JP2010156206A - Exhaust gas purifying filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のディーゼルエンジン等から排出される排ガスから粒子状物質を除去する際に用いて好適な排ガス浄化フィルタに関し、更に詳しくは、排ガス浄化フィルタを構成するセラミックスからなる多孔質支持体の表面に、酸化触媒特性を有する酸化物を含む多孔質膜を形成した排ガス浄化フィルタに関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification filter suitable for use in removing particulate matter from exhaust gas discharged from automobile diesel engines and the like, and more specifically, a porous support made of ceramics constituting the exhaust gas purification filter. The present invention relates to an exhaust gas purification filter having a porous film containing an oxide having oxidation catalyst characteristics on the surface.
自動車のディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれる様々な物質は、大気汚染の原因となり、これまでに様々な環境問題を引き起こしている。特に、排ガス中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)は、喘息や花粉症等のアレルギー性疾患を引き起こす要因とも言われている。
一般に、自動車用ディーゼルエンジンでは、粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルタとして、セラミックス製の目封じタイプのハニカム構造体を有するDPF(Diesel Particulate Filter)が使用されている(例えば特許文献1、2)。
この目封じタイプのハニカム構造体とは、セラミックス製のハニカム構造体のセル(ガス流路)の両端を市松模様に目封じしたものであり、このハニカム構造体の一方の端面からセルに取り入れられた粒子状物質を含む排ガスは、セル間の隔壁中の細孔を通過する際に粒子状物質が捕集されて浄化ガスとなり、この浄化ガスがハニカム構造体の他方の端面から排出される。
Various substances contained in exhaust gas discharged from automobile diesel engines cause air pollution and have caused various environmental problems so far. In particular, particulate matter (PM) contained in exhaust gas is also said to cause allergic diseases such as asthma and hay fever.
In general, in a diesel engine for automobiles, a DPF (Diesel Particulate Filter) having a ceramic-made plug-type honeycomb structure is used as an exhaust gas purification filter for collecting particulate matter (for example, Patent Document 1). 2).
This plug-type honeycomb structure is a ceramic honeycomb structure in which both ends of a cell (gas flow path) are plugged in a checkered pattern, and is taken into the cell from one end face of the honeycomb structure. When the exhaust gas containing particulate matter passes through the pores in the partition walls between the cells, the particulate matter is collected and becomes purified gas, and this purified gas is discharged from the other end face of the honeycomb structure.
このDPFでは、特にサブミクロン径の粒子状物質の捕集特性を向上させることが要求されているが、従来のDPFでは、その隔壁の平均気孔径が5〜50μm程度であるから、隔壁に粒子状物質が堆積していない状態でのDPFにおける捕集効率(粒子状物質の重量基準)は90%に達しておらず、隔壁の排ガス流入面に粒子状物質が堆積するにつれて、この隔壁の排ガス流入面に粒子状物質の層が形成され、この粒子状物質の層に新しい粒子状物質が捕集されることでDPFにおける捕集効率が向上し、100%に近付いていく。このように、従来のDPFでは、粒子状物質の層が形成された後の捕集効率は高いものの、粒子状物質の堆積量が少ない状態での捕集効率は必ずしも満足できるものではないことが知られている(非特許文献1)。 In this DPF, it is particularly required to improve the collection characteristics of particulate matter having a submicron diameter. However, in the conventional DPF, since the average pore diameter of the partition wall is about 5 to 50 μm, the particles in the partition wall The collection efficiency (weight basis of particulate matter) in the DPF in the state where particulate matter is not deposited does not reach 90%, and as particulate matter accumulates on the exhaust gas inflow surface of the partition wall, the exhaust gas of this partition wall The particulate matter layer is formed on the inflow surface, and the new particulate matter is collected in the particulate matter layer, thereby improving the collection efficiency in the DPF and approaching 100%. As described above, in the conventional DPF, although the collection efficiency after the formation of the particulate matter layer is high, the collection efficiency in a state where the amount of the particulate matter accumulation is small is not necessarily satisfactory. It is known (Non-Patent Document 1).
ここで、粒子状物質の堆積量が少ない状態で捕集効率を高めるためには、DPFにおける隔壁の細孔径を小さくするのが有効であることが知られている。しかしながら、細孔径を小さくすると、DPF中のガス透過性が低下するために圧力損失が上昇してしまい、十分な排ガス流量を得ることができない。
このように、従来の技術では、粒子状物質の堆積量が少ない状態での高い捕集効率と低い圧力損失を両立することができず、この両方の性能を満たす材料が求められている。
Here, it is known that it is effective to reduce the pore diameter of the partition walls in the DPF in order to increase the collection efficiency in a state where the amount of particulate matter deposited is small. However, if the pore diameter is reduced, the gas permeability in the DPF is lowered and the pressure loss is increased, so that a sufficient exhaust gas flow rate cannot be obtained.
As described above, in the conventional technology, it is impossible to achieve both high collection efficiency and low pressure loss in a state where the amount of particulate matter deposited is small, and a material that satisfies both of these performances is required.
また、自動車の走行時には、常にエンジンから粒子状物質が排出されるために、DPFのハニカム構造体のセル中に粒子状物質が徐々に蓄積される。この蓄積が進行して粒子状物質の堆積量が過大になると、いわゆる「目詰まり」の状態となり、DPFにおける圧力損失が上昇することとなるため、この粒子状物質を何らかの方法で定期的に除去し、DPFの圧力損失を低減させる必要がある。
そこで、従来では、粒子状物質が所定量堆積した時点で排ガス温度を上昇させて粒子状物質を燃焼させる再生と称される操作を行い、DPFの圧力損失を低減させている。
Further, since particulate matter is always discharged from the engine when the automobile is running, the particulate matter is gradually accumulated in the cells of the DPF honeycomb structure. If this accumulation progresses and the amount of accumulated particulate matter becomes excessive, a so-called “clogging” state occurs and pressure loss in the DPF increases, so this particulate matter is periodically removed by some method. Therefore, it is necessary to reduce the pressure loss of the DPF.
Therefore, conventionally, when a predetermined amount of particulate matter has accumulated, an operation called regeneration is performed to raise the exhaust gas temperature and burn the particulate matter, thereby reducing the pressure loss of the DPF.
しかしながら、この再生方法では、排ガスの温度を上昇させるために燃料をDPF前段の排ガス中に噴射させる必要があるが、再生に用いられる燃料は自動車の走行には全く寄与しない。そこで、燃料のエネルギーを有効利用するとともに燃料消費率を向上させるためには、再生にかかる時間が短く、再生時に使用する燃料が少なくてすむ、いわゆる再生効率の良い排ガス浄化フィルタが求められていた。 However, in this regeneration method, it is necessary to inject fuel into the exhaust gas upstream of the DPF in order to raise the temperature of the exhaust gas, but the fuel used for regeneration does not contribute to the running of the automobile at all. Therefore, in order to effectively use the energy of the fuel and improve the fuel consumption rate, a so-called exhaust gas purification filter having a high regeneration efficiency, in which the time required for the regeneration is short and the fuel used during the regeneration is small, has been demanded. .
DPFにおける再生効率を改善させる方法としては、従来より、酸化触媒である白金や銀等の貴金属微粒子あるいは酸化セリウム等の酸化物微粒子をDPFの隔壁に担持させ、粒子状物質の酸化を促進させる方法が提案されている(例えば特許文献3、4)。この方法では、酸化触媒を担持させることにより、DPF再生時に必要となる温度の低下、ないしは再生のための高温保持時間の短縮ができるので、DPF自体の熱劣化も低減することができる。
これらの酸化触媒をDPFの隔壁に担持させる方法としては、酸化触媒微粒子を含むスラリー中にDPFのハニカム構造体自体を含浸させ、このDPFの隔壁に酸化触媒微粒子を付着させる方法(例えば特許文献3、4)、酸化触媒金属化合物を含有する溶液中にDPFのハニカム構造体を含浸した後、このDPFの隔壁に付着した成分を還元して金属微粒子化し、このDPFの隔壁に酸化触媒微粒子を付着させる方法(例えば特許文献4)等が提案されている。
As a method for improving the regeneration efficiency in the DPF, a method for promoting oxidation of particulate matter by supporting an oxide catalyst such as platinum or silver noble metal fine particles or oxide fine particles such as cerium oxide on the partition walls of the DPF. Has been proposed (for example, Patent Documents 3 and 4). In this method, by supporting the oxidation catalyst, the temperature required for the DPF regeneration can be lowered, or the high temperature holding time for the regeneration can be shortened, so that the thermal deterioration of the DPF itself can also be reduced.
As a method of supporting these oxidation catalysts on the partition walls of the DPF, a method of impregnating the honeycomb structure itself of the DPF in a slurry containing the oxidation catalyst particles and attaching the oxidation catalyst particles to the partition walls of the DPF (for example, Patent Document 3). 4) After impregnating the DPF honeycomb structure in the solution containing the oxidation catalyst metal compound, the components attached to the partition walls of the DPF are reduced to form metal particles, and the oxidation catalyst particles are attached to the partition walls of the DPF. A method (for example, Patent Document 4) is proposed.
次に、この使用時の圧力損失が低くかつ微粒子の捕集効率が高いフィルタとしては、大きな気孔径を有する多孔質支持体の表面に、気孔径が多孔質支持体の気孔径よりも小さくかつ厚みが薄い多孔質膜を設けたフィルタが知られている。
このようなフィルタとしては、多孔質セラミックスからなる支持体の表面に多孔質膜が形成されたセラミックフィルタが知られている。
このセラミックフィルタでは、多孔質膜は、多孔質セラミックスからなる支持体の表面に、粒子径の小さいセラミックス粒子からなる積層体を形成し、この積層体を熱処理することにより形成される。この多孔質膜の気孔径を捕集する粒子の大きさに合わせて制御する方法としては、積層体を構成しているセラミックス粒子の粒子径を調整する方法が用いられている。
Next, as a filter having a low pressure loss during use and a high particulate collection efficiency, the pore diameter is smaller than the pore diameter of the porous support on the surface of the porous support having a large pore diameter. A filter provided with a thin porous membrane is known.
As such a filter, a ceramic filter in which a porous film is formed on the surface of a support made of porous ceramics is known.
In this ceramic filter, the porous membrane is formed by forming a laminated body made of ceramic particles having a small particle diameter on the surface of a support made of porous ceramics and heat-treating the laminated body. As a method for controlling the pore size of the porous film according to the size of the particles to be collected, a method of adjusting the particle size of the ceramic particles constituting the laminate is used.
ところで、多孔質セラミックスからなる支持体の表面に、この多孔質セラミックスよりも気孔径が小さくかつ厚みが薄い多孔質膜を形成する場合には、多孔質膜を構成するセラミックス粒子の粒子径を多孔質セラミックスの気孔径よりも小さくする必要があった。このため、多孔質膜を形成する際に、この多孔質膜を構成するセラミックス粒子が多孔質セラミックスの気孔内に侵入してしまうという問題点が生じる虞があった。
そこで、このような問題点を解決するための様々な方法が提案されている。
By the way, when a porous film having a pore size smaller and thinner than that of the porous ceramic is formed on the surface of the support made of the porous ceramic, the particle diameter of the ceramic particles constituting the porous film is made porous. It was necessary to make it smaller than the pore diameter of the ceramic. For this reason, when forming a porous film, there existed a possibility that the ceramic particle which comprises this porous film might penetrate | invade in the pore of porous ceramics.
Therefore, various methods for solving such problems have been proposed.
例えば、セラミックスからなる多孔質支持体を疎水化処理するとともに、粒子径の小さいセラミックス粒子を含む水系スラリーを用いることにより、この水系スラリーが多孔質支持体の気孔内に入らないようにする方法が提案されている(例えば特許文献5)。この方法では、多孔質支持体の表面に水系スラリーを付着させるために、水系スラリーに疎水化処理剤を除去またはその機能を低下させる物質を添加している。
また、予め、粒子径の小さいセラミックス粒子を多孔質支持体の気孔径と同等もしくはそれ以上の大きさの二次粒子とし、この二次粒子を含むスラリーを用いて多孔質膜を形成する方法が提案されており、二次粒子の製造方法としては、セラミックス粒子を予め仮焼する方法(例えば特許文献6)や、スラリーに凝集剤を加えて、セラミックス粒子を凝集させる方法(例えば特許文献7)が提案されている。
For example, there is a method for hydrophobizing a porous support made of ceramics and using an aqueous slurry containing ceramic particles having a small particle diameter so that the aqueous slurry does not enter the pores of the porous support. It has been proposed (for example, Patent Document 5). In this method, in order to adhere the aqueous slurry to the surface of the porous support, a substance that removes the hydrophobic treatment agent or reduces its function is added to the aqueous slurry.
In addition, there is a method in which ceramic particles having a small particle size are made secondary particles having a size equal to or larger than the pore size of the porous support in advance, and a porous film is formed using a slurry containing the secondary particles. As a method for producing secondary particles, a method of pre-calcining ceramic particles (for example, Patent Document 6) or a method of adding a flocculant to a slurry to aggregate ceramic particles (for example, Patent Document 7) has been proposed. Has been proposed.
さらに、多孔質支持体の気孔に除去可能な物質を充填して、この気孔を塞いだ後、多孔質支持体の表面に粒子径の小さいセラミックス粒子を含むスラリーを塗布する方法が提案されており、気孔を塞ぐ方法としては、除去可能な物質として可燃性物質を用い、この可燃性物質を後の焼成工程により燃焼除去する方法(例えば特許文献8)、除去可能な物質として水やアルコールを用い、塗布後、乾燥することにより、これら水やアルコールを除去する方法(例えば特許文献9、10)、が提案されている。
上述したように、従来のDPFでは、隔壁の平均気孔径が5〜50μm程度とミクロン径のオーダーであるために、この平均気孔径より径の小さなサブミクロン径の粒子状物質を捕集することは容易ではないという問題点があった。
サブミクロン径の粒子状物質の捕集特性を向上させるためには、DPFにおける隔壁の平均気孔径を縮小することも一つの方法であるが、隔壁の平均気孔径を縮小すると、サブミクロン径の粒子状物質の捕集特性は向上するものの、DPFとしての通気性が低下し、圧力損失が増加するため、十分な排ガス流量が得られないという不具合が生じることとなる。すなわち、従来のDPFでは、特に粒子状物質の堆積量が少ない状態における高い捕集効率と低い圧力損失(十分な排ガス流量)を両立できておらず、この両方の性能を満たす材料が求められていた。
そこで、DPFにおける隔壁の平均気孔径を5〜50μmのままとし、この隔壁の表面に平均気孔径が数10nm〜5μmの多孔質膜を形成することが考えられている。この多孔質膜を形成する場合、上述した従来技術を適用することが考えられる。
As described above, in the conventional DPF, since the average pore diameter of the partition wall is on the order of 5 to 50 μm and a micron diameter, the particulate matter having a sub-micron diameter smaller than the average pore diameter is collected. There was a problem that was not easy.
In order to improve the collection characteristics of particulate matter having a submicron diameter, it is one method to reduce the average pore diameter of the partition walls in the DPF. However, if the average pore diameter of the partition walls is reduced, the submicron diameter Although the trapping property of the particulate matter is improved, the air permeability as the DPF is reduced and the pressure loss is increased, so that there is a problem that a sufficient exhaust gas flow rate cannot be obtained. That is, the conventional DPF does not achieve both high collection efficiency and low pressure loss (sufficient exhaust gas flow rate) particularly in a state where the amount of particulate matter deposited is small, and a material that satisfies both of these performances is required. It was.
Therefore, it is considered that the average pore diameter of the partition walls in the DPF remains 5 to 50 μm, and a porous film having an average pore diameter of several tens nm to 5 μm is formed on the surface of the partition walls. When forming this porous film, it is conceivable to apply the above-described conventional technique.
しかしながら、このような多孔質膜を有するDPFにおいても、次のような問題点がある。
例えば、平均気孔径が100nmの多孔質膜を形成するためには、多孔質膜を構成する粒子の一次粒子径を40〜60nm程度とする必要があり、この粒子径はDPFの平均気孔径の数100分の1程度の大きさである。このように、多孔質膜を構成する粒子の一次粒子径は、上記の従来技術における多孔質膜の粒子径がサブミクロンからミクロンのオーダーであるのに比べて非常に小さい。
そのため、DPFの隔壁に多孔質膜を形成する際に、従来技術をそのまま適用しても、多孔質膜を構成する粒子の一部が隔壁の気孔内に流入することを避けるのが難しい。
However, the DPF having such a porous membrane also has the following problems.
For example, in order to form a porous film having an average pore diameter of 100 nm, the primary particle diameter of the particles constituting the porous film needs to be about 40 to 60 nm. This particle diameter is the average pore diameter of the DPF. The size is about a few hundredths. As described above, the primary particle diameter of the particles constituting the porous film is very small compared to the particle diameter of the porous film in the above-described prior art on the order of submicron to micron.
Therefore, even when the conventional technique is applied as it is when forming the porous film on the partition walls of the DPF, it is difficult to avoid a part of the particles constituting the porous film from flowing into the pores of the partition walls.
さらに、DPFの主要部であるハニカム構造体は、それぞれのセルが、例えば一端が封止された断面1mm角、長さ150mmの細長い筒状をなしており、さらに、これらのセルは、隣接するセルの封止端部の位置が互いに逆方向となるように交互に封止端部が設けられ、重ねられてハニカム状とされた特殊な形状であるのに対し、上述の従来技術における隔壁は、板状または直径がセンチメートルのオーダーの筒状である。したがって、DPFの主要部であるハニカム構造体の隔壁に多孔質膜を形成する際に、上記の従来技術を適用しようとしても、形状が大幅に異なることから適用が難しい。また、従来技術が適用可能であったとしても、工程が複雑になり、用いる材料等も工夫する必要があり、製造コストが高くなる虞がある。
このように、DPFの主要部であるハニカム構造体の隔壁の表面に多孔質膜を形成する技術については、いまだに確立されていないのが現状である。
Further, in the honeycomb structure which is the main part of the DPF, each cell has, for example, an elongated cylindrical shape with a cross section of 1 mm square and a length of 150 mm sealed at one end, and these cells are adjacent to each other. Whereas the sealing end portions are alternately provided so that the positions of the sealing end portions of the cells are opposite to each other, they are stacked in a special shape of a honeycomb shape, whereas the partition walls in the above-described prior art are A plate shape or a cylindrical shape with a diameter of the order of centimeters. Therefore, when forming the porous film on the partition walls of the honeycomb structure, which is the main part of the DPF, even if the above prior art is applied, the application is difficult because the shape is significantly different. Moreover, even if the conventional technique is applicable, the process becomes complicated, and it is necessary to devise materials to be used, which may increase the manufacturing cost.
As described above, the technology for forming a porous film on the surface of the partition walls of the honeycomb structure, which is the main part of the DPF, has not yet been established.
さらに加えて、DPFの隔壁に酸化触媒微粒子を担持させる場合、従来方法では酸化触媒粒子が隔壁の表面だけでなく隔壁の気孔内部にまで入り込むため、酸化触媒微粒子が隔壁の全体に渡って存在することとなる。一方、このDPFを用いて排ガス中の粒子状物質を捕集する場合、粒子状物質はDPFの隔壁の表面に層状に堆積し、気孔内部にはあまり浸入しない。特に粒子状物質がある程度堆積した後は、この傾向が強くなる(非特許文献1参照)。
このように、粒子状物質がDPFの隔壁の排ガス流入側の表面に局在するために、気孔内部に存在する酸化触媒粒子は粒子状物質と接することが無く、粒子状物質の酸化除去にはほとんど寄与しないことになり、無駄である。したがって、酸化触媒粒子を隔壁の表面に選択的に担持させることができれば、担持させた酸化触媒粒子の触媒効果を有効に活用することが可能となるが、その様な方法はまだ提案されていない。
In addition, when the oxidation catalyst particles are supported on the partition walls of the DPF, the oxidation catalyst particles enter not only the surface of the partition walls but also the pores of the partition walls in the conventional method, so that the oxidation catalyst particles exist throughout the partition walls. It will be. On the other hand, when the particulate matter in the exhaust gas is collected using this DPF, the particulate matter is layered on the surface of the partition wall of the DPF, and does not penetrate so much into the pores. In particular, this tendency becomes stronger after particulate matter is deposited to some extent (see Non-Patent Document 1).
Thus, since the particulate matter is localized on the surface of the DPF partition wall on the exhaust gas inflow side, the oxidation catalyst particles present in the pores do not come into contact with the particulate matter. It will contribute little and will be useless. Therefore, if the oxidation catalyst particles can be selectively supported on the surface of the partition wall, the catalytic effect of the supported oxidation catalyst particles can be effectively utilized, but such a method has not yet been proposed. .
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、排ガスに含まれる粒子状物質の堆積量が少ない状態においても、粒子状物質の高い捕集効率が得られ、しかも圧力損失が低い排ガス浄化フィルタを提供することを目的とする。
さらに、隔壁における酸化触媒の担持方法を改善することにより、再生処理時に、隔壁の表面に堆積する粒子状物質の燃焼時間を短縮し、再生処理時の排ガス温度上昇に必要な燃料の使用を低減し、燃料消費率の低下やフィルタ機能の劣化防止及び酸化触媒の劣化抑制を図ることができる排ガス浄化フィルタを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problem, and even when the amount of particulate matter accumulated in the exhaust gas is small, high collection efficiency of particulate matter can be obtained, and pressure loss can be achieved. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification filter having a low level.
Furthermore, by improving the method for supporting the oxidation catalyst in the partition walls, the combustion time of the particulate matter that accumulates on the surface of the partition walls during the regeneration process is shortened, and the use of fuel necessary for raising the exhaust gas temperature during the regeneration process is reduced. Then, it aims at providing the exhaust gas purification filter which can aim at the fall prevention of deterioration of a fuel consumption rate, a filter function, and an oxidation catalyst.
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、排ガス浄化フィルタを構成するハニカム構造体の隔壁に、セリウムを含有する酸化物を含み、かつ所定の平均気孔径を有する多孔質膜を設けることにより、粒子状物質の堆積量が少ない状態でも高い捕集効率が得られると同時に圧力損失の上昇を抑制することができ、しかも再生時においては、従来の排ガス浄化フィルタと比べて隔壁に堆積する粒子状物質の燃焼時間を短縮することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention include an oxide containing cerium in the partition walls of the honeycomb structure constituting the exhaust gas purification filter and have a predetermined average pore diameter. By providing a porous membrane, high trapping efficiency can be obtained even when the amount of particulate matter deposited is small, and at the same time, an increase in pressure loss can be suppressed. As a result, it was found that the combustion time of the particulate matter deposited on the partition walls can be shortened, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の排ガス浄化フィルタは、多孔質体からなるフィルタ基体と、前記フィルタ基体の粒子状物質を含む排ガスの流入側に設けられ、流入側端部が開放された流入側ガス流路と、前記フィルタ基体の前記排ガスの流出側に設けられ、流出側端部が開放された流出側ガス流路と、これら流入側ガス流路と流出側ガス流路との間に設けられ前記排ガスを通過させて浄化する隔壁と、を備えた排ガス浄化フィルタであって、前記隔壁の平均細孔径は5μm以上かつ50μm以下であり、少なくとも前記流入側ガス流路の内壁面に、平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下であり、セリウムを含有する酸化物を含む多孔質膜を設けてなることを特徴とする。 That is, the exhaust gas purification filter of the present invention includes a filter base made of a porous body, an inflow side gas flow path provided on the inflow side of the exhaust gas containing particulate matter of the filter base and having an inflow side end opened. An exhaust gas passage provided on the exhaust gas outlet side of the filter base, the outlet end of which is opened, and the exhaust gas provided between the inlet gas channel and the outlet gas channel. An exhaust gas purifying filter including a partition wall to be purified by passing, wherein the partition wall has an average pore diameter of 5 μm or more and 50 μm or less, and an average pore diameter of at least 0 on the inner wall surface of the inflow side gas flow path. 0.05 μm or more and 5 μm or less, and a porous film containing an oxide containing cerium is provided.
前記セリウムを含有する酸化物は、酸化セリウム単体、または、ジルコニウム、イットリウム、希土類元素の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物、または、ジルコニウム、イットリウム、希土類元素の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物と酸化セリウム単体との混合物、であることが好ましい。
前記多孔質膜の平均気孔率は、35%以上かつ90%以下であることが好ましい。
The oxide containing cerium is cerium oxide alone, or a complex oxide of cerium with one or more elements selected from the group of zirconium, yttrium, and rare earth elements, or zirconium, yttrium, and rare earth elements. It is preferably a mixture of a complex oxide of cerium with one or more elements selected from the group of elements and cerium oxide alone.
The average porosity of the porous membrane is preferably 35% or more and 90% or less.
前記多孔質膜の平均膜厚は、40μm以下であることが好ましい。
前記多孔質膜は、酸化物微粒子を含む溶液を前記フィルタ基体に塗布して塗布膜を形成した後、この塗布膜を熱処理してなることが好ましい。
The average film thickness of the porous film is preferably 40 μm or less.
The porous film is preferably formed by applying a solution containing oxide fine particles to the filter substrate to form a coating film, and then heat-treating the coating film.
本発明の排ガス浄化フィルタによれば、流入側ガス流路と流出側ガス流路との間の隔壁の平均細孔径を5μm以上かつ50μm以下とし、少なくともこの流入側ガス流路の内壁面に、平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下であり、セリウムを含有する酸化物を含む多孔質膜を設けたので、粒子状物質の捕集性を高めることができると共に、圧力損失を低下させることができる。 According to the exhaust gas purification filter of the present invention, the average pore diameter of the partition wall between the inflow side gas flow path and the outflow side gas flow path is 5 μm or more and 50 μm or less, and at least on the inner wall surface of the inflow side gas flow path, The average pore size is 0.05 μm or more and 5 μm or less, and a porous film containing an oxide containing cerium is provided, so that the trapping ability of particulate matter can be improved and the pressure loss is reduced. Can do.
また、少なくとも流入側ガス流路の内壁面に設けられた多孔質膜は、酸化触媒であるセリウムを含有する酸化物を含むので、排ガス浄化フィルタの再生処理時に隔壁に堆積する粒子状物質の燃焼時間を短縮し、再生処理に排ガス温度上昇に必要な燃料の使用を低減することにより、燃料消費率の低下を図ることができ、さらには排ガス浄化フィルタ自体や酸化触媒の劣化を抑制することができる。 Further, at least the porous film provided on the inner wall surface of the inflow side gas flow path contains an oxide containing cerium as an oxidation catalyst, so that the combustion of particulate matter deposited on the partition wall during the regeneration treatment of the exhaust gas purification filter By shortening the time and reducing the use of fuel necessary for the exhaust gas temperature rise in the regeneration process, it is possible to reduce the fuel consumption rate, and further suppress the deterioration of the exhaust gas purification filter itself and the oxidation catalyst. it can.
また、酸化触媒であるセリウムを含有する酸化物を含む多孔質膜を設けることにより、このセリウムを含有する酸化物の担持方法を改善し、担持した酸化触媒の触媒効果を有効に活用することができる。したがって、排ガス浄化フィルタの再生処理時における粒子状物質の燃焼時間をより短縮することができ、再生処理に排ガス温度上昇に必要な燃料の使用量をより低減させることができ、排ガス浄化フィルタ自体の劣化や酸化触媒の劣化をより抑制することができる。 In addition, by providing a porous film containing an oxide containing cerium as an oxidation catalyst, the method for supporting the oxide containing cerium can be improved, and the catalytic effect of the supported oxidation catalyst can be effectively utilized. it can. Therefore, the combustion time of the particulate matter during the regeneration process of the exhaust gas purification filter can be further shortened, the amount of fuel used for raising the exhaust gas temperature for the regeneration process can be further reduced, and the exhaust gas purification filter itself It is possible to further suppress deterioration and deterioration of the oxidation catalyst.
本発明の排ガス浄化フィルタを実施するための最良の形態について説明する。なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。 The best mode for carrying out the exhaust gas purification filter of the present invention will be described. This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
図1は、本発明の一実施形態の排ガス浄化フィルタを示す一部破断斜視図、図2は同排ガス浄化フィルタの隔壁構造を示す断面図であり、図1において符号βで示す面を拡大した図である。
ここでは、排ガス浄化フィルタとして、自動車用ディーゼルエンジンに用いられる排ガス浄化フィルタであるDPFを例にとり説明する。
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing an exhaust gas purification filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a partition wall structure of the exhaust gas purification filter. FIG.
Here, a DPF that is an exhaust gas purification filter used in an automobile diesel engine will be described as an example of the exhaust gas purification filter.
このDPF10は、多数の細孔(気孔)を有する円柱状の多孔質セラミックスからなるフィルタ基体11と、このフィルタ基体11内に形成されたガス流路12と、ガス流路12のうち排ガスの流入側の端部が開放された流入セル(流入側ガス流路)12Aの内壁面12aに設けられた多孔質膜13と、により概略構成されている。
The
フィルタ基体11は、炭化ケイ素、コーディエライト、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素等の耐熱性の多孔質セラミックスからなるハニカム構造体であり、排ガスGの流れ方向である軸方向に沿う多孔質セラミックスからなる隔壁14によりハニカム構造とされ、この隔壁14により囲まれた軸方向の中空の領域が多数のセル状のガス流路12とされている。
このフィルタ基体11の軸方向の両端面のうち一方の端面αが、粒子状物質を含む排ガスGが流入する流入面とされ、他方の端面γが、上記の排ガスGから粒子状物質を取り除いた浄化ガスCを排出する排出面とされている。
The
One end surface α of both end surfaces in the axial direction of the
この隔壁14の平均細孔径は、5μm以上かつ50μm以下であることが好ましい。
平均細孔径が5μm未満であると、隔壁14自体による圧力損失が大きくなるので好ましくなく、一方、平均細孔径が50μmを超えると、隔壁14の強度が十分でなくなったり、隔壁14上に多孔質膜13を形成するのが困難になるので好ましくない。
The average pore diameter of the
If the average pore diameter is less than 5 μm, pressure loss due to the
ガス流路12は、排ガスGの流れ方向(長手方向)から見た場合に、流入側端部と流出側端部とが交互に閉塞された構造、すなわち、排ガスGの流入側である流入側端部が開放された流入セル(流入側ガス流路)12Aと、浄化ガスCを排出する側である流出側端部が開放された流出セル(流出側ガス流路)12Bとにより構成されている。
The
多孔質膜13は、フィルタ基体11の隔壁14を構成する多孔質セラミックスの細孔内に実質的に入り込むことなく、流入セル12Aの内壁面(隔壁14の流入セル12A側表面)12a上にて独立した膜となっている。すなわち、多孔質膜13を形成する酸化物微粒子は、隔壁14の内部への侵入が抑制された状態で流入セル12Aの内壁面12aに形成され、隔壁14に形成されている気孔を塞ぐことはない。
この多孔質膜13は、多数の気孔を有することにより、これらの気孔が連通し、結果として、貫通孔を有するフィルタ状の多孔質となっている。
The
Since the
なお、この多孔質膜13は、流入セル12Aの内壁面だけでなく、流出セル12Bの内壁面(隔壁14の流出セル12B側表面)にも設けられていてかまわない。ただし、以下の記載では、流入セル12Aの内壁面に設けられたものとして説明する。
The
ここで、このDPF10における排ガスの流れを示すと、図2のようになる。
流入口側、すなわち端面α側から流入した粒子状物質(PM)30を含む排ガスGは、流入セル12Aを、端面α側から端面γ側へと流れる過程で、フィルタ基体11の隔壁14を通過する。この際、排ガスG中に含まれる粒子状物質30は隔壁14、特に隔壁14の流入セル12A側の内壁面12aに形成された多孔質膜13により捕集されて除去され、この粒子状物質30が除去された浄化ガスCは、流出セル12Bを端面α側から端面γ側へと流れ、最終的に排出口側、すなわち端面γ側から排出される。
Here, the flow of the exhaust gas in the
The exhaust gas G containing particulate matter (PM) 30 flowing in from the inlet side, that is, the end surface α side, passes through the
次に、この多孔質膜13について、詳細に説明する。
この多孔質膜13は、セリウムを含有する酸化物を成分とした膜であり、その平均気孔径は0.05μm以上かつ5μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.05μm以上かつ3μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上かつ2μm以下である。この平均気孔径は、隔壁14の気孔径、すなわち従来のDPFの平均気孔径である5〜50μm程度より小さい。これにより、粒子状物質30は、隔壁14にほとんど入り込むことなく、その堆積量が少ない段階から多孔質膜13により捕集され、高い捕集効率を得ることができる。
Next, the
This
ここで、多孔質膜13の平均気孔径を0.05μm以上かつ5μm以下とした理由は、平均気孔径が0.05μm未満では、多孔質膜13により発生する圧力損失が高くなるので好ましくないからであり、一方、平均気孔径が5μmを超えると、多孔質膜13と隔壁14の気孔径とに実質的な差がなくなり、粒子状物質30の捕集率が低下するからであり、特に粒子状物質の堆積量が少ない状態では、高い捕集効率が得難くなり、DPF10の再生処理を行う場合に粒子状物質の燃焼効率の向上が見られないので好ましくない。
Here, the reason why the average pore diameter of the
この多孔質膜13の平均気孔率は、35%以上かつ90%以下であることが好ましく、より好ましくは50%以上かつ90%以下、さらに好ましくは60%以上かつ90%以下である。
ここで、平均気孔率を35%以上かつ90%以下の範囲とした理由は、平均気孔率が35%未満では、多孔質膜13により発生する圧力損失が大きくなるからであり、一方、平均気孔率が90%を超えると、多孔質膜13の強度が低下する虞があるからである。
The average porosity of the
Here, the reason why the average porosity is in the range of 35% or more and 90% or less is that when the average porosity is less than 35%, the pressure loss generated by the
この多孔質膜13の平均膜厚は、40μm以下であることが好ましい。
この多孔質膜13の平均膜厚が40μmを超えると、多孔質膜13により発生する圧力損失が大きくなるからである。なお、この多孔質膜13は、粒子状物質30を捕集することができ、かつ実質的に粒子状物質30が隔壁14に入り込まなければよく、この条件を満たす限り、平均膜厚の下限に特に制限はない。
The average film thickness of the
This is because if the average film thickness of the
この多孔質膜13を構成するセリウムを含有する酸化物は、平均一次粒子径が5nm以上かつ300nm以下の微粒子であることが好ましい。
この多孔質膜13の気孔径は、この多孔質膜を形成する粒子の一次ないしは二次粒子径により制御できるが、この微粒子の平均一次粒子径が5nm未満であると、多孔質膜の平均気孔径が小さくなり過ぎてしまい、この平均気孔径を0.05μm以上に保つことが難しくなるので好ましくない。また、平均一次粒子径が5nm未満の微粒子の製造はコスト高となり、生産性の観点からも好ましくない。
一方、平均一次粒子径が300nmを超えると、上記の多孔質膜13を得るために用いられる塗布液の安定性が低下するために、安定性が良好な塗布液を得ることが難しくなるので好ましくない。
The cerium-containing oxide constituting the
The pore size of the
On the other hand, when the average primary particle diameter exceeds 300 nm, the stability of the coating solution used for obtaining the
このセリウムを含有する酸化物としては、酸化セリウム単体、または、ジルコニウム、イットリウム、希土類元素(La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物、または、ジルコニウム、イットリウム、希土類元素の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物と酸化セリウム単体との混合物、が好適に用いられる。 Examples of the oxide containing cerium include cerium oxide alone, zirconium, yttrium, rare earth elements (La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. ) Or a composite oxide of cerium with one or more elements selected from the group of), or a composite of cerium with one or more elements selected from the group of zirconium, yttrium and rare earth elements A mixture of an oxide and a simple substance of cerium oxide is preferably used.
本実施形態の排ガス浄化フィルタによれば、フィルタ基体11に形成された流入セル12Aの内壁面12aに多孔質膜13を設け、この多孔質膜13の平均気孔径を0.05μm以上かつ5μm以下としたので、この多孔質膜13の平均気孔径が隔壁14の平均細孔径よりも小さいことから、粒子状物質30はその堆積量が少ない段階から多孔質膜13の表面に捕捉されることとなり、したがって、粒子状物質30の堆積量が少ない段階から高い捕集効率を得ることができる。
According to the exhaust gas purification filter of the present embodiment, the
また、この多孔質膜13の平均膜厚は40μm以下であり、フィルタ基体の一般的な厚みである200〜400μmよりも薄い。また、多孔質膜13の平均気孔率が35%以上かつ90%以下であることから、多数の細孔を有したものとなっている。
Moreover, the average film thickness of this
これらにより、隔壁14の上に、平均気孔径がフィルタ基体11の隔壁14の平均細孔径より小さい多孔質膜13を形成しても、圧力損失の上昇を抑えることができる。
また、隔壁14の平均細孔径が5μm以上かつ50μm以下であるから、圧力損失が低く、十分な排ガスの流量を得ることができる。
Accordingly, even if the
Moreover, since the average pore diameter of the partition walls is 5 μm or more and 50 μm or less, the pressure loss is low, and a sufficient exhaust gas flow rate can be obtained.
以上により、本実施形態の排ガス浄化フィルタを用いた場合、粒子状物質の堆積量が少ない状態からの高い捕集効率と低い圧力損失を両立させることができる。
さらに、隔壁14の上に多孔質膜13を設けたので、粒子状物質30が堆積していく際に隔壁14の細孔内に粒子状物質30が入り込み難くなり、したがって、多孔質膜13が設けられていない場合と比べて、粒子状物質30が隔壁14の細孔を閉塞し難くなり、粒子状物質40が堆積した後の圧力損失の上昇を抑えることができる。
As described above, when the exhaust gas purification filter of the present embodiment is used, it is possible to achieve both high collection efficiency and low pressure loss from a state where the amount of particulate matter deposited is small.
Further, since the
また、多孔質膜13の存在により、この排ガス浄化フィルタを再生する際に、粒子状物質30を燃焼させるための酸素が粒子状物質30それぞれに、ほぼ均等に流れるようになる。これにより、酸素が供給され難い粒子状物質30が減少し、粒子状物質30の酸化が均等に進み、結果として粒子状物質30の燃焼時間を短縮させることができる。
Further, due to the presence of the
次に、この多孔質膜13がセリウムを含有する酸化物を成分としていることの効果について説明する。
既に「背景技術」の欄で説明したように、従来の排ガス浄化フィルタにおいては、そのフィルタ基体に酸化セリウムを担持させることにより、一定の効果が得られている。
Next, the effect of the
As already described in the “Background Art” section, in the conventional exhaust gas purification filter, a certain effect is obtained by supporting cerium oxide on the filter base.
本実施形態のセリウムを含有する酸化物は、酸化セリウムを成分として含んでいるので、同様に酸化触媒特性、すなわち粒子状物質30の燃焼触媒作用を有している。したがって、多孔質膜13がセリウムを含有する酸化物を成分として含むことにより、排ガス浄化フィルタの再生処理時に、その隔壁14に堆積する粒子状物質の燃焼時間を短縮し、再生処理時に排ガス温度上昇に必要な燃料の使用を低減し、燃料消費率の低下を図ることができる。さらには、再生処理に要する時間を短縮し、また再生処理時の温度上昇も抑えることから、排ガス浄化フィルタ自体や酸化触媒としてのセリウムを含有する酸化物の劣化を抑制することができる。
Since the cerium-containing oxide of the present embodiment contains cerium oxide as a component, it similarly has oxidation catalyst characteristics, that is, combustion catalytic action of the
ここで、酸化セリウムによる粒子状物質30の燃焼触媒作用については、従来より、酸化セリウムから活性酸素が放出され、この活性酸素が粒子状物質30の燃焼に寄与しているとされ、一方で、この活性酸素は寿命が短いことが知られている。
Here, with respect to the combustion catalytic action of the
本実施形態のセリウムを含有する酸化物は、多孔質膜13の形態をとって隔壁14の表面に存在している。この多孔質膜13は、その平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下であるから、粒子状物質30は主に多孔質膜13により捕集される。従って、粒子状物質30が捕集された段階では、セリウムを含有する酸化物と捕集された粒子状物質30とは近接した状態になっている。
このため、本実施形態の多孔質膜13の構造であれば、セリウムを含有する酸化物から発生する活性酸素は、失活する前に粒子状物質30と反応し易くなり、セリウムを含有する酸化物の触媒活性をより有効に引き出すことができる。
The oxide containing cerium of the present embodiment takes the form of the
For this reason, in the structure of the
さらに、多孔質膜13は、フィルタ基体11の隔壁14を構成する多孔質セラミックスの細孔内に実質的に入り込んでいないので、そのほとんど全てが粒子状物質30の酸化除去に寄与することができる。したがって、従来の排ガス浄化フィルタのように、酸化セリウムがフィルタの気孔内部に入り込み、粒子状物質30の酸化除去にほとんど寄与しなくなる(無駄となる)ということがなくなり、セリウムを含有する酸化物を無駄なく有効に利用して、十分な酸化触媒効果を得ることができる。
Further, since the
このように、本実施形態の多孔質膜13をセリウムを含有する酸化物を成分とし、その平均気孔径を0.05μm以上かつ5μm以下とすることにより、多孔質膜13の構造上から得られる利点である粒子状物質30の捕集効果の向上、圧力損失の低減、排ガス浄化フィルタ再生時における燃焼時間の短縮を図ることができる。
Thus, the
また、セリウムを含有する酸化物による粒子状物質30の燃焼触媒作用により、再生時の粒子状物質30の燃焼を促進させることができるという効果を得ることができる。さらには、セリウムを含有する酸化物の担持方法を改善することにより、担持した酸化触媒であるセリウムを含有する酸化物の触媒効果を有効に作用させることができるので、粒子状物質30の燃焼触媒効果の向上による再生処理時の燃焼時間のさらなる短縮及び燃焼温度の低下をも図ることができる。
Moreover, the combustion catalytic action of the
以上説明したように、本実施形態の排ガス浄化フィルタによれば、粒子状物質30の捕集特性に優れるほか、再生処理時間のさらなる短縮により、再生処理時に必要な燃料の使用量をより低減させることができ、排ガス浄化フィルタ自体や酸化触媒の劣化をより抑制することができる。
As described above, according to the exhaust gas purification filter of the present embodiment, in addition to being excellent in the collection characteristics of the
次に、本実施形態の排ガス浄化フィルタの製造方法について説明する。
この排ガス浄化フィルタは、フィルタのガス流路を構成する隔壁、すなわち平均気孔径が5〜50μmの細孔を有する多孔質支持体の表面に、セリウムを含有する酸化物を成分とする微粒子を含む多孔質膜形成用塗料を塗布した後、熱処理を行い、多孔質支持体の表面に多孔質膜を形成することにより製造することができる。
この方法によれば、例えば、微粒子を分散させたガスをフィルタ基体に流入させて多孔質膜を形成する等の方法と比べ、排ガス浄化フィルタを生産性良く製造することができる。
Next, the manufacturing method of the exhaust gas purification filter of this embodiment will be described.
This exhaust gas purification filter includes fine particles containing a cerium-containing oxide as a component on the surface of a partition constituting a gas flow path of the filter, that is, a porous support having pores having an average pore diameter of 5 to 50 μm. After the coating material for forming a porous film is applied, heat treatment is performed to form a porous film on the surface of the porous support.
According to this method, for example, an exhaust gas purification filter can be manufactured with high productivity as compared with a method of forming a porous film by flowing a gas in which fine particles are dispersed into a filter substrate.
この多孔質膜形成用塗料は、少なくともセリウムを含有する酸化物を成分とする微粒子と分散媒とを含有しており、この微粒子は、平均一次粒子径が5nm以上かつ300nm以下、タップかさ密度が0.5g/cm3以上かつ2.0g/cm3以下、この塗料中の平均二次粒子径が0.1μm以上かつ10μm以下であり、この塗料の粘度は2mPa・s以上かつ1000mPa・s以下である。 This coating material for forming a porous film contains at least fine particles composed of an oxide containing cerium and a dispersion medium. The fine particles have an average primary particle size of 5 nm to 300 nm and a tap bulk density. 0.5 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less, the average secondary particle diameter in the paint is 0.1 μm or more and 10 μm or less, and the viscosity of the paint is 2 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less. It is.
セリウムを含有する酸化物を成分とする微粒子の平均一次粒子径、タップかさ密度及び塗料中の平均二次粒子径を上記の範囲に限定すれば、本発明の目的とする平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下、平均気孔率が35%以上かつ90%以下の多孔質膜を形成することができる。
そして、上記の範囲内で平均一次粒子径とタップかさ密度が異なる複数種の微粒子を混合して用いることにより、多孔質膜の気孔径を所望の値に制御することができる。
If the average primary particle diameter, tap bulk density, and average secondary particle diameter in the paint of the fine particles containing an oxide containing cerium as a component are limited to the above ranges, the average pore diameter targeted by the present invention is 0.00. A porous film having a thickness of 05 μm or more and 5 μm or less and an average porosity of 35% or more and 90% or less can be formed.
In addition, the pore diameter of the porous film can be controlled to a desired value by mixing and using a plurality of types of fine particles having different average primary particle diameters and tap bulk densities within the above range.
なお、この「タップかさ密度」とは、日本工業規格JIS R 1628−1997「ファインセラミックス粉末のかさ密度測定方法」に規定されている「タップかさ密度」のことであり、上記の規格には、タップかさ密度の測定方法についても規定されている。
この微粒子のタップかさ密度が真密度(真比重)より小さくなる原因は、微粒子間に空隙が生じるからである。すなわち、タップかさ密度(ρt)と真密度(ρr)との比(ρt/ρr)は、空隙率、すなわち気孔率を示すことになる。
The “tap bulk density” is “tap bulk density” defined in Japanese Industrial Standard JIS R 1628-1997 “Bulk Density Measurement Method of Fine Ceramics Powder”. A method for measuring tap bulk density is also specified.
The reason why the tap bulk density of the fine particles is smaller than the true density (true specific gravity) is that voids are formed between the fine particles. That is, the ratio (ρt / ρr) between the tap bulk density (ρt) and the true density (ρr) indicates the porosity, that is, the porosity.
このセリウムを含有する酸化物を成分とする微粒子としては、下記の(a)〜(c)のいずれかが好ましい。
(a)酸化セリウム単体
(b)ジルコニウム、イットリウム、希土類元素(La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物
(c)ジルコニウム、イットリウム、希土類元素の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物と酸化セリウム単体との混合物
これらの材料の中から、所望の耐熱性、粒子状物質の燃焼触媒性能等が得られるものを適宜選択することができる。
As the fine particles containing the cerium-containing oxide as a component, any of the following (a) to (c) is preferable.
(A) cerium oxide alone (b) selected from the group of zirconium, yttrium, and rare earth elements (La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) Complex oxide of one or more elements and cerium (c) Complex oxide of one or more elements selected from the group consisting of zirconium, yttrium and rare earth elements and cerium, and cerium oxide alone Among these materials, a material that can provide desired heat resistance, particulate catalyst combustion catalyst performance, and the like can be appropriately selected.
このようなセリウムを含有する酸化物微粒子を分散媒中に分散させて、多孔質膜形成用塗料とする。
この分散工程は、湿式法によることが好ましい。また、この湿式法で用いられる分散機としては、開放型、密閉型のいずれも使用可能であり、例えば、ボールミル、攪拌ミル、ジェットミル、振動ミル、アトライター、高速ミル、ハンマーミル等が好適に用いられる。
上記のボールミルとしては、転動ミル、振動ミル、遊星ミル等が挙げられ、また、攪拌ミルとしては、塔式ミル、攪拌槽型ミル、流通管式ミル、管状ミル等が挙げられる。
Such fine oxide particles containing cerium are dispersed in a dispersion medium to obtain a coating material for forming a porous film.
This dispersing step is preferably performed by a wet method. Moreover, as a disperser used in this wet method, any of an open type and a closed type can be used. For example, a ball mill, a stirring mill, a jet mill, a vibration mill, an attritor, a high speed mill, a hammer mill, etc. are suitable. Used for.
Examples of the ball mill include a rolling mill, a vibration mill, and a planetary mill. Examples of the stirring mill include a tower mill, a stirring tank mill, a flow pipe mill, and a tubular mill.
この分散媒としては、水または有機溶媒が好適に用いられ、その他、必要に応じて、高分子モノマーやオリゴマーの単体もしくはこれらの混合物も用いられる。
上記の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類、酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステル等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン、アセト酢酸エステル等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド等の酸アミド類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が好適に用いられ、これらの溶媒のうち1種のみ、または2種以上を混合して用いることができる。
As the dispersion medium, water or an organic solvent is preferably used. In addition, a single polymer monomer or oligomer or a mixture thereof may be used as necessary.
Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, diacetone alcohol, furfuryl alcohol, ethylene glycol and hexylene glycol, and esters such as methyl acetate and ethyl acetate. , Diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), ethers such as diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, acetone , Ketones such as methyl ethyl ketone, acetylacetone, acetoacetate, N, N-dimethylform Acid amides such as amide, toluene, aromatic hydrocarbons such as xylene are preferably used, it is possible to use a mixture of one only or two or more of these solvents.
上記の高分子モノマーとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル等のアクリル系またはメタクリル系のモノマー、エポキシ系モノマー等が好適に用いられる。また、上記のオリゴマーとしては、ウレタンアクリレート系オリゴマー、エポキシアクリレート系オリゴマー、アクリレート系オリゴマー等が好適に用いられる。 As the polymer monomer, acrylic or methacrylic monomers such as methyl acrylate and methyl methacrylate, epoxy monomers, and the like are preferably used. Moreover, as said oligomer, a urethane acrylate oligomer, an epoxy acrylate oligomer, an acrylate oligomer etc. are used suitably.
これらの分散媒のうち、塗料用として好ましいものは、水、アルコール類、ケトン類であり、これらの中でも、水、アルコール類がより好ましく、水が最も好ましい。 Among these dispersion media, water, alcohols, and ketones are preferable for coating materials, and among these, water and alcohols are more preferable, and water is most preferable.
この塗料では、セリウムを含有する酸化物微粒子と分散媒との親和性を高めるために、このセリウムを含有する酸化物微粒子の表面改質を行っても良い。
この微粒子は酸化物を成分とするから、表面改質剤としては、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、システアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、アミノエタンジオール等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、酸化物微粒子の表面に吸着する官能基を有し、かつ分散媒と親和性を有する末端基を有する表面改質剤であれば良い。
In this coating material, in order to increase the affinity between the oxide fine particles containing cerium and the dispersion medium, the surface modification of the oxide fine particles containing cerium may be performed.
Since these fine particles contain an oxide as a component, examples of the surface modifier include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, cysteamine, tetramethylammonium hydroxide, and aminoethanediol. However, the present invention is not limited to these, and any surface modifier may be used as long as it has a functional group that is adsorbed on the surface of the oxide fine particles and has an end group having an affinity for the dispersion medium.
この塗料は、セリウムを含有する酸化物微粒子と、例えば、DPF10の隔壁14等の多孔質支持体との間にバインダー機能を持たせる等のために、親水性あるいは疎水性の高分子等を適宜含有してもよい。この高分子等は、上記の分散媒に溶解し、かつ塗料中の微粒子の平均二次粒子径及び塗料の粘度が所望の値になる範囲で適宜選択することができる。
In order to provide a binder function between the oxide fine particles containing cerium and a porous support such as the
ここで、水を分散媒とした場合、親水性高分子としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸ポリビニルビロリドン、ポリアリルアミン等の合成高分子;セルロース、デキストリン、デキストラン、デンプン、キトサン、ペクチン、アガロース、カラギーナン、キチン、マンナン等の多糖類及び多糖類由来の物質等の天然高分子;ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、ラミニン、フィブロネクチン、エラスチン等のタンパク質及びタンパク質由来の物質;等を用いることができる。
また、これら合成高分子、多糖類、タンパク質等を由来とするゲル、ゾル等の物質を用いることもできる。
Here, when water is used as a dispersion medium, examples of hydrophilic polymers include synthetic alcohols such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, polyacrylamide, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl pyrrolidone polyacrylate, and polyallylamine. Molecules: natural polymers such as polysaccharides and polysaccharide-derived substances such as cellulose, dextrin, dextran, starch, chitosan, pectin, agarose, carrageenan, chitin, mannan, etc .; gelatin, casein, collagen, laminin, fibronectin, elastin, etc. Proteins and protein-derived substances can be used.
Further, substances such as gels and sols derived from these synthetic polymers, polysaccharides, proteins and the like can also be used.
なお、この塗料における上記の微粒子の質量に対する上記の高分子の質量の比(高分子の質量/微粒子の質量)は、塗料中の微粒子の平均二次粒子径及び塗料の粘度が所望の値になる範囲で適宜選択することができるが、0以上かつ1以下の範囲が好ましい。
上記の高分子は、最終的に熱処理によって焼失し、多孔質膜には残存しない成分であるから、上記の比が1を超えると、高分子の含有率が高すぎてしまい、コストの上昇を招くことになるので好ましくない。
The ratio of the mass of the polymer to the mass of the fine particles in this paint (the mass of the polymer / the mass of the fine particles) is such that the average secondary particle diameter of the fine particles in the paint and the viscosity of the paint are as desired. The range can be appropriately selected, but a range of 0 or more and 1 or less is preferable.
The above polymer is a component that is eventually burned out by heat treatment and does not remain in the porous membrane. Therefore, if the ratio exceeds 1, the polymer content is too high, resulting in an increase in cost. It is not preferable because it will invite.
この塗料の分散安定性を確保したり、あるいは塗布性を向上させたりするために、界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等を適宜添加してもよい。これらは、塗料中の微粒子の平均二次粒子径及び塗料の粘度が所望の範囲になるように適宜選択することができる。
これら界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等の添加量に特に制限はなく、塗料の粘度及び塗料中の微粒子の平均二次粒子径が本発明の範囲内となるように、添加する目的に応じて加えればよい。
In order to ensure the dispersion stability of the paint or to improve the coating property, a surfactant, preservative, stabilizer, antifoaming agent, leveling agent and the like may be appropriately added. These can be appropriately selected so that the average secondary particle diameter of the fine particles in the coating material and the viscosity of the coating material are in a desired range.
There are no particular restrictions on the amount of these surfactants, preservatives, stabilizers, antifoaming agents, leveling agents and the like, and the viscosity of the paint and the average secondary particle size of the fine particles in the paint are within the scope of the present invention. Thus, what is necessary is just to add according to the objective to add.
このように、セリウムを含有する酸化物を成分とする微粒子を分散媒中に分散させ、必要に応じ、親水性あるいは疎水性の高分子、界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等を加えて混合し、多孔質膜形成用塗料とする。 In this way, fine particles containing an oxide containing cerium as a component are dispersed in a dispersion medium, and hydrophilic or hydrophobic polymers, surfactants, preservatives, stabilizers, antifoaming agents are used as necessary. Then, a leveling agent or the like is added and mixed to obtain a porous film-forming coating material.
次いで、上記の多孔質膜形成用塗料を、排ガス浄化フィルタの多孔質支持体の表面に塗布して塗膜を形成し、得られた塗膜を熱処理して多孔質膜を形成することにより、排ガス浄化フィルタを製造することができる。
例えばDPF10においては、ガス流路12のうち、排ガス流入側端部が開放された流入セル12Aの内壁面(隔壁14の流入セル12A側表面)12aの表面に、上記の多孔質膜形成用塗料を塗布して塗膜を形成し、得られた塗膜を熱処理して多孔質膜13を形成することにより、DPF10を製造することができる。
Next, by applying the above-mentioned porous film-forming paint to the surface of the porous support of the exhaust gas purification filter to form a coating film, by heat-treating the obtained coating film to form a porous film, An exhaust gas purification filter can be manufactured.
For example, in the
塗布方法については、多孔質支持体の形状や材質に合わせて適宜選択すればよく、特に制限はないが、ウォッシュコート法、ディップコート法等、通常のウエットコート法を用いることができる。また、塗布した後に、圧縮空気等を用いて、所望の膜厚を得るのに必要な量以上の余分な塗布液を除去する等の工程を行ってもよい。 The coating method may be appropriately selected according to the shape and material of the porous support, and is not particularly limited, but a normal wet coating method such as a wash coating method or a dip coating method can be used. In addition, after the application, a process such as removal of an excess coating liquid more than an amount necessary for obtaining a desired film thickness may be performed using compressed air or the like.
なお、塗布時においては、この多孔質支持体は乾燥した状態でもよいが、この多孔質支持体を溶媒に浸漬し、この多孔質支持体の気孔内の空気を予め溶媒で置換した状態としたものが好ましい。このようにする理由は、多孔質支持体の気孔内に残留している空気が、塗布工程中あるいはその後に多孔質支持体から気泡となって放出され、多孔質膜が部分的に形成されなくなるといった事態を抑制し、均一な多孔質膜が得られる効果があるからである。 At the time of application, the porous support may be in a dry state, but the porous support is immersed in a solvent, and the air in the pores of the porous support is replaced with a solvent in advance. Those are preferred. The reason for this is that air remaining in the pores of the porous support is released as bubbles from the porous support during or after the coating process, and the porous film is not partially formed. This is because there is an effect that a uniform porous film can be obtained.
この塗膜には、分散剤の他、必要に応じて上記の高分子、界面活性剤、防腐剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等が添加されているので、これらを除去し、かつ塗膜に微細孔構造を形成する等のために熱処理を行う。
熱処理温度は、200℃以上かつ2000℃以下が好ましく、より好ましくは300℃以上かつ1500℃以下である。
また、熱処理時間は、0.25時間以上かつ10時間以下が好ましく、より好ましくは0.5時間以上かつ5時間以下である。
この熱処理の際の雰囲気は、特に限定されず、大気等の酸化性雰囲気、窒素、アルゴン、ネオン、キセノン等の不活性雰囲気、水素、一酸化炭素等の還元性雰囲気、のいずれかの雰囲気中にて行うことができる。
以上のようにして、排ガス浄化フィルタを製造することができる。
In addition to the dispersant, the coating film contains the above-described polymer, surfactant, preservative, stabilizer, antifoaming agent, leveling agent, and the like as necessary. In addition, heat treatment is performed to form a microporous structure in the coating film.
The heat treatment temperature is preferably 200 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.
The heat treatment time is preferably 0.25 hours or more and 10 hours or less, more preferably 0.5 hours or more and 5 hours or less.
The atmosphere during this heat treatment is not particularly limited, and may be any of an oxidizing atmosphere such as air, an inert atmosphere such as nitrogen, argon, neon, or xenon, or a reducing atmosphere such as hydrogen or carbon monoxide. Can be done.
An exhaust gas purification filter can be manufactured as described above.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.
「実施例1」
(塗料の作製)
平均一次粒子径5nmの酸化セリウム(CeO2)微粒子90g、ポリカルボン酸系分散剤9g、水201gをボールミルで2時間混合し、固形分が30質量%のCeO2分散液Aを得た。
このCeO2分散液A167gに、メチルセルロースA(25℃における2%水溶液の粘度が5mPa・s)を15質量%含む水溶液67g、水16gを加えてマグネチックスターラーを用いて1時間攪拌し、水中にCeO2微粒子が分散した実施例1の塗料Aを得た。
"Example 1"
(Preparation of paint)
90 g of cerium oxide (CeO 2 ) fine particles having an average primary particle size of 5 nm, 9 g of a polycarboxylic acid-based dispersant, and 201 g of water were mixed with a ball mill for 2 hours to obtain a CeO 2 dispersion A having a solid content of 30% by mass.
To 167 g of this CeO 2 dispersion A, 67 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methyl cellulose A (2% aqueous solution viscosity at 25 ° C.) and 16 g of water were added and stirred for 1 hour using a magnetic stirrer. A coating material A of Example 1 in which CeO 2 fine particles were dispersed was obtained.
(排ガス浄化フィルタの作製)
上記の塗料A中に、SiC製のハニカム構造体(DPF、平均気孔径:10μm、平均気孔率:42%)を浸漬させた後に引き上げるディップコートを3回繰り返し行い、ハニカム構造体の隔壁の表面にCeO2微粒子からなる塗布膜を形成した。なお、ハニカム構造体は予め純水に浸漬し、気孔内に水を充填保持させておいた。
次いで、ディップコート後のハニカム構造体を150℃にて1時間乾燥し、さらに、大気中、500℃にて2時間熱処理し、ハニカム構造体の隔壁表面にCeO2多孔質膜が形成された実施例1の排ガス浄化フィルタを得た。
(Production of exhaust gas purification filter)
The surface of the partition walls of the honeycomb structure was repeatedly subjected to dip coating three times after the SiC honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 10 μm, average porosity: 42%) was immersed in the coating material A three times. to form a coating film composed of CeO 2 fine particles. The honeycomb structure was previously immersed in pure water, and the pores were filled and held with water.
Next, the honeycomb structure after dip coating was dried at 150 ° C. for 1 hour, and further heat-treated in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours to form a CeO 2 porous film on the partition wall surface of the honeycomb structure. An exhaust gas purification filter of Example 1 was obtained.
(排ガス浄化フィルタの評価)
得られた排ガス浄化フィルタについて、多孔質膜の平均気孔径、平均気孔率及び膜厚を下記の方法により測定し、捕集効率試験、圧力損失試験、燃焼試験を下記の方法により行った。
(Evaluation of exhaust gas purification filter)
About the obtained exhaust gas purification filter, the average pore diameter, average porosity, and film thickness of the porous membrane were measured by the following methods, and the collection efficiency test, the pressure loss test, and the combustion test were conducted by the following methods.
(1)多孔質膜の平均気孔径及び平均気孔率
排ガス浄化フィルタの隔壁表面に形成した多孔質膜の平均気孔径及び平均気孔率を、水銀ポロシメーター AutoPoreIV 9505(島津製作所社製)を用いて、水銀圧入法により測定した。なお、測定結果は多孔質膜とSiC製ハニカム構造体(多孔質支持体)を合わせたものとなるため、比較例1の多孔質膜を形成していないSiC製ハニカム構造体を用いて同様の測定を行い、得られた平均気孔径及び平均気孔率の測定値を基準値とし、さらに、多孔質膜の重量、及びこの多孔質膜を含むSiC製ハニカム構造体の測定値から、多孔質膜の平均気孔径、平均気孔率を算出した。
(1) The average pore diameter and average porosity of the porous membrane The average pore diameter and average porosity of the porous membrane formed on the partition wall surface of the exhaust gas purification filter were measured using a mercury porosimeter AutoPoreIV 9505 (manufactured by Shimadzu Corporation). Measured by mercury intrusion method. Since the measurement result is a combination of the porous film and the SiC honeycomb structure (porous support), the same results were obtained using the SiC honeycomb structure in which the porous film of Comparative Example 1 was not formed. The measured value of the average pore diameter and the average porosity thus obtained was used as a reference value. Further, from the weight of the porous membrane and the measured value of the SiC honeycomb structure including the porous membrane, the porous membrane The average pore diameter and average porosity were calculated.
(2)多孔質膜の膜厚
排ガス浄化フィルタの隔壁を破断し、この隔壁断面を電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)S−4000(日立計測器サービス社製)により観察することにより、多孔質膜の膜厚を測定した。
(2) Thickness of the porous membrane By rupturing the partition wall of the exhaust gas purification filter and observing the partition section with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) S-4000 (manufactured by Hitachi Instrument Service Co., Ltd.), The film thickness of the porous film was measured.
(3)捕集効率試験
排ガス浄化フィルタに粒子状物質が堆積していない状態での、排ガス浄化フィルタにおける粒子状物質の捕集効率を測定した。
ここでは、排ガス浄化フィルタを、プロパンの燃焼により粒子状物質を発生させる標準粒子発生装置に取り付け、排ガス浄化フィルタの流入及び流出における粒子濃度をSMPS(Scanning Mobility Particle Sizer)を用いて測定し、その粒子濃度比を排ガス浄化フィルタの捕集効率とした。
(3) Collection efficiency test The collection efficiency of the particulate matter in the exhaust gas purification filter in a state where the particulate matter is not deposited on the exhaust gas purification filter was measured.
Here, the exhaust gas purification filter is attached to a standard particle generator that generates particulate matter by the combustion of propane, and the particle concentration at the inflow and outflow of the exhaust gas purification filter is measured using SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer). The particle concentration ratio was defined as the collection efficiency of the exhaust gas purification filter.
(4)圧力損失試験
排ガス浄化フィルタの流入口から、流量100L/min.で乾燥空気を流入させ、排ガス浄化フィルタの隔壁を通過させて排出口から通過させ、この時の圧力損失を測定した。
得られた結果は、比較例1の多孔質膜を形成していないSiC製ハニカム構造体の圧力損失を基準として、相対値を算出した。
(4) Pressure loss test A flow rate of 100 L / min. Then, dry air was flowed in, passed through the partition wall of the exhaust gas purification filter and passed through the discharge port, and the pressure loss at this time was measured.
The obtained result was calculated as a relative value based on the pressure loss of the SiC honeycomb structure in which the porous film of Comparative Example 1 was not formed.
(5)燃焼試験
排ガス浄化フィルタを、排気量2.2Lのディーゼルエンジンに取り付け、エンジン回転数1500rpmで運転し、排ガス浄化フィルタ内に粒子状物質を堆積させた。
次いで、この粒子状物質を堆積させた排ガス浄化フィルタを、窒素雰囲気中にて600℃まで加熱した後、酸素を4体積%含む窒素−酸素混合雰囲気となるように酸素を導入して粒子状物質を燃焼させた。酸素を導入した時点から、燃焼により粒子状物質が焼失してその質量が堆積量の10%となるまでの時間を測定し、粒子状物質燃焼性の指標とした。
上記測定時間を、比較例1の多孔質膜を形成していないSiC製ハニカム構造体で得られた値を基準(100)として、相対値を算出した。
(5) Combustion test The exhaust gas purification filter was attached to a diesel engine having a displacement of 2.2 L, and operated at an engine speed of 1500 rpm, and particulate matter was deposited in the exhaust gas purification filter.
Next, the exhaust gas purification filter on which the particulate matter is deposited is heated to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then oxygen is introduced so that a nitrogen-oxygen mixed atmosphere containing 4% by volume of oxygen is introduced. Burned. The time from when oxygen was introduced until the particulate matter was burned off by combustion and its mass reached 10% of the amount deposited was measured and used as an indicator of particulate matter flammability.
Relative values of the measurement time were calculated using the value obtained with the SiC honeycomb structure in which the porous film of Comparative Example 1 was not formed as a reference (100).
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。 The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例2」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径20nmのCeO2微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCeO2分散液Bを得た。
このCeO2分散液Bを用いて、実施例1と同様にして、水中にCeO2微粒子が分散した実施例2の塗料Bを得た。
この塗料Bを用いて、実施例1と同様にして、実施例2の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
"Example 2"
A CeO 2 dispersion B having a solid content of 30% by mass was obtained in the same manner as in Example 1 except that CeO 2 fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm were used as oxide fine particles containing cerium.
Using this CeO 2 dispersion B, paint B of Example 2 in which CeO 2 fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1.
Using this paint B, an exhaust gas purification filter of Example 2 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
実施例2の排ガス浄化フィルタの多孔質膜の表面及び断面を、電界放射型走査電子顕微鏡 S−4000(日立計測器サービス社製)により観察した。この多孔質膜の表面の電界放射型走査電子顕微鏡像を図3に、この多孔質膜を含む隔壁断面の電界放射型走査電子顕微鏡像を図4に示す。また、比較のために、多孔質支持体であるSiC製ハニカム構造体の表面の電界放射型走査電子顕微鏡像を図5に示す。
これらの電界放射型走査電子顕微鏡像によれば、SiC製ハニカム構造体(多孔質支持体)の表面に、CeO2微粒子からなり、SiC製ハニカム構造体に比べて微小な気孔を有する多孔質膜が形成されており、さらに、このCeO2微粒子は実質的にSiC製ハニカム構造体の気孔内には浸入していないことが分かった。
The surface and cross section of the porous membrane of the exhaust gas purification filter of Example 2 were observed with a field emission scanning electron microscope S-4000 (manufactured by Hitachi Instrument Service Co., Ltd.). A field emission scanning electron microscope image of the surface of the porous film is shown in FIG. 3, and a field emission scanning electron microscope image of the cross section of the partition including the porous film is shown in FIG. For comparison, FIG. 5 shows a field emission scanning electron microscope image of the surface of a SiC honeycomb structure which is a porous support.
According to these field emission scanning electron microscopic images, a porous membrane made of CeO 2 fine particles on the surface of a SiC honeycomb structure (porous support) and having fine pores as compared with the SiC honeycomb structure. Further, it was found that the CeO 2 fine particles did not substantially penetrate into the pores of the SiC honeycomb structure.
「実施例3」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径50nmのCeO2微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCeO2分散液Cを得た。
このCeO2分散液Cを用いて、実施例1と同様にして、水中にCeO2微粒子が分散した実施例3の塗料Cを得た。
この塗料Cを用いて、実施例1と同様にして、実施例3の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
"Example 3"
A CeO 2 dispersion C having a solid content of 30% by mass was obtained in the same manner as in Example 1 except that CeO 2 fine particles having an average primary particle diameter of 50 nm were used as oxide fine particles containing cerium.
Using this CeO 2 dispersion C, paint C of Example 3 in which CeO 2 fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1.
Using this paint C, an exhaust gas purification filter of Example 3 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例4」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径300nmのCeO2微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCeO2分散液Dを得た。
このCeO2分散液Dを用いて、実施例1と同様にして、水中にCeO2微粒子が分散した実施例4の塗料Dを得た。
この塗料Dを用いて、実施例1と同様にして、実施例4の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
Example 4
A CeO 2 dispersion D having a solid content of 30% by mass was obtained in the same manner as in Example 1 except that CeO 2 fine particles having an average primary particle diameter of 300 nm were used as oxide fine particles containing cerium.
Using this CeO 2 dispersion D, paint D of Example 4 in which CeO 2 fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1.
Using this coating material D, an exhaust gas purification filter of Example 4 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例5」
平均一次粒子径20nmのCeO2微粒子18g、平均一次粒子径300nmのCeO2微粒子72g、ポリカルボン酸系分散剤9g、水201gをボールミルで2時間混合し、固形分が30質量%のCeO2分散液Eを得た。
このCeO2分散液Eを用いて、実施例1と同様にして、水中にCeO2微粒子が分散した実施例5の塗料Eを得た。
この塗料Eを用いて、熱処理温度を1200℃とした以外は、実施例1と同様にして、実施例5の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
"Example 5"
18 g of CeO 2 fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm, 72 g of CeO 2 fine particles having an average primary particle diameter of 300 nm, 9 g of a polycarboxylic acid-based dispersant, and 201 g of water are mixed for 2 hours by a ball mill, and CeO 2 dispersion having a solid content of 30% by mass is dispersed. Liquid E was obtained.
Using this CeO 2 dispersion E, paint E of Example 5 in which CeO 2 fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1.
Using this paint E, an exhaust gas purification filter of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 1200 ° C. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例6」
塗料として実施例2で作製したものと同一の塗料Bを用い、この塗料BにSiC製ハニカム構造体(DPF、平均気孔径:10μm、平均気孔率:42%)を浸漬させた後に引き上げるディップコートを6回繰り返し行い、ハニカム構造体の隔壁の表面にCeO2微粒子からなる塗布膜を形成した。
次いで、ディップコート後のハニカム構造体を150℃にて1時間乾燥し、さらに、大気中、500℃にて2時間熱処理し、実施例6の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
"Example 6"
The same paint B as that prepared in Example 2 was used as the paint, and the dip coat was pulled up after the SiC honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 10 μm, average porosity: 42%) was immersed in this paint B Was repeated 6 times to form a coating film made of CeO 2 fine particles on the surface of the partition walls of the honeycomb structure.
Next, the honeycomb structure after dip coating was dried at 150 ° C. for 1 hour, and further heat-treated in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours to obtain an exhaust gas purification filter of Example 6. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例7」
塗料として実施例2で作製したものと同一の塗料Bを用い、この塗料BにSiC製ハニカム構造体(DPF、平均気孔径:10μm、平均気孔率:42%)を浸漬させた後に引き上げるディップコートを4回繰り返し行い、ハニカム構造体の隔壁の表面にCeO2微粒子からなる塗布膜を形成した。
次いで、ディップコート後のハニカム構造体を150℃にて1時間乾燥し、さらに、大気中、500℃にて2時間熱処理した。
このディップコート4回、150℃にて1時間乾燥、500℃にて2時間熱処理の工程をもう一度繰り返し行い、実施例7の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
"Example 7"
The same paint B as that prepared in Example 2 was used as the paint, and the dip coat was pulled up after the SiC honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 10 μm, average porosity: 42%) was immersed in this paint B Was repeated four times to form a coating film made of CeO 2 fine particles on the surface of the partition walls of the honeycomb structure.
Next, the honeycomb structure after dip coating was dried at 150 ° C. for 1 hour, and further heat-treated in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours.
The dip coating 4 times, drying at 150 ° C. for 1 hour, and heat treatment at 500 ° C. for 2 hours were repeated once more to obtain an exhaust gas purification filter of Example 7. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例8」
塗料として実施例2で作製したものと同一の塗料Bを用い、ハニカム構造体としてコージェライト製ハニカム構造体(DPF、平均気孔径:20μm、平均気孔率:60%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
"Example 8"
Except for using the same paint B as that prepared in Example 2 as the paint and using a cordierite honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 20 μm, average porosity: 60%) as the honeycomb structure, In the same manner as in Example 1, an exhaust gas purification filter of Example 8 was obtained. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例9」
塗料として実施例2で作製したものと同一の塗料Bを用い、ハニカム構造体としてチタン酸アルミニウム製ハニカム構造体(DPF、平均気孔径:10μm、平均気孔率:40%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例9の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
"Example 9"
The same coating material B as that prepared in Example 2 was used as the coating material, and an aluminum titanate honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 10 μm, average porosity: 40%) was used as the honeycomb structure. In the same manner as in Example 1, an exhaust gas purification filter of Example 9 was obtained. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例10」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径20nmの、セリウムとジルコニウムの組成比が1:1の複合酸化物(Ce0.5Zr0.5O2)微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCe0.5Zr0.5O2分散液Fを得た。
なお、ここでCe0.5Zr0.5O2と示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとジルコニウムの組成比が1:1の酸化物ということであって、セリウムとジルコニウムが1:1の組成比で完全に固溶した複合酸化物であるCeZrO4だけではなく、セリウムとジルコニウムの組成比が異なる複合酸化物や、酸化セリウム単体が含まれている。
このCe0.5Zr0.5O2分散液Fを用いて、実施例1と同様にして、水中にCe0.5Zr0.5O2微粒子が分散した実施例10の塗料Fを得た。
"Example 10"
As the oxide fine particles containing cerium, composite oxide (Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 ) fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm and a composition ratio of cerium and zirconium of 1: 1 were used. A Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 dispersion F having a solid content of 30% by mass was obtained in the same manner as in Example 1.
Here, what is indicated as Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 is an oxide having a composition ratio of cerium and zirconium of 1: 1 as a whole, and cerium and zirconium are 1: 1. In addition to CeZrO 4 , which is a complex oxide that is completely solid-solved at a composition ratio of 1, a composite oxide having a different composition ratio of cerium and zirconium and cerium oxide alone are included.
Using this Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 dispersion F, paint F of Example 10 in which Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1. It was.
この塗料Fを用いて、実施例1と同様にして、実施例10の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
Using this paint F, an exhaust gas purification filter of Example 10 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例11」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径20nmの、セリウムとジルコニウムの組成比が7:3の複合酸化物(Ce0.7Zr0.3O2)微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCe0.7Zr0.3O2分散液Gを得た。
なお、ここでCe0.7Zr0.3O2と示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとジルコニウムの組成比が7:3の酸化物ということであって、セリウムとジルコニウムが7:3の組成比で完全に固溶した複合酸化物であるCe7Zr3O20だけではなく、セリウムとジルコニウムの組成比が異なる複合酸化物や、酸化セリウム単体が含まれている。
このCe0.7Zr0.3O2分散液Gを用いて、実施例1と同様にして、水中にCe0.7Zr0.3O2微粒子が分散した実施例11の塗料Gを得た。
"Example 11"
As oxide fine particles containing cerium, composite oxide (Ce 0.7 Zr 0.3 O 2 ) fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm and a composition ratio of cerium and zirconium of 7: 3 were used. A Ce 0.7 Zr 0.3 O 2 dispersion G having a solid content of 30% by mass was obtained in the same manner as in Example 1.
Here, what is indicated as Ce 0.7 Zr 0.3 O 2 is an oxide having a cerium / zirconium composition ratio of 7: 3 as a whole, and cerium / zirconium is 7: 3. In addition to Ce 7 Zr 3 O 20 , which is a complex oxide that is completely solid-solved at a composition ratio of 1, composite oxides having different composition ratios of cerium and zirconium and cerium oxide alone are included.
Using this Ce 0.7 Zr 0.3 O 2 dispersion G, paint G of Example 11 in which Ce 0.7 Zr 0.3 O 2 fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1. It was.
この塗料Gを用いて、実施例1と同様にして、実施例11の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
Using this paint G, an exhaust gas purification filter of Example 11 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例12」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径20nmの、セリウムとジルコニウムの組成比が2:8の複合酸化物(Ce0.2Zr0.8O2)微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCe0.2Zr0.8O2分散液Hを得た。
なお、ここでCe0.2Zr0.8O2と示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとジルコニウムの組成比が2:8の酸化物ということであって、セリウムとジルコニウムが2:8の組成比で完全に固溶した複合酸化物であるCeZr4O10だけではなく、セリウムとジルコニウムの組成比が異なる複合酸化物や、酸化セリウム単体が含まれている。
このCe0.2Zr0.8O2分散液Hを用いて、実施例1と同様にして、水中にCe0.2Zr0.8O2微粒子が分散した実施例12の塗料Hを得た。
"Example 12"
As oxide fine particles containing cerium, composite oxide (Ce 0.2 Zr 0.8 O 2 ) fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm and a composition ratio of cerium and zirconium of 2: 8 were used. A Ce 0.2 Zr 0.8 O 2 dispersion H having a solid content of 30% by mass was obtained in the same manner as in Example 1.
Here, what is indicated as Ce 0.2 Zr 0.8 O 2 is an oxide having a composition ratio of cerium and zirconium of 2: 8 as the whole fine particles, and cerium and zirconium are in a ratio of 2: 8. In addition to CeZr 4 O 10 which is a complex oxide completely dissolved in the composition ratio, complex oxides having different composition ratios of cerium and zirconium and cerium oxide alone are included.
Using this Ce 0.2 Zr 0.8 O 2 dispersion H, paint H of Example 12 in which Ce 0.2 Zr 0.8 O 2 fine particles were dispersed in water was obtained in the same manner as in Example 1. It was.
この塗料Hを用いて、実施例1と同様にして、実施例12の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
Using this paint H, an exhaust gas purification filter of Example 12 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例13」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径20nmの、セリウムとランタンの組成比が9:1の複合酸化物(Ce0.9La0.1O2−x)微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCe0.9La0.1O2−x分散液Iを得た。
なお、ここでCe0.9La0.1O2−xと示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとランタンの組成比が9:1の酸化物ということであって、酸化セリウム結晶中に酸化ランタンが固溶した複合酸化物だけではなく、セリウムとランタンの組成比が9:1ではない複合酸化物や、酸化セリウム単体が含まれている。
このCe0.9La0.1O2−x分散液Iを用いて、実施例1と同様にして、水中にCe0.9La0.1O2−x微粒子が分散した実施例13の塗料Iを得た。
"Example 13"
Other than using oxide fine particles containing cerium, composite oxide (Ce 0.9 La 0.1 O 2-x ) fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm and a composition ratio of cerium and lanthanum of 9: 1. Obtained a Ce 0.9 La 0.1 O 2-x dispersion I having a solid content of 30% by mass in the same manner as in Example 1.
In addition, what is indicated as Ce 0.9 La 0.1 O 2-x here is an oxide having a composition ratio of cerium and lanthanum of 9: 1 as a whole as a whole, and in the cerium oxide crystal It includes not only complex oxides in which lanthanum oxide is dissolved, but also complex oxides in which the composition ratio of cerium and lanthanum is not 9: 1 and cerium oxide alone.
Using this Ce 0.9 La 0.1 O 2-x dispersion I, in the same manner as in Example 1, Ce 0.9 La 0.1 O 2-x fine particles dispersed in water were used. Paint I was obtained.
この塗料Iを用いて、実施例1と同様にして、実施例13の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
Using this paint I, an exhaust gas purification filter of Example 13 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例14」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径20nmの、セリウムとプラセオジムの組成比が9:1の複合酸化物(Ce0.9Pr0.1O2−x)微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCe0.9Pr0.1O2−x分散液Jを得た。
なお、ここでCe0.9Pr0.1O2−xと示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとプラセオジムの組成比が9:1の酸化物ということであって、酸化セリウム結晶中に酸化プラセオジムが固溶した複合酸化物だけではなく、セリウムとプラセオジムの組成比が9:1ではない複合酸化物や、酸化セリウム単体が含まれている。
このCe0.9Pr0.1O2−x分散液Jを用いて、実施例1と同様にして、水中にCe0.9Pr0.1O2−x微粒子が分散した実施例14の塗料Jを得た。
"Example 14"
Other than using oxide fine particles containing cerium, composite oxide (Ce 0.9 Pr 0.1 O 2-x ) fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm and a composition ratio of cerium and praseodymium of 9: 1. Obtained a Ce 0.9 Pr 0.1 O 2-x dispersion J having a solid content of 30% by mass in the same manner as in Example 1.
In addition, what is indicated as Ce 0.9 Pr 0.1 O 2-x here is an oxide having a composition ratio of cerium and praseodymium of 9: 1 as a whole of the fine particles, and in the cerium oxide crystal It includes not only a complex oxide in which praseodymium oxide is dissolved, but also a complex oxide in which the composition ratio of cerium and praseodymium is not 9: 1 or cerium oxide alone.
Using this Ce 0.9 Pr 0.1 O 2-x dispersion liquid J, in the same manner as in Example 1, Ce 0.9 Pr 0.1 O 2-x fine particles were dispersed in water. Paint J was obtained.
この塗料Jを用いて、実施例1と同様にして、実施例14の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
Using this paint J, an exhaust gas purification filter of Example 14 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「実施例15」
セリウムを含有する酸化物微粒子として、平均一次粒子径20nmの、セリウムとイットリウムの組成比が9:1の複合酸化物(Ce0.9Y0.1O2−x)微粒子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして固形分30質量%のCe0.9Y0.1O2−x分散液Kを得た。
なお、ここでCe0.9Y0.1O2−xと示すものは、あくまで微粒子全体としてのセリウムとイットリウムの組成比が9:1の酸化物ということであって、酸化セリウム結晶中に酸化イットリウムが固溶した複合酸化物だけではなく、セリウムとイットリウムの組成比が9:1ではない複合酸化物や、酸化セリウム単体が含まれている。
このCe0.9Y0.1O2−x分散液Kを用いて、実施例1と同様にして、水中にCe0.9Y0.1O2−x微粒子が分散した実施例15の塗料Kを得た。
"Example 15"
Other than using oxide fine particles containing cerium, composite oxide (Ce 0.9 Y 0.1 O 2-x ) fine particles having an average primary particle diameter of 20 nm and a composition ratio of cerium and yttrium of 9: 1. Obtained a Ce 0.9 Y 0.1 O 2-x dispersion K having a solid content of 30% by mass in the same manner as in Example 1.
In addition, what is indicated as Ce 0.9 Y 0.1 O 2-x here is an oxide having a composition ratio of cerium and yttrium of 9: 1 as a whole of the fine particles, and in the cerium oxide crystal It includes not only complex oxides in which yttrium oxide is dissolved, but also complex oxides in which the composition ratio of cerium and yttrium is not 9: 1 and cerium oxide alone.
Using this Ce 0.9 Y 0.1 O 2-x dispersion liquid K, in the same manner as in Example 1, Ce 0.9 Y 0.1 O 2-x fine particles were dispersed in water. A paint K was obtained.
この塗料Kを用いて、実施例1と同様にして、実施例15の排ガス浄化フィルタを得た。得られた排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
Using this paint K, an exhaust gas purification filter of Example 15 was obtained in the same manner as Example 1. The obtained exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「比較例1」
多孔質膜が設けられていないハニカム構造体として、実施例1で用いたSiC製のハニカム構造体(DPF、平均気孔径:10μm、平均気孔率:42%)と同一のSiC製ハニカム構造体を、比較例1の排ガス浄化フィルタとした。
この排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様の評価を行った。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
“Comparative Example 1”
As a honeycomb structure not provided with a porous membrane, the same SiC honeycomb structure as the SiC honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 10 μm, average porosity: 42%) used in Example 1 was used. The exhaust gas purification filter of Comparative Example 1 was obtained.
This exhaust gas purification filter was evaluated in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
「比較例2」
(塗料の作製)
平均一次粒子径5nmのCeO2微粒子90g、ポリカルボン酸系分散剤9g、水201gをサンドグラインダーで4時間分散処理し、固形分が30質量%のCeO2分散液Lを得た。
このCeO2分散液L167gに、メチルセルロースA(25℃における2%水溶液の粘度が5mPa・s)を15質量%含む水溶液67g、水16gを加えてマグネチックスターラーを用いて1時間攪拌し、水中にCeO2微粒子が分散した比較例2の塗料Lを得た。
“Comparative Example 2”
(Preparation of paint)
90 g of CeO 2 fine particles having an average primary particle diameter of 5 nm, 9 g of a polycarboxylic acid-based dispersant, and 201 g of water were dispersed by a sand grinder for 4 hours to obtain a CeO 2 dispersion L having a solid content of 30% by mass.
To this 167 g of CeO 2 dispersion liquid, 67 g of an aqueous solution containing 15% by mass of methylcellulose A (2% aqueous solution viscosity at 25 ° C.) and 16 g of water were added and stirred for 1 hour using a magnetic stirrer. A paint L of Comparative Example 2 in which CeO 2 fine particles were dispersed was obtained.
(排ガス浄化フィルタの作製)
上記の塗料L中に、SiC製のハニカム構造体(DPF、平均気孔径:10μm、平均気孔率:42%)を浸漬させた後に引き上げるディップコートを3回繰り返し行い、ハニカム構造体の隔壁の表面にCeO2微粒子からなる塗布膜を形成した。なお、ハニカム構造体は予め純水に浸漬し、気孔内に水を充填保持させておいた。
次いで、ディップコート後のハニカム構造体を150℃にて1時間乾燥し、さらに、大気中、500℃にて2時間熱処理し、比較例2の排ガス浄化フィルタを得た。
(Production of exhaust gas purification filter)
The surface of the partition walls of the honeycomb structure was repeatedly subjected to dip coating three times after the SiC honeycomb structure (DPF, average pore diameter: 10 μm, average porosity: 42%) was immersed in the paint L to form a coating film composed of CeO 2 fine particles. The honeycomb structure was previously immersed in pure water, and the pores were filled and held with water.
Next, the honeycomb structure after dip coating was dried at 150 ° C. for 1 hour, and further heat-treated in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours to obtain an exhaust gas purification filter of Comparative Example 2.
(排ガス浄化フィルタの評価)
得られた排ガス浄化フィルタについて、ハニカム構造体の隔壁表面を電界放射型走査電子顕微鏡 S−4000(日立計測器サービス社製)により観察したところ、隔壁の表面には多孔質膜が形成されておらず、塗布したCeO2微粒子は、気孔内を含む隔壁全体に分散していた。
さらに、この排ガス浄化フィルタについて、捕集効率試験、圧力損失試験、燃焼試験を実施例1と同様にして行い、評価した。
この排ガス浄化フィルタの作製条件を表1に、得られた排ガス浄化フィルタの評価結果を表2に示す。
(Evaluation of exhaust gas purification filter)
With respect to the obtained exhaust gas purification filter, the partition wall surface of the honeycomb structure was observed with a field emission scanning electron microscope S-4000 (manufactured by Hitachi Keiki Service Co., Ltd.), and a porous film was not formed on the partition wall surface. First, the applied CeO 2 fine particles were dispersed throughout the partition including the pores.
Further, the exhaust gas purification filter was evaluated by performing a collection efficiency test, a pressure loss test, and a combustion test in the same manner as in Example 1.
The production conditions for the exhaust gas purification filter are shown in Table 1, and the evaluation results of the obtained exhaust gas purification filter are shown in Table 2.
これらの評価結果によれば、実施例1〜15の排ガス浄化フィルタは、比較例1の多孔質膜が設けられていないハニカム構造体と比べて、粒子状物質の捕集効率に優れており、圧力損失の増加もわずかであり、粒子状物質の燃焼時間も短縮されており、良好な特性を有する排ガス浄化フィルタが得られていることが分かった。
ただし、実施例7の排ガス浄化フィルタは、他の実施例の排ガス浄化フィルタと比べて圧力損失が多少高く、粒子状物質の燃焼時間もあまり短縮されていなかった。これは多孔質膜の膜厚がやや厚すぎることによると考えられ、多孔質膜の膜厚は40μm以下がより好ましいことを示している。
According to these evaluation results, the exhaust gas purification filters of Examples 1 to 15 are superior in the collection efficiency of the particulate matter as compared with the honeycomb structure in which the porous film of Comparative Example 1 is not provided. It was found that the increase in pressure loss was slight, the combustion time of the particulate matter was shortened, and an exhaust gas purification filter having good characteristics was obtained.
However, the exhaust gas purification filter of Example 7 had a somewhat higher pressure loss than the exhaust gas purification filters of other examples, and the combustion time of the particulate matter was not so shortened. This is considered to be because the film thickness of the porous film is slightly too thick, and the film thickness of the porous film is more preferably 40 μm or less.
一方、比較例1の排ガス浄化フィルタは、多孔質膜を設けない従来型のものであるから、実施例1〜15の排ガス浄化フィルタと比べて、粒子状物質の捕集効率が低く、粒子状物質の燃焼時間も長かった。
比較例2の排ガス浄化フィルタは、多孔質膜が形成されていなかったが、その理由は、CeO2微粒子の二次粒子径が小さ過ぎたために、このCeO2微粒子が気孔内を含む隔壁全体に分散してしまい、その結果、多孔質膜を形成することができなかったものと考えられる。
On the other hand, since the exhaust gas purification filter of Comparative Example 1 is a conventional filter without a porous membrane, the particulate matter collection efficiency is lower than that of the exhaust gas purification filters of Examples 1 to 15, and the particulate matter The burning time of the substance was also long.
In the exhaust gas purification filter of Comparative Example 2, the porous film was not formed, because the secondary particle diameter of the CeO 2 fine particles was too small, so that the CeO 2 fine particles spread over the entire partition including the pores. As a result, it was considered that the porous film could not be formed.
この比較例2の排ガス浄化フィルタでは、多孔質膜が形成されていないために、捕集効率はほとんど改善されていなかった。また、粒子状物質の燃焼時間はむしろ増加しており、酸化触媒効果を有するCeO2微粒子を担持させた効果が得られていない。これは、粒子状物質が隔壁表面に堆積するのに対し、CeO2微粒子のほとんどが気孔内に存在して粒子状物質と接することがないために、CeO2微粒子の触媒効果が発現されなかったためと考えられる。 In the exhaust gas purification filter of Comparative Example 2, since the porous film was not formed, the collection efficiency was hardly improved. Moreover, the burning time of the particulate matter is rather increased, and the effect of supporting CeO 2 fine particles having an oxidation catalyst effect is not obtained. This is because the particulate matter is deposited on the partition wall surface, but most of the CeO 2 fine particles are present in the pores and do not come into contact with the particulate matter, so that the catalytic effect of the CeO 2 fine particles was not expressed. it is conceivable that.
10 DPF
11 フィルタ基体
12 ガス流路
12A 流入セル
12B 流出セル
13 多孔質膜
14 隔壁
30 粒子状物質
α、γ 端面
G 排ガス
C 浄化ガス
10 DPF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記隔壁の平均細孔径は5μm以上かつ50μm以下であり、
少なくとも前記流入側ガス流路の内壁面に、平均気孔径が0.05μm以上かつ5μm以下であり、セリウムを含有する酸化物を含む多孔質膜を設けてなることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。 A filter base made of a porous body, an inflow gas passage provided on the inflow side of the exhaust gas containing particulate matter of the filter base and having an open inflow end, and the outflow side of the exhaust gas of the filter base An outflow side gas passage having an open end on the outflow side, and a partition wall disposed between the inflow side gas passage and the outflow side gas passage to purify the exhaust gas by passing therethrough. Exhaust gas purification filter,
The average pore diameter of the partition walls is 5 μm or more and 50 μm or less,
An exhaust gas purification filter comprising a porous film containing an oxide containing cerium having an average pore diameter of 0.05 μm or more and 5 μm or less on at least an inner wall surface of the inflow side gas flow path.
酸化セリウム単体、
または、ジルコニウム、イットリウム、希土類元素の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物、
または、ジルコニウム、イットリウム、希土類元素の群から選択される1種または2種以上の元素とセリウムとの複合酸化物と酸化セリウム単体との混合物、
であることを特徴とする請求項1記載の排ガス浄化フィルタ。 The oxide containing cerium is
Cerium oxide alone,
Or a composite oxide of cerium with one or more elements selected from the group consisting of zirconium, yttrium, and rare earth elements,
Or a mixture of a complex oxide of cerium and one or more elements selected from the group consisting of zirconium, yttrium, and rare earth elements, and cerium oxide alone,
The exhaust gas purification filter according to claim 1, wherein
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