JP2009056462A - 触媒用スラリーの安定化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラリーの性状が変化しない触媒用スラリーの安定化方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の触媒用スラリーの安定化方法は、触媒担体基材にコートされるアルミナ粉末が水系溶媒に分散したアルミナ系の触媒用スラリーを安定化する触媒用スラリーの安定化方法であって、触媒用スラリーが、アニオン系界面活性剤を含むことを特徴とする。本発明の触媒用スラリーの安定化方法は、アルミナ系の触媒用スラリーの流動性は保持しながら、沈降を抑制できる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、触媒用スラリーの安定化方法に関し、詳しくは、製造時に触媒用スラリーの性状を変化させない触媒用スラリーの安定化方法に関する。

自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスは、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分を含有している。この排気ガスをそのまま排出すると、公害や環境の悪化が引き起こされる。これらの有害成分を含む排気ガスは、排ガス浄化用触媒等の浄化装置を用いて分解浄化され、その後に大気中に排出されている。

一般的な排ガス浄化用触媒は、耐熱性セラミックスや耐熱性金属などの耐熱性をもつ材質で形成された触媒担体基材と、この触媒担体基材の表面に形成された耐熱性多孔質層と、この多孔質層に担持された触媒成分と、をもつ触媒層と、を備えている。排ガス浄化用触媒の触媒層は、触媒成分を含有したあるいは含有しない耐熱性粉末の触媒用スラリーを触媒担体基材に塗布し、その後、乾燥、焼成することで製造されている。触媒用スラリーの触媒担体基材への塗布、乾燥を複数回繰り返した後に焼成することで、所定量の触媒用スラリーをコートしている。触媒用スラリーは、活性アルミナ粉末、セリア粉末などの耐熱性粉末粒子をバインダーとともに純水などの溶媒に分散させて調製していた。

また、ゼオライトなどの多孔質体を主成分とする吸着材層をもつ排ガス浄化用触媒が用いられている。この吸着材層も、上記したアルミナなどからなるスラリーと同様に、ゼオライトなどのスラリーを調製し、触媒担体基材にコートして製造されている。

そして、触媒用スラリーを触媒担体基材にコートする時の作業性は、触媒用スラリーの性状により変化していた。特に、触媒用スラリーに分散した分散粒子（活性アルミナ粉末やゼオライトなどの粉末粒子）に沈降が生じると、触媒用スラリーのコート性が低下していた。

具体的には、分散粒子が沈降すると、触媒用スラリーに含まれる分散粒子量が部分的に変化する。このような触媒用スラリーを触媒担体基材に塗布すると、触媒担体基材に塗布された触媒用スラリーの分散粒子量が触媒担体基材の場所により異なることとなる。つまり、部分的にコート量が異なり、触媒用スラリーがコートされたコート層にバラツキが生じるようになる。また、分散粒子が沈降した触媒用スラリーを使用すると、場合によっては、触媒用スラリーを触媒担体基材に塗布する回数を増やす必要があった。

触媒用スラリーは、スラリーを調製・保存するタンクから管路などを介して塗布を行うコート装置まで送り、コート装置でコートを行っていた。このようなコート構成の装置では、タンクには触媒用スラリーの沈降を生じさせないために触媒用スラリーを攪拌する攪拌装置を備えているが、タンクから取り出された触媒用スラリーの沈降を防止するための構成がなかった。

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、スラリーの性状が変化しない触媒用スラリーの安定化方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らは触媒用コーティングスラリーの性状について検討を重ねた結果、触媒用スラリーのゼータ電位に着目し、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の触媒用スラリーの安定化方法は、触媒担体基材にコートされるアルミナ粉末が水系溶媒に分散したアルミナ系の触媒用スラリーを安定化する触媒用スラリーの安定化方法であって、触媒用スラリーが、アニオン系界面活性剤を含むことを特徴とする。

本発明の触媒用スラリーの安定化方法は、アルミナ系の触媒用スラリーがアニオン系界面活性剤を有することで、触媒用スラリーを構成する微細粒子同士の相互作用が抑えられる。この結果、本発明の安定化方法は、触媒用スラリー中の微細粒子が凝集しなくなり、沈降を生じなくなった。また、本発明の触媒用スラリーの安定化方法は、触媒用スラリーの流動性は保持しながら、沈降を抑制できる。

本発明の触媒用スラリーの安定化方法は、アルミナ粉末が水系溶媒に分散したアルミナ系の触媒用スラリーの性状を安定化する安定化方法であって、触媒用スラリーが、アニオン系の界面活性剤を含むことで、触媒用スラリーの微細粒子同士の相互作用が減少し、沈降による粘度の増加が抑えられた。

本発明の安定化方法は、触媒用スラリーにアニオン系界面活性剤を含ませることで触媒用スラリーのゼータ電位をおよそ−２０ｍＶ（−３０〜−１０ｍＶ）に向上させる。

一般的に液体中に分散した粒子の多くは、プラスまたはマイナスに帯電している。そして、電気的に中性を保とうとして、粒子表面の液体中には粒子の荷電とは逆の荷電をもつ（粒子の荷電を打ち消す）イオンが粒子表面を取り巻いて球殻状に集まっている。

液体中の粒子の表面のイオン層におけるイオンの分布は、熱運動のために攪乱されている。そのため、表面近傍では反対荷電の濃度が高く、遠ざかるにつれて次第に低下していく。粒子と同荷電のイオンは、逆の分布をもつ。そして、粒子から充分に離れた領域では、プラスのイオンの荷電とマイナスのイオンの荷電が相殺され、電気的中性が保たれる。このように、イオン層の反対荷電のイオンの分布は、粒子の表面から離れるにつれて、次第にぼやけてゆくような電気二重層である。

これに較べて、イオン層の内側の粒子表面のイオン分布は、ぼやけていない。そして、一部のイオンが強く粒子の表面に引き寄せられて、固定されている。このような層を固定層と呼んでいる。

そして、粒子の分散状態の安定性は、しばしば荷電状態によって左右される。このような粒子の荷電状態をゼータ電位は定義している。粒子は、固定層そしてその外側の拡散層の内側の一部を伴って移動すると推定でき、この移動が起こる面を滑り面と呼ぶ。

ゼータ電位は、まず、粒子から充分に離れて電気的に中性である領域の電位をゼロと定義する。そして、ゼータ電位は、このゼロ点を基準として測った場合の、滑り面の電位と定義されている。

本発明の安定化方法は、触媒用スラリーのゼータ電位が−３０〜−１０ｍＶであることが好ましい。ゼータ電位が−３０ｍＶより小さくなると、触媒用スラリーの流動性が低下する。また、ゼータ電位が−１０ｍＶより大きくなると、スラリーの沈降性が抑制できない。より好ましいゼータ電位は、−２５〜−１５ｍＶである。

本発明の安定化方法において、安定化される触媒用スラリーを構成する溶媒および微細粒子については特に限定されるものではないが、。たとえば、溶媒としては、水あるいは水を主成分とする水系溶媒を用いることができ、微細粒子についても、一般的に排ガス浄化用触媒の製造時に用いられる材質であればよく、たとえば、アルミナ粉末などの耐熱性無機酸化物粉末をあげることができる。

界面活性剤は、アニオン系界面活性剤が用いられる。これらの活性剤は、触媒用スラリーの微細粒子の沈降を防止する効果を発揮する。本発明の安定化方法において、界面活性剤は、触媒用スラリーの性状を安定化（沈降を防止）できるものを、触媒用スラリーを構成する微細粒子などの材質により適宜選択することができる。

（アルミナ系スラリーの安定化方法）
触媒用スラリーが、アルミナ粉末が水系溶媒に分散したアルミナ系の触媒用スラリーであることが好ましい。つまり、アルミナ系の触媒用スラリーは、溶媒が水系溶媒よりなり、分散粒子がアルミナ粒子よりなる。アルミナ系の触媒用スラリーは、排ガス浄化用触媒において耐熱性多孔質担体を形成するために用いられる。アルミナ系スラリーに用いられるアルミナは、その種類が特に限定されるものではなく、たとえば、また、アルミナ系の触媒用スラリーを構成する水系溶媒は、水であることが好ましい。

アルミナ系の触媒用スラリーは、アニオン系界面活性剤を含むことが好ましい。微細粒子がアルミナ粉末よりなるアルミナ系の触媒用スラリーにおいては、アニオン系の界面活性剤が、触媒用スラリーの沈降を防止する効果を発揮する。

界面活性剤は、界面活性剤を含まない状態の触媒用スラリーの重量を１００ｗｔ％としたときに、０．１〜５％で含まれることが好ましい。ここで、界面活性剤の添加量は、界面活性剤の有効成分量である。界面活性剤がこの割合で含まれることで、触媒用スラリーの性状を向上する効果が発揮できる。界面活性剤の添加量が０．１％未満では、界面活性剤の添加の効果が得られない。また、５％を超えて添加されると、触媒用スラリーの流動性が低下する。より好ましい界面活性剤の添加量は、０．１〜１％である。

触媒用スラリーに添加されるアニオン系の界面活性剤は、その材質が限定されるものではないが、排ガス浄化用触媒を形成したときに、排ガス用触媒の排ガスの浄化性能を低下しない材質よりなることが好ましい。このような界面活性剤としては、たとえば、β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物のモノエタノールアミン塩，ポリカルボン酸型高分子，β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物などをあげることができる。

触媒用スラリーは、従来公知の添加剤を含むことが好ましい。ここで、添加剤とは、触媒用スラリーの性状を改善するための物質だけではなく、触媒用スラリーから形成されるコート層の特性を向上させるために添加されている物質を含む。つまり、本発明の安定化方法は、従来の触媒用スラリーにおいて添加されていた添加剤を含んだ触媒用スラリーにおいても性状を向上する。この添加剤としては、たとえば、Ｃｅ−Ｚｒ複合酸化物粉末やアルミナ系のバインダーをあげることができる。

触媒用スラリーは、固形分が２５〜４５％であることが好ましい。固形分とは、触媒用スラリーの重量に占める微細粒子等の重量を示す。つまり、所定の重量の触媒用スラリーから得られるコート層の重量の割合である。固形分が２５％未満では、微細粒子の重量が少なく、排ガス浄化用触媒の製造時に触媒担体基材への塗布回数が多くなる。また、４５％を超えると、触媒用スラリーに占める固形分が過剰に多くなり、触媒用スラリーの粘度が高くなりコート性が低下する。また、４５％を超えると、界面活性剤を添加してもその効果が十分に得られなくなる。触媒用スラリーのより好ましい固形分の割合は３０〜４０％である。

本発明の安定化方法は、従来公知の触媒用スラリーを調製するときに同時に界面活性剤を添加しても、調製された触媒用スラリーに界面活性剤を添加しても、どちらでもよい。溶媒に界面活性剤を添加して十分に攪拌した後に微細粒子などを添加することがより好ましい。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

本発明の実施例として、触媒用スラリーを調製した。

（参考例）
まず、イオン交換水３４０重量部、界面活性剤を有効成分量で０．７６〜７．６重量部、アルミナゾル２０重量部およびゼオライト粉末（ＺＳＭ−５型）４００重量部を秤量する。そして、水に界面活性剤を添加して十分に攪拌する。その後、アルミナゾルおよびゼオライト粉末を投入し、均一に分散させる。これにより、試料１〜３の触媒用スラリーを調製した。なお、各試料には、それぞれ異なる界面活性剤を添加した。試料１にはアニオン系界面活性剤を、試料２にはノニオン系界面活性剤を、試料３にはカチオン系界面活性剤を添加した。

（評価）
本参考例の各試料の触媒用スラリーの評価として、各試料の沈降性と流動性を測定した。なお、以下の評価においては、界面活性剤を添加しない以外は参考例と同様にして製造された触媒用スラリーを試料４とした。

（沈降性の評価）
内径１０ｍｍ、高さ３００ｍｍ（容積：およそ１Ｌ）のメスシリンダーに、およそ１Ｌの触媒用スラリーを投入し、濃度が均一になるように穏やかに攪拌した後、静置した。そして、１２時間後の沈降高さを目視で読みとった。測定結果を表１および図１に示した。

表１および図１より、ゼオライト系の触媒用スラリーに界面活性剤を添加した試料１〜３においては、界面活性剤を添加していない試料４よりも沈降高さが大きく低下したことがわかる。

（流動性の評価）
まず、指などでオリフィスを塞いだ状態でフォードカップ（株式会社上島製作所製、商品名：ＶＲ−２５００用フォードカップＮｏ．３）に触媒用スラリーをやや多めにいれて、フォードカップを触媒用スラリーで満たした。そして、透明で平らなガラス板を用いて、横にずらすようにしてフォードカップに蓋をした。このとき、ガラス板と触媒用スラリーとの間に気泡が入らないようにする。そして、この状態で、オリフィスを塞いでいたものを取り外してオリフィスを開口させる。この状態では、フォードカップ内の触媒用スラリーは流出しない。

オリフィスが開口したら、ガラス板を少しずつ横にずらして取り去る。ガラス板を取り去ると、オリフィスから触媒用スラリーが流れ落ち始める。触媒用スラリーが流れ落ち始めたら、計時を開始する。そして、１分間の触媒用スラリーの流出量（重量）を測定する。この流出量を流動性として評価を行った。測定結果を表１および図２に示した。

表１および図２より、触媒用スラリーに界面活性剤を添加した各試料の触媒用スラリーは、界面活性剤を添加していない試料４とほぼ同等の流動性（スラリー落下量）を有していることがわかる。つまり、界面活性剤を添加した各試料の触媒用スラリーは、スラリーの流動性を維持したまま沈降を抑制する効果があることがわかる。さらに、カチオン系界面活性剤を添加した試料３の触媒用スラリーが、特に高い流動性をもつことがわかる。

本参考例の試料１〜３の触媒用スラリーは、流動性を維持したまま沈降が抑制されており、この効果はカチオン系界面活性剤を添加した試料３の触媒用スラリーにおいて特に発揮されている。

（実施例）
まず、イオン交換水２８０重量部、界面活性剤を有効成分量で０．３８〜３．８重量部、アルミナ粉末１００重量部およびアルミナ１水和物３重量部を秤量する。そして、水に界面活性剤を添加して十分に攪拌する。その後、アルミナ粉末およびアルミナ１水和物を投入し、均一に分散させる。これにより、試料５〜７の触媒用スラリーを調製した。なお、各試料には、それぞれ異なる界面活性剤を添加した。試料５にはアニオン系界面活性剤を、試料６にはノニオン系界面活性剤を、試料７にはカチオン系界面活性剤を添加した。

（評価）
本実施例の各試料の触媒用スラリーの評価として、各試料の沈降性と流動性を上記した第１実施例の時と同様に測定した。沈降性の測定結果を表２および図３に、流動性の測定結果を表２および図４に示した。なお、界面活性剤を添加しない以外は実施例と同様にして製造された触媒用スラリーを試料８として合わせて評価を行った。

表２および図３より、アルミナ系の触媒用スラリーに界面活性剤を添加した試料５〜７においては、界面活性剤を添加していない試料８よりも沈降高さが低下したことがわかる。特に、アニオン系界面活性剤を添加した試料５においては、ほとんどアルミナ粉末の沈降が見られなかった。

表２および図４より、アニオン系界面活性剤を添加した試料５は、界面活性剤を添加していない試料８とほぼ同等のスラリーの落下量であることがわかる。つまり、アニオン系界面活性剤を添加した試料５の触媒用スラリーは、スラリーの流動性を維持したまま沈降抑制効果が見られた。

参考例の触媒用スラリーの沈降性の試験の測定結果を示した図である。 参考例の触媒用スラリーの流動性の試験の測定結果を示した図である。 実施例の触媒用スラリーの沈降性の試験の測定結果を示した図である。 実施例の触媒用スラリーの流動性の試験の測定結果を示した図である。

Claims (4)

1. 触媒担体基材にコートされるアルミナ粉末が水系溶媒に分散したアルミナ系の触媒用スラリーを安定化する触媒用スラリーの安定化方法であって、
   該触媒用スラリーが、アニオン系界面活性剤を含むことを特徴とする触媒用スラリーの安定化方法。
2. 前記触媒用スラリーは、ゼータ電位が−３０〜−１０ｍＶである請求項１記載の触媒用スラリーの安定化方法。
3. 前記アニオン系界面活性剤は、β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物のモノエタノールアミン塩，ポリカルボン酸型高分子，β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物より選ばれる請求項１〜２のいずれかに記載の触媒用スラリーの安定化方法。
4. 前記アニオン系界面活性剤は、該アニオン系界面活性剤を含まない状態の前記触媒用スラリーの重量を１００ｗｔ％としたときに、０．１〜５％で含まれる請求項１〜３のいずれかに記載の触媒用スラリーの安定化方法。

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