JPS61146314A

JPS61146314A - 微粒子捕集浄化フイルタ

Info

Publication number: JPS61146314A
Application number: JP59270271A
Authority: JP
Inventors: Toru Suzaki; 須崎　徹
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1986-07-04

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排気ガス中に含まれ
るパティキュレート（カーボンを主体とする微粒子）を
捕集して排気ガスを浄化する微粒子捕集浄化フィルタに
関し、詳しくは再利用のために着火により該パティキュ
レートを燃焼除去させる微粒子捕集浄化フィルタに関す
る。

［従来の技術］パティキュレートを捕集して排気ガスを浄化する微粒子
捕集浄化フィルタとしては、従来よりパティキュレート
捕集性に優れたセラミック製のハニカム構造体（ハニカ
ムフィルタ）、あるいは三次元網目構造を有したフオー
ムフィルタ等が知られている。これらの微粒子捕集浄化
フィルタでは、車両の走行距離が増大するにつれてパテ
ィキュレートが排気通路へ堆積しフィルタの目詰まりが
生じる、そのため圧力損失が次第に増加してエンジンの
出力低下を招くようになる。しかしながらこのパティキ
ュレートは、そのほとんどがカーボン粒子であるために
、加熱すれば燃焼させて除去することができ、これによ
り微粒子捕集浄化フィルタの再生が可能である。

そこでこの微粒子捕集浄化フィルタを再生させるために
、バーナ、電気ヒータといった外部着火手段等を用いて
パティキュレートを燃焼する方法等が開発されている。

このようなパティキュレートを燃焼させる方法では、パ
ティキュレートの燃焼をより確実にするために微粒子捕
集浄化フィルタのフィルタ基体に触媒を担持させること
が有効である。

この触媒としては、従来より特開昭５５−２４５９７号
公報に開示されているパラジウム触媒、ロジウム触媒、
あるいは特開昭５７−２４６４０号公報に開示されてい
る貴金属−クロム触媒、特開昭５８−１０９１３６号公
報や特開昭５８−１０９１３９号公報に開示されている
銅、ニッケル、マンガン、バナジウム触媒等が知られて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］上記した触媒はパティキュレートの着火性を向上させ、
良好な触媒性能を有しているが、必ずしも充分なもので
はなく、パティキュレートの燃え残りが生じることがあ
った。そのため、圧力損失が次第に上昇しがちであった
。本発明のこの問題点を解決するためのものであり、パ
ティキュレートの燃焼伝播を改良し、パティキュレート
を燃え易くするものである。

［問題点を解決するための手段］本発明の微粒子捕集浄化フィルタは、セラミックス製の
フィルタ基体と、該フィルタ基体の表面に担持された触媒とからなり、エ
ンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集
する微粒子捕集浄化フィルタにおいて、該触媒は、パラジウム、ロジウムのうち少なくとも一種
類と、アルカリ土類金属のなかから選ばれる少なくとも
一種類の金属の酸化物とを主要成分として構成されてい
ることを特徴とするものである。

本発明の微粒子捕集浄化フィルタのフィルタ基体は、従
来と同様に耐熱衝撃性を有するコージェライト、ムライ
ト、スピネル等のセラミックスから作製することができ
る。フィルタ基体の形状は、一端面で市松状に開口し他
端面で閉塞された導入通路と、該他端面で市松状に開口
し、該一端面で閉塞された排出通路とを互いちがいに隣
合うように有するハニカム形状のもの、あるいは三次元
網目構造を有したフオーム状のもの等があり、どちらも
使用できるがこれに限定されるものではない。

上記フィルタ基体の表面には多孔質のセラミックス担持
層が形成されることが望ましい。このセラミックス担持
層は捕集性能の向上、あるいは捕集されたパティキュレ
ートの再発散防止などを目的とするものであり、アルミ
ナ、チタニア、マグネシア、シリカ等から種々選択でき
るが、特にはγ−アルミナから作製することが望ましい
。

本発明の微粒子捕集浄化フィルタは、上記フィルタ基体
に直接、あるいはフィルタ基体表面に設けられた多孔質
のセラミックス担持層に、触媒が担持されている。そし
て本発明の最大の特色はこの触媒にある。

この触媒は、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒ１１）
のうち少なくとも一種類と、アルカリ土類金属のなかか
ら選ばれる少なくとも一種類の金属の酸化物とを主要成
分として構成されている。

アルカリ土類金属としては一般にベリリウム（Ｂｅ）、
マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロン
チウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）
を用いる。これらのアルカリ土類金属の酸化物としては
、一般に、酸化ベリリウム（Ｂｅ　Ｏ）　、酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）　、酸化カルシウム（Ｃａ　Ｏ）　、
酸化ストロンチウム（Ｓｒ　Ｏ）　、酸化バリウム（Ｂ
ａ　Ｏ）を用いる。

アルカリ土類金属の酸化物は一種類としてもよく、又二
種類以上を併用することもできる。本発明では、フィル
タ基体のみかけの体積１リットルに対し０．１〜５９の
パラジウム、０．１〜５Ｑのロジウムと、５〜２５ｇの
アルカリ土類金属の酸化物とから構成することが好まし
い。なお、みか・プの体積とは、ハニカムフィルタであ
れば導入通路および排出通路の容積を含む全体積、フオ
ームフィルタであれば三次元網目構造の内部空間を含む
全体積を意味する。触媒金属のうちパラジウムは主とし
て着火性の向上を目的とし、ロジウムは主として硫酸塩
の生成の抑制および耐久性の向上を目的とし、上記範囲
内で担持された場合に最良の性能を発揮する。また上記
範囲内でパラジウムとロジウムとは１対１の比率で担持
させることができる。但し、価格を考慮すると、高価な
ロジウムの比率を少な（することができる。ここで一般
に、パラジウムがロジウムの１０倍ｍを越えると、硫酸
塩の生成量が増加する傾向にあり、パラジウムの量がロ
ジウムの量より少なくなると着火性に劣るようになって
好ましくない。

次に本発明の微粒子捕集浄化フィルタの代表的な製造方
法をのべる。まず従来と同様にハニカムフィルタ、フオ
ームフィルタ等のフィルタ基体を形成する。このとき、
望ましくはフィルタ基体表面に多孔質のセラミックス担
持層を形成しておく。

そしてパラジウムとロジウムの塩化物等を含む溶液、お
よび上記アルカリ土類金属のイオンを含む溶液にフィル
タ基体を浸漬し、これによりフィルタ基体の表面に該溶
液を含浸させる。その後フィルタ基体を焼成することに
よって触媒を担持する。

焼成温度は一般に６００〜７００℃とする。ここで溶液
の濃度を変えることにより触媒担持層を変化させること
もできる。なおパラジウム、ロジウムおよびアルカリ土
類金属は溶液に溶解又は分散しておればよく、塩化物、
硝酸塩に限るものではない。またパラジウム、ロジウム
、アルカリ土類金属を溶解又は分散させる溶媒も水、ア
ルコール、アセトン等種々選択できる。なお各触媒化合
物を混合した溶液に、フィルタを浸漬して、前記した触
媒金属を一度に担持させてもよい。

［実施例］以下、各実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１）フィルタ基体として、軸方向に平行な多数の通路を有す
るコージェライト質のハニカム構造体を用いた。このフ
ィルタ基体は、両端で該通路が開口しており、直径が３
０ミリメートル、長さが５０ミリメートルであり、通路
の数が３１　ｉｌｌ／ｅ１である。

次に第１工程として、γ−アルミナ粉末１００重量部、
アルミナゾル１００重量部、硝酸アルミニウム６重量部
および蒸溜水５０重量部とからなるスラリー中に、上記
フィルタ基体を６０秒間浸漬し、引き上げて余分の液滴
を吹き払った後、１２０℃で３時間乾燥し、更に７００
℃で２時間焼成して、フィルタ基体の通路を形成する壁
に、γ−アルミナからなる多孔質セラミックス担持層を
形成した。

次に第２工程として、塩化パラジウム（ｐｄｃ１２）を
０．０４４重量％含む水溶液を用い、この水溶液中に、
γ−アルミナから成る多孔質のセラミックス担持層を形
成した上記フィルタ基体を２時間浸漬してパラジウムを
吸着させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液によって還元
した後水洗いした。これによりフィルタ基体のみかけの
体積１リットルに対して１ｇのパラジウムを担持した。

さらにパラジウムを担持した上記フィルタ基体を、塩化
ロジウム（ＲｈＣｌ３）を０．０４４重量％含む水溶液
に２時間浸漬し、水素化ホウ素ナトリウム水溶液によっ
て還元した後水洗いした。

さらに１２０℃で２時間乾燥し、これによりフィルタ基
体のみかけの体積１リットルあたり１ｇのロジウムを担
持した。

次に第３工程としてカルシウムイオンを含む溶液に、即
ち具体的には硝酸カルシウム水溶液に、上記パラジウム
およびロジウムを担持したフィルタ基体を１分間浸漬し
、余分な液滴を吹き払った後約１２０℃で３時間乾燥し
、約６００℃焼成して酸化カルシウム（Ｃａｂ）をフィ
ルタ基体に担持させて実施例１の微粒子捕集浄化フィル
タ（試第１表料ａ−ｅ）とした。なお、試料ａ−ｅの触媒担持量は、
第１表に示す。

（実施例２）実施例２では、実施例１と同様のフィルタ基体を用い、
実施例１と同様の第１工程、第２工程を行なった。そし
て第２工程を経たフィルタ基体を、マグネシウムイオン
を含む溶液に、具体的には硝酸マグネシウム水溶液にフ
ィルタ基体を１分間浸漬し、余分な液滴を吹き払った後
、約１２０℃で３時間乾燥し、約６００℃で約２時間焼
成し、これにより酸化マグネシウム（Ｍ（ＩＱ＞をフィ
ルタ基体に担持させ、以て実施例２の微粒子捕集浄化フ
ィルタを形成し、これを試料ｆとした。なお試料ｆの触
媒担持量は第１表に示す。

（実施例３）実施例３では、実施例１と同様のフィルタ基体を用い、
実施例１と同様の第１工程、第２工程を行なった。そし
て、第２工程を経たフィルタ基体を、ストロンチウム（
Ｓｒ）イオンを含む溶液に、具体的には硝酸ストロンチ
ウム水溶液に１分間浸漬し、余分な液滴を吹き払った。

その後、約１２０’Ｃで３時間乾燥し、約６００℃で約
２時間焼成し、これにより酸化ストロンチウム（Ｓｒ　
Ｏ）をフィルター基体に担持させ、以て実施例３の微粒
子捕集浄化フィルタを形成し、これを試料Ｑとした。な
お、試料ｑの触媒担持量は第１表に示す。

（実施例４）実施例４では、実施例１と同様のフィルタ基体を用い、
実施例１と同様の第１工程、第２工程を行なった。そし
て第２工程を経たフィルタ基体を、バリウム（Ｂａ）イ
オンを含む溶液に、具体的には硝酸バリウム水溶液にフ
ィルタ基体を１分間浸漬し、余分な液滴を吹き払った俵
、約１２０℃で３時間乾燥し、約６００℃で、約２時間
焼成し、これにより酸化バリウム（Ｂａｄ）をフィルタ
基体に担持させ、以て実施例２の微粒子捕集浄化フィル
タを形成し、これを試料りとした。なお試料りの触媒担
持量は第１表に示す。

（比較例）比較例では、実施例と同様のフィルタ基体、前記実施例
１と同様の第１工程、第２工程を経て、微粒子捕集浄化
フィルタを形成し、これを試料ｉとした。そのため試料
Ｉの触媒にはアルカリ土類金属の酸化物に含まれていな
い。

上記実施例１の微粒子捕集浄化フィルタの試料ａ−ｅ、
実施例２の微粒子捕集浄化フィルタの試料ｆ、実施例３
の微粒子捕集浄化フィルタの試料Ｑ、実施例４の微粒子
捕集浄化フィルタの試料りについて、排気１２２００ｃ
ｃの過流室式ディーゼルエンジンの排気系に取り付け、
エンジン回転数２００Ｏｒｐｍ１ｔ−ルク３ｋｑ−ｒｒ
ｌ）条件で３時間運転し、フィルタ中に約０．５９のパ
ティキュレートを捕集した。次にこのパティキュレート
が捕集されたフィルタを、第１図に示す実験装置のフィ
ルタセット位１１に配置した。この実験装置は、接続さ
れた反応管４及び５と、反応管４を包囲する電気炉６と
、ヒータ２に通電する電源７と、熱電対１１でフィルタ
の温度を測定する温度記録計１２と、熱電対１３及び１
４でフィルタの温度を測定する温度記録計１５と、反応
管４内のガス整流器３と、ガス混合１１１８と、整流器
９とを含む構成である。そして、ヒータ２によって微粒
子捕集浄化フィルタを第１表に示す各温度に加熱し、そ
の状態でガス混合機８からのＮｔガスと０２ガスとの混
合ガスを反応管４及び５の内に流し、これによりフィル
タ基体に付着しているパティキュレートを燃焼した。そ
して、加熱温度とパティキュレート燃焼率との関係を測
定した。なおパティキュレート燃焼率は測定前のパティ
キュレート第２表の重陽をＷｌ、測定後のパティキュレートの重量をＷ２
とし、（Ｗｌ　−Ｗ２　）　／Ｗ１　ｘ　１００の式に
よって算出した。測定結果を第２表に示す。第２表から
明らかなように、アルカリ土類金属の酸化物を担持させ
た実施例１〜４に係る試料ａ−ｈの微粒子補集浄化フィ
ルタでは、パティキュレートの燃焼率（よ向上している
。例えば、フィルタ加熱温度が５００℃の場合には、試
料Ｃ１試料ｄ１試料ｅ、試料ｆ、試料９、試料りの燃焼
率はいずれも９０％以上と＾かったが、比較例の試料１
の燃焼率は８５％と低かった。同様にフィルタ加熱温度
が４７５℃の場合には、試料Ｃ１試料ｄ１試料ｅ１試料
ｆ１試料Ｑ１試料りの燃焼率はいずれも８０％以上と高
かったが、比較例の試料ｉの燃焼率は７４％と低かった
。ここで燃焼率の高い試料Ｃ〜試料りはいずれもアルカ
リ土類金属の酸化物を５ｇ〜２０ｇ担持している。この
結果から、アルカリ土類金属の酸化物は、フィルタ基体
のみかけの体積１リットルあたり５ｇ以上担持させるこ
とが好ましいとわかる。又同じ燃焼率を確保するにあた
っては、従来よりも低いｍ度に加熱すれば足りる。例え
ば比較例の試料１では燃焼率を８５％にするには５００
℃にフィルタを加熱する必要があった。しかし実施例の
試料ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈでは、５００℃よりも２５℃も
低い４７５℃に加熱すれば足りる。従ってフィルタ基体
が熱衝撃によって破損することをそれだけ抑え得る。

上記した効果が得られたのは、アルカリ土類金属の酸化
物は、パティキュレートの燃焼を伝播する作用を有する
ことに基因すると推察される。

［発明の効果］本発明の微粒子捕集浄化フィルタでは、従来例に比して
パティキュレートの燃焼率が向上する。

故に微粒子捕集浄化フィルタの再生を効果的に行ない得
る。又、本発明の微粒子捕集浄化フィルタでは、従来と
同じ燃焼率を確保するには従来よりも低い温度に加熱す
れば足りる。故にフィルタ基体が熱衝撃によって破損す
ることをそれだけ抑え得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は触媒の再生性能を評価するのに用いた実験装置
の概略説明図である。特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　　
弁理士　大川　宏同　　　　　弁理士　原料　修同　　　　　弁理士　丸山明夫

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス製のフィルタ基体と、該フィルタ基体の表面に担持された触媒とからなり、エ
ンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集
する微粒子捕集浄化フィルタにおいて、該触媒は、パラジウム、ロジウムのうち少なくとも一種
類と、アルカリ土類金属のなかから選ばれる少なくとも
一種類の金属の酸化物とを主要成分として構成されてい
ることを特徴とする微粒子捕集浄化フィルタ。
（２）触媒は、フィルタ基体のみかけの体積１リットル
に対し、０．１〜５ｇのパラジウムと、０．１〜５ｇの
ロジウムと、５〜２５ｇのアルカリ土類金属の酸化物と
から構成されている特許請求の範囲第１項記載の微粒子
捕集浄化フィルタ。
（３）フィルタ基体表面は多孔質のセラミックス担持層
を具備している特許請求の範囲第１項記載の微粒子捕集
浄化フィルタ。
（４）多孔質セラミック被覆層はγ−アルミナから形成
されている特許請求の範囲第３項記載の微粒子捕集浄化
フィルタ。