JPS63205143A - 燃焼用触媒の製造方法 - 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〕 本発明は燃焼用触媒の製造方法に係り、特に触媒成分の
必要量を低減するのに好適な燃焼用触媒の１７造方法に
関する。

〔従来の技術〕

ハニカム担体を用いた触媒は単位体接当たりの比表面積
が大きいわりに触媒を通過する流体に対する圧力損失が
低いことから、自動車の排ガス処理用触媒、化学反応装
置、触媒燃焼装置など広範囲に利用されている。ここで
「ハニカム」という用語は蜂の巣状のみならず、六角形
以外の他の多角形状、その他これらの類似形状を総称す
るものとする。

ハニカム担体への触媒の担持方法としては、担体自体を
高比表面積を有する材料で習作し、これに触媒成分を担
持させる方法があるが、触媒の使用条件、例えば強度や
耐熱衝撃性への要求が高い場合は強度の高い担体や熱膨
張率の低い担体を用い、この表面に高比表面積を有する
材料を塗布してこれに触媒成分を担持させる方法（ウォ
ッシュコート法）が用いられる。これに関する特許とし
ては、例えば特開昭５６−５１２４５号、特開昭５８−
１９３７４０号、特開昭５９−４４１０１号、特開昭５
９−１５０４２号などが知られている。

一般に触媒担体に担持される触媒成分としては、白金や
パラジウムなどの貴金属や特殊な処理で開裂された金属
および合金の粉末が使用されるが、いずれも高価である
ため、触媒成分の担持において触媒成分の分散性を高め
たり、活性を上げる等の処理を行ない、必要量を低減す
る工夫が行なわれている。

〔問題点を解決するための手段〕

ところで本発明の対象とする可燃性ガスの燃焼反応に用
いられる触媒では、担体表面に被覆された高比表面積層
の、可燃性ガスと接触する表面のご（薄い部分に存在す
る触媒成分のみが反応に関与しており、深層部に存在す
る触媒成分はほとんど有効に活用されていない。

したがって担体表面に被覆され触媒成分を担持する高比
表面積層の深層部に存在する触媒成分が有効に活用でき
れば、触媒成分量を低減でき、製造コストを少なくでき
ることになる。しかし従来のウォッシュコート法ではこ
の点についての検討が充分でなく、所定の触媒性能を得
るのに多量の触媒成分が必要であり、触媒の製造コスト
が高いという問題があった。

本発明の目的は、高比表面積層の深層部に担持された触
媒成分をも有効に活用し、触媒製造に必要な触媒成分の
量を低減する燃焼用触媒の型造方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記目的は、担体表面に高比表面積層を被覆する際、高
比表面積の無機材料粉末に特定寸法を有する有機質繊維
またはカーボンファイバを５から５０ｖｏｌ％混合した
スラリを被覆した後、これを焼成して高比表面積中の繊
維を焼却することにより達成される。すなわち、本発明
は、無機質ハニカム成形体の表面に高比表面積の無機材
料粉末を被覆した担体に燃焼用触媒成分を担持させる燃
焼用触媒の型造方法において、必要に応じて触媒成分を
担持させた前記高比表面積の無機材料粉末に繊維長１０
〜５０００μｍ、ｆＪｌｌ維径１〜５００μｒｎのカー
ボンファイバまたは可燃性繊維を５〜５０■ｏＩ！％混
合してスラリ化し、次いでこれを無機質ハニカム担体上
に付着させて焼成したものを前記触媒担体として用いる
ことを特徴とする。

〔作用〕

担体表面に被覆される高比表面積層中に混合された繊維
は焼成処理によって焼却され層中に微小で連続的な細長
い空洞を形成する。それによって高比表面積層の深層部
に存在する触媒成分を燃焼ガスと接触し反応に有効に活
用されるので、所定の触媒性能を得るために必要な触媒
成分量が低減される。

本発明に用いる無機質ハニカム成形体は、アルミナ、コ
ーディエライト、チタン酸アルミニウムなどを原料とし
て公知の方法によりハニカム形状に成形して得られる。

また高比表面積の無機材料粉末としてはγ−アルミナ、
β−アルミナ、シリカ、ＢａＯ・Ａ／２０３などの複合
酸化物などがあげられる。

本発明において、高比表面積の無機材料粉末または担体
上に担持させる燃焼用触媒としては、パラジウム、白金
、コバルトなど公知の燃焼用触媒があげられる。

本発明において、高比表面積の無機材料粉末と混合され
る繊維としてカーボンファイバまたは可燃性繊維が使用
されるが、コーテイング後の焼成処理で焼却できる繊維
であればいずれも使用可能である。

本発明に用いるカーボンファイバは前記所定の寸法を有
するものであれば、その悪法は特に限定されず、レーヨ
ン、ポリアクリロニトリル、ピッチ等を繊維化したもの
を熱処理不融化したものや、気相法により繊維化したも
のも含まれる。

また可燃性繊維はポリエチレン、ポリプロピレン等のポ
リオレフィン系合成繊維、アクリル系合成繊維、ポリア
ミド系合成繊維があげられる。

上記のカーボンファイバまたは可燃性繊維はこれらを含
有する無機材料粉末スラリをハニカムにコーティングし
た後、焼成処理により焼却され、担体内部に微小で細長
い空洞を形成する。

本発明における高比表面積の無機材料粉末、コーティン
グスラリの添加物およびその配合比は、触媒の使用条件
、要求される仕様およびコーティングの施工条件に応じ
て適宜決定される。

〔実施例〕

第１図は、本発明の実施例で製作した燃焼用触媒に使用
したハニカム担体の形状および寸法を示したものである
。材質はコーディエライト、セルは１．４１１−角でセ
ル壁の厚さは０．４龍である。第２図は、本実施例のハ
ニカム触媒の製造方法を示す工程図である。

担体表面に被覆する高比表面積の無機材料粉末として平
均粒径約１μｍのＢ　ａ　０　・６　Ａ　ｌ！　ｚ　Ｏ
３、およびこれと混合する繊維として径約１μｍ、長さ
３０．ｃｒｍのカーボンファイバを用いた。

上記粒径に調整したＢａ０・６Ａ１２０３粉末とカーボ
ンファイバを体積比８０　：　２０で混合槽に入れ、水
を添加しながら攪拌機で混合し、スラリを調製した。ス
ラリには上記の２成分の他にスラリの粘度調製と乾燥時
の被ｒｉｉ層の剥離防止に有機結合剤を、また焼成後の
被覆層の付着力強化のため無機結合剤を加えた。スラリ
か発泡するとコーティング作業が著しく阻害されるので
消泡剤を添加した。このように繊維を添加したスラリは
繊維の分散が悪り、小さな塊の状態になると、スラリの
流動性が低下し、コーティングができなくなるので、そ
こで本実施例では攪拌機でスラリを３０分間混合した後
、超音波洗浄機で５分間分散させ１５０メソシユのふる
いで絶過して繊維の塊を除去した。またカーボンファイ
バが分散し易いように分散剤としてアルギン酸ソーダを
Ｑ、　’ｌ　ｗ　ｔ％添加した。

第１表にコーティングに用いたスラリの重量組成を示し
た。

第　　　１　　　表 本実施例では上記のスラリで第１図に示したハニカム担
体に３ｕコーテイングを繰返すことによりコーテイング
量が約２２ｗｔ％の担体を得た。

これを１２００℃で２時間焼成して繊維分を焼却すると
ともにＢａ０・６　Ａ　Ｉ１２０３を前記担体に焼付は
担体を製作した。

このように製作したハニカム担体を２．８　ｗ　ｔ％の
硝酸パラジウム溶液に浸漬し、室温で乾燥させた後８０
０℃で２時間焼成して触媒成分を担持させた。

第３図は、無機材料粉末としてＢａ０・６Ａ７！２０３
とカーボンファイバを用い、その混合比を変えたコーテ
ィングスラリで被覆したハニカム担体の外気との接触面
積の増加率をファイバ無添加時を１として比較した結果
を示す図である。この場合、Ｂａ０・６Ａε２０３の被
覆量は担体重量の約１５ｗｔ％で、被覆した高比表面積
層の平均厚さは約３０μｍであった。

高比表面積の無機材料粉末に加える可燃性繊維はその量
が多くなるほど、繊維の焼却後の高比表面積層における
可燃性ガスと接触する部分の面積は増加するが、コーテ
ィングスラリの流動性が低下してハニカム担体への被覆
が困難になり、また高比表面積層も弱くなるので剥離し
易くなる。

すなわち図に示されるようにカーボンファイバの混合率
を多くすると接触面積は増加し、本実施例の２０ｖｏｊ
！％の混合率ではファイバ無添加時の約２．７倍となる
。しかし５ｖｏ／％以下のファイバ混合率ではファイバ
の焼成による穴が高比表面積層の表面に開口している割
合が少ないためファイバ添加の効果が少なく外気との接
触面積は無添加の場合と差がないので、ファイバの添加
による接触面積の増加の効果を得るためには少なくとも
５■０！％以上のファイバの混合量が必要であることが
わかった。

ファイバの混合量は多いほど接触面積は増加したが、コ
ーティングスラリの粘度が第４図に示すように増加する
ため、混合率が４５ｖｏ７！％以上ではハニカム担体へ
の被覆は困難となり、また被覆したとしても乾燥後剥＆
１ｔシ易かった。さらにフアイ八同志が絡みあって小さ
な塊を形成するので担体へのスラリの付着が不均一とな
り易く、触媒化した触媒を燃焼試験すると燃焼むらが著
しかった。コーティングし易い５１−角セルのハニカム
担体を用いても均一にコーティングするには混合率を５
ＱｖｏＪ％以下とする必要があった。

以上より可燃性繊維の無機材料粉末への混合率は５ｖｏ
７！％以上、５０ｖｏＪ％以下の範囲が適当であること
がわかった。

第５図は、径３μｍで長さが異なるカーボンファイバを
用い、第１表に示した調製条件でコーティングスラリを
調製し、スラリの粘度に及ぼすファイバの長さの影響を
調べたものであるが、ファイバの長さが１０００μｍを
超えると粘度が高くなり、ハニカムへの被覆が困難とな
る。セルの大きさが５ｕ角の担体を用いても５０００μ
ｍ以上ではコーティングが不可能となる。

また第６図は、上記のスラリで被覆したハニカム担体の
外気との接触面積を調べた結果を示すものであるが、フ
ァイバの長さが１０μｍ以下では、繊維の長さが短すぎ
て高比表面積層の深層部での可燃性繊維による空孔の連
結が不充分で、繊維添加による接触面積がそれほど増加
しない。逆に長さを５０００μｍ以上にしても空孔の枝
分かれが減るため、接触面積は添加最のわりに増加しな
い。

したがってスラリに添加する可燃性繊維の長さは１０〜
５０００μｍの範囲が好適であることがわかった。

第７図は、燃焼触媒の活性に及ぼすファイバ径の影響を
見るため、長さ３０μｍで径の異なるカーボンファイバ
をそれぞれ第１表のスラリ開裂条件でハニカム担体に被
覆した後、等量のパラジウムを担持させてプロパンガス
の着火温度を鍜べたものである。

ファイバの径と長さが近い条件では繊維の代わりにカー
ボン粒子を用いたが、高比表面積層中にできる空孔が繊
維を用いた場合に較べ連結性に乏しく、同じ混合量では
可燃性ガスとの接触面積が小さくなり、着火温度も高く
なる。逆にファイバ径がＢａＯ・６ＡＪ２０３粒子の粒
径よりも大幅に小さいものは繊維の焼成跡の径が小さい
ため、開口部近傍で燃焼反応が進行し、深層部の触媒が
活用されないので、繊維が無添加の場合と大差がなくな
る。

したがってファイバの径と長さの比は０．７以下で、最
小径は同時にハニカムに被覆する高比表面積の無機材料
わ）末の平均粒径の６０％より大きいことが好ましく、
特にファイバの径と長さの比が０．１〜０．４の範囲内
にあることが好ましい。

第８図は、燃焼触媒の活性に及ぼすカーボンファイバの
混合量の影響を調べたもので、第１表のスラリ調製条件
でＢａ０・６Ａ１２０３粉末とカーボンファイバの混合
率のみを変えたスラリでそれぞれ触媒を製作し、プロパ
ンガスの着火温度を測定した結果を示す。

ファイバの混合率を５ｖｏＩ！％以上にすると高比表面
積層の深層部にある触媒成分も有効に活用されるので、
触媒全体で見た活性が向上し着火温度が低下する。本実
施例で製作した２Ｑｖｏｉ２％の混合率では約１５０℃
の温度低減となったが、同条件で製作したファイバ無添
加の燃焼触媒では約２．８倍毎の触媒成分を添加しなけ
れば同等の性能を（すられなかった。ただしファイバの
混合率を２ＱｖｏＡ％以上としても本実施例ではこれ以
上の活性向上は認められなかった。これらの結果から本
発明の触媒製造方法においてスラリ中に、繊維成分を所
定量混合することにより、触媒成分量を約６０％低減で
きることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ハニカム担体の表面に被覆された高比
表面積層の深層部に存在する触媒成分も有効に燃焼反応
に活用されるので、所定の性能を燃焼触媒が発揮するの
に必要な触媒成分量を４０〜７０ｗｔ％低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の燃焼用触媒の製造方法の一実施例に
用いたハニカム担体の寸法および形状を示す斜視図、第
２図は、本発明の一実施例における燃焼触媒の型造工程
を示す図、第３図は、燃焼触媒表面の外気と接触する面
積に及ぼずカーボンファイバの混合率の影習を示した図
、第４図は、本発明の実施例におけるコーティングスラ
リの粘度に及ぼすファイバ混合率の影響を示した図、第
５図は、本発明の実施例におけるコーティングスラリの
粘度に及ぼすファイバの長さの影２を示した図、第６図
は、本発明の実施例における燃焼触媒表面の外気と接触
する面積に及ぼすカーボンファイバの長さの影響を示し
た図、第７図は、本発明の実施例における燃焼性能に及
ぼすファイバ径の７９を示した図、第８図は、本発明の
実施例の燃焼触媒の燃焼性能に及ぼすカーボンファイバ
の混合率の影習を示す図である。 代理人　弁理士　川　北　武　長 カーボンファイバの混合率（ｖｏ！Ｏ７・）第５図 ファイバの長さくｐｍ） 第６図 ファイバの長さく）Ｉｍ） 第７図 ファイバ径／ファイバ長さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機質ハニカム成形体の表面に高比表面積の無機
   材料粉末を被覆した担体に燃焼用触媒成分を担持させる
   燃焼用触媒の製造方法において、必要に応じて触媒成分
   を担持させた前記高比表面積の無機材料粉末に繊維長１
   ０〜５０００μｍ、繊維径１〜５００μｍのカーボンフ
   ァイバまたは可燃性繊維を５〜５０ｖｏｌ％混合してス
   ラリ化し、次いでこれを無機質ハニカム担体上に付着さ
   せて焼成したものを前記触媒担体として用いることを特
   徴とする燃焼用触媒の製造方法。