JP2008307472A - 排出ガス浄化触媒の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形性を向上するとともに、金属触媒の保持量をそれほど高めなくても高い反応効率を得ることができる排出ガス浄化触媒の製造方法を提供する。
【解決手段】排出ガスを浄化するための金属触媒を保持するとともに、繊維をペーパー状多孔質構造に成形して成る排出ガス浄化触媒の製造方法において、所定量のパルプ繊維、金属触媒粉末を含むスラリーを生成するスラリー生成工程Ｓ１と、当該スラリーに凝集剤を添加してフロックを生成するフロック生成工程Ｓ２と、当該フロックを抄造してペーパー状の多孔質構造を生成する抄造工程Ｓ３と、当該ペーパー状の多孔質構造を乾燥する乾燥工程Ｓ４と、当該乾燥工程Ｓ４を経たペーパー状の多孔質構造を焼成し、パルプ繊維を消失させることにより空隙構造を得る焼成工程Ｓ５とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、排出ガスを浄化するための金属触媒を保持するとともに、繊維をペーパー状多孔質構造に成形して成る排出ガス浄化触媒の製造方法に関するものである。

一般に、触媒燃焼に用いられる触媒は、ハニカム状に折り曲げ形成されたセラミックスにおける気孔（ハニカム形状が成す連通孔）内表面に担持され、当該気孔を原料ガスが通過することによって触媒の反応を促進するよう構成されていた。かかるセラミックスは、例えばシリカ、アルミナ、マグネシアなどを原料として成形及び焼成して成るものであり、その表面に触媒粒子と酢酸とを湿式解砕にて作成したスラリーをコーティングすることにより所望の触媒構造体を得ていた。

然るに、成形性及び触媒の反応効率を向上させる観点から、触媒構造体をペーパー状に成形する技術が、例えば特許文献１によって開示されている。この文献で開示された技術によれば、金属触媒及びセラミックス繊維を所定量の水に十分分散させ、コロイダルシリカや硫酸アルミニウム等を添加した後、通常の長網式抄紙機で抄造してセラミックスペーパー（即ち、ペーパー状の触媒構造体）を得ていた。
特開平６−１３４３０７号公報

しかしながら、上記従来の排出ガス浄化触媒においては、セラミックスシートの内部にまで原料ガスを導入して触媒反応をある程度向上させることができるが、ハニカム状に折り曲げ加工してその気孔内で原料ガスを通過させることが前提となっており、依然として反応効率が低く、金属触媒を多量保持しないと触媒反応が不十分となる虞があるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、成形性を向上するとともに、金属触媒の保持量をそれほど高めなくても高い反応効率を得ることができる排出ガス浄化触媒の製造方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、排出ガスを浄化するための金属触媒を保持するとともに、繊維をペーパー状多孔質構造に成形して成る排出ガス浄化触媒の製造方法において、所定量のパルプ繊維、金属触媒粉末を含むスラリーを生成するスラリー生成工程と、当該スラリーに凝集剤を添加してフロックを生成するフロック生成工程と、当該フロックを抄造してペーパー状の多孔質構造を生成する抄造工程と、当該ペーパー状の多孔質構造を乾燥する乾燥工程と、当該乾燥工程を経たペーパー状の多孔質構造を焼成し、前記パルプ繊維を消失させることにより空隙構造を得る焼成工程とを有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の排出ガス浄化触媒の製造方法において、前記焼成工程により得られる空隙構造は、空隙率が４５〜７５％であり、且つ、平均細孔径が３〜３０μｍとされたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の排出ガス浄化触媒の製造方法において、前記焼成工程は、５００℃の温度で３０分間行われることを特徴とする。

本発明によれば、乾燥工程を経たペーパー状の多孔質構造を焼成し、パルプ繊維を消失させることにより空隙構造を得るので、成形性を向上するとともに、ガス拡散効率が著しく向上して、金属触媒の保持量をそれほど高めなくても高い反応効率を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る排出ガス浄化触媒は、自動車や二輪車等からの排出ガスを高効率に浄化するためのものであり、ペーパー状に成形された耐熱性繊維の空孔（空隙）内に触媒としての金属触媒粉末を分散担持させて構成されている。

耐熱性繊維は、シリカ及びアルミナを主成分とした非晶質セラミックスから成り、湿式抄紙法でペーパー状に成形されて触媒構造体の担体を成すものである。尚、耐熱性繊維は、化学的、物理的に安定で、抄造した際に繊維同士が強く絡み合って高強度な構造体を得ることができれば、他の材質から構成してもよく、アラミド繊維等の有機繊維を使用することもできる。その他、耐熱性が高く、化学的にも安定なガラス繊維や炭素繊維を湿式抄紙法でペーパー状に成形することにより構造体を得るようにしてもよい。

ここで、本実施形態においては、製造過程における焼成工程で消失するパルプ繊維を具備しており、当該パルプ繊維が消失して空隙構造となっている。この空隙構造の空隙内に金属触媒が分散担持されることにより、成形性に優れ、取り扱い易く、且つ二次加工にも優れたペーパー状の触媒を得ることができる。この空隙構造は、空隙率が４５〜７５％であり、且つ、平均細孔径が３〜３０μｍとされたものが好ましい。

金属触媒粉末は、金属酸化物を担体とした触媒粉末とされた後、湿式抄紙法にて多孔質構造の空孔（空隙）内に均一に分散されて付着されるものであり、例えば、白金、ロジウム、パラジウム等の希少貴金属を使用することができる。こうした貴金属を用いれば、例えば排出ガス中に含まれるＮＯ_ｘが還元され、Ｎ_２となって浄化（無害化）されることとなる。

また、金属触媒粉末の多孔質構造の空孔（空隙）内への付着は主に無機バインダにて行われる。一般に無機バインダは、耐熱性繊維と金属触媒との結合材であり、ガラス類の如き加熱融着により結合させるものと、コロイド状無機酸化物（特に、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、コロイダルジルコニアは、分散性に優れ、高強度を得ることができるので、これらのうちいずれかを用いるのが好ましい。）やシリカゲル等の如き脱水反応によって化学結合及び焼結によってその強度をもたらすものの２種類に大別されるが、本実施形態で使用される無機バインダとしては、後者、即ち脱水反応により化学結合させるものが好ましい。

上記の如き排出ガス浄化触媒によれば、抄造技術の応用により、繊維ネットワークから成る多孔質構造体内部に触媒粉末を分散担持させることができ、取り扱い易く、二次加工にも優れたペーパー状の触媒を提供することができる。これにより、成形することで失われる触媒性能を維持したまま取り扱い容易な紙状に成形することが可能となる。加えて、製造過程において添加するパルプ繊維を焼成、除去することで生じる特有の空隙構造が、ＮＯ_ｘ還元反応に優れた反応場を提供し、従来の粉末触媒を上回る性能を発揮することができる。このため、排出ガス浄化に重要な低温域での活性に優れ、希少な貴金属触媒の使用量を低減させることができる。

次に、上記排出ガス浄化触媒の製造方法について図１のフローチャートに基づいて説明する。
まず、所定量の水に対し所定量の耐熱性繊維、パルプ繊維、触媒粉末及び無機バインダ、気孔調整剤等を投入して水溶液を作製し、これら含有物を均一に分散させたスラリーを作製する（スラリー生成工程Ｓ１）。そして、当該スラリーに凝集剤を添加してフロックを生成（フロック生成工程Ｓ２）した後、当該フロックを抄造（湿式抄造法）してペーパー状の多孔質構造を生成する（抄造工程Ｓ３）。

フロックを生成するための凝集剤は、高分子凝集剤と金属カチオンとを含有し、強い電荷を有しており、水溶液中でそれぞれ電荷を帯びて電気的に反発し合っている物質の電荷を中和し、強く絡み付かせるものである。このうち高分子凝集剤は、絡み付いた繊維の間に入り込み、更に結合力を強化する働きがあり、金属カチオンはミョウバン、硫酸アルミニウム等の水溶液にＡｌ３＋カチオンを含むものが使用される。

その後、ペーパー状の多孔質構造を脱水及び乾燥処理し（乾燥工程Ｓ４）、焼成工程Ｓ５を施す。かかる焼成工程Ｓ５は、乾燥工程Ｓ４を経たペーパー状の多孔質構造を焼成し、パルプ繊維を消失させることにより空隙構造を得るための工程であり、５００℃の温度で３０分間行われる。また、焼成工程Ｓ５により得られる空隙構造は、空隙率が４５〜７５％であり、且つ、平均細孔径が３〜３０μｍとされるのが好ましい。

次に、本実施形態に係る排出ガス浄化触媒の優位性について立証するための実験結果について説明する。
焼成工程にて消失すべきパルプ繊維を０．５（ｇ）、１．０（ｇ）、２．０（ｇ）、４．０（ｇ）含有したペーパー状の排出ガス浄化触媒を実施例１〜４とする一方、粉末状の排出ガス浄化触媒を比較例とし、これらのＮＯｘ還元性能について比較した実験結果を図２に示す。図２により明らかなように、実施例１〜４のものは比較例に比べ、低温域（５００〜６５０℃）でＮＯｘ還元性能が高い。特に、パルプ繊維の添加量を４．０（ｇ）とした実施例４においては、５５０℃において比較例の約１．５倍ものＮＯｘ還元性能を示すこととなった。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば金属触媒粉末、耐熱性繊維等を他の材料としてもよく、或いは湿式抄造法について他の工程を付加するようにしてもよい。また、本発明の適用は、自動車、二輪車、工場等から排出される排出ガスを浄化するための高性能排気ガス浄化触媒として適用することができる。

所定量のパルプ繊維、金属触媒粉末を含むスラリーを生成するスラリー生成工程と、当該スラリーに凝集剤を添加してフロックを生成するフロック生成工程と、当該フロックを抄造してペーパー状の多孔質構造を生成する抄造工程と、当該ペーパー状の多孔質構造を乾燥する乾燥工程と、当該乾燥工程を経たペーパー状の多孔質構造を焼成し、パルプ繊維を消失させることにより空隙構造を得る焼成工程とを有する排出ガス浄化触媒の製造方法であれば、種々他の原料を含有したものにも適用することができる。

本発明の実施形態に係る排出ガス浄化触媒の製造工程を示すフローチャート 本発明の実施形態に係る排出ガス浄化触媒の優位性を示す実験結果を示すグラフ

符号の説明

Ｓ１ スラリー生成工程
Ｓ２ フロック生成工程
Ｓ３ 抄造工程
Ｓ４ 乾燥工程
Ｓ５ 焼成工程

Claims (3)

1. 排出ガスを浄化するための金属触媒を保持するとともに、繊維をペーパー状多孔質構造に成形して成る排出ガス浄化触媒の製造方法において、
   所定量のパルプ繊維、金属触媒粉末を含むスラリーを生成するスラリー生成工程と、
   当該スラリーに凝集剤を添加してフロックを生成するフロック生成工程と、
   当該フロックを抄造してペーパー状の多孔質構造を生成する抄造工程と、
   当該ペーパー状の多孔質構造を乾燥する乾燥工程と、
   当該乾燥工程を経たペーパー状の多孔質構造を焼成し、前記パルプ繊維を消失させることにより空隙構造を得る焼成工程と、
   を有することを特徴とする排出ガス浄化触媒の製造方法。
2. 前記焼成工程により得られる空隙構造は、空隙率が４５〜７５％であり、且つ、平均細孔径が３〜３０μｍとされたことを特徴とする請求項１記載の排出ガス浄化触媒の製造方法。
3. 前記焼成工程は、５００℃の温度で３０分間行われることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排出ガス浄化触媒の製造方法。

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