柴油颗粒过滤器和废气净化装置的制造方法

柴油颗粒过滤器和废气净化装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于对由内燃机、特别是柴油发动机排出的废气进行净化的柴油颗粒 过滤器（称为"DPF"）和使用了该柴油颗粒过滤器的废气净化装置。
【背景技术】
[0002] 在由柴油发动机排出的废气中含有基于燃料中的硫成分的硫酸盐、以及来自不完 全燃烧的焦油状的微粒状物质（称为"PM"）、氮氧化物（NO x)等。
[0003] 作为除去柴油发动机的废气中含有的PM的装置，已知一种用DPF捕集PM、并在适 当时机将所捕集的PM燃烧除去的废气净化装置。
[0004] 这样的DPF通常使呈蜂窝结构的多孔质制的过滤器基材形成骨架，在废气在该基 材的隔壁内部流通时，在该隔壁表面捕集PM。
[0005] 关于柴油发动机的废气用催化剂，例如公开了下述发明。
[0006] 例如，在专利文献1 (日本特开2003-286835号公报）中公开了一种发动机废气的 净化方法，其中，在发动机废气的排气通路中串联配置将钛和银负载于γ-氧化铝上而成 的粒状或单片状的脱硝催化剂和氧化催化剂，使发动机废气在取出了部分燃料的燃料还原 剂的存在下与脱硝催化剂接触，其后与氧化催化剂接触。
[0007] 在专利文献2 (日本特开2006-239544号公报）中公开了下述结构：在堇青石等多 孔质无机基材的表面形成由氧化铝等氧化物颗粒构成的涂布层，在该涂布层中的细孔内负 载催化剂成分，该氧化铝等氧化物颗粒具有由IOnm~200nm的颗粒间空隙形成的细孔、和 由将该细孔彼此连通的IOnm以下的颗粒间空隙形成的细孔连通孔。
[0008] 在专利文献3 (日本特开2009-112962号公报）中公开了一种废气净化装置，其为 对由内燃机排出的废气进行净化的废气净化装置，其具备废气流通的气体流路和设置于该 气体流路且形成有多个细孔的颗粒过滤器，与废气接触的上述颗粒过滤器的导入面基本上 整体被微多孔体所被覆，该微多孔体形成有具有小于上述细孔的孔径的微孔，上述微多孔 体具备由氧储藏和放出性的氧化物构成的载体以及负载于该载体上的含有Ag的催化剂。
[0009] 在专利文献4(日本特开2009-85010号公报）中公开了一种废气净化装置，其为 对由内燃机排出的废气进行净化的废气净化装置，其具备使废气流通的气体流路、和设置 于该气体流路且形成有多个细孔的颗粒过滤器（DPF)，与废气接触的上述颗粒过滤器的导 入面基本上整体被微多孔体所被覆，该微多孔体形成有具有小于上述细孔的孔径的微孔。
[0010] 在专利文献5 (日本特开2011-218310号公报）中公开了一种废气净化过滤器，其 特征在于，该废气净化过滤器具备使包含颗粒状物质的废气流入的流入面、排出净化气体 的排出面、和由多孔质体构成的过滤器基体，上述过滤器基体具有多孔质的隔壁、和被该隔 壁包围的气体流路，在该隔壁的表面设有气孔径小于上述隔壁的气孔的多孔质膜，在上述 多孔质膜的至少一部分表面形成有深度比该多孔质膜的厚度浅的微小沟槽。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献I :日本特开2003-286835号公报
[0014] 专利文献2 :日本特开2006-239544号公报
[0015] 专利文献3 :日本特开2009-112962号公报
[0016] 专利文献4 :日本特开2009-85010号公报
[0017] 专利文献5 :日本特开2011-218310号公报

【发明内容】

[0018] 发明要解决的课题
[0019] 关于使用DPF的催化剂，随着PM捕集量的增加，过滤器的堵塞恶化，从而具有产生 压损的问题。因此，以往作为针对过滤器堵塞的解决方案，采用了下述方法：若产生一定程 度以上的压损，则用电加热器或燃烧器加热DPF，使捕集的PM燃烧，或定期地燃烧燃料、使 PM燃烧，从而将过滤器再生。
[0020] 但是，在现有的DPF中，PM会停留于基材隔壁内部的废气流通路径，结果存在废气 的流动变差、背压增高的问题。
[0021] 另外，如上述专利文献5那样，在基材隔壁的表面设有气孔径小于上述隔壁的气 孔的多孔质膜的DPF中，PM停留于该多孔质膜的表面，结果依旧存在废气的流动变差、背压 增高的问题。
[0022] 于是，本发明涉及一种废气在过滤器基材的隔壁内部流通的柴油颗粒过滤器，提 出了一种新型柴油颗粒过滤器，该柴油颗粒过滤器能够防止PM停留于过滤器基材的表面 和内部，能够抑制废气导致的背压的上升，能够使PM燃烧能力稳定地发挥。
[0023] 用于解决课题的方案
[0024] 本发明提出一种柴油颗粒过滤器（称为"DPF"），其为废气在过滤器基材的隔壁内 部流通的柴油颗粒过滤器，该柴油颗粒过滤器具备在废气流入侧的上述隔壁的部分或全部 表面形成无机多孔质层而成的结构，该无机多孔质层含有金属氧化物或金属复合氧化物， 且具备表面凹凸部，该表面凹凸部所具有的厚度为无机多孔质层的厚度的50%以上。
[0025] 发明的效果
[0026] 本发明所提出的DPF具备所具有的厚度为无机多孔质层的厚度的50%以上的表 面凹凸部，因此不仅能够捕捉PM，而且废气通过因表面凹凸部产生的间隙而流动，因而能够 抑制废气导致的背压的上升，同时还能够提高停留的PM颗粒的燃烧效率。
[0027] 此时，通过使该无机多孔质层含有促进PM燃烧的催化剂（例如银或银化合物），能 够进一步促进PM的燃烧。
【附图说明】
[0028] 图1是示意性地示出本发明的DPF的一例的立体图。
[0029] 图2是将图1所示的DPF的一部分放大示出的截面图。
[0030] 图3是将图1的变形例的DPF的一部分放大示出的截面图。
[0031] 图4是将图3的变形例的DPF的一部分放大示出的截面图。
[0032] 图5是示意性地示出本发明的废气净化装置的一例的截面图。
[0033] 图6是示意性地示出本发明的DPF的一例的截面图。
[0034] 图7是示出对于本发明的颗粒过滤器（样品）从上方拍摄的SEM图像、以及该SEM 图像内的水平线上的无机多孔质层的凹凸高度的分析图。
【具体实施方式】
[0035] 接着，对作为本发明的【具体实施方式】的一例的柴油颗粒过滤器（称为"本DPF"）1 进行说明。
[0036] 〈本 DPF>
[0037] 本DPF是具备下述结构的柴油颗粒过滤器，该结构通过在过滤器基材2中的废气 流入侧的隔壁2a的部分或全部表面形成无机多孔质层5而成，该无机多孔质层5含有金属 氧化物或金属复合氧化物，且在表面具备表面凹凸部。
[0038] 本DPF可以使废气在过滤器基材2的隔壁2a内部流通，此时，废气中的PM在隔壁 2a的表面的无机多孔质层5被捕集，可以防止PM侵入隔壁2a内部。另外，可以使在无机多 孔质层5所捕集的PM燃烧。而且，此时可以使废气通过无机多孔质层5的表面的表面凹凸 部中的颗粒间的间隙而流动，因此能够抑制废气导致的背压的上升，同时还能够提高停留 的PM颗粒的燃烧效率。
[0039] (基材 2)
[0040] 如图1和图2所示，形成本DPF的骨架的过滤器基材2呈蜂窝结构，具有在废气的 流动方向连通的多个孔道3,各孔道3被隔壁相互隔开，邻接的孔道的端部被交替地封孔。 由此，形成了具备下述结构的基材：隔着基材隔壁2a邻接配置有将废气的上游侧开口而下 游侧被封锁的气体流入孔道3A、和废气的上游侧被封锁而将下游侧开口的气体流出孔道 3B〇
[0041] 但是，本DPF的过滤器基材2的形状不限定于上述形状。例如，可以采用壁通（Wall through)型、直通（Flow through)蜂窝型、金属丝网型、陶瓷纤维型、金属多孔体型、颗粒 填充型、泡沫型等作为DPF公知的基材。
[0042] 过滤器基材2的材质只要为陶瓷等耐火性材料或金属材料等构成的多孔质材料 即可。
[0043] 作为陶瓷制基材的材质，可以举出耐火性陶瓷材料，例如碳化硅（SiC)、堇青石、堇 青石-α -氧化铝、氮化硅、锆石-莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅 线石（sillimanite)、娃酸镁、错石、透锂长石（petalite)、α-氧化错和娃错酸盐类等。
[0044] 作为金属制基材的材质，