JPH03296438A - 排ガス浄化触媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、石油やガスなどを燃料とする各種燃焼機器、
自動車、ガスオーブン、オープンレンジなどの調理器か
ら排出される未燃焼の炭化水素、−酸化炭素を完全燃焼
させ、炭酸ガスと水に分解する排ガス浄化触媒体に関す
る。

従来の技術 従来、燃焼機器などから排出される未燃焼の炭化水素、
−酸化炭素を空気共存下で炭酸ガスと水蒸気に酸化分解
させる排ガス浄化触媒体としては、シリカ、アルミナな
どのセラミック粉末を成形、焼成して得られるセラミッ
クハニカム構造体表面にアルミナなどの微粉末と無機質
バインダーをコーティングし、さらにその上に白金、ロ
ジウム、パラジウムなどの貴金属からなる触媒を担持し
たものが一般的である。

また、最近では触媒として貴金属の代わりにベロブスカ
イト型複合酸化物を用いたものもあるが、これもセラミ
ックハニカム構造体の表面にベロブスカイト型複合酸化
物の触媒を無機質バインダーとともに担持した構成とな
っている。

従来の排ガス浄化触媒体に用いられているセラミックハ
ニカム構造体は耐久性の観点からアルミナ、シリカ、マ
グネシアを主成分とするコーディエライトが主流である
。このコーディエライトは高密度であるので表面積が小
さく触媒の担体として適していない。ゆえに、表面積を
大きくするためにコーディエライトの表面に表面積の大
きなアルミナなどの微粒子をコーティングし、その上に
触媒を担持するのが一般的である。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような従来の構成では、触媒として機能す
る部分がセラミックハニカム構造体の表面層のみとなり
、かつ金属酸化物よりなる触媒を用いる場合は白金など
の貴金属触媒に比べて粒子径が大きいので触媒として機
能する表面積がさらに小さくなる。したがって、排ガス
の処理量が多い場合には、排ガス浄化触媒体の寸法を大
きくして負荷を小さくするか、排ガス浄化触媒体の温度
を高くしないと十分な触媒活性が得られないという課題
があった。

また、セラミックハニカム構造体に表面積の大きいコー
ティング層を設けた場合、このコーティング層上に担持
する触媒は粒子径の小さい白金、ロジウム、パラジウム
などの貴金属に限られる。

貴金属触媒は高い触媒活性を有するが、材料コストが高
く、資源的にも限りがあるためこれに替わる触媒が強（
要望されている。

本発明はこのような従来の課題を解決するもので、触媒
性能を向上させ、生産性に優れ、かつ低コストの排ガス
浄化触媒体の提供を目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の排ガス浄化触媒体は
、排ガスが通過する通気口を備えたアルミナ、シリカを
主成分とするハニカム状のセラミック構造体の表面に、
アルミナ、シリカ、マグネシアの少なくとも１種からな
るセラミック繊維とペロプスカイト型複合酸化物の少な
くとも１種以上の酸化触媒と無機質バインダーとの混合
物またはアルミナ、シリカ、マグネシアの少なくとも１
種からなるセラミック繊維とベロブスカイト型複合酸化
物の少なくとも１種以上と貴金属の少なくとも１種以上
からなる酸化触媒と無機質バインダーとの混合物からな
る多孔質触媒層を形成したものである。

作用 未燃焼ガスや一酸化炭素を含む排ガス気流中に配置され
た本発明の排ガス浄化触媒体は、触媒として機能する温
度まで加熱される。加熱された排ガス浄化触媒体を通過
する排ガス中の未燃焼ガスや一酸化炭素は触媒表面で酸
素と接触し、酸化反応により炭酸ガスと水萎気に変換さ
れる。

酸化触媒は多孔質触媒層の外表面だけでなく、多孔質触
媒層の骨格となっているセラミック繊維間の空隙にも存
在する。この多孔質触媒層はセラミック繊維の存在によ
って多孔質となっているので排ガスは多孔質触媒層の内
部へも拡散することができ、表面に存在する酸化触媒の
みならず内部に存在する酸化触媒も触媒として機能する
。すなわち、本発明の排ガス浄化触媒体は触媒として機
能する表面積が大きくなる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。第１図において、１は排ガス浄化触媒体の骨格となる
排ガスが通過する通気口６を有するアルミナ、シリカを
主成分とするハニカム状のセラミック構造体であり、こ
のセラミック構造体ｌの表面に多孔質触媒層２が形成さ
れる。この多孔質触媒層２は第２図に示すように、セラ
ミンク繊維３と酸化触媒４と無機質バインダー５より構
成される。

多孔質触媒層２は以下の方法によって造られる。

まず、セラミック繊維３と酸化触媒４と無機質バインダ
ー５を十分に混合し、水を加えて適当な粘度に調整した
混合スラリーを作製する。この混合スラリーをスプレー
、浸漬などの方法でセラミック構造体ｌの表面に付着さ
せ、乾燥する。そしてこれを焼成することにより多孔質
触媒層２を得ることができる。

このような排ガス浄化触媒体において１、排ガスが通過
する通気口６の大きさは排ガス流量、圧損、温度、排ガ
ス浄化触媒体の大きさなど使用条件によって異なるもの
であり、限定されるものではない。

酸化触媒４と無機質バインダー５はセラミック繊維３の
隙間に存在するので多孔質触媒層２の外表面だけでなく
その内部にも存在することになる。

すなわち、多孔質触媒層２はセラミック繊維３がその骨
格をなし、その周囲に酸化触媒４と無機質バインダー５
が存在する構造となり、多孔質触媒層２内部にも排ガス
が拡散可能な多孔質構造を得ることができる。

酸化触媒４は、少なくなると触媒性能が悪くなり、また
多くなると多孔質触媒層２の密着性が悪くなることや排
ガス浄化触媒体が高密度になるので触媒として機能する
表面積が減少し、触媒性能が悪くなる。ゆえに多孔質触
媒層２における酸化触媒４の含有量は２０〜５０重量％
の範囲がよい、また、無機質バインダー５はセラミック
構造体１と多孔質触媒層２およびセラミック繊維３と酸
化触媒４を接着する目的で用いるものであり、触媒性能
の点からはできるだけ少ない方がよく、無機質バインダ
ー５の固形分の含有量は酸化触媒４の含有量に対し、５
〜ＩＯ重量％範囲が適している。

セラミック繊Ｉ！３の材料は耐熱性、加工性の点からア
ルミナ、シリカ、ジルコニアの少なくとも１種、またそ
の繊維径は１〜５μｍからなるものがよい。

酸化触媒４の材料は耐熱性、触媒性能、コストの点から
金属酸化物がよく、特にベロブスカイト型複合酸化物（
基本構造式ＡＢＯ３）がよい。特に低温での触媒活性を
向上させるために白金、パラジウム、ロジウムなどの貴
金属を少量用いる。

無機質バインダー５の材料は耐熱性の点からコロイド粒
子からなるシリカ、アルミナ、ジルコニアが目的に適し
ている。

次に、この構成における作用を説明する。排ガス浄化触
媒体は自動車、燃焼機器、調理器などから排出される未
燃焼ガスや一酸化炭素を含む排ガス気流中に配置され、
触媒として機能する温度に加熱される。加熱された排ガ
ス浄化触媒体を通過する排ガス中の炭化水素、−酸化炭
素は排ガス中の酸素と酸化触媒４の表面で接触し、酸化
反応により炭酸ガスと水蒸気に変換され、通気口６より
排出される。

多孔質触媒層２に存在する酸化触媒４は多孔質触媒層２
の外表面だけでなく、多孔質触媒層２の骨格をなすセラ
ミック繊維３間の空隙にも存在する。多孔質触媒層２が
多孔質となっているので排ガスがその内部へも拡散し、
表面だけでなく内部に存在する酸化触媒４も触媒として
機能することができる。すなわち、本発明の排ガス浄化
触媒体は触媒として機能する表面積が大きくなる。

以下、本発明の具体的実施例について述べる。

実施例１ 第１図、第２図に示した構成および前記した製造方法に
より排ガス浄化触媒体を作製した。この排ガス浄化触媒
体の作製に使用した材料、組成、形状などの各仕様は以
下の通りである。

（１）ハニカム状のセラミック構造体１■材料 ・アルミナ、シリカ、マグネシアを主成分とするコーデ
ィエライト ■通気口６の数 ・２００個／１ｎｃｈ２ （２）多孔質触媒層２の構成材料および組成■セラミッ
ク繊維３ ・アルミナ−シリカ繊維・、・・・・５０重量％■酸化
触媒４ ・ベロブスカイト型複合酸化物 Ｌａｏ、ｑ　Ｃｅｏ、ｔ　Ｃｏｏｔ　−・−−−・−−
−４０重量％■無機質バインダー５ アルミナゾル（固形分）・・・・５重量％このように作
製した排ガス浄化触媒体について、固定流通式で一酸化
炭素０．１％濃度（空気バランス）およびメタン１％濃
度（空気バランス）の２種類のガスを用い、空間速度１
００００ｈｒ−’の条件下でガスクロマトグラフィによ
り交換率（浄化率）を評価したところ、−酸化炭素は２
６０°Ｃで９０％以上、メタンは６５０’Ｃで９０％以
上の変換率が得られＬａｅ、ｔ　Ｓｒｏ、１　Ｃ０１１
，９Ｍｎｏ、１　０ｓ　　”また、酸化触媒４として他
のベロブスカイト型複合酸化物であるＬａｇ、　ｓ　Ｓ
ｒｏ、　ｚ　Ｃｏｏ、　９　Ｍｎｏ、　Ｉ　Ｏｓを用い
たところ、上記とほぼ同様な結果を得た。

実施例２ 第１図、第２図に示した構成および前記した製造方法に
より排ガス浄化触媒体を作製した。この排ガス浄化触媒
体の作製に使用した材料、組成、形状などの各仕様は以
下の通りである。

（１１ハニカム状のセラミック構造体１■材料 ・アルミナ、シリカ、マグネシアを主成分とするコーデ
ィエライト ■通気口６の数 ・２００個／１ｎｃｈ！ （２）多孔質触媒層２の構成材料および組成■セラミッ
ク繊維３ ・ジルコニア繊維・・・・・・・・・・・・６０重量％
■酸化触媒４ ・ベロブスカイト型複合酸化物 ・・・・・・３６．０重量％ ■無機質バインダー５ ・ジルコニアゾル（固形分’）、−４重量％このように
作製した排ガス浄化触媒体について、固定流通式で一酸
化炭素０．１％濃度（空気バランス）およびメタン１％
濃度（空気バランス）の２種類のガスを用い、空気速度
１００００ｈｒ−’の条件下でガスクロマトグラフィに
より変換率（浄化率）を評価したところ、−酸化炭素は
２６０’Ｃで９０％以上、メタンは６５０’Ｃで９０％
以上の変換率が得られた。

実施例３ 第１図、第３図に示した構成および前記した製造方法に
より排ガス浄化触媒体を作成した。この排ガス浄化触媒
体の作製に使用した材料、組成、形状などの各仕様は以
下の通りである。なお、第３図において、７は貴金属酸
化触媒の１種であるパラジウムである。

（１）ハニカム状のセラミック構造体１■材料 ・アルミナ、シリカ、マグネシアを主成分とするコーデ
ィエライト ■通気口６の数 −２００個／１ｎｃｈ” （２）多孔質触媒層２の構成材料および組成のセラミッ
ク繊維３ ・ジルコニア繊維・・・・・・・・・・・・６０重量％
■酸化触媒 ・ベロブスカイト型複合酸化物 Ｌａｏ、ｓ　Ｓｒｏ、ｔ　ＣＯｏ、９　Ｍｎｏ、＋　ｏ
３　＋＋＋＋・・・・・・３５．８重量％ ・貴金属 パラジウム・・・・・・・・・・・・・・０．２重量％
■無機質バインダー５ ・ジルコニアゾル（固形分）・・・４重量％このように
作製した排ガス浄化触媒体について、固定流通式で一酸
化炭素０．１％濃度（空気バランス）およびプロピレフ
１％濃度（空気バランス）の２種類のガスを用い、空間
速度１００００ｈｒ−’の条件下でガスクロマトグラフ
ィにより変化率（浄化率）を評価したところ、−酸化炭
素は１５０°Ｃで９０％以上、プロピレンは２００°Ｃ
で９０％以上の変換率が得られた。

なお、貴金属としてパラジウムに代えて白金、ロジウム
を用いたところ、上記とほぼ同様な結果を得た。

発明の効果 以上のように本発明の排ガス浄化触媒体によれば、次の
効果が得られる。

（１）ハニカム状のセラミンク構造体の表面にセラミッ
ク繊維とベロブスカイト型複合酸化物の少なくとも１種
以上の酸化触媒と無機質バインダーの混合物からなる多
孔質触媒層を形成した構成としているので、表面積の大
きい触媒体とすることができ、高温において高い触媒活
性が得られる。

（２）ハニカム状のセラミック構造体の表面にセラミッ
ク繊維とベロブスカイト型複合酸化物の少なくとも１種
以上と貴金属の少なくとも１種以上からなる酸化触媒と
、無機質バインダーとの混合物からなる多孔質触媒層を
形成した構成としているので、表面積の大きい触媒体と
することができ、低温において高い触媒活性が得られる
。

（３）多孔質触媒層はセラミック繊維と酸化触媒と無機
質バインダーとからなる混合スラリーをスプレー、浸漬
などの方法でセラミック構造体の表面に付着させて形成
されるので、生産性に優れ、かつ低コストの排ガス浄化
触媒体が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である排ガス浄化触媒体の拡
大断面図、第２図は多孔質触媒層の拡大断面図、第３図
は他の多孔質触媒層の拡大断面図である。 １・・・・・・セラミック構造体、２・・・・・・多孔
質触媒層、３・・・・・・セラミック繊維、４・・・・
・・ベロブスカイト型複合酸化物酸化触媒、５・・・・
・・無機質バインダー６・・・・・・通気口、７・・・
・・・貴金属酸化触媒。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排ガスが通過する通気口を備えたアルミナ、シリ
   カを主成分とするハニカム状のセラミック構造体の表面
   に、アルミナ、シリカ、マグネシアの少なくとも１種か
   らなるセラミック繊維と、ベロブスカイト型複合酸化物
   の少なくとも１種以上の酸化触媒と、無機質バインダー
   との混合物からなる多孔質触媒層を形成した排ガス浄化
   触媒体。
2. （２）排ガスが通過する通気口を備えたアルミナ、シリ
   カを主成分とするハニカム状のセラミック構造体の表面
   に、アルミナ、シリカ、マグネシアの少なくとも１種か
   らなるセラミック繊維と、ベロブスカイト型複合酸化物
   の少なくとも１種以上と貴金属の少なくとも１種以上か
   らなる酸化触媒と、無機質バインダーとの混合物からな
   る多孔質触媒層を形成した排ガス浄化触媒体。