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参照触媒Ag/CeO2によるPM酸化特性と混合状態のキャラクタリゼーション
（豊田中央研究所）○山崎 清、 榊原雄二
【要旨】
１．参照触媒Ag/CeO2を用いて４種類の手法によるルースコンタクトでのPM酸化挙動を検討し
た結果、試料瓶の中スパチュラで撹拌する手法により最も安定したPM酸化活性が得られた。
マイクロスコープによる観察の結果、本手法では試料全体で均等な混合状態が得られるた
めと推定した。
２．マイクロスコープ観察による数μm∼数十μmオーダーの混合状態がPM酸化挙動と良く相
関することを確認した。
３．実機性能を検討するため、内製触媒CeO2-Agを用いて触媒付DPFのPM酸化挙動を上記の
ルースコンタクトと比較した結果、触媒付DPFでの触媒とPMとの混合の度合いはスパチュラ
撹拌のルースコンタクトよりも若干低いことが示唆された。
【実験方法】
１．粉末試料
使用機器： 固定床流通型反応装置（ヘンミ計算尺）、四重極質量分析計でCO2､CO濃度を測定。
実験条件： 触媒/PM混合試料10mgに30mL/分のO2(20%)/Heを供給し、5℃/分で昇温。
使用試料： 触媒：PM重量比10：1、標準PM（PrintexV）は開き目75μmの篩にかけて使用。
・スパチュラ撹拌； 試料瓶の中スパチュラで10分間撹拌し、蓋をして手で30秒間振り混ぜ。
・超音波照射； ガラス製試料瓶の中に入れ、水位1cmの超音波洗浄機の中で60分間照射。
・水中超音波照射； ガラス製試料瓶に水位1cmの蒸留水を注入し、水位1cmで60分間超音波
照射後、110℃で一晩乾燥。
・エタノール超音波照射； 蒸留水の代わりエタノールを使用し、同条件で超音波照射、乾燥。
２．混合状態観察
使用機器： デジタルマイクロスコープ（キーエンスVHX-600）を使用、最高倍率1000倍。
３．触媒付DPF
使用機器： 模擬PM発生装置（CAST）、C3H8の燃焼により中心粒径90nmのPMを発生。
固定床流通型反応装置（ベスト測器）、非分散型IR分析計でCO2､CO濃度を測定。
実験条件： 体積35mLの触媒付DPFに前処理として15L/分のN2を供給し500℃で15分加熱し、
200℃まで冷却後、15L/分のO2(10%)+H2O(10%)/N2を供給し10℃/分で昇温。
使用試料： 内製CeO2-Agを50g/Lコートした触媒付DPFに、0.73g/L、1.6g/LのPMを捕集。
【結果と考察】
１．PM酸化挙動
表１．標準触媒のTig、TmaxおよびT50
水中超音波照射
スパチュラ撹拌
エタノール
超音波照射
タイト
コンタクト
超音波照射
PMのみ
図１．標準触媒上のPM酸化挙動
Tig(℃)Tmax
(℃)T50
(℃)
538
532
スパチュラ Run#1 394
撹拌
Run#2 383
539
536
Run#1 401
547
548
超音波照射
Run#2 425
569
559
Run#1 305
402
401
水中
超音波照射 Run#2 304
393
396
446
429
エタノール Run#1 274
超音波照射 Run#2 285
473
446
タイトコンタクト
261
380
375
PMのみ
447
592
589
（1）いずれのルースコンタクトでもほぼ一つのCO2生成ピークが観察され、PM酸化評価手法とし
て利用可能と考えられる（図１）。メインピークより低温でのCO2生成は、CeO2担体からのCO2
脱離や残余エタノールと判断し、PM酸化開始温度（Tig）を求めた（表１）。
（2）得られたPM酸化活性（Tig）の序列は、超音波照射＜スパチュラ撹拌＜水中超音波照射
≦エタノール超音波照射、となった。
（3）２回試験したところ（Run#1､2）、スパチュラ撹拌で最も再現性の高い結果が得られた。
２．触媒-PM混合状態解析
（a）スパチュラ撹拌
・ 肉眼では均一
・ どの視野（1000倍）も
触媒/PMは均等に混合
・ 約10∼20μmのPM塊
（b）超音波照射
・ 肉眼でも分離部分あり
・ 視野により触媒/PM割合
にバラつき
・ 約10∼数100μmのPM塊
（c）水中超音波照射
・ 肉眼でも分離部分あり
・ 視野によりバラつき
・ 100μm以上のPM塊と
数μmのPM微粒子
（d）エタノール超音波照射
・ 肉眼では均一
・ どの視野もPMが多い
・ 多量の数μmのPM微粒子
と数十μmのPM塊
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
50μm
（e）タイトコンタクト（参考）
・ 肉眼では均一
・ 数μmの触媒/PM微粒子
が均等に混合
50μm
50μm
図２．デジタルマイクロスコープによる標準触媒とPMとの混合状態の観察
（4）スパチュラ撹拌では試料全体で均等な混合状態が実現されていた。これが再現性の高い
PM酸化活性が得られる原因と推定される。
（5）触媒とPMの塊や粒子の大きさに基づく混合の度合いの序列は、超音波照射＜スパチュラ
撹拌＜水中超音波照射≦エタノール超音波照射＜タイトコンタクト、と見なすことができ、
PM酸化活性の序列とほぼ一致した。従って、数μm∼数十μmオーダーの触媒とPMとの混
合状態/接触面積がPM酸化挙動に寄与すると推定される。
（6）触媒とPMとの混合状態の数値化が必要と考えられる。映像解析ソフトを適用する予定。
３．触媒付DPFでの検討
表２．CeO2-Ag触媒付DPFのTig、TmaxおよびT50
PM捕集量
1.6g/L
PM捕集量
0.73g/L
触媒なし
DPF
Tig(℃)Tmax
(℃)T50
(℃)
0.73g/L 311
437
442
触媒付DPF
1.6g/L 316
470
466
触媒なしDPF
419
645
627
表３．CeO2-Ag触媒上のTig、TmaxおよびT50
図３．CeO2-Ag触媒付DPFのPM酸化挙動
Tig(℃)Tmax
(℃)T50
(℃)
スパチュラ撹拌
270
356
358
超音波照射
349
492
484
水中超音波照射 247
357
357
エタノール超音波 246
305
306
PMのみ
447
592
589
（7）CeO2-Ag触媒付DPFでは、PM捕集量により最大PM酸化温度（Tmax）や50％PM酸化温度
（T50）の値は変化するが、Tigの値はほぼ一定であった（図３､表２）。
（8）Tigの値を用いてルースコンタクトと比較すると（表３）、触媒付DPFでの触媒とPMとの混合の
度合いはスパチュラ撹拌より若干低く、超音波照射と同程度であることが示唆される。