JPH07328442A - 排ガス浄化用フィルター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粒子状物質を燃焼時に、フィルター部と触
媒が化学反応することを防ぐことにより、粒子状物質の
燃焼温度を低下させ、触媒の劣化を防止した排ガス浄化
用フィルター及びその製造方法を提供することを目的と
する。 【構成】 フィルター部１と、フィルター部１の表面に
設けた酸化リチウム、酸化クロム、酸化バナジウム、バ
ナジウム酸カリウム、アルミン酸リチウム、アルミン酸
クロム、及び、アルカリ金属又は希土類金属とアルミナ
との複合酸化物の内いずれか１種を有するコーティング
層２と、コーティング層２に担持された触媒３と、を有
する構成からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼル機関等の燃焼
機関から排出される排気ガス中に含まれる炭化水素、可
燃性炭素微粒子を酸化反応させ、除去する触媒を担持し
た排ガス浄化用フィルター及びその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼル機関の排ガス中の微粒
子状物質（固体状炭素微粒子、液体あるいは固体状の高
分子量炭化水素微粒子）はその粒子径のほとんどが１μ
ｍ以下であり、大気中に浮遊しやすく呼吸時に人体に取
り込まれやすい。しかもこの微粒子状物質は発癌性物質
を含んでいることから、この微粒子状物質の排出の規制
は今後更に強化される。

【０００３】従来、この粒子状物質の除去方法として
は、耐熱性のセラミックスフィルターを用いて、排ガス
中の微粒子状物質を補足した後、バーナーあるいはヒー
ターなどで微粒子状物質を燃焼させる方法、あるいは、
燃焼中に微粒子物質の燃焼を促進する物質を添加する方
法（フュエルアディティブ法）等が提案され、実用化の
検討がなされているがいずれの方法も一長一短があり、
さらに優れたシステムの開発が望まれている。

【０００４】触媒を用いて排ガス中の微粒子物質を排ガ
ス温度にて燃焼除去できれば特殊な装置を必要とせず、
排ガスを浄化する方法として最も有効である。前記触媒
としては、耐熱性、コスト、活性の高さから、ＡＢＯ₃
型（Ａは希土類金属又は希土類金属の一部をアルカリ金
属又はアルカリ土類金属で置換する。ＢはＣｒ、Ｍｎ、
Ｃｏ等の遷移金属又は一部アルカリ金属又は貴金属で置
換する。）の複合酸化物が用いられ、前記触媒を担持す
るフィルター部としては、コスト、物理的あるいは化学
的性質が適当であるところから、コーディライト（２Ｍ
ｇＯ・５ＳｉＯ ₂ ・２Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、ムライト（２Ａｌ
₂ Ｏ₃ ・３ＳｉＯ₂ ）等のアルミナを含んだ耐熱性セラ
ミックスが用いられている。又、触媒とフィルターとの
燃焼時の反応を防ぐために、触媒とフィルター部との間
にアルカリ土類金属、希土類金属、コバルト、ニッケル
等の酸化物を含有する中間層を設けることが行われてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の排ガス浄化用フィルターでは、燃焼して高温雰囲気
（９００℃以上）に長時間使用した場合、フィルター部
中のアルミナと触媒に用いられているＡＢＯ₃ 型複合酸
化物に含まれる遷移金属（Ｂ）との間で、スピネル化合
物（ＢＡｌ₂ Ｏ₃ ）が形成され、ＡＢＯ₃ 型複合酸化物
が破壊され、触媒の微粒子状物質との反応性が劣化し、
触媒自体の活性が劣化し、又、この触媒の活性の劣化に
より微粒子状物質を燃焼する温度が上昇し、フィルター
が破壊するという問題点を有していた。又、前記アルカ
リ土類金属、希土類金属、コバルト、ニッケル等の酸化
物を含有する中間層は、前記問題点を解決するために設
けたものであるが、前記スピネル化合物（ＢＡｌ₂ Ｏ
₃ ）の形成反応を防止するには十分ではなく、触媒の劣
化が起こり、微粒子状物質を燃焼する温度が上昇し、フ
ィルターが破壊するという問題を解決することは十分に
はできていない。

【０００６】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、燃焼中に高温雰囲気に晒されても、フィルター部と
触媒との間でスピネル化合物の形成されない、触媒の微
粒子状物質との反応性の劣化しない、触媒の劣化による
微粒子状物質を燃焼する温度の上昇しない、燃焼中にフ
ィルターの破壊の起こらない排ガス浄化用フィルターを
提供することを目的とする。又、本発明は、フィルター
部と触媒との間で化学反応の生じない十分安定なコーテ
ィング層をフィルター部と触媒との間に、容易に、高歩
留りで形成する排ガス浄化用フィルターの製造方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載の排ガス浄化用フィルター
は、フィルター部と、前記フィルター部の表面に設けた
コーティング層と、前記コーティング層に担持された触
媒と、を有する構成を有している。請求項２に記載の排
ガス浄化用フィルターは、請求項１において、前記コー
ティング層が、酸化リチウム、酸化クロム、酸化バナジ
ウム、バナジウム酸カリウム、アルミン酸リチウム、酸
化クロム、及び、アルカリ土類金属又は希土類金属とア
ルミナとの複合酸化物の内いずれか１種である構成を有
している。請求項３に記載の排ガス浄化用フィルター
は、請求項１又は２において、前記フィルター部が耐熱
性セラミックスで形成されている構成を有している。請
求項４に記載の排ガス浄化用フィルターは、請求項１乃
至３の内いずれか１において、前記コーティング層が、
前記フィルター部の重量の１〜５０重量％、好適には１
０〜２０重量％である構成を有している。請求項５に記
載の排ガス浄化用フィルターは、請求項１乃至４の内い
ずれか１において、前記触媒が、ＡＢＯ₃ 型（Ａは希土
類金属、又は、希土類金属の一部をアルカリ金属、又
は、アルカリ土類金属で置換する。ＢはＣｒ、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、等の遷移金属、又は、一部アルカリ金属、又は、貴
金属で置換する。）の複合酸化物、又は、ＡＢＯ₃ 型の
複合酸化物とＡ酸化物、及び／又は、Ｂ酸化物の組成物
を有す構成を有している。請求項６に記載の排ガス浄化
用フィルターの製造方法は、金属塩の水溶液に前記フィ
ルター部を含浸させる含浸工程と、前記含浸工程で含浸
させた後乾燥する乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥され
た前記フィルター部を８００℃以上、好適には９００℃
以上で焼成し前記コーティング層を成形するコーティン
グ層形成工程と、を備えた構成を有する。請求項７に記
載の排ガス浄化用フィルターの製造方法は、請求項６に
おいて、前記金属塩が、コーティング層を形成する金属
元素の硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、及び、塩化物の内いず
れか１種である構成を有している。請求項８に記載の排
ガス浄化用フィルターの製造方法は、請求項６又は７に
おいて、前記金属塩の水溶液が、リチウム又はクロムの
塩の水溶液に硝酸アルミニウム又は酢酸アルミニウムを
添加されている構成を有している。請求項９に記載の排
ガス浄化用フィルターの製造方法は、セラミックシート
上にコーティング層を形成し、更に、前記コーティング
層に触媒を担持させた後に、前記シートを接着させて前
記フィルター部を形成する構成を有している。

【０００８】

【作用】この本発明の排ガス浄化用フィルターによっ
て、微粒子状物質を燃焼する際に、フィルターと触媒の
間がコーティング層で完全に分離されているので、フィ
ルター部と触媒との間で原子が拡散されることがなく、
フィルター部に含まれるアルミナとＡＢＯ₃ 型複合酸化
物に含まれる遷移金属とが反応することがなく、ＡＢＯ
₃ 型複合酸化物が破壊されることがなく、微粒子状物質
との燃焼時の反応性が劣化することがなく、微粒子状物
質の燃焼温度が上昇することがなく、フィルターが破壊
されることがない。又、本発明の排ガス浄化用フィルタ
ーの製造方法によって、フィルター部と触媒との間にフ
ィルターと触媒とが反応しないコーティング層を、十分
均一に、生産性よく、容易に、高歩留りに形成すること
ができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１０】（実施例１、比較例１）図１は本発明の一
実施例の排ガス浄化用フィルターの断面図である。図１
において、１はフィルター部、２はフィルター部１と触
媒を分離しているコーティング層、３は微粒子状物質を
燃焼する触媒である。図２は本発明の一実施例の排ガス
浄化用フィルターの斜視図であり、図３は図２のＡ部の
要部拡大図である。図２、図３において、４は筒状のハ
ニカム構造体、５は平板シート、６は波板シートであ
る。図４は本発明の一実施例の排ガス浄化用フィルター
の排ガスの流れを示す断面図である。

【００１１】ここでフィルター部１にはムライト、コー
ジェライト、炭化珪素、シリカ、等が用いられる。

【００１２】ここでコーティング層２は、１０重量％未
満になるにつれ、コーティング層２として不十分であ
り、２０重量％を越えるにつれて接着性に問題があり、
いずれも、好ましくない。アルカリ土類金属としては、
ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム、及び、ラジウムが挙げられる。希土類金
属としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、
セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、プロメチウ
ム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリウム、テルビウ
ム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウ
ム、イッテリウム、ルテチウム等が挙げられる。

【００１３】ここで触媒にはストロンチウム、ランタ
ン、リチウム、クロム等が用いられる。アルカリ金属と
しては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム
が挙げられる。遷移金属としては、鉄、コバルト、ニッ
ケル、ルテリウム、ロジウム、パラジウム、オスミウ
ム、イリジウム、白金等を挙げることができる。貴金属
としては、金、銀、銅、水銀、パラジウム、白金等を挙
げることができる。

【００１４】以下に第１の実施例の製造方法について説
明する。酢酸リチウムを３０重量％、硝酸クロムを３０
重量％、メタバナジン酸カリウムを５重量％の内いずれ
か１を含有した水溶液に、市販のムライト製フィルター
部を含浸させ、その後乾燥機を用いて、空気中で乾燥さ
せた。この含浸、乾燥工程を繰り返して、フィルター部
１に、フィルター部に対して１〜１５０重量％の水溶液
の含有物を塗布した。このフィルター部１を電気炉を用
いて９００℃で３時間空気中で焼成し、フィルター部１
に、１０〜２０重量％の酸化物のコーティング層を形成
した。

【００１５】ここで、焼成温度が９００℃未満になるに
つれ、耐熱性が悪くなり、好ましくない。

【００１６】更に、酢酸ランタン、硝酸クロム、酢酸リ
チウム、及び、塩化白金を金属モル比で、１対０．５対
０．４対０．１になるように、約２０℃〜６０℃の温水
５ｍｌに各々溶解させ水溶液を調整した。コーティング
層を形成したフィルター部１を、この水溶液に含浸さ
せ、その後乾燥機を用いて、空気中で乾燥し、更に、電
気炉を用いて、８００℃で５時間空気中で焼成を行い、
フィルター部１に対して３０重量％の触媒を担持させた
排ガス浄化用フィルターを作成した。この排ガス浄化用
フィルターで、カーボン粒子を燃焼させ、この時の燃焼
温度を熱分析装置を用いて測定し、結果を図５に示し
た。

【００１７】実施例１のコーティング層形成工程を省
き、他は第１の実施例と同様にして、第１の比較例の排
ガス浄化用フィルターを作成し、第１の実施例と同様に
して、燃焼温度を測定し、結果を図５に示した。

【００１８】図５は、本発明の第１と第３の実施例と第
１と第２の比較例のコーティング層２の酸化物のコーテ
ィング量と燃焼温度との関係図である。

【００１９】酸化リチウムを含むコーティング層を有す
る実施例１とコーティング層を有うさない比較例１を、
再熱処理として電気炉を用いて８００℃に１２００時間
まで保持し、カーボン粒子燃焼時の燃焼温度の経時劣化
を測定し、結果を図７に示した。図７は、本発明の第１
の実施例と第１の比較例の再熱処理の時間と燃焼温度の
関係図である。

【００２０】この図５から明らかなように、本発明の第
１の実施例による排ガス浄化用フィルターは、第１の比
較例に比較してカーボン粒子燃焼時の燃焼温度が低くな
る点で優れた効果が得られる。

【００２１】この図７から明らかなように、本発明の第
１の実施例による排ガス浄化用フィルターは、高温に保
持しても、あまりカーボン燃焼時の燃焼温度が上昇せ
ず、排ガス浄化用フィルターの活性の劣化が生じてない
という点で優れた効果が得られる。

【００２２】以上のように本発明の第１の実施例によれ
ば、リチウムまたはクロムの酸化物及びバナジウム酸カ
リウムのコーティング層をフィルター部と触媒との間に
設けることにより、カーボン粒子燃焼時の燃焼温度を低
くすることができ、排ガス浄化用フィルターの損傷を少
なくすることができ、排ガス浄化用フィルターの寿命を
長くすることができる。

【００２３】（実施例２）酢酸リチウムと硝酸アルミニ
ウムをモル比で１対１に、又は、硝酸クロムと硝酸アル
ミニウムをモル比で１対１に含有する水溶液をコーティ
ング層を形成する水溶液に用いた他は実施例１と同様の
方法で排ガス浄化用フィルターを作成し、カーボン粒子
燃焼時の燃焼温度を測定し、結果を図６に示した。図６
は、本発明の第２の実施例と第１の比較例のコーティン
グ層の酸化物のコーティング量と燃焼温度との関係図で
ある。

【００２４】この図６から明らかなように、本発明の第
２の実施例による排ガス浄化用フィルターは、比較例１
に比べて、カーボン粒子燃焼時の燃焼温度が５０℃以上
も下がっておる点で優れた効果が得られる。

【００２５】以上のように本発明の第２の実施例によれ
ば、アルミン酸リチウム又はアルミン酸クロムを含有す
るコーティング層をフィルター部と触媒の間に設けるこ
とにより、カーボン粒子燃焼時の燃焼温度を低くするこ
とができ、排ガス浄化用フィルターの損傷を少なくする
ことができると共に排ガス浄化用フィルターの寿命を極
めて長くすることができる。

【００２６】（実施例３、比較例２）第２の比較例とし
て、酢酸ランタンを５〜１３重量％、酢酸コバルトを１
６重量％、及び、酢酸ニッケルを１６重量％の内１を含
有した水溶液と実施例３として、実施例１で用いた水溶
液を用いて、市販のフィルター部に実施例１と同様にコ
ーティング層を形成した。次に、酢酸ランタン、酢酸ク
ロム、酢酸リチウム、及び、塩化白金を金属モル比が１
対０．５対０．４対０．１になるように温水に溶解させ
水溶液を調整した。この水溶液の水分をホットプレート
の上で撹拌しながら濃縮した後、ホットプレートの上で
乾燥固化させ、更に、４００℃〜５００℃で３０分電気
炉で仮焼することにより硝酸成分を取り除き、凝集体と
した。この凝集体を乳鉢で粉砕し、８００℃で５時間程
度焼成し、触媒である複合酸化物を作製した。この複合
酸化物を蒸留水２００ｍｌに５ｇ程度溶かし、スターラ
ー上でかき混ぜながら、コーティング層を形成したフィ
ルター部を含浸させた。このフィルターを空気中１００
℃で乾燥させた後、電気炉で８００℃、１時間焼成する
ことにより排ガス浄化用フィルターを作製した。この排
ガス浄化用フィルターを、実施例１と同様に、カーボン
粒子燃焼時の燃焼温度を測定し、結果を図５に示した。

【００２７】この図５から明らかなように、本発明の第
３の実施例による排ガス浄化用フィルターは、コーティ
ング層の酸化物のコーティング量が多くなるにつれて、
燃焼温度が低下する点で優れた効果が得られる。

【００２８】以上のように本発明の第３の実施例によれ
ば、リチウムまたはクロムの酸化物及びバナジウム酸カ
リウムを含有するコーティング層をフィルター部と触媒
との間に設けることにより、カーボン粒子燃焼時の燃焼
温度を低下させることができ、フィルターの損傷を少な
くすることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明は、酸化リチウム、
酸化クロム、酸化バナジウム、バナジウム酸カリウム、
アルミン酸リチウム、アルミン酸クロム、及び、アルカ
リ土類金属又は希土類金属とアルミナとの複合酸化物の
内いずれか１種を含むコーティング層をフィルター部と
触媒との間に設けることにより、微粒子状物質の燃焼時
にフィルター部と触媒間で化学反応が生じず、触媒の劣
化が生じないので、微粒子状物質の燃焼時の燃焼温度を
低くすることができ、排ガス浄化用フィルターを高温に
保持しなければならないことから生じる排ガス浄化用フ
ィルターの破損等を防ぐことができ、排ガス浄化用フィ
ルターの寿命を極めて長くすることができる優れた排ガ
ス浄化用フィルターを実現できるものである。又、本発
明の排ガス浄化用フィルターの製造方法は、フィルター
部と触媒との化学反応を完全に防ぐことのできる前記コ
ーティング層を極めて容易に、安定して、高歩留りで生
産できる優れた排ガス浄化用フィルターの製造方法を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の排ガス浄化用フィルターの
断面図

【図２】本発明の一実施例の排ガス浄化用フィルターの
斜視図

【図３】本発明の一実施例の排ガス浄化用フィルターの
要部拡大図

【図４】本発明の一実施例の排ガス浄化用フィルターの
排ガスの流れを示す断面図

【図５】本発明の第１と第３の実施例と第１と第２の比
較例のコーティング層の酸化物のコーティング量と燃焼
温度との関係図

【図６】本発明の第２の実施例と第１の比較例のコーテ
ィング層の酸化物のコーティング量と燃焼温度との関係
図

【図７】本発明の第１の実施例と第１の比較例の再熱処
理の時間と燃焼温度の関係図

【符号の説明】

１ フィルター部 ２ コーティング層 ３ 触媒 ４ ハニカム構造体 ５ 平板シート ６ 波板シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｊ 35/04 ３２１ Ａ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィルター部と、前記フィルター部の表面
   に設けたコーティング層と、前記コーティング層に担持
   された触媒と、を有することを特徴とする排ガス浄化用
   フィルター。
2. 【請求項２】前記コーティング層が、酸化リチウム、酸
   化クロム、酸化バナジウム、バナジウム酸カリウム、ア
   ルミン酸リチウム、酸化クロム、及び、アルカリ土類金
   属又は希土類金属とアルミナとの複合酸化物の内いずれ
   か１種であることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄
   化用フィルター。
3. 【請求項３】前記フィルター部が耐熱性セラミックスで
   形成されていることを特徴とする請求項１、又は、請求
   項２記載の排ガス浄化用フィルター。
4. 【請求項４】前記コーティング層が、前記フィルター部
   の重量の１〜５０重量％、好適には１０〜２０重量％で
   あることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に
   記載の排ガス浄化用フィルター。
5. 【請求項５】前記触媒が、ＡＢＯ₃ 型（Ａは希土類金
   属、又は、希土類金属の一部をアルカリ金属、又は、ア
   ルカリ土類金属で置換する。ＢはＣｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、等
   の遷移金属、又は、一部アルカリ金属、又は、貴金属で
   置換する。）の複合酸化物、又は、ＡＢＯ₃ 型の複合酸
   化物とＡ酸化物、及び／又は、Ｂ酸化物の組成物を有す
   ことを特徴とする請求項１乃至４の内のいずれか１に記
   載の排ガス浄化用フィルター。
6. 【請求項６】金属塩の水溶液に前記フィルター部を含浸
   させる含浸工程と、前記含浸工程で含浸させた後乾燥す
   る乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥された前記フィルタ
   ー部を８００℃以上、好適には９００℃以上で焼成し前
   記コーティング層を成形するコーティング層形成工程
   と、を備えたことを特徴とする排ガス浄化用フィルター
   の製造方法。
7. 【請求項７】前記金属塩が、コーティング層を形成する
   金属元素の硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、及び、塩化物の内
   いずれか１種であることを特徴とする請求項６に記載の
   排ガス浄化用フィルターの製造方法。
8. 【請求項８】前記金属塩の水溶液が、リチウム又はクロ
   ムの塩の水溶液に硝酸アルミニウム又は酢酸アルミニウ
   ムを添加されていることを特徴とする請求項６又は請求
   項７に記載の排ガス浄化用フィルターの製造方法。
9. 【請求項９】セラミックシート上にコーティング層を形
   成し、更に、前記コーティング層に触媒を担持させた後
   に、前記シートを接着させて前記フィルター部を形成す
   ることを特徴とする排ガス浄化用フィルターの製造方
   法。