柱状蜂窝结构过滤器及其制造方法与流程

本发明涉及柱状蜂窝结构过滤器。另外，本发明涉及柱状蜂窝结构过滤器的制造方法。

背景技术：

1、在从柴油发动机及汽油发动机等内燃机排出的废气中含有烟灰等颗粒状物质(以下记为pm：particulate matter)。烟灰对人体有害，排放受到限制。目前，为了应对废气限制，广泛使用使废气通过具有通气性的小细孔隔壁来过滤烟灰等pm的dpf及以gpf为代表的过滤器。

2、作为用于捕集pm的过滤器，已知有壁流式的柱状蜂窝结构过滤器，其具备多个第一孔格和多个第二孔格，第一孔格从入口侧底面至出口侧底面沿高度方向延伸，入口侧底面开口而在出口侧底面具有封孔部；第二孔格隔着隔壁与第一孔格相邻配置，从入口侧底面至出口侧底面沿高度方向延伸，在入口侧底面具有封孔部而出口侧底面开口。

3、近年来，随着废气限制强化，导入了更严格的pm的排放基准(pn限制：particlematter的个数限制)，对过滤器要求pm的高捕集性能(pn高捕集效率)。因此，提出了在孔格的表面形成用于捕集pm的层(以下，也称为“多孔质膜”或“捕集层”)(专利文献1～专利文献3)。通过形成多孔质膜，能够在降低压力损失的同时进行pm的捕集。作为多孔质膜的形成方法，已知有朝向柱状蜂窝结构体的入口侧底面供给含有陶瓷粒子的气溶胶，使其附着于第一孔格的表面后，进行热处理的方法。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2021-154272号公报

7、专利文献2：日本特开2021-154274号公报

8、专利文献3：日本特开2022-157612号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、认为在提高柱状蜂窝结构过滤器的pm捕集性能方面，在孔格的表面形成多孔质膜是有效的。然而，以往对用于制造多孔质膜的方法进行了各种研究，但尚未阐明多孔质膜自身的结构对pm捕集性能带来的影响。例如，迄今为止，只是确认了多孔质膜的膜厚和膜形成处理前的原料粒子的粒度对pm捕集性能产生的影响的程度。在专利文献3中提及了多孔质膜的平均细孔径，但尚有改善pm捕集性能的余地。

3、鉴于上述情况，本发明的一个实施方式中的课题在于提供一种改善了pm捕集性能的柱状蜂窝结构过滤器。另外，本发明的另一实施方式的课题在于提供这样的柱状蜂窝结构过滤器的制造方法。

4、用于解决课题的方法

5、本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，多孔质膜中包含的粒子间距离与pm捕集性能间的关系密切，特别是控制累积比率为90％的粒子间距离(d90)对于改善pm捕集性能是有效的。本发明是基于该见解而完成的，以下例示。

6、[方式1]

7、一种柱状蜂窝结构过滤器，具备多个第一孔格和多个第二孔格，并且，多个第一孔格和多个第二孔格隔着多孔质隔壁而交替地相邻配置，上述第一孔格从入口侧底面延伸至出口侧底面，入口侧底面开口而在出口侧底面具有封孔部；上述第二孔格从入口侧底面延伸至出口侧底面，在入口侧底面具有封孔部而出口侧底面开口；在各个第一孔格的表面形成有由多个粒子构成的多孔质膜；在以与膜厚方向平行的截面观察上述多孔质膜，对于上述多个粒子，测定相邻的粒子间的与膜厚方向垂直的方向的距离即粒子间距离并求出粒子间距离的频数分布时，累积比率为90％的粒子间距离(d90)为12.0μm以下。

8、[方式2]

9、根据方式1所述的柱状蜂窝结构过滤器，其中，上述累积比率为90％的粒子间距离(d90)为11.0μm以下。

10、[方式3]

11、根据方式1或2所述的柱状蜂窝结构过滤器，其中，在以与膜厚方向平行的截面观察上述多孔质膜，对于上述多个粒子，测定相邻的粒子间的与膜厚方向垂直的方向的距离即粒子间距离并求出粒子间距离的频数分布时，粒子间距离的平均值为5.3μm以下。

12、[方式4]

13、根据方式3所述的柱状蜂窝结构过滤器，其中，上述粒子间距离的平均值为5.0μm以下。

14、[方式5]

15、根据方式1～4中任一项所述的柱状蜂窝结构过滤器，其中，在以与膜厚方向平行的截面观察所述多孔质膜，对于所述多个粒子，测定相邻的粒子间的与膜厚方向垂直的方向的距离即粒子间距离并求出粒子间距离的频数分布时，粒子间距离的标准偏差为3.6μm以下。

16、[方式6]

17、根据方式5所述的柱状蜂窝结构过滤器，其中，上述粒子间距离的标准偏差为3.4μm以下。

18、[方式7]

19、根据方式1～6中任一项所述的柱状蜂窝结构过滤器，其中，上述多孔质膜的平均膜厚为2～40μm。

20、[方式8]

21、根据方式1～7中任一项所述的柱状蜂窝结构过滤器，其中，上述多孔质膜的主成分为碳化硅、氧化铝、二氧化硅、堇青石或莫来石。

22、[方式9]

23、一种柱状蜂窝结构过滤器的制造方法，其包括：

24、准备柱状蜂窝结构体的工序，上述柱状蜂窝结构体具备多个第一孔格以及多个第二孔格，并且，多个第一孔格和多个第二孔格隔着多孔质隔壁交替地相邻配置，上述第一孔格从入口侧底面延伸至出口侧底面，入口侧底面开口而在出口侧底面具有封孔部，上述第二孔格从入口侧底面延伸至出口侧底面，在入口侧底面具有封孔部而在出口侧底面开口；

25、使陶瓷粒子附着于第一孔格的表面的工序，从与入口侧底面垂直的方向朝向入口侧底面，从气溶胶发生器的喷嘴喷射含有陶瓷粒子的气溶胶，同时对出口侧底面赋予吸引力，从入口侧底面吸引所喷射的气溶胶，使上述陶瓷粒子附着于第一孔格的表面；以及

26、生成多孔质膜的工序，对附着于第一孔格的表面的上述陶瓷粒子进行烧结处理，在第一孔格的表面生成由多个粒子构成的多孔质膜；

27、上述气溶胶发生器构成为具有容纳bet比表面积为3.5m2/g以上的上述陶瓷粒子的收容部，将上述陶瓷粒子从上述收容部供给至上述喷嘴。

28、[方式10]

29、根据方式9所述的柱状蜂窝结构过滤器的制造方法，其中，上述收容部容纳bet比表面积为4.0m2/g以上的上述陶瓷粒子。

30、[方式11]

31、根据方式9或10所述的柱状蜂窝结构过滤器的制造方法，其中，上述气溶胶发生器具备用于使加压后的驱动气体流动的驱动气体流路、设置于该驱动气体流路的中途且能够从该驱动气体流路的外周侧朝向该驱动气体流路内从上述收容部吸引上述陶瓷粒子的供给口以及安装于该驱动气体流路的前端且能够喷射气溶胶的上述喷嘴。

32、[方式12]

33、根据方式9～11中任一项所述的柱状蜂窝结构过滤器的制造方法，其中，上述收容部容纳通过激光衍射散射法测定的体积基准的累积粒度分布中的中值粒径(d50)为0.5～3.0μm的上述陶瓷粒子。

34、[方式13]

35、根据方式9～12中任一项所述的柱状蜂窝结构过滤器的制造方法，其中，上述烧结处理包括：在炉内气氛温度为1100～1300℃的加热炉内将具有附着于第一孔格的表面的上述陶瓷粒子的上述柱状蜂窝结构体保持1.5～4小时。

36、发明效果

37、根据本发明的一个实施方式的柱状蜂窝结构过滤器，能够提供改善了pm捕集性能的柱状蜂窝结构过滤器。另外，由于阐明了柱状蜂窝结构过滤器的多孔质膜中包含的粒子间距离与pm捕集性能的关系，因此通过将该关系用作性能评价的基础，也能够加速柱状蜂窝结构过滤器的开发速度。