孔質膜の形成を行い、また実施例1と同様にして塗料の評価を行った。
[Comparative Example 5]
Al 2 O 3 / Pt
The Al 2 O 3 / Pt fine particles-11 had a specific surface area of 250 m 2 / g and a tap bulk density of 0.07 g / cm 3 .
The Al 2 O 3 / Pt except for using the composite fine particles -11 in the same manner as in Example 11 solids to obtain a Al 2 O 3 / Pt dispersion S of 15 mass%. A coating material S of Comparative Example 5 in which Al 2 O 3 / Pt composite fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as Example 11 except that this Al 2 O 3 / Pt dispersion S was used. For this coating material S, a porous film was formed in the same manner as in Example 11, and the coating material was evaluated in the same manner as in Example 1.
以上の実施例および比較例について、塗料および多孔質膜の作製条件を表1に、得られた塗料および多孔質膜の評価結果を表2に示す。 Table 1 shows the preparation conditions of the paint and the porous film, and Table 2 shows the evaluation results of the obtained paint and the porous film for the above Examples and Comparative Examples.
まず、電子顕微鏡観察の結果によれば、実施例1〜13の隔壁の表面には、塗料に分散した微粒子からなる多孔質膜が形成されており、また、多孔質膜の主成分である微粒子は、隔壁の気孔内部にはほとんど存在していなかった。
また、表1,2の評価結果に示されるように、実施例1〜13の塗料は、貴金属と酸化物とを含有する微粒子と分散媒とを含有しており、微粒子の比表面積、タップかさ密度および塗料中の平均二次粒子径、ならびに塗料の粘度が適切に制御されていることから、SiC製のハニカム構造体の隔壁(多孔質支持体)表面に、多孔質支持体の平均気孔径よりも小さな平均気孔径を有する多孔質膜を形成することができた。
First, according to the result of observation with an electron microscope, a porous film made of fine particles dispersed in a paint is formed on the surfaces of the partition walls of Examples 1 to 13, and fine particles which are main components of the porous film. Was hardly present in the pores of the partition walls.
In addition, as shown in the evaluation results of Tables 1 and 2, the coating materials of Examples 1 to 13 contain fine particles containing a noble metal and an oxide and a dispersion medium. Since the density, the average secondary particle diameter in the paint, and the viscosity of the paint are appropriately controlled, the average pore diameter of the porous support on the surface of the partition wall (porous support) of the SiC honeycomb structure It was possible to form a porous film having a smaller average pore diameter.
一方、比較例1では、多孔質膜作製後のハニカム構造体の隔壁を電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)S−4000(日立計測器サービス(株)社製)により観察したところ、隔壁の表面に多孔質膜が形成されていなかったことを確認した。これは、塗料の粘度が低すぎたために、この塗料が多孔質支持体の気孔内に入り込んでしまい、多孔質膜を形成することができなかったものと考えられる。
比較例2では、多孔質膜作製後のハニカム構造体の隔壁を比較例1と同様に観察したところ、ハニカム構造体の内部(DPFのセル内部)に塗料Pが浸透せず、隔壁の表面に多孔質膜を形成されていないことを確認した。これは、塗料の粘度が高過ぎたために、塗料をSiC製のハニカム構造体の内部に行き渡らせることができず、この内部隔壁(多孔質支持体)の表面に塗布膜を形成することができなかったものと考えられる。
比較例3では、多孔質膜作製後のハニカム構造体の隔壁を比較例1と同様に観察したところ、隔壁の気孔中にAl2O3/Pt微粒子が入り込み、この隔壁の表面には多孔質膜が形成されていなかった。これは、貴金属と酸化物とを含有する微粒子の二次粒子径が小さすぎたために、塗料が隔壁(多孔質支持体)の気孔内に入り込んでしまい、多孔質膜を形成することができなかったと考えられる。
比較例4では、貴金属と酸化物とを含有する微粒子の比表面積が小さすぎ、タップかさ密度が大きすぎたために、塗料自体を作製することができなかった。
比較例5では、貴金属と酸化物とを含有する微粒子の比表面積が大きく、微粒子の二次粒子径が小さすぎたために、塗料がSiC製のハニカム構造体の隔壁(多孔質支持体)の気孔内に入り込んでしまい、多孔質膜を形成することができなかった。
On the other hand, in Comparative Example 1, the partition walls of the honeycomb structure after the porous film was prepared were observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) S-4000 (manufactured by Hitachi Instrument Service Co., Ltd.). It was confirmed that a porous film was not formed on the surface of the film. This is presumably because the viscosity of the paint was too low, so that the paint entered the pores of the porous support and could not form a porous film.
In Comparative Example 2, the partition walls of the honeycomb structure after the porous membrane was prepared were observed in the same manner as in Comparative Example 1. As a result, the coating P did not penetrate into the honeycomb structure (inside the cells of the DPF) and the surface of the partition walls It was confirmed that a porous film was not formed. This is because the viscosity of the paint is too high, so that the paint cannot be spread inside the SiC honeycomb structure, and a coating film can be formed on the surface of the internal partition wall (porous support). It is thought that there was not.
In Comparative Example 3, the partition walls of the honeycomb structure after the porous film was prepared were observed in the same manner as in Comparative Example 1. As a result, Al 2 O 3 / Pt fine particles entered the pores of the partition walls, and the surface of the partition walls was porous. A film was not formed. This is because the secondary particle diameter of the fine particles containing the noble metal and the oxide is too small, so that the paint enters the pores of the partition walls (porous support), and a porous film cannot be formed. It is thought.
In Comparative Example 4, since the specific surface area of the fine particles containing the noble metal and the oxide was too small and the tap bulk density was too large, the paint itself could not be produced.
In Comparative Example 5, since the specific surface area of the fine particles containing the noble metal and the oxide was large and the secondary particle diameter of the fine particles was too small, the pores of the partition walls (porous support) of the honeycomb structure made of SiC were used. The porous film could not be formed.
以上の結果より、本発明の多孔質膜形成用塗料を用いると、良好に多孔質膜が形成できることが確かめられ、本発明の有用性が確かめられた。 From the above results, it was confirmed that the porous film can be satisfactorily formed by using the porous film-forming paint of the present invention, and the usefulness of the present invention was confirmed.
10 DPF
11 フィルタ基体
12 ガス流路
12A 流入セル
12B 流出セル
13 多孔質膜
14 隔壁
30 粒子状物質
α、γ 端面
G 排ガス
C 浄化ガス
10 DPF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記塗料は、少なくとも、白金、パラジウム、ロジウムからなる群から選択される1種または2種以上からなる貴金属と酸化物とを含有する微粒子と、該微粒子を分散する分散媒と、を含有しており、
前記微粒子は、前記貴金属を含む貴金属微粒子と、前記酸化物を含む酸化物微粒子とが金属・酸化物複合微粒子を形成しており、
前記微粒子は、比表面積が1m2/g以上かつ125m2/g以下、タップかさ密度が0.1g/cm3以上かつ2.0g/cm3以下、前記分散媒中の平均二次粒子径が0.1μm以上かつ10μm以下であり、
前記塗料の粘度は2mPa・s以上かつ1000mPa・s以下であることを特徴とする多孔質膜形成用塗料。 A paint for forming a porous film having an average pore diameter smaller than the average pore diameter of the porous support on the surface of the porous support of the honeycomb structure type filter,
The paint contains at least fine particles containing a noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium, and rhodium and an oxide, and a dispersion medium in which the fine particles are dispersed. And
In the fine particles, the noble metal fine particles containing the noble metal and the oxide fine particles containing the oxide form metal / oxide composite fine particles,
The fine particles have a specific surface area of 1 m 2 / g or more and 125 m 2 / g or less, a tap bulk density of 0.1 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less, and an average secondary particle size in the dispersion medium. 0.1 μm or more and 10 μm or less,
The coating material for forming a porous film, wherein the viscosity of the coating material is 2 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less.
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