JPH04110045A - 排ガス浄化触媒体及びその製造方法 - 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器、自動
車あるいはガスオーブン、オーブ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及びそ
の製造方法に関するものである。

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は、シリカ５アルミナなどを原
料として成型、焼成して得られるセラミックハニカム構
造体表面に活性アルミナなどの微粉末と無機質バインダ
をコーティングし、さらにその上に白金、パラジウム、
ロ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りにべロフスカイト
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ペ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。

これらはいずれも、すでに成型加工されたセラミックハ
ニカム構造体の表面に触媒を後で担持したものである。

発明が解決しようとするｉｓ 従来の排ガス浄化触媒体は耐熱性及び耐久性などの観点
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表
面積が少さく、（０，２／ｎｆ／ｇ程度）このままでは
触媒の担体として必ずしも適していない。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
の大きな活性アルミナなどの微粒子をコーティングして
、その上に触媒を担持するのが一般的である。

しかし、このような従来の構成では触媒体として機能す
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少さくするか、排ガ
ス触媒体の温度を高くしないと十分な触媒活性が得られ
ないという問題があった。

また、担体として用いるセラミックハニカム構造体は多
孔質構造でないので、この上に表面積を大きくするため
に設けるコーティング層や触媒は密着性に劣り、使用中
にそれらが脱落して触媒性能が低下するという問題があ
った。また密着性同上のための無機質バインダーの多用
は、■コーティング層の表面積を小さくする、■触媒表
面を被覆する、■触媒と反応する、などにより触媒性能
が低下する問題があり、無機質バインダーを多くするこ
と、は好ましくない。

そこで、本発明は排ガス浄化触媒体を構成する材料の種
類１組成、構造を改善することにより、前述の課題とな
っている触媒の性能低下を防止し、かつ密着性の向上を
図った排ガス浄化触媒体を得ることを第１の目的として
いる。

第２の目的は排ガス浄化触媒体を得るための効果的な製
造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 上記第１の課題を解決するために本発明は排ガス浄化触
媒体をセラミック繊維と、前記セラミック繊維の表面及
び空隙に保持された貴金属担持活性アルミナ微粉末と、
前記セラミック繊維と前記貴金属担持活性アルミナ微粉
末を接着する無機バインダーとから構成するともに、前
記排ガス浄化触媒体を排ガスが通過できるように通気孔
を備えるものである。

また、第２の目的を達成するために、本発明は以下の方
法によって遣られるものである。

■　セラミック繊維と有機質バインダーよりなる混合ス
ラリーから抄紙法によりセラミック生シートを作製し、
前記セラミック生シートに排ガスか通過する通気孔を設
け、前記通気孔を有するセラミック生シートを前記有機
質バインダーが分解する温度で焼成して仮焼／−トを作
製後置金属担持活性アルミナ微粉末と無機質バインダー
よりなる混合スラリーを前記仮焼シートを構成するセラ
ミック繊維の表面及びセラミック繊維間に保持して焼成
する。

■　セラミック繊維と有機質バインダーよりなる混合ス
ラリーから抄紙法によりセラミック生シートを作製し、
前記セラミック生シートを前記有機質バインダーが分解
する温度で焼成して仮焼シートを作製後、貴金属担持活
性アルミナ微粉末と無機質バインダへよりなる混合スラ
リーを前記仮焼シートを構成するセラミック繊維の表面
及びセラミック繊維間の空隙に保持し、これを波状加工
したものと波状加工しないものを無機バインダーで接着
し、さらに前記接着したものを積層もしくは成巻して焼
成する。

■　上記■及び■で記載した貴金属担持活性アルミナ微
粉末の代りに貴金属を担持しない活性アルミナ微粉末を
用い、仮焼シートを焼成した後、貴金属を含む塩溶液を
含浸させ、空気中で加熱焼成する。

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。尻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
素とともに接触し、酸化反応により炭酸ガスと水蒸気に
変換される。

この時、触媒は排ガス浄化触媒体の表面だけでなく、排
ガス浄化触媒体の骨格となっているセラミック繊維間の
空隙にも存在し、さらに排ガス浄化触媒体が多孔質とな
っているため、排ガスがその内部にも拡散することがで
き、表面に存在する触媒のみならず内部に存在する触媒
も併せて機能する。すなわち、本発明の排ガス浄化触媒
体は触媒としてｌ！能する表面積が大きくなり、高い触
媒活性が得られる。

また排ガス浄化触媒体の製造方法においては、酸化触媒
を排ガス浄化触媒体の表面のみならず、内部にも担持す
ることができ、触媒性能及び密着性に優れた排ガス浄化
触媒体を効率的に製造することができる。

実施例 以下、本発明の一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となる触媒
プレートであり、この触媒プレート１はセラミック繊維
２と、活性アルミナ３の表面に白金属４が担持された触
媒微粉末５と、無機バインダー６より構成され、触媒プ
レート１には排ガスが通過する通気孔７が設けられてい
る。

触媒プレー）１は以下の製造方法によって作られる。ま
ずセラミック繊維２と有機バインダーを十分に混合し２
、さらに溶媒を加えて適当な粘度に調整したスラリーを
作製する。このスラリーから抄紙法によりセラミック生
シートを作１！（抄造）し乾燥する。乾燥したセラミッ
ク生シートにパンチングなどの方法により排ガスが通過
する通気孔７を開ける。その後通気孔７を有するセラミ
ック生シートを有機質バインダーが分解する温度で焼成
し、仮焼シートを作製する。次に表面に白金を担持させ
た触媒微粉末５と無ａ’ｉｔバインダー６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、仮焼シートを構成するセ
ラミック繊維２の表面及びセラミック繊維２間の空隙に
、ハケ、ローラー浸漬などの方法で付着させ乾燥する。

さらにこれを焼成することにより触媒プレート１を得る
ことができる。

上記において、排ガスが通過する通気孔７の大きさは排
ガスの流量、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、また通気孔７は仮焼シート作製後、触媒微粉
末５と無機質バインダー６を仮焼シートに担持後または
最終の焼成後のいずれの工程で開けてもよいが、穴開は
加工の容易性１寸法精度の点からセラミック生シートを
乾燥した後開けたほうがよい。

仮焼シートは有機質バインダーが分解する温度で焼成し
ているので、焼成後は有機質バインダーが無くなり、セ
ラミック繊維のみの多孔質構造となっている。

一方触媒微粉末５と無機質バインダー６は上記の多孔質
構造となった仮焼シートに担持されるので、仮焼シート
の見掛けの表面だけでなく、その内部にも存在すること
になる。すなわち、触媒プレート１はセラミック繊維２
がその骨格をなし、その周囲に触媒微粉末５と無機バイ
ンダー６が存在する構造となっている。また担持する触
媒微粉末５の量を制御することで触媒プレート１の内部
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
。

触媒微粉末５の含有は、少なくなると触媒性能が悪くな
り、また多くなると触媒微粉末５の密着性が大きくなる
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
触媒プレートｌにおける触媒微粉末５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６は
触媒微粉末５とセラミック繊維２を接着する目的で用い
るものであり、触媒性能の点からもできるだけ少ない方
がよく、無機質バインダー６の固形成分の含有量は触媒
微粉末５の含有量に対し５〜１０重置％の範囲が適して
いる。

セラミック繊１１１２の材料は耐熱性、加工性の点から
アルミナ、シリカあるいはムライトの様にその両者複合
体の少なくとも１種、またはその繊維経１〜５μｍから
なるものがよい。

触媒微粉末５は活性アルミナ４と白金３からなっており
、活性アルミナ４はｒ−ＡＩｔＯｌを主体としたもので
、使用用途によってはセリア、ジルコニアなどを添加さ
せ、耐熱温度を上げたものでもよい、また白金３の代り
にパラジウム、ロジウムあるいはそれらの混合物でもよ
い。

無機質バインダー６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通し
ている。

無機質バインダーの材料は低温で分解し、飛散するもの
であればよく、その種類に限定されるものではない。

次にこの一実施例の構成における作用を説明する。排ガ
ス浄化触媒体である触媒プレート１は自動車、燃焼機器
、＊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。加熱された触媒プレー）１を遭遇する排
ガス中の炭化水素、−酸化炭素は排ガス中の酸素ととも
に触媒微粉末５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、通気孔７より排出される。

触媒プレート１に存在する触媒微粉末５は触媒プレート
ｌの表面だけでなく、触媒プレート１の骨格をなすセラ
ミック繊維２間の空隙にも存在する。さらに触媒プレー
ト１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触媒微粉末５も触
媒として機能することができる。すなわち、本発明の触
媒プレート１からなる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り、高い触媒活性が得られる。

また、排ガス浄化触媒体は多孔質であることから、その
熱容量が小さくなり、触媒として機能する温度に達する
時間が短くなる。

さらに本発明の触媒プレート１からなる排ガス浄化触媒
体の製造方法においては、触媒微粉末５を排ガス触媒体
の表面のみならず内部にも担持することができ、触媒性
能及び密着性に優れた排ガス浄化触媒体を効果的に製造
することができる。

次に上記と同一の方法で製造した他の実施例について第
２図を用いて説明する。

第２図において８は波状加工触媒プレートであり、この
波状加工触媒プレート８は前述した実施例の触媒プレー
ト１と同一の材料から構成されているので組成の説明は
省略する。排ガスの通気孔９は触媒プレート１と波状加
ニブし一ト８を接着して得られる。またハニカム状の排
ガス浄化触媒体は、第２図に示すように上記の接着した
触媒プレート１と波状加ニブレート８を一対として複数
対積層する。

次に上記ハニカム状排ガス浄化触媒体の具体的製造方法
について述べる。まず、セラミック繊維２を有機質バイ
ンダーを十分混合し、さらに溶媒を加えて適当な粘度に
調整したスラリーを作製する。この混合スラリーから抄
紙法によりセラミック生シートを作製し乾燥する。乾燥
したセラミ。

り生ソートを有機質バインダーが分解する温度で焼成し
仮焼シートを作製する。

次に触媒微粉末５と無機質バインダー６を十分混合し、
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仮焼シートを構成するセラミッ
ク繊維２の表面及びセラミック繊維２間の空隙に、はけ
、ローラ、浸漬などの方法で付着させ乾燥する。そして
触媒微粉末５を担持した仮焼シートをコルゲートを用い
て波状加工し、波状加工した仮焼シートと波状加工して
いない仮焼シート（触媒微粉末を担持したもの）を無機
バインダーで接着する。次に接着したものを一対として
複数対積層し、焼成することにより、ハニカム状の排ガ
ス浄化触媒体を得ることができる。

なお、前述の積層加工する際の接着は無機質バインダー
を用いる。この無機質バ・１′ンダー及び波状加工した
仮焼シートと波状加工していない仮焼シートの接着は触
媒微粉末５を担持する際に用いている無機質バインダー
６と同一のものでよい。

また前述の積層する枚数１通気孔７の大きさは、排ガス
の処理条件によって適宜決定されるものである。なお上
記の作製法はいずれも活性アルミナ上に白金属を先に担
持させた触媒微粉末を用いた例を示したが、活性アルミ
ナ粉末を用いて先にプレート、あるいはハニカム構造体
を作製し、その後白金属塩溶液を含浸させ触媒プレート
あるいは排ガス浄化触媒体を作製する方法を採ってもよ
い。

また、本実施例のハニカム状排ガス浄化触媒体の各材料
１作用及び効果は前述の実施例と同様である。

実験例 第１図に示した構成と製造方法を用いて排ガス浄化触媒
体を作製した。この排ガス浄化触媒体の作製に通用した
材料１組成、形状などの各仕様は以下の通りである。

（１）触媒プレート１の構成材料及び組成■セラミック
繊維 アルミナ・シリカ繊維　　　　　５０重量％■触媒微粉
末 活性アルミナ　　　　　　　　　４５重量％（パラジウ
ム１％含有） ■無機バインダー シリカゾル（固形分）　　　　　５重量％（２）触媒プ
レート１の厚み ｌ閣 ■直径　　０．７閣、２００個／１ｎｃｈ”なお有機質
バインダーとしてアクリル系樹脂を用いた。

二のように作製した排ガス浄化触媒体（触媒プレートｌ
）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）、空間速度２０００ｈｒの条件下でガスク
ロストグラフィにより変換率（浄化率）を評価したとこ
ろ、１５０°Ｃで９０％以上の変換 実験例２ 第２図に示した構成と製造方法を用いて排ガス浄化触媒
体を作製した。この排ガス浄化触媒体の作製に適用した
材料１組成、形状などの各仕様は以下の通りである。

（１）排ガス浄化触媒体（触媒プレート、波状加工触媒
プレート）の構成材料及び組成 ■セラミック繊維 アルミナ・シリカ繊維　　　　　５０重量％■触媒微粉
末 活性アルミナ　　　　　　　　　４５重量％（白金１％
含有） ■無機質バインダー アルミナゾル（固形分）　　　　５重量％（２）触媒プ
レート波状加ニブレートの厚み０．３胴 （３）通気孔の数 ２００個／１ｎｃｈ” なお、有機質バインダーとしてアクリル系樹脂を用いた
。

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（空気バランス）、及びメタン
１％濃度（空気バランス）の２種類のガスを用い、空間
速度１０．０ＯＯｈｒ−’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１２０’Ｃで９０％以上、メタンは４５０°Ｃで
９０％以上の変換率が得られた。

実験例３ 実験例２に示した製造方法を用いて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適用した材料
９組成、形状などの各仕様は以下の通りである。

（１）排ガス浄化触媒体（触媒プレート波状加ニブレー
ト）の構成材料及び組成 ■セラミック繊維 アルミナ・シリカ繊維　　　　　６０重量％■触媒微粉
末 活性アルミナ酸化セリウム　　　３６重量％（９００°
Ｃ，５ｈ焼成したもの） （白金０．５％、ロジウム０．５％含有）■無機質バイ
ンダー ジルコニア（固形分）　　　　　４重量％（２）触媒プ
レート、波状加ニブレートの厚み０．３ｍ （３）通気孔の数 ３００個／１ｎｃｈ” なお、有機質バインダーとしてアクリル系樹脂を用いた
。

このように作成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）、及び
プロピレン１％濃度（空気バランス）の２種類のガスを
用い、空間速度１０．０００ｈｒ−’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１００”Ｃで９０％以上、プロピレン
は１５０°Ｃで９０％以上の変換率が得られた。

発明の効果 以上のように本発明は、セラミック繊維が排ガス浄化触
媒体の骨格を構成しているので、担持される触媒微粉末
は排ガス浄化触媒体の表面だけでなくセラミック繊維間
の空隙にも存在させることができ、かつ排ガス浄化触媒
体の全体を多孔質構造とすることができる。したがって
、浄化する排ガスがその内部へも拡散することができ、
表面だけでなく内部にも存在する触媒微粉末を触媒とし
て機能させることができる。すなわち、本発明の排ガス
浄化触媒は触媒として機能する表面積を大きくすること
ができ、高い触媒活性を得ることができる。

また、本発明の排ガス浄化触媒体は多孔質であるので熱
容量が小さく、触媒として機能する温度に短時間で昇温
させることかできるとともに、加熱に要するエネルギー
を少なくすることができる。

さらに、本発明の排ガス浄化触媒体の製造方法において
は触媒微粉末を排ガス浄化触媒体の表面のみならず、内
部にも担持することができるので、触媒活性に優れ、か
つ触媒微粉末がセラミック繊維間に存在するので触媒の
脱落を防止でき、密着性に優れた排ガス浄化触媒体を効
果的に製造することができる。

第３図は本排ガス浄化触媒体と従来型排ガス浄化触媒体
（コーディエライトハニカム使用）との差を示したもの
である。担持されている触媒微粉末の質及び量を全く同
一にしたにもかかわらず、その性能に大きく差があり、
担体の持つ拡散による効果の大きさを実証している。

【図面の簡単な説明】

同地の実施例を示す排ガス浄化触媒体の断面図および拡
大断面図、第３図は本発明の実施例による排ガス浄化触
媒体と従来の排ガス浄化触媒体による性能比較特性図で
ある。 １・・・触媒プレート、２・・・・・・セラミック繊維
、３・・・・・活性アルミナ、 ４・・・・・白金属、 ５触媒微粉末、 ６・・・ ・無機バインダー、 通気孔、 状加エプレ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック繊維と、前記セラミック繊維間の空隙
   に表面積の大きな活性アルミナの表面に白金，パラジウ
   ム及びロジウム等貴金属の少なくとも一種類を担持させ
   た触媒微粉末と、前記セラミック繊維と前記触媒微粉末
   を接着する無機質バインダーとから構成されるとともに
   、排ガスが通過できるように通気孔を備えた排ガス浄化
   触媒体。
2. （２）セラミック繊維がアルミナ，シリカあるいはムラ
   イトの様にその両者複合体の少なくとも１種からなる特
   許請求の範囲第１項記載の排ガス浄化触媒体。
3. （３）無機質バインダーがアルミナ，シリカ，ジルコニ
   アの少なくとも１種を主成分とする特許請求の範囲第１
   項記載の排ガス浄化触媒体。
4. （４）セラミック繊維と有機質バインダーよりなる混合
   スラリーから抄紙法によりセラミック生シートを作製し
   、前記セラミック生シートに排ガスが通過する通気孔を
   設け、前記通気孔を有するセラミック生シートを前記有
   機質バインダーが分解する温度で焼成して仮焼シートを
   作製後、表面積の大きな活性アルミナの表面に白金，パ
   ラジウム，ロジウム等貴金属の少なくとも１種類を担持
   させた触媒微粉末と、無機質バインダーよりなる混合ス
   ラリーを前記仮焼シートを構成するセラミック繊維の表
   面及びセラミック繊維間の空隙に担持して焼成する排ガ
   ス浄化触媒体の製造方法。
5. （５）セラミック繊維と有機質バインダーよりなる混合
   スラリーから抄紙法によりセラミック生シートを作製し
   、前記セラミック生シートを前記有機質バインダーが分
   解する温度で焼成して仮焼シートを作製後、表面積の大
   きな活性アルミナの表面に白金，パラジウム，ロジウム
   等貴金属の少なくとも１種類を担持させた触媒微粉末と
   無機質バインダーよりなる混合スラリーを前記仮焼シー
   トを構成するセラミック繊維の表面及びセラミック繊維
   間の空隙に担持し、これを波状加工したものと波状加工
   しないものを無機質バインダーで接着し、さらに前記接
   着したものを積層もしくは巻き上げ加工してハニカム構
   造体とした後焼成する排ガス浄化触媒体の製造方法。
6. （６）触媒微粉末の代りに活性アルミナと有機質バイン
   ダーよりなる混合スラリーを仮焼シートを構成するセラ
   ミック繊維の表面及びセラミック繊維間の空隙に担持し
   て焼成した後、白金，パラジウム，ロジウム等貴金属の
   少なくとも１種類を含む塩溶液中に含浸させ余分な塩溶
   液を圧搾空気で吹き飛ばした後焼成する特許請求の範囲
   第４項または第５項記載の排ガス浄化触媒体の製造方法
   。