WO2014189115A1 - ディーゼルパティキュレートフィルタ及び排気ガス浄化装置 - Google Patents

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中 大道
孝裕 古川
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三井金属鉱業株式会社
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    • B01J23/464—Rhodium

Definitions

  • the present invention relates to a diesel particulate filter (referred to as “DPF”) used for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine, particularly a diesel engine, and an exhaust gas purifying apparatus using the same.
  • DPF diesel particulate filter
  • Exhaust gas emitted from diesel engines includes sulfates based on sulfur in the fuel, tar-like particulate matter (referred to as “PM”) derived from incomplete combustion, nitrogen oxides (NOx), etc. include.
  • PM tar-like particulate matter
  • NOx nitrogen oxides
  • an exhaust gas purifying apparatus that collects PM with a DPF and burns and removes the collected PM at an appropriate timing.
  • a DPF usually collects PM on the surface of the partition wall when the porous filter substrate having a honeycomb structure forms a skeleton and exhaust gas flows through the partition wall of the substrate. It has become.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-286835
  • a granular or monolithic denitration catalyst in which titanium and silver are supported on ⁇ -alumina and an oxidation catalyst are arranged in series in the exhaust path of engine exhaust gas.
  • a method for purifying engine exhaust gas is disclosed in which engine exhaust gas is brought into contact with a denitration catalyst in the presence of a fuel reducing agent from which a part of the fuel has been removed, and then brought into contact with an oxidation catalyst.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-239544
  • pores composed of inter-particle gaps of 10 nm to 200 nm and the pores of 10 nm or less that communicate with each other are provided on the surface of a porous inorganic substrate such as cordierite.
  • a structure is disclosed in which a coat layer made of oxide particles such as alumina having pore communication holes formed by inter-particle gaps is formed, and a catalyst component is supported in the pores of the coat layer.
  • Patent Document 3 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-112296 discloses an exhaust gas purifying device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine, a gas flow path through which the exhaust gas flows, and a large number of exhaust gas purification apparatuses provided in the gas flow path.
  • a particulate filter in which the pores of the particulate filter are in contact with exhaust gas, and the introduction surface of the particulate filter that is in contact with the exhaust gas is substantially microporous in which micropores having a pore diameter smaller than the pores are formed.
  • An exhaust gas purifying apparatus is disclosed, which is coated with a body, and the microporous body includes a support made of an oxide capable of storing and releasing oxygen and a catalyst containing Ag supported on the support.
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2009-85010 discloses an exhaust gas purifying device for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine, a gas flow path through which the exhaust gas flows, and a large number of exhaust gas purification apparatuses provided in the gas flow path.
  • a particulate filter (DPF) in which fine pores are formed, and the introduction surface of the particulate filter that comes into contact with the exhaust gas is substantially entirely formed with fine pores having a pore diameter smaller than that of the fine pores.
  • an exhaust gas purification device coated with a microporous material is disclosed.
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-218310 discloses an exhaust gas purification filter including an inflow surface into which exhaust gas containing particulate matter flows, an exhaust surface from which purified gas is exhausted, and a filter base made of a porous body.
  • the filter base has a porous partition and a gas flow path surrounded by the partition, and a porous film having a pore diameter smaller than the pores of the partition is provided on the surface of the partition.
  • an exhaust gas purification filter is disclosed in which a micro groove having a depth smaller than the thickness of the porous membrane is formed on at least a part of the surface of the porous membrane.
  • the present invention relates to a diesel particulate filter in which exhaust gas circulates inside the partition wall of the filter base material, and prevents PM from accumulating on the surface and inside of the filter base material, thereby suppressing an increase in back pressure due to exhaust gas. Therefore, it is intended to propose a new diesel particulate filter that can stably exhibit the PM combustion ability.
  • the present invention relates to a diesel particulate filter in which exhaust gas circulates inside a partition wall of a filter base material, which contains a metal oxide or a metal composite oxide and has a thickness of 50% or more of the thickness of the inorganic porous layer.
  • a diesel particulate filter (referred to as “DPF”) having a configuration in which an inorganic porous layer having a surface irregularity having a surface is formed on part or all of the surface of the partition wall on the exhaust gas inflow side. Propose.
  • the DPF proposed by the present invention has a surface uneven portion having a thickness of 50% or more of the thickness of the inorganic porous layer, PM can be captured and exhausted through a gap formed by the surface uneven portion. Since the gas flows, it is possible to suppress an increase in the back pressure due to the exhaust gas and to improve the combustion efficiency of the accumulated PM particles. Under the present circumstances, the combustion of PM can further be accelerated
  • the catalyst for example, silver and silver compound
  • the present DPF 1 a diesel particulate filter 1 as an example of an embodiment for carrying out the present invention will be described.
  • This DPF is an inorganic material containing a metal oxide or a metal composite oxide in a part or all of the surface of the partition wall 2a on the exhaust gas inflow side in the filter base material 2 and having a surface uneven portion on the surface.
  • 2 is a diesel particulate filter having a configuration in which a porous layer 5 is formed.
  • exhaust gas can flow inside the partition wall 2a of the filter substrate 2, and at this time, PM in the exhaust gas is collected by the inorganic porous layer 5 on the surface of the partition wall 2a, and the inside of the partition wall 2a. PM can be prevented from entering. Moreover, PM collected by the inorganic porous layer 5 can be burned. In addition, at this time, since the exhaust gas can flow through the gaps between the particles in the surface irregularities on the surface of the inorganic porous layer 5, it is possible to suppress the increase in the back pressure due to the exhaust gas and to burn the accumulated PM particles Efficiency can also be improved.
  • the filter base material 2 constituting the skeleton of the present DPF has a honeycomb structure and has a plurality of cells 3 communicating in the flow direction of the exhaust gas. It is partitioned and the ends of adjacent cells are alternately sealed. As a result, the gas inflow cell 3A that is open on the upstream side of the exhaust gas and sealed on the downstream side, and the gas outflow cell 3B that is sealed on the upstream side of the exhaust gas and open on the downstream side are interposed via the base material partition wall 2a. It is equipped with the structure formed by adjoining.
  • the shape of the filter base 2 of the present DPF is not limited to the above shape.
  • a known substrate as a DPF such as a wall-through type, a flow-through honeycomb type, a wire mesh type, a ceramic fiber type, a metal porous body type, a particle filling type, and a foam type.
  • the material of the filter substrate 2 may be a porous material made of a refractory material such as ceramics or a metal material.
  • Materials for the ceramic substrate include refractory ceramic materials such as silicon carbide (SiC), cordierite, cordierite-alpha alumina, silicon nitride, zircon mullite, spodumene, alumina-silica magnesia, zircon silicate, sillimanite. ), Magnesium silicate, zircon, petalite, alpha alumina and aluminosilicates.
  • Examples of the material for the metal substrate include refractory metals such as stainless alloy, Fe—Cr—Al alloy, mullite, alumina, aluminum titanate and the like.
  • silicon carbide (SiC) is particularly preferable from the viewpoint of suppressing the penetration of Fe into the base material by Pd.
  • the formation density of the cells 3 is not particularly limited, but is preferably one in which 10 to 100 cells are formed per 1 cm 2 of the substrate cross section.
  • the inorganic porous layer 5 is an inorganic porous layer containing a metal oxide or a metal composite oxide and having an uneven surface portion having a thickness of 50% or more of the thickness of the inorganic porous layer. Is preferred.
  • the inorganic porous layer 5 may be formed on the surface of the portion of the partition wall of the gas inflow cell 3A where the exhaust gas passes through the partition wall 2a.
  • the metal oxide or metal composite oxide contained in the inorganic porous layer 5 is a metal oxide or metal composite oxide containing one or more metals selected from the group consisting of aluminum, titanium, silica, zirconium, and cerium. You can list things. For example, an inorganic porous body selected from the group consisting of silica, alumina, and titania compounds, or a porous body made of OSC material such as cerium compound, zirconium compound, ceria / zirconia composite oxide can be given.
  • a porous body made of a compound selected from alumina, silica, silica-alumina, alumino-silicates, alumina-zirconia, alumina-chromia and alumina-ceria can be mentioned.
  • an inorganic porous body made of a cerium-zirconium composite oxide in which the amount of cerium oxide is 5 to 50% by weight is particularly preferable.
  • the inorganic porous body may contain an oxide of at least one kind of atom selected from the group consisting of Nb, La, Fe, Y, Pr, Ba, Ca, Mg, Sn, and Sr.
  • the inorganic porous layer 5 can also contain a silver alloy containing silver and palladium as a catalytically active component. If the inorganic porous layer 5 contains a silver alloy containing silver and palladium, PM collected in the inorganic porous layer 5 can be burned more efficiently by the combustion catalytic action of silver.
  • silver is preferably contained in an amount of 1 g / L or more with respect to the base material volume, and more preferably 1.5 g / L or more or 10 g / L or less, and more preferably 2.0 g / L or more. Further preferred.
  • the diffusion of silver at a high temperature can be more effectively suppressed by containing palladium in an amount of 1 wt% or more of the silver alloy. Further, if the palladium content is 75 wt% or less of the silver alloy, the catalytic activity effect of silver is not hindered. From this viewpoint, the ratio of silver to palladium is more preferably 5: 1 to 1: 3.
  • the silver alloy may contain elements other than silver and palladium as long as the effects of silver and palladium are not hindered.
  • elements other than silver and palladium for example, at least one element selected from the group consisting of Nb, La, Fe, Y, Pr, Ba, Ca, Mg, Sn, and Sr or an oxide thereof may be contained.
  • the content thereof is preferably 1 to 35% by mass.
  • the silver alloy containing silver and palladium is preferably present in a state of being supported on the inorganic porous body as described above.
  • the inorganic porous layer 5 may contain other components such as a binder component and a stabilizer component.
  • the binder component include at least one binder component selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 .
  • the stabilizer include alkaline earth metals and alkali metals. Among these, one or more metals selected from the group consisting of magnesium, barium, boron, thorium, hafnium, silicon, calcium, potassium, sodium, cesium and strontium can be selected.
  • an uneven surface portion having a thickness of 50% or more of the thickness of the inorganic porous layer is formed from the viewpoint of suppressing an increase in back pressure due to the exhaust gas by flowing the exhaust gas. It is preferable to do this.
  • the thickness of the surface irregularities that is, the height from the bottom of the lowest concave to the convex among the concaves
  • the air is exhausted through the gaps in the surface irregularities. Since the gas flows, it is possible to suppress an increase in the back pressure, and it is possible to improve the combustion efficiency of the accumulated PM particles because the exhaust gas flows through the surface irregularities.
  • the thickness of the surface irregularities is preferably 50% or more of the thickness of the inorganic porous layer, particularly 60% or more, especially 65% or more, and more preferably 75% or more or 95% or less. Is preferred.
  • the thickness of the uneven surface portion of the inorganic porous layer 5 is from the bottom of the lowest recess (the most concave in FIG. 6) to the highest convex (the most convex in FIG. 6) among the recesses.
  • the height can be measured using, for example, “3D Real Surface View Microscope VE-8800” manufactured by Keyence Corporation.
  • an SEM image is first taken from above with the sample placed horizontally, and then the SEM image is taken again by inclining the sample by a predetermined angle ( ⁇ ).
  • the sample is tilted by ⁇ , the movement distance of an arbitrary measurement point is measured on the observation image, the position of the arbitrary measurement point is obtained, and the point corresponding to the arbitrary measurement point is automatically determined from the observation image by several tens of thousands.
  • the thickness of the surface irregularities is measured by extracting and calculating points to construct a 3D image.
  • the total thickness of the inorganic porous layer can be obtained by SEM imaging of the cross section.
  • an inorganic porous body powder made of the above metal oxide or metal composite oxide and water are mixed and wet pulverized.
  • a pulverized slurry and other components such as a binder component, a stabilizer component, and a catalytically active component such as a silver alloy containing silver and palladium are added to the pulverized slurry as necessary to prepare a coating composition. It can be formed by coating and baking. Under the present circumstances, the thickness of the surface uneven
  • the pulverization energy when pulverizing using a ball mill, the pulverization energy may be controlled by adjusting the size of the ball mill, the ratio of the number of ball mills to the amount of slurry, the number of rotations and the rotation time, etc.
  • the thickness of the surface irregularities of the inorganic porous layer 5 can be reduced.
  • the thickness of the inorganic porous layer 5 is preferably 100 ⁇ m or less from the viewpoint of initial pressure loss after the catalyst coating, and can be exemplified by a thickness of 70 ⁇ m or less, particularly 50 ⁇ m or less. Since the present invention can be preferably used for a catalyst that tends to have high pressure loss, it is more preferably applied to the inorganic porous layer 5 having a thickness of 10 ⁇ m or more, and more preferably 20 ⁇ m or more.
  • the DPF further includes at least one kind of noble metal selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Au, and Rh on part or all of the surface of the partition wall of the gas outflow cell 3B. Or you may make it laminate
  • the noble metal catalyst layer 6 may be provided so as to be embedded from the surface of the partition wall of the gas outflow cell 3B toward the inside, or a part of the noble metal catalyst layer 6 may be provided as a gas outflow cell. It may be provided on the surface of the 3B partition wall so as to be partially embedded.
  • the noble metal catalyst layer 6 By providing the noble metal catalyst layer 6 on a part or all of the partition walls of the gas outflow cell 3B, CO, HC, and the like, which are unburned fuel added to increase the exhaust gas temperature, can be efficiently removed by the noble metal catalyst layer 6. Can be processed.
  • the noble metal catalyst layer 6 is preferably provided as necessary, and is not necessarily provided.
  • the noble metal catalyst layer 6 When the noble metal catalyst layer 6 is provided in this way, when the silver in the catalyst layer 5 diffuses and comes into contact with the noble metal in the noble metal catalyst layer 6, the noble metal immediately deactivates the catalytic activity. However, when Pd is contained in the DPF, the diffusion of silver can be suppressed, so that the deactivation of the noble metal can be prevented.
  • the noble metal in the noble metal catalyst layer 6 it is preferable to employ any one of Rh, Pt, Pd, Ir, and Au noble metals having higher electronegativity than silver (Ag) alone or in combination.
  • Rh, Pt and Pd are preferable, and these are preferably used alone or in combination.
  • the noble metal in the noble metal catalyst layer 6 is preferably contained in an amount in the range of 0.01 g to 10 g, particularly 0.1 g or more or 5 g or less with respect to 1 liter of the porous substrate.
  • the catalyst contains the noble metal in such an amount, the exhaust gas can be efficiently purified.
  • the noble metal is preferably present in a state of being supported on the inorganic porous body.
  • the inorganic porous material for example, an inorganic porous material selected from the group consisting of silica, alumina and titania compounds, or a porous material made of an OSC material such as a cerium compound, a zirconium compound, and a ceria / zirconia composite oxide.
  • the body can be mentioned. More specifically, for example, a porous body made of a compound selected from alumina, silica, silica-alumina, alumino-silicates, alumina-zirconia, alumina-chromia and alumina-ceria can be mentioned.
  • an inorganic porous body made of a cerium-zirconium composite oxide having an amount of cerium oxide of 5 to 50% by weight is particularly preferable.
  • the inorganic porous body may contain an oxide of at least one kind of atom selected from the group consisting of Nb, La, Fe, Y, Pr, Ba, Ca, Mg, Sn, and Sr.
  • the noble metal catalyst layer 6 may contain other components such as a binder component and a stabilizer component.
  • the binder component include at least one binder component selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 .
  • the stabilizer include alkaline earth metals and alkali metals. Of these, one or more metals selected from the group consisting of magnesium, barium, boron, thorium, hafnium, silicon, calcium, and strontium can be selected.
  • the thickness of the noble metal catalyst layer 6 is preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. If the thickness of the noble metal catalyst layer 6 is too large, the chance of contact between the noble metal in the noble metal catalyst layer 6 and the exhaust gas is reduced, so that the decomposition efficiency is lowered. If it is too thin, the heat resistance will decrease. From this viewpoint, the thickness of the noble metal catalyst layer 6 is more preferably 10 ⁇ m or more and 70 ⁇ m or less, and even more preferably 20 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the inorganic porous layer 5 As a method of forming the inorganic porous layer 5, first, the inorganic porous body powder made of the above metal oxide or metal composite oxide and water are mixed, and this is wet pulverized to obtain a pulverized slurry. If necessary, other components such as a binder component, a stabilizer component, and a catalytically active component such as a silver alloy containing silver and palladium are added to the pulverized slurry to prepare a coating composition. And this coating composition is apply
  • the inorganic porous layer 5 may be formed by baking or reducing, for example, at 400 to 700 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air or oxygen-enriched air. However, it is not limited to such a method.
  • the thickness of the surface irregularities of the inorganic porous layer 5 can be adjusted by controlling the grinding energy when the slurry is wet-ground.
  • the pulverization energy may be controlled by adjusting the size of the ball mill, the ratio of the number of ball mills to the amount of slurry, the number of rotations and the rotation time, etc.
  • the thickness of the surface irregularities of the inorganic porous layer 5 can be reduced.
  • a silver solution in which silver and palladium are dissolved for example, a silver compound is dissolved in a solvent to prepare a silver solution in which silver is dissolved, while a solution in which palladium is dissolved is mixed with this.
  • a silver compound for example, silver nitrate, silver acetate, silver fluoride and the like can be used, and as the solvent, acetic acid, aqueous ammonia and the like can be used.
  • a palladium nitrate solution can be used as the solution in which palladium is dissolved.
  • reducing agent for example, hydrazine, hydrosulfite, sodium thiosulfate, formalin, potassium nitrite, potassium hydrogen nitrite, sodium nitrite, sodium hydrogen sulfite, ammonium, glycolose, ferrous citrate solution, tannin
  • reducing agent for example, hydrazine, hydrosulfite, sodium thiosulfate, formalin, potassium nitrite, potassium hydrogen nitrite, sodium nitrite, sodium hydrogen sulfite, ammonium, glycolose, ferrous citrate solution, tannin
  • acid for example, hydrazine hydride, ethylenediaminetetraacetic acid, sodium tetrahydroborate, and hypophosphorous acid.
  • the inorganic porous layer 5 it is preferable to prevent the silver solution from penetrating into the base material as much as possible. This is because when silver in the silver solution penetrates into the base material and reacts with a base material such as SiC, the silver is deactivated. However, since the base material is porous, it is inevitable that the silver solution penetrates into the base material to some extent.
  • the noble metal catalyst layer 6 is prepared by adding an inorganic porous body powder such as silica or alumina to a solution in which the noble metal is dissolved to prepare a slurry, which is partly or entirely on the surface of the filter substrate.
  • the noble metal catalyst layer 6 may be formed by applying to part or all of the surface of the partition wall of the gas outflow cell 3B, drying, and firing. However, it is not limited to such a method.
  • the exhaust gas purifying apparatus arranges the main DPF in the gas flow passage 10 through which the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows, and at the upstream side of the main DPF, Pt , Pd, Ir, Au, and Rh, the first catalyst structure 11 containing at least one kind of noble metal selected from the group consisting of Pd, Ir, Au, and Rh and / or an oxide of the noble metal is disposed, and further, the temperature of the exhaust gas is set on the upstream side. It is preferable to arrange a heating means 12 for adjustment.
  • the main DPF and the first catalyst structure 11 may be arranged in the same casing, or the main DPF and the first catalyst structure 11 may be arranged in different casings, respectively. Good.
  • the first catalyst structure 11 can be formed using, for example, a porous ceramic base material.
  • the porous ceramic substrate can be formed of, for example, cordierite, silicon carbide, silicon nitride or the like.
  • a metal honeycomb substrate can also be used effectively as a substrate for the first oxidation catalyst 21.
  • this porous base material (including the metal honeycomb), it has a form in which a large number of through holes (cells) are formed in the longitudinal direction, and those in which each through hole is partitioned by partition walls are preferably used. be able to.
  • the partition wall thickness (T) is preferably in the range of 10 to 300 ⁇ m.
  • the porous substrate preferably has a large contact area with the exhaust gas, and the surface area of the substrate is preferably in the range of 10 to 50 cm 2 / cm 3 . It is preferable to use a porous substrate in which 15 to 200 cells are formed per 1 cm 2 of the cross section of the porous substrate.
  • the diameter of such a porous substrate can be appropriately set according to the exhaust gas flow path diameter containing the catalyst, but it is 90 to 98 of the exhaust gas flow path diameter (inner diameter) which is a casing in which the catalyst is provided.
  • a porous substrate having a diameter of about% is easy to use, and is preferable because almost all of the exhaust gas is exhausted in contact with the catalyst.
  • the first noble metal catalyst body 11 preferably contains any noble metal of Rh, Pt, Pd, Ir, Au alone or in combination. Among these, Rh, Pt, and Pd are preferable, and these can be used alone or in combination.
  • These first oxidation catalyst structures 11 contain the noble metal as described above in an amount of 0.1 to 10 g, preferably 1 to 5 g, per 1 liter of the porous substrate volume. It is preferable. When the catalyst contains the noble metal in such an amount, the exhaust gas can be efficiently purified.
  • the catalyst component fixed to the porous substrate is preferably present in a state of being supported on the inorganic porous body.
  • the inorganic porous material for example, an inorganic porous material selected from the group consisting of silica, alumina and titania compounds, or a porous material made of an OSC material such as a cerium compound, a zirconium compound, and a ceria / zirconia composite oxide.
  • the body can be mentioned.
  • the first oxidation catalyst can further contain alumina or alumina composite oxide with enhanced heat resistance.
  • Heating means When exhaust gas flows through the partition wall 2 a of the filter base 1, PM in the exhaust gas is collected by the inorganic porous layer 5.
  • the PM collected by the inorganic porous layer 5 can be heated and burned by the heating means 12.
  • heating means 12 examples include a means for directly spraying fuel used in an internal combustion engine.
  • the exhaust gas purification device may further have a NOx treatment catalyst (not shown) disposed behind.
  • a NOx treatment catalyst (not shown) disposed behind.
  • the NOx treatment catalyst By arranging the NOx treatment catalyst, most of the NOx can be treated and exhausted as N2.
  • a commonly used urea SCR catalyst or NOx catalyst can be used.
  • Example 1 Al 2 O 3 (80 parts by mass) was impregnated with an aqueous silver nitrate solution and an aqueous palladium nitrate solution, and evaporated to dryness at 120 ° C. This was fired at 800 ° C. for 20 hours, and Ag and Pd were alloyed to obtain an AgPd alloy particulate fired powder. At this time, the molar ratio of Ag to Pd in the AgPd alloy was 5: 1. 200 g of this AgPd alloy particulate combustion powder, 500 g of alumina sol having an alumina concentration of 20% by mass, and 300 g of pure water were mixed and wet-ground with a ball mill to obtain an AgPd slurry. At this time, the conditions of the ball mill were an alumina ball mill (size: 5 mm), a ball mill number ratio of 30% with respect to the amount of slurry, a rotation speed of 20 rpm, and a rotation time of 5 hours.
  • the pressure was reduced from the outlet side of the DPF, the AgPd slurry was pushed in from the inlet side, and the slurry was injected into the gas inflow cell.
  • the excess slurry is removed by suction, dried at 70 ° C. for 3 hours, and then calcined at 500 ° C. for 1 hour to remove paraffin, and the entire surface of the partition wall from the inlet side of the gas inlet cell to the position of 80% in the length direction
  • a particulate filter (sample) obtained by forming an inorganic porous layer having surface irregularities was obtained.
  • the thickness of the inorganic porous layer was 30 ⁇ m.
  • Example 2 In Example 1, except that the ball mill conditions were changed to an alumina ball mill (size: 5 mm), a ball mill number ratio of 30% with respect to the slurry amount, a rotation speed of 30 rpm, and a rotation time of 5 hours, the same as in Example 1, A particulate filter (sample) was obtained. At this time, the thickness of the inorganic porous layer was 30 ⁇ m.
  • Example 3 In Example 1, except that the ball mill conditions were changed to an alumina ball mill (size: 10 mm), a 30% ball mill number ratio to the amount of slurry, a rotation speed of 20 rpm, and a rotation time of 5 hours, A particulate filter (sample) was obtained. At this time, the thickness of the inorganic porous layer was 30 ⁇ m.
  • Example 1 Comparative Example 1
  • Example 2 In Example 1, except that the ball mill conditions were changed to an alumina ball mill (size: 20 nm), a ball mill number ratio of 30% to the slurry amount, a rotation speed of 40 rpm, and a rotation time of 5 hours, the same as in Example 1, A particulate filter (sample) was obtained. At this time, the thickness of the inorganic porous layer was 30 ⁇ m.
  • Example 2 a particulate filter (sample) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the wet pulverization by the ball mill was changed to a disk mill (Retsch disk), rotation speed 500 rpm, and rotation time 10 minutes. At this time, the thickness of the inorganic porous layer was 30 ⁇ m.
  • a cordierite honeycomb type oxidation catalyst having a diameter of 143.8 mm and a length of 76.2 mm (Pt carrying amount: 2.4 g / L, Pd carrying amount: 0.00 mm) is disposed upstream of the exhaust pipe of the 2.4 L diesel engine. 6 g / L) was installed, and the particulate filter (sample) obtained in the examples and comparative examples was arranged downstream thereof.
  • the exhaust gas flows through the gaps due to the surface irregularities. It was found that an increase in back pressure due to exhaust gas can be suppressed. At the same time, it has been found that the combustion efficiency of the accumulated PM particles can be improved.

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Abstract

　フィルタ基材の表面及び内部にＰＭが滞留するのを防止して、排ガスによる背圧の上昇を抑制することができる、新たなＤＰＦを提案する。　金属酸化物又は金属複合酸化物を含有し、且つ、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を備えた無機多孔質層を、排気ガスが流入する側の前記隔壁の表面の一部又は全部に形成してなる構成を備えたＤＰＦを提案する。

Description

ディーゼルパティキュレートフィルタ及び排気ガス浄化装置
　本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出される排気ガスを浄化するのに用いるディーゼルパティキュレートフィルタ（「ＤＰＦ」と称する）及びこれを用いた排気ガス浄化装置に関する。
　ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、燃料中の硫黄分にもとづく硫酸塩や、不完全燃焼に由来するタール状の微粒子状物質（「ＰＭ」と称する）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などが含まれている。
　ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるＰＭを除去する装置として、ＤＰＦでＰＭを捕集し、捕集したＰＭを適宜タイミングで燃焼除去する排気ガス浄化装置が知られている。
　このようなＤＰＦは、通常、ハニカム構造を呈する多孔質製のフィルタ基材が骨格を為し、該基材の隔壁内部を排気ガスが流通する際に、該隔壁表面でＰＭを捕集するようになっている。
　ディーゼルエンジンの排気ガス用触媒に関しては、例えば次のような発明が開示されている。
　例えば特許文献１（特開２００３－２８６８３５号公報）には、エンジン排気ガスの排気路に、γ－アルミナにチタンおよび銀を担持した粒状またはモノリス状の脱硝触媒と酸化触媒とを直列に配置し、エンジン排気ガスを、燃料の一部を取り出した燃料還元剤の存在下に脱硝触媒に接触させ、その後、酸化触媒に接触させるエンジン排気ガスの浄化方法が開示されている。
　特許文献２（特開２００６－２３９５４４号公報）には、コージェライト等の多孔質無機基材の表面に、１０ｎｍ～２００ｎｍの粒子間隙間よりなる細孔とこの細孔同士を連通させる１０ｎｍ以下の粒子間隙間よりなる細孔連通孔とを有するアルミナ等の酸化物粒子からなるコート層を形成し、このコート層における細孔内に、触媒成分を担持させる構造が開示されている。
　特許文献３（特開２００９－１１２９６２号公報）には、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、排ガスが流通するガス流路と、このガス流路に設けられ且つ多数の細孔が形成されたパティキュレートフィルタと、を備え、排ガスに接触する前記パティキュレートフィルタの導入面は、その略全体が、前記細孔よりも小さい孔径を有する微細孔が形成された微多孔体で被覆され、前記微多孔体は、酸素貯蔵・放出性の酸化物からなる担体と、この担体に担持されたＡｇを含有する触媒と、を備える排ガス浄化装置が開示されている。
　特許文献４（特開２００９－８５０１０号公報）には、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、排ガスが流通するガス流路と、このガス流路に設けられ且つ多数の細孔が形成されたパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と、を備え、排ガスに接触する前記パティキュレートフィルタの導入面は、その略全体が、前記細孔よりも小さい孔径を有する微細孔が形成された微多孔体で被覆されている排ガス浄化装置が開示されている。
　特許文献５（特開２０１１－２１８３１０号公報）には、粒子状物質を含む排ガスが流入する流入面と、浄化ガスを排出する排出面と、多孔質体からなるフィルタ基体を備えた排ガス浄化フィルタであって、前記フィルタ基体は、多孔質の隔壁と、該隔壁に囲まれたガス流路とを有し、該隔壁の表面に、前記隔壁の気孔よりも小さい気孔径の多孔質膜が設けられ、前記多孔質膜の表面の少なくとも一部に、深さが当該多孔質膜の厚さよりも浅い微小みぞが形成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタが開示されている。
特開２００３－２８６８３５号公報 特開２００６－２３９５４４号公報 特開２００９－１１２９６２号公報 特開２００９－８５０１０号公報 特開２０１１－２１８３１０号公報
　ＤＰＦを用いた触媒に関しては、ＰＭ捕集量の増加に伴ってフィルタの目詰まりが進行することで、圧損を生じるという問題を抱えていた。そこで、従来からフィルタの目詰まり対策として、一定以上の圧損が生じると、電気ヒーターやバーナーでＤＰＦを加熱して捕集したＰＭを燃焼させたり、定期的に燃料を燃焼させてＰＭを燃焼させたりして、フィルタを再生する方法が採られてきた。
　しかしながら、従来のＤＰＦでは、基材隔壁内部の排ガス流通経路にＰＭが滞留する結果、排ガスの流れが悪くなって背圧が高くなるという課題があった。
　また、上記特許文献５のように、基材隔壁の表面に、前記隔壁の気孔よりも小さい気孔径の多孔質膜を設けたＤＰＦでは、該多孔質膜の表面にＰＭが滞留する結果、やはり排ガスの流れが悪くなって背圧が高くなるという課題を抱えていた。
　そこで本発明は、フィルタ基材の隔壁内部を排気ガスが流通するディーゼルパティキュレートフィルタに関し、フィルタ基材の表面及び内部にＰＭが滞留するのを防止して、排ガスによる背圧の上昇を抑制し、ＰＭ燃焼能力を安定して発揮することができる、新たなディーゼルパティキュレートフィルタを提案せんとするものである。
　本発明は、フィルタ基材の隔壁内部を排気ガスが流通するディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、金属酸化物又は金属複合酸化物を含有し、且つ、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を備えた無機多孔質層を、排気ガスが流入する側の前記隔壁の表面の一部又は全部に形成してなる構成を備えたディーゼルパティキュレートフィルタ（「ＤＰＦ」と称する）を提案する。
　本発明が提案するＤＰＦは、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を備えているため、ＰＭを捕捉することができるばかりか、表面凹凸部による隙間を通じて排気ガスが流れるため、排ガスによる背圧の上昇を抑制することができると共に、滞留したＰＭ粒子の燃焼効率も向上させることができる。
　この際、当該無機多孔質層に、ＰＭの燃焼を促進する触媒（例えば銀や銀化合物）を含有させることにより、ＰＭの燃焼をさらに促進させることができる。
本発明のＤＰＦの一例を模式的に示した斜視図である。 図１に示したＤＰＦの一部を拡大して示した断面図である。 図１の変形例に係るＤＰＦの一部を拡大して示した断面図である。 図３の変形例に係るＤＰＦの一部を拡大して示した断面図である。 本発明の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。 本発明に係るＤＰＦの一例を模式的に示した断面図である。 本発明のパーティキュレートフィルタ（サンプル）について、上方から撮影したＳＥＭ画像及び、該ＳＥＭ画像内の水平線における無機多孔質層の凹凸高さを示した分析図である。
　次に、本発明を実施するための形態の一例としてのディーゼルパティキュレートフィルタ（「本ＤＰＦ」と称する）１について説明する。
＜本ＤＰＦ＞
　本ＤＰＦは、フィルタ基材２における、排気ガスが流入する側の隔壁２ａの表面の一部又は全部に、金属酸化物又は金属複合酸化物を含有し、かつ表面凹凸部を表面に備えた無機多孔質層５を形成してなる構成を備えたディーゼルパティキュレートフィルタである。
　本ＤＰＦは、フィルタ基材２の隔壁２ａ内部を排気ガスが流通することができ、この際、隔壁２ａの表面の無機多孔質層５で排気ガス中のＰＭが捕集され、隔壁２ａ内部にＰＭが侵入するのを防ぐことができる。また、無機多孔質層５で捕集したＰＭは燃焼させることができる。しかもこの際、無機多孔質層５の表面の表面凹凸部における粒子間の隙間を通じて排気ガスを流すことができるため、排ガスによる背圧の上昇を抑制することができると共に、滞留したＰＭ粒子の燃焼効率も向上させることができる。
（基材２）
　本ＤＰＦの骨格をなすフィルタ基材２は、図１及び図２に示すように、ハニカム構造を呈し、排気ガスの流動方向に連通した複数のセル３を有し、各セル３は隔壁で互いに仕切られ、隣接するセルの端部が交互に目封じされている。これにより、排気ガスの上流側を開口し、下流側が封鎖されたガス流入セル３Ａと、排気ガスの上流側が封鎖され、下流側が開口してなるガス流出セル３Ｂとが、基材隔壁２ａを介して隣接して配置してなる構成を備えたものとなっている。
　但し、本ＤＰＦのフィルタ基材２の形状は、上記のような形状に限定されるものではない。例えば、ウォールスルー型、フロースルーハニカム型、ワイヤメッシュ型、セラミックファイバー型、金属多孔体型、粒子充填型、フォーム型など、ＤＰＦとして公知の基材を採用することが可能である。
　フィルタ基材２の材質は、セラミックス等の耐火性材料や金属材料などからなる多孔質材料であればよい。
　セラミック製基材の材質としては、耐火性セラミック材料、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、コージライト、コージライト－アルファアルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ－シリカマグネシア、ケイ酸ジルコン、シリマナイト（ｓｉｌｌｉｍａｎｉｔｅ）、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト（ｐｅｔａｌｉｔｅ）、アルファアルミナおよびアルミノシリケート類などを挙げることができる。
　金属製基材の材質としては、耐火性金属、例えばステンレス合金、Ｆe-Ｃr-Ａl合金、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム等が挙げられる。
　これらの中でも、ＰｄによるＦｅの基材への浸透抑制効果の観点から、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が特に好ましい。
　セル３の形成密度は、特に限定するものではないが、基材断面１ｃｍ2当たり１０～１００個のセルが形成されたものが好ましい。
（無機多孔質層５）
　無機多孔質層５は、金属酸化物又は金属複合酸化物を含有し、且つ、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を備えた無機多孔質層であるのが好ましい。
　例えば、図１及び図２に示すフィルタ基材２であれば、ガス流入セル３Ａの隔壁の表面の一部又は全部に無機多孔質層５を形成するのが好ましい。この際、ガス流入セル３Ａの隔壁のうち、排気ガスが隔壁２ａを通過する部分の表面に無機多孔質層５を形成すればよい。
　前記無機多孔質層５が含有する金属酸化物又は金属複合酸化物としては、アルミニウム、チタン、シリカ及びジルコニウム、セリウムからなる群より選ばれる１種以上の金属を含有する金属酸化物又は金属複合酸化物を挙げることができる。例えばシリカ、アルミナおよびチタニア化合物から成る群から選択される無機多孔質体、或いは、セリウム化合物、ジルコニウム化合物、セリア・ジルコニア複合酸化物などのＯＳＣ材からなる多孔質体を挙げることができる。
　より具体的には、例えばアルミナ、シリカ、シリカ－アルミナ、アルミノ－シリケート類、アルミナ－ジルコニア、アルミナ－クロミアおよびアルミナ－セリアから選択される化合物からなる多孔質体を挙げることができる。
　中でも、セリウム酸化物の量が５～５０重量％であるであるセリウム-ジルコニウム複合酸化物からなる無機多孔質体が特に好ましい。
　また、当該無機多孔質体は、Ｎｂ、Ｌａ、Ｆｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｎおよびＳｒよりなる群から選ばれる少なくとも一種類の原子の酸化物を含有していてもよい。
　無機多孔質層５は、銀及びパラジウムを含む銀合金を、触媒活性成分として含有することもできる。
　無機多孔質層５が、銀及びパラジウムを含む銀合金を含有すれば、無機多孔質層５に捕集されたＰＭを、銀の燃焼触媒作用により、より効率的に燃焼させることができる。
　この際、銀は、基材体積に対して１ｇ／Ｌ以上含有するのが好ましく、中でも１．５ｇ／Ｌ以上或いは１０ｇ／Ｌ以下、その中でも２．０ｇ／Ｌ以上の割合で含有するのがさらに好ましい。
　前記銀及びパラジウムを含む銀合金において、パラジウムを該銀合金の１ｗｔ％以上含有させることで、高温時における銀の拡散をより効果的に抑制することができる。また、パラジウムの含有量が銀合金の７５ｗｔ％以下であれば、銀の触媒活性効果を妨げることもない。
　かかる観点から、銀とパラジウムの比率は５：１～１：３であるのがさらに好ましい。
　前記銀合金は、銀及びパラジウムの効果を妨げない限りにおいて、銀及びパラジウム以外の元素を含有していてもよい。例えばＮｂ、Ｌａ、Ｆｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｎおよびＳｒよりなる群から選ばれる少なくとも一種類の元素又はその酸化物を含有してもよい。この際、銀及びパラジウムの効果を妨げない観点から、これらの含有量は１～３５質量％とするのが好ましい。
　前記無機多孔質層５において、銀及びパラジウムを含む銀合金は、前記のような無機多孔質体に担持された状態で存在するのが好ましい。
　前記無機多孔質層５は、その他の成分、例えばバインダー成分や安定剤成分などを含んでいてもよい。
　バインダー成分としては、ＳiＯ2、ＴiＯ2、ＺrＯ2およびＡl2Ｏ3よりなる群から選ばれる少なくとも一種類のバインダー成分を挙げることができる。
　安定剤としては、例えばアルカリ土類金属やアルカリ金属を挙げることができる。中でも、マグネシウム、バリウム、ホウ素、トリウム、ハフニウム、ケイ素、カルシウム、カリウム、ナトリウム、セシウム及びストロンチウムから成る群から選択される金属のうちの一種又は二種以上を選択可能である。
　無機多孔質層５の表面には、排気ガスを流して排気ガスによる背圧の上昇を抑制するという観点から、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を形成するのが好ましい。
　表面凹凸部の厚さ（すなわち、凹部の中でも一番低い凹部の底から凸部までの高さ）が、無機多孔質層の厚さの５０％以上であれば、表面凹凸部の隙間を通じて排気ガスが流れるため、背圧が高くなるのを抑制することができると共に、表面凹凸部に排ガスが流動するとため、滞留したＰＭ粒子の燃焼効率を向上させることもできる。
　かかる観点から、表面凹凸部の厚さは、無機多孔質層の厚さの５０％以上であるのが好ましく、中でも６０％以上、中でも６５％以上、その中でも７５％以上或いは９５％以下であるのが好ましい。
　なお、無機多孔質層５の表面凹凸部の厚さは、上述のように凹部の中でも一番低い凹部の底（図６の最も凹）から一番高い凸部（図６の最も凸）までの高さであり、その測定に際しては、例えば株式会社キーエンス製「３Ｄリアルサーフェスビュー顕微鏡ＶＥ－８８００」を用いて測定することができる。
　測定原理としては、最初に試料を水平にして上からＳＥＭ画像を撮影し、次に、試料を所定角度（θ）傾けて再度ＳＥＭ画像を撮影する。このように試料をθ傾けて、観察像上で任意の測定点の移動距離を計測して任意の測定点の位置を求め、観察像から任意の測定点に相当する点を自動的に数万ポイント抽出して演算し、３Ｄ像を構築することにより、表面凹凸部の厚さを測定するものである。無機多孔質層の全体厚さは断面をＳＥＭ撮影して求めることができる。
　このような表面凹凸部を備えた無機多孔質層５を形成する方法としては、上記金属酸化物又は金属複合酸化物からなる無機多孔質体粉末と、水とを混合し、これを湿式粉砕して粉砕スラリーを得、この粉砕スラリーに、必要に応じてその他の成分、例えばバインダー成分や安定剤成分、触媒活性成分、例えば銀及びパラジウムを含む銀合金などを加えてコート組成物を調製して、これをコートし、焼成して形成することができる。
　この際、スラリーを湿式粉砕する際の粉砕エネルギーを制御することで、無機多孔質層５の表面凹凸部の厚さを調整することができる。例えばボールミルを使用して粉砕する場合であれば、ボールミルの大きさ、スラリー量に対するボールミルの個数割合、回転数及び回転時間などを調整して粉砕エネルギーを制御すればよく、粉砕エネルギーを大きくすれば、無機多孔質層５の表面凹凸部の厚さを小さくすることができる。
　前記無機多孔質層５の厚さは、触媒コート後の初期圧損の観点から、１００μｍ以下であるのが好ましく、中でも７０μｍ以下、その中でも５０μｍ以下の厚さを例示することができる。本発明は圧損が高くなりやすい触媒に好ましく使用され得ることから、１０μｍ以上、その中でも２０μｍ以上の厚さの無機多孔質層５により一層好ましく適用される。
（貴金属触媒層６）
　本ＤＰＦは、図３に示すように、さらに前記ガス流出セル３Ｂの隔壁の表面の一部又は全部に、Ｐｔ、Ｐｄ、Iｒ、Ａｕ及びＲｈからなる群から選ばれる少なくとも一種類の貴金属および／または該貴金属の酸化物を含む貴金属触媒層６を積層するようにしてもよい。
　また、図４に示すように、貴金属触媒層６をガス流出セル３Ｂの隔壁の表面から内部に向けて埋設するように設けてもよいし、また、貴金属触媒層６の一部をガス流出セル３Ｂの隔壁の表面に設け、一部を埋設するように設けてもよい。
　ガス流出セル３Ｂの隔壁の一部又は全部に貴金属触媒層６を設けることにより、排ガス温度を上げるために添加した燃料の未燃焼分であるＣＯやＨＣなどを、この貴金属触媒層６によって効率的に処理することができる。
　但し、該貴金属触媒層６は必要に応じて設けるのが好ましく、必ず設ける必要はない。
　このように貴金属触媒層６を設けた場合、触媒層５の銀が拡散して貴金属触媒層６中の貴金属と接触すると、該貴金属は即座に触媒活性を失活してしまう。しかし、本ＤＰＦにＰｄが入っている場合は、銀の拡散を抑制することができるため、該貴金属の失活を防止することができる。
　貴金属触媒層６中の貴金属としては、銀（Ａｇ）よりも電気陰性度の高いＲｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕのいずれかの貴金属を単独であるいは組み合わされて採用するのが好ましい。特にＲｈ、Ｐｔ及びＰｄが好ましく、これらは単独であるいは組み合わせて使用するのが好ましい。
　貴金属触媒層６中の貴金属は、多孔質基材の体積1リットルに対して、０．０１ｇ～１０ｇ、中でも０．１ｇ以上或いは５ｇ以下の範囲内の量で含有されるのが好ましい。このような量で触媒が貴金属を含有することにより、排気ガスを効率的に浄化することができる。
　貴金属触媒層６において、貴金属は、無機多孔質体に担持された状態で存在するのが好ましい。
　ここで、無機多孔質体としては、例えばシリカ、アルミナおよびチタニア化合物から成る群から選択される無機多孔質体、或いは、セリウム化合物、ジルコニウム化合物、セリア・ジルコニア複合酸化物などのＯＳＣ材からなる多孔質体を挙げることができる。
　より具体的には、例えばアルミナ、シリカ、シリカ－アルミナ、アルミノ－シリケート類、アルミナ－ジルコニア、アルミナ－クロミアおよびアルミナ－セリアから選択される化合物からなる多孔質体を挙げることができる。
　中でも、セリウム酸化物の量が５～５０重量％であるセリウム-ジルコニウム複合酸化物からなる無機多孔質体が特に好ましい。セリウム酸化物の量が５０重量％を上回る場合には、高温時、例えば７００℃以上の温度に加熱すると担体の比表面積が低下して、最終的に触媒の熱劣化を引き起こす傾向が生ずる。
　また、当該無機多孔質体は、Ｎｂ、Ｌａ、Ｆｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｎおよびＳｒよりなる群から選ばれる少なくとも一種類の原子の酸化物を含有していてもよい。
　貴金属触媒層６は、その他の成分、例えばバインダー成分や安定剤成分などを含んでいてもよい。
　バインダー成分としては、ＳiＯ2、ＴiＯ2、ＺrＯ2およびＡl2Ｏ3よりなる群から選ばれる少なくとも一種類のバインダー成分を挙げることができる。
　安定剤としては、例えばアルカリ土類金属やアルカリ金属を挙げることができる。中でも、マグネシウム、バリウム、ホウ素、トリウム、ハフニウム、ケイ素、カルシウムおよびストロンチウムから成る群から選択される金属のうちの一種又は二種以上を選択可能である。
　貴金属触媒層６の厚さは、１０μｍ～１００μｍであるのが好ましい。貴金属触媒層６の厚さが大きすぎると、貴金属触媒層６中の貴金属と排気ガスとの接触機会が減るため、分解効率が低下してしまう。薄過ぎると、耐熱性が低下してしまう。かかる観点から、前記貴金属触媒層６の厚さは１０μｍ以上或いは７０μｍ以下であるのがさらに好ましく、中でも２０μｍ以上或いは５０μｍ以下であるのがより一層好ましい。
＜製法＞
　次に、本ＤＰＦの製造方法の一例について説明する。
　無機多孔質層５を形成する方法としては、先ず上記金属酸化物又は金属複合酸化物からなる無機多孔質体粉末と、水とを混合し、これを湿式粉砕して粉砕スラリーを得る。この粉砕スラリーに、必要に応じてその他の成分、例えばバインダー成分や安定剤成分、触媒活性成分、例えば銀及びパラジウムを含む銀合金などを加えてコート組成物を調製する。そしてこのコート組成物を、フィルタ基材表面の一部又は全部、より具体的には、例えば上記ガス流入セル３Ａの隔壁の表面の一部又は全部に塗布し、乾燥する。例えば空気中、酸素富化空気などの酸化性雰囲気において、例えば４００～７００℃で焼成するか還元することにより無機多孔質層５を形成すればよい。但し、このような方法に限定するものではない。
　この際、上述したように、スラリーを湿式粉砕する際の粉砕エネルギーを制御することで、無機多孔質層５の表面凹凸部の厚さを調整することができる。例えばボールミルを使用して粉砕する場合であれば、ボールミルの大きさ、スラリー量に対するボールミルの個数割合、回転数及び回転時間などを調整して粉砕エネルギーを制御すればよく、粉砕エネルギーを大きくすれば無機多孔質層５の表面凹凸部の厚さを小さくすることができる。
　なお、銀とパラジウムが溶解している銀溶液としては、例えば、銀化合物を溶媒に溶解して、銀が溶解している銀溶液を調製する一方、これにパラジウムが溶解している溶液を混合して調製すればよい。
　該銀化合物としては、例えば硝酸銀、酢酸銀、フッ化銀などを用いることができ、溶媒としては、酢酸、アンモニア水などを用いることができる。
　他方、パラジウムが溶解している溶液としては、例えば硝酸パラジウム溶液などを用いることができる。
　可溶性銀化合物の溶液から銀化合物を金属銀に還元して担体上に析出させることで、銀が微細粒子として担体上に付着し、銀の表面積が大きくなることが考えられる。このような効果は上記の担体粒子以外の担体粒子を用いた場合にも得られると考えられるが、上記の担体粒子を用いた場合に特に顕著である。
　この際、還元剤としては、例えば、ヒドラジン、ハイドロサルファイト、チオ硫酸ソーダ、ホルマリン、亜硝酸カリウム、亜硝酸水素カリウム、亜硝酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、アンモニウム、グリコース、クエン酸第一鉄溶液、タンニン酸、ヒドラジンヒドラード、エチレンジアミン四酢酸、テトラヒドロホウ酸ナトリウム、次亜リン酸などを挙げることができる。
　なお、無機多孔質層５の形成に関しては、なるべく基材内に銀溶液が浸透しないようにするのが好ましい。銀溶液中の銀が基材内に浸透して例えばＳｉＣなどの基材と反応すると、銀が失活するからである。但し、基材は多孔質であるため、多少は基材内に銀溶液が浸透するのはやむを得ない。
　他方、貴金属触媒層６は、貴金属が溶解している溶液中に、シリカやアルミナなどの無機多孔質体粉末を添加してスラリーを調製し、これをフィルタ基材表面の一部又は全部、より具体的には、例えば上記ガス流出セル３Ｂの隔壁の表面の一部又は全部に塗布し、乾燥し、焼成することにより貴金属触媒層６を形成すればよい。但し、このような方法に限定するものではない。
＜本排気ガス浄化装置＞
　次に、前述した本ＤＰＦを用いた排気ガス浄化装置（「本排気ガス浄化装置」と称する）について説明する。
　本排気ガス浄化装置は、例えば図５に示すように、内燃機関から排出される排気ガスが流動するガス流通路１０内において、上記本ＤＰＦを配置すると共に、該本ＤＰＦの上流側に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ及びＲｈよりなる群から選ばれる少なくとも一種類の貴金属および／または該貴金属の酸化物を含む第１触媒構造体１１を配置し、さらにその上流側に、排気ガスの温度を調整するための加熱手段１２を配置するのが好ましい。
　この際、同一ケーシング内に本ＤＰＦと第１触媒構造体１１を配置するようにしてもよいし、また、別のケーシング内にそれぞれ本ＤＰＦと第１触媒構造体１１を配置するようにしてもよい。
（第１触媒構造体）
　第１触媒構造体１１は、例えば、多孔質セラミックス製の基材を用いて形成することができる。
　多孔質セラミックス製基材は、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素などで形成することができる。また、メタルハニカム基材も第一酸化触媒２１の基材として有効に使用することもできる。
　この多孔質基材（メタルハニカムを含む）としては、長手方向に多数の貫通孔（セル）が形成された形態を有しており、それぞれの貫通孔が隔壁で区画されたものを好ましく使用することができる。
　隔壁の厚さ（Ｔ）は、１０～３００μｍの範囲内にあることが好ましい。
　また、この多孔質基材は、排気ガスとの接触面積が大きいことが好ましく、基材の表面積は１０～５０ｃｍ2／ｃｍ3の範囲内にあることが好ましい。
　このような多孔質基材の断面１ｃｍ2あたり、１５～２００個のセルが形成された多孔質基材を使用することが好ましい。
　このような多孔質基材の直径は、この触媒を含有する排気ガス流路径にあわせて適宜設置することができるが、触媒を設ける部分のケーシングである排気ガス流路径（内径）の９０～９８％程度の直径を有する多孔質基材が使用しやすく、しかも、排気ガスのほとんど全部が触媒と接触して排気されるので好ましい。
　この第１貴金属触媒体１１には、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａuのいずれかの貴金属を単独であるいは組み合わされて含有するものが好ましい。中でもＲｈ、Ｐｔ、Ｐｄが好ましく、これらは単独であるいは組み合わせて使用することができる。
　これらの第一酸化触媒構造体１１には、上記のような貴金属が、多孔質基材の体積1リットルに対して、０．１～１０ｇ、好ましくは１～５ｇの範囲内の量で含有されるのが好ましい。このような量で触媒が貴金属を含有することにより、排気ガスを効率的に浄化することができる。
　多孔質基材に固着されている触媒成分は、無機多孔質体に担持された状態で存在するのが好ましい。
　ここで、無機多孔質体としては、例えばシリカ、アルミナおよびチタニア化合物から成る群から選択される無機多孔質体、或いは、セリウム化合物、ジルコニウム化合物、セリア・ジルコニア複合酸化物などのＯＳＣ材からなる多孔質体を挙げることができる。
　第一酸化触媒は、さらに耐熱性を強化したアルミナやアルミナ複合酸化物を含有することができる。
（加熱手段）
　フィルタ基材１の隔壁２ａ内部を排気ガスが流通する際、無機多孔質層５で排気ガス中のＰＭが捕集される。無機多孔質層５で捕集したＰＭは、加熱手段１２によって加熱して燃焼させることができる。
　加熱手段１２としては、例えば内燃機関で使用した燃料を直接噴霧する手段などを挙げることができる。
　また、本排気ガス浄化装置は、さらにＮＯｘ処理触媒（図示なし）を後方に配置するようにしてもよい。ＮＯｘ処理触媒を配置することで、ＮＯｘの大部分を処理してＮ2として排気することができる。
　ここで使用されるＮＯｘ処理触媒は、通常使用されている尿素ＳＣＲ触媒やＮＯｘ触媒を用いることができる。
＜語句の説明＞ 
　本明細書において「Ｘ～Ｙ」（Ｘ，Ｙは任意の数字）と表現する場合、特にことわらない限り「Ｘ以上Ｙ以下」の意と共に、「好ましくはＸより大きい」或いは「好ましくはＹより小さい」の意も包含する。
　また、「Ｘ以上」（Ｘは任意の数字）或いは「Ｙ以下」（Ｙは任意の数字）と表現した場合、「Ｘより大きいことが好ましい」或いは「Ｙ未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
　以下、本発明を下記実施例及び比較例に基づいてさらに詳述する。
（実施例１）　
　Ａｌ2Ｏ3(８０質量部)に、硝酸銀水溶液及び硝酸パラジウム水溶液を含浸させ、１２０℃で蒸発乾固させた。これを８００℃×２０時間焼成し、ＡｇとＰｄを合金化させてＡｇＰｄ合金パティキュレート焼成粉末を得た。この際、ＡｇＰｄ合金におけるＡｇとＰｄのモル比率は５：１であった。
　このＡｇＰｄ合金パティキュレート燃焼粉末２００ｇと、アルミナ濃度２０質量％のアルミナゾル５００ｇと、純水３００ｇとを混合し、ボールミルで湿式粉砕し、ＡｇＰｄスラリーを得た。
　この際、ボールミルの条件は、アルミナ製ボールミル（大きさ５ｍｍ）、スラリー量に対するボールミルの個数割合３０％、回転数２０ｒｐｍ、回転時間５時間で行った。
　直径１４３．８ｍｍ、長さ１５２．４ｍｍのＳｉＣ製ＤＰＦ（３００セル／平方インチ、壁厚１２ミル）に、該ＤＰＦの入口側から長さ方向で８０％の位置まで、加熱溶解したパラフィンを含浸させ、吸引により余分なパラフィンを除液した。その後、冷却してパラフィンを硬化させた。これにより、入口側から長さ方向で８０％の位置までの隔壁内の細孔をパラフィンで埋めた。空気、スラリーがセル内を流れるようにするために出口側２０％のセル壁内はパラフィンを埋め込まなかった。
　ＤＰＦの出口側から減圧にして、入口側から前記ＡｇＰｄスラリーを押し込み、ガス流入セルにスラリーを注入した。余剰スラリーは、吸引により取り除き、７０℃で３時間乾燥後、５００℃で１時間焼成してパラフィンを除去し、ガス流入セルの入口側から長さ方向で８０％の位置までの隔壁表面全面に、表面凹凸部を備えた無機多孔質層を形成してなるパティキュレートフィルタ（サンプル）を得た。
　この際、当該無機多孔質層の厚さは３０μｍであった。
（実施例２）
　実施例１において、ボールミルの条件を、アルミナ製ボールミル（大きさ５ｍｍ）、スラリー量に対するボールミルの個数割合３０％、回転数３０ｒｐｍ、回転時間５時間に変更した以外、実施例１と同様にして、パティキュレートフィルタ（サンプル）を得た。この際、当該無機多孔質層の厚さは３０μｍであった。
（実施例３）
　実施例１において、ボールミルの条件を、アルミナ製ボールミル（大きさ１０ｍｍ）、スラリー量に対するボールミルの個数割合３０％、回転数２０ｒｐｍ、回転時間５時間に変更した以外、実施例１と同様にして、パティキュレートフィルタ（サンプル）を得た。この際、当該無機多孔質層の厚さは３０μｍであった。
（比較例１）
　実施例１において、ボールミルの条件を、アルミナ製ボールミル（大きさ２０ｎｍ）、スラリー量に対するボールミルの個数割合３０％、回転数４０ｒｐｍ、回転時間５時間に変更した以外、実施例１と同様にして、パティキュレートフィルタ（サンプル）を得た。この際、当該無機多孔質層の厚さは３０μｍであった。
（比較例２）
　実施例１において、ボールミルによる湿式粉砕を、ディスクミル（Retsch製ディスク）、回転数５００ｒｐｍ、回転時間１０分に変更した以外、実施例１と同様にして、パティキュレートフィルタ（サンプル）を得た。この際、当該無機多孔質層の厚さは３０μｍであった。
＜コート層の表面凹凸測定およびコート層厚み＞
　測定装置としては、株式会社キーエンス製「３Ｄリアルサーフェスビュー顕微鏡ＶＥ－８８００」を用いて、下記条件・手順で、実施例・比較例で得たパティキュレートフィルタ（サンプル）における無機多孔質層の表面凹凸部の厚さ（凹凸高さ）を測定した。
(測定条件)
倍率：１５０倍
撮影距離：１６．６ｍｍ
加速電圧：２ｋV
検出器：２次電子検出器
雰囲気：真空
(測定手順)
（1）実施例・比較例で得たパティキュレートフィルタ（サンプル）を、高さ１ｃｍ×横２ｃｍ×奥行２ｃｍの大きさにサンプリングした。そのとき、無機多孔質層の表面が表面に位置するようにした。
（2）水平状態で上からＳＥＭ画像を撮影し、次に角度を５度傾けた状態でＳＥＭ画像を撮影した。
（3）撮影したＳＥＭ画像から装置付属ソフトにより、無機多孔質層の表面凹凸部の厚さを算出した。
（4）次に、サンプルをセル断面が表面(上側)にくるようにし、ＳＥＭ画像を撮影した。
（5）撮影したＳＥＭ画像から装置付属ソフトにより、無機多孔質層の厚みを算出した。
（6）（3）、（4）で算出された数値より、無機多孔質層の厚みに対する表面凹凸部の厚さの割合（％）＝{(表面凹凸厚み)/(コート層厚み)}×１００を算出した。
＜煤捕集背圧測定試験＞
　実施例・比較例で得たパティキュレートフィルタ（サンプル）について、下記の方法で圧損増加量（ΔkPa/hr）を測定した。測定結果を表１に示す。
　２．４Ｌディーゼルエンジンの排気管の途中の上流側に、直径１４３．８ｍｍ、長さ７６．２ｍｍのコージェライト製ハニカム型酸化触媒（Ｐｔ担持量：２．４ｇ／Ｌ、Ｐｄ担持量：０．６ｇ／Ｌ）を設置し、その下流側に実施例・比較例で得たパティキュレートフィルタ（サンプル）を配置した。
　エンジン回転数１１００ｒｐｍ、負荷１４０Ｎｍで１時間運転し、初期圧損（煤捕集前の圧損）から１時間運転終了後の圧損（煤捕集後の圧損）の増加量（ΔkPa/hr）の測定し、その増加量を測定し、結果を表１に示した。
　圧損増加量（ΔkPa/hr)＝(煤捕集後の圧損‐煤捕集前の圧損)/煤堆積時間
　次のような基準で判定し、判定結果を表１に示した。
　○○○：4.0ΔkPa/hr以下
　　○○：4.0ΔkPa/hr以上5ΔkPa/hr未満
　　　○：5以上6.5未満
　　　△：6.5以上8未満
　　　×：8ΔkPa/hr以上
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ＤＰＦ隔壁の表面に形成する無機多孔質層の表面に、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を設けることにより、表面凹凸部による隙間を通じて排気ガスが流れるため、排ガスによる背圧の上昇を抑制することができることが分かった。同時に、滞留したＰＭ粒子の燃焼効率も向上させることができることが分かった。

Claims (8)

  1. 　フィルタ基材の隔壁内部を排気ガスが流通するディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、金属酸化物又は金属複合酸化物を含有し、且つ、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を備えた無機多孔質層を、排気ガスが流入する側の前記隔壁の表面の一部又は全部に形成してなる構成を備えたディーゼルパティキュレートフィルタ。
  2. 　排気ガスの上流側を開口し、下流側が封鎖されたガス流入セルと、排気ガスの上流側が封鎖され、下流側を開口してなるガス流出セルとを、基材隔壁を介して隣接して設けてなる構成を有するフィルタ基材を備えたディーゼルパティキュレートフィルタであって、金属酸化物又は金属複合酸化物を含有し、且つ、無機多孔質層の厚さの５０％以上の厚さを有する表面凹凸部を備えた無機多孔質層を、前記ガス流入セルの隔壁表面の一部又は全部に形成してなる構成を備えたディーゼルパティキュレートフィルタ。
  3. 　前記無機多孔質層の表面は、無機多孔質層の厚さの６０％以上の厚さを有する表面凹凸部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  4. 　前記無機多孔質層の厚さは、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  5. 　前記無機多孔質層は、銀及びパラジウムを含む銀合金を触媒活性成分として含有する請求項１～４の何れかに記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  6. 　ガス流出セルの隔壁の一部又は全部に、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのよりなる群から選ばれる少なくとも一種類の貴金属および／または該貴金属の酸化物を、触媒活性成分として含有する貴金属触媒層を備えた請求項１～５の何れかに記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  7. 　請求項１～６の何れかに記載のディーゼルパティキュレートフィルタを備えた排気ガス浄化装置。
  8. 　内燃機関から排出される排気ガスが流動するガス流通路内において、請求項１～７の何れかに記載のディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのよりなる群から選ばれる少なくとも一種類の貴金属および／または該貴金属の酸化物を含む触媒構造体を備えた排気ガス浄化装置。
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