JPH04197422A - 可燃性微粒子及び窒素酸化物除去用フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガス
中に含まれるカーボンなどの可燃性微粒子、並びに窒素
酸化物を同時に除去するためのフィルタに関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるカーボンな
どの可燃性微粒子を除去するために、排気系にはフィル
タが用いられている。しかしこのフィルタは、長時間の
使用により可燃性微粒子が堆積して目詰まりを起こし、
圧力損失を生じる。

一方、上記排気ガス中には、可燃性微粒子の他に窒素酸
化物（ＮＯｘ）も含まれ、この窒素酸化物を除去するた
めの努力もなされている。

例えば特開平１−１６８３１１号公報には、排気ガスの
流入側から流出側に向かい通孔をもつろ過壁により区切
られた多数の通路をもち、通路はその流出側を閉塞した
送入通路とその流入側を閉塞した排８通路とからなるフ
ィルタにおいて、送入通路の濾過壁には銅とアルミナよ
りなる第１触媒層をもち、排出通路の濾過壁には銅とゼ
オライトよりなる第２触媒層をもつ可燃性微粒子及び窒
素酸化物除去用フィルタが開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開平１−１６８８１１号公報に開示されたフィル
タによれば、可燃性微粒子と窒素酸化物の両方を同時に
除去することができる。しかしながらこのフィルタでは
、例えば８００℃で５時間加熱保持する耐久試験を行う
と、窒素酸化物の浄化率が極端に低下することが明らか
となった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
可燃性微粒子と窒素酸化物の両方を同時に除去し、かつ
耐久試験後の窒素酸化物の浄化率が向上したフィルタと
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する本発明の可燃性微粒子及び窒素酸化
物除去用フィルタは、排気ガスの流入側から流出側に向
かい通孔をもつろ過壁により区切られた多数の通路をも
ち、通路はその流出側を閉塞した送入通路とその流入側
を閉塞した排出通路とからなるフィルタにおいて、 ・送入通路の濾過壁にはコバルトとアルミナよりなる第
１触媒層をもち、排出通路の濾過壁にはコバルトとゼオ
ライトよりなる第２触媒層をもつことを特徴とする。

フィルタは軸方向に沿う多数の通路をもつ筒状体である
。それぞれの通路は、流出側を閉塞された送入通路と流
入側を閉塞された排出通路とに区分され、送入通路と排
出通路とは濾過壁によって区画されている。この濾過壁
は通孔をもち、送入通路に入った排気ガスは通孔により
濾過壁を通過して排出通路に出る。なおこの通孔に可燃
性微粒子が捕捉されることもある。

このフィルタは、従来と同様にコーディエライト、アル
ミナ、アルミナ・シリカなどのセラミックス粉末焼結体
から構成することができる。例えば多数の通路を有する
筒状体を形成し、通路の一方の開口を市松模様となるよ
うに閉塞する。次い　　゛で他方の開口側で、閉塞しな
かった通路の開口を閉塞する。これにより、入口側の開
口が閉塞されず出口側の開口が閉塞された通路が送入通
路となり、入口側の開口が閉塞され出口側の開口が閉塞
されない通路が排出通路となる。

なお、通孔の大きさとしては、０．１〜５０μｍとする
ことが好ましい。０．１μｍ未満では可燃性微粒子によ
る目詰まりが大きく、５０μｍを超えると可燃性微粒子
を捕捉し難くなり窒素酸化物の浄化効果も低下する。

送入通路側の濾過壁には、コバルトとアルミナからなる
第１触媒層が形成されている。アルミナとしては、γ−
アルミナなどの活性アルミナが好適であり、その粉末が
濾過壁に層状に付着されて担持層として機能する。そし
てこの担持層にコバルトが担持されて第１触媒層が形成
される。このアルミナに担持される触媒成分としてのコ
バルトは、金属コバルトまたは酸化コバルトの状態いず
れでもよい。なお、アルミナ粉末の平均粒径は４〜１０
μｍが好ましく、第１触媒層はフィルタ１１に対して１
〜５０ｇ形成するのが好ましい。さらに、コバルトの担
持量は、フィルタ１１に対して０．１〜１０ｇとするこ
とが好ましい。担持量が０．１ｇ未満では可燃性微粒子
の除去性能が低下し、１０ｇを超えても担持量に見合う
だけの効果を得難い。

一方、排出通路側の濾過壁には、コバルトとゼオライト
からなる第２触媒層が形成されている。

ゼオライトは周知のように一般式 ％式％ で表される結晶性アルミノケイ酸で、ＭＣｎ価の金属）
、ｘ、ｙの違いによって、結晶構造中の細孔径が異なり
、多くの種類のものが市販されている。またＳ　１４４
−の一部をＡ　ｆ　”で置換しているため正電荷が不足
し、その不足を補うためＮａ”、Ｋ４などの陽イオンを
結晶内に保持する性質があるため、高い陽イオン交換能
をもっている。

本発明のフィルタのためのゼオライトとしては、ＮＯｘ
分子径よりも僅かに大きい約５〜１０人の細孔径を有す
るものが好ましい。

このゼオライトに担持される触媒成分としてのコバルト
は、金属コバルトまたは酸化コバルトの状態いずれでも
よい。この第２触媒層のコバルトの担持量は、フィルタ
１１に対して０，５〜１５ｇとすることが好ましい。担
持量が０．５ｇ未満ではＮＯｘの浄化性能が低下し、１
５ｇを超えても担持量に見合うだけの効果を得難い。そ
して第２触媒層はフィルタ１１に対して５〜１００ｇ形
成するのが好ましい。

ゼオライトへのコバルトの担持は、ゼオライトとコバル
トとを混合すること、或いはゼオライトにコバルトをイ
オン交換担持することにより行うことができる。イオン
交換担持は、コバルト塩の水溶液中にゼオライトを浸漬
、乾燥することなどにより行う。これにより、ゼオライ
ト中のＮａ。

Ｋなどの元素がＣｏとイオン交換する。このときのイオ
ン交換率は、８０〜１４０％とすることが好ましい。８
０％未満では窒素酸化物の浄化性能が低下し、１４０％
を超えても量に見合うだけの効果を得難い。

なお、本発明のフィルタは、２００〜８００　”Ｃの排
気ガス温度で用いることが好ましい。また排気ガスの空
間速度としては、ＳＶＯ〜ｌＯ万／時とすることが好ま
しい。

〔発明の作用及び効果〕

本発明の可燃性微粒子及び窒素酸化物除去用フィルタで
は、送入通路側にコバルトとアルミナからなる第１触媒
層をもち、排出通路側にコバルトとゼオライトからなる
第２触媒層をもつ。したがって送入通路から導入された
排気ガスは、まず第１触媒層と接触する。第１触媒層は
、排気ガスの熱と排気ガス中の酸素による可燃性微粒子
の燃焼を促進し、３５０℃程度の低温でも可燃性微粒子
を効率良（燃焼除去することができる。

第１触媒層で可燃性微粒子が除去された排気ガスは、濾
過壁の通孔を通過して排出通路へ出て第２触媒層と接触
する。第２触媒層は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ
）と炭化水素（ＨＣ）との反応を促進し、ＮＯｘはＮｚ
　、ｃ　ｏｘ　、ＨＩ　Ｏなどの無害成分に還元除去さ
れる。

したがって本発明のフィルタによれば、可燃性微粒子と
窒素酸化物とを同時に除去できるとともに、理由は不明
であるが銅−ゼオライド系の第２触媒層をもつ従来のフ
ィルタに比べて耐久性が格段に向上する。

〔実施例〕

以下、実施例により具体的に説明する。なお、製造方法
を説明することで、本実施例のフィルタの構成の説明に
代える。

第１図及び第２図に示すように、軸方向に平行に延びる
複数の通路をもち両端面の開口が交互に市松模様に閉塞
されたコーディエライト製フィルタ担体１を用意する。

すなわちフィルタ担体１には、その流出側を閉塞した送
入通路１０とその流入側を閉塞した排出通路１１とを具
備している。

なお送入通路１０と排出通路１１とを区画する濾過壁１
２は、平均孔径３０μｍの通孔をもつ。フィルタ担体１
は直径１１０ｍｍ、体積１．３１で、軸に直角方向の断
面における断面積１ｉｎ”当たり約２００の通路を有す
る。

平均粒径１０μｍのゼオライト粉末１００重量部と、シ
リカゾル８０重量部とを水及び硝酸とともにボールミリ
ングし、スラリーを形成した。このスラリーを排出通路
１１のみに注入し、遠心力で余分なスラリーを排出して
排出通路１１の濾過壁１２表面にスラリーを付着させた
。次いで水分を乾燥し、５００℃で１時間焼成して排出
通路１１の濾過壁１２表面に厚さ約５０μｍの多孔質な
ゼオライト層を形成した。

また、平均粒径５μｍのγ−アルミナ粉末からスラリー
を形成し、上記と同様にして送入通路１０の濾過壁１２
のみに厚さ約５０μｍの多孔質なアルミナ層を形成した
。

次にアルミナ層及びゼオライト層をもつフィルタ担体工
を、０．１ｍｏｌ／ｆの酢酸コバルト水溶液に２４時間
浸漬し、乾燥後５００℃で１時間焼成して、ゼオライト
層に対してコバルトをイオン交換担持した。その際のイ
オン交換率は１０５％であった。また、この浸漬により
アルミナ層にもコバルトが担持された。これにより送入
通路１０の濾過壁１２に第１触媒層２が形成され、排出
通路１１の濾過壁１２表面に第２触媒層３が形成された
。なお、コバルトの担持量は、ゼオライト層に対して３
重量％、アルミナ層に対して５重量％、フィルタ担体１
１に対して９．５ｇ／ｉであった。

（比較例１） ゼオライト層の代わりに、排出通路１１の濾過！！１２
表面にも厚さ約５０μｍの多孔質なアルミナ層を形成し
たこと以外は上記実施例と同様である。すなわち送入通
路１０及び排出通路１１の両方にアルミナ・コバルト層
が形成されている。

（比較例２） ゼオライト層の代わりに、排出通路１１の濾過壁１８表
面にも厚さ約５０μｍの多孔質なアルミナ層を形成し、
酢酸コバルト水溶液に浸漬しなかったこと以外は実施例
と同様である。すなわち送入通路１０及び排出通路１１
の両方に、何も担持されていないアルミナ層のみが形成
されている。

（比較例３） 実施例と同様のフィルタ担体を用い、０．０２ｍ　ｏ　
１　／　ｆの酢酸銅アンミン水溶液に２４時間浸漬し、
乾燥後５００℃で１時間焼成してゼオライト層に対して
銅をイオン交換担持した。その際のイオン交換率は１１
０％であった。またこの浸漬によりアルミナ層にも銅が
担持された。なお、銅の担持量は、ゼオライト層に対し
て２．６重量％、アルミナ層に対して５重量％、フィル
タ担体１１に対して９．２ｇ／ｌであった。

（試験例） 上記それぞれのフィルタをディーゼルエンジンの排気系
に取り付け、可燃性微粒子と窒素酸化物の浄化性能を測
定した。可燃性微粒子の浄化性能は、入りガス温度３０
０℃の低温運転５時間後の圧力損失の増加率で評価した
。すなわち可燃性微粒子が燃焼しなければ、フィルタに
堆積して目詰まりを起こし圧力損失が大きくなるので、
圧力損失を測定することで可燃性微粒子の浄化性能を間
接的に評価できる 試験条件は、４気筒の噴射型エンジンを用い、行程室容
積１６００ｃｃ、出力４０ｋｗ、回転数２５０Ｏｒｐｍ
、負荷５ｋｇｆ−ｍ、入りガス温度的３００℃、空間速
度ＳＶは３万／時である。

測定結果を第１表に示す。　　　　・ 第１表より明らかなように、本発明のフィルタである実
施例のフィルタ及び特開平１−１６８３１１号公報に開
示されたフィルタである比較例３のフィルタは、ともに
圧損増加率が小さく、ＮＯｘの浄化率が高い。しかし第
２触媒層がアルミナ・ＣＯからなる比較例１のフィルタ
は、圧損増加率は小さいがＮＯｘの浄化率が極めて低い
。またＣｏを全くもたない比較例２のフィルタは、圧損
増加率が太きくＮＯｘの浄化率も低い。

次に、実施例と比較例３のフィルタについて、１０％の
水分を含む空気中で８００℃で５時間加熱するモデル耐
久試験を行い、その後上記と同様の試験に供した。なお
、フィルタ入りガス温度は３００℃と５００℃の２水準
で測定した。結果を第２表に示す。

第２表より、比較例３のフィルタは耐久試験後のＮＯｘ
浄化率が極めて低下している。特に５゜０℃の条件で差
が大きい。これは耐久試験により銅が薯集するためと推
察される。一方、本発明のフィルタは耐久試験後もＮＯ
ｘの浄化率の低下の度合いが小さく、使用温度幅が広い
。この効果は銅をコバルトに変えたことに起因すること
が明らかである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例のフィルタに関し、第１図はそ
の斜視図、第２図はその要部断面図である。 １：フィルタ担体　　　　２：第１触媒層３：第２触媒
層　　　　１０：送入通路１１：排出通路　　　　　１
２．濾過壁特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 同　　　　株式会社豊田中央研究所 同　　　　東ソー株式会社 亦１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気ガスの流入側から流出側に向かい通孔をもつ
   ろ過壁により区切られた多数の通路をもち、該通路はそ
   の流出側を閉塞した送入通路とその流入側を閉塞した排
   出通路とからなるフィルタにおいて、 前記送入通路の前記ろ過壁にはコバルトとアルミナより
   なる第１触媒層をもち、前記排出通路の前記ろ過壁には
   コバルトとゼオライトよりなる第２触媒層をもつことを
   特徴とする可燃性微粒子及び窒素酸化物除去用フィルタ
   。