JPH0347419A - パーティキュレート除去用触媒フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ディーゼルエンジン等の燃焼機関から排出さ
れる排ガス中のパーティキュレートを除去する際に、排
ガス中の硫黄分の酸化による硫酸塩の生成を抑制するパ
ーティキュレート除去用触媒フィルタに関する。

〈従来の技術〉 ディーゼルエンジンから排出される排ガスには、パーテ
ィキュレートと呼ばれる粒径１μｍ以下の微粒子が含ま
れている。このものは煤（カーボン）のほか、軽質の炭
化水素から重質の炭化水素（多環芳香族炭化水素等）、
さらに硫酸ミスト（Ｓ０４）などを含んでいる。

かかるパーティキュレートは、ディーゼルエンジン等の
燃料である軽油の不完全燃焼によって生じるものであっ
て、近年、大気汚染を防止する観点から、窒素酸化物と
共に、大気中への拡散を防止することが強く要望されて
いる。

そこで、従来より、ディーゼルエンジンの排気系に酸化
触媒を担持させた触媒フィルタを設置し、パーティキュ
レートを接触酸化させるようにした触媒器が種々提案さ
れている（例えば特開昭６３−１８５４２５号公報）。

代表的な例としては、第１図に示すように、排ガスの入
口側Ａの開孔と出口側Ｂの開孔とを交互に閉塞したセラ
ミックからなるハニカム構造体１に触媒を担持させた触
媒フィルタがよ（知られている。すなわち、ハニカム構
造体１の隔壁２は多孔質のセラミックからなり、そのた
め入口側Ａからフィルタ内に導入された排ガス（矢印で
示す）は隔壁２を強制通過させられ、出口側から排出さ
れる。その際、パーティキュレートは隔壁２に捕捉され
、隔壁２に含まれる触媒によって酸化分解される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、ディーゼルエンジンから排出される排ガ
スは、上記微粒子のほかに、窒素酸化物、ガス状炭化水
素、ＣＯ１二酸化硫黄Ｓ０２等のガス状成分も含まれて
いるため、隔壁２内でパーティキュレートを酸化分解す
る際に、二酸化硫黄も酸化されて硫酸塩になるという問
題があった。かかる硫酸塩は酸性雨の原因となったり、
二次パーティキュレートとなったりするため、大気汚染
防止の観点からその生成を低減することが強く要望され
ているものである。

本発明は上述の問題を排除すべくなされたものであって
、パーティキュレートの分解を促し、しかも硫酸塩の生
成を抑制することができるパーティキュレート除去用触
媒フィルタを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明のパーティキュレート除去用触媒フィルタは、排
ガスが通過する通気性基材の表層部に酸化触媒を担持さ
せたものである。

く作用〉 本発明者らは排ガスに含まれている二酸化硫黄およびパ
ーティキュレートのそれぞれの分解速度を種々検討した
結果、パーティキュレートの分解速度は二酸化硫黄の酸
化速度よりも速いという知見を得た。かかる知見に基づ
き、鋭意研究を重ねた結果、前記のように通気性基材の
表層部に酸化触媒を担持させるときは、パーティキュレ
ートは分解速度が速いために表層部の酸化触媒で速やか
に酸化分解されるのに対して、二酸化硫黄は酸化速度が
遅いために硫酸塩への酸化まで進まず、その結果パーテ
ィキュレートの除去を阻害することなく硫酸塩の生成を
抑制できるというまったく新たな事実を見出し、本発明
を完成するに至ったのである。

かかる本発明の作用から明らかなように、本発明におけ
る「基材の表層部に酸化触媒を担持させた」とは、基材
の表層部にのみ酸化触媒が担持されている態様のほか、
基材の内部が少なく表層部に大部分の酸化触媒が担持さ
れている態様をも包含している。

〈実施例〉 本発明のパーティキュレート除去用触媒フィルタの形態
は排ガスが通過しうる構造のものである限りとくに限定
されるものではなく、例えば第１図に示すようなハニカ
ム構造体１の形態で用いることができる。

本発明における通気性基材は、ハニカム構造体１の隔壁
２を構成するものであって、例えばアルミナ、コージェ
ライト等の多孔質セラミックがパーティキュレート捕集
効率および耐熱性のうえから好適に使用可能である。こ
の通気性基材は多孔質であるために内部に多数の微細通
気孔を有しており、この通気孔を排ガスが通過する。か
かる通気性基材の厚さは適宜決定しうるちのであるが、
通常０．１〜ｌｌｌ１１程度であるのが適当である。

また、この通気性基材の表層部に酸化触媒を担持させる
には、基材に直接酸化触媒を担持させるか、あるいはあ
らかじめ触媒担体を担持させたのち、この触媒担体を介
して酸化触媒を担持させる方法が採用される。また、触
媒性成分をあらかじめ担体に担持させたものを基材に担
持させるようにしてもよい。基材に直接担持させる場合
には、基材の表面をあらかじめその表層部にのみ触媒を
担持するのに適したように処理（例えば基材を触媒担持
前にあらかじめ加熱してお（など）することができる。

一方、担持させる触媒担体としては、例えばアルミナ、
チタニア、ジルコニア等を用いることができる。

酸化触媒としては、従来より使用されている種々の酸化
触媒、例えば白金、パラジウム等の金属単体、酸化マン
ガン、酸化クロム、クロム酸銅、酸化鉄等がいずれも使
用可能である。

触媒の担持方法としては、例えば触媒成分の塩を溶解し
た溶液に基材を浸漬し、乾燥し、表層部に触媒成分を担
持させた後、約３００〜８００℃で焼成する方法があげ
られる。このとき、酸化触媒を基材の表層部に選択的に
担持させるために、乾燥時の昇温速度を調整する。すな
わち、触媒成分の塩を溶解した溶液を均一に基材内に含
浸させて乾燥させる場合に、昇温速度が速いほど溶液が
表層部へより多く移動して乾燥されるため、表層部に触
媒を担持させることができる。ただし、昇温速度を過度
に速くすると、溶液が表層部に移動しないうちに乾燥さ
れてしまい、表層部に酸化触媒を担持させることができ
なくなるので、適度な昇温速度を設定することが必要で
ある。

基材の表層部に触媒を担持させる他の方法として、担体
成分（アルミナ粉など）のスラリーを用いて、これを基
材の表層部に選択的に担持させた後、触媒成分を担持さ
せる方法、あるいは担体成分に触媒成分を担持させたも
のをスラリーとし、これを基材の表層部に選択的に担持
させる方法なども使用可能である。

また、本発明においては、必ずしも基材両面の表層部に
酸化触媒を担持させる必要はなく、いずれか一方のみに
触媒を担持させてもよい。

本発明において、触媒を担持した表層部の厚さは、例え
ば厚さ３００μｍの基材では、表面から５〜１００μｍ
１好ましくは１０〜５０μｍであるのが適当である。

次に、実施例をあげて本発明のパーティキュレート除去
用触媒フィルタをより詳細に説明する。

ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもの
でないことはもちろんである。

実施例１ （ハニカム構造体状担体の作成） 活性アルミナ（住友化学工業株製のＡ−１１）を１０ｋ
ｇ、本節粘土１　ｋｇ、さらにメチルセルロース５００
ｇを乾式混合し、これに水を加えて充分に混練し、ピッ
チが１−　３１１％壁厚が０．３■であるダイスを装着
したオーガスクリユー式押出機によりハニカムを押し出
した。これを通風式乾燥機で乾燥し、１時間で５℃の昇
温速度で昇温し、５００℃で１時間焼成し、直径１９０
■、長さ１５０−一のハニカム構造体を得た。

（白金担持触媒の調製） 前記ハニカム構造体を、２５　ｇ／Ｊの塩化白金水溶液
に浸漬し、循環式乾燥機を用いて１１０℃で１時間熱風
乾燥した。このとき、１１０℃まで１０分間で昇温させ
た。ついで、５００℃で１時間焼成し、アルミナに対し
て０．１重量％の白金を担持させたアルミナ−白金担持
ハニカム構造体を得た。

このハニカム構造体の排ガス入口側開口端と出口側開口
端とを第１図に示すように交互に閉塞し、排ガスが隔壁
を強制通過する方式の触媒フィルタを得た。

（触媒器の作製） 第２図に示すように、上記で得られた触媒担持ハニカム
構造体１を、筒状のケース３内に装着し、触媒器を得た
。

実施例２ 白金担持触媒の調製において、１１０℃まで１５分間で
昇温させたほかは実施例１と同様にして触媒器を得た。

実施例３ 白金担持触媒の調製において、１１０℃まで２０分間で
昇温させたほかは実施例１と同様にして触媒器を得た。

実施例４ 白金担持触媒の調製において、１１０℃まで２５分間で
昇温させたほかは実施例１と同様にして触媒器を得た。

実施例５ 白金担持触媒の調製において、１１０℃まで５分間で昇
温させたほかは実施例１と同様にして触媒器を得た。

実施例６ 実施例１の〔ハニカム構造体状担体の作成〕で得られた
ハニカム構造体において、第１図に示すように排ガス入
口側開口端と出口側開口端とを交互に閉塞したのち、排
ガス入口側の開口内ににアルミナ・スラリーを流し込み
、ついで過剰のアルミナを除いたのち、乾燥し、５００
℃で１時間焼成して隔壁２の片面のみにアルミナを担持
させた。

ついで、同じ開口内に２５　ｇ／Ｊの塩化白金酸水溶液
を流し込み、循環式乾燥機を用いて１００℃で１時間熱
風で乾燥させた。たたし、１１０℃まで３０分間で昇温
させた。ついて、５００℃で１時間焼成し、アルミナに
対して０．１重量％の白金を担持したアルミナ−白金担
持ハニカム構造体を調製した。

このハニカム構造体はその隔壁の片面のみ、すなわち排
ガス侵入側に触媒が担持された触媒フィルタである。

その他は実施例１と同様にして触媒器を得た。

比較例 白金担持触媒の調製において、１１０℃まで１２０分間
で昇温させたほかは実施例１と同様にして触媒器を得た
。

実施例７ 厚さ０．３ａ＋ｍのセラミック・ファイバー製シートに
チアス株製の＃２８１３）を１５０ｍｍ幅に裁断し、第
３図に示すように、これから作成した波板４と平板５と
を重ね（このとき山の高さｈは１．７１１１％幅Ｗは３
．０１１１１とした）、これを第４図に示すように巻回
して、直径１９０　ｍｍ、長さ１５０ｍｍのハニカム構
造体６を得た。

このハニカム構造体を実施例１と同じアルミナスラリー
中に浸漬し、過剰のアルミナを除いたのち、乾燥し、５
００℃で１時間焼成してアルミナを担持させた。これを
、さらに２５　ｇ／ｊの塩化白金酸水溶液に浸漬し、循
環式乾燥機を用いて１１０℃の熱風で１時間乾燥させた
。ただし、１１０℃まで３０分間で昇温させた。ついで
、５００℃で１時間焼成して前記アルミナに対して０．
１重量％の白金を担持させ、アルミナ−白金担持ハニカ
ム構造体を作成した。

その他は実施例１と同様にして触媒器を作成した。

試験例 排気量１２Ｊ１排ガス量７０ＯＮｍ’／時であるディゼ
ルエンジンの排気系後流部に前記の触媒器を設置し、パ
ーティキュレートの酸化試験を行った。ディゼルエンジ
ンの運転条件はエンジン回転数２００　Ｏｒｐｍ、　）
ルク１００ｋｇ−ｍとした。かかる運転条件において、
エンジンの排ガス組成は以下の通りであった。

（成分）　　　　　　　（含有ｆｆ１）Ｎ　Ｏ１５００
ｐｐｍ ５　Ｏ２１５０９ｐ１ ０２　　　　　　　　　　　５　ｐｐｍＨ２０１０ｐｐ
ｍ また、排ガス中のパーティキュレートの平均濃度は１．
０ｇ／Ｎｍ’であった。反応温度はハニカム構造体を外
部加熱することによって調節した。

以上の条件に従ってディゼルエンジンを運転してパーテ
ィキュレート除去率を求めた。パーティキュレート量は
希釈トンネル法［ディーゼルエンジンの排ガスを希釈し
、排ガスが大気中に放出されたと同じような状況を作り
出し、その状態でパーティキュレート量を測定するよう
にしたもの、日本科学技術情報センター（昭和５９年３
月）発行の「ディーゼル黒煙の低減技術に係る文献調査
を参照］を用いて触媒器の出口側にて４７μｍのフィル
タにて捕集された微粒子を秤量し、これに基づいてＳＯ
ＦおよびＩＯＦ　（可溶性有機成分および不溶性有機成
分、以下同じ）除去率、硫酸塩生成率、全パーティキュ
レート除去率を求めた。なお、ＳＯＦおよびＩＯＦ量は
これを有機溶媒に溶解したのち、液体クロマトグラフィ
ーで、硫酸塩量はバリウムートリン光度滴定法によりそ
れぞれ定量した。また、実施例１〜７および比較例にお
いて作成した触媒担持ハニカム構造体の隔壁の一部を切
取り、Ｘ線マイクロアナライザーにより触媒（Ｐｔ）量
を測定し、壁面からの距離と触媒量との関係を求め、こ
れから担持された全触媒量に対して触媒量の割合が９５
％を超える壁面からの深さを触媒層の厚さと設定した。

ただし、実施例１〜５．７および比較例の各厚さは隔壁
両面の触媒層の厚さを合計した値である。

これらの試験結果を第１表に示す。

（以下余白） 表から明らかなごとく、実施例１〜７ては二酸化硫黄の
酸化による硫酸塩の生成が少ないため、ＳＯＦ、ＩＯＦ
の分解除去率かそのままパーティキュレート除去率とな
っているのに対して、比較例ではＳＯＦ、ＩＯＦは分解
されるものの、新たなパーティキュレートとなる硫酸塩
の生成率が高いため、結果的にパーティキュレートは増
加していた。

〈発明の効果〉 本発明によれば、排ガスが通過する通気性基材の表層部
に酸化触媒を担持させたため、ガス状成分に含まれる二
酸化硫黄が分解されて硫酸塩になるのが抑制され、しか
も排ガス中のパーティキュレートを効率よく酸化分解す
るため、ディゼルエンジン等の排ガスの浄化に好適に採
用することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排ガスが通過する通気性基材の表層部に酸化触媒を
   担持させたことを特徴とするパーティキュレート除去用
   触媒フィルタ。