JP2005349293A

JP2005349293A - 排ガス浄化用触媒の製造方法

Info

Publication number: JP2005349293A
Application number: JP2004172211A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakurai; 健治櫻井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】排ガス浄化用触媒の活性化性能を向上させる。
【解決手段】アルミナ粉末を含むスラリーを調製し、このアルミナスラリーを基材のセルの少なくとも角部にコートし、次いで焼成することによりプレコート層を形成することを含む排ガス浄化用触媒の製造方法において、アルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の内燃機関からの排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒の製造方法に関する。

自動車の排ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯx等の有害成分を浄化するため、自動車の排気系には各種の排ガス浄化用触媒が搭載されている。例えば三元触媒は、ハニカム形状の基材と、この基材の表面上に形成された触媒コート層からなり、この触媒コート層はアルミナ等の多孔質酸化物に白金等の貴金属が担持されて構成されている。そして空燃比をほぼ理論空燃比（ストイキ）に制御することによって排ガス中のＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯxの還元浄化とを同時に行って排ガスを浄化している。

この三元触媒を製造するには、コージェライトもしくは金属箔等から形成されたハニカム状の基材を用意し、アルミナ粉末、アルミナゾル等のバインダ及び水からなるスラリーを基材のセル表面にウォッシュコートする。そして余分なスラリーを除去した後、乾燥・焼成してコート層を形成する。その後、水溶性白金化合物の水溶液をコート層に接触させ、吸着担持法もしくは含浸担持法等によって白金を担持させ、次いで焼成することによって触媒コート層を形成している。また、あらかじめ白金等を担持させておいたアルミナ粉末を含むスラリーから触媒コート層を形成する方法もある。

ところで、従来一般に用いられている基材のセルの断面形状は四角形であり、このセル表面にスラリーをコートすると、スラリーの表面張力の影響を受け、コート層はセルの角部において厚く、セル平坦部において薄くなる。従って、白金等の貴金属触媒の担持量も角部において多く、平坦部において少なくなる。一方、排ガスはセルの平坦部において貴金属触媒と接触する確立が高いが、上記のように浄化に大きく影響する平坦部にコート層が薄く、貴金属触媒の担持量が少ないため、排ガスの浄化率低下を招くという問題がある。

一方、セルの断面形状が六角形である基材を用いた触媒では、コート層がセル内面にほぼ均一に形成され、円形状にすることができるため、このセルを通過する排ガスはセル内面のどこに接触しても高い浄化率を達成することができる。従ってセルの断面形状を六角形とすることは流体力学上望ましいが、このようなセルの断面形状が六角形である基材はいまだ試作段階であり、量産化にはいたっていない。

そこで、アルミナ等の貴金属を含まないコート材によりセルの角部をプレコートすることによって断面形状が四角形であるセルの角部を埋め、断面形状を丸くすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２０００６３号公報

ところが、上記のようにプレコートを施すと、得られる触媒は特に角部においてコート層の厚みが大きくなり、全体として重量が増大し、さらに触媒全体の熱容量が増加する。その結果、触媒の暖機性が悪化し、低温活性が低下するという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決し、排ガスとの接触効率が向上しかつ熱容量の小さな排ガス浄化用触媒の製造方法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために１番目の発明によれば、アルミナ粉末を含むスラリーを調製し、このアルミナスラリーを基材のセルの少なくとも角部にコートし、次いで焼成することによりプレコート層を形成することを含む排ガス浄化用触媒の製造方法において、アルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いている。

上記問題点を解決するために２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記アルミナ粉末として、平均粒径２〜５μｍであるアルミナ粉末と平均粒径４〜１０μｍであるアルミナ粉末の混合物を用いている。

上記問題点を解決するために３番目の発明によれば、１番目の発明において、プレコート層を上層と下層の２層から形成し、下層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径よりも上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径を大きくしている。

上記問題点を解決するために４番目の発明によれば、３番目の発明において、下層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径を２〜５μｍとし、上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径を４〜１０μｍとしている。

上記問題点を解決するために５番目の発明によれば、３番目の発明において、上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いている。

上記問題点を解決するために５番目の発明によれば、１〜５番目の発明において、前記スラリーが熱伝導性の高い金属粉末をさらに含ませている。

本発明によれば、プレコート層をアルミナ粉末を含むスラリーから形成しており、このプレコート層中には多くの空孔が形成される。このプレコート層に空孔が形成されることにより熱容量が小さくなりかつ軽量化を図ることができる。

図１において、本発明の方法により得られる排ガス浄化用触媒の部分拡大断面図を示す。この排ガス浄化用触媒１において、セル２の角部にプレコート層３が形成され、その上にコート層４が形成されている。本発明においては、コート層４を形成せず、プレコート層３をセルの角部のみならず平坦部にも形成してもよい。この場合、プレコート層が貴金属触媒を担持するコート層となる。

本発明において、まずアルミナ粉末を含むスラリーを調製する。このアルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いる。次いでこのスラリーを基材のセルの少なくとも角部に、そして場合によっては平坦部にもコートし、次いで焼成することによりプレコート層を形成する。

基材としては、排ガス浄化用触媒に用いられている公知の基材を用いることができ、例えば、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素等の、耐熱性を有するセラミックス材料や、ステンレス鋼等の金属箔からなるハニカム基材を用いることが好ましく、優れた耐熱性と低い熱膨張率を有するコージェライト製ハニカムを用いることが特に好ましい。このハニカム基材は、両端が開口した多数のセルを有するものが好ましい。この場合、ハニカム基材のセル密度は、特に制限されないが、４００セル／平方インチ程度のいわゆる中密度のハニカム、又は１０００セル／平方インチ以上のいわゆる高密度のハニカム基材を用いることが好ましい。

一般的にこのハニカム基材のセルの断面形状は図１に示すように四角形であり、そこで本発明ではこの四角形のセルの角部にプレコート層を形成する。このプレコート層を形成するスラリーはアルミナ粉末を含んでおり、従って得られるプレコート層には空孔が形成されている。本発明ではこの空孔を形成することにより、得られる触媒の熱容量を小さくし、この空孔において排ガスを拡散させることを目的としているため、空孔の大きさを比較的大きく、具体的には２〜２０μｍ程度にすることが好ましい。

本発明の方法では、スラリー中のアルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いることにより、プレコート層中に径の異なる空孔を生成させ、より微細な範囲まで排ガスを拡散させることができる。このアルミナ粉末としては、平均粒径２〜５μｍであるアルミナ粉末と平均粒径４〜１０μｍであるアルミナ粉末の混合物を用いることが好ましい。この平均粒径の大きなアルミナ粉末と平均粒径の小さなアルミナ粉末の混合比は０．５〜２とすることが好ましい。また、スラリー中のアルミナ粉末の含有量は１０〜３００ｇ／Ｌとすることが好ましい。

上記のようにセルの角部にプレコート層を形成する場合、このプレコート層に排ガスが深く入りすぎるのを防ぎ、さらに伝熱効果を向上させるため、このプレコート層を２層構造にし、上層内の空孔を下層内の空孔よりも大きくすることが好ましい。すなわち、下層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径よりも上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径を大きくする。具体的には、下層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径を２〜５μｍとし、上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径を４〜１０μｍとし、まず、平均粒径の小さなアルミナ粉末を含むスラリーを用いて下層を形成し、次いでこの下層の上に平均粒径の大きなアルミナ粉末を含むスラリーを用いて上層を形成する。

さらに、このような２層構造のプレコート層において、上層内の空孔を径の異なるものとし、微細に排ガスを上層内に拡散させることが好ましい。このため、上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いることが好ましい。具体的には、平均粒径が２〜５μｍであるアルミナ粉末と平均粒径が４〜１０μｍであるアルミナ粉末の混合物を用いる。

このプレコート層の伝熱性をさらに高めるため、プレコート層を形成するスラリー中に、アルミナ以外の熱伝導性の高い金属粉末をさらに含ませ、プレコート層中にこの金属を混在させることが好ましい。このような金属としては、Ｃｕ、Ａｇ、アルミナ−Ｚｒ等が例示される。この金属粉末の粒径は５〜５０μｍであることが好ましく、また混合比は０．５〜１であることが好ましい。

以上のようにして形成したプレコート層上にコート層を形成し、このコート層に白金等の貴金属触媒を担持させることにより排ガス浄化用触媒が得られる。プレコート層上に設けるコート層は、ウォッシュコート法等の従来の方法によって形成してよく、特に制限はない。但し、セルの角部がプレコート層により埋められているため、従来よりも少量でコート層を形成することができる。また、コート層を形成することなく、プレコート層をセルの角部のみならず平坦部にも形成し、このプレコート層に貴金属触媒を担持させてもよい。貴金属触媒の担持法は従来の方法、例えば吸着担持法、含浸担持法等を用いることができ、あるいはプレコート層を構成するアルミナ粉末にあらかじめ貴金属触媒を担持させておき、プレコート層を形成してもよい。貴金属触媒の担持量は一般的な量、すなわちＰｔ：１．０〜５．０ｇ／Ｌ、Ｒｈ：０．２〜１．０ｇ／Ｌである。

以上のように本発明の方法によれば、セルの角部に空孔を有するプレコート層が形成されるため、熱容量を高めることなくコート層を形成することができ、触媒の活性化性能、特に低温活性を高めることができる。

本発明の方法により形成される排ガス浄化用触媒の部分拡大断面図である。

符号の説明

１…排ガス浄化用触媒
２…セル
３…プレコート層
４…コート層

Claims

アルミナ粉末を含むスラリーを調製し、このスラリーを基材のセルの少なくとも角部にコートし、次いで焼成することによりプレコート層を形成することを含む排ガス浄化用触媒の製造方法において、アルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いることを特徴とする方法。
前記アルミナ粉末が、平均粒径２〜５μｍであるアルミナ粉末と平均粒径４〜１０μｍであるアルミナ粉末の混合物であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
プレコート層を上層と下層の２層から形成し、下層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径よりも上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径が大きいことを特徴とする、請求項１記載の方法。
下層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径が２〜５μｍであり、上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末の平均粒径が４〜１０μｍであることを特徴とする、請求項３記載の方法。
上層を形成するスラリー中のアルミナ粉末として平均粒径の異なる２種以上のアルミナ粉末を用いることを特徴とする、請求項３記載の方法。
前記スラリーが熱伝導性の高い金属粉末をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。