JP6091282B2 - 触媒コートフィルタ及び触媒コートフィルタ用担体 - Google Patents
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Description
条件(A):前記流出端面側部分における前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記触媒が担持された前記隔壁を、前記隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(1)及び下記式(2)により算出された算出値(α)が、50%以上である。
式(1);(前記触媒が担持された後の前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記触媒が担持された後の前記隔壁の気孔率(%))=第1透過特性値
式(2);((最大第1透過特性値−最小第1透過特性値)/平均第1透過特性値)×100=算出値(α)
前記式(2)中、最小第1透過特性値は、前記5つの領域の各第1透過特性値の中で最小の前記第1透過特性値である。最大第1透過特性値は、前記5つの領域の各第1透過特性値の中で最大の前記第1透過特性値である。平均第1透過特性値は、前記5つの領域の前記第1透過特性値の平均値である。
条件(B):前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記隔壁を、前記隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(3)及び下記式(4)により算出された算出値(β)が、10〜90%である。
式(3);(前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記隔壁の気孔率(%))=第2透過特性値
式(4);((最大第2透過特性値−最小第2透過特性値)/平均第2透過特性値)×100=算出値(β)
前記式(4)中、最小第2透過特性値は、前記5つの領域の各第2透過特性値の中で最小の前記第2透過特性値である。最大第2透過特性値は、前記5つの領域の各第2透過特性値の中で最大の前記第2透過特性値である。平均第2透過特性値は、前記5つの領域の前記第2透過特性値の平均値である。
条件(C):前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記隔壁を、前記隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(5)及び下記式(6)により算出された算出値(γ)が、10〜90%である。
式(5);(前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記隔壁の気孔率(%))=第3透過特性値
式(6);((最大第3透過特性値−最小第3透過特性値)/平均第3透過特性値)×100=算出値(γ)
前記式(6)中、最小第3透過特性値は、前記5つの領域の各第3透過特性値の中で最小の前記第3透過特性値である。最大第3透過特性値は、前記5つの領域の各第3透過特性値の中で最大の前記第3透過特性値である。平均第3透過特性値は、前記5つの領域の前記第3透過特性値の平均値である。
本発明の触媒コートフィルタの一実施形態としては、図1に示す触媒コートフィルタ100がある。触媒コートフィルタ100は、多孔質の隔壁15を有するハニカム構造部10と、このハニカム構造部10のセル2内に配設された目封止部12と、ハニカム構造部10に担持された排ガス浄化用の触媒を含む触媒層16と、を備えている。ハニカム構造部10は、一方の端面である流入端面11aから他方の端面である流出端面11bまで延びて排ガスの流路となる複数のセル2を区画形成する隔壁15を有している。目封止部12は、ハニカム構造部10の所定のセル2である入口セル2aの流出端面11b側の開口部と残余のセル2である出口セル2bの流入端面11aの開口部とに配設されている。触媒は、隔壁15の表面及び隔壁15に形成された細孔の内面に担持された排ガス浄化用のものである。ハニカム構造部10全体における触媒の担持量の平均値は100g/L以上である。更に、触媒コートフィルタ100は、ハニカム構造部10の流入端面11a側の部分である流入端面側部分21、及び流出端面11b側の部分である流出端面側部分22からなる。触媒コートフィルタ100は、流出端面側部分22が、流入端面側部分21と流出端面側部分22との合計の体積の20〜80%を占めている。また、流入端面側部分における触媒の担持量は、流出端面側部分における触媒の担持量より多い。そして、触媒コートフィルタ100は、流出端面側部分22が、下記条件(A)を満たしている。
条件(A):流出端面側部分22におけるハニカム構造部10のセル2の延びる方向に直交する断面(図2参照)において、触媒が担持された隔壁15を、隔壁15の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域R1,R2,R3,R4,R5とする(図3参照)。このとき、下記式(1)及び下記式(2)により算出された算出値(α)が、50%以上である。即ち、5つの領域R1,R2,R3,R4,R5を得た後、5つの領域R1,R2,R3,R4,R5のそれぞれにおいて下記式(1)で算出される値である第1透過特性値を算出する。その後、下記式(2)から算出値(α)を得たとき、上記算出値(α)が、50%以上となる。
式(1):(触媒が担持された後の隔壁15の平均細孔径(μm))2×(触媒が担持された後の隔壁15の気孔率(%))=第1透過特性値
式(2):((最大第1透過特性値−最小第1透過特性値)/平均第1透過特性値)×100=算出値(α)
式(2)中、最小第1透過特性値は、5つの領域R1,R2,R3,R4,R5の各第1透過特性値の中で最小の第1透過特性値である。最大第1透過特性値は、5つの領域R1,R2,R3,R4,R5の各第1透過特性値の中で最大の第1透過特性値である。平均第1透過特性値は、5つの領域R1,R2,R3,R4,R5の第1透過特性値の平均値である。
ハニカム構造部10は、一方の端面である流入端面11aから他方の端面である流出端面11bまで延びて排ガスの流路となる複数のセル2を区画形成する隔壁15を有しているものである限り特に制限はない。本発明の触媒コートフィルタは、ハニカム構造部として以下の触媒コートフィルタ用担体(触媒コートフィルタにおけるハニカム構造部の好ましい態様)を備えることが好ましい。即ち、本発明の触媒コートフィルタのハニカム構造部は、隔壁の気孔率が55〜70%であり、隔壁の平均細孔径が15〜30μmであり、隔壁が、下記条件(B)を満たす触媒コートフィルタ用担体であることが好ましい。ハニカム構造部は、隔壁の少なくとも一部が条件(B)を満たせばよい。具体的には、ハニカム構造部は、触媒コートフィルタの流出端面側部分に相当する部分における隔壁が条件(B)を満たせばよい。また、ハニカム構造部は、流入端面から流出端面までの全部における隔壁が条件(B)を満たしてもよい。
条件(B):ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面において、隔壁を、隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(3)及び下記式(4)により算出された算出値(β)が、10〜90%である。即ち、5つの領域を得た後、5つの領域のそれぞれにおいて下記式(3)で算出される値である第2透過特性値を算出する。その後、下記式(4)から算出値(β)を得たとき、算出値(β)が、10〜90%となる。
式(3);(前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記隔壁の気孔率(%))=第2透過特性値
式(4);((最大第2透過特性値−最小第2透過特性値)/平均第2透過特性値)×100=算出値(β)
式(4)中、最小第2透過特性値は、5つの領域の各第2透過特性値の中で最小の第2透過特性値である。最大第2透過特性値は、5つの領域の各第2透過特性値の中で最大の第2透過特性値である。平均第2透過特性値は、5つの領域の第2透過特性値の平均値である。
目封止部12は、上述したように、ハニカム構造部10の所定のセル2である入口セル2aの流出端面11b側の開口部と残余のセル2である出口セル2bの流入端面11aの開口部とに配設されている。目封止部は、流入端面側及び流出端面側のいずれかの端部でセルを目封止するように形成されている限り、その配置状態は特に限定されるものではない。例えば、目封止部12は、図1に示すように、入口セル2aと出口セル2bとが交互に配置されるように配設されることが好ましい。
触媒は、排ガス浄化用の触媒であり、例えば、三元触媒、SCR触媒、NOX吸蔵還元触媒、酸化触媒、金属置換ゼオライトを主成分とするNOX選択還元触媒などを挙げることができる。
本発明の触媒コートフィルタは、以下のように製造することができる。即ち、本発明の触媒コートフィルタの製造方法は、セラミック材料及び造孔剤を含有する坏土をハニカム形状に成形し、焼成して、ハニカム構造部を作製するハニカム構造部作製工程を有する。ハニカム構造部は、一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで延びて排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するものである。本発明の触媒コートフィルタの製造方法は、作製したハニカム構造部に目封止用スラリーを充填し、乾燥させて、ハニカム構造部に目封止部が配設された目封止ハニカム構造部を作製する目封止ハニカム構造部作製工程を有する。目封止用スラリーは、ハニカム構造部の所定のセルである入口セルの流出端面側の開口部と残余のセルである出口セルの流入端面の開口部とに充填する。本発明の触媒コートフィルタの製造方法は、目封止ハニカム構造部の隔壁の表面及び隔壁に形成された細孔の内面に触媒用スラリーを塗工し、乾燥させて、触媒コートフィルタを作製する触媒コートフィルタ作製工程を有する。触媒用スラリーは、排ガス浄化用の触媒を含有するものである。触媒コートフィルタは、ハニカム構造部の隔壁の表面及び隔壁に形成された細孔の内面に触媒を担持している。
セラミック材料としては、コージェライト、炭化珪素、アルミニウムチタネート、窒化珪素、ムライトなどを挙げることができる。
ハニカム構造部に目封止用スラリーを充填するには、以下のように行うことができる。まず、ハニカム構造部の所定のセルの一方の端面(流入端面)の一部にマスクを施し、この端面側の端部を、目封止用スラリーが貯留された貯留容器中に浸漬して、マスクをしていないセルに目封止用スラリーを充填する。同様にして、ハニカム構造部の残余のセルの他方の端面(流出端面)の一部にマスクを施し、この端面側の端部を、上記目封止用スラリーが貯留された貯留容器中に浸漬して、マスクをしていないセルに目封止用スラリーを充填する。
本工程において、触媒用スラリーは、排ガス浄化用の触媒を含有するものである。触媒としては、例えば、三元触媒、SCR触媒、NOX吸蔵還元触媒、酸化触媒、金属置換ゼオライトを主成分とするNOX選択還元触媒などを挙げることができる。
本発明の触媒コートフィルタ用担体は、複数の細孔が形成された隔壁を有するハニカム構造部と、このハニカム構造部の所定のセルである入口セルの流出端面側の開口部と残余のセルである出口セルの流入端面側の開口部とに配設された目封止部と、を備えている。上記ハニカム構造部は、一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで延びて排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有している。
条件(C):ハニカム構造部のセルの延びる方向に直交する断面において、隔壁を、隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(5)及び下記式(6)により算出された算出値(γ)が、10〜90%である。即ち、5つの領域を得た後、5つの領域のそれぞれにおいて下記式(5)で算出される値である第3透過特性値を算出する。その後、下記式(6)から算出値(γ)を得たとき、この算出値(γ)が、10〜90%となる。
式(5);(前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記隔壁の気孔率(%))=第3透過特性値
式(6);((最大第3透過特性値−最小第3透過特性値)/平均第3透過特性値)×100=算出値(γ)
式(6)中、最小第3透過特性値は、5つの領域の各第3透過特性値の中で最小の第3透過特性値である。最大第3透過特性値は、5つの領域の各第3透過特性値の中で最大の第3透過特性値である。平均第3透過特性値は、5つの領域の第3透過特性値の平均値である。
触媒コートフィルタを、セルの延びる方向に直交する方向に切断して断面を得る。この断面における隔壁を、SEMを用いて画像解析を行う。具体的には、上記断面において任意の3つの隔壁を選択し、それぞれの隔壁について、各隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域を得る(図3参照)。その後、それぞれの隔壁の各領域(5つの領域)において気孔と隔壁とを二値化して画像解析を行い、平均細孔径(μm)を測定する。
上記[平均細孔径(μm)]の測定で得られた隔壁の各領域(5つの領域)において気孔と隔壁とを二値化して画像解析を行い、気孔率(%)を測定する。
まず、触媒コートフィルタに用いるハニカム構造体(即ち、触媒コートフィルタ用担体)を作製した。具体的には、コージェライト化原料に、水、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、エチレングリコール、及び、造孔剤としてカーボンを添加して、成形用の坏土を調製した。上記分散媒の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、35質量部とした。上記有機バインダの添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、6質量部とした。分散剤の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、0.5質量部とした。造孔剤の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、10質量部とした。また、造孔剤の平均粒子径は、30μmであり、粒子分布は、25〜70μmであった。
室温条件下において10m3/分の流速で空気を触媒コートフィルタに流通させた。この状態で、触媒コートフィルタにおける空気流入端部の圧力と空気流出端部の圧力とを測定し、これらの差を算出した。この圧力の差を圧力損失とした。圧力損失の評価基準は、圧力損失が9kPa未満である場合には「OK」(合格)とする。圧力損失が9kPa以上である場合には「NG」(不合格)とする。
作製した触媒コートフィルタを排気量2リッターのガソリンエンジン搭載車両の排気系に搭載した場合と搭載しない場合の両方の場合について、米国規制(FTP)の規制運転モード(LA−4)を行った。その後、この米国規制の規制運転モード(LA−4)を行って測定された、触媒コートフィルタを搭載しない場合におけるバッグエミッション測定値と、触媒コートフィルタを搭載した場合におけるバッグエミッション値との比からNOX浄化率を算出した。
実施例2では、造孔剤の粒子分布の上限値を80μmに代えたこと(即ち、造孔剤の粒子分布を25〜80μmとしたこと)以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例1と同様に触媒コートフィルタを作製した。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
実施例3では、造孔剤の粒子分布の下限値を15μmに代えたこと(即ち、造孔剤の粒子分布を15〜70μmとしたこと)以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例1と同様に触媒コートフィルタを作製した。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
実施例4では、造孔剤の平均粒子径を25μmに変更したこと、及び「流入端部側部分となる部分に塗工する触媒用スラリー」の粘度を9Pa・sに変更したこと以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例1と同様に触媒コートフィルタを作製した。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
比較例1では、造孔剤の粒子分布の下限値を10μmに代えたこと(即ち、造孔剤の粒子分布を10〜70μmとしたこと)以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例1と同様に触媒コートフィルタを作製した。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
比較例2では、「流入端面側部分と流出端面側部分との合計の体積」に対する流出端面側部分の割合を2%に代えたこと以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例1と同様に触媒コートフィルタを作製した。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
比較例3では、「流入端面側部分と流出端面側部分との合計の体積」に対する流出端面側部分の割合を5%に代えたこと以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例1と同様に触媒コートフィルタを作製した。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
比較例4では、「流入端面側部分と流出端面側部分との合計の体積」に対する流出端面側部分の割合(以下、「流出端面側部分の割合」と記す)を8%に代えたこと以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例1と同様に触媒コートフィルタを作製した。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
比較例5では、造孔剤の平均粒子径を35μm、粒子分布を30〜80μm、流出端面側部分の割合を25%としたこと以外は、表1,2に示す条件を満たすようにして実施例2と同様に触媒コートフィルタを作製した。なお、触媒用スラリーの粘度は上述した好ましい範囲外であった。作製した触媒コートフィルタについて実施例1と同様にして[圧力損失]及び[NOX浄化率]の各評価を行った。評価結果を表3に示す。
Claims (6)
- 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで延びて排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する複数の細孔が形成された隔壁を有するハニカム構造部と、
前記ハニカム構造部の所定の前記セルである入口セルの前記流出端面側の開口部と残余の前記セルである出口セルの前記流入端面側の開口部とに配設された目封止部と、
前記隔壁の表面及び前記隔壁に形成された前記細孔の内面に担持され、前記ハニカム構造部全体における担持量の平均値が100g/L以上の排ガス浄化用の触媒と、を備え、
前記ハニカム構造部の前記流入端面側の部分である流入端面側部分、及び前記流出端面側の部分である流出端面側部分からなり、前記流出端面側部分が、前記流入端面側部分と前記流出端面側部分との合計の体積の20〜80%を占めており、
前記流入端面側部分における触媒の担持量が、前記流出端面側部分における触媒の担持量より多く、
前記流出端面側部分が、下記条件(A)を満たす触媒コートフィルタ。
条件(A):前記流出端面側部分における前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記触媒が担持された前記隔壁を、前記隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(1)及び下記式(2)により算出された算出値(α)が、50%以上である。
式(1);(前記触媒が担持された後の前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記触媒が担持された後の前記隔壁の気孔率(%))=第1透過特性値
式(2);((最大第1透過特性値−最小第1透過特性値)/平均第1透過特性値)×100=算出値(α)
前記式(2)中、最小第1透過特性値は、前記5つの領域の各第1透過特性値の中で最小の前記第1透過特性値である。最大第1透過特性値は、前記5つの領域の各第1透過特性値の中で最大の前記第1透過特性値である。平均第1透過特性値は、前記5つの領域の前記第1透過特性値の平均値である。 - 前記算出値(α)が、70%以上である請求項1に記載の触媒コートフィルタ。
- 前記ハニカム構造部は、前記隔壁の気孔率が55〜70%であり、前記隔壁の平均細孔径が15〜30μmであり、前記隔壁が、下記条件(B)を満たす請求項1または2に記載の触媒コートフィルタ。
条件(B):前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記隔壁を、前記隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(3)及び下記式(4)により算出された算出値(β)が、10〜90%である。
式(3);(前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記隔壁の気孔率(%))=第2透過特性値
式(4);((最大第2透過特性値−最小第2透過特性値)/平均第2透過特性値)×100=算出値(β)
前記式(4)中、最小第2透過特性値は、前記5つの領域の各第2透過特性値の中で最小の前記第2透過特性値である。最大第2透過特性値は、前記5つの領域の各第2透過特性値の中で最大の前記第2透過特性値である。平均第2透過特性値は、前記5つの領域の前記第2透過特性値の平均値である。 - 前記算出値(β)が、20〜90%である請求項3に記載の触媒コートフィルタ。
- 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで延びて排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する複数の細孔が形成された隔壁を有するハニカム構造部と、
前記ハニカム構造部の所定の前記セルである入口セルの前記流出端面側の開口部と残余の前記セルである出口セルの前記流入端面側の開口部とに配設された目封止部と、を備え、
前記ハニカム構造部は、前記隔壁の気孔率が55〜70%であり、前記隔壁の平均細孔径が15〜30μmであり、前記隔壁が、下記条件(C)を満たす触媒コートフィルタ用担体。
条件(C):前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記隔壁を、前記隔壁の厚さ方向に直交する方向に5等分して5つの領域とする。下記式(5)及び下記式(6)により算出された算出値(γ)が、10〜90%である。
式(5);(前記隔壁の平均細孔径(μm))2×(前記隔壁の気孔率(%))=第3透過特性値
式(6);((最大第3透過特性値−最小第3透過特性値)/平均第3透過特性値)×100=算出値(γ)
前記式(6)中、最小第3透過特性値は、前記5つの領域の各第3透過特性値の中で最小の前記第3透過特性値である。最大第3透過特性値は、前記5つの領域の各第3透過特性値の中で最大の前記第3透過特性値である。平均第3透過特性値は、前記5つの領域の前記第3透過特性値の平均値である。 - 前記算出値(γ)が、20〜90%である請求項5に記載の触媒コートフィルタ用担体。
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