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JPH04145927A - Exhaust gas purifying material and purifying method - Google Patents

Exhaust gas purifying material and purifying method

Info

Publication number
JPH04145927A
JPH04145927A JP2270201A JP27020190A JPH04145927A JP H04145927 A JPH04145927 A JP H04145927A JP 2270201 A JP2270201 A JP 2270201A JP 27020190 A JP27020190 A JP 27020190A JP H04145927 A JPH04145927 A JP H04145927A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
catalyst
filter
particulates
ceramic powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2270201A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Abe
晃 阿部
Satoshi Kadoya
聡 角屋
Yoshikazu Takahashi
高橋 嘉一
Kiyohide Yoshida
吉田 清英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Riken Corp filed Critical Riken Corp
Priority to JP2270201A priority Critical patent/JPH04145927A/en
Priority to GB9121396A priority patent/GB2248560B/en
Priority to DE4133337A priority patent/DE4133337A1/en
Priority to US07/773,113 priority patent/US5213781A/en
Publication of JPH04145927A publication Critical patent/JPH04145927A/en
Priority to US08/016,764 priority patent/US5340548A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

PURPOSE:To remove both of particulate carbon matter and NOx in exhaust gas by using a purifying material obtd. by forming a catalyst layer comprising a mixture of ceramic powder carrier and a catalyst comprising an alkali metal and a specified transition metal and a rare earth metal with a specified mixing proportion on a heat-resistant porous filter. CONSTITUTION:A purifying material used is manufactured by forming a catalyst layer comprising a uniform mixture of ceramic powder carrier and a catalyst comprising an alkali metal and a specified transition metal and a rare earth metal on a heat-resistant porous filter. The mixing ratio is to 100 pts.wt. of the filter, 1-20 pts.wt. of catalyst and 1-10 pts.wt. of ceramic powder carrier. The material to form the filter is a ceramics such as alumina, silica, zirconia, etc. The alkali metal is lithium, sodium, potassium, and cesium, prefeably. The specified transition metal is Cu and V. The rare earth metal is cerium, lanthanum, neodymium, praseodymium, etc., preferably.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排ガス浄化材及びこの排ガス浄化材を使用した
排ガス浄化方法に関し、更に詳しくは、ディーゼルエン
ジン等の排ガス中の窒素酸化物(以下NOXと呼ぶ)と
微粒子状物質(以下パティキュレートと呼ぶ)とを同時
に除去することのできる排ガス浄化材、及びその排ガス
浄化材を使用した排ガス浄化方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an exhaust gas purification material and an exhaust gas purification method using this exhaust gas purification material. The present invention relates to an exhaust gas purification material that can simultaneously remove particulate matter (hereinafter referred to as "particulates") and an exhaust gas purification method using the exhaust gas purification material.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕近年、
ディーゼルエンジン等から排出される排ガス中の微粒子
状物質(主として固体状炭素微粒子からなり、パティキ
ュレートき称される)や、NOX等が環境衛生上有害な
ものとして問題化している。特に、パティキュレートは
、平均粒径が0゜1〜1μmで大気中に浮遊しやすいた
め、呼吸により人体内に取り込まれやすく、また最近の
臨床試験結果では、発ガン性物質をも含んでいることが
確認されている。
[Problems to be solved by conventional techniques and inventions] In recent years,
Particulate matter (mainly composed of solid carbon particles, referred to as particulates), NOx, and the like in exhaust gas discharged from diesel engines and the like have become a problem as harmful to environmental health. In particular, particulates have an average particle size of 0.1 to 1 μm and are easily suspended in the air, so they are easily taken into the human body through breathing, and recent clinical test results show that they also contain carcinogenic substances. This has been confirmed.

パティキュレートの除去方法としては、大別して以下の
2つの方法が検討されている。その一つは、耐熱性フィ
ルタを用いて排ガスを濾過することによりパティキュレ
ートを捕捉し、これによる圧力損失が上昇したらバーナ
、電気ヒータ等によって、捕捉したパティキュレートを
燃焼せしめてフィルタを再生する方法である。用いられ
る耐熱フィルタとしては、ハニカム型セラミックフィル
タ、三次元網目構造を持つフオーム型セラミックフィル
タ、スチールウール、ワイヤメツシュ等がある。
The following two methods are being considered as methods for removing particulates. One method is to capture particulates by filtering exhaust gas using a heat-resistant filter, and when the resulting pressure loss increases, the filter is regenerated by burning the captured particulates with a burner, electric heater, etc. It is. Heat-resistant filters that can be used include honeycomb ceramic filters, foam ceramic filters with a three-dimensional mesh structure, steel wool, wire mesh, and the like.

他の一つは、上述したようなフィルタに担持した触媒の
作用で、パティキュレートの濾過操作とともにこれを自
己燃焼させる方法である。
The other method is to filter particulates and self-combust them using the action of a catalyst supported on a filter as described above.

前者の場合、パティキュレートの除去効果を高めれば高
めるほど圧力損失の上昇が速く、再生頻度も多くなり、
再生に高い信頼性が要求され、しかも経済的にも不利に
なると考えられる。
In the former case, the higher the particulate removal effect, the faster the pressure drop will rise, and the more frequently the regeneration will occur.
High reliability is required for reproduction, and it is considered to be economically disadvantageous.

これに対して、後者の方法は、ディーゼルエンジンの排
気ガスの排出条件(ガス組成及び温度)において触媒活
性を保持しつる触媒があれば、はるかに優れた方法と考
えられる。
On the other hand, the latter method is considered to be a much better method if there is a catalyst that maintains catalytic activity under the exhaust gas emission conditions (gas composition and temperature) of a diesel engine.

しかしながら、ディーゼルエンジンは燃料として軽油を
用いるため、排ガス中にSO□を多く含み、また、ディ
ーゼルエンジンの運転状況によって、排ガス中の酸素濃
度が2〜20%の広範囲に変化する。このような排ガス
条件下で、蓄積したパティキュレートを良好に着火燃焼
し、しかも二次公害を起こさない排ガス浄化フィルタの
再生方法はまだ確立されていない。
However, since diesel engines use light oil as fuel, the exhaust gas contains a large amount of SO□, and the oxygen concentration in the exhaust gas varies over a wide range of 2 to 20% depending on the operating conditions of the diesel engine. Under such exhaust gas conditions, a method for regenerating an exhaust gas purification filter that satisfactorily ignites and burns the accumulated particulates and does not cause secondary pollution has not yet been established.

たとえば、これまでに提案されたディーゼルエンジン等
の排ガス中のパティキュレートの浄化用触媒としては、
貴金属系、卑金属系のものがあるが、貴金属系の触媒は
、耐久性や、CO1未燃未燃炭化水素(以下これをHC
と呼ぶ)等の酸化特性が高い反面、排ガス中に存在する
S02をSO3に転化しやすく、二次公害を生む可能性
が高い。またパティキュレート中の媒介の燃焼特性を低
下させる欠点もある。一方、卑金属系の触媒は、パティ
キュレートの浄化触媒きしては効果があるが、耐久性の
点で問題がある。
For example, the catalysts proposed so far for purifying particulates in exhaust gas from diesel engines, etc.
There are noble metal-based and base metal-based catalysts, but noble metal-based catalysts are more durable and produce CO1 and unburned hydrocarbons (hereinafter referred to as HC).
Although it has high oxidizing properties such as (referred to as ), it is easy to convert SO2 present in exhaust gas into SO3, and there is a high possibility of producing secondary pollution. It also has the disadvantage of reducing the combustion characteristics of the media in the particulates. On the other hand, base metal catalysts are effective as catalysts for purifying particulates, but have problems in terms of durability.

また、これまでに提案された排ガス浄化触媒や浄化材の
ほとんどは、パティキュレートの着火温度を低下させる
ことに主眼がおかれ、排ガス中の酸素濃度が一般に高い
か、又は酸素濃度が大きく変化するようなディーゼルエ
ンジン等の排ガスでは、それに含まれるNOxの除去は
未解決のまま残されている。
In addition, most of the exhaust gas purification catalysts and purification materials proposed so far have focused on lowering the ignition temperature of particulates, and the oxygen concentration in the exhaust gas is generally high or changes significantly. Removal of NOx contained in exhaust gas from diesel engines and the like remains unresolved.

従って本発明の目的は、ディーゼルエンジン等が排出す
るような酸素濃度変化の大きい排ガス中に含まれるパテ
ィキュレートを効率的に燃焼除去し、同時に窒素酸化物
をも効果的に除去できる排ガス浄化材及び排ガス浄化方
法を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying material that can efficiently burn and remove particulates contained in exhaust gas with large changes in oxygen concentration, such as those emitted by diesel engines, and at the same time, can also effectively remove nitrogen oxides. An object of the present invention is to provide a method for purifying exhaust gas.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、耐熱性の
ある多孔性フィルタ上に、アルカリ金属と、特定の遷移
金属と、希土類金属とからなる触媒と、セラミック粉末
担体とが均一に混合してなる触媒層を形成した浄化材を
用いれば、酸素濃度が大きく変化する排ガスでも効率良
くパティキュレートとNOXとを同時に除去することが
でき、かつその除去能力も長時間持続し、また圧力損失
を小さくすることができることを発見し、本発明を完成
した。
As a result of intensive research in view of the above issues, the present inventors have discovered that a catalyst consisting of an alkali metal, a specific transition metal, and a rare earth metal, and a ceramic powder carrier are uniformly mixed on a heat-resistant porous filter. By using a purifying material that has a catalyst layer formed of a They discovered that it is possible to reduce the size of the device, and completed the present invention.

すなわち本発明の排ガス浄化材は、耐熱多孔性フィルタ
上に、(a)アルカリ金属元素と、(b)Cu元素及び
V元素と、(c)希土類元素とからなる触媒と、セラミ
ック粉末担体との均一混合物からなる触媒層を設け、前
記フィルタ100重量部当たり、前記触媒は1〜20重
量部であり、前記セラミック粉末担体は1〜10重量部
であることを特徴とする。
That is, the exhaust gas purifying material of the present invention has a catalyst comprising (a) an alkali metal element, (b) a Cu element and a V element, and (c) a rare earth element, and a ceramic powder carrier on a heat-resistant porous filter. A catalyst layer made of a homogeneous mixture is provided, and the amount of the catalyst is 1 to 20 parts by weight and the amount of the ceramic powder carrier is 1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the filter.

また本発明の排ガス浄化方法は、前記排ガス浄化材を用
い、フィルタに担持した前記触媒によって排ガス中のパ
ティキュレートを酸化すると同時に、前記パティキュレ
ートを還元剤として窒素酸化物を還元することを特徴と
する。
Further, the exhaust gas purification method of the present invention is characterized in that, using the exhaust gas purification material, particulates in the exhaust gas are oxidized by the catalyst supported on a filter, and at the same time, nitrogen oxides are reduced using the particulates as a reducing agent. do.

以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明で用いるフィルタは、高温の排ガスを濾過するも
のであるため、その形成材料としては、多孔性で耐熱性
、特に耐熱衝撃特性の高いものである必要がある。しか
も必要なパティキュレート捕集性能を保有しつつ、圧力
損失が許容範囲内であることが必要である。そのような
フィルタ形成材料としては、アルミナ、シリカ、チタニ
ア、ジルコニア、シリカ−アルミナ、アルミナ−ジルコ
ニア、アルミナ−チタニア、シリカ−チタニア、シリカ
−ジルコニア、チタニア−ジルコニア、ムライト、コー
ジェライト等のセラミックスが挙げられる。
Since the filter used in the present invention filters high-temperature exhaust gas, the material from which it is formed must be porous and have high heat resistance, particularly high thermal shock resistance. Moreover, it is necessary that the pressure loss be within an allowable range while maintaining the necessary particulate collection performance. Examples of such filter forming materials include ceramics such as alumina, silica, titania, zirconia, silica-alumina, alumina-zirconia, alumina-titania, silica-titania, silica-zirconia, titania-zirconia, mullite, and cordierite. It will be done.

フィルタのポロシティは40〜80%であるのが良い。The porosity of the filter is preferably 40-80%.

フィルタの形状と大きさは、目的に応じて種々変更する
ことができるが、一般に円筒形に形成され、その直径は
30〜400mm 、厚さは50〜300mmとするの
が好ましい。また必要に応じて、複数枚積層してもよい
The shape and size of the filter can be varied depending on the purpose, but it is generally cylindrical, with a diameter of 30 to 400 mm and a thickness of 50 to 300 mm. Moreover, if necessary, a plurality of sheets may be laminated.

上記のフィルタに担持する触媒としては、(a)アルカ
リ金属(Li 、 Na、 K 、 Cs等)と、(b
)Cu及びVと、(c)希土類元素(ce 、 La、
 Nd、 Sm等)とからなるものを用いる。
The catalysts supported on the above filter include (a) alkali metals (Li, Na, K, Cs, etc.) and (b)
) Cu and V, and (c) rare earth elements (ce, La,
(Nd, Sm, etc.) is used.

上述の構成の触媒を用いることによって、比較的低温で
排ガス中のパティキュレートを着火燃焼させることがで
きるとともに、NOXの除去を効果的に行うことができ
る。すなわち、フィルタ内で排ガス中のパティキュレー
トが上記触媒元素及び酸素と共存することによって着火
温度が下がり、パティキュレートが400℃以下で燃焼
(酸化)される。また、それと同時に、パティキュレー
トが還元剤として作用してN[]Xを還元し、排ガスが
効果的に浄化される。このように、比較的低温でNOX
の還元が効率よく起こるのは、排ガス中のパティキュレ
ートと上記の触媒線分(a)、(b)及び(c)が同時
に存在することによる相乗効果によるものと思われる。
By using the catalyst configured as described above, particulates in exhaust gas can be ignited and burned at a relatively low temperature, and NOx can be effectively removed. That is, the particulates in the exhaust gas coexist with the catalyst element and oxygen in the filter, thereby lowering the ignition temperature and burning (oxidizing) the particulates at 400° C. or lower. At the same time, the particulates act as a reducing agent to reduce N[]X, and the exhaust gas is effectively purified. In this way, NOx is generated at relatively low temperatures.
The reason why the reduction occurs efficiently is thought to be due to the synergistic effect caused by the simultaneous presence of the particulates in the exhaust gas and the catalyst segments (a), (b), and (c).

NOXとパティキュレートとの同時除去は、アルカリ金
属と、遷移金属と、希土類金属とからなる触媒、特に遷
移金属としてCuを用いた場合、その浄化能は使用初期
においては優れたものとなるが、単に上記の三種の元素
(アルカリ金属、遷移金属としてCu、希土類金属)の
組合せとしただけでは、排ガス中に含まれる硫黄及びそ
の酸化物の存在によりしだいに触媒の浄化特性が低下し
てしまう。
For simultaneous removal of NOX and particulates, a catalyst consisting of an alkali metal, a transition metal, and a rare earth metal, especially Cu as the transition metal, has excellent purification ability in the initial stage of use. If the above three elements (alkali metal, Cu as a transition metal, and rare earth metal) are simply combined, the purification properties of the catalyst will gradually deteriorate due to the presence of sulfur and its oxides contained in the exhaust gas.

特に排ガスは高温であるので、802等の硫黄酸化物に
より触媒の浄化特性の低下が急激に起こる。
In particular, since the exhaust gas is at a high temperature, sulfur oxides such as 802 cause a rapid deterioration in the purification properties of the catalyst.

そこで、本発明においては、(b)遷移金属として、C
uとVを用いる。■の添加により、すなわちアルカリ金
属、Cu及びV、希土類金属の組合せとすることにより
、触媒の初期特性に関してはそれほど大きな向上は期待
できないが、長期にわたる安定したNOxとパティキュ
レートの同時除去特性が得られる。
Therefore, in the present invention, as (b) transition metal, C
Use u and V. By adding (2), that is, a combination of alkali metals, Cu and V, and rare earth metals, although it is not expected that the initial characteristics of the catalyst will be significantly improved, stable simultaneous removal characteristics of NOx and particulates can be achieved over a long period of time. It will be done.

(a)アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、
カリウム、及びセシウムを用いるのが好ましGloまた
、(c)希土類金属としては、セリウム、ランタン、ネ
オジウム、プラセオジム等を用いるのが好ましい。
(a) Alkali metals include lithium, sodium,
It is preferable to use potassium and cesium, and (c) as the rare earth metal, it is preferable to use cerium, lanthanum, neodymium, praseodymium, etc.

上記の触媒各成分(a)、ら)及び(c)の配合量は、
それぞれの金属分の重量比で、(a)が10〜50%、
ら)が30〜90%、(c)が10〜50%とするのが
よい。また、(b)のCuとVとの辻率は重量比で5/
1〜1/15程度とするのがよい。
The amounts of each of the above catalyst components (a), ra) and (c) are as follows:
The weight ratio of each metal component is 10 to 50% (a),
(a) is preferably 30 to 90%, and (c) is preferably 10 to 50%. In addition, the weight ratio of Cu and V in (b) is 5/
It is preferable to set it to about 1 to 1/15.

上述した触媒は、担体となるセラミック粉末と均一に混
合したのち、熱多孔性フィルタへ担持される。すなわち
、耐熱多孔性フィルタ上には、上記の触媒とセラミック
粉末とが均一に混合してなる触媒層が形成される。この
触媒層は、たとえば後述するウォッシュコート法、ゾル
−ゲル法等により形成することができる。このような方
法によれば、触媒層を多孔質の層とすることができ、排
ガスとの接触面積が大きくなる。
The above-described catalyst is uniformly mixed with ceramic powder serving as a carrier, and then supported on a thermoporous filter. That is, a catalyst layer made of a uniform mixture of the above catalyst and ceramic powder is formed on the heat-resistant porous filter. This catalyst layer can be formed, for example, by a wash coating method, a sol-gel method, etc., which will be described later. According to such a method, the catalyst layer can be made into a porous layer, and the contact area with exhaust gas becomes large.

担体となるセラミック粉末としては、チタニア、アルミ
ナ、シリカ、チタニア−アルミナ、チタニア−シリカ、
等の多孔性で表面積の大きいセラミックスを用いること
ができる。
Ceramic powders used as carriers include titania, alumina, silica, titania-alumina, titania-silica,
Porous ceramics with a large surface area can be used.

触媒の担持量は、フィルタ100重量部当たり1〜20
重量部とする。触媒量が1重量部未満ではパティキュレ
ートとNOXの同時除去が難しくなる。
The amount of catalyst supported is 1 to 20 per 100 parts by weight of the filter.
Part by weight. If the amount of catalyst is less than 1 part by weight, it becomes difficult to simultaneously remove particulates and NOX.

一方、上限を超える量の触媒を担持しても排ガスの浄化
能にそれほどの向上がみられないので、上限を20重量
部とする。好ましい触媒の量は5〜15重量部である。
On the other hand, even if an amount of catalyst exceeding the upper limit is supported, the exhaust gas purifying ability is not significantly improved, so the upper limit is set to 20 parts by weight. The preferred amount of catalyst is 5 to 15 parts by weight.

また、触媒の担体となるセラミック粉末の量は、フィル
タ100重量部あたり1〜10重量部とする。
Further, the amount of ceramic powder serving as a carrier for the catalyst is 1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the filter.

セラミック粉末の量が上記下限値未満であると、充分な
量の触媒を担持てきなくなるので好ましくない。一方、
セラミック粉末の量を上記上限値を超す量とすると、浄
化材における圧力損失が大きくなりすぎる。好ましいセ
ラミック粉末の量は、2〜6重量部である。
If the amount of ceramic powder is less than the above lower limit, it is not preferable because it will not be able to support a sufficient amount of catalyst. on the other hand,
If the amount of ceramic powder exceeds the above upper limit, the pressure loss in the purifying material will become too large. The preferred amount of ceramic powder is 2 to 6 parts by weight.

ウォッシュコート法による触媒担体層(多孔質セラミッ
ク層)の形成は、触媒をあらかじめ上述のチタニア等の
セラミック粉末に含浸しておき、この触媒活性種を含有
するセラミック粉末のスラリー中に上記フィルタを浸漬
して行うことができる。
Formation of the catalyst carrier layer (porous ceramic layer) by the wash coating method involves impregnating the catalyst in advance with ceramic powder such as titania, and then immersing the filter in a slurry of the ceramic powder containing the catalytically active species. You can do it by doing this.

また、ゾル−ゲル法による担体層の形成は以下の通り行
う。
Further, the formation of the carrier layer by the sol-gel method is performed as follows.

触媒の担体層となるセラミック層を形成する金属の有機
塩(例えばセラミック層をTiO□とする場合はTiの
アルコキシド等を用いる)のアルコール溶液に、Cll
3COOH、HNO,、)ICff等の酸と、触媒活性
金属種の塩の水溶液を加えてコーティング溶液を調製す
る。次いで、このコーティング溶液にフィルタを浸漬し
た後、水蒸気等との接触によりフィルタ上にコロイド粒
子の膜を生成させ、乾燥、焼成して触媒を有する多孔質
のセラミック層をフィルタ上に形成する。ゾル−ゲル法
において、ゲル化の際の加水分解反応の触媒として酸を
添加するが、酸の代わりにアルカリを添加しても、加水
分解反応を促進することができる。
ClCl is added to an alcohol solution of a metal organic salt (for example, when the ceramic layer is made of TiO□, use a Ti alkoxide, etc.) that forms the ceramic layer that becomes the catalyst carrier layer.
A coating solution is prepared by adding an acid such as 3COOH, HNO, .)ICff and an aqueous solution of a salt of a catalytically active metal species. Next, after the filter is immersed in this coating solution, a film of colloidal particles is formed on the filter by contact with water vapor or the like, and then dried and fired to form a porous ceramic layer containing a catalyst on the filter. In the sol-gel method, an acid is added as a catalyst for the hydrolysis reaction during gelation, but the hydrolysis reaction can also be promoted by adding an alkali instead of the acid.

なお、チタニア以外のセラミックスにより触媒担体層を
形成する場合でも、同様にして行うことができる。例え
ば、アルミナの担体層とする場合は、A1のアルコキシ
ドを用いればよい。その他の多孔質セラミックスを用い
るときも同様である。
Note that even when the catalyst carrier layer is formed of ceramics other than titania, the same method can be used. For example, in the case of forming an alumina carrier layer, an alkoxide of A1 may be used. The same applies when using other porous ceramics.

なお、触媒活性金属種の塩としては、水に溶解するもの
であれば、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物等、どの
よう−な種類のものでも用いることができる。■の担持
ては、NH,VO2としゆう酸の溶液を用いることがで
きる。またアルカリのバナジン酸塩(たとえば、バナジ
ン酸カリウム、バナジン酸ナトリウム、バナジン酸セシ
ウム等)を用い、アルカリ金属とVとを同時に担体する
こともできる。
As the salt of the catalytically active metal species, any type of salt can be used as long as it is soluble in water, such as carbonate, nitrate, acetate, hydroxide, etc. For the carrier (2), a solution of NH, VO2 and citric acid can be used. Furthermore, an alkali metal and V can be simultaneously supported using an alkali vanadate (for example, potassium vanadate, sodium vanadate, cesium vanadate, etc.).

上述の通り、本発明の排ガスは触媒と多孔質のセラミッ
ク粉末とが均一に混合してなる触媒層を表面に有するの
で、触媒の担体となるセラミックスの量が少なくても比
較的多くの触媒を担持することができ、もってフィルタ
の圧力損失を小さくすることができる。すなわち、大き
な圧力損失をまねくことのない程度の少ないセラミック
ス量でもフィルタ上に多量の触媒を担持することができ
る。
As mentioned above, the exhaust gas of the present invention has a catalyst layer on its surface made of a uniform mixture of catalyst and porous ceramic powder, so even if the amount of ceramics serving as a catalyst carrier is small, a relatively large amount of catalyst can be carried. can be supported, thereby reducing the pressure loss of the filter. That is, a large amount of catalyst can be supported on the filter even with a small amount of ceramics that does not cause a large pressure loss.

〔実施例〕〔Example〕

本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳細に説明す
る。
The present invention will be explained in more detail by the following specific examples.

実施例1.2 所定量のTiのアルコキシド(Ti (0−iso C
3L) 4)のアルコール溶液に酢酸を加えたものに、
所定量度のCuC1□、La (NO3) a、CsN
O3の水溶液、及びNl(、VO3としゅろ酸の混合水
溶液を加えて、コーテイング液を調製した。
Example 1.2 A predetermined amount of Ti alkoxide (Ti (0-iso C
3L) Add acetic acid to the alcohol solution of 4),
Predetermined amount of CuC1□, La (NO3) a, CsN
A coating solution was prepared by adding an aqueous solution of O3 and a mixed aqueous solution of Nl, VO3, and citric acid.

コージェライト製セラミックフオーム(見かけの体積0
.257!、密度0.658/mIりを用い、これを上
記のコーテイング液に浸漬した。
Cordierite ceramic form (apparent volume 0
.. 257! , with a density of 0.658/mI, was used and immersed in the above coating solution.

このフオームを取り出し、これに水蒸気をあててコーテ
イング液のゾル化、さらにはゲル化を行った。乾燥後、
600℃で3時間焼成し、触媒を有するセラミック層を
形成したフオーム型フィルタを得た。フィルタに担持さ
れたT10□の量は、フィルタに対して3%(重量%、
以下同じ)であった。
This foam was taken out and steam was applied to it to convert the coating liquid into a sol and then into a gel. After drying,
The product was fired at 600° C. for 3 hours to obtain a foam filter in which a ceramic layer containing a catalyst was formed. The amount of T10□ supported on the filter was 3% (weight%,
The same applies hereafter).

また、Cu、 La5Cs及びVの量はフィルタに対し
て1.5%であった。
Further, the amounts of Cu, La5Cs and V were 1.5% relative to the filter.

(Ti02: C8/ Cu/ V / La :実施
例1)実施例1と同様の方法で、La (NO3) a
の代わりにCe(NO3)+を用い、以下の触媒活性金
属種を有するフィルタを作成した。
(Ti02: C8/Cu/V/La: Example 1) In the same manner as in Example 1, La (NO3) a
Using Ce(NO3)+ instead of , a filter having the following catalytically active metal species was created.

(Tin2: Cs/ [’u/ V / Ce :実
施例2)なお、フィルタに担持したTlO2の量は、フ
ィル夕に対して4%であり、CsS[:u、 V及びC
eの担持量はフィルタに対して1.5%であった。
(Tin2: Cs/['u/V/Ce: Example 2) The amount of TlO2 supported on the filter was 4% with respect to the filter, and CsS[:u, V and C
The amount of e supported on the filter was 1.5%.

実施例1及び実施例2のプイルタをそれぞれ4枚重ねて
、みかけの体積11の浄化材を得た。
A purifying material having an apparent volume of 11 was obtained by stacking four sheets of each of the puirters of Example 1 and Example 2.

この浄化材について、それぞれ排気量500ccのディ
ーゼルエンジンを用い、パティキュレートの捕獲により
生じる圧力損失、パティキュレートが着火燃焼してフィ
ルタが再生されるときの温度(圧力損失の低下するとき
の温度)と、そのときのNOXの転化率を求めた。なお
、この再生温度及びNOxの転化率は、浄化材の使用初
期(初めて圧力損失の低下が観測された時)と、浄化材
を使用して10時間経過した時点での圧力損失の低下時
の2点において求めた。エンジンの運転は、回転数を2
50Orpmとし、負荷80%とした。この運転条件で
の排ガス中のHCは全炭化水素の合計で90ppm、C
Dは460ppm、 NOXは480 ppm 、02
は10%、及びSO2は200 ppmであった。
For this purification material, a diesel engine with a displacement of 500 cc was used, and the pressure loss caused by capturing particulates, the temperature at which the particulates ignite and burn and the filter is regenerated (the temperature at which the pressure loss decreases), and , the NOX conversion rate at that time was determined. The regeneration temperature and NOx conversion rate are the same at the beginning of the use of the purifying material (when a decrease in pressure loss is observed for the first time) and at the time when the pressure drop decreases after 10 hours of using the purifying material. It was calculated at two points. When operating the engine, reduce the number of revolutions to 2
It was set to 50 rpm and the load was set to 80%. Under these operating conditions, the total amount of HC in the exhaust gas is 90 ppm of all hydrocarbons, and C
D is 460 ppm, NOX is 480 ppm, 02
was 10%, and SO2 was 200 ppm.

結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

実施例3.4 チタン酸カリウムと、La(NO3)3と、Cu (N
o3) 2と、NH,VO3と、しゅう酸の混合水溶液
からなるスラリーを調製した。
Example 3.4 Potassium titanate, La(NO3)3, and Cu(N
o3) A slurry consisting of a mixed aqueous solution of 2, NH, VO3, and oxalic acid was prepared.

このスラリーに実施例1と同様のフィルタを浸漬し、取
り出して乾燥した後、700℃で3時間焼成し、触媒を
有するセラミック層を形成したフオーム型フィルタを得
た。
A filter similar to that in Example 1 was immersed in this slurry, taken out, dried, and then fired at 700° C. for 3 hours to obtain a foam filter on which a ceramic layer containing a catalyst was formed.

(T102 : K / Cu/ V / La :実
施例3)このフィルタに対するTlO□量は3%であり
、Kはフィルタに対して3%であり、Cu、 Laはそ
れぞれフィルタに対して2%であった。またVは2%で
あった。
(T102: K/Cu/V/La: Example 3) The amount of TlO□ for this filter is 3%, K is 3% for the filter, and Cu and La are each 2% for the filter. there were. Further, V was 2%.

実施例3と同様の方法で、La (NO3) 3の代わ
りにCe (NO3) 3を用いて以下の触媒活性金属
種を有するフィルタを作成した。
A filter having the following catalytically active metal species was prepared in the same manner as in Example 3 using Ce (NO3) 3 instead of La (NO3) 3.

(Tie、 : K / Cu/ V / Ce :実
施例4)このフィルタにおいては、TlO2の担持量は
フィルタに対して3%であり、Kはフィルタに対して3
%であり、Cu、 Laはそれぞれフィルタに対して2
%であった。またVは2%であった。
(Tie: K/Cu/V/Ce: Example 4) In this filter, the amount of TlO2 carried is 3% with respect to the filter, and K is 3% with respect to the filter.
%, and Cu and La are each 2% for the filter.
%Met. Further, V was 2%.

上記で得られたフィルタをそれぞれ実施例1と同様に4
枚重ねて浄化材とし、実施例1と同様にして圧力損失、
そのときの温度及びNOXの転化率を測定した。結果を
ともに第1表に示す。
The filters obtained above were each used in the same manner as in Example 1.
The layers were stacked to form a purifying material, and the pressure loss was reduced in the same manner as in Example 1.
The temperature and NOX conversion rate at that time were measured. Both results are shown in Table 1.

比較例1〜4 実施例1と同様のコージェライト製フオームフィルタに
、やはり実施例1と同様の方法で以下に記す触媒活性金
属を含有するTlO2層を形成した(比較例1.2)。
Comparative Examples 1 to 4 A TlO2 layer containing the catalytically active metal described below was formed on the same cordierite foam filter as in Example 1 in the same manner as in Example 1 (Comparative Example 1.2).

また、実施例3と同様にして以下に記す触媒活性金属を
含有するTlO2層を形成した(比較例3.4)。
Further, a TlO2 layer containing the catalytically active metal described below was formed in the same manner as in Example 3 (Comparative Example 3.4).

Tioz層の量は、ともにフィルタに対して10%であ
り、各金属の量はそれぞれ2.5%であった。
The amount of Tioz layer was both 10% of the filter and the amount of each metal was 2.5% each.

比較例1 : C’s/ Cu/ La比較例2 : 
Cs/ Cu/ Ce 比較例3 : K / Cu/ La 比較例4 : K / Cu/ Ce 得られた浄化材について、実施例1と同様に、圧力損失
、再生温度及びN[]X除去率を求めた。
Comparative example 1: C's/Cu/La Comparative example 2:
Cs/Cu/Ce Comparative Example 3: K/Cu/La Comparative Example 4: K/Cu/Ce Regarding the obtained purification material, the pressure loss, regeneration temperature, and N[]X removal rate were determined in the same manner as in Example 1. I asked for it.

結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

第1表から明らかなように、本実施例の排ガス浄化材は
小さい圧力損失を与える。また、使用開始から10時間
経過しても、各比較例に比して高いNOX浄化率を有す
る。さらに、その時のフィルタの再生温度(パティキュ
レートが着火燃焼される温度)も低く、良好な排ガスの
浄化が行われたのがわかる。
As is clear from Table 1, the exhaust gas purifying material of this example provides a small pressure loss. Further, even after 10 hours have passed since the start of use, the NOx purification rate is higher than that of each comparative example. Furthermore, the regeneration temperature of the filter at that time (the temperature at which particulates are ignited and burned) was also low, indicating that the exhaust gas was effectively purified.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の排ガス浄化材を用いれば
、排ガス中のパティキュレートと窒素酸化物との双方が
効果的に除去される。また、ディーゼルエンジン等の比
較的低温の排ガスであっても、その浄化は効率よく行わ
れる。
As explained above, by using the exhaust gas purifying material of the present invention, both particulates and nitrogen oxides in the exhaust gas can be effectively removed. Further, even relatively low-temperature exhaust gas from a diesel engine or the like can be efficiently purified.

本発明の浄化材は、担体となるセラミック量が少なくて
も比較的多量の触媒をフィルタ上に担持しているので、
圧力損失が小さくなり、パティキュレートとNOXの同
時除去を効果的に行うことができる。
The purifying material of the present invention supports a relatively large amount of catalyst on the filter even if the amount of ceramic as a carrier is small.
Pressure loss is reduced, and particulates and NOX can be effectively removed at the same time.

また、本発明の浄化材は、触媒中に遷移金属としてCu
とVとを含んでいるので、SO2濃度が高い排ガスでも
その浄化特性を低下させることなく、長期にわたって良
好なNOxとパティキュレートの同時除去を行うことが
できる。
In addition, the purifying material of the present invention contains Cu as a transition metal in the catalyst.
and V, it is possible to simultaneously remove NOx and particulates satisfactorily over a long period of time without degrading the purification characteristics even in exhaust gas with a high SO2 concentration.

本発明の浄化材は、ディーゼルエンジン等の排ガスの浄
化に好適である。
The purifying material of the present invention is suitable for purifying exhaust gas from diesel engines and the like.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)耐熱多孔性フィルタ上に、(a)アルカリ金属元
素と、(b)Cu元素及びV元素と、(c)希土類元素
とからなる触媒と、セラミック粉末担体との均一混合物
からなる触媒層を設けてなり、前記フィルタ100重量
部当たり、前記触媒は1〜20重量部であり、前記セラ
ミック粉末担体は1〜10重量部であることを特徴とす
る排ガス浄化材。
(1) A catalyst layer made of a homogeneous mixture of a catalyst made of (a) an alkali metal element, (b) a Cu element and a V element, and (c) a rare earth element, and a ceramic powder carrier on a heat-resistant porous filter. An exhaust gas purifying material comprising: 1 to 20 parts by weight of the catalyst and 1 to 10 parts by weight of the ceramic powder carrier per 100 parts by weight of the filter.
(2)請求項1に記載の排ガス浄化材において、前記セ
ラミック粉末担体がTiO_2であることを特徴とする
排ガス浄化材。
(2) The exhaust gas purifying material according to claim 1, wherein the ceramic powder carrier is TiO_2.
(3)請求項1又は2に記載の排ガス浄化材を用いて排
気ガスを浄化する方法であって、前記フィルタに担持し
た触媒によって排ガス中のパティキュレートを酸化する
と同時に、前記パティキュレートを還元剤として窒素酸
化物を還元することを特徴とする排ガス浄化方法。
(3) A method for purifying exhaust gas using the exhaust gas purifying material according to claim 1 or 2, wherein particulates in the exhaust gas are oxidized by a catalyst supported on the filter, and at the same time, the particulates are oxidized by a reducing agent. An exhaust gas purification method characterized by reducing nitrogen oxides.
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