JPH04358541A - 可燃性微粒子と窒素酸化物を除去する触媒及びフィルター - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関、特に自動車の
排気ガス中に含まれるカーボン等の可燃性微粒子、並び
に窒素酸化物を同時に除去するための、触媒及びその触
媒を用いたフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気ガス中に含ま
れるカーボン等の可燃性微粒子を除去するために、排気
系にフィルターを用いることは公知である。しかし長時
間使用すると、可燃性微粒子の増積により目詰まりが生
じ、圧力損失を生じる。そこで特開昭５８−７４１２１
号公報等には、フィルターを加熱して可燃性微粒子を焼
却除去できるフィルターが開示されている。

【０００３】一方、排気ガス中には可燃性微粒子の他に
窒素酸化物も含有され、この窒素酸化物を除去するため
の提案もなされている。例えば特公昭６２−４１０５４
号公報には、可燃性微粒子除去用のフィルターと、窒素
酸化物除去用の触媒コンバータとを用いることが提案さ
れている。しかしこの手段によるとフィルターと触媒コ
ンバータの２つの装置を必要とし、コンパクト化、軽量
化を進めている自動車技術にとっては好ましいことでは
ない。

【０００４】そこで本願出願人らは特開平１−１５１７
０６号公報に、触媒担体に対して銅とゼオライトとから
なる触媒成分を担持した触媒及びフィルターを提案して
いる。この触媒によれば、可燃性微粒子は排気ガスの熱
と排気ガス中の酸素とによる自然発火により燃焼除去す
ることができる。また窒素酸化物は排気ガス中の炭化水
素との反応により窒素、二酸化炭素、水などの無害な成
分に分解される。したがって可燃性微粒子と窒素酸化物
とを同時に除去することができ、極めて有用である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本願発明者らは、上記
した銅とゼオライトとを触媒成分としてもつ触媒をさら
に改良すべく種々の実験を行ったところ、例えば８００
℃で５時間加熱保持する耐久試験を行うと、窒素酸化物
の浄化率が極端に低下することが明らかとなった。この
不具合は銅の熱安定性が不十分で凝集し易いことに起因
し、銅の凝集により窒素酸化物の浄化率が低下すること
、及びフィルターの圧力損失が徐々に増加することが明
らかとなった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、可燃性微粒子と窒素酸化物とを同時に除去
し、かつ熱安定性に優れた触媒及びフィルターとするこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明は、可燃
性微粒子並びに窒素酸化物を除去する触媒であって、担
体に対してコバルトとゼオライトとからなる触媒成分を
担持してなることを特徴とする可燃性微粒子と窒素酸化
物を除去するための触媒にある。触媒成分はコバルトと
ゼオライトとから構成される。コバルトは金属コバルト
または酸化コバルトの状態いずれでもよい。またゼオラ
イトは周知のように一般式　　ｘＭ２　／ｎ・Ａｌ２　
Ｏ３　・ｙＳｉＯ２　で表される結晶性アルミノケイ酸
で、Ｍ（ｎ価の金属）、ｘ、ｙの違いによって、結晶構
造中の細孔径が異なり、多くの種類のものが市販されて
いる。またＳｉ４＋の一部をＡｌ３＋で置換しているた
め正電荷が不足し、その不足を補うためＮａ＋　、Ｋ＋
　などの陽イオンを結晶内に保持する性質があるため、
高い陽イオン交換能をもっている。このゼオライトとし
ては、ＮＯｘ分子径よりも僅かに大きい約５〜１０Åの
細孔径を有するものが好ましい。

【０００８】この触媒成分は、ゼオライトと酸化コバル
トとを混合すること、あるいはゼオライトにコバルトを
イオン交換担持すること等により調整する。例えばイオ
ン交換担持は、実施例にも示すように酢酸コバルト、硝
酸コバルト等の水溶液中にゼオライトを浸漬、乾燥する
ことなどにより行う。これにより、ゼオライト中のＮａ
＋　等のイオンがコバルトイオンとイオン交換する。ま
た、このときのイオン交換率は、５０〜２００％とする
ことが好ましい。５０％未満では本発明の効果が得られ
難いからである。なお、コバルトのイオン交換率とは、
２価のコバルトイオンがゼオライト中のＮａ＋　などの
イオンと交換した割合をいう。

【０００９】この触媒成分は担体に担持されている。こ
こで担体としては、コーディエライト、アルミナ、シリ
カ・アルミナ、スポジューメン等の多孔質焼結体等があ
る。また担体の形状としては、粒状、ハニカム状或いは
フォーム状など任意に選択できる。特には後述するフィ
ルターと同様の形状の、ハニカム状一体型担体とするこ
とが望ましい。さらに上記担体に活性アルミナなどの担
持層を形成することもできる。

【００１０】担体に触媒成分を担持させるには、コバル
トが担持されたゼオライトを担体にコートする方法、あ
るいは先ずゼオライトを担体にコートし次いでコバルト
をイオン交換担持する方法などがある。なお、触媒成分
の担持量は、担体１ｌに対して１〜１００ｇとすること
が好ましい。１ｇ未満では本発明の効果を得難く、１０
０ｇ以上担持しても効果が飽和する。

【００１１】次に、本願の第２発明は、排気ガスの流入
側から流出側に向かって濾過壁により区切られた多数の
通路を有するとともに、通路はその流出側を閉塞した送
入通路とその流入側を閉塞した排出通路とからなり、送
入通路は少なくとも１つの排出通路と濾過壁を共有し、
かつ濾過壁は送入通路から排出通路に排気ガスが通過す
るとき排気ガス中の可燃性微粒子を捕捉する通孔を有し
てなり、また濾過壁にはコバルトとゼオライトとからな
る触媒成分を担持してなることを特徴とする可燃性微粒
子と窒素酸化物を除去するためのフィルターにある。

【００１２】このフィルターは、その軸方向に沿った多
数の通路をもつ筒状体であり、送入通路に入った排気ガ
スは必ず濾過壁の通孔を通過して排出通路に出る構造と
なっている。この通孔は５〜５０μｍとすることが望ま
しい。５μｍ未満では可燃性微粒子による目詰まりが大
きく、５０μｍを越えると可燃性微粒子を捕捉し難く、
また窒素酸化物の浄化性能も低下する。

【００１３】このフィルターの濾過壁には、コバルトと
ゼオライトからなる第１発明の触媒成分が担持されてい
る。フィルターの材質は第１発明で述べた担体の材質と
同様とすることができる。また、触媒成分の担持方法や
担持量も第１発明と同様に構成することができる。

【００１４】

【発明の作用及び効果】第１発明においては、触媒成分
としてコバルトとゼオライトとを用いているので、排気
ガス中の可燃性微粒子を低温において燃焼除去できると
ともに、この触媒成分により排気ガス中の窒素酸化物を
高能率で除去することができる。可燃性微粒子の除去は
、排気ガスの熱と排気ガス中の酸素とによる自然発火に
より、燃焼することにより行う。この燃焼は４００℃程
度の低温でも生じるが、これはコバルトとゼオライトと
を触媒成分としているためである。

【００１５】また窒素酸化物の除去は、主として排気ガ
ス中の炭化水素と窒素酸化物とを反応させて、窒素ガス
、二酸化炭素、水等の成分に分解することにより行われ
る。したがって第１発明の触媒によれば、排気ガス中の
可燃性微粒子と窒素酸化物を同時に除去することができ
る。またその除去は４００℃程度という低温においても
可能である。そしてこの触媒成分は熱安定性に優れてい
るので、使用中に触媒成分の凝集が生じず、高い浄化性
能を長期間維持できるとともに圧力損失の増大を防止で
きる。

【００１６】一方、第２発明のフィルターでは、送入通
路に入った排気ガスは濾過壁の通孔を通過して排出通路
に出る。このとき可燃性微粒子は濾過壁によって確実に
捕捉される。この濾過壁には第１発明の触媒成分が担持
されているため、上記した触媒作用により捕捉された可
燃性微粒子が燃焼除去される。また排気ガス中の窒素酸
化物は、濾過壁を通過する際に上記と同様の触媒作用に
より浄化される。そして第１発明と同様に触媒成分は熱
安定性に優れているので、使用中に触媒成分の凝集が生
じず、高い浄化性能を長期間維持できるとともに圧力損
失の増大を防止できる。

【００１７】なお、可燃性微粒子の低温除去が可能とな
った理由は明確ではないが、触媒成分としてのコバルト
とゼオライトとに可燃性微粒子の発火点を下げる作用が
あるためと考えられる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例と比較例により本発明を一層具
体的に説明する。 （実施例）図１及び図２に本発明の一実施例のフィルタ
ーを示す。なお、製造方法を説明することで、本実施例
のフィルターの構成の説明に代える。

【００１９】軸方向に平行に延びる複数の通路をもつコ
ーディエライト製フィルター担体を用意する。各通路を
区画する濾過壁１２は、平均孔径３０μｍの通孔をもつ
。またフィルター担体は直径１００ｍｍ、体積１．３ｌ
で、軸に直角方向の断面における断面積１ｉｎ２　当た
り約１００の通路を有する。次に平均粒径２０μｍのゼ
オライト粉末１００重量部と、シリカゾル８０重量部と
を水及び硝酸とともにボールミリングし、スラリーを形
成した。そしてこのスラリー中に上記フィルター担体を
浸漬し、圧縮空気で余分なスラリーを吹き飛ばして濾過
壁１２表面にスラリーを付着させた。次いで水分を乾燥
し、５００℃で１時間焼成して濾過壁１２表面に厚さ約
５０μｍの多孔質なゼオライト層を形成した。

【００２０】次にゼオライト層をもつフィルター担体を
、０．０２ｍｏｌ／ｌの酢酸コバルト水溶液に２４時間
浸漬し、乾燥後５００℃で１時間焼成して、ゼオライト
層に対してコバルトをイオン交換担持し触媒成分層２を
形成した。その際のイオン交換率は９５％であった。 また、フィルター担体１ｌに対するコバルトの担持量は
２０ｇ／ｌであった。

【００２１】そしてアルミナ粉末焼結体を用い、フィル
ター担体の排気ガス流入側に開口する通路の開口を市松
模様状に閉塞して壁１３を形成する。一方、排気ガス排
出側では壁１３が設けられなかった通路の開口を同様に
閉塞して壁１４を形成する。これによりフィルター１が
得られる。このフィルター１には、排気ガス流入側に開
口し排出側で壁１４で閉塞された送入通路１０と、排気
ガス排出側に開口し流入側で壁１３で閉塞された排出通
路１１とが形成されている。したがって送入通路１０か
ら入った排気ガスは、確実に濾過壁１２を通過して排出
通路１１から排出されるように構成されている。 （比較例１）実施例で用いた、触媒成分を全く担持しな
いフィルター担体をそのまま比較例１のフィルターとし
た。 （比較例２）実施例と同様のフィルター担体を用い、０
．０２ｍｏｌ／ｌの酢酸銅アンミン水溶液に２４時間浸
漬し、乾燥後５００℃で１時間焼成してゼオライト層に
対して銅をイオン交換担持した。その際のイオン交換率
は８９％であった。また、銅の担持量は、フィルター担
体１ｌに対して２０ｇ／ｌであった。続いて実施例と同
様に送入通路と排出通路を形成し、比較例２のフィルタ
ーとした。 （試験例）上記それぞれのフィルターを、水蒸気１０％
を含む空気中で７００℃にて５０時間（１０ｌ／分）処
理する耐久処理を行った。次いでそれぞれディーゼルエ
ンジンの排気系に取り付け、可燃性微粒子と窒素酸化物
の浄化性能を測定した。可燃性微粒子の浄化性能は、入
りガス温度３００℃の低温運転５時間後の圧力損失の増
加率で評価した。すなわち可燃性微粒子が燃焼しなけれ
ば、フィルタに堆積して目詰まりを起こし圧力損失が大
きくなるので、圧力損失を測定することで可燃性微粒子
の浄化性能を間接的に評価できる試験条件は、４気筒の
噴射型エンジンを用い、行程室容積２２００ｃｃ，出力
４０ｋｗ、回転数２５００ｒｐｍ、負荷５ｋｇｆ・ｍで
ある。また試験時におけるフィルター内の温度は約４５
０℃、空間速度ＳＶは３万／時である。測定結果を表１
に示す。

【００２２】表１より明らかなように、銅とゼオライト
とを触媒成分としてもつ比較例２のフィルターは、触媒
成分をもたない比較例１のフィルターに比べて圧損増加
率が小さく、可燃性微粒子による通孔の閉塞が防止され
ている。しかし実施例のフィルターでは、圧損増加率が
２２％と極めて小さく、低温度における可燃性微粒子の
浄化性能に格段に優れていることがわかる。また窒素酸
化物の浄化率についても実施例のフィルターが格段に優
れている。この結果はコバルトとゼオライトとを触媒成
分としたことによるものであることが明らかである。

【００２３】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のフィルターの要部斜視図である。

【図２】実施例のフィルターの要部断面図である。

【符号の説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　可燃性微粒子並びに窒素酸化物を除去
   する触媒であって、担体に対してコバルトとゼオライト
   とからなる触媒成分を担持してなることを特徴とする可
   燃性微粒子と窒素酸化物を除去する触媒。
2. 【請求項２】　　排気ガスの流入側から流出側に向かっ
   て濾過壁により区切られた多数の通路を有するとともに
   、該通路はその流出側を閉塞した送入通路とその流入側
   を閉塞した排出通路とからなり、前記送入通路は少なく
   とも１つの前記排出通路と前記濾過壁を共有し、かつ前
   記濾過壁は前記送入通路から前記排出通路に排気ガスが
   通過するとき排気ガス中の可燃性微粒子を捕捉する通孔
   を有してなり、また前記濾過壁にはコバルトとゼオライ
   トとからなる触媒成分を担持してなることを特徴とする
   可燃性微粒子と窒素酸化物を除去するためのフィルター
   。