JP2019513535A - 不織繊維材料をベースとしたハニカム触媒の作製方法 - Google Patents

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Abstract

ハニカム触媒の作製方法は、不織繊維シートをプレコートする工程と、繊維シートを波形加工する工程と、波形加工されたシートを巻き上げ又は積層してハニカム構造体を形成する工程とを有する。ハニカム構造体は続いてウォッシュコートされ、これにより少なくとも１つの触媒活性成分が付加される。

Description

本発明は、不織繊維材料からなる波形基板から成形されたハニカム形状の触媒の作製方法に関する。
特に、本発明は不織繊維材料の波形シートから作製され、好ましくはフラットライナーが設けられた、改良されたハニカム形状の触媒を提供する。
我々は、出発原料として例えばＥガラス繊維のような不織繊維材料を用い、出発原料をプレコート層でコーティングし、その後、繊維材料を波形加工及び成形することで波形加工されたシートを作製することにより、安定したハニカム形状触媒を不織繊維材料によって作製できることを見出した。成形工程は、プレコートされた繊維材料を加熱及び／又は加湿することを含むことができる。プレコート層は、セラミック材料の水性懸濁液として適用される。
我々は、基板とコート層の総重量が６０〜１２０ｇ／ｍ２となるようにプレコート層を基板上に塗布することで、紙の安定性と剛性を改善できることをさらに見出した。これにより、波形加工工程において成形された波形は、その後の最終ハニカム触媒製品の成形段階や、ハニカム触媒製品の動作においてその形状が実質的に保たれる。
図１は、本発明のハニカム触媒の断面図を示している。
上記の発見に基づき、本発明は、ハニカム触媒の作製方法を提供する。ハニカム触媒の作製方法は、
１枚以上の不織繊維材料のシートで形成された基板を準備する（ａ）工程と、
セラミック材料及び１以上のバインダを含む水性プレコート懸濁液を用いて、基板と第１コートの総重量が６０から１２０ｇ／ｍ２となるように前記基板をプレコートする（ｂ）工程と、
プレコートされた基板を波形加工する（ｃ）工程と、
プレコート及び波形加工された基板を巻き上げてらせん状に巻回された円柱構造体を形成する、又はプレコート及び波形加工された基板を積層して積層矩形構造体を形成する（ｄ）工程と、
（ｄ）工程の円柱又は矩形構造体を、１以上の触媒活性成分又はその前駆体を含む触媒担体ウォッシュコートでウォッシュコーティングする（ｅ）工程と、
（ｅ）工程のウォッシュコートされた構造体を、乾燥し、任意でか焼する（ｆ）工程と、又は択一的に
（ｄ）工程の円柱又は矩形構造体を触媒担体ウォッシュコートによりウォッシュコートし、ウォッシュコートされた構造体を１以上の触媒活性成分又はその前駆体の溶液に含浸する（ｇ）工程と、
（ｇ）工程のウォッシュコートされた構造体を乾燥して、か焼する（ｈ）工程とを有する。
好ましくは、（ｃ）工程のプレコート及び波形加工された基板には、（ｄ）工程の前にフラットライナーが設けられる。
本発明のこのような実施形態において、フラットライナーが波形加工及びプレコートされた基板に設けられる前に、ライナーとプレコートの総重量が６０から１２０ｇ／ｍ２となるようにフラットライナーが水性プレコート懸濁液でプレコートされる。
現在のところ、不織繊維材料は、ガラス繊維を含むことが好ましい。
水性プレコート懸濁液において使用される好ましいセラミック材料は、
カオリン、クレイ材料、ケイ酸アルミニウムマグネシウム、ボールクレイ、又はベントナイトの少なくとも１つを含む。
プレコート材料に用いられるバインダ及び可塑剤は、１つ以上の高分子化合物を含む。高分子化合物は、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、セルロースエーテル、ポリサッカロイド、ポリグリコール、例えばキタンサンガムやアラビックゴムのような天然ゴムが挙げられる。
プレコートで使用されるバインダは、波形加工工程における基板の可塑性、形状可能性及び形状安定性を改善し、それと共にプレコート及び波形加工された基板に対して、その後の触媒担体ウォッシュコートでのコーティングにおいて用いられる有機溶媒に対する耐性を持たせる。
好ましいプレコート懸濁液は、総固形分が１５から６０ｗｔ％であってカオリン及びポリ酢酸ビニルが懸濁された水を含む。
プレコートは、シートの片側に施与しても、両側に施与しても、また任意に設けられるライナーに施与してもよい。
両方のコーティング方法において、プレコートスラリーは、シートに浸透する。
ハニカム構造体は、プレコート及び波形加工されたシートが複数積層されることにより、又は単体のプレコート及び波形加工されたシートが巻き上げられることにより、好ましくはフラットライナーで裏打ちされて、矩形状又は円柱状のハニカム構造体に成形される。
それぞれの場合において、成形されたハニカム構造体は、波形加工されたシートの波形や、波形加工されたシートに対して任意に設けられるライナーによって、複数の平行流通路を有する。
このようにして成形されたハニカム構造体は、続いて触媒担体材料を含むウォッシュコートによりウォッシュコートされる。
触媒担体材料は、アルミナ、チタニア、シリカ及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つから選択される。好ましくは、担体ウォッシュコートはチタニアを含む。
触媒担体ウォッシュコートは、好ましくは１以上の有機溶媒を含み、この有機溶媒は好ましくは、ブタノール、イソブタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、芳香族溶剤を含む。
ハニカム構造体のウォッシュコーティングは、通常、ハニカム構造体の流路に対してウォッシュコートスラリーを注入することにより、第１コートによってプレコートされたハニカム構造体内にスラリーをピックアップさせることで行われる。又は、構造体の片側をウォッシュコートスラリーに浸漬させ、任意で反対側を減圧することにより行われる。
ハニカム構造体を触媒化するには、２種の好適な方法がある。
１つの方法では、ウォッシュコートは、触媒活性材料を含む。
他の方法においては、プレコート及びウォッシュコートされたハニカム構造体は、最終的には、所望の触媒活性材料の前駆体が１種以上含まれた水溶液に含浸され、続いて乾燥して、か焼される。
ハニカム触媒は典型的には、エンジンの排気ガスの浄化に使用される。この目的のため、ハニカム触媒は円柱構造体に成形され、金属製ハウジング内に収容される。また、ハニカム触媒構造体と金属製ハウジングとの間にはマットが介在される。収容過程において、マットと構造体の間、及びマットと金属製ハウジングの間に十分な摩擦を提供するために、円柱ハニカム構造体は径方向に圧縮される。径方向に圧縮すると、一般的には、コート及びか焼された構造体にクラックが生じる。したがって、基板上にプレコートを設けることの更なる利点は、収容過程においてハニカム構造体に生じる亀裂を大幅に減少するという点である。
収容されたハニカム触媒は、上述のように一般的には、窒素酸化物や未燃のエンジン燃料や一酸化炭素を含む排気ガス中の有害化合物を触媒的に除去するのに用いられる。
したがって、ハニカム触媒の触媒活性成分は、エンジンの排気ガス中の有害化合物の除去において活性を有することが好ましい。
エンジンの排気ガスの浄化における触媒成分活性は、それ自体が技術的に知られている。いくつか例を列挙すると、一般的に使用される触媒は、酸化バナジウム、酸化タングステン、パラジウム、白金、ゼオライト材料の単独又はこれらの混合物のいずれかである。
排気ガスやオフガスに含まれる窒素酸化物の除去においてハニカム形状触媒を稼働させる場合、窒素酸化物は、選択的触媒還元によるＳＣＲ触媒が存在する状態において、還元剤によって遊離窒素に変質される。還元剤は、一般的にはアンモニアである。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
ＳＣＲ触媒組成物として知られているものであれば、いかなるものでも本発明に好適に使用される。
図１は、本発明のハニカム触媒の断面図を示している。
図１に示すように、本発明のハニカム触媒の基板１は、不織繊維材料基板の波形シート２から形成され、任意にライナー（図示せず）が設けられる。基板１は、円柱構造体に巻き上げることができる。
セラミック材料でできたプレコート層３は、シート２上にコートされる。プレコート材料はまた、シート２の繊維材料を通して拡散し、図１に示すように、シート２の両側及び繊維材料の内部にプレコート層を形成することができる。ウォッシュコート層４は、プレコート層３をコートする。ウォッシュコート層４は、触媒粒子５を含む。触媒粒子５は、プレコート層３に付加的に存在していてもよい（図示せず）。

Claims (13)

  1. ハニカム触媒の作製方法であって、
    １枚以上の不織繊維材料製のシートからなる基板を準備する（ａ）工程と、
    セラミック材料及び１以上のバインダを含む水性プレコート懸濁液を用いて、前記基板とプレコートの総重量が６０から１２０ｇ／ｍ２となるように前記基板をプレコートする（ｂ）工程と、
    前記プレコートされた基板を波形加工する（ｃ）工程と、
    前記プレコート及び波形加工された基板を巻き上げてらせん状に巻回された円柱構造体を形成する、又はプレコート及び波形加工された基板を積層して積層矩形構造体を形成する（ｄ）工程と、
    （ｄ）工程の前記円柱構造体又は矩形構造体を、１以上の触媒活性成分又はその前駆体を含む触媒担体ウォッシュコートによりウォッシュコーティングする（ｅ）工程と、
    （ｅ）工程の前記ウォッシュコートされた構造体を、乾燥し、任意でか焼する（ｆ）工程と、又は択一的に
    （ｄ）工程の前記円柱構造体又は矩形構造体を触媒担体ウォッシュコートでウォッシュコートし、前記ウォッシュコートされた構造体を前記１以上の触媒活性成分又はその前駆体の溶液に含浸する（ｇ）工程と、
    （ｇ）工程の前記ウォッシュコートされた構造体を乾燥して、か焼する（ｈ）工程とを有する、方法。
  2. 前記不織繊維材料はガラス繊維を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記水性プレコート懸濁液中の前記セラミック材料は、カオリン、クレイ材料、ケイ酸アルミニウムマグネシウム、ボールクレイ、又はベントナイトのうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. 前記水性プレコート懸濁液に含まれる前記１以上のバインダは、高分子化合物、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、セルロースエーテル、ポリサッカロイド、ポリグリコール、天然ゴム、キタンサンガム、アラビックゴムのうちの１つ以上を付加的に含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記水性プレコート懸濁液は、総固形分が１５から６０ｗｔ％であってカオリン及びポリ酢酸ビニルが懸濁された水を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
  6. 前記触媒担体は、アルミナ、チタニア、シリカ及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記触媒担体は、チタニアである、請求項６に記載の方法。
  8. 前記触媒担体ウォッシュコートは、１以上の有機溶媒を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記１以上の有機溶媒は、ブタノール、イソブタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、芳香族溶剤の少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記１以上の触媒活性成分は、エンジンの排気ガスに含まれる有害化合物の除去において活性を有する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記１以上の触媒活性成分は、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、ゼオライト材料、白金及びパラジウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. （ｃ）工程の前記プレコート及び波形加工された基板には、（ｄ）工程の前にフラットライナーが設けられる、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記フラットライナーが前記プレコート及び波形加工された基板に設けられる前に、前記ライナーとプレコートの総重量が６０から１２０ｇ／ｍ２となるように前記フラットライナーが前記水性プレコート懸濁液でプレコートされる、請求項１２に記載の方法。
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