JP6627813B2 - Method for producing particulate filter with catalyst - Google Patents

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Description

本発明は、触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a particulate filter with a catalyst.

ディーゼルエンジン等の希薄燃焼エンジンを搭載した自動車の排気ガス通路には、排気ガス中のパティキュレート(炭素質微粒子等のParticulate matter,以下、「PM」という。)を捕集するパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称することがある。)が設けられている。フィルタのPM堆積量が多くなると、エンジンの排気下流の圧力損失が大きくなり、その結果、燃費の悪化を招く。そのため、フィルタのPM堆積量が所定値になった時点で、エンジンの燃料噴射制御(燃料増量や後噴射等)によって、フィルタに到達する排気ガスの温度を高め、PMを燃焼させてフィルタから除去するようになされている。しかし、そのための燃料噴射制御は燃料消費量の増大を招くため、PMができるだけ低い温度で燃焼するように、フィルタにPM燃焼触媒が担持されている。   2. Description of the Related Art A particulate filter (hereinafter, referred to as "PM") that traps particulates (hereinafter, referred to as "PM") in exhaust gas is provided in an exhaust gas passage of an automobile equipped with a lean burn engine such as a diesel engine. , "Filter".). When the amount of PM accumulated in the filter increases, the pressure loss downstream of the exhaust gas of the engine increases, and as a result, fuel efficiency deteriorates. Therefore, when the PM accumulation amount of the filter reaches a predetermined value, the temperature of the exhaust gas reaching the filter is increased by fuel injection control of the engine (fuel increase, post-injection, etc.), and the PM is burned and removed from the filter. It has been made to be. However, since the fuel injection control for that causes an increase in fuel consumption, the filter carries a PM combustion catalyst so that PM burns at a temperature as low as possible.

一方、排気ガス中のHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)など未燃ガス成分は、フィルタよりも上流側の触媒で浄化することが望ましいが、その浄化率をより高めるにはフィルタでもそのような未燃ガス成分を効率良く浄化できるようにすることが求められる。特にフィルタ再生時にはエンジンの燃料が増量され、上流側の触媒の浄化能力では対応できない場合があることから、フィルタの排気ガス浄化性能を高めることが望まれる。   On the other hand, unburned gas components such as HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide) in the exhaust gas are desirably purified by a catalyst located upstream of the filter. It is required to be able to efficiently purify such unburned gas components. Particularly, when the filter is regenerated, the amount of fuel of the engine is increased, and the purification performance of the upstream catalyst may not be sufficient, so it is desired to enhance the exhaust gas purification performance of the filter.

そうして、フィルタの排気ガス通路壁に、PM燃焼触媒に加え、HCやCOを浄化するための排気ガス浄化触媒を設けることが行われている(例えば、特許文献1参照)。   Thus, an exhaust gas purifying catalyst for purifying HC and CO in addition to the PM combustion catalyst is provided on the exhaust gas passage wall of the filter (for example, see Patent Document 1).

特許文献1によれば、ディーゼルエンジンの排気通路に配設されるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)に設けられる触媒として、Ceを主成分とし且つ他の希土類金属又はアルカリ土類金属を含む複酸化物がパティキュレート燃焼速度の増大に有効であり、これにアルミナ及びPtを組み合わせると、同時にDPFの排ガス浄化能力が高まることが記載されている。   According to Patent Document 1, as a catalyst provided in a diesel particulate filter (DPF) disposed in an exhaust passage of a diesel engine, a double oxide containing Ce as a main component and containing another rare earth metal or an alkaline earth metal is used. Is effective in increasing the particulate combustion rate, and it is described that when this is combined with alumina and Pt, the exhaust gas purification capacity of the DPF is simultaneously increased.

特開2007−218219号公報JP 2007-218219 A

ところで、上記アルミナに担持させる触媒金属としては、Ptの他にPd等を用いることができるが、PtやPd等の触媒金属を担持させたアルミナでは、触媒金属の多くは酸化状態で担持されているため、触媒金属をメタル状態に還元することで、触媒金属担持アルミナの排気ガス浄化性能を高めることができる。   By the way, as the catalyst metal supported on the alumina, Pd or the like can be used in addition to Pt, but in the case of the alumina supported with a catalyst metal such as Pt or Pd, most of the catalyst metal is supported in an oxidized state. Therefore, by reducing the catalyst metal to the metal state, the exhaust gas purification performance of the catalyst metal-carrying alumina can be enhanced.

しかしながら、これらの触媒金属を還元するためには、大気中では約850℃以上の熱処理が必要であり、触媒金属のシンタリングなどの触媒成分の熱劣化、及びそれに伴う、PM燃焼性能等の触媒活性の低下が問題となる。   However, in order to reduce these catalyst metals, a heat treatment of about 850 ° C. or more is required in the atmosphere, and thermal degradation of the catalyst components such as sintering of the catalyst metals, and accompanying catalyst catalysts such as PM combustion performance. The decrease in activity becomes a problem.

そこで本発明では、優れたPM燃焼性能を維持するとともに、排気ガス浄化性能を向上させた触媒付きパティキュレートフィルタを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a particulate filter with a catalyst that maintains excellent PM combustion performance and has improved exhaust gas purification performance.

上記の目的を達成するために、本発明では、触媒金属が担持されたアルミナにCO還元処理を施した後に、PM燃焼性能に優れたZr系複合酸化物と混合して、フィルタ本体上に担持するようにした。   In order to achieve the above object, in the present invention, after subjecting alumina carrying a catalytic metal to a CO reduction treatment, the alumina is mixed with a Zr-based composite oxide having excellent PM combustion performance and supported on a filter body. I did it.

すなわち、ここに開示する第1の技術に係る触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法は、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのフィルタ本体と、該フィルタ本体の排気ガス通路壁に形成された触媒層とを備えた触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法であって、アルミナに触媒金属を担持させる工程と、Zrを主成分とするZr系複合酸化物を準備する工程と、前記触媒金属を担持させたアルミナに対し、CO雰囲気下で還元処理を施す工程と、前記Zr系複合酸化物と、前記還元処理されたアルミナとを混合し、前記フィルタ本体の前記排気ガス通路壁上に担持して前記触媒層を形成する工程とを備え、前記Zr系複合酸化物と前記還元処理されたアルミナとの総量に対する前記還元処理されたアルミナの比率は、5.0質量%以上57.0質量%未満であることを特徴とする。 That is, a method of manufacturing a particulate filter with a catalyst according to a first technology disclosed herein includes a filter body disposed in an exhaust passage of an engine for collecting particulates in exhaust gas, and a filter body. A method for producing a particulate filter with a catalyst, comprising: a catalyst layer formed on the exhaust gas passage wall according to claim 1; and a step of supporting a catalyst metal on alumina; and preparing a Zr-based composite oxide containing Zr as a main component. And a step of subjecting the catalyst metal-supported alumina to a reduction treatment in a CO atmosphere; mixing the Zr-based composite oxide and the reduced treatment alumina; and carried on the exhaust gas passage on the wall and forming the catalyst layer, wherein the total amount of the Zr-based composite oxide and the reduction treatment alumina instead The ratio of the treated alumina, and less than 5.0 mass% or more 57.0% by weight.

本発明者らは、触媒金属として例えばPt及び/又はPdを担持したアルミナをCO雰囲気下で還元処理することにより、大気中における還元処理を行うよりも低温でPt及び/又はPdのメタル化を促進させ得ることを見出した。   The present inventors carried out a reduction treatment of alumina carrying Pt and / or Pd as a catalyst metal in a CO atmosphere, thereby reducing the metallization of Pt and / or Pd at a lower temperature than performing the reduction treatment in the atmosphere. It has been found that it can be promoted.

一方、アルミナとZr系複合酸化物とを混合させた後に、CO還元処理を行うと、Zr系複合酸化物の結晶構造の変化が誘発され、Zr系複合酸化物のPM燃焼性能が低下し得ることも見出した。   On the other hand, if the CO reduction treatment is performed after the alumina and the Zr-based composite oxide are mixed, a change in the crystal structure of the Zr-based composite oxide is induced, and the PM combustion performance of the Zr-based composite oxide may decrease. I also found out.

本発明によれば、触媒金属が担持されたアルミナのみにCO還元処理を施すため、Zr系複合酸化物の優れたPM燃焼性能を維持しつつ、アルミナの排気ガス浄化性能を高め、延いては触媒金属担持量を抑えつつ、PM燃焼性能及び排気ガス浄化性能の高い触媒付きパティキュレートフィルタを得ることができる。   According to the present invention, since the CO reduction treatment is performed only on the alumina supporting the catalyst metal, the exhaust gas purification performance of the alumina is enhanced while maintaining the excellent PM combustion performance of the Zr-based composite oxide, and A particulate filter with a catalyst having high PM combustion performance and high exhaust gas purification performance while suppressing the amount of catalyst metal carried can be obtained.

また、前記Zr系複合酸化物と前記還元処理されたアルミナとの総量に対する前記還元処理されたアルミナの比率は、5.0質量%以上57.0質量%未満である。 Further, the Zr-based ratio of the reduction-treated alumina to the total amount of the composite oxide and the reduction-treated alumina, Ru der less than 5.0 mass% or more 57.0% by weight.

本構成によれば、PM燃焼性能及び排気ガス浄化性能の双方に優れた触媒付きパティキュレートフィルタを得ることができる。   According to this configuration, it is possible to obtain a particulate filter with a catalyst that is excellent in both PM combustion performance and exhaust gas purification performance.

の技術は、第1の技術において、前記Zr系複合酸化物は、Ceを含有するCeZr系複合酸化物、及び、Ceを含まず且つCe以外の希土類金属を含有するCe非含有Zr系複合酸化物の少なくとも一方であることを特徴とする。本構成によれば、触媒付きパティキュレートフィルタのPM燃焼性能を向上させることができる。 A second technique is the first technique, wherein the Zr-based composite oxide is a Ce-Zr-based composite oxide containing Ce, and a Ce-free Zr-based oxide containing no Ce and containing a rare earth metal other than Ce. It is characterized by being at least one of a composite oxide. According to this configuration, the PM combustion performance of the particulate filter with a catalyst can be improved.

第3の技術は、第1又は第2の技術において、前記Zr系複合酸化物は、Ceを含まず且つCe以外の希土類金属を含有するCe非含有Zr系複合酸化物を含み、前記Ce非含有Zr系複合酸化物は、前記Ce以外の希土類金属としてYとPrとを含むZrYPr複合酸化物であることを特徴とする。A third technique is the first or second technique, wherein the Zr-based composite oxide includes a Ce-free Zr-based composite oxide that does not contain Ce and contains a rare earth metal other than Ce. The contained Zr-based composite oxide is a ZrYPr composite oxide containing Y and Pr as rare earth metals other than Ce.

第4の技術は、第1〜第3の技術のいずれか1つにおいて、前記還元処理を施す工程は、COを含む還元雰囲気下において、500℃以上800℃以下で熱処理する工程であることを特徴とする。   A fourth technique is that, in any one of the first to third techniques, the step of performing the reduction treatment is a step of performing a heat treatment at 500 ° C. or more and 800 ° C. or less in a reducing atmosphere containing CO. Features.

本構成によれば、アルミナに担持された触媒金属のシンタリング等を抑制して、アルミナの排気ガス浄化性能を向上させることができる。   According to this configuration, it is possible to suppress the sintering of the catalyst metal supported on alumina and improve the exhaust gas purification performance of alumina.

第5の技術は、第1〜第4の技術のいずれか1つにおいて、前記触媒金属は、Pt及びPdの少なくとも一方である。   According to a fifth technique, in any one of the first to fourth techniques, the catalyst metal is at least one of Pt and Pd.

本構成によれば、触媒金属としてPtやPdをアルミナに担持することで、触媒付パティキュレートフィルタの排気ガス浄化性能を高めることができる。   According to this configuration, by supporting Pt or Pd as a catalyst metal on alumina, it is possible to enhance the exhaust gas purification performance of the particulate filter with a catalyst.

第6の技術は、第1〜第5の技術のいずれか1つにおいて、前記エンジンは、希薄燃焼エンジンである。   A sixth technology is the engine according to any one of the first to fifth technologies, wherein the engine is a lean burn engine.

第1〜第5の技術に係る製造方法により製造された触媒付きパティキュレートフィルタを希薄燃焼エンジンの排気通路に配設することで、当該希薄燃焼エンジンから排出される排気ガス中のPMを効果的に燃焼除去することができるとともに、排気ガス中のHCやCOも効率よく浄化することができる。   By arranging the particulate filter with catalyst manufactured by the manufacturing method according to the first to fifth techniques in the exhaust passage of the lean burn engine, PM in the exhaust gas discharged from the lean burn engine can be effectively reduced. And the HC and CO in the exhaust gas can be efficiently purified.

以上述べたように、本発明によると、触媒金属が担持されたアルミナのみにCO還元処理を施すため、Zr系複合酸化物の優れたパティキュレート燃焼性能を維持しつつ、アルミナの排気ガス浄化性能を高め、延いてはPM燃焼性能及び排気ガス浄化性能の高い触媒付きパティキュレートフィルタを得ることができる。   As described above, according to the present invention, since the CO reduction treatment is performed only on the alumina supporting the catalytic metal, the exhaust gas purification performance of the alumina is maintained while maintaining the excellent particulate combustion performance of the Zr-based composite oxide. And a particulate filter with a catalyst having high PM combustion performance and high exhaust gas purification performance can be obtained.

触媒付きパティキュレートフィルタをエンジンの排気ガス通路に配置した状態を示す図である。FIG. 3 is a view showing a state in which a particulate filter with a catalyst is arranged in an exhaust gas passage of an engine. 同フィルタを模式的に示す正面図である。It is a front view which shows the same filter typically. 同フィルタを模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the same filter typically. 同フィルタの排気ガス通路壁を模式的に示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows typically the exhaust gas passage wall of the same filter. 触媒の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a catalyst typically. Pt及びPdが担持された活性アルミナであって、還元処理を施していない試料の電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of the sample which is activated alumina which carried Pt and Pd, and was not subjected to reduction treatment. Pt及びPdが担持された活性アルミナであって、還元処理を施していない試料に大気中800℃24時間の熱処理を施したものの電子顕微鏡像である。It is an electron microscopic image of activated alumina carrying Pt and Pd, which was subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 24 hours in the air, which had not been subjected to a reduction treatment. Pt及びPdが担持された活性アルミナに還元処理を施したものの電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of what carried out reduction processing to activated alumina which carried Pt and Pd. Pt及びPdが担持された活性アルミナに還元処理を施した後、大気中800℃24時間の熱処理を施した試料の電子顕微鏡像である。5 is an electron microscope image of a sample that has been subjected to a reduction treatment on activated alumina carrying Pt and Pd and then subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 24 hours in the atmosphere. 還元処理前後の、Pt及びPdが担持された活性アルミナのXRDプロファイルである。It is an XRD profile of activated alumina carrying Pt and Pd before and after the reduction treatment. 活性アルミナ及びZr系複合酸化物の総量に対する活性アルミナの比率とCO浄化性能との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the ratio of activated alumina to the total amount of activated alumina and Zr-based composite oxide and CO purification performance. 実施例3及び比較例8の触媒付きフィルタのカーボン燃焼速度を示すグラフである。13 is a graph showing the carbon burning rate of the filter with a catalyst of Example 3 and Comparative Example 8. 実施例3及び比較例8の触媒付きフィルタに担持したサンプルのXRDプロファイルである。9 is an XRD profile of a sample supported on the filter with a catalyst of Example 3 and Comparative Example 8.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its applications, or its uses.

(実施形態1)
<パティキュレートフィルタの構造>
図1に示すように、触媒付きパティキュレートフィルタ10(以下、単に「触媒付きフィルタ10」という。)は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等のエンジン、特に希薄燃焼エンジンの排気通路11に配設され、排気ガス中のPMを捕集する。触媒付きフィルタ10よりも排気ガス流の上流側の排気通路11には、酸化物等からなるサポート材にPt、Pd等に代表される触媒金属を担持した酸化触媒(図示省略)を配置することができる。このような酸化触媒を触媒付きフィルタ10の上流側に配置するときは、該酸化触媒によって排気ガス中のHC、COを酸化させ、その酸化燃焼熱で触媒付きフィルタ10に流入する排気ガス温度を高めて触媒付きフィルタ10を加熱することができ、PMの燃焼除去に有利になる。また、排気ガス中のNOが酸化触媒でNOに酸化され、該NOが触媒付きフィルタ10にPMを燃焼させる酸化剤として供給されることになる。
(Embodiment 1)
<Structure of particulate filter>
As shown in FIG. 1, a particulate filter 10 with a catalyst (hereinafter, simply referred to as “filter 10 with a catalyst”) is disposed in an exhaust passage 11 of an engine such as a diesel engine or a gasoline engine, particularly, a lean burn engine. Collect PM in exhaust gas. An oxidation catalyst (not shown) in which a support material made of an oxide or the like carries a catalyst metal represented by Pt, Pd, or the like is arranged in the exhaust passage 11 on the upstream side of the exhaust gas flow from the filter 10 with a catalyst. Can be. When such an oxidation catalyst is arranged on the upstream side of the catalyst-equipped filter 10, HC and CO in the exhaust gas are oxidized by the oxidation catalyst, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst-equipped filter 10 is reduced by the heat of the oxidation combustion. The filter 10 can be heated to a higher temperature, which is advantageous for removing PM by combustion. In addition, NO in the exhaust gas is oxidized to NO 2 by the oxidation catalyst, and the NO 2 is supplied to the catalyst-equipped filter 10 as an oxidizing agent for burning PM.

図2及び図3に模式的に示すように、触媒付きフィルタ10は、ハニカム構造をなしており、互いに平行に延びる多数の排気ガス通路12、13を備えている。すなわち、触媒付きフィルタ10は、下流端が栓14により閉塞された排気ガス流入路12と、上流端が栓14により閉塞された排気ガス流出路13とが交互に設けられ、排気ガス流入路12と排気ガス流出路13とは薄肉の隔壁15(排気ガス通路壁)を介して隔てられている。図2においてハッチングを付した部分は排気ガス流出路13の上流端の栓14を示している。   As schematically shown in FIGS. 2 and 3, the catalyst-equipped filter 10 has a honeycomb structure and includes a number of exhaust gas passages 12 and 13 extending in parallel with each other. That is, in the filter with catalyst 10, the exhaust gas inflow path 12 whose downstream end is closed by the plug 14 and the exhaust gas outflow path 13 whose upstream end is closed by the plug 14 are provided alternately. The exhaust gas outflow passage 13 is separated from the exhaust gas outflow passage 13 by a thin partition wall 15 (exhaust gas passage wall). In FIG. 2, a hatched portion indicates a plug 14 at the upstream end of the exhaust gas outflow passage 13.

触媒付きフィルタ10において、隔壁15を含むフィルタ本体は、コージェライト、SiC、Si、サイアロン、AlTiOのような無機多孔質材料から形成されている。排気ガス流入路12内に流入した排気ガスは図3において矢印で示したように周囲の隔壁15を通って隣接する排気ガス流出路13内に流出する。すなわち、図4に示すように、隔壁15は排気ガス流入路12と排気ガス流出路13とを連通する微小な細孔16(排気ガス通路)を有し、この細孔16を排気ガスが通る。PMは主に排気ガス流入路12及び細孔16の壁部に捕捉され堆積する。 In the catalyst-carried filter 10, the filter body comprising a partition wall 15, cordierite, SiC, Si 3 N 4, sialon, and is formed of an inorganic porous material such as ALTIO 3. The exhaust gas that has flowed into the exhaust gas inflow channel 12 flows out into the adjacent exhaust gas outflow channel 13 through the surrounding partition 15 as indicated by the arrow in FIG. That is, as shown in FIG. 4, the partition wall 15 has minute pores 16 (exhaust gas passages) communicating the exhaust gas inflow path 12 and the exhaust gas outflow path 13, and the exhaust gas passes through the pores 16. . PM is mainly captured and deposited on the exhaust gas inflow path 12 and the walls of the fine holes 16.

上記フィルタ本体の排気ガス通路(排気ガス流入路12、排気ガス流出路13及び細孔16)を形成する隔壁15の壁面には触媒層20が担持されている。なお、排気ガス流出路13側の壁面に触媒を担持することは必ずしも要しない。   A catalyst layer 20 is carried on the wall surface of the partition wall 15 that forms the exhaust gas passage (the exhaust gas inflow path 12, the exhaust gas outflow path 13, and the pores 16) of the filter body. It is not always necessary to support the catalyst on the wall surface on the exhaust gas outflow passage 13 side.

<触媒層について>
次に触媒層20の構成について説明する。
<About the catalyst layer>
Next, the configuration of the catalyst layer 20 will be described.

図5に模式的に示すように、本実施形態の触媒層20は、複数種の活性アルミナであるLa含有アルミナ21(アルミナ)及び純アルミナ22(アルミナ)(以下、La含有アルミナ21及び純アルミナ22をまとめて「活性アルミナ21,22」と称することがある。)と、活性酸素を放出するCe非含有Zr系複合酸化物としてのZrYPr複合酸化物23(Zr系複合酸化物)とCeZr系複合酸化物としてのRhドープCeZrNd複合酸化物24(Zr系複合酸化物)を含む。これら活性アルミナ21,22には触媒金属としてPt25及びPd26が担持されている。La含有アルミナ21はLaを4質量%含有する活性アルミナである。純アルミナ22はLa等の添加物を含まない純γ−アルミナである。ZrYPr複合酸化物23は、Ceを含んでおらず、主成分としてのZrOに、金属元素としてCe以外の希土類金属のうちYとPrのみが含まれてなる複合酸化物である。RhドープCeZrNd複合酸化物24は、主成分としてのZrOに、金属元素としてCeを含み且つCe以外の希土類金属のうちNdのみが含まれてなる複合酸化物に、触媒金属としてのRhを担持及び/又は固溶させたものである。 As schematically shown in FIG. 5, the catalyst layer 20 of the present embodiment is composed of a plurality of types of activated alumina, La-containing alumina 21 (alumina) and pure alumina 22 (alumina) (hereinafter, La-containing alumina 21 and pure alumina 21). 22 may be collectively referred to as “activated alumina 21 and 22”), ZrYPr composite oxide 23 (Zr-based composite oxide) as a Ce-free Zr-based composite oxide releasing active oxygen, and CeZr-based It includes Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 (Zr-based composite oxide) as a composite oxide. These activated aluminas 21 and 22 carry Pt25 and Pd26 as catalyst metals. La-containing alumina 21 is activated alumina containing 4% by mass of La 2 O 3 . Pure alumina 22 is pure γ-alumina containing no additives such as La. The ZrYPr composite oxide 23 is a composite oxide that does not contain Ce and contains only Y and Pr among rare earth metals other than Ce as metal elements in ZrO 2 as a main component. The Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 supports Rh as a catalyst metal on a composite oxide in which ZrO 2 as a main component contains Ce as a metal element and only Nd among rare earth metals other than Ce is contained. And / or a solid solution.

触媒層20は、Pt25及びPd26を担持した活性アルミナ21,22を含むため、排気ガス中のNOをPMの酸化剤となるNOに高効率で転換することができる。これにより、PMの燃焼性が良好になる。ZrYPr複合酸化物23は、優れた酸素交換反応性を有するとともに、酸素イオン伝導性が高く、そのため、PM燃焼に有効に働く活性酸素を多量に放出することができる。RhドープCeZrNd複合酸化物24は、高い酸素吸蔵放出能を有し、PM燃焼に有効に働く活性が高い酸素を放出する。 The catalyst layer 20, to contain the activated alumina 21 and 22 carrying Pt25 and PD 26, can be converted with high efficiency of NO in the exhaust gas to NO 2 as the oxidizing agent of PM. Thereby, the flammability of PM is improved. The ZrYPr composite oxide 23 has excellent oxygen exchange reactivity and high oxygen ion conductivity, and therefore can release a large amount of active oxygen that effectively works for PM combustion. The Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 has a high oxygen storage / release capability and releases highly active oxygen that works effectively for PM combustion.

活性アルミナ21,22に担持させる触媒金属としては、例えばPt、Pd、Rh等が挙げられるが、排気ガス中のCO浄化性能向上の観点から、Pt及びPdの少なくとも一方を担持することが好ましい。   Examples of the catalyst metal supported on the activated alumina 21 and 22 include Pt, Pd, and Rh. From the viewpoint of improving CO purification performance in exhaust gas, it is preferable to support at least one of Pt and Pd.

活性アルミナとして、La含有アルミナ21とこれよりも嵩が低い純アルミナ22を併用しているため、触媒層20を隔壁15に担持したとき層厚になることを抑えることができ、フィルタの目詰まりの発生防止に有利になる。なお、活性アルミナは、La含有アルミナ21及び純アルミナ22のいずれか一方のみを用いてもよい。また他の活性アルミナを使用してもよい。   As the activated alumina, the La-containing alumina 21 and the pure alumina 22 having a lower bulk are used together, it is possible to suppress the catalyst layer 20 from becoming thicker when the catalyst layer 20 is supported on the partition wall 15 and to prevent the filter from being clogged. This is advantageous in preventing the occurrence of the occurrence. As the activated alumina, only one of La-containing alumina 21 and pure alumina 22 may be used. Further, other activated alumina may be used.

ZrYPr複合酸化物23及びRhドープCeZrNd複合酸化物24は、平均細孔径が20nm以上60nm以下のものを用いることが好ましい。パティキュレートフィルタにおいては、触媒重量当たりの排気ガス空間速度が非常に大きくなるが、細孔径が比較的大きいZrYPr複合酸化物23及びRhドープCeZrNd複合酸化物24を用いると、排気ガスが細孔内部に入るため、排気ガスとZrYPr複合酸化物23の接触性が向上し、それぞれ活性酸素を効率良く放出することができる。その結果、PMの燃焼促進に有利になる。   It is preferable that the ZrYPr composite oxide 23 and the Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 have an average pore diameter of 20 nm or more and 60 nm or less. In the particulate filter, the space velocity of the exhaust gas per catalyst weight becomes very high. However, when the ZrYPr composite oxide 23 and the Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 having a relatively large pore diameter are used, the exhaust gas is Therefore, the contact between the exhaust gas and the ZrYPr composite oxide 23 is improved, and active oxygen can be efficiently released. As a result, it is advantageous for promoting PM combustion.

なお、Zr系複合酸化物としては、ZrYPr複合酸化物23及びRhドープCeZrNd複合酸化物24のいずれか一方を用いる構成としてもよい。また、両者の混合比率は、特に限定されるものではなく、所望の触媒構成を得る観点から適宜調整され得る。   As the Zr-based composite oxide, any one of the ZrYPr composite oxide 23 and the Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 may be used. The mixing ratio of the two is not particularly limited, and can be appropriately adjusted from the viewpoint of obtaining a desired catalyst configuration.

また、Ce非含有Zr系複合酸化物としては、Y及びPrを含むZrYPr複合酸化物23に限らず、Y及びPrに加え、又はこれらに代えて、他のCe以外の希土類金属Nd、Sc、Yb、La等を含む複合酸化物であってもよい。また、ZrYPr複合酸化物23には、PM燃焼性能向上の観点から、Pt、Pd、Rh等の触媒金属を担持又は固溶させてもよい。   In addition, the Ce-free Zr-based composite oxide is not limited to the ZrYPr composite oxide 23 containing Y and Pr, and may be other rare earth metals other than Ce, such as Nd, Sc, in addition to or instead of Y and Pr. It may be a composite oxide containing Yb, La, or the like. Further, a catalytic metal such as Pt, Pd, Rh or the like may be supported on the ZrYPr composite oxide 23 or solid-solved from the viewpoint of improving PM combustion performance.

CeZr系複合酸化物としては、Ndを含むCeZrNd複合酸化物に限らず、Ndに加え、又はこれに代えて、他のCe以外の希土類金属Y、Pr、Sc、Yb、La等を含有してもよい。また、RhドープCeZrNd複合酸化物24には、PM燃焼性能向上の観点から、Rhドープに限らず、Rhを担持させてもよいし、Rhに加え、又はRhに代えて、Pt、Pd等の触媒金属を担持又は固溶させてもよい。   The CeZr-based composite oxide is not limited to the Nd-containing CeZrNd composite oxide, and may include, in addition to or instead of Nd, other rare-earth metals other than Ce, such as Y, Pr, Sc, Yb, and La. Is also good. The Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 is not limited to Rh-doped, and may carry Rh from the viewpoint of improving PM combustion performance. In addition to Rh, or instead of Rh, Pt, Pd, or the like may be used. The catalyst metal may be supported or solid-solved.

<触媒の調製>
ZrYPr複合酸化物23は例えば次の方法で調製することができる。オキシ硝酸ジルコニル溶液と硝酸イットリウムと硝酸プラセオジウムとをイオン交換水に溶かす。この硝酸塩溶液に28質量%アンモニア水の8倍希釈液を混合して中和することにより、ZrYPr複合酸化物の前駆体(共沈体)を得る。この共沈物を遠心分離し、上澄み液を除去する脱水操作と、イオン交換水を加えて撹拌する水洗操作とを交互に必要回数繰り返す。最終的に脱水を行った後の共沈物を、大気中において150℃で一昼夜乾燥させた後、ボールミルにより粉砕する。その後、大気中において500℃で2時間焼成することによりZrYPr複合酸化物23を得ることができる。
<Preparation of catalyst>
The ZrYPr composite oxide 23 can be prepared, for example, by the following method. A zirconyl oxynitrate solution, yttrium nitrate, and praseodymium nitrate are dissolved in ion-exchanged water. A precursor (coprecipitate) of the ZrYPr composite oxide is obtained by mixing and neutralizing the nitrate solution with an 8-fold dilution of 28% by mass aqueous ammonia. The coprecipitate is centrifuged, and a dehydration operation of removing the supernatant and a water washing operation of adding ion-exchanged water and stirring are alternately repeated the required number of times. The coprecipitate after the final dehydration is dried in the air at 150 ° C. for 24 hours, and then pulverized by a ball mill. Thereafter, by firing in the air at 500 ° C. for 2 hours, the ZrYPr composite oxide 23 can be obtained.

RhドープCeZrNd複合酸化物24は例えば次の方法で調製することができる。硝酸セリウム6水和物とオキシ硝酸ジルコニル溶液と硝酸ネオジム6水和物と硝酸ロジウム溶液とをイオン交換水に溶かす。この硝酸塩溶液に28質量%アンモニア水の8倍希釈液を混合して中和することにより、共沈物を得る。この共沈物を含む溶液を遠心分離器にかけて上澄み液を除去する脱水操作と、イオン交換水を加えて撹拌する水洗操作とを交互に必要回数繰り返す。最終的に脱水を行った後の共沈物を、大気中において150℃で一昼夜乾燥させた後、ボールミルにより粉砕する。その後、大気中において500℃で2時間焼成することによりRhドープCeZrNd複合酸化物24を得ることができる。なお、触媒金属としてのRhのドープ量は、限定する意味ではないが、優れたPM燃焼性能を得つつ、貴金属量を抑える観点から、CeZrNd複合酸化物に対して、質量比で0.1〜1.0%程度とすることができる。   The Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 can be prepared, for example, by the following method. Cerium nitrate hexahydrate, zirconyl oxynitrate solution, neodymium nitrate hexahydrate and rhodium nitrate solution are dissolved in ion-exchanged water. A coprecipitate is obtained by mixing and neutralizing the nitrate solution with an 8-fold dilution of 28% by mass aqueous ammonia. The solution containing the coprecipitate is centrifuged to remove the supernatant liquid, and the washing operation of adding ion-exchanged water and stirring is alternately repeated the required number of times. The coprecipitate after the final dehydration is dried in the air at 150 ° C. for 24 hours, and then pulverized by a ball mill. Then, by baking in air at 500 ° C. for 2 hours, the Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 can be obtained. In addition, the doping amount of Rh as a catalyst metal is not limited, but from the viewpoint of suppressing the amount of noble metal while obtaining excellent PM combustion performance, from the viewpoint of suppressing the amount of noble metal, the mass ratio of 0.1 to It can be about 1.0%.

La含有アルミナ21及び純アルミナ22はそれぞれ市販されている粉末を用いることができる。   Commercially available powders can be used for the La-containing alumina 21 and the pure alumina 22, respectively.

次に活性アルミナ21,22にPt25及びPd26を担持する方法を説明する。活性アルミナ21,22にイオン交換水を加えてスラリーを調製し、それをスターラー等により十分に撹拌する。続いて、撹拌しながらそのスラリーにジニトロジアミン白金(II)硝酸溶液及び硝酸パラジウム(II)溶液を、Pt及びPdの質量比で、Pt/Pd=2/1となるように所定量滴下し、十分に撹拌する。その後、加熱しながらさらに撹拌を続けて、水分を完全に蒸発させる。しかる後、大気中において500℃で2時間焼成する。そして、後述する還元処理を行うことにより、Pt25及びPd26が担持され且つ還元処理された活性アルミナ21,22を得ることができる。   Next, a method of supporting Pt25 and Pd26 on the activated aluminas 21 and 22 will be described. Ion exchange water is added to the activated aluminas 21 and 22 to prepare a slurry, which is sufficiently stirred with a stirrer or the like. Subsequently, a predetermined amount of a dinitrodiamineplatinum (II) nitric acid solution and a palladium (II) nitrate solution were added dropwise to the slurry with stirring so that Pt / Pd = 2/1 at a mass ratio of Pt and Pd, Stir well. Thereafter, stirring is further continued while heating to completely evaporate water. Thereafter, baking is performed at 500 ° C. for 2 hours in the air. Then, by performing a reduction process described later, activated aluminas 21 and 22 carrying Pt25 and Pd26 and subjected to the reduction process can be obtained.

Pt源としては、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硝酸溶液や、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸エタノールアミン溶液、など他のPt源を採用してもよい。Pd源としては、ヘキサヒドロキソパラジウム(IV)酸エタノールアミン溶液、ジニトロジアンミンパラジウム(II)硝酸溶液、テトラアンミンパラジウム(II)硝酸溶液など他のPd源を採用してもよい。なお、Pt及びPdの混合比率は、特に限定されるものではなく、所望の触媒構成とする観点から、適宜調整され得る。また、Pt及びPdは、いずれか一方のみ担持された構成としてもよい。さらに、限定する意味ではないが、活性アルミナ21,22に対する触媒金属の担持量は、フィルタ1L当たり0.1g〜1.0g程度となるようにすることができる。   As the Pt source, another Pt source such as a hexahydroxoplatinic acid (IV) nitric acid solution or an ethanolamine hexahydroxoplatinum (IV) acid solution may be used. As the Pd source, other Pd sources such as an ethanolamine solution of hexahydroxo palladium (IV), a dinitrodiammine palladium (II) nitric acid solution, and a tetraammine palladium (II) nitric acid solution may be employed. The mixing ratio of Pt and Pd is not particularly limited, and can be appropriately adjusted from the viewpoint of obtaining a desired catalyst configuration. Further, Pt and Pd may be configured to carry only one of them. Further, although not limited, the amount of the catalytic metal carried on the activated alumina 21 and 22 can be about 0.1 g to 1.0 g per liter of the filter.

なお、ZrYPr複合酸化物23、RhドープCeZrNd複合酸化物24にPt、Pd、Rh等の触媒金属を担持及び/又は固溶させる場合は、上記活性アルミナ21,22や上記RhドープCeZrNd複合酸化物24の場合と同様の調製方法を用いて行うことができる。   When the ZrYPr composite oxide 23 and the Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 carry and / or form a solid solution with a catalytic metal such as Pt, Pd, and Rh, the activated aluminas 21 and 22 and the Rh-doped CeZrNd composite oxide are used. The preparation can be carried out using the same preparation method as in the case of No. 24.

上記のようにして得られた、Pt及びPdが担持された活性アルミナ21,22の還元処理済みのもの、ZrYPr複合酸化物23及びRhドープCeZrNd複合酸化物24を容器に入れ、イオン交換水及びバインダを加え、混合してスラリーを調製する。そして、このスラリーをフィルタ本体にコーティングし、乾燥させた後、500℃で2時間焼成することにより、触媒付きフィルタ10を得ることができる。   The activated aluminas 21 and 22 carrying Pt and Pd obtained as described above, which had been reduced, the ZrYPr composite oxide 23 and the Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 were put in a container, and ion-exchanged water and A binder is added and mixed to prepare a slurry. Then, the slurry is coated on the filter body, dried, and then baked at 500 ° C. for 2 hours to obtain the filter with catalyst 10.

<還元処理>
ここに、本実施形態に係る触媒付きパティキュレートフィルタ10の製造方法は、活性アルミナ21,22にPt25及びPd26を担持させた後、上述のごとく、CO雰囲気下における還元処理を行うことを特徴とする。
<Reduction process>
Here, the method for manufacturing the particulate filter with catalyst 10 according to the present embodiment is characterized in that, after Pt25 and Pd26 are supported on the activated aluminas 21 and 22, the reduction treatment is performed in a CO atmosphere as described above. I do.

CO雰囲気下の還元処理は、COを含む還元雰囲気下において、Pt及びPdを担持した活性アルミナ21,22に対して好ましくは550℃以上800℃以下、より好ましくは580℃以上750℃以下の温度で、好ましくは10分以上3時間以下、より好ましくは15分以上2時間以内の時間、熱処理することにより行われ得る。   The reduction treatment in a CO atmosphere is preferably performed at a temperature of 550 ° C. to 800 ° C., more preferably 580 ° C. to 750 ° C., for activated alumina 21 and 22 carrying Pt and Pd in a reducing atmosphere containing CO. The heat treatment is preferably performed for 10 minutes to 3 hours, more preferably for 15 minutes to 2 hours.

図6A及び図7Aは、後述するCO浄化性能の評価試験に用いたPt及びPdが担持された活性アルミナ21,22の、それぞれCO還元処理前後の電子顕微鏡像である。また、図6B及び図7Bは、図6A及び図7AのCO還元処理前後のPt及びPdが担持された活性アルミナ21,22について、それぞれ大気中800℃24時間の熱処理を施した後の試料の電子顕微鏡像である。   FIGS. 6A and 7A are electron microscope images of activated alumina 21 and 22 supporting Pt and Pd used in an evaluation test of the CO purification performance described below before and after the CO reduction treatment, respectively. FIGS. 6B and 7B show samples of the activated alumina 21 and 22 carrying Pt and Pd before and after the CO reduction treatment in FIGS. 6A and 7A, respectively, after being subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 24 hours in the atmosphere. It is an electron microscope image.

図6Aに示すように、還元処理を施していない場合、Pt及びPdは、活性アルミナ21,22の表面上で、黒い塊となって担持されていることが判る。そして、図6Bに示すように、熱処理を施した後は、Pt及びPdは径約100nm前後の黒い塊となって互いに凝集しつつ活性アルミナ21,22の表面上に存在していることが判る。   As shown in FIG. 6A, when no reduction treatment is performed, it can be seen that Pt and Pd are supported as black lumps on the surfaces of the activated aluminas 21 and 22. Then, as shown in FIG. 6B, after the heat treatment, it can be seen that Pt and Pd are present on the surfaces of the activated aluminas 21 and 22 while being agglomerated with each other as black lump having a diameter of about 100 nm. .

一方、図7Aに示すように、Pt及びPdが担持された活性アルミナ21,22に還元処理を施した場合には、図6Aの状態に比べて活性アルミナ21,22の表面上のPt及びPdの黒い塊が小さくなって分散していることが判る。そして、図7Bに示すように、熱処理を施した後には、Pt及びPdの黒い塊は数10nm程度の黒い塊として分散して存在していることが判る。   On the other hand, as shown in FIG. 7A, when the activated alumina 21 and 22 carrying Pt and Pd are subjected to a reduction treatment, the Pt and Pd on the surface of the activated alumina 21 and 22 are lower than those in FIG. 6A. It can be seen that the black lump became small and dispersed. Then, as shown in FIG. 7B, after the heat treatment, it can be seen that the black lumps of Pt and Pd are dispersed as black lumps of about several tens nm.

すなわち、CO還元処理を適用することで、CO還元処理を施していない場合に比べて、Pt及びPdのシンタリングが抑制されるとともに、熱処理後においてもPt及びPdの分散性が向上していることが判る。   That is, by applying the CO reduction treatment, the sintering of Pt and Pd is suppressed as compared with the case where the CO reduction treatment is not performed, and the dispersibility of Pt and Pd is improved even after the heat treatment. You can see that.

さらに、還元処理前後のPt及びPdが担持された活性アルミナについて、X線回折(XRD)測定を行った。図8のXRDプロファイルに示すように、還元処理前後で、酸化状態のPtO及びPdOに由来するピークが減少するとともに、メタル状態のPt及びPdに由来するピークが増加していることが判る。   Further, X-ray diffraction (XRD) measurement was performed on the activated alumina carrying Pt and Pd before and after the reduction treatment. As shown in the XRD profile of FIG. 8, it can be seen that before and after the reduction treatment, the peaks derived from PtO and PdO in the oxidized state decrease and the peaks derived from Pt and Pd in the metal state increase.

すなわち、図6〜図8から判るように、Pt及びPdが担持された活性アルミナ21,22に対し、還元処理を行うことで、上述のごとく比較的低温で、Pt及びPdのメタル化を促進させることができる。そうすると、これら触媒金属のシンタリング等を抑制するとともに、メタル化が促進されることで比表面積の大きい活性アルミナ21,22表面へのPt及びPdの分散性が向上する。そうして、触媒活性の高いメタル状態の触媒金属量が増加するとともに、触媒金属と排気ガスとの接触面積が増加することで、触媒付きフィルタ10における排気ガス中のHC、CO浄化性能が向上する。   That is, as can be seen from FIGS. 6 to 8, by performing a reduction treatment on the activated alumina 21 and 22 carrying Pt and Pd, the metallization of Pt and Pd is promoted at a relatively low temperature as described above. Can be done. Then, sintering and the like of these catalytic metals are suppressed, and dispersibility of Pt and Pd on the surfaces of the activated alumina 21 and 22 having a large specific surface area is improved by promoting metallization. As a result, the amount of catalytic metal in a metal state having high catalytic activity increases, and the contact area between the catalytic metal and exhaust gas increases, thereby improving the performance of the filter with catalyst 10 for purifying HC and CO in exhaust gas. I do.

<アルミナ比率>
後述するCO浄化性能の試験結果から、還元処理された活性アルミナ21,22、ZrYPr複合酸化物23及びRhドープCeZrNd複合酸化物24の総量に対する還元処理された活性アルミナ21,22の比率(本明細書において、「アルミナ比率」と称することがある。)は、触媒金属担持量を低減させつつ良好なCO浄化性能を得る観点から、好ましくは5.0質量%以上57.0質量%未満、より好ましくは6.0質量%以上50.0質量%以下、特に好ましくは7.1質量%以上42.9質量%以下である。アルミナ比率が5.0質量%未満であると、触媒金属の分散性が確保され難くなるとともに十分なCO浄化性能を得ることが困難となる。アルミナ比率が5.0質量%以上であると、触媒金属担持量に対するアルミナの相対量が大きくなり触媒金属の分散性が向上するから、還元処理の有無に拘わらず良好なCO浄化性能を得ることができるため、還元処理を行う必要がなくなる。
<Alumina ratio>
From the test results of the CO purification performance described later, the ratio of the reduced activated alumina 21 and 22 to the total amount of the reduced activated alumina 21 and 22, the ZrYPr composite oxide 23 and the Rh-doped CeZrNd composite oxide 24 (this specification In the present specification, the “alumina ratio” may be referred to as “alumina ratio”), from the viewpoint of obtaining good CO purification performance while reducing the amount of catalyst metal carried, preferably from 5.0% by mass to less than 57.0% by mass. It is preferably from 6.0% by mass to 50.0% by mass, particularly preferably from 7.1% by mass to 42.9% by mass. If the alumina ratio is less than 5.0% by mass, it is difficult to ensure the dispersibility of the catalyst metal and it is difficult to obtain sufficient CO purification performance. Alumina ratio of 5 to 7. When the content is 0% by mass or more, the relative amount of alumina to the amount of the supported catalyst metal increases, and the dispersibility of the catalyst metal is improved. Therefore, good CO purification performance can be obtained regardless of the presence or absence of the reduction treatment. There is no need to perform any processing.

次に、具体的に実施した実施例について説明する。   Next, a specific embodiment will be described.

<触媒付きフィルタの調製>
表1に示す活性アルミナ及びZr系複合酸化物を用い、以下の実施例及び比較例の触媒付きフィルタを上述の方法により調整した。
<Preparation of filter with catalyst>
Using activated alumina and Zr-based composite oxides shown in Table 1, filters with a catalyst of the following Examples and Comparative Examples were prepared by the above-described method.

なお、フィルタ本体としては、SiC製フィルタ担体(容量;25mL,セル壁厚;16mil(406.4×10−3mm)、178cpsi(1平方インチ(635.16mm)当たりのセル数;178))を用いた。 The filter body is made of a SiC filter carrier (capacity: 25 mL, cell wall thickness: 16 mil (406.4 × 10 −3 mm), 178 cpsi (number of cells per square inch (635.16 mm 2 ); 178) ) Was used.

また、CO雰囲気下の還元処理は、ガス組成CO 0.5%、Nバランスのガス流通中600℃で1時間の熱処理を施すことにより行った。 The reduction treatment in a CO atmosphere was performed by performing a heat treatment at 600 ° C. for 1 hour in a gas flow of a gas composition of 0.5% CO and N 2 balance.

<CO浄化性能>
表2に示す構成の実施例及び比較例の触媒付きフィルタを調製した。なお、各成分の担持量[g/L]は、フィルタ担体1L当たりの質量gで表している。
<CO purification performance>
The catalyst-equipped filters of Examples and Comparative Examples having the configurations shown in Table 2 were prepared. The amount of each component carried [g / L] is represented by mass g per liter of the filter carrier.

表2に示す触媒付きフィルタに対し、大気エージング処理として、大気中800℃で24時間の熱処理を行った。   The filter with the catalyst shown in Table 2 was subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 24 hours in the air as an air aging treatment.

その後、担体容量約25mL(直径25.4mm、長さ50mm)のコアサンプルを固定床模擬ガス流通反応装置に取り付け、COの浄化に関する排気ガス浄化率C400(CO)を以下の要領で測定した。C400(CO)は、触媒入口でのモデル排気ガス温度が400℃であるときのCOの浄化率である。   Thereafter, a core sample having a carrier volume of about 25 mL (diameter: 25.4 mm, length: 50 mm) was attached to a simulated fixed bed gas flow reactor, and the exhaust gas purification rate C400 (CO) for purification of CO was measured in the following manner. C400 (CO) is the CO purification rate when the model exhaust gas temperature at the catalyst inlet is 400 ° C.

すなわち、前処理として、ガス組成C 200ppmC、CO 400ppm、NO 100ppm、O 10%、HO 10%、CO 4.5%、Nバランス(22L/分)のモデル排気ガスにて、410℃まで30℃/分で昇温した後、同じガス組成条件にて、100℃まで下げた。 That is, as a pretreatment, model exhaust gas having a gas composition of C 3 H 6 200 ppmC, CO 400 ppm, NO 100 ppm, O 2 10%, H 2 O 10%, CO 2 4.5%, and N 2 balance (22 L / min) After the temperature was raised to 410 ° C. at a rate of 30 ° C./min, the temperature was lowered to 100 ° C. under the same gas composition conditions.

次に、上記前処理と同一のガス組成のモデル排気ガスにて、410℃まで30℃/分で昇温し、C400(CO)を算出した。   Next, the temperature was raised to 410 ° C. at a rate of 30 ° C./min with a model exhaust gas having the same gas composition as in the above pretreatment, and C400 (CO) was calculated.

表2及び図9に示すように、Pt及びPdの全担持量を0.20g/Lとし、活性アルミナ及びZr系複合酸化物の総量に対する活性アルミナの比率、すなわちアルミナ比率を変化させると、アルミナ比率が57.0質量%の比較例6,7では、還元処理の有無に拘わらず、CO浄化性能は良好であることが判った。これに対し、アルミナ比率が57.0質量%より低い実施例1〜4及び比較例2〜5では、還元処理を行ったアルミナを担持した触媒付きフィルタの方が、還元処理を行っていない活性アルミナを担持した触媒付きフィルタよりもCO浄化性能が優れていることが判った。なお、Pt及びPdが担持された活性アルミナを担持せず、Zr系複合酸化物のみ担持した比較例1の触媒付きフィルタでは、C400(CO)は55.3%となり、CO浄化性能が大きく低下することが判った。   As shown in Table 2 and FIG. 9, when the total loading of Pt and Pd was 0.20 g / L and the ratio of activated alumina to the total amount of activated alumina and Zr-based composite oxide, that is, the alumina ratio was changed, In Comparative Examples 6 and 7 in which the ratio was 57.0% by mass, it was found that the CO purification performance was good regardless of the presence or absence of the reduction treatment. On the other hand, in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 to 5 in which the alumina ratio was lower than 57.0% by mass, the catalyst-carrying filter supporting alumina subjected to the reduction treatment had a higher activity without the reduction treatment. It was found that CO purification performance was superior to that of a filter with a catalyst supporting alumina. In the case of the catalyst-equipped filter of Comparative Example 1, which did not carry activated alumina carrying Pt and Pd, but carried only the Zr-based composite oxide, C400 (CO) was 55.3%, and the CO purification performance was significantly reduced. I found out.

<カーボン燃焼性能>
上記実施例3及び比較例8の触媒付きフィルタについて、PM燃焼性能を評価するため、カーボン燃焼速度を測定した。
<Carbon combustion performance>
For the catalyst-equipped filters of Example 3 and Comparative Example 8, the carbon burning rate was measured to evaluate the PM burning performance.

なお、比較例8の触媒付きフィルタとして、Pt、Pdを担持させ且つ還元処理を行っていない活性アルミナと、Zr系複合酸化物とを混合して混合物を得た後に、その混合物に対して上記CO雰囲気下の還元処理を行った後にスラリーを調製し、フィルタ本体に担持した以外は、比較例4と同様に調製した。   As a catalyst-equipped filter of Comparative Example 8, a mixture was obtained by mixing Pt, Pd-supported activated alumina not subjected to reduction treatment, and a Zr-based composite oxide. The slurry was prepared in the same manner as in Comparative Example 4 except that the slurry was prepared after the reduction treatment was performed in a CO atmosphere, and the slurry was supported on the filter body.

実施例3及び比較例8の触媒付きフィルタに対し、大気雰囲気において800℃の温度に24時間保持するエージング処理を行なった。次に、触媒付きフィルタ1L当たり10g相当量のカーボン(カーボンブラック)に10mLのイオン交換水を加え、スターラーを用いて5分間攪拌することにより、カーボンを水中に十分に分散させた。このカーボン分散液に各触媒付きフィルタの一端面を浸すと同時に、他端面よりアスピレータによる吸引を行なった。次いで触媒付きフィルタを乾燥器に入れ150℃の温度に2時間保持して乾燥させた。これにより、カーボンを触媒付きフィルタの排ガス通路壁面に堆積させた。   The filters with catalysts of Example 3 and Comparative Example 8 were subjected to an aging treatment in which the temperature was kept at 800 ° C. for 24 hours in the air atmosphere. Next, 10 mL of ion-exchanged water was added to carbon (carbon black) equivalent to 10 g per 1 L of the filter with catalyst, and the mixture was stirred for 5 minutes using a stirrer to sufficiently disperse the carbon in the water. One end face of each filter with a catalyst was immersed in this carbon dispersion, and at the same time, suction was performed from the other end face by an aspirator. Next, the filter with the catalyst was placed in a dryer and kept at a temperature of 150 ° C. for 2 hours for drying. Thus, carbon was deposited on the exhaust gas passage wall surface of the filter with the catalyst.

触媒付きフィルタを固定床模擬ガス流通反応装置に取り付け、N:100%を空間速度96000/hで触媒付きフィルタに流し、且つ触媒付きフィルタ入口のガス温度を30℃/分の速度で上昇させた。触媒付きフィルタの入口部のガス温度が580℃に達し、30分保持した時点で模擬排ガス(O;10%,NO;300ppm,HO;10%,残N)に切り替えた。そして、カーボンが燃焼することにより生じるCO及びCOのガス中濃度をリアルタイムで測定し、それらの濃度から、下記の計算式(1)を用いて、各時間ごとに、単位時間当たりのカーボン燃焼量を計算した。 A filter with a catalyst was attached to a simulated fixed bed gas flow reactor, N 2 : 100% was passed through the filter with a catalyst at a space velocity of 96,000 / h, and the gas temperature at the inlet of the filter with the catalyst was increased at a rate of 30 ° C./min. Was. When the gas temperature at the inlet of the filter with a catalyst reached 580 ° C. and was maintained for 30 minutes, the exhaust gas was switched to a simulated exhaust gas (O 2 ; 10%, NO: 300 ppm, H 2 O; 10%, residual N 2 ). Then, the concentrations of CO and CO 2 in the gas generated by the burning of carbon are measured in real time, and from these concentrations, the carbon combustion per unit time is calculated for each time using the following formula (1). The amount was calculated.

カーボン燃焼速度(g/h)
={ガス流速(L/h)×[(CO+CO)濃度(ppm)/(1×106)]}×12(g/mol)/22.4(L/mol) ・・・(1)
その上で、時間に対するカーボン燃焼量の積算値を求め、カーボン燃焼率が90%に達するまでに要した時間からカーボン燃焼速度(フィルタ1Lでの1分間当たりのカーボン燃焼量(g/分−L)を求めた。結果を図10に示す。
Carbon burning rate (g / h)
= {Gas flow rate (L / h) × [( CO + CO 2) concentration (ppm) / (1 × 106 )]} × 12 (g / mol) /22.4 (L / mol) ··· (1)
Then, the integrated value of the amount of carbon combustion with respect to time is determined, and the time required for the carbon combustion rate to reach 90% is calculated from the carbon combustion rate (the amount of carbon combustion per minute (g / min-L in the filter 1L). The results are shown in FIG.

図10に示すように、比較例8の触媒付きフィルタに比べ、実施例3の触媒付きフィルタでは、カーボン燃焼性能が優れていることが判った。   As shown in FIG. 10, it was found that the catalyst-equipped filter of Example 3 had better carbon combustion performance than the catalyst-equipped filter of Comparative Example 8.

図11に、比較例8及び実施例3において使用した活性アルミナ及びZr系複合酸化物の混合物サンプルのXRDプロファイルを示す。すなわち、図11中実線で示す実施例3のXRDプロファイルは、Pt、Pd担持後還元処理を行ったアルミナと、Zr系複合酸化物とを実施例3に示す割合で混合したサンプルの測定結果である。また、図11中破線で示す比較例12のXRDプロファイルは、Pt、Pd担持後還元処理を行っていないアルミナと、Zr系複合酸化物とを混合した後、混合物に対して上記還元処理を行ったサンプルの測定結果である。   FIG. 11 shows an XRD profile of a mixture sample of activated alumina and a Zr-based composite oxide used in Comparative Example 8 and Example 3. That is, the XRD profile of Example 3 shown by the solid line in FIG. 11 is a measurement result of a sample in which alumina subjected to reduction treatment after supporting Pt and Pd and a Zr-based composite oxide were mixed at the ratio shown in Example 3. is there. The XRD profile of Comparative Example 12 indicated by the broken line in FIG. 11 shows that after the reduction treatment after mixing Pt and Pd supported alumina and the Zr-based composite oxide, the mixture was subjected to the above reduction treatment. It is the measurement result of the sample which performed.

図11の拡大図に示すように、実施例3のサンプルに比べて、比較例8のサンプルでは、2θ=15度近傍に新しいピークが現れていることが判る。これは、Zr系複合酸化物の結晶構造が、相転移により、蛍石型構造から一部パイロクロア型構造に変化していることを示している。この結晶構造の変化により、実施例3の触媒付きフィルタに比べて比較例8の触媒付きフィルタでは、カーボン燃焼性能が低下していると考えられる。   As shown in the enlarged view of FIG. 11, it can be seen that a new peak appears near 2θ = 15 degrees in the sample of Comparative Example 8 as compared with the sample of Example 3. This indicates that the crystal structure of the Zr-based composite oxide has partially changed from the fluorite structure to the pyrochlore structure due to the phase transition. It is thought that the carbon combustion performance of the catalyst-equipped filter of Comparative Example 8 was lower than that of the catalyst-equipped filter of Example 3 due to the change in the crystal structure.

以上述べたように、触媒付きフィルタの製造時に、触媒金属を担持させたアルミナのみにCO雰囲気下における還元処理を施した後に、PM燃焼性能の高いZr系複合酸化物と混ぜてフィルタ本体に担持することで、Zr系複合酸化物に由来する優れたPM燃焼性能を維持しつつ、触媒金属の担持量を抑えて排気ガス浄化性能にも優れた触媒付きフィルタを得ることができる。   As described above, at the time of manufacturing a filter with a catalyst, only the alumina supporting the catalyst metal is subjected to a reduction treatment in a CO atmosphere, and then mixed with a Zr-based composite oxide having a high PM combustion performance and supported on the filter body. By doing so, it is possible to obtain a filter with a catalyst that is excellent in exhaust gas purification performance by suppressing the amount of catalyst metal loaded while maintaining excellent PM combustion performance derived from the Zr-based composite oxide.

10 触媒付きフィルタ(触媒付パティキュレートフィルタ)
11 排気通路
12 排気ガス流入路(排気ガス通路)
13 排気ガス流出路(排気ガス通路)
14 栓
15 隔壁(排気ガス通路壁)
16 細孔(排気ガス通路)
20 触媒層
21 La含有アルミナ(アルミナ)
22 純アルミナ(アルミナ)
23 ZrYPr複合酸化物(Ce非含有Zr系複合酸化物、Zr系複合酸化物)
24 RhドープCeZrNd複合酸化物(CeZr系複合酸化物、Zr系複合酸化物)
25 Pt(触媒金属)
26 Pd(触媒金属)

10. Filter with catalyst (particulate filter with catalyst)
11 Exhaust passage 12 Exhaust gas inflow passage (exhaust gas passage)
13 Exhaust gas outflow passage (exhaust gas passage)
14 Plug 15 Partition wall (exhaust gas passage wall)
16 pores (exhaust gas passage)
Reference Signs List 20 catalyst layer 21 La-containing alumina (alumina)
22 Pure alumina (alumina)
23 ZrYPr composite oxide (Ce-free Zr-based composite oxide, Zr-based composite oxide)
24 Rh-doped CeZrNd composite oxide (CeZr-based composite oxide, Zr-based composite oxide)
25 Pt (catalyst metal)
26 Pd (catalytic metal)

Claims (6)

エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのフィルタ本体と、該フィルタ本体の排気ガス通路壁に形成された触媒層とを備えた触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法であって、
アルミナに触媒金属を担持させる工程と、
Zrを主成分とするZr系複合酸化物を準備する工程と、
前記触媒金属を担持させたアルミナに対し、CO雰囲気下で還元処理を施す工程と、
前記Zr系複合酸化物と、前記還元処理されたアルミナとを混合し、前記フィルタ本体の前記排気ガス通路壁上に担持して前記触媒層を形成する工程とを備え
前記Zr系複合酸化物と前記還元処理されたアルミナとの総量に対する前記還元処理されたアルミナの比率は、5.0質量%以上57.0質量%未満である
ことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法。
Manufacture of a particulate filter with a catalyst, comprising: a filter main body disposed in an exhaust passage of an engine for collecting particulates in exhaust gas; and a catalyst layer formed on an exhaust gas passage wall of the filter main body. The method,
Supporting a catalyst metal on alumina,
Preparing a Zr-based composite oxide containing Zr as a main component;
A step of subjecting the catalyst metal-supported alumina to a reduction treatment under a CO atmosphere;
Mixing the Zr-based composite oxide and the reduced alumina, and supporting the catalyst body on the exhaust gas passage wall of the filter body to form the catalyst layer ,
The ratio of the reduced alumina to the total amount of the Zr-based composite oxide and the reduced alumina is not less than 5.0% by mass and less than 57.0% by mass. A method for producing a particulate filter with a catalyst.
請求項1において、
前記Zr系複合酸化物は、Ceを含有するCeZr系複合酸化物、及び、Ceを含まず且つCe以外の希土類金属を含有するCe非含有Zr系複合酸化物の少なくとも一方である
ことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法。
Oite to claim 1,
The Zr-based composite oxide is at least one of a Ce-Zr-based composite oxide containing Ce, and a Ce-free Zr-based composite oxide containing no Ce and containing a rare earth metal other than Ce. Of producing a particulate filter with a catalyst.
請求項1又は請求項2において、In claim 1 or claim 2,
前記Zr系複合酸化物は、Ceを含まず且つCe以外の希土類金属を含有するCe非含有Zr系複合酸化物を含み、The Zr-based composite oxide includes a Ce-free Zr-based composite oxide that does not contain Ce and contains a rare earth metal other than Ce.
前記Ce非含有Zr系複合酸化物は、前記Ce以外の希土類金属としてYとPrとを含むZrYPr複合酸化物であるThe Ce-free Zr-based composite oxide is a ZrYPr composite oxide containing Y and Pr as rare earth metals other than Ce.
ことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法。A method for producing a particulate filter with a catalyst, comprising:
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記還元処理を施す工程は、COを含む還元雰囲気下において、500℃以上800℃以下で熱処理する工程である
ことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法。
In any one of claims 1 to 3,
The method for producing a particulate filter with a catalyst, wherein the step of performing the reduction treatment is a step of performing a heat treatment at 500 ° C. or more and 800 ° C. or less in a reducing atmosphere containing CO.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記触媒金属は、Pt及びPdの少なくとも一方である
ことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法。
In any one of claims 1 to 4,
The method for manufacturing a particulate filter with a catalyst, wherein the catalyst metal is at least one of Pt and Pd.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記エンジンは、希薄燃焼エンジンである
ことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタの製造方法。
In any one of claims 1 to 5,
The method of manufacturing a particulate filter with a catalyst, wherein the engine is a lean burn engine.
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