JP2002079098A - 排気ガス浄化用のセラミックスの製造方法及び排ガス浄化用コンバータ - Google Patents

排気ガス浄化用のセラミックスの製造方法及び排ガス浄化用コンバータ

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JP2002079098A
JP2002079098A JP2000272019A JP2000272019A JP2002079098A JP 2002079098 A JP2002079098 A JP 2002079098A JP 2000272019 A JP2000272019 A JP 2000272019A JP 2000272019 A JP2000272019 A JP 2000272019A JP 2002079098 A JP2002079098 A JP 2002079098A
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Wataru Sakai
弥 酒井
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P40/60Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックス自体が触媒作用を有し、高価な
貴金属を使用する必要がなく、安価に製造できる排気ガ
ス浄化用のセラミックスの製造方法及びそれを利用した
排気ガス浄化用コンバータを提供する。 【解決手段】 フライアッシュ又は火山灰を30〜70
重量%、粘土を20〜60重量%、酸化チタンを10〜
20重量%、酸化鉄を5〜10重量%、フェノール樹脂
を10〜25重量%含む原料混合物を混練用液体と共に
混練し、所定形状に形成した後に、還元性雰囲気中にお
いて最高温度が800℃〜900℃の範囲内で焼成する
ことにより焼成後の炭素量が5〜20重量%となるよう
にして排気ガス浄化用のセラミックスを製造する。この
ようにして製造したセラミックスは、CO、HC、NO
x及びSOxを除去する性能を備えているので、従来の
いわゆる3元触媒の代替品となり得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
スを浄化するためのセラミックスの製造方法およびそれ
を用いた排気ガス浄化用コンバータに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする問題点】内燃
機関の排気ガスの浄化には一般に三元触媒が知られてお
り、これは触媒として白金又はパラジウム等の高価な貴
金属を使用するため、製造コストが高価となる。そこ
で、従来より安価なセラミックスを排気ガスの浄化に利
用することが試みられてはいるが、セラミックス自体が
触媒作用を発揮するものは開発されておらず、排気ガス
中の有害性分であるNOxやSOxを分解するために
は、セラミックスを多孔質にしてここに触媒金属を担持
させるしか方法がないと考えられていた。そこで、本発
明は、セラミックス自体が触媒作用を有し、高価な貴金
属を使用する必要がなく、安価に製造できる排気ガス浄
化用のセラミックスの製造方法及びそれを利用した排気
ガス浄化用コンバータを提供することを目的とする。
【0003】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1にかかる発明は、排気ガス浄化用のセラミック
スの製造に当たり、フライアッシュ又は火山灰を30〜
70重量%、粘土を20〜60重量%、酸化チタンを1
0〜20重量%、酸化鉄を5〜10重量%、フェノール
樹脂を10〜25重量%含む原料混合物を混練用液体と
共に混練し、所定形状に形成した後に、還元性雰囲気中
において最高温度が800℃〜900℃の範囲内で焼成
することにより焼成後の炭素量が5〜20重量%となる
ようにするところに特徴を有する。
【0004】また、請求項2の発明にかかる排気ガス浄
化用コンバータは、所定形状のセラミックスをケース内
に収容してなり、そのケース内に内燃機関の排気ガスを
通過させることでその排気ガスを浄化するコンバータで
あって、前記セラミックスは、フライアッシュ又は火山
灰を30〜70重量%、粘土を20〜60重量%、酸化
チタンを10〜20重量%、酸化鉄を5〜15重量%、
フェノール樹脂を10〜25重量%含む原料混合物を混
練用液体と共に混練して成形した後に、還元性雰囲気中
において最高温度が800℃〜900℃の範囲内で焼成
することにより焼成後の炭素量が5〜20重量%となる
ようにしたものであるところに特徴を有する。
【0005】ここで、フライアッシュとは石炭の燃焼滓
であって例えば火力発電所から多量に排出されるが、ど
のような石炭を燃焼したものであっても、どの火力発電
所から排出されたものであっても、いずれもシリカを主
成分とする多孔質ガラスの粉末である。この点、シリカ
を主成分とする多孔質ガラスの粉末である火山灰と共通
する。このフライアッシュ又は火山灰は、いずれか一方
を使用してもよく、あるいは双方を混合して使用しても
よいが、原料混合物中に30重量%以上含まれることが
必要である。これに満たない場合には、セラミックの性
質を満たさないからである。また、これらが原料混合物
の全体に対して70重量%を越えて配合されると、多孔
質性が無くなって好ましくない。
【0006】粘土は、原料混合物を混練したときの成型
性を確保するために必要であり、20重量%に満たない
と必要な成形性が得られず、60重量%を越えると、焼
成後のセラミックスに含まれる微細気孔が不足すること
になる。
【0007】一方、酸化チタン及び酸化鉄は、原料混合
物が還元性雰囲気で焼成されることで還元されて金属チ
タン及び金属鉄としてセラミックス中に含まれるように
なる。この金属鉄や金属チタンが触媒作用を発揮してN
Oxが硫酸塩や窒素ガスに分解され、SOxが硫酸塩に
分解されるものと考えられる。原料混合物中の含有量が
酸化チタンは10重量%、酸化鉄は5重量%に満たない
と、触媒効果が充分に発揮されない。また、原料混合物
中の含有量が酸化チタンは20重量%、酸化鉄は10重
量%を越えると、目詰まりが多くなって好ましくない。
【0008】さらに、フェノール樹脂は原料混合物に成
形性を与えるとともに、焼成されたセラミックスに多孔
性を与える機能を果たす。すなわち、原料混合物中にフ
ェノール樹脂粒子が分散された状態で還元性雰囲気で焼
成されると、フェノール樹脂は蒸し焼き状態となるため
に多孔質の無定形炭素骨格を形成する。これが、セラミ
ックス成形体に多孔性を与えると共に、前述の金属チタ
ン及び金属鉄による触媒作用を増強するものと考えられ
る。なお、フェノール樹脂の含有量が10重量%に満た
ないと、多孔性が不足し、25重量%を越えると、焼成
されたセラミックスの強度が低下して崩壊し易くなるの
で、好ましくない。
【0009】なお、焼成条件は、還元性雰囲気において
最高温度が800℃〜900℃の範囲内で焼成すること
が必要である。この範囲以下では焼成が不十分となって
強度不足を来たし、これ以上では多孔性が失われるから
である。また、還元性雰囲気で焼成しないと無定形炭素
が生成しないために十分な多孔性が現れないし、金属チ
タンや金属鉄も生成しない。最終的に生成する炭素量は
5〜20重量%となることが必要で、炭素量が5重量%
に満たないと多孔性が無くなり、20重量%を越えると
強度が不足するようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。 [セラミックスの製造方法]セラミックスは、原料とし
てフライアッシュ、粘土、二酸化チタン、酸化鉄、及び
バインダー樹脂等を用いる。ここで、フライアッシュ
は、例えば火力発電所の石炭灰の微粉末を用いて原料混
合物に対して30〜70重量%となるように配合する。
また、フライアッシュの代わりに火山灰を用いても良
い。粘土は例えば陶芸用のものを原料混合物に対して2
0〜60重量%となるように配合する。フライアッシュ
及び粘土を前記の組成範囲内とすることにより、セラミ
ックスが多孔質となると共に、十分な強度を備えること
ができる。
【0011】酸化チタンは、原料混合物に対して10〜
20重量%となるように配合する。酸化チタンは還元性
雰囲気で焼成されることにより、チタン単体に還元さ
れ、セラミックスの多孔質中に存在することで、NOx
やSOxを吸着分解することができる。酸化鉄は、例え
ば、ベンガラを用いて原料混合物に対して5〜15重量
%となるように配合する。酸化鉄は、還元性雰囲気での
焼成により金属鉄の単体に還元されてNOxやSOxの
吸着分解作用を呈する。
【0012】バインダー樹脂としてはフェノール樹脂の
粉末が最適である。バインダー樹脂の添加量は、バイン
ダー樹脂中の炭素が焼成品に残留するから、その残留炭
素量が焼成品の5〜20重量%となるように計算して決
定すればよい。目標の炭素量を全てバインダー樹脂起源
とするとバインダー樹脂の添加量が過剰となって混練や
成形上等の他の不都合な問題を生ずる場合には、バイン
ダー樹脂の添加量を抑え、その分の炭素を木炭粉末の添
加で補えばよい。また、製造後のセラミックス中に含ま
れる炭素量が多いともろくなり、少ないと磁器のように
硬くなってしまう。
【0013】これらの原料の粉末を、水と共に混練し、
例えば球状に成形し、常温で十分に(例えば数日間)乾
燥させた後、焼成炉に入れ、窒素ガスを吹き込むことで
還元性雰囲気にして焼成を行う。このとき、焼成温度3
00℃で1時間保持してから、還元性雰囲気のまま、さ
らに700℃で3時間保持する。ここで、セラミックス
の多孔性を確保するために焼成温度を1000℃よりも
高くならないようにすることが必要である。そして、焼
成後、自然放冷することによってセラミックスの製造が
完了する。
【0014】[浄化性能の測定]排気ガスの浄化性能を
測定するため、次に示す配合で原料を混合し、水を添加
して混合物を混練し、これを球状に成形して上述のよう
にして焼成して実施例を製造した。 原 料 フライアッシュ 40重量% 粘 土 20重量% 酸化チタン 5重量% 酸化鉄 25重量% フェノール樹脂 10重量% 比較例としては、フライアッシュと粘土だけを原料とし
て酸化雰囲気で焼成した多孔質のセラミックボールを使
用した。上記実施例のセラミックボールと比較例のセラ
ミックボールとを別々にガラス管中に充填し、450℃
に加熱してガラス管の内部に排気ガスを通過させ、通過
前と通過後とのNOx及びSOxの含有量の変化をガス
クロマトグラフで計測した。測定結果を図1及び図2に
示す。
【0015】この結果から、本実施例のセラミックボー
ルを充填したものでは、ガラス管を通過した排気ガス中
に含まれるNOxとSOxとの含有量は、比較例のセラ
ミックボールを使用したものに比べて明かに減少する。
これは、本実施例のセラミックス中に含まれる金属鉄や
金属チタンによってNOxが硝酸塩や窒素ガスに分解さ
れ、SOxが硫酸塩に分解されたためと思われる。
【0016】次に、本実施例のセラミックボールのCO
及びHCの除去性能について測定したところ、次の通り
であった。 上表から、本実施例のセラミックボールを200g以上
充填したものでは、排気ガスのCO濃度が65%以下に
減少し、HC濃度も70%以下に減少することが確認さ
れた。
【0017】これらの結果から、本実施例のセラミック
ボールによれば、排気ガスを十分に浄化可能であること
が判明した。CO、HC、NOx及びSOxを除去する
性能を備えているので、従来のいわゆる3元触媒の代替
品となり得る。また、NOxやSOxが分解されて生ず
る硝酸塩や硫酸塩は、無害であり、これらはセラミック
ス中に蓄積されるが、セラミックスを水洗すること等に
よって取り除くことができるので、セラミックスの再利
用が可能となり、経済性に優れる。また、本発明のよう
に多孔性を備えたセラミックスによれば、ディーゼルエ
ンジンの排気ガス中に含まれる微粒子を吸着可能である
ので、黒煙の発生を抑制することができる。
【0018】さらに、球状のセラミックスを用いること
で、外殻が任意の形状のコンバータに充填することがで
きる。従って、コンバータの形状の自由度が大きくなり
排気系配管の取り回しが容易になる。また、再利用の際
にも、任意の形状のコンバータに適用することができる
ので、資源の有効利用にも寄与する。
【0019】なお、図3は本実施形態のセラミックボー
ルを適用する自動車の排気ガス処理装置を示す。ここ
で、図示しないエンジンから排出された排気ガスはエキ
ゾーストマニホールド1からエキゾーストパイプ2を経
て、エキゾーストパイプの中途に配設されたコンバータ
3を通過し、サイレンサー4を経てから外部へと導出さ
れるようになっている。本実施形態のセラミックボール
は上記コンバータ3内に充填される。
【0020】本発明は、前記実施形態に限定されるもの
ではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本
発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨
を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができ
る。 (1)上記実施形態では、セラミックスの原料の1つと
してフライアッシュを用いたが、フライアッシュの代わ
りに火山灰を用いるものであっても良い。 (2)上記実施形態のコンバータは、ガソリンエンジン
及びディーゼルエンジンのいずれにも使用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】NOxの浄化性能の測定結果を示すグラフ
【図2】SOxの浄化性能の測定結果を示すグラフ
【図3】本発明を適用した排気ガス処理装置の斜視図
【符号の説明】
1…エキゾーストマニホールド 2…エキゾーストパイプ 3…コンバータ 4…サイレンサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C04B 33/32 F01N 3/28 Q F01N 3/10 B01J 23/74 301A 3/28 B01D 53/36 C Fターム(参考) 3G091 AA17 AA18 AB03 BA13 BA14 BA15 BA19 BA39 GB17W 4D048 AA02 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 AB03 AB05 BA05X BA07X BA10X BA12X BA13X BA36X BA41X BB01 4G069 AA02 AA08 BA04A BA04B BA08A BA08B BA10A BA10B BA13A BA13B BA16A BA16B BA22C BB04A BB04B BC66A BC66B BE06C CA02 CA03 CA07 CA08 CA10 CA12 CA13 CA14 CA15 EA02Y FB30 FB44 FB61 FB66 FC05 FC07 FC08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フライアッシュ又は火山灰を30〜70
    重量%、粘土を20〜60重量%、酸化チタンを10〜
    20重量%、酸化鉄を5〜10重量%、フェノール樹脂
    を10〜25重量%含む原料混合物を混練用液体と共に
    混練し、所定形状に形成した後に、還元性雰囲気中にお
    いて最高温度が800℃〜900℃の範囲内で焼成する
    ことにより焼成後の炭素量が5〜20重量%となるよう
    にすることを特徴とする排気ガス浄化用のセラミックス
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 所定形状のセラミックスをケース内に収
    容してなり、そのケース内に内燃機関の排気ガスを通過
    させることでその排気ガスを浄化するコンバータであっ
    て、 前記セラミックスは、フライアッシュ又は火山灰を30
    〜70重量%、粘土を20〜60重量%、酸化チタンを
    10〜20重量%、酸化鉄を5〜15重量%、フェノー
    ル樹脂を10〜25重量%含む原料混合物を混練用液体
    と共に混練し、球状に形成した後に、還元性雰囲気中に
    おいて最高温度が800℃〜900℃の範囲内で焼成す
    ることにより焼成後の炭素量が5〜20重量%となるよ
    うにしたものであることを特徴とする排気ガス浄化用コ
    ンバータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005032605A1 (ja) * 2003-09-30 2005-04-14 Kobayashi Pharmaceutical Co., Ltd. 脱臭剤及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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