JP2007021368A - 触媒担持用多孔質基材及び排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 触媒材料を有効に利用する。
【解決手段】 骨材粒子が、平均粒径が互いに異なる小径骨材粒子及び大径骨材粒子を含んで構成され、骨材粒子全体の粒径分布において小径骨材粒子及び大径骨材粒子の平均粒径に対応するピークがそれぞれ生ずるように、小径骨材粒子及び大径骨材粒子の粒径分布がそれぞれ予め設定されている。これにより、大径骨材粒子ＰＣ同士間に形成される空隙ＶＳに、小径骨材粒子ＰＦが配置され、大径骨材粒子ＰＣの表面だけでなく、小径骨材粒子ＰＦの表面にも触媒材料ＣＡＴが担持される。
【選択図】 図４
【解決手段】 骨材粒子が、平均粒径が互いに異なる小径骨材粒子及び大径骨材粒子を含んで構成され、骨材粒子全体の粒径分布において小径骨材粒子及び大径骨材粒子の平均粒径に対応するピークがそれぞれ生ずるように、小径骨材粒子及び大径骨材粒子の粒径分布がそれぞれ予め設定されている。これにより、大径骨材粒子ＰＣ同士間に形成される空隙ＶＳに、小径骨材粒子ＰＦが配置され、大径骨材粒子ＰＣの表面だけでなく、小径骨材粒子ＰＦの表面にも触媒材料ＣＡＴが担持される。
【選択図】 図４
Description
本発明は触媒担持用多孔質基材及び排気浄化装置に関する。
従来より、多孔質基材の表面及び細孔内壁面上に触媒が担持されることにより構成される排気浄化装置が知られている。この多孔質基材は例えば、骨材粒子をバインダーなどと共に混合、混練して坏土を作成し、この坏土をハニカム構造に成形し、焼成することにより製造される（特許文献１参照）。
次いで、触媒材料を含むスラリーが多孔質基材に適用され、かくして多孔質基材の表面及び細孔内壁面上、より具体的には骨材表面上に触媒が担持される。
しかしながら、詳しくは後述するが、一般的に骨材粒子同士の間には空隙が形成され、この空隙に触媒材料が集まっていわゆるダマになる場合がある。この場合、空隙の奥部に入り込んだ触媒材料を排気浄化のために有効に利用できないという問題点がある。
そこで本発明は、触媒材料を有効に利用することができる触媒担持用多孔質基材及び排気浄化装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、骨材粒子を焼成することにより形成される触媒担持用多孔質基材において、骨材粒子が、平均粒径の互いに異なる小径骨材粒子及び大径骨材粒子を含んで構成され、骨材粒子全体の粒径分布において小径骨材粒子及び大径骨材粒子の平均粒径に対応するピークがそれぞれ生ずるように、小径骨材粒子及び大径骨材粒子の粒径分布がそれぞれ予め設定されている。
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記小径骨材粒子の平均粒径が前記大径骨材粒子の平均粒径の５０パーセント以下に設定されている。
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記小径骨材粒子の平均粒径が、前記大径骨材粒子の平均粒径から標準偏差を差し引いて得られる値以下に設定されている。
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記小径骨材粒子の平均粒径が０．１μｍ以上に設定されている。
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、前記骨材粒子が炭化珪素、燐酸ジルコニア、コージェライト、及びフェリエライトから選ばれた少なくとも一つから構成されている。
また、前記課題を解決するために６番目の発明によれば、１番目から５番目までのいずれか一つに記載の多孔質基材の表面及び細孔内壁面上に触媒が担持されることにより構成される排気浄化装置が提供される。
触媒材料を有効に利用することができる。
以下では、多孔質基材として排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルターを用い、このパティキュレートフィルターに触媒が担持されることにより排気浄化装置が構成される場合について説明する。
図１にはパティキュレートフィルター１の構造が示されている。図１に示されるパティキュレートフィルター１はセラミック製ハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路１０，１１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓１２により閉塞された排気ガス流入通路１０と、上流端が栓１３により閉塞された排気ガス流出通路１１とにより構成される。従って、排気ガス流入通路１０及び排気ガス流出通路１１は薄肉の隔壁１４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路１０及び排気ガス流出通路１１は各排気ガス流入通路１０が４つの排気ガス流出通路１１によって包囲され、各排気ガス流出通路１１が４つの排気ガス流入通路１０によって包囲されるように配置される。隔壁１４は多孔性を有し、従って排気ガス流入通路１０内に流入した排気ガスは図１に矢印で示されるように、周囲の隔壁１４内を通って隣接する排気ガス流出通路１１内に流出する。
パティキュレートフィルター１を形成する多孔質材料としてさまざまなものを用いることができ、例えば炭化珪素、コージェライト、フェリエライト、ゼオライト、炭化窒素などを用いることができる。
なお、排気流通路の上流端及び下流端が閉塞されていないモノリス基材を多孔質基材として用いることもできる。
次に、図２を参照して排気浄化装置の製造方法を説明する。本発明による実施例では、まず骨材粒子が用意される。この骨材粒子は例えば炭化珪素、燐酸ジルコニア、コージェライト、及びフェリエライトから選ばれた少なくとも一つから構成することができる。次いで、この骨材粒子がバインダーなどと共に混合、混練して坏土が作成される。次いで、坏土がハニカム構造に成形された後に、焼成され、かくしてパティキュレートフィルター１が製造される。
一方、触媒材料粒子を溶媒に分散させることによりスラリーが作成される。具体的には、触媒材料原料が水及びバインダーと共に混合され、かくしてスラリーが作製される。触媒材料として、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、シリカ・アルミナなどの多孔質酸化物、又は出発原料の１次粒子の粒径の小さいものを用いることができる。なお、白金のような触媒種を多孔質酸化物に予め担持させておいてスラリーを作成することもできるし、後述の焼成後に多孔質酸化物に担持させることもできる。
次いで、上述のパティキュレートフィルターがこのスラリーに浸漬され、次いで例えばパティキュレートフィルターにエアーを吹き付け又は吸引することにより、余分なスラリーが除去される。次いで、パティキュレートフィルターが乾燥され、焼成され、かくして触媒を担持したパティキュレートフィルターからなる排気浄化装置が形成される。
さて、本発明による実施例では、骨材粒子が複数の骨材粒子、例えば小径骨材粒子及び大径骨材粒子から構成されている。この場合、図３に示されるように、小径骨材粒子ＰＦの平均粒径はｄｍｆに設定され、大径骨材粒子ＰＣの平均粒径はｄｍｆよりも大きなｄｍｃに設定される。
更に、小径骨材粒子ＰＦ及び大径骨材粒子ＰＣを混合したときの骨材粒子全体ＰＴの粒径分布において、小径骨材粒子ＰＦ及び大径骨材粒子ＰＣの平均粒径付近にそれぞれピークＰＫｆ，ＰＫｃが生ずるように、小径骨材粒子ＰＦ及び大径骨材粒子ＰＣの粒径分布がそれぞれ設定されている。なお、小径骨材粒子ＰＦの粒径分布は例えばその平均粒径ｄｍｆ及び標準偏差σｆによって決まり、大径骨材粒子ＰＣの粒径分布は例えばその平均粒径ｄｍｃ及び標準偏差σｃによって決まる。
本発明による実施例がこのような構成を採用しているのは次の理由による。即ち、骨材粒子を例えば大径骨材粒子ＰＣのみから構成した場合、大径粒子ＰＣ同士の間には図４（Ｂ）にＶＳで示されるような空隙が形成される。ところが、この空隙ＶＳ内に触媒材料が集まっていわゆるダマになる場合がある。この場合、空隙ＶＳの奥部に入り込んだ触媒材料を排気浄化のために有効に利用できない。
そこで、本発明による実施例では、図４（Ａ）に示されるようにこの空隙ＶＳに小径骨材粒子ＰＦを配置し、大径骨材粒子ＰＣの表面だけでなく、小径骨材粒子ＰＦの表面にも触媒材料ＣＡＴを担持するようにしている。その結果、触媒材料がダマになるのを阻止し、従って触媒材料を均一に担持させることができ、触媒材料を排気浄化のために有効に利用することができる。
また、触媒担持量を増大させることができる。更に、小径骨材粒子ＰＦが補強材として作用し、熱衝撃時にパティキュレートフィルターに大きなクラックが生ずるのを阻止することもできる。
この場合、空隙ＶＳ内に配置された小径骨材粒子ＰＦ同士間には図５に示されるように細孔ＭＰが形成されている。そうすると、空隙ＶＳには、小径骨材粒子ＰＦにより多孔質層が形成されていると見ることもできる。排気ガスはこの細孔ＭＰ内に取り込まれることにより浄化される。
空隙ＶＳにできるだけ多くの小径骨材粒子ＰＦを配置することを考えると、小径骨材粒子ＰＦの平均粒径ｄｍｆを或る上限値以下に設定するのが好ましい。この上限値は、例えば大径骨材粒子ＰＣの平均粒径ｄｍｃの５０パーセント、又は大径骨材粒子ＰＣの平均粒径ｄｍｃから標準偏差σｃを差し引いて得られる値（ｄｍｃ−σｃ）に設定することができる。
一方、小径骨材粒子ＰＦの平均粒径ｄｍｆが小さすぎると、上述した細孔ＭＰが実質的に存在しなくなる。そこで、小径骨材粒子ＰＦの平均粒径ｄｍｆを下限値、例えば０．１μｍ以上に設定するのが好ましい。また、小径骨材粒子ＰＦの平均粒径ｄｍｆが小さすぎると、触媒材料粒子が小径骨材粒子ＰＦ上に担持されにくくなる。そこで、小径骨材粒子ＰＦの平均粒径ｄｍｆを触媒材料粒子の平均粒径の１０パーセント以上に設定するのが好ましい。即ち、触媒材料粒子の平均粒径が１μｍのときには、小径骨材粒子ＰＦの平均粒径ｄｍｆを０．１μｍ以上に設定するのが好ましい。
小径骨材粒子ＰＦと大径骨材粒子ＰＣとは同じ材質であっても異なる材質であってもよい。また、骨材粒子を、平均粒径が互いに異なる３つ以上の粒子から構成することもできる。
ところで、骨材粒子が従来のように１種類の骨材粒子から構成される場合であっても、図６に示されるように小径粒子部分ＰＦ’と大径粒子部分ＰＣ’とが含まれており、大径粒子部分ＰＣ’同士間の空隙に小径粒子部分ＰＦ’が入り込んでいると考えられる。しかしながら、小径粒子部分ＰＦ’の粒径ないし粒径分布は、大径粒子部分ＰＣ’が形成する空隙に上述した多孔質層を形成するのに、必ずしも最適なものではない。
これに対し、本発明による実施例では、大径骨材粒子ＰＣが形成する空隙ＶＳに多孔質層を形成するのに最適になるように、小径骨材粒子ＰＦの粒径ないし粒径分布が設定ないし選択されている。このことは、図３に示される骨材粒子全体の粒径分布において、小径骨材粒子ＰＦ及び大径骨材粒子ＰＣの平均粒径付近にそれぞれピークＰＫｆ，ＰＫｃが生ずるように、小径骨材粒子ＰＦ及び大径骨材粒子ＰＣの粒径分布がそれぞれ設定されていることからもわかる。
１ パティキュレートフィルター
ＰＦ 小径骨材粒子
ＰＣ 大径骨材粒子
ＣＡＴ 触媒材料
ＶＳ 空隙
ＰＦ 小径骨材粒子
ＰＣ 大径骨材粒子
ＣＡＴ 触媒材料
ＶＳ 空隙
Claims (6)
- 骨材粒子を焼成することにより形成される触媒担持用多孔質基材において、骨材粒子が、平均粒径の互いに異なる小径骨材粒子及び大径骨材粒子を含んで構成され、骨材粒子全体の粒径分布において小径骨材粒子及び大径骨材粒子の平均粒径に対応するピークがそれぞれ生ずるように、小径骨材粒子及び大径骨材粒子の粒径分布がそれぞれ予め設定されている多孔質基材。
- 前記小径骨材粒子の平均粒径が前記大径骨材粒子の平均粒径の５０パーセント以下に設定されている請求項１に記載の多孔質基材。
- 前記小径骨材粒子の平均粒径が、前記大径骨材粒子の平均粒径から標準偏差を差し引いて得られる値以下に設定されている請求項１に記載の多孔質基材。
- 前記小径骨材粒子の平均粒径が０．１μｍ以上に設定されている請求項１から３までのいずれか一項に記載の多孔質基材。
- 前記骨材粒子が炭化珪素、燐酸ジルコニア、コージェライト、及びフェリエライトから選ばれた少なくとも一つから構成されている請求項１から４までのいずれか一項に記載の多孔質基材。
- 請求項１から５までのいずれか一項に記載の多孔質基材の表面及び細孔内壁面上に触媒が担持されることにより構成される排気浄化装置。
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2005
- 2005-07-15 JP JP2005207381A patent/JP2007021368A/ja active Pending
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