JP2011125848A - ハニカム構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無機粒子を含み、長手方向に沿って、第1の端面から第2の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットを有するハニカム構造体であって、前記ハニカムユニットは、さらにフレーク状物、テトラポッド状物、および3次元針状物のいずれか一つを少なくとも含むことを特徴とするハニカム構造体。
【選択図】図1
Description
複数の貫通孔を有し、少なくとも無機粒子と、無機繊維とを含み、該貫通孔に対し直交する面の断面積が5〜50cm2である多孔質ハニカムユニットと、
二以上の前記多孔質ハニカムユニットを前記貫通孔が開口していない外面で接合するシール材層と、
を備えたものが提案されている(例えば特許文献1)。
無機粒子を含み、長手方向に沿って、第1の端面から第2の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットを有するハニカム構造体であって、
前記ハニカムユニットは、さらにフレーク状物、テトラポッド状物、および3次元針状物のいずれか一つを少なくとも含むことを特徴とするハニカム構造体が提供される。
前記無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイトおよびベーマイトの群から選定された少なくとも一つを含んでいても良い。
CO(NH2)2+H2O → 2NH3+CO2 式(1)
このアンモニアが、NOxを含む排ガスとともに、ハニカム構造体100の一方の端面(例えば端面110)から、各セルに流入した場合、セル壁に含まれているゼオライト等の触媒の作用により、以下の式(2−1)式および(2−2)の反応が生じる。
4NH3+4NO+O2 → 4N2+6H2O 式(2−1)
8NH3+6NO2 → 7N2+12H2O 式(2−2)
その後、浄化された排ガスは、ハニカム構造体100の他方の端面(例えば端面115)から排出される。このように、ハニカム構造体100内に排ガスを流通させることにより、排ガス中のNOxを処理することができる。
次に、本発明によるハニカム構造体100の構成について、より詳しく説明する。
以下、特に、ハニカムユニット130がゼオライトを主体とする材料で構成される場合について説明する。ただし、ハニカムユニット130がγアルミナ等、他の材料で構成される場合も、以下の説明の一部が適用され得ることは、当業者には明らかである。
ハニカム構造体100の接着層150は、接着層用ペーストを原料として形成される。接着層用ペーストとしては、特に限定されるものではないが、例えば、無機粒子と無機バインダを混ぜたものや、無機バインダと無機繊維を混ぜたものや、無機粒子と無機バインダと無機繊維を混ぜたものなどを用いることができる。また、これらにさらに有機バインダを加えても良い。また、接着層用ペーストには、前述のようなフレーク状物、テトラポッド状物、または3次元針状物を添加しても良い。
ハニカム構造体100のコート層120は、前述のようなハニカムユニットを構成する材料と同様の無機粒子、無機バインダ、無機繊維、フレーク状物、テトラポッド状物、および3次元針状物の少なくとも一つを含み、さらに有機バインダを含むペーストを原料として形成される。コート層120は、接着層150と同じ材料であっても、異なる材料であっても良い。コート層120および/または接着層150の原料となるペーストには、必要に応じて、酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーン、球状アクリル粒子、またはグラファイト等の造孔剤を添加しても良い。コート層の最終的な厚さは、0.1mm〜2.0mmが好ましい。
(ハニカム構造体の作製方法)
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法を説明する。なお、ここでは、前述の図1のような、複数のハニカムユニットから構成されるハニカム構造体100の製造方法を例に説明する。また、以降の記載では、ゼオライトを主体とするハニカムユニット130を使用して、ハニカム構造体を製作する場合を例に説明する。
まず、SAPO粒子(平均粒子径2μm)41wt%、フレーク状物6.4wt%、無機バインダ(ベーマイト)11.8wt%、有機バインダ(メチルセルロース)5.0wt%、潤滑剤(オレイン酸)3.7wt%、イオン交換水32.1wt%を混合、混練して混合組成物を得た。なお、フレーク状物としては、ガラスフレーク(アルミノホウケイ酸ガラス)を使用した。ガラスフレークは、平均粒子径が15μmであり、平均厚さが5μmであり、アスペクト比が3(平均粒子径/平均厚さ、以下同様)であった。
実施例1と同様の工程により、実施例2に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、ガラスフレークとして、平均粒子径が160μm、平均厚さが5μm、アスペクト比が32のアルミノホウケイ酸ガラスを使用した。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例1と同様の工程により、実施例3に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、フレーク状物として、白雲母を使用した。この白雲母の平均粒子径は、23μm、平均厚さは、0.3μm、アスペクト比は、77であった。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例3と同様の工程により、実施例4に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、白雲母として、平均粒子径が47μm、平均厚さが0.6μm、アスペクト比が78のものを使用した。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例1と同様の工程により、実施例5に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、フレーク状物として、αアルミナフレークを使用した。このαアルミナフレークの平均粒子径は、10μm、平均厚さは、0.3μm、アスペクト比は、33であった。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例1と同様の工程により、実施例6に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、フレーク状物に替えて、テトラポッド状物として、酸化亜鉛(単結晶針状体)を使用した。この酸化亜鉛の平均繊維長(図3(b)の針状部分2aを意味する)は、20μmであった。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例1と同様の工程により、実施例7に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、フレーク状物に替えて、3次元針状物として、アルミナ繊維体(複数のアルミナ繊維がガラスで結合されたもの)を使用した。このアルミナ繊維体の平均繊維長(図3(c)の繊維部分3aを意味する)は、50μm、平均繊維径は、6μmであった。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例1と同様の工程により、実施例8に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、SAPO粒子の代わりに、γアルミナ粒子(平均粒径2μm)を使用した。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例1と同様の工程により、実施例9に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、SAPO粒子(粒子径2μm)36.9wt%、フレーク状物12.4wt%、無機バインダ(ベーマイト)11.4wt%、有機バインダ(メチルセルロース)4.8wt%、潤滑剤(オレイン酸)3.6wt%、イオン交換水30.9wt%を混合、混練して、混合組成物を得た。なお、フレーク状物としては、ガラスフレーク(アルミノホウケイ酸ガラス)を使用した。ガラスフレークは、平均粒子径が15μmであり、平均厚さが5μmであり、アスペクト比が3であった。
実施例9と同様の工程により、実施例10に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、フレーク状物として、白雲母を使用した。この白雲母の平均粒子径は、23μm、平均厚さは、0.3μm、アスペクト比は、77であった。その他の作製条件は、実施例9と同じである。
実施例1と同様の工程により、実施例11に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この実施例では、フレーク状物に替えて、3次元針状物として、図3(d)に示した形状のベーマイト連晶粒子を使用した。このベーマイト粒子の平均粒子径は、20μmであり、針状部4bの太さqは、0.2μmであり、針状部4bのアスペクト比は、25であった。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
実施例1と同様の工程により、比較例1に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この比較例1では、フレーク状物は、使用せず、代わりに、アルミナ繊維を使用した。アルミナ繊維の平均繊維長は、120μmであり、平均繊維径は、6μmであった。その他の作製条件は、実施例1と同じである。
比較例1と同様の工程により、比較例2に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この比較例2では、アルミナ繊維の代わりに、ガラス繊維を使用した。ガラス繊維の平均繊維長は、85μmであり、平均繊維径は、6μmであった。その他の作製条件は、比較例1と同じである。
比較例1と同様の工程により、比較例3に係るハニカムユニットを作製した。ただし、この比較例では、SAPO粒子の代わりに、γアルミナ粒子(平均粒径2μm)を使用した。その他の作製条件は、比較例1と同じである。
前述の方法で作製した各実施例および比較例のハニカムユニットを用いて、4点曲げ試験を行い、ハニカムユニットの強度を評価した。4点曲げ試験は、JISR1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法)に準拠する方法で実施した。より具体的には、上面荷重点間距離を20mmとし、下面支点間距離を85mmとして、ハニカムユニットに対して荷重を加え、ハニカムユニットが破壊するときの強度を測定した。荷重負荷装置には、インストロン5582を使用し、荷重の変化速度は、10mm/分とした。試験数は、各ハニカムユニットにつき10個とした。
次に、実施例1〜7および9〜11、ならびに比較例1〜2に係るハニカムユニットを用いて、以下の方法で、吸湿試験を行った。
110 第1の端面
115 第2の端面
120 コート層
121、122 セル
123、124 セル壁
130 ハニカムユニット
150 接着層
200 別のハニカム構造体。
Claims (11)
- 無機粒子を含み、長手方向に沿って、第1の端面から第2の端面に延伸する複数のセルがセル壁により区画されたハニカムユニットを有するハニカム構造体であって、
前記ハニカムユニットは、さらにフレーク状物、テトラポッド状物、および3次元針状物のいずれか一つを少なくとも含むことを特徴とするハニカム構造体。 - 前記フレーク状物は、ガラスフレーク、雲母、アルミナフレーク、シリカフレーク、酸化亜鉛フレークからなる群から選定された、少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記フレーク状物は、アスペクト比が3〜250の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載のハニカム構造体。
- 前記テトラポッド状物または3次元針状物は、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、ベーマイト、および酸化亜鉛からなる群から選定された、少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記無機粒子は、ゼオライトを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
- 前記ゼオライトは、β型ゼオライト、Y型ゼオライト、フェリエライト、ZSM−5型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトA、およびゼオライトLのうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項5に記載のハニカム構造体。
- 前記ゼオライトは、AlPO(アルミノリン酸塩)、またはSAPO(シリコアルミノリン酸塩)を含むことを特徴とする請求項5に記載のハニカム構造体。
- 前記ゼオライトは、FeまたはCuでイオン交換されていることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
- 前記無機粒子は、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、およびムライトのうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
- 当該ハニカム構造体は、さらに無機バインダを含み、
前記無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイトおよびベーマイトの群から選定された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載のハニカム構造体。 - 当該ハニカム構造体は、複数のハニカムユニットを接着層を介して接合することにより構成されることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載のハニカム構造体。
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