JP5401315B2 - 排ガス浄化用触媒の製造方法、及び排ガス浄化用触媒 - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス浄化用触媒の製造方法、及び排ガス浄化用触媒に関する。
自動車などから排出される排ガスを浄化するために、近年、排ガス浄化用触媒が利用されている。このような排ガス浄化用触媒として、触媒成分を含有するコーティング層がハニカム担体に形成されてなるものが知られている。かかる排ガス浄化用触媒にあっては、その構造上、排ガスとの接触面積を増加させることにより、排ガス浄化効率を向上させることが可能である。そこで、排ガスとの接触面積を増加させるために、例えば、ハニカム担体のセル数を増やし、或いは、ハニカム担体のリブを薄くし、さらには、ハニカム担体を従来の四角セルハニカム担体から六角セルハニカム担体に変更するなど、各種の対策が採られてきた（例えば、特開平５−２８５３９７号公報、特開平６−７１１８２号公報、特開平７−２８９９１８号公報、特開２００３−２４５５４７号公報など参照）。
しかしながら、従来技術のようにして、排ガスとの接触面積を増加させる場合には、排ガス浄化用触媒の強度低下を招いてしまうとともに、排ガス浄化用触媒の製造コストが著しく上昇してしまうという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、排ガス浄化用触媒の強度低下を招くことなく、しかも、排ガス浄化用触媒の製造コストを著しく上昇させることもなく、排ガスとの接触面積を増加させて排ガス浄化効率を向上させることが可能な排ガス浄化用触媒の製造方法、及び排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、触媒成分を含有するコーティング層が、ハニカム担体の断面四角形状のセルに形成されてなる排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
前記触媒成分を含有すると共に、ポリカルボン酸若しくはポリカルボン酸塩を含有することによりチキソトロピー性を有する、粘度が３５００〜１００００ｍＰａ・ｓに調整されたスラリーに前記ハニカム担体を浸漬し、或いは前記ハニカム担体内に前記スラリーを吸引させてから、当該ハニカム担体を取り出し、取り出されたハニカム担体の端面に対してその軸方向からパルス状のエアを吹き付けた後、このハニカム担体を焼成して、前記ハニカム担体の前記セルに、当該セルの各辺の中心領域において当該セルの中心に向かって凸となるように前記コーティング層を形成することを特徴とする。
前記触媒成分を含有すると共に、ポリカルボン酸若しくはポリカルボン酸塩を含有することによりチキソトロピー性を有する、粘度が３５００〜１００００ｍＰａ・ｓに調整されたスラリーに前記ハニカム担体を浸漬し、或いは前記ハニカム担体内に前記スラリーを吸引させてから、当該ハニカム担体を取り出し、取り出されたハニカム担体の端面に対してその軸方向からパルス状のエアを吹き付けた後、このハニカム担体を焼成して、前記ハニカム担体の前記セルに、当該セルの各辺の中心領域において当該セルの中心に向かって凸となるように前記コーティング層を形成することを特徴とする。
さらに、本発明は、この製造方法によって製造された排ガス浄化用触媒を含むものとする。
本発明のスラリーは、触媒成分を含有するとともに、チキソトロピー性を有している。チキソトロピー性とは、一定のせん断速度で流動させたときに時間とともに粘度が低下し、その後、流動を止めてしばらく静止すると再び元の粘度に戻る性質のことをいう。本発明のスラリーは、硫酸アルミニウム、アンモニア、炭酸カルシウムなどが添加されたものであり、好ましくは、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸塩が添加されたものであって、チキソトロピー性を強化し増粘させたものである。ポリカルボン酸塩としては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム等が挙げられる。なお、スラリーを使用する直前に、ポリカルボン酸若しくはポリカルボン酸塩をスラリーに添加することが好ましく、また、当該スラリーの粘度を適宜調整しておくことが好ましい。
そして、本発明のスラリーに前記ハニカム担体を浸漬し、或いは前記ハニカム担体内に本発明のスラリーを吸引させてから、当該ハニカム担体を取り出し、取り出されたハニカム担体の端面にパルス状のエアを吹き付けると、ハニカム担体の内部に乱流が生じる。エアの風速は、１０ｍ／ｓ〜１５０ｍ／ｓが好ましい。この乱流の作用により、コーティング層の周囲長が伸張して、その表面積が増加する。一般に、触媒成分を含有するコーティング層がハニカム担体に形成されてなる排ガス浄化用触媒にあっては、コーティング層の表面積が増加すると、排ガスとの接触面積が増加して、排ガス浄化効率が向上する。従って、本発明によれば、コーティング層の表面積が増加し、その結果、排ガスとの接触面積が増加して排ガス浄化効率が向上することとなる。また、本発明では、従来のハニカム担体をそのまま使用すれば足り、ハニカム担体のセル数を増やしたり、或いはハニカム担体のリブを薄くする必要がない。加えて、本発明では、ハニカム担体を従来の四角セルハニカム担体から六角セルハニカム担体に変更する必要もない。従って、本発明によれば、排ガス浄化用触媒の強度低下を招くことなく、また、排ガス浄化用触媒の製造コストを著しく上昇させることもない。このようにして、本発明によれば、排ガス浄化用触媒の強度低下を招くことなく、しかも、排ガス浄化用触媒の製造コストを著しく上昇させることもなく、排ガスとの接触面積を増加させて排ガス浄化効率を向上させることが可能となるのである。
＜関連文献とのクロスリファレンス＞
本件出願は、２００７年８月２７日付けで出願した日本国特願２００７―２１９７４９号に基づく優先権の主張を伴うものであって、その内容を援用するものである。
本件出願は、２００７年８月２７日付けで出願した日本国特願２００７―２１９７４９号に基づく優先権の主張を伴うものであって、その内容を援用するものである。
１０ ハニカム担体（スラリーに浸漬済み）
２０ エアブローガン
２０ エアブローガン
以下、実施例を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
本実施例では、次のようにして、排ガス浄化用触媒を製造した。すなわち、本実施例では、まず、高耐熱γアルミナ粉末に硝酸パラジウム水溶液を滴下し、これを乾燥させてから５００℃で焼成して、アルミナ・パラジウム粉末を得た。
次に、このアルミナ・パラジウム粉末（４５ｇ／ｌ；Ｐｄ担持量は０．８ｇ／ｌ）と、ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物（５．７ｇ／ｌ）と、酸化セリウム（１１．４ｇ／ｌ）と、ジルコニアバインダー（７．８ｇ／ｌ）とを混合し、これらの混合物に蒸留水（２６５〜３１０ｇ）を加え、ディスパーサーで攪拌混合してスラリーを得た。続いて、このスラリーを湿式粉砕機で粉砕して、スラリーのメジアン径を５μｍ以下にした。その後、スラリーにポリカルボン酸塩（２．７ｇ；商品名「アルファレジンＳＡ−３００」（アルファ化研株式会社製）６．７５ｇに相当する）を混合し、これらの混合物をディスパーサーで攪拌混合して、チキソトロピー性を強化し増粘させたスラリーを得た。このスラリーの粘度を複数回測定したところ、その粘度は３５００〜１００００ｍＰａ・ｓの値を示した。そして、このスラリーにコージェライト製のハニカム担体を浸漬してから、当該ハニカム担体を取り出した。なお、本実施例では、前記スラリーにコージェライト製のハニカム担体を浸漬してから、当該ハニカム担体を取り出すこととしているが、本発明は、本実施例の方法に限定されるものではなく、例えば、コージェライト製のハニカム担体内に前記スラリーを吸引させてから、当該ハニカム担体を取り出すこととしてもよい。
次に、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、取り出されたハニカム担体１０の端面１０ａに対して、所定のエアブローガン２０を用いて、その軸方向からパルス状のエアを連続的に吹き付けた（すなわち、高流速パルスエアブローを行った。）。すると、エアの複雑な流れによって、或いはハニカム担体１０の格子がエアの抵抗となって、ハニカム担体１０の内部に乱流が生じた。これにより、余分なスラリーがハニカム担体から除去され、所定量のスラリーがハニカム担体の表面にコーティングされることとなった。その後、このハニカム担体を５００℃の焼成炉で焼成して、当該ハニカム担体にコーティング層を形成した。以上のようにして、排ガス浄化用触媒が得られた。得られた排ガス浄化用触媒の拡大写真を図２Ａに示す。なお、本実施例とともに、従来工法である比較例の方法により、排ガス浄化用触媒を製造した。この比較例では、前述したポリカル酸塩を使用することなく、それ以外の条件を本実施例と同一にした上で、排ガス浄化用触媒を得た。得られた排ガス浄化用触媒の拡大写真を図２Ｂに示す。
図２Ａに示すように、本実施例の排ガス浄化用触媒を製造方法（以下「発明工法」という。）によれば、四角セルハニカム担体の各セルには、各辺の中心領域において当該セルの中心に向かって凸となるように成形されたコーティング層が形成されており、セルの各辺の中心領域が肉厚になっている。他方、図２Ｂに示すように、比較例の排ガス浄化用触媒を製造方法（以下「従来工法」という。）によれば、ハニカム担体のセルには、断面略円形状のコーティング層が形成されており、セルの角部が肉厚になっている。なお、図２Ａ及び図２Ｂに対してコーティング層の周囲長を点線で追記したものを、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂに示す。また、各コーティング層の周囲長をグラフにして比較したものを図４に示す。
図４に示すように、従来工法の場合には、コーティング層の周囲長が３２０９μｍにすぎなかったものの、発明工法の場合には、コーティング層の周囲長が３６１４μｍとなった。すなわち、発明工法によれば、従来工法と比べて、コーティング層の周囲長が、３６１４μｍ／３２０９μｍ≒１．２６２０倍に増加した。これにより、発明工法で得られた排ガス浄化用触媒にあっては、従来工法で得られた排ガス浄化用触媒と比べて、排ガスとの接触面積が約１．２６２０倍に増加したことになる。その結果、当然に、排ガス浄化効率が向上することとなる。
次に、このことを確認するとともに、排ガス浄化効率がどの程度向上するのかを確認するために、本実施例及び比較例で得られた排ガス浄化用触媒のＮＯｘ浄化率を調べた。ＮＯｘ浄化率は、ＥＭ浄化性能試験（エンジンベンチエージング６０ｈ）に基づいて測定した。なお、ＥＭ浄化性能試験（エンジンベンチエージング６０ｈ）とは、所定の台上エンジン（直列４気筒，２．０Ｌエンジン）によるエンジン耐久テスト（テスト時間６０ｈ）のことであり、具体的には、アイドルと４０００回転を１分ごとに切り替え、ＥＸマニホールドの出口に排ガス浄化用触媒を配置し、ＥＸマニホールドの入口温度を最大８５０℃に設定して、ＮＯｘ浄化率を測定した。その測定結果を図５に示す。
図５に示すように、従来工法の場合には、ＮＯｘ浄化率が約９２．７％にすぎなかったものの、発明工法の場合には、ＮＯｘ浄化率が約９３．７％となった。すなわち、発明工法によれば、従来工法と比べて、ＮＯｘ浄化率が約１％（≒９３．７％−約９２．７％）も向上した。
なお、本実施例及び比較例とは別に、前述したスラリーの配合を変えて、同様の試験を行ったところ、本実施例及び比較例と同様の結果が得られた。具体的には、Ｐｄ担持量が２６ｇ／ｌのアルミナ・パラジウム粉末（４５ｇ／ｌ）を使用するとともに、蒸留水及びポリカルボン酸塩の配合量をそれぞれ１８５〜２３０ｇ、１．４ｇ（商品名「アルファレジンＳＡ−３００」（アルファ化研株式会社製）を３．５０ｇ使用）に変えて、排ガス浄化用触媒を製造したところ、図２Ａ及び図２Ｂと同様のコーティング層がハニカム担体に形成され、図４と同様にコーティング層の周囲長が増加し、図５と同様にＮＯｘ浄化率も向上した。
以上の通り、発明工法によれば、従来工法と比べて、排ガスとの接触面積を増加させてＮＯｘ浄化率を向上させることが可能であり、さらには、ＮＯｘのみならず、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等についても、排ガス浄化効率を向上させることも可能である。また、発明工法では、従来のハニカム担体をそのまま使用すれば足り、ハニカム担体のセル数を増やしたり、或いはハニカム担体のリブを薄くする必要がない。加えて、発明工法では、ハニカム担体を従来の四角セルハニカム担体から六角セルハニカム担体に変更する必要もない。従って、発明工法によれば、排ガス浄化用触媒の強度低下を招くことなく、また、排ガス浄化用触媒の製造コストを著しく上昇させることもなく、排ガスとの接触面積を増加させて排ガス浄化効率を向上させることが可能となる。
なお、前述した発明工法では、スラリーにポリカルボン酸塩を添加して、チキソトロピー性を強化し増粘させたスラリーを得ているが、スラリーにポリカルボン酸、硫酸アルミニウム、アンモニア、炭酸カルシウムなどを添加して、チキソトロピー性を強化し増粘させたスラリーを得ることとしてもよい。例えば、スラリーに硫酸アルミニウム、アンモニア、炭酸カルシウムを添加する場合には、前述した各材料、すなわち、アルミナ・パラジウム粉末（４５ｇ／ｌ；Ｐｄ担持量は０．８ｇ／ｌ）、ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物（５．７ｇ／ｌ）、酸化セリウム（１１．４ｇ／ｌ）、ジルコニアバインダー（７．８ｇ／ｌ）、及び蒸留水（８０〜１２０ｇ）に対して、各々、硫酸アルミニウム（２．３ｇ／ｌ）、アンモニア（２．２ｇ／ｌ）、炭酸カルシウム（３．４ｇ／ｌ）を添加することにより、チキソトロピー性を有するスラリーを得ることができる。
本発明によれば、排ガス浄化用触媒の強度低下を招くことなく、しかも、排ガス浄化用触媒の製造コストを著しく上昇させることもなく、排ガスとの接触面積を増加させて排ガス浄化効率を向上させることが可能な排ガス浄化用触媒の製造方法、及び排ガス浄化用触媒を提供することができる。
Claims (2)
- 触媒成分を含有するコーティング層が、ハニカム担体の断面四角形状のセルに形成されてなる排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
前記触媒成分を含有すると共に、ポリカルボン酸若しくはポリカルボン酸塩を含有することによりチキソトロピー性を有する、粘度が３５００〜１００００ｍＰａ・ｓに調整されたスラリーに前記ハニカム担体を浸漬し、或いは前記ハニカム担体内に前記スラリーを吸引させてから、当該ハニカム担体を取り出し、取り出されたハニカム担体の端面に対してその軸方向からパルス状のエアを吹き付けた後、このハニカム担体を焼成して、前記ハニカム担体の前記セルに、当該セルの各辺の中心領域において当該セルの中心に向かって凸となるように前記コーティング層を形成することを特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。 - 請求項１に記載の製造方法によって製造された排ガス浄化用触媒。
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