JP2003170063A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

排ガス浄化用触媒

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JP2003170063A
JP2003170063A JP2001372319A JP2001372319A JP2003170063A JP 2003170063 A JP2003170063 A JP 2003170063A JP 2001372319 A JP2001372319 A JP 2001372319A JP 2001372319 A JP2001372319 A JP 2001372319A JP 2003170063 A JP2003170063 A JP 2003170063A
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catalyst
carrier
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exhaust gas
inorganic fibers
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JP2001372319A
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Eiji Miyamoto
英治 宮本
Yasuyoshi Kato
泰良 加藤
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高活性でかつ高剥離強度の性能を併せ持つ排
ガス浄化用触媒を提供する。 【解決手段】 表裏を貫通する孔を多数有した金属製の
触媒担体と該担体上に被覆された無機繊維と触媒成分か
らなる触媒層からなる排ガス浄化用触媒において、前記
無機繊維と触媒成分からなる触媒層は、前記担体近傍を
被覆する第1の触媒層と、その他の部分を被覆する第2
の触媒層からなり、前記第1の触媒層中の無機繊維およ
び/またはSiO2の含有率、および/または無機繊維の長
さの値が、第2の触媒層中のそれらの値よりも大きいこ
とを特徴とする排ガス浄化用触媒。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス浄化用触媒
に係り、特に金属製担体に担持された触媒成分の剥離を
抑え、かつ高活性を得られる排ガス浄化用触媒に関す
る。
【0002】
【従来の技術】金属製の触媒担体に触媒成分を担持する
場合、金属担体の滑らかな表面から触媒成分が剥離しな
いように、その結合力を強く保つ必要がある。このこと
を目的とした触媒構造体(以下、触媒または触媒エレメ
ントと称することがある)の製造方法がこれまでに提案
されている。例えばアルミニウム(Al)などの金属を金
属担体に溶射し、担体表面に微細な凹凸を設け、この凹
凸面に触媒成分を担持することにより結合力を向上する
方法、Alを溶射した金属担体にポリビニルアルコール
(PVA)、コロイダルシリカ、酸化チタン(TiO2)微粒
子からなる処理液をコーティングした後、140〜200℃で
乾燥して不溶化する方法(特願平05-038839)などが知ら
れている。
【0003】また、金属担体をローレット加工し、担体
表面に凹凸をつける方法(特願平06-019446)や、金属担
体を高温で焼成してウィスカを形成し、この上に触媒の
層を配置することで付着強度を向上する方法(特願平06-
110316)などが知られている。これらの方法は、いずれ
も金属担体の滑らかな面に微細な凹凸をつけ、その凹凸
面上に触媒成分を担持させることによって触媒との結合
を強化するというものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、金属
製触媒担体と触媒との結合力を向上するという面で、優
れている。しかしながら、金属製担体の軽量化のため担
体の開孔部を大きくする場合、触媒の剥離を防止するた
め、担体と触媒とをさらに強く結合する必要があった。
さらに、担体の開孔部全体を強固に埋めるため、触媒活
性は維持したまま、触媒自体の強度も向上させる必要が
あった。本発明の課題は、高活性でかつ高剥離強度の性
能を併せ持つ排ガス浄化用触媒およびその製法を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明者らは鋭意研究した結果、金属製触媒担体の
表面を覆う触媒成分のうち、触媒担体の近傍部分の無機
繊維、酸化ケイ素(SiO2)の含有率、または/および無
機繊維長さの値を、その他の部分よりも大きくすること
により、解決することを見出し、本発明に到達した。す
なわち、本願で特許請求される発明は下記の通りであ
る。
【0006】(1)表裏を貫通する孔を多数有した金属
製の触媒担体と、該担体上に被覆された、無機繊維と触
媒成分からなる触媒層からなる排ガス浄化用触媒におい
て、前記無機繊維と触媒成分からなる触媒層は、前記担
体近傍を被覆する第1の触媒層と、その他の部分を被覆
する第2の触媒層からなり、前記第1の触媒層中の無機
繊維または酸化ケイ素の含有率、または無機繊維の長さ
の値が、第2の触媒層中のそれらの値よりも大きいこと
を特徴とする排ガス浄化用触媒。
【0007】(2)前記第1の触媒層中の無機繊維の含
有率(質量基準、以下同じ)が触媒全体の30%以上、
酸化ケイ素の含有率は6%以上、および前記第2の触媒
層中の無機繊維の含有率が触媒全体の25%以下、酸化
ケイ素の含有率は6%以下であることを特徴とする
(1)記載の排ガス浄化用触媒。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面により詳細に
説明する。図1は、本発明の排ガス浄化用触媒として、
表裏を貫通する孔を多数有する金属製触媒担体に無機繊
維で補強された触媒組成物を担持させた触媒構造体の断
面図である。この触媒構造体は、上記金属製触媒担体と
しての金属板1と、その表面を被膜する第1の触媒層部
分2と、該第1の触媒層部分間を充填する第2の触媒層
部分3とからなる。排ガス脱硝触媒を例にとると、上記
第1の触媒層部分2は、金属製触媒担体1の近傍(表面
およびその近傍)に形成され、第2の触媒層部分3はそ
の他の部分、すなわち、第1の触媒層2間に形成され
る。触媒担体1に第1の触媒層2で被覆されなかった部
分がある場合には、該触媒担体の部分は例外的に触媒層
2で被覆されてもよい。
【0009】第1および第2の触媒層としては、バナジ
ウム、モリブデン、タングステン等を活性成分とする酸
化チタン系触媒成分と無機繊維との混合組成物、または
これに酸化ケイ素(SiO2)を加えた混合組成物が好適な
例としてあげられる。本発明は、第1の触媒層を構成す
る無機繊維の長さ、含有量または/およびSiO2の含有量
が、第2の触媒層を構成するそれらよりも大きいことを
特徴とする。
【0010】本発明に用いる金属製触媒担体は、表裏に
貫通した孔を多数有する金属板であり、図2(a)〜(c)の
ように、金網,ラス加工された金属板,パンチ穴の多数
開いた金属板などがある。これらは、ローラ掛け,プレ
スなどにより圧延されていてもよい。また、触媒担体は
図3(a)〜(c)のように、波型,階段型,コの字型などの
形状に成形されていてもよい。また、無機繊維として
は、Eガラス製やセラミック製の繊維が代表例としてあ
げられる。
【0011】本発明における第1の触媒層中の無機繊維
の質量含有率は触媒全体の30%以上、またSiO2の質量
含有率は同じく6%以上、第2の触媒層中の無機繊維の
質量含有率は触媒全体の25%以下、SiO2の質量含有率
は同じく6%以下であることが好ましい。また、無機繊
維の繊維長,および繊維径は、金属担体の開孔部間の平
均距離のそれぞれ25〜100%、3〜10%のとき、
好ましい結果が得られる。触媒成分の触媒担体への担持
方法は、スラリコーティング,塗布,圧着などである
が、スラリコーティングが好適な結果を得られる。
【0012】
【作用】表面の滑らかな金属製触媒担体1に触媒成分を
担持する時、図4(a)のように、無機繊維やSiO2粒子濃
度の少ない、高活性成分を主として担持すると、担体1
と触媒との結合力が弱い上、触媒層自体の強度も弱く、
触媒体の剥離強度が非常に弱くなる。また、図4(b)の
ように、無機繊維,SiO2粒子などを増加して触媒層の強
度を上げ、担体全体を強い触媒層で覆うのは、触媒体全
体の剥離強度は向上するが、触媒活性が低下する。この
ため、金属製担体が大径の貫通孔を有する時や、石炭焚
きに適用する時は、触媒活性を保ったまま強度を上げ、
かつ触媒層の剥離を抑えることはできなかった。
【0013】これに対し、本発明になる触媒体は、図1
に示すように、触媒担体1近傍に無機繊維とSiO2濃度の
高い部分2があるため、無機繊維が担体開孔部6間の金
属担体に絡み付き、さらにSiO2粒子で無機繊維間が固定
され、触媒担体1との結合力を強固にすることができ
る。また、この部分は、乾燥後に凹凸のある表面にな
り、この面で無機繊維,SiO2濃度の低い触媒部分3と結
合するため、触媒部分同士の結合力も非常に高く保ち、
剥離強度を向上すると同時に、高い触媒活性を保つこと
ができる。
【0014】以下、本発明を具体的実施例を用いて説明
する。
【実施例】実施例1 メタバナジン酸アンモン306.5g,および三酸化モリブデ
ン275.9gを2759gの水に混ぜ、約20時間攪拌した後、シ
リカゾル1432gを混ぜた溶液に、長さ100μm,繊維径9
μmのEガラス製無機繊維1123g,および酸化チタン1313
gを加えて触媒成分スラリ1を得た。一方、送りピッチ
0.35mm,板厚0.64mm,開孔率74.0%のメタルラスを成形
し、図3(a)の形状を持ち、幅456mm×長さ456mmの大き
さの触媒担体を得た。この触媒担体を上記触媒成分スラ
リ1に浸漬後メタルラスの開孔部を空けて、24時間、常
温乾燥した。
【0015】他方、上記触媒成分スラリ1の内、酸化チ
タン添加量,およびEガラス製無機繊維の繊維長さを、
それぞれ3938g,75μmに変え、他は触媒成分スラリ1と
同様にして触媒成分スラリ2を得た。
【0016】この触媒成分スラリ2に上記触媒ユニット
を浸漬後、24時間常温乾燥し、500℃,2時間焼成して触
媒体を得た。 実施例2 実施例1の触媒成分スラリ1に占めるシリカゾル添加量
を1712gに変え、他は実施例1と同様にして触媒体を得
た。 実施例3 実施例1の触媒成分スラリ2に占めるシリカゾル添加量
を743gに変え、他は実施例1と同様にして触媒体を得
た。 実施例4 実施例1の触媒成分スラリ1に占めるEガラス製無機繊
維の繊維長さを150μmに変え、他は実施例1と同様にし
て触媒体を得た。
【0017】実施例1の触媒成分スラリ1に占めるEガ
ラス製無機繊維の添加量を600gに変え、他は実施例1と
同様にして触媒体を得た。 比較例2 実施例1の触媒成分スラリ1に占めるシリカゾル添加量
を498gに変え、他は実施例1と同様にして触媒体を得
た。
【0018】比較例3 実施例1の触媒成分スラリ2に占めるEガラス製無機繊
維の添加量を1345gに変え、他は実施例1と同様にして
触媒体を得た。 比較例4 実施例1の触媒成分スラリ2に占めるシリカゾル添加量
を2485gに変え、他は実施例1と同様にして触媒体を得
た。 比較例5 実施例1の触媒成分スラリ1に占めるEガラス製無機繊
維の繊維長さを75μmに変え、他は実施例1と同様にし
て触媒体を得た。
【0019】実施例1〜4,比較例1〜5の触媒体を、
入口外寸法458mm×458mm,長さ452mmの金属枠内に充填
して触媒構造体を得た。これらの触媒構造体について、
第1表に示す条件で脱硝性能を測定した。この試験結果
と、各触媒構造体中の触媒エレメントの剥離強度試験の
結果を、第2表にまとめて示す。表中、活性比率は体積
基準総括反応速度定数の比である。活性,強度ともに、
実施例1の値を1.0とした。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】表2の結果から、比較例1,比較例2のよ
うに、金属製担体に直接担持する触媒層の無機繊維,Si
O2濃度が小さい場合、触媒エレメントとしての剥離は起
き易くなり、剥離強度は減少する。また、比較例3,比
較例4のように、担体表面にコートされた触媒上に担持
される触媒の無機繊維,SiO2が多いと、触媒エレメント
の剥離強度は向上するが、活性が低下する。また、実施
例1,実施例4,比較例5の比較により、担体近傍の無
機繊維長さが短い場合は、担体と触媒との結合が弱く、
剥離強度が低下することが分かる。このため、本発明の
無機繊維、SiO2の含有率を適正範囲に選定することによ
り、剥離が小さく高活性の触媒を得ることができること
がわかる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、金属製担体に触媒成分
を担持した触媒エレメントにおいて、高活性の触媒層
を、剥離強度を強く保ったまま担持することができ、従
って金属担体の開孔部を広げて、基材の軽量化を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排ガス浄化用触媒の断面図。
【図2】(a)、(b)、(c)は本発明に使用される
金属製触媒担体の開孔部の形状を示す説明図。
【図3】(a)、(b)、(c) は本発明に使用され
る金属製触媒担体の成形形状を示す説明図。
【図4】(a)、(b)は従来の排ガス浄化用触媒の断
面図。
【符号の説明】
1 … 金属製触媒担体 、2 … 担体近傍の触媒層 、3
… 担体近傍以外の触媒層、 6 … 触媒担体の開孔
部。
───────────────────────────────────────────────────── 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) F01N 3/10 B01D 53/36 C Fターム(参考) 3G091 BA01 GB01X GB10W GB16W GB17W 4D048 BA06X BA07X BA23X BA26X BA39X BA41X BB07 BB08 CC36 4G069 AA03 AA08 BA02A BA02B BA04B BA14B BA17 BA37 BC54B BC59B CA02 CA03 DA06 EA03X EA03Y EA12 EE06 EE08 FA01 FA04 FB15 FB19 FC08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表裏を貫通する孔を多数有した金属製の
    触媒担体と、該担体上に被覆された、無機繊維と触媒成
    分からなる触媒層からなる排ガス浄化用触媒において、
    前記無機繊維と触媒成分からなる触媒層は、前記担体近
    傍を被覆する第1の触媒層と、その他の部分を被覆する
    第2の触媒層からなり、前記第1の触媒層中の無機繊維
    または酸化ケイ素の含有率、または無機繊維の長さの値
    が、第2の触媒層中のそれらの値よりも大きいことを特
    徴とする排ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 前記第1の触媒層中の無機繊維の含有率
    (質量基準、以下同じ)が触媒全体の30%以上、酸化
    ケイ素の含有率は6%以上、および前記第2の触媒層中
    の無機繊維の含有率が触媒全体の25%以下、酸化ケイ
    素の含有率は6%以下であることを特徴とする請求項1
    記載の排ガス浄化用触媒。
JP2001372319A 2001-12-06 2001-12-06 排ガス浄化用触媒 Pending JP2003170063A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009525856A (ja) * 2006-02-07 2009-07-16 ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト 改善された活性挙動を有する触媒

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