JP2014108404A - ハニカム触媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流入側端面2から流出側端面3まで延びる流体の流路となる複数のセル4を区画形成する多孔質の隔壁5と、所定のセル4(4a)の流出側端部に配設される流入側目封止部8(8a)と、残余のセル4(4b)の流出側端部に配設される流出側目封止部8(8b)と、隔壁5からセル4内に延びるように突出し、隔壁5と一体に形成された多孔質の突出部9と、を有する目封止ハニカム構造体10と、目封止ハニカム構造体10の突出部9に担持された触媒と、を備え、目封止ハニカム構造体10の隔壁5の気孔率が40%以上で60%未満であり、前記突出部の厚さが、前記隔壁の厚さの30〜140%であり、目封止ハニカム構造体10の隔壁5に担持される触媒量は、突出部9に担持される触媒量に対して少ないハニカム触媒体100。
【選択図】図3
Description
本発明のハニカム触媒体の一実施形態は、図1〜図3に示すハニカム触媒体100を挙げることができる。ハニカム触媒体100は、隔壁5、流入側目封止部8a、流出側目封止部8b、及び突出部9を有する目封止ハニカム構造体10と、目封止ハニカム構造体10の突出部9に担持された触媒と、を備えている。隔壁5は、流入側端面2から流出側端面3まで延びる流体の流路となる複数のセル4を区画形成する多孔質のものである。流入側目封止部8aは、所定のセルの流入側端面2の端部(流入側端部)に配設されるものである。流出側目封止部8bは、残余のセルの流出側端面3の端部(流出側端部)に配設されるものである。突出部9は、隔壁5からセル4内に延びるように突出し、隔壁5と一体に形成された多孔質のものである。ハニカム触媒体100は、目封止ハニカム構造体10の隔壁5の気孔率が40%以上で60%未満である。ハニカム触媒体100は、突出部9の厚さが、隔壁5の厚さの30〜140%である。ハニカム触媒体100は、セルの延びる方向に垂直な断面における隔壁5に担持された触媒の量が、ハニカム触媒体100に担持される触媒の総量の40%以下である。そして、隔壁5に担持される触媒の量は、突出部9に担持される触媒の量より小である。このように、ハニカム触媒体100は、隔壁5に比して突出部9に積極的に多くの触媒が担持される。
隔壁5の気孔率は、40%以上で60%未満であり、40〜58%であることが好ましく、40〜56%であることが更に好ましい。隔壁5の気孔率が上記範囲であると、キャニング強度を確保しつつ、圧力損失の上昇を抑えことができる。隔壁5の気孔率が40%未満であると、排ガスが隔壁5を透過する際の抵抗が上昇するため、圧力損失が上昇する。60%以上であると、隔壁5の強度が低下するため、キャニング時に破壊されてしまう。
触媒は、目封止ハニカム構造体10のセル4の延びる方向に垂直な断面における隔壁5に担持された触媒の量が、目封止ハニカム構造体10に担持された触媒の総量の40%以下である。このように、ハニカム触媒体100は、隔壁5よりも突出部9に多くの触媒を担持させる。隔壁5に塗布される触媒の量は、ハニカム構造体10に塗布される触媒の総量の40%以下であり、30%以下であることが好ましく、20%以下であることが更に好ましい。隔壁5に塗布される触媒の量がハニカム構造体10に塗布される触媒の総量の40%超であると、良好な浄化効率を維持しようとする場合に圧力損失が増大する。また、目封止ハニカム構造体10の性能(圧力損失の増大防止効果)としては実質的に隔壁5に触媒コートが無い状態(隔壁5には実質的に触媒が担持されないこと)が最も良くなる。即ち、実質的に隔壁5に触媒コートが無い状態であると、隔壁を通過する排ガスの流路が十分に確保されるため圧力損失の増大を防止することができる。この場合の「実質的に触媒コートが無い状態」とは、隔壁5に塗布(担持)された触媒量が目封止ハニカム構造体10に塗布(担持)された触媒の総量の5%以下(隔壁5に触媒が担持されない場合を含む)であることを言う。
本発明のハニカム触媒体は、以下のように製造することができる。即ち、セラミック原料を含有する成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を作製する(ハニカム成形体作製工程)。次に、作製したハニカム成形体のセルの開口部に目封止材を充填して目封止ハニカム成形体を作製する(目封止工程)。次に、作製した目封止ハニカム成形体を焼成して、所定のセルの一方の端部及び残余のセルの他方の端部に多孔質の目封止部が配設された目封止ハニカム構造体を作製する(目封止ハニカム構造体作製工程)。次に、作製した目封止ハニカム構造体に触媒を担持させてハニカム触媒体を作製する(触媒担持工程)。
本工程では、成形原料を混練して得られた坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る。得られたハニカム成形体の一方の端面における所定のセルの開口部を目封止した後、焼成する。このようにして目封止ハニカム構造体を作製することができる。
本工程では、作製したハニカム成形体のセルの開口部に目封止材を充填して目封止ハニカム成形体を作製する。
焼成温度は、ハニカム成形体の材質よって適宜決定することができる。例えば、ハニカム成形体の材質がコージェライトの場合、焼成温度は、1380〜1450℃が好ましく、1400〜1440℃が更に好ましい。また、焼成時間は、3〜10時間程度とすることが好ましい。
次に、目封止ハニカム構造体を、目封止ハニカム構造体の一方の端部側から順に触媒を含有する触媒スラリーに浸漬すると同時に、目封止ハニカム構造体の他方の端面側から上記目封止ハニカム構造体内に空気を供給する。このようにして、流入セルの表面とこの流入セル内に突出した突出部の表面及び突出部の細孔の表面に上記触媒スラリーからなる触媒コート層を形成する。その後、目封止ハニカム構造体の上記他方の端面側からセル内に空気を噴き付けることによって、隔壁の細孔内に侵入した触媒スラリーを吹き飛ばす。
コージェライト化原料として、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。このコージェライト化原料100質量部に、造孔材を10質量部、分散媒を20質量部、有機バインダを1質量部、分散剤を0.5質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。分散媒として水を使用し、造孔材としては平均粒子径10〜50μmのコークスを使用した。有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。
隔壁及び突出部の気孔率は以下の方法で算出した。まず、走査型電子顕微鏡(SEM)によって、セルの延びる方向に垂直な断面における目封止ハニカム構造体の隔壁を任意に複数視野(3箇所)撮影する。次に、撮影された各画像について画像解析によって二値化を行い、空洞部分(即ち、気孔部分)と空洞以外の部分とに分ける。次に、各画像における空洞部分が占める割合を算出し、平均値を求める。このようにして、隔壁及び突出部の気孔率を算出する。
隔壁の平均細孔径は、隔壁の気孔率と同様に画像解析により測定した値である。
初期圧力損失は、ハニカム触媒体の隔壁に、煤や灰等の粒子状物質が堆積していない状態で測定した圧力損失である。具体的には、ハニカム触媒体に25℃の一定流量の空気を10Nm3/分、流入させ、ハニカム触媒体の流入側端面と流出側端面での圧力を測定し、その差圧を初期圧力損失とした。この初期圧力損失について、以下の評価基準によって評価を行った。初期圧力損失が4.7kPa以上である場合を「NG」とし、4.7kPa未満である場合を「OK」とする。表2中、「初期圧損」と記す。
PM圧力損失は、ハニカム触媒体に灰を含むガスを通過させ、ハニカム触媒体の隔壁の表面に灰(スス)が堆積した状態で測定した圧力損失である。具体的には、ハニカム触媒体に250℃の一定流量の空気を185kg/時間、流入させ、圧力損失は、ハニカム触媒体の流入側端面と流出側端面での圧力を測定し、その差圧を圧力損失とした。このようにして作製したハニカム触媒体のPM圧力損失を測定する。測定したPM圧力損失について、以下の評価基準によって評価を行った。PM圧力損失が9.0kPa以上である場合を「NG」とし、9.0kPa未満である場合を「OK」とする。表2中、「PM圧損」と記す。
作製したハニカム触媒体について、アイソスタティック強度を測定する。アイソスタティック強度は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格(JASO規格)M505−87で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて測定する。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器にハニカム構造体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。アイソスタティック破壊強度は、ハニカム触媒体が破壊したときの加圧圧力値(MPa)で示される。なお、アイソスタティック破壊強度試験は、ハニカム触媒体を自動車に搭載する際に、ハニカム触媒体が、外周面把持された状態で缶体内に収納される場合の、圧縮負荷加重を模擬した試験である。表2中、本評価について「ISO」と記す。
作製したハニカム触媒体について、捕集効率の測定を行った。具体的には、人工スス発生装置にハニカム触媒体をセットし、ススを含む排ガスの供給条件を、ガス流量174kg/時間、ガス温度290℃に設定した。次に、ススの堆積速度を2g/時間となるように設定し、スモークメーターでハニカム触媒体の入口側(上流)及び出口側(下流)のガス中のススの濃度を測定した。捕集効率は、スス堆積量0.5(g/ハニカム触媒体)での値とする。スモークメーターの測定値(ススの濃度)から下記計算式にて捕集効率を算出する。算出した捕集効率を以下の評価基準によって評価した。捕集効率が95%以上である場合を「OK」とし、95%未満である場合を「NG」とした。
式:捕集効率(%)=100×{1−(ハニカム触媒体の下流のガス中のススの濃度)/(ハニカム触媒体の上流のガス中のススの濃度)}
表1に示す条件を満たすハニカム触媒体を作製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜12、比較例1〜7の各ハニカム触媒体を作製した。その後、作製した各ハニカム触媒体について、実施例1と同様にして上記各評価を行った。結果を表2に示す。
Claims (7)
- 流入側端面から流出側端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、所定のセルの流出側端部に配設される流入側目封止部と、残余のセルの流出側端部に配設される流出側目封止部と、前記隔壁から前記セル内に延びるように突出し、前記隔壁と一体に形成された多孔質の突出部と、有する目封止ハニカム構造体と、
前記目封止ハニカム構造体の前記突出部に担持された触媒と、を備え、
前記目封止ハニカム構造体の前記隔壁の気孔率が40%以上で60%未満であり、
前記突出部の厚さが、前記隔壁の厚さの30〜140%であり、
前記セルの延びる方向に垂直な断面における前記隔壁に担持された触媒の量が、前記目封止ハニカム構造体に担持された触媒の総量の40%以下であり、前記隔壁に担持される触媒の量が、前記突出部に担持される触媒の量より小であるハニカム触媒体。 - 前記目封止ハニカム構造体の前記隔壁に担持された触媒の量が、前記目封止ハニカム構造体に担持された触媒の総量の5%以下である請求項1に記載のハニカム触媒体。
- 前記目封止ハニカム構造体の前記隔壁の平均細孔径が、25μm以下である請求項1または2に記載のハニカム触媒体。
- 前記目封止ハニカム構造体の前記突出部が、前記セルを区画して複数のセルを形成する壁状のものである請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 前記目封止ハニカム構造体の前記突出部が、前記隔壁の表面から突出した突起状のものである請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 前記目封止ハニカム構造体の前記突出部が、前記流出側目封止部が配設されたセルである流入セル内及び前記流入側目封止部が配設されたセルである流出セル内に延びるように突出しており、
前記目封止ハニカム構造体の前記流入セル内に延びている前記突出部に担持された触媒が、前記目封止ハニカム構造体の前記流出セル内に延びている前記突出部に担持された触媒とは種類が異なるものである請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。 - 前記目封止ハニカム構造体の前記隔壁の厚さが、64〜508μmである請求項1〜6のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
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