JP4298071B2 - Exhaust gas purification material and method for producing the same - Google Patents

Exhaust gas purification material and method for producing the same Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化材及びその製造方法、特にディーゼル機関の排ガスに含まれるパティキュレートを酸化燃焼して浄化する排ガス浄化材及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境に対する高まりから、内燃機関からの排ガスを浄化処理した後、安全な排ガスとして大気中に放出されるよう望まれており、排ガスを浄化するのに使用される各種の排ガス浄化材が検討されている。
【0003】
一般に、排ガス浄化材は、セラミック製あるいは金属製の耐熱性ハニカム構造体と、前記耐熱性ハニカム構造体上に触媒活性成分である貴金属や非金属あるいはそれらの酸化物を必要量担持するための無機多孔質材料からなる担体(又は担体層)と、担体上に担持した触媒活性成分である貴金属や非金属あるいはそれらの酸化物とから構成されている。
【0004】
ガソリンエンジンについては、排ガス中の有害成分に対する厳しい排出規制と、それに対する技術の進歩により、具体的には三元触媒の出現と更なる改良により、排ガス中の有害物質は確実に減少してきている。ところが、ディーゼルエンジンについては、その特異な原理とパティキュレートと呼ばれる有害成分の存在により、規制がガソリンエンジンに比べて、緩く設定されていたために、有害物質排出抑制のための技術開発もガソリンエンジンに比べて大きく遅れていた。
【0005】
しかしながら、昨今の環境に対する関心の高まりから、ディーゼルエンジンについても有害物質の排出規制が強化されてきており、ディーゼルエンジンからの排ガスを確実に浄化できる排ガス浄化材の開発が切望されている。
【0006】
そこで、ディーゼルエンジンからの排ガスを浄化できる三元触媒と基本的に同じ構成である両端の孔が全て開口した形のオープン型SOF(Soluble Organic Fraction;可溶性有機成分、高沸点の炭化水素)触媒が開発されている。
【0007】
例えば、特開平1−171626号公報(以下、イ号公報という)には、「ガソリンエンジンと同様に触媒活性成分である白金族金属等の金属微粒子が高比表面積の活性アルミナ、又はアルカリ金属や希土類が添加された活性アルミナ等担体上に分散、担持されており、一酸化炭素や炭化水素とともにディーゼルパティキュレート中のSOFが酸化して浄化されるオープン型SOF分解触媒」が開示されている。
【0008】
特開平4−358539号公報(以下、ロ号公報という)には、「触媒金属を担持した活性アルミナ層上にSiO2、TiO2およびZrO2の少なくとも1種の酸化物を化学的蒸着法により酸化物の膜を形成し、硫黄酸化物を活性アルミナに吸着させない二酸化イオウ耐性触媒」が開示されている。
【0009】
特公昭55−26912号公報(以下、ハ号公報という)には、「アルミナと無定形シリカ、好ましくはシリカゾルを水性媒体中で混合してセラミック基体を被覆する二酸化イオウ耐性触媒」が開示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のオープン型SOF分解触媒は、以下のような課題を有していた。
【0011】
イ号公報に記載のオープン型SOF分解触媒や二酸化イオウ耐性触媒は、ディーゼル排ガス中に含まれる、燃料に起因する硫黄酸化物と担体であるアルミナが反応してアルミナが硫酸塩化することにより、有効な比表面積が減少して、触媒活性が低下してしまい、耐久性に欠けるという問題点を有していた。
【0012】
ロ号公報に記載のオープン型SOF分解触媒は、化学的蒸着法を使用するので、酸化物を形成させるための工程が煩雑となり、かつ生産原価が高いという問題点を有していた。
【0013】
ハ号公報に記載のオープン型SOF分解触媒は、無定形シリカを使用するので、アルミナ上にシリカを均一に形成することができず、部分的に露出したアルミナが硫黄酸化物と反応して硫黄塩化することにより、比表面積が減少して、触媒活性が低下するという問題点を有していた。
【0014】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、内燃機関、特にディーゼルエンジンからの排ガス成分を硫黄酸化物の存在下においても、浄化できる排ガス浄化材及びその製造工程が簡単な製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の排ガス浄化材は、基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に500℃〜1000℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が珪素アルコキシドを出発原料(前駆体)とするシリカであり、前記基材に対し前記酸性酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記酸性酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなる構成を有している。また、本発明の請求項2に記載の排ガス浄化材は、基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に400℃〜800℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に前記担体層で被覆された基材を触媒成分を含有する溶液中に含浸した後凍結乾燥後焼成して担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が、シリカとアルミナ、あるいはシリカとチタニアを用いて形成された複合酸化物であり、前記複合酸化物がシリカとアルミナからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをアルミナは硝酸アルミニウムを用いAl/(Si・Al)の比率を40〜80にしたものであり、前記複合酸化物がシリカとチタニアからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをチタニアは塩化チタンを用いTi/(Si・Ti)の比率を40〜80にしたものであり、前記基材に対し前記複合酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記複合酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記複合酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する複合酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなることを特徴とする排ガス浄化材としたものである。また、本発明の請求項3に記載の排ガス浄化材は、前記担体がアルミナ、または活性アルミナであることを特徴とする請求項1または2に記載の排ガス浄化材としたものである。
【0016】
この構成により、硫黄酸化物の存在下においても硫黄酸化物による被毒を受け難いという作用の他、排ガスの炭化水素を効率よく浄化できるという作用を有する。
【0033】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の排ガス浄化材は、基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に500℃〜1000℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が珪素アルコキシドを出発原料(前駆体)とするシリカであり、前記基材に対し前記酸性酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記酸性酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなる構成を有している。また、本発明の請求項2に記載の排ガス浄化材は、基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に400℃〜800℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に前記担体層で被覆された基材を触媒成分を含有する溶液中に含浸した後凍結乾燥後焼成して担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が、シリカとアルミナ、あるいはシリカとチタニアを用いて形成された複合酸化物であり、前記複合酸化物がシリカとアルミナからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをアルミナは硝酸アルミニウムを用いAl/(Si・Al)の比率を40〜80にしたものであり、前記複合酸化物がシリカとチタニアからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをチタニアは塩化チタンを用いTi/(Si・Ti)の比率を40〜80にしたものであり、前記基材に対し前記複合酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記複合酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記複合酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する複合酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなることを特徴とする排ガス浄化材としたものである。また、本発明の請求項3に記載の排ガス浄化材は、前記担体がアルミナ、または活性アルミナであることを特徴とする請求項1または2に記載の排ガス浄化材としたものである。
【0034】
この構成により、硫黄酸化物の存在下においても硫黄酸化物による被毒を受け難いという作用の他、排ガスの炭化水素を効率よく浄化できるという作用を有する。
【0035】
全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径が100Å以上の細孔容積が60%以上の担体を用いているので、バイモーダル構造を有し、触媒活性表面積を増大し浄化効率を高めるという作用を有する。
【0036】
担体がバイモーダル構造で触媒粒子のシンタリングを防ぎ触媒活性の耐久性を向上させるという作用を有する。
【0037】
担体の比表面積が100m2/g以上有するので、詳細は不明であるが、スピルオーバー現象等により炭化水素を効率的に酸化分解することができるという作用を有する。
【0038】
ここで、担体の平均粒子径が1μm〜10μmの範囲のものが使用される。平均粒子径が1μmより小さくなるにつれ、粒径が小さすぎて最適のバイモーダル構造が得られ難い傾向があり、炭化水素の浄化効率が低減し、また、10μmより大きくなるにつれ、表面積が小さくなり炭化水素の浄化効率が低減する傾向がみられるので、いずれも好ましくない。
【0039】
担体の全細孔容積が0.3ml/g以上のものが使用される。触媒粒子を細孔内に保持し、シンタリングの発生を防ぐためである。全細孔容積が0.3ml/gより小さくなるにつれ、触媒粒子が担体の表面にシンタリングを起こし易い傾向があり炭化水素の浄化効率が低減する傾向がみられるので、好ましくない。
【0040】
担体の細孔直径が100Å以上のものが使用される。細孔直径が100Åより小さくなるにつれ、炭化水素の浄化効率が低減する傾向がみられるので、好ましくない。これにより細孔の二元化ができバイモーダル構造となり触媒の高い選択性を得ることができる。細孔直径はバイモーダル構造化を高めるため粒子径の範囲で大きい程よい。
【0041】
大気中1000℃で焼成の比表面積が100m/g以上のものが使用される。比表面積が100m/gより小さくなるにつれ、炭化水素の浄化効率が低減する傾向がみられるので、好ましくない。
【0043】
この構成により、硫黄酸化物とシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛の内少なくとも2種類以上を用いた複合酸化物層との反発作用によって、硫黄酸化物による被毒を受け難く、耐久性に優れるという作用を有する。
【0044】
性酸化物層が珪素アルコキシドを前駆体とするシリカである構成を有している。
【0045】
この構成により、珪素アルコキシドを用いることにより、含浸法という簡単な方法で均一なシリカの被覆層を担体上に形成できるという作用を有する。
【0046】
ここで、珪素アルコキシドは、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラプトキシシラン、テトラブトキシシラン等が使用される。
【0047】
性酸化物層が珪酸ナトリウムを前駆体とするシリカと、硝酸アルミニウムを前駆体とするアルミナとからなる複合酸化物である構成を有している。
【0048】
この構成により、珪酸ナトリウムと硝酸アルミニウムを用いて酸性酸化物を形成し、含浸法という簡単な方法でシリカとアルミナからなる均一な被覆層を担体上に形成できるという作用を有する。
【0049】
性酸化物層のシリカとアルミナからなる複合酸化物のAl/(Si・Al)の比率が、40〜80である構成を有している。
【0050】
この構成により、硫黄酸化物と複合酸化物が酸性同士で反発しあうことにより硫黄酸化物が触媒成分及び担体層により近づきにくくなるという作用を有する。
【0051】
ここで、シリカとアルミナからなる複合酸化物のAl/(Si・Al)の比率が、50より小さいと、酸性ガスである硫黄酸化物と酸性酸化物の反発が不十分となり、また、比率が70より大きいと、硫黄酸化物と酸性酸化物の反発効果が飽和してしまい、いずれも好ましくない。比率が40より小さく、80より大きくなると、この傾向が著しくなるため、より好ましくない。
【0052】
性酸化物層が珪酸ナトリウムを前駆体とするシリカと、塩化チタンを前駆体とするチタニアとからなる複合酸化物である構成を有している。
【0053】
この構成により、塩化チタンと珪酸ナトリウムを用いて酸性酸化物を形成し、含浸法という簡単な方法でシリカとチタニアからなる均一な被覆層を担体上に形成できるという作用を有する。
【0054】
リカとチタニアからなる複合酸化物のTi/(Si・Ti)の比率が40〜80である構成を有している。
【0055】
この構成により、硫黄酸化物と複合酸化物が酸性同士で反発しあうことにより硫黄酸化物が触媒成分及び担体層により近づきにくくなるという作用を有する。
【0056】
ここで、シリカとチタニアからなる複合酸化物のTi/(Si・Ti)の比率が、50より小さいと、酸性ガスである硫黄酸化物と酸性酸化物の反発が不十分となり、また、比率が70より大きいと、硫黄酸化物と酸性酸化物の反発効果が飽和してしまい、いずれも好ましくない。比率が40より小さく、80より大きくなると、この傾向が著しくなるため、より好ましくない。
【0069】
性酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPである構成を有している。
【0070】
この構成により、簡単な方法で均一な被覆層を基材に形成でき、排ガス中の炭化水素を効率よく浄化できるという作用を有する。
【0071】
ここで、スラリーの粘度は、1cP〜300cP、好ましくは2cP〜50cPである。粘度が2cPより小さくなるにつれ、担体を被覆する工程を多数設ける必要があり、製造にあたり多くの時間を要し、また、粘度が50cPより大きくなるにつれ、スラリーの基材のセルの中への出入りが困難になり、基材上への均一な担体皮膜の形成ができなくなるので、いずれも好ましくない。粘度が1cPより小さくなり、300cPより大きくなるにつれ、この傾向が著しくなるため、より好ましくない。
【0072】
酸性酸化物の前駆体の溶液中に担体を含浸後、一次焼成して前記担体表面に酸性酸化物層を被覆するが、その一次焼成する際の焼成温度が、500℃〜1000℃である構成を有している。
【0073】
この構成により、酸性ガスである硫黄酸化物と酸性酸化物との間の反発作用が良好であるという作用を有する。
【0074】
ここで、酸性酸化物の前駆体の溶液中に担体を含浸後、一次焼成する際の焼成温度は、500℃より低くなるにつれ、酸性酸化物の酸性度が弱く十分な反発作用が得られないという傾向がみられ、また、1000℃より高くなるにつれ、酸性酸化物が結晶成長(シンタリング)を起こして担体の細孔を閉塞してしまうために比表面積が減少し、触媒活性が低下してしまう傾向がみられ、いずれも好ましくない。焼成温度が400℃より低くなり、1100℃より高くなるにつれ、この傾向が著しくなるため、より好ましくない。
【0077】
ここで、複合酸化物の前駆体を担体に含浸後、一次焼成する際の焼成温度は、400℃〜800℃、好ましくは500℃〜700℃において好適である。この構成により、酸性ガスである硫黄酸化物と複合酸化物との間の反発作用が良好であり、硫黄酸化物による劣化を防止できるので耐久性を向上させるという作用を有する。焼成温度が、500℃より低くなるにつれ、複合酸化物の酸性度が弱く十分な反発作用が得られないという傾向が認められ、また、700℃より高くなるにつれ、複合酸化物が結晶成長(シンタリング)を起こして担体の細孔を閉塞してしまうために比表面積が減少し、触媒活性が低下してしまう傾向がみられ、いずれも好ましくない。焼成温度が400℃より低くなり、800℃より高くなるにつれ、この傾向が著しくなるため、より好ましくない。
【0078】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0079】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における排ガス浄化材の断面図である。
【0080】
図1において、1は実施の形態1の排ガス浄化材、2はハニカム構造をもつ基材、3は基材2表面に形成された担体層、4は担体層3表面に被覆された酸性酸化物層、5は酸性酸化物層4の表面に担持された触媒成分である。
【0081】
以上のように構成された実施の形態1の排ガス浄化材について、以下その製造方法を説明する。
【0082】
図2は実施の形態1の排ガス浄化材の製造工程のフローチャートである。
【0083】
図2において、S1は担体の表面に酸性酸化物層4を被覆する工程、S2は酸性酸化物を被覆した担体層3をハニカム構造を持つ基材2に被覆する工程、S3は基材2上の酸性酸化物層4を被覆した担体層3の表面に触媒成分5を担持する工程である。
【0084】
以下、各工程について、詳細に説明する。
【0085】
(1)担体の表面に酸性酸化物層4を被覆する工程(S1)
所定量の酸性酸化物層4の前駆体を溶媒に加えて攪拌し、担体を溶液中に所定量加えて一昼夜攪拌し、乾燥後、大気中にて500℃〜1000℃で焼成する。
【0086】
(2)酸性酸化物を被覆した担体層3をハニカム構造を持つ基材2に被覆する工程(S2)
酸性酸化物を被覆した担体層3に、純水、分散剤を加えてスラリーを作製する。このスラリーを希釈して粘度を調整した後、ハニカム構造体の基材2を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーを除去し、乾燥する。上記作業を数回繰り返して所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成する。
【0087】
(3)基材2上の酸性酸化物層4を被覆した担体層3の表面に触媒成分5を担持する工程(S3)
純水に、所定量の触媒成分5の金属塩、添加剤を加えた溶液中に、酸性酸化物層4をコーティングした担体をコートしたハニカム構造体の基材2を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液を除去し乾燥し、大気中で焼成する。更に、純水に所定量の触媒成分5の金属塩、添加剤を加えた溶液中に、酸性酸化物層4をコーティングした担体をコートしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液を除去し乾燥し、還元雰囲気中で焼成し、排ガス浄化材1を形成する。
【0088】
ここで、酸性酸化物層4は、担体層3に対し6wt%〜10wt%、酸性酸化物層4の膜厚は、0.1μm〜20μm、被覆率は80%〜100%であるのが適当である。また、酸性酸化物層4を被覆した担体は、基材2に対し7wt%〜15wt%であるのが適当である。更に、担体層3の担体は、平均粒子径が1μm〜10μm、N2吸着法による細孔分布測定において全細孔容積が0.3ml/g以上、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成したときの比表面積が100m2/g以上の耐熱性無機酸化物であることが適当である。
【0089】
排ガス浄化材1の製造方法において、スラリーの粘度が1cP〜300cP、好ましくは2cP〜50cPとするのが適当である。また、酸性酸化物の前駆体の溶液中に担体を含浸後、一次焼成する際の焼成温度は、500℃〜1000℃が適当である。
【0090】
担体層3は基材2の表面に被覆することにより、高比表面積を提供するものであり、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の無機酸化物、シリカとアルミナ等の複合無機酸化物から構成される。
【0091】
酸性酸化物層4は、排ガス中の硫黄酸化物と担体層3あるいは触媒成分5との反応を抑制するものであり、担体よりも酸性度の高い無機酸化物あるいは複合無機酸化物から構成される。
【0092】
触媒成分5は、排ガス中の有害成分を浄化するものであり、Pt、Pd等の貴金属、Co、Ni、Cu等の非金属あるいはそれらの酸化物から構成される。
【0093】
担体の表面に酸性酸化物層4を被覆する工程S1において、酸性酸化物が担体表面に均一に被覆され、排ガス中の硫黄酸化物と担体層3あるいは触媒成分5との反応が効果的に抑制される。
【0094】
また、酸性酸化物を被覆した担体層3をハニカム構造を持つ基材2に被覆する工程S2と、基材2上の酸性酸化物を被覆した担体層3の表面に触媒成分5を担持する工程S3において、排ガス中の有害成分が浄化される。
【0095】
(実施の形態2)
実施の形態2の排ガス浄化材は、担体が活性アルミナ、酸性酸化物がシリカ、シリカの前駆体が珪素アルコキドであること以外は、実施の形態1と同様である。尚、実施の形態1における図1、図2と同様のものについては、同一の符号を付し説明を省略する。
【0096】
担体層3は基材2の表面に被覆することにより、高比表面積を提供するものである。
【0097】
酸性酸化物層4は、排ガス中の硫黄酸化物と担体層3あるいは触媒成分5との反応を抑制するものである。
【0098】
ここで、珪素アルコキシドは、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラプトキシシラン、テトラブトキシシラン等が使用される。
【0099】
図3は実施の形態2の排ガス浄化材の製造工程のフローチャートである。
【0100】
図3において、S4は活性アルミナ(担体)の表面に酸性酸化物層4を被覆する工程、S5はシリカ(酸性酸化物)を被覆した活性アルミナ(担体層3)をハニカム構造を持つ基材2に被覆する工程、S6は基材2上のシリカ(酸性酸化物)を被覆した活性アルミナ(担体層3)の表面に触媒成分5を担持する工程である。
【0101】
担体の表面に酸性酸化物層4を被覆する工程S4において、シリカ(酸性酸化物)が活性アルミナ(担体層3)表面に均一に被覆され、排ガス中の硫黄酸化物と担体層3あるいは触媒成分5との反応が効果的に抑制される。
【0102】
また、シリカ(酸性酸化物)を被覆した活性アルミナ(担体層3)をハニカム構造を持つ基材2に被覆する工程S2と、基材2上の酸性酸化物を被覆した担体層3の表面に触媒成分5を担持する工程S3において、排ガス中の有害成分が浄化される。
【0103】
(実施の形態3)
実施の形態3の排ガス浄化材は、担体が活性アルミナ、酸性酸化物がシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛の内少なくとも2種以上用いて形成された複合酸化物であること以外は、実施の形態1と同様である。尚、実施の形態1、2における図1〜図3と同様のものについては、同一の符号を付し説明を省略する。
【0104】
担体層3は基材2の表面に被覆することにより、高比表面積を提供するものである。
【0105】
酸性酸化物層4は、排ガス中の硫黄酸化物と担体層3あるいは触媒成分5との反応を抑制するものであり、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛の内少なくとも2種以上用いて形成された複合酸化物で構成される。ここでは、シリカとアルミナからなる複合酸化物が使用されるが、シリカとチタニア、ジルコニアとアルミナ、酸化亜鉛とチタニア等からなる複合酸化物が使用される。
【0106】
触媒成分5は、排ガス中の有害成分を浄化するものであり、Pt、Pd等の貴金属、Co、Ni、Cu等の非金属あるいはそれらの酸化物から構成される。
【0107】
(実施の形態4)
図4は本発明の実施の形態4における排ガス浄化材の断面図である。
【0108】
図4において、21は実施の形態4の排ガス浄化材、22はハニカム構造を持つ基材、23は基材22表面に形成されたアルミナ層、24はアルミナ層23表面に被覆されたシリカとアルミナからなる複合酸化物層、25はシリカとアルミナからなる複合酸化物層24の表面に担持された触媒成分である。
【0109】
以上のように構成された実施の形態4の排ガス浄化材について、以下その製造方法を説明する。
【0110】
図5は実施の形態4の排ガス浄化材の製造工程のフローチャートである。
【0111】
図5において、S7はアルミナ層23の表面にシリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆する工程、S8はシリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23をハニカム構造を持つ基材22に被覆する工程、S9は基材22上のシリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23の表面に触媒成分25を担持する工程である。
【0112】
以下、各工程について、詳細に説明する。
【0113】
(1)アルミナ層23の表面にシリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆する工程(S7)
アルミナの出発原料である所定量の金属塩を溶媒に加えて撹拌、溶解した後、アルミナを所定量加えて、更に撹拌する。次いで、シリカの出発原料である金属塩溶液を加え、撹拌する。その後、十分に洗浄、乾燥し、大気中にて400℃〜800℃で焼成する。
【0114】
(2)シリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23をハニカム構造を持つ基材22に被覆する工程(S8)
シリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23に、純水、分散剤を加えてスラリーを作製する。このスラリーを希釈して粘度を調整した後、ハニカム構造体の基材22を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーを除去し、乾燥する。上記作業を数回繰り返して所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成する。
【0115】
(3)基材22上のシリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23の表面に触媒成分25を担持する工程(S9)
所定量の触媒成分25の金属塩、添加剤を加えた溶液中に、シリカとアルミナからなる複合酸化物層24をコーティングしたアルミナ層23をコートしたハニカム構造の基材22を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液を除去し、凍結乾燥後、焼成し、排ガス浄化材21を得る。
【0116】
ここで、シリカとアルミナからなる複合酸化物層24のAl/(Si・Al)の比率は、50〜70、シリカとアルミナからなる複合酸化物層24の膜厚は、0.1μm〜20μm、被覆率は80%〜100%であるのが適当である。また、シリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23は、基材22に対し7wt%〜15wt%であるのが適当である。更に、アルミナ層23の担体は、平均粒子径が1μm〜10μm、N2吸着法による細孔分布測定において全細孔容積が0.3ml/g以上であり、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成したときの比表面積が100m2/g以上の耐熱性無機酸化物であることが適当である。
【0117】
また、排ガス浄化材の製造方法において、スラリーの粘度が1cP〜300cP、好ましくは2cP〜50cPとするのが適当である。また、シリカとアルミナからなる複合酸化物層24をアルミナ層23にコーティング後、一次焼成する温度は400℃〜800℃、好ましくは500℃〜700℃が適当である。
【0118】
アルミナ層23は基材22の表面に被覆することにより、高比表面積を提供するものである。シリカとアルミナからなる複合酸化物層24は、排ガス中の硫黄酸化物とアルミナ層23あるいは触媒成分25との反応を抑制するためのものである。
【0119】
触媒成分25は、排ガス中の有害成分を浄化するものであり、Pt、Pd等の貴金属、Co、Ni、Cu等の非金属あるいはそれらの酸化物から構成される。
【0120】
アルミナ層23の表面にシリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆する工程S7において、シリカとアルミナからなる複合酸化物層24がアルミナ層23表面に均一に被覆され、排ガス中の硫黄酸化物とアルミナ層23あるいは触媒成分25との反応が効果的に抑制される。
【0121】
シリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23をハニカム構造を持つ基材22に被覆する工程S8と、基材22上のシリカとアルミナからなる複合酸化物層24を被覆したアルミナ層23の表面に触媒成分25を担持する工程S9において、排ガス中の有害成分が浄化される。
【0122】
(実施の形態5)
図6は本発明の実施の形態5における排ガス浄化材の断面図である。
【0123】
図6において、30は実施の形態5の排ガス浄化材、31はハニカム構造を持つ基材、32は基材31表面に形成されたアルミナ層、33はアルミナ層32表面に被覆されたチタニアとシリカからなる複合酸化物層、34はチタニアとシリカからなる複合酸化物層33の表面に担持された触媒成分である。
【0124】
以上のように構成された実施の形態5の排ガス浄化材について、以下その製造方法を説明する。
【0125】
図7は実施の形態5の排ガス浄化材の製造方法のフローチャートである。
【0126】
図7において、S10はアルミナ層32の表面にシリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆する工程、S11はシリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32をハニカム構造を持つ基材31に被覆する工程、S12は基材31上のシリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32の表面に触媒成分34を担持する工程である。
【0127】
以下、各工程について、詳細に説明する。
【0128】
(1)アルミナ層32の表面にシリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆する工程(S10)
チタニアの出発原料である所定量の金属塩を溶媒に加えて撹拌、溶解した後、アルミナを所定量加えて、更に撹拌する。次いで、シリカの出発原料である金属塩溶液を加え、撹拌する。その後、十分に洗浄、乾燥し、大気中にて400℃〜800℃で焼成する。
【0129】
(2)シリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32をハニカム構造を持つ基材31に被覆する工程(S11)
シリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32に、純水、分散剤を加えてスラリーを作製する。このスラリーを希釈して粘度を調整した後、ハニカム構造体の基材31を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーを除去し、乾燥する。上記作業を数回繰り返して所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成する。
【0130】
(3)基材31上のシリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32の表面に触媒成分34を担持する工程(S12)
所定量の触媒成分34の金属塩、添加剤を加えた溶液中に、シリカとチタニアからなる複合酸化物層33をコーティングしたアルミナ層32をコートしたハニカム構造の基材31を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液を除去し、凍結乾燥後、焼成し、排ガス浄化材30を得る。
【0131】
ここで、シリカとチタニアからなる複合酸化物層33のTi/(Si・Ti)の比率は、50〜70、シリカとチタニアからなる複合酸化物層33の膜厚は、0.1μm〜20μm、被覆率は80%〜100%であるのが適当である。また、シリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32は、基材31に対し7wt%〜15wt%であるのが適当である。更に、アルミナ層32の担体は、平均粒子径が1μm〜10μm、N2吸着法による細孔分布測定において全細孔容積が0.3ml/g以上であり、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成したときの比表面積が100m2/g以上の耐熱性無機酸化物であることが適当である。
【0132】
排ガス浄化材の製造方法において、スラリーの粘度が1cP〜300cP、好ましくは2cP〜50cPとするのが適当である。また、シリカとチタニアからなる複合酸化物層33をアルミナ層32にコーティング後、一次焼成する温度は400℃〜800℃、好ましくは500℃〜700℃が適当である。
【0133】
アルミナ層32は基材31の表面に被覆することにより、高比表面積を提供するものである。
【0134】
シリカとチタニアからなる複合酸化物層33は、排ガス中の硫黄酸化物とアルミナ層32あるいは触媒成分34との反応を抑制するためのものである。
【0135】
触媒成分34は、排ガス中の有害成分を浄化するものであり、Pt、Pd等の貴金属、Co、Ni、Cu等の非金属あるいはそれらの酸化物から構成される。
【0136】
アルミナ層32の表面にシリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆する工程S10において、シリカとチタニアからなる複合酸化物層33がアルミナ層32表面に均一に被覆され、排ガス中の硫黄酸化物とアルミナ層32あるいは触媒成分34との反応が効果的に抑制される。
【0137】
シリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32をハニカム構造を持つ基材31に被覆する工程S11と、基材31上のシリカとチタニアからなる複合酸化物層33を被覆したアルミナ層32の表面に触媒成分34を担持する工程S12において、排ガス中の有害成分が浄化される。
【0138】
【実施例】
以下、本発明の具体例を詳細に説明する。
【0139】
(実施例1)
(1)活性アルミナの表面にシリカ層を被覆する工程
所定量のテトラエトキシシラン(和光純薬工業製)を、無水エタノール(和光純薬工業製)5Lに加えて攪拌し、活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて一昼夜攪拌した後、乾燥し、大気中にて900℃で焼成した。
【0140】
(2)シリカを被覆した活性アルミナをハニカム構造を持つ基材に被覆する工程
純水2.5Lに分散剤(花王製、商品名ポイズ)720gを加えた混合溶液に、シリカを被覆した活性アルミナ1800gを加えて20時間混合し、スラリーを作製した。このスラリーを前記混合溶液と同じ濃度の溶液でスラリーの粉体濃度が1/3になるように希釈し、希釈スラリー中に直径5.66inch、長さ6inch、セル数400セル/in2のコージェライト製ハニカム構造体(NGK製)を浸漬し、引き上げた後に余分なスラリーをエアブローにより除去した後、300℃で乾燥した。上記操作を数回繰り返し、所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成した。
【0141】
(3)基材上のシリカを被覆した活性アルミナの表面に触媒成分を担持する工程
純水5Lに所定量の硝酸パラジウム、クエン酸を加えた溶液中に、前記ハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0142】
更に、純水5Lに所定量のジニトロジアミノ白金硝酸溶液、クエン酸を溶解した溶液中に、前記パラジウムを担持したハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、還元雰囲気中にて600℃で焼成した。
【0143】
(実施例2)
所定量の0.4mol珪酸ナトリウム(和光純薬工業製)水溶液中に活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて2時間攪拌し、所定量の0.4mol硝酸アルミニウム水溶液を加えて、更に2時間攪拌した。純水5Lで十分洗浄した後、吸引濾過し、100℃で乾燥後、大気中にて900℃で焼成した。
【0144】
以下、実施例1と同様にして排ガス浄化材を作製した。
【0145】
(実施例3)
所定量の0.4mol珪酸ナトリウム(和光純薬工業製)水溶液中に活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて2時間攪拌し、所定量の0.4mol四塩化チタン水溶液を加えて、更に2時間攪拌した。純水5Lで十分洗浄した後、吸引濾過し、100℃で乾燥後、大気中にて900℃で焼成した。
【0146】
以下、実施例1と同様にして排ガス浄化材を作製した。
【0147】
(実施例4)
(1)活性アルミナの表面にシリカとアルミナからなる複合酸化物層を被覆する工程
所定量の硝酸アルミニウム(和光純薬工業製)を、純水5Lに加えて撹拌し、溶解した後、活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて、2時間撹拌した。次いで、活性アルミナ含有溶液中に、所定量の珪酸ナトリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液の混合溶液を一気に加えて、更に2時間撹拌し、デカンテーションにより十分に洗浄した後、乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0148】
(2)シリカとアルミナからなる複合酸化物層を被覆した活性アルミナをハニカム構造を持つ基材に被覆する工程
純水2.5Lに分散剤(花王製、商品名ポイズ)720gを加えた混合溶液に、シリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆した活性アルミナ1800gを加えて20時間混合し、スラリーを作製した。このスラリーを前記混合溶液と同じ濃度の溶液でスラリーの粉体濃度が1/3になるように希釈し、希釈スラリー中に直径5.66inch、長さ6inch、セル数400セル/in2のコージェライト製ハニカム構造体(NGK製)を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーをエアブローにより除去した後、300℃で乾燥した。上記操作を数回繰り返し、所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成した。
【0149】
(3)基材上のシリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆した活性アルミナの表面に触媒成分を担持する工程
純水5Lに所定量の硝酸パラジウム、クエン酸を加えた溶液中に、シリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0150】
更に純水5Lに所定量のジニトロジアミノ白金硝酸溶液、クエン酸を溶解した溶液中に、前記パラジウムを担持したシリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、還元雰囲気中にて600℃で焼成した。
【0151】
(実施例5)
(1)活性アルミナの表面にシリカとチタニアからなる複合酸化物層を被覆する工程
所定量の塩化チタン溶液(和光純薬工業製)を、純水5Lに加えて撹拌し、溶解した後、活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて、2時間撹拌した。次いで、活性アルミナ含有溶液中に、所定量の珪酸ナトリウム水溶液を一気に加えて、更に2時間撹拌し、デカンテーションにより十分に洗浄した後、乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0152】
(2)シリカとチタニアからなる複合酸化物層を被覆した活性アルミナをハニカム構造を持つ基材に被覆する工程
純水2.5Lに分散剤(花王製、商品名ポイズ)720gを加えた混合溶液に、シリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆した活性アルミナ1800gを加えて20時間混合し、スラリーを作製した。このスラリーを前記混合溶液と同じ濃度の溶液でスラリーの粉体濃度が1/3になるように希釈し、希釈スラリー中に直径5.66inch、長さ6inch、セル数400セル/in2のコージェライト製ハニカム構造体(NGK製)を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーをエアブローにより除去した後、300℃で乾燥した。上記操作を数回繰り返し、所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成した。
【0153】
(3)基材上のシリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆した活性アルミナの表面に触媒成分を担持する工程
純水5Lに所定量の硝酸パラジウム、クエン酸を加えた溶液中に、シリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0154】
更に純水5Lに所定量のジニトロジアミノ白金硝酸溶液、クエン酸を溶解した溶液中に、前記パラジウムを担持したシリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、還元雰囲気中にて600℃で焼成した。
【0155】
(比較例1)
純水2.5Lに分散剤(花王製、商品名ポイズ)720gを加えた混合溶液に、活性アルミナ(住友化学工業製、商品名TAシリーズ)1800gを加えて20時間混合し、スラリーを作製した。このスラリーを前記混合溶液と同じ濃度の溶液でスラリーの粉体濃度が1/3になるように希釈し、希釈スラリー中に直径5.66inch、長さ6inch、セル数400セル/in2のコージェライト製ハニカム構造体(NGK製)を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーをエアブローにより除去した後、300℃で乾燥した。上記操作を数回繰り返し、所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成した。
【0156】
次いで、純水5Lに所定量の硝酸パラジウム、クエン酸を加えた溶液中に、前記ハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0157】
更に、純水5Lに所定量のジニトロジアミノ白金硝酸溶液、クエン酸を溶解した溶液中に、前記パラジウムを担持したハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、還元雰囲気中にて600℃で焼成した。
【0158】
(比較例2)
純水2.5Lに分散剤(花王製、商品名ポイズ)720gを加えた混合溶液に、活性アルミナ(住友化学工業製、商品名TAシリーズ)1800gを加えて20時間混合し、スラリーを作製した。このスラリーを前記混合溶液と同じ濃度の溶液でスラリーの粉体濃度が1/3になるように希釈し、希釈スラリー中に直径5.66inch、長さ6inch、セル数400セル/in2のコージェライト製ハニカム構造体(NGK製)を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーをエアブローにより除去した後、300℃で乾燥した。上記操作を数回繰り返し、所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成した。
【0159】
次いで、純水5Lに所定量の硝酸パラジウム、クエン酸を加えた溶液中に、前記ハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0160】
更に、純水5Lに所定量のジニトロジアミノ白金硝酸溶液、クエン酸を溶解した溶液中に、前記パラジウムを担持したハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、凍結乾燥法により乾燥し、還元雰囲気中にて600℃で焼成した。
【0161】
更に、所定量のテトラエトキシシラン(和光純薬工業製)を無水エタノール(和光純薬工業製)5Lに加えて攪拌し、パラジウムと白金を担持したハニカム構造体を含浸した後、乾燥し、大気中にて900℃で焼成した。
【0162】
(比較例3)
所定量の珪酸ナトリウム(和光純薬工業製)と水酸化ナトリウム(和光純薬工業製)を純水5Lに加えて撹拌し、溶解した後、活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて、2時間撹拌した。次いで、前記活性アルミナ含有溶液中に、所定量の硝酸アルミニウム(和光純薬工業製)水溶液を一気に加えて、更に2時間撹拌した後、デカンテーションにより十分に洗浄後、乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。以下、実施例1と同様にして排ガス浄化材を作製した。
【0163】
(比較例4)
所定量の珪酸ナトリウム(和光純薬工業製)を純水5Lに加えて撹拌し、溶解した後、活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて、2時間撹拌した。次いで、前記活性アルミナ含有溶液中に、所定量の塩化チタン(和光純薬工業製)水溶液を一気に加えて、更に2時間撹拌した後、デカンテーションにより十分に洗浄後に、乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。以下、実施例1と同様にして排ガス浄化材を作製した。
【0164】
(比較例5)
所定量の硝酸アルミニウム(和光純薬工業製)を純水5Lに加えて撹拌し、溶解した後、活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて、2時間撹拌した。次いで、前記活性アルミナ含有溶液中に、所定量の珪酸ナトリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液の混合溶液を一気に加えて、更に2時間撹拌後、デカンテーションにより十分に洗浄した後、乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0165】
その後、純水2.5Lに分散剤(花王製、商品名ポイズ)720gを加えた混合溶液に、シリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆した活性アルミナ1800gを加え、20時間混合し、スラリーを作製した。このスラリーを純水と分散剤の混合溶液と同じ濃度の溶液でスラリーの粉体濃度が1/3になるように希釈し、この希釈スラリー中に直径5.66inch、長さ6inch、セル数400セル/in2のコージェライト製ハニカム構造体(NGK製)を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーをエアブローにより除去した後、300℃で乾燥した。上記作業を数回繰り返して所定量をコートした後、大気中にて所定温度で焼成した。
【0166】
次いで、純水5Lに所定量の硝酸パラジウム、クエン酸を加えた溶液中にシリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、100℃の乾燥機で一晩乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0167】
更に、純水5Lに所定量のジニトロジアミノ白金硝酸溶液、クエン酸を加えた溶液中に、前記パラジウムを担持したシリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、100℃の乾燥機で一晩乾燥し、還元雰囲気中にて600℃で焼成した。
【0168】
(比較例6)
所定量の塩化チタン溶液(和光純薬工業製)を純水5Lに加えて撹拌し、溶解した後、活性アルミナ(住友化学工業製)1800gを加えて、2時間撹拌する。次いで前記活性アルミナ含有溶液中に、所定量の珪酸ナトリウム水溶液を一気に加えて、更に2時間撹拌後、デカンテーションにより十分に洗浄した後に、乾燥、大気中にて600℃で焼成した。
【0169】
その後、純水2.5Lに分散剤(花王製、商品名ポイズ)720gを加えた混合溶液に、前記シリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆した活性アルミナ1800gを加えて20時間混合し、スラリーを作製した。このスラリーを純水と分散剤の混合溶液と同じ濃度の溶液でスラリーの粉体濃度が1/3になるように希釈し、この希釈スラリー中に直径5.66inch、長さ6inch、セル数400セル/in2のコージェライト製ハニカム構造体(NGK製)を浸漬し、引き上げた後、余分なスラリーをエアブローにより除去した後、300℃で乾燥した。上記作業を数回繰り返して所定量をコートした後、大気中にて所定の温度で焼成した。
【0170】
次いで、純水5Lに所定量の硝酸パラジウム、クエン酸を加えた溶液中に前記シリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、100℃の乾燥機で一晩乾燥し、大気中にて600℃で焼成した。
【0171】
更に、純水5Lに所定量のジニトロジアミノ白金硝酸溶液、クエン酸を加えた溶液中に、前記パラジウムを担持したシリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆したアルミナをコーティングしたハニカム構造体を浸漬し、引き上げた後、余分な溶液をエアブローにより除去した後、100℃の乾燥機で一晩乾燥し、還元雰囲気中にて600℃で焼成した。
【0172】
以下、実施例1〜5及び比較例1〜6において製造された排ガス浄化材について、触媒活性評価試験と、SO2酸化能評価試験を行った。
【0173】
ここで、触媒活性評価試験を行う固定床流通系反応装置について説明する。
【0174】
図8は触媒活性評価試験に用いた固定床流通系反応装置の概略図である。
【0175】
図8において、40は固定床流通系反応装置、41、42は気体用流量調整器、43は液体用流量調整器、44は気化器、45は石英管、46は電気炉、47は石英ウール、48は排ガス浄化材、49はNDIR方式のCO,CO2ガス分析計、50はガスクロマトグラフである。
【0176】
以上のように構成された固定床流通系反応装置40を用いて行われる触媒活性評価試験方法について説明する。
【0177】
窒素ガス、乾燥した大気を気体用流量調整器42により、また、炭化水素を液体用流量調整器43により、所定の流量に調整した後、炭化水素を気化器44によって所定の濃度で気化し、窒素ガスと乾燥した大気を混合する。混合されたガスは、石英管45内に導入され、石英管45内に置かれた排ガス浄化材48によって浄化される。ここで、試験に供する排ガス浄化材48は、反応系で評価することができるように、所定の寸法に切り出した。また、排ガス浄化材48の前後には、石英ウール47が配置され、石英管45は電気炉46内に設置されている。その後、浄化された混合ガスの内、一部はNDIR方式のCO,CO2ガス分析計49に導入され、一酸化炭素及び二酸化炭素濃度を検知する。
【0178】
ここで、触媒活性評価試験は、混合ガスの酸素分圧4%、空間速度30000h-1、炭化水素濃度350ppm、電気炉46内温度250℃の条件で行われ、触媒活性の経時変化が測定された。
【0179】
このように、計測された一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度から、(数1)により、酸化率を算出した。
【0180】
【数1】

Figure 0004298071
【0181】
(数1)において、PCOはNDIR方式の一酸化炭素、二酸化炭素ガス分析計によって測定された一酸化炭素濃度の値、PCO2はNDIR方式の一酸化炭素、二酸化炭素ガス分析計によって測定された二酸化炭素濃度の値、PCは炭化水素が100%燃焼した時のCO2濃度の理論値である。
【0182】
一方、浄化された混合ガスの内、他の一部はガスサンプリング装置を介してガスクロマトグラフ50へ導入され、未反応の炭化水素の各成分が定量される。反応に伴う分解率は、排ガス浄化材48を配置しない状態で、前もって炭化水素の各成分の定量を行い、この時の値を100%として、浄化された混合ガス中に含まれる未反応の炭化水素の残存率より算出した。
【0183】
次に、SO2酸化能評価試験について説明する。
【0184】
図9はSO2酸化能評価試験に用いた反応装置の概略図である。
【0185】
図9において、51はSO2酸化能評価試験を行う反応装置、52、53、54は気体用流量調整器、55はガス混合器、56は石英管、57は電気炉、58は石英ウール、59は排ガス浄化材、60はNDIR方式のSO2ガス分析計である。
【0186】
以上のように構成された反応装置を用いて行われるSO2酸化能評価試験方法について説明する。
【0187】
気体用流量調整器52、53、54によって流量調整された窒素ガス、乾燥した大気、SO2ガス(SO2濃度=1000ppm、バランスガス=窒素)は混合器55で混合され、石英管56内に導入され、石英管56内に置かれた排ガス浄化材59によって反応する。ここで、試験に供する排ガス浄化材59は、反応系で評価することができるように、所定の寸法に切り出した。また、排ガス浄化材59の前後には、石英ウール58が配置され、石英管56は電気炉57内に設置されている。その後、反応したガスは、NDIR方式のSO2ガス分析計60に導入され、SO2濃度を測定する。
【0188】
ここで、SO2酸化能評価試験は、混合ガスの酸素分圧8%、空間速度30000h-1、SO2濃度100ppm、電気炉57内温度400℃の条件で行われ、触媒活性の経時変化が測定された。
【0189】
SO2酸化能は、石英管56に導入される前のSO2濃度と、SO2分析計で測定されたSO2濃度により評価した。
【0190】
(表1)乃至(表17)に、実施例1〜5及び比較例1〜6で製造された排ガス浄化材59における触媒活性評価試験及びSO2酸化能評価試験の結果を示す。
【0191】
(表1)に、担体である活性アルミナの平均粒子径(μm)、N2吸着法による細孔分布測定における全細孔容積(ml/g)、細孔直径100Å以上の細孔容積の存在率(%)、大気中1000℃で焼成後の比表面積(m2/g)及び250℃での炭化水素浄化率(%)を示した。
【0192】
【表1】
Figure 0004298071
【0193】
(表1)から明らかなように、活性アルミナについては、平均粒子径が1μm〜10μm、N2吸着法による細孔分布測定における全細孔容積が0.3ml/g以上、細孔直径100Å以上の細孔容積の存在率が60%以上、大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m2/g以上で、炭化水素の浄化率が80%以上を示した。一方、前記範囲外の活性アルミナを使用した場合、炭化水素の浄化率が40%〜60%であった。このように、前記範囲内にある活性アルミナを使用すると、高活性な排ガス浄化材が得られることがわかった。
【0194】
(表2)に、担体基材に対する被覆量(wt%)と250℃での炭化水素浄化率(%)との関係を示した。
【0195】
【表2】
Figure 0004298071
【0196】
この(表2)から明らかなように、基材に対し酸性酸化物を被覆した担体が7wt%〜15wt%において炭化水素の浄化率が85%であり、前記範囲外の被覆量の45%〜60%に比べて炭化水素の浄化率が高いことがわかった。
【0197】
(表3)に、基材に対するシリカとアルミナからなる複合酸化物の被覆量(wt%)と250℃での炭化水素浄化率(%)との関係を示した。
【0198】
【表3】
Figure 0004298071
【0199】
この(表3)から明らかなように、アルミナに対するシリカとアルミナからなる複合酸化物の被覆量が7wt%〜15wt%で、炭化水素の浄化率が95%〜96%と高く、上記範囲外の被覆量では、48%〜60%と低くなることが明らかである。
【0200】
次に(表4)に、基材に対するシリカとチタニアからなる複合酸化物の被覆量(wt%)と250℃での炭化水素浄化率(%)との関係を示した。
【0201】
【表4】
Figure 0004298071
【0202】
この(表4)から明らかなように、アルミナに対するシリカとチタニアからなる複合酸化物の被覆量が7wt%〜15wt%で、炭化水素の浄化率が93%〜95%と高く、上記範囲外の被覆量では、50%〜59%と低くなることが明らかである。
【0203】
次に(表5)に、酸性酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度(cP)と250℃での炭化水素浄化率(%)との関係を示した。
【0204】
【表5】
Figure 0004298071
【0205】
この(表5)から明らかなように、排ガス浄化材の製造方法における、酸性酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPにおいて炭化水素の浄化率が70%〜85%であり、前記範囲外のスラリーの粘度の50%〜55%に比べて炭化水素の浄化率が高いことがわかった。
【0206】
次に(表6)に、シリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度(cP)と250℃での炭化水素浄化率(%)との関係を示した。
【0207】
【表6】
Figure 0004298071
【0208】
この(表6)から明らかなように、シリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPにおいて炭化水素の浄化率が70%〜96%であり、前記範囲外のスラリーの粘度の53%〜54%に比べて炭化水素の浄化率が高いことがわかった。
【0209】
(表7)に、シリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度(cP)と250℃での炭化水素浄化率(%)との関係を示した。
【0210】
【表7】
Figure 0004298071
【0211】
この(表7)から明らかなように、シリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPにおいて炭化水素の浄化率が82%〜96%であり、前記範囲外のスラリーの粘度の51%〜55%に比べて炭化水素の浄化率が高いことがわかった。
【0212】
次に(表8)に、シリカの出発原料と250℃での炭化水素浄化率(%)及び400℃でのSO2の酸化率(%)との関係を示した。
【0213】
【表8】
Figure 0004298071
【0214】
この(表8)から明らかなように、排ガス浄化材の製造においてシリカを形成する場合に、出発原料として珪素アルコキシドを用いた場合、炭化水素の浄化率が85%と高く、SO2の硫酸ミストへの酸化が15%で抑制効果が大きいことがわかった。また、出発原料としてシリカゾルを用いた場合、炭化水素の浄化率が75%、SO2の酸化率が25%であり、更に、珪酸ナトリウムを用いた場合、炭化水素の浄化率が50%、SO2の酸化率が40%であった。
【0215】
次に(表9)に、シリカの出発原料、アルミナの出発原料と250℃での炭化水素浄化率(%)及び400℃でのSO2の酸化率(%)との関係を示した。
【0216】
【表9】
Figure 0004298071
【0217】
この(表9)から明らかなように、排ガス浄化材の製造方法においてシリカとアルミナからなる複合酸化物を形成する場合に、出発原料としてシリカ分は珪酸ナトリウムを、アルミナ分は硝酸アルミニウムを用いた場合に、炭化水素の浄化率が97%と高く、SO2の硫酸ミストへの酸化が9%と抑制効果が大きいことがわかった。一方、出発原料としてシリカ分はケイ酸ナトリウム、アルミナ分は水酸化ナトリウムを、又は、シリカ分はシリカゾルを、アルミナ分は硝酸アルミニウムを用いた場合に、更には、シリカ分はシリカゾルを、アルミナ分は水アルミナをそれぞれ用いた場合、炭化水素の浄化率が50%〜71%、SO2の酸化率が25%〜40%であった。
【0218】
(表10)に、シリカの出発原料、チタニアの出発原料と250℃での炭化水素浄化率(%)及び400℃でのSO2の酸化率(%)との関係を示した。
【0219】
【表10】
Figure 0004298071
【0220】
この(表10)から明らかなように、排ガス浄化材の製造方法においてシリカとチタニアからなる複合酸化物を形成する場合に、出発原料としてシリカ分は珪酸ナトリウムを、チタニア分は塩化チタンを用いた場合に、炭化水素の浄化率が96%と高く、SO2の硫酸ミストへの酸化が9%と抑制効果が大きいことがわかった。一方、出発原料としてシリカ分は珪酸ナトリウム、チタニア分は硫酸チタンを、又は、シリカ分はシリカゾルを、チタニア分は塩化チタンを用いた場合に、更には、シリカ分はシリカゾルを、チタニア分は硫酸チタンをそれぞれ用いた場合、炭化水素の浄化率が62%〜75%、SO2の酸化率が35%〜42%であった。
【0221】
次に(表11)に、シリカとアルミナからなる複合酸化物のAl/(Si・Al)の比率と250℃での炭化水素浄化率(%)及び400℃でのSO2の酸化率(%)との関係を示した。
【0222】
【表11】
Figure 0004298071
【0223】
また、(表12)に、シリカとチタニアからなる複合酸化物のTi/(Si・Ti)の比率と250℃での炭化水素浄化率(%)及び400℃でのSO2の酸化率(%)との関係を示した。
【0224】
【表12】
Figure 0004298071
【0225】
この(表11)、(表12)から、シリカとアルミナからなる複合酸化物のAl/(Si・Al)の比率と、シリカとチタニアからなる複合酸化物のTi/(Si・Ti)の比率を40〜80にすると、炭化水素の浄化率が90%以上、SO2の硫酸ミストへの酸化が10%以下と抑制効果が大きいことがわかった。一方、前記範囲外では、炭化水素の浄化率が51%〜53%、SO2の酸化率が41%〜44%であった。
【0226】
次に(表13)に、実施例1〜5における酸性酸化物を形成する場合の一次焼成温度と250℃での炭化水素浄化率(%)及び400℃でのSO2の酸化率(%)との関係を示した。
【0227】
【表13】
Figure 0004298071
【0228】
この(表13)から明らかなように、実施例1〜3より、排ガス浄化材の製造において酸性酸化物を形成する場合の一次焼成する際の焼成温度が500℃〜1000℃において、炭化水素の浄化率が80%以上と高く、SO2の硫酸ミストへの酸化が20%以下と抑制効果が大きいことがわかった。前記範囲外の焼成温度では、炭化水素の浄化率が52%〜55%、SO2の酸化率が40%〜46%であった。
【0229】
実施例4より、シリカとアルミナからなる複合酸化物を形成する場合の一次焼成する際の焼成温度が400℃〜800℃において、炭化水素の浄化率が91%以上と高く、SO2の硫酸ミストへの酸化が10%以下と抑制効果が大きいことがわかった。前記範囲外の焼成温度では、炭化水素の浄化率が55%〜59%、SO2の酸化率が37%〜41%であった。
【0230】
実施例5より、シリカとチタニアからなる複合酸化物を形成する場合の一次焼成する際の焼成温度が400℃〜800℃において、炭化水素の浄化率が90%以上と高く、SO2の硫酸ミストへの酸化が10%以下と抑制効果が大きいことがわかった。前記範囲外の焼成温度では、炭化水素の浄化率が56%〜61%、SO2の酸化率が42%〜45%であった。
【0231】
次に(表14)に、担体層で被覆された基材を触媒成分を含有する溶液中に含浸した後、凍結乾燥法を用いて形成した場合と、乾燥機を用いて形成した場合の排ガス浄化材について、250℃での炭化水素浄化率(%)と400℃でのSO2の酸化率(%)を示した。
【0232】
【表14】
Figure 0004298071
【0233】
この(表14)から明らかなように、凍結乾燥法を用いた場合と、乾燥機を用いた場合を比較すると、SO2の酸化率については大きな差はないが、炭化水素の浄化率については凍結乾燥法を用いた方が明らかに高く、高活性な排ガス浄化材が得られることがわかった。
【0234】
次に(表15)に、実施例1〜3、(表16)に、実施例4,5、及び(表17)に比較例1〜4における酸性酸化物を形成する場合の被覆量(wt%)、膜厚(μm)、被覆率(%)、250℃での炭化水素浄化率(%)及び400℃でのSO2の酸化率(%)を示した。
【0235】
【表15】
Figure 0004298071
【0236】
【表16】
Figure 0004298071
【0237】
【表17】
Figure 0004298071
【0238】
この(表15)〜(表17)から明らかなように、実施例1〜3より、担体に対する酸性酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、担体に対する被覆率が80%〜100%で、炭化水素の浄化率が84%以上、SO2の酸化率が13%以下を示した。一方、前記範囲外の場合、炭化水素の浄化率が46%〜56%、SO2の酸化率が39%〜45%であった。
【0239】
また、比較例1より、酸性酸化物が存在しない場合は、炭化水素の浄化率が65%、SO2の酸化率が51%であった。これにより、酸性酸化物の存在により、炭化水素の浄化率、硫酸ミストへの酸化抑制効果が良好であることがわかった。
【0240】
更に、比較例2より、比較例2の製造方法で作製した排ガス浄化材は、炭化水素の浄化率が69%〜71%、SO2の酸化率が25%〜26%であり、実施例1〜5の炭化水素の浄化率が84%以上、SO2の酸化率が13%以下に比べ、排ガス浄化材の性能が劣ることがわかった。
【0241】
実施例4、5より、担体に対する複合酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、担体に対する被覆率が80%〜100%で、炭化水素の浄化率が94%以上、SO2の酸化率が9%以下を示した。一方、前記範囲外の場合、炭化水素の浄化率が46%〜56%、SO2の酸化率が39%〜45%であった。
【0242】
実施例4と比較例3を比較すると、実施例4では炭化水素の浄化率が94%以上、SO2の酸化率が9%以下と高く、比較例3における炭化水素の浄化率が84%〜86%、SO2の酸化率が13%以下に比べて高活性な排ガス浄化材が得られることがわかった。
【0243】
【発明の効果】
以上述べたように本発明においては、以下の優れた効果を実現することができる。
【0247】
本発明の請求項1に記載の排ガス浄化材によれば、基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に500℃〜1000℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が珪素アルコキシドを出発原料(前駆体)とするシリカであり、前記基材に対し前記酸性酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記酸性酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなるので、硫黄酸化物の存在下においても硫黄酸化物による被毒を受け難く、耐久性に優れるという有利な効果の他、排ガスの炭化水素を効率よく浄化できるという有利な効果が得られる。また、本発明の請求項2に記載の排ガス浄化材によれば、基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に400℃〜800℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に前記担体層で被覆された基材を触媒成分を含有する溶液中に含浸した後凍結乾燥後焼成して担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が、シリカとアルミナ、あるいはシリカとチタニアを用いて形成された複合酸化物であり、前記複合酸化物がシリカとアルミナからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをアルミナは硝酸アルミニウムを用いAl/(Si・Al)の比率を40〜80にしたものであり、前記複合酸化物がシリカとチタニアからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをチタニアは塩化チタンを用いTi/(Si・Ti)の比率を40〜80にしたものであり、前記基材に対し前記複合酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記複合酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記複合酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する複合酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなることを特徴とする排ガス浄化材としたものであり、硫黄酸化物の存在下においても硫黄酸化物による被毒を受け難く、耐久性に優れるという有利な効果の他、排ガスの炭化水素を効率よく浄化できるという有利な効果が得られる。
【0248】
全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上の担体を用いているので、バイモーダル構造を有し、触媒活性表面積を増大し浄化効率を高めるという効果が得られる。
【0249】
担体がバイモーダル構造で触媒粒子のシンタリングを防ぎ触媒活性の耐久性を向上させるという効果が得られる。
【0250】
担体の比表面積が100m2/g以上有するので、詳細は不明であるが、スピルオーバー現象等により炭化水素を効率的に酸化分解することができるという効果が得られる。
【0251】
硫黄酸化物とシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛の内少なくとも2種類以上を用いた複合酸化物層との反発作用によって、硫黄酸化物による被毒を受け難く、耐久性に優れるという有利な効果が得られる。
【0252】
性酸化物層が珪素アルコキシドを前駆体とするシリカであるので、珪素アルコキシドを用いることにより、含浸法という簡単な方法で均一なシリカの被覆層を担体上に形成できるという有利な効果が得られる。
【0253】
性酸化物層が珪酸ナトリウムを前駆体とするシリカと、硝酸アルミニウムを前駆体とするアルミナとからなる複合酸化物であるので、珪酸ナトリウムと硝酸アルミニウムを用いて酸性酸化物を形成し、含浸法という簡単な方法でシリカとアルミナからなる均一な被覆層を担体上に形成できるという有利な効果が得られる。
【0254】
性酸化物層のシリカとアルミナからなる複合酸化物のAl/(Si・Al)の比率が、40〜80であるので、硫黄酸化物と複合酸化物が酸性同士で反発しあうことにより硫黄酸化物が触媒成分及び担体層により近づきにくくなるという有利な効果が得られる。
【0255】
性酸化物層が珪酸ナトリウムを前駆体とするシリカと、塩化チタンを前駆体とするチタニアとからなる複合酸化物であるので、塩化チタンと珪酸ナトリウムを用いて酸性酸化物を形成し、含浸法という簡単な方法でシリカとチタニアからなる均一な被覆層を担体上に形成できるという有利な効果が得られる。
【0256】
リカとチタニアからなる複合酸化物のTi/(Si・Ti)の比率が40〜80であるので、硫黄酸化物と複合酸化物が酸性同士で反発しあうことにより硫黄酸化物が触媒成分及び担体層により近づきにくくなるという有利な効果が得られる。
【0259】
本発明の排ガス浄化材の製造方法によれば、硝酸アルミニウム水溶液に担体を加えて混合・攪拌し、珪酸ナトリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液の混合溶液を加え、担体の表面にシリカとアルミナからなる複合酸化物の前駆体を含浸後、一次焼成して担体の表面にシリカとアルミナからなる複合酸化物を被覆した後に、複合酸化物を被覆した担体のスラリーを作製し、スラリー中に基材を含浸し、次いで二次焼成して、基材上に複合酸化物層を被覆した担体層を形成し、次いで担体層で被覆された基材を、触媒成分を含有する溶液中に含浸した後に三次焼成するので、酸性溶液中にアルミナを加えると、アルミナの等電点(pH=8〜10)における凝集を抑制することができ、アルミナ上にシリカとアルミナからなる複合酸化物層を均一に形成できるという有利な効果が得られる。
【0261】
本発明の排ガス浄化材の製造方法によれば、塩化チタン水溶液に担体を加えて混合・攪拌し、次いで、珪酸ナトリウム水溶液を加え、担体の表面にシリカとチタニアからなる複合酸化物の前駆体を含浸後、一次焼成して担体の表面にシリカとチタニアからなる複合酸化物を被覆した後、複合酸化物を被覆した担体のスラリーを作製し、スラリー中に基材を含浸し、次いで二次焼成して、基材上に複合酸化物層を被覆した担体層を形成し、次いで担体層で被覆された基材を、触媒成分を含有する溶液中に含浸した後、三次焼成するので、酸性の溶液中にアルミナを加えると、アルミナの等電点(pH=8〜10)における凝集を抑制することができ、アルミナ上にチタニアとシリカからなる複合酸化物層を均一に形成できるという有利な効果が得られる。
【0263】
性酸化物を被覆した担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであるので、簡単な方法で均一な被覆層を基材に形成でき、排ガス中の炭化水素を効率よく浄化できるという有利な効果が得られる。
【0264】
酸性酸化物の前駆体の溶液中に担体を含浸後、一次焼成して前記担体表面に酸性酸化物層を被覆するが、その一次焼成する際の焼成温度が、500℃〜1000℃であるので、酸性ガスである硫黄酸化物と酸性酸化物との間の反発作用が良好であるという有利な効果が得られる。
【0265】
複合酸化物の前駆体を担体に含浸後、一次焼成する際の焼成温度が、400℃〜800℃であるので、酸性ガスである硫黄酸化物と複合酸化物との間の反発作用が良好であり、耐久性に優れるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における排ガス浄化材の断面図
【図2】実施の形態1における排ガス浄化材の製造工程のフローチャート
【図3】実施の形態2における排ガス浄化材の製造工程のフローチャート
【図4】本発明の実施の形態4における排ガス浄化材の断面図
【図5】実施の形態4の排ガス浄化材の製造工程のフローチャート
【図6】本発明の実施の形態5における排ガス浄化材の断面図
【図7】実施の形態5の排ガス浄化材の製造工程のフローチャート
【図8】触媒活性評価試験に用いた固定床流通系反応装置の概略図
【図9】SO2酸化能評価試験に用いた反応装置の概略図
【符号の説明】
1 排ガス浄化材
2 基材
3 担体層
4 酸性酸化物層
5 触媒成分
21 排ガス浄化材
22 基材
23 アルミナ層
24 複合酸化物層
25 触媒成分
30 排ガス浄化材
31 基材
32 アルミナ層
33 複合酸化物層
34 触媒成分
40 固定床流通系反応装置
41、42 気体用流量調整器
43 液体用流量調整器
44 気化器
45 石英管
46 電気炉
47 石英ウール
48 排ガス浄化材
49 NDIR方式のCO,CO2ガス分析計
50 ガスクロマトグラフ
51 反応装置
52、53、54 気体用流量調整器
55 ガス混合器
56 石英管
57 電気炉
58 石英ウール
59 排ガス浄化材
60 NDIR方式のSO2ガス分析計[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purifying material for purifying exhaust gas from an internal combustion engine and a method for producing the same, and more particularly to an exhaust gas purifying material for purifying particulates contained in exhaust gas from a diesel engine by oxidizing combustion and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, due to the increase in the environment, after purifying exhaust gas from an internal combustion engine, it is desired to be released into the atmosphere as safe exhaust gas, and various exhaust gas purifying materials used to purify exhaust gas have been studied. Has been.
[0003]
Generally, an exhaust gas purifying material is made of a ceramic or metal heat-resistant honeycomb structure, and an inorganic material for supporting a required amount of a noble metal, nonmetal or oxide thereof as a catalytic active component on the heat-resistant honeycomb structure. It is comprised from the support | carrier (or support | carrier layer) which consists of a porous material, and the noble metal and nonmetal which are the catalyst active components carry | supported on the support | carrier, or those oxides.
[0004]
As for gasoline engines, strict emission regulations for harmful components in exhaust gas and technological advances therefor, specifically, the emergence and further improvement of three-way catalysts, have definitely reduced the harmful substances in exhaust gas. . However, because of the unique principle of diesel engines and the presence of harmful components called particulates, regulations were set more loosely than gasoline engines. It was far behind.
[0005]
However, due to the recent increase in interest in the environment, emission regulations for toxic substances have been strengthened for diesel engines, and development of exhaust gas purification materials that can reliably purify exhaust gas from diesel engines is eagerly desired.
[0006]
Therefore, an open type SOF (Soluble Organic Fraction: Soluble Organic Component, High-boiling point hydrocarbon) catalyst having a structure in which all of the holes at both ends are basically the same as a three-way catalyst capable of purifying exhaust gas from a diesel engine is provided. Has been developed.
[0007]
For example, JP-A-1-171626 (hereinafter referred to as “I”) discloses that, as in gasoline engines, metal fine particles such as platinum group metals, which are catalytically active components, have high specific surface area activated alumina, alkali metals, An open-type SOF decomposition catalyst is disclosed which is dispersed and supported on a support such as activated alumina to which a rare earth is added, and which oxidizes and purifies SOF in diesel particulates together with carbon monoxide and hydrocarbons.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-358539 (hereinafter referred to as “B”) discloses “SiO 2 on an activated alumina layer carrying a catalytic metal.2TiO2And ZrO2A sulfur dioxide resistant catalyst is disclosed in which an oxide film is formed by chemical vapor deposition of at least one oxide of the above and sulfur oxide is not adsorbed on activated alumina.
[0009]
Japanese Patent Publication No. 55-26912 (hereinafter referred to as “C”) discloses “a sulfur dioxide resistant catalyst for coating a ceramic substrate by mixing alumina and amorphous silica, preferably silica sol in an aqueous medium”. Yes.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above conventional open type SOF decomposition catalyst has the following problems.
[0011]
The open-type SOF decomposition catalyst and sulfur dioxide-resistant catalyst described in the Gazette No. 1 are effective when the sulfur oxide resulting from the fuel contained in the diesel exhaust gas reacts with the alumina that is the carrier to sulphate the alumina. As a result, the specific surface area is reduced, the catalytic activity is lowered, and the durability is insufficient.
[0012]
The open-type SOF decomposition catalyst described in the publication No. 2 has a problem that a process for forming an oxide is complicated and a production cost is high because a chemical vapor deposition method is used.
[0013]
Since the open-type SOF decomposition catalyst described in C. uses amorphous silica, silica cannot be uniformly formed on alumina, and partially exposed alumina reacts with sulfur oxides to form sulfur. The chlorination has a problem that the specific surface area decreases and the catalytic activity decreases.
[0014]
The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an exhaust gas purifying material capable of purifying exhaust gas components from an internal combustion engine, particularly a diesel engine, even in the presence of sulfur oxide, and a manufacturing method with a simple manufacturing process thereof. The purpose is to do.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, an exhaust gas purifying material according to claim 1 of the present invention is a base material, a carrier layer formed on the surface of the base material, and fired at 500 to 1000 ° C. on the surface of the carrier layer. An acidic oxide layer coated on the surface of the acidic oxide layer, and a catalyst component supported on the surface of the acidic oxide layer, and the substrate is impregnated in a slurry of the carrier coated with the acidic oxide layer and fired. Then, a carrier layer coated with the acidic oxide layer is formed on the base material, and the acidic oxide layer is silica using silicon alkoxide as a starting material (precursor), and the acidic oxidation is performed on the base material. The carrier coated with the product is 7 wt% to 15 wt%, the slurry of the carrier coated with the acidic oxide has a viscosity of 1 cP to 300 cP, and the coating amount of the acidic oxide on the carrier is 6 wt% to 10 wt% % Of the acidic oxide layer Thickness 0.1Myuemu~20myuemu, wherein a coating ratio of 80% to 100% of the acidic oxide to the carrier, the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 m to 10 m, N2In the pore distribution measurement method by the adsorption method, the total pore volume is 0.3 ml / g or more and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume.After firing at 1000 ° C in the atmosphereSpecific surface area is 100m2/ G or more heat-resistant inorganic oxide. The exhaust gas purifying material according to claim 2 of the present invention is coated with a base material, a carrier layer formed on the surface of the base material, and a surface of the carrier layer baked at 400 ° C. to 800 ° C. The acidic oxide layer and the surface of the acidic oxide layer are covered with the carrier layer.GroupAnd impregnating the base material in a slurry of the carrier coated with the acidic oxide layer. Forming a carrier layer coated with the acidic oxide layer on the substrate, and the acidic oxide layer is a composite oxide formed using silica and alumina, or silica and titania, and the composite When the oxide is composed of silica and alumina, the silica is sodium silicate as the starting material, the alumina is aluminum nitrate and the Al / (Si · Al) ratio is 40 to 80, and the composite oxide is silica and In the case of titania, the starting material is silica with sodium silicate and titania with titanium chloride, and the ratio of Ti / (Si · Ti) is 40 to 80. The carrier coated with the complex oxide is 7 wt% to 15 wt%, the viscosity of the slurry of the carrier coated with the complex oxide is 1 cP to 300 cP, and the coating amount of the complex oxide on the carrier is 6 wt% 10 wt%, the thickness of the acidic oxide layer is 0.1 μm to 20 μm, the coverage of the composite oxide with respect to the carrier is 80% to 100%, and the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement method by the adsorption method, the total pore volume is 0.3 ml / g or more and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume.After firing at 1000 ° C in the atmosphereSpecific surface area is 100m2The exhaust gas purifying material is characterized by comprising a heat-resistant inorganic oxide of at least / g. The exhaust gas purification material according to claim 3 of the present invention is the exhaust gas purification material according to claim 1 or 2, wherein the carrier is alumina or activated alumina.
[0016]
  This configuration, SulfurThe effect of not being easily poisoned by sulfur oxides even in the presence of yellow oxidesIn addition, it can efficiently purify hydrocarbons in exhaust gasHave
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The exhaust gas purifying material according to claim 1 of the present invention is a base material, a carrier layer formed on the surface of the base material, and an acidic oxidation coated on the surface of the carrier layer by baking at 500 ° C. to 1000 ° C. And a catalyst component supported on the surface of the acidic oxide layer, impregnated with the base material in a slurry of the carrier coated with the acidic oxide layer, and baked on the base material A carrier layer coated with the acidic oxide layer is formed, the acidic oxide layer is silica using silicon alkoxide as a starting material (precursor), and the carrier coated with the acidic oxide on the substrate is The viscosity of the slurry of the carrier coated with the acidic oxide is 7 wt% to 15 wt%, the coating amount of the acidic oxide on the carrier is 6 wt% to 10 wt%, and the acidic oxide layer Film thickness of 0.1 μm to 20 μm The coverage of the acidic oxide with respect to the carrier is 80% to 100%, and the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement method by the adsorption method, the total pore volume is 0.3 ml / g or more and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume.After firing at 1000 ° C in the atmosphereSpecific surface area is 100m2/ G or more heat-resistant inorganic oxide. The exhaust gas purifying material according to claim 2 of the present invention is coated with a base material, a carrier layer formed on the surface of the base material, and a surface of the carrier layer baked at 400 ° C. to 800 ° C. The acidic oxide layer and the surface of the acidic oxide layer are covered with the carrier layer.GroupAnd impregnating the base material in a slurry of the carrier coated with the acidic oxide layer. Forming a carrier layer coated with the acidic oxide layer on the substrate, and the acidic oxide layer is a composite oxide formed using silica and alumina, or silica and titania, and the composite When the oxide is composed of silica and alumina, the silica is sodium silicate as the starting material, the alumina is aluminum nitrate and the Al / (Si · Al) ratio is 40 to 80, and the composite oxide is silica and In the case of titania, the starting material is silica with sodium silicate and titania with titanium chloride, and the ratio of Ti / (Si · Ti) is 40 to 80. The carrier coated with the complex oxide is 7 wt% to 15 wt%, the viscosity of the slurry of the carrier coated with the complex oxide is 1 cP to 300 cP, and the coating amount of the complex oxide on the carrier is 6 wt% 10 wt%, the thickness of the acidic oxide layer is 0.1 μm to 20 μm, the coverage of the composite oxide with respect to the carrier is 80% to 100%, and the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement method by the adsorption method, the total pore volume is 0.3 ml / g or more and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume.After firing at 1000 ° C in the atmosphereSpecific surface area is 100m2The exhaust gas purifying material is characterized by comprising a heat-resistant inorganic oxide of at least / g. The exhaust gas purification material according to claim 3 of the present invention is the exhaust gas purification material according to claim 1 or 2, wherein the carrier is alumina or activated alumina.
[0034]
  With this configuration,It is difficult to be poisoned by sulfur oxides even in the presence of sulfur oxides.In addition to the function, it has an effect of efficiently purifying hydrocarbons in exhaust gas.
[0035]
Uses a carrier with a total pore volume of 0.3 ml / g or more and a pore diameter of 100 mm or more and a pore volume of 60% or more, so it has a bimodal structure and increases the catalytic active surface area for purification. It has the effect of increasing efficiency.
[0036]
The carrier has a bimodal structure and prevents the catalyst particles from sintering, thereby improving the durability of the catalyst activity.
[0037]
The specific surface area of the carrier is 100m2Since it has / g or more, the details are unknown, but it has the effect that hydrocarbons can be efficiently oxidized and decomposed by a spillover phenomenon or the like.
[0038]
Here, a carrier having an average particle diameter in the range of 1 μm to 10 μm is used. As the average particle size becomes smaller than 1 μm, the particle size is too small and it is difficult to obtain an optimal bimodal structure, the hydrocarbon purification efficiency decreases, and as the particle size becomes larger than 10 μm, the surface area decreases. Since there is a tendency for the purification efficiency of hydrocarbons to decrease, neither is preferable.
[0039]
A carrier having a total pore volume of 0.3 ml / g or more is used. This is to keep the catalyst particles in the pores and prevent sintering. As the total pore volume becomes smaller than 0.3 ml / g, the catalyst particles tend to sinter on the surface of the support, and the hydrocarbon purification efficiency tends to decrease, which is not preferable.
[0040]
A carrier having a pore diameter of 100 mm or more is used. As the pore diameter becomes smaller than 100 mm, the hydrocarbon purification efficiency tends to decrease, which is not preferable. As a result, the pores can be binarized and a bimodal structure is obtained, so that high selectivity of the catalyst can be obtained. The pore diameter is preferably as large as possible within the range of particle diameter in order to enhance the bimodal structure.
[0041]
Firing at 1000 ° C in the atmosphererearSpecific surface area of 100m2/ G or more is used. Specific surface area is 100m2Since it tends to decrease the purification efficiency of hydrocarbons as it becomes smaller than / g, it is not preferable.
[0043]
  This configuration, SulfurDue to the repulsion between the yellow oxide and the composite oxide layer using at least two of silica, alumina, titania, zirconia, and zinc oxide, it is less susceptible to sulfur oxide poisoning and has excellent durability. Have.
[0044]
acidThe conductive oxide layer has a configuration of silica having silicon alkoxide as a precursor.
[0045]
  This configuration, SilicaBy using elemental alkoxide, a uniform silica coating layer can be formed on the support by a simple method called impregnation.
[0046]
Here, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraptoxysilane, tetrabutoxysilane, or the like is used as the silicon alkoxide.
[0047]
acidThe conductive oxide layer has a structure that is a composite oxide composed of silica having sodium silicate as a precursor and alumina having aluminum nitrate as a precursor.
[0048]
  This configuration, SilicaAn acidic oxide is formed using sodium acid and aluminum nitrate, and a uniform coating layer made of silica and alumina can be formed on the support by a simple method called impregnation.
[0049]
acidThe ratio of Al / (Si · Al) in the composite oxide composed of silica and alumina in the conductive oxide layer is 40-80.
[0050]
  This configuration, SulfurWhen the yellow oxide and the composite oxide are repelled by acidity, the sulfur oxide is less likely to approach the catalyst component and the carrier layer.
[0051]
Here, when the ratio of Al / (Si · Al) of the composite oxide composed of silica and alumina is smaller than 50, the repulsion between the sulfur oxide which is an acidic gas and the acidic oxide becomes insufficient, and the ratio is If it is greater than 70, the repulsive effect of sulfur oxides and acidic oxides will be saturated, which is not preferable. If the ratio is smaller than 40 and larger than 80, this tendency becomes remarkable, which is not preferable.
[0052]
acidThe conductive oxide layer has a structure that is a composite oxide composed of silica having sodium silicate as a precursor and titania having titanium chloride as a precursor.
[0053]
  This configuration,saltAn acidic oxide is formed using titanium fluoride and sodium silicate, and a uniform coating layer composed of silica and titania can be formed on the carrier by a simple method called an impregnation method.
[0054]
ShiThe composite oxide composed of Rica and titania has a Ti / (Si · Ti) ratio of 40 to 80.
[0055]
  This configuration, SulfurThe yellow oxide and the composite oxide repel each other with acidity, so that the sulfur oxide is less likely to approach the catalyst component and the carrier layer.
[0056]
Here, if the Ti / (Si · Ti) ratio of the composite oxide composed of silica and titania is smaller than 50, the repulsion between the sulfur oxide which is an acidic gas and the acidic oxide becomes insufficient, and the ratio is If it is greater than 70, the repulsive effect of sulfur oxides and acidic oxides will be saturated, which is not preferable. If the ratio is smaller than 40 and larger than 80, this tendency becomes remarkable, which is not preferable.
[0069]
acidThe carrier slurry coated with the conductive oxide has a viscosity of 1 cP to 300 cP.
[0070]
  This configuration, EasyA uniform coating layer can be formed on the substrate by a simple method, and the hydrocarbons in the exhaust gas can be efficiently purified.
[0071]
Here, the viscosity of the slurry is 1 cP to 300 cP, preferably 2 cP to 50 cP. As the viscosity is less than 2 cP, it is necessary to provide a number of steps for coating the support, which takes more time to manufacture, and as the viscosity becomes greater than 50 cP, the slurry enters and leaves the cell in the cell. Since it becomes difficult to form a uniform carrier film on the substrate, neither is preferable. This tendency becomes more significant as the viscosity becomes smaller than 1 cP and larger than 300 cP.
[0072]
  After impregnating the support in the solution of the precursor of the acidic oxide, primary firing is performed to coat the surface of the support with the acidic oxide layer.The firing temperature during primary firing is500 ° C to 1000 ° CIt has the composition which is.
[0073]
  This configuration,acidIt has the effect that the repulsive action between sulfur oxide and acidic oxide, which is a reactive gas, is good.
[0074]
Here, after impregnating the support in the solution of the precursor of the acid oxide, the firing temperature at the time of the primary firing becomes lower than 500 ° C., the acidity of the acidic oxide becomes weak and sufficient repulsion action cannot be obtained. In addition, as the temperature rises above 1000 ° C., the acidic oxide causes crystal growth (sintering) and closes the pores of the support, so that the specific surface area decreases and the catalytic activity decreases. Any of these is not preferable. This tendency becomes more significant as the firing temperature is lower than 400 ° C. and higher than 1100 ° C., which is not preferable.
[0077]
  Here, the firing temperature at the time of primary firing after impregnating the precursor of the composite oxide into the support is 400 ° C to 800 ° C, preferably 500 ° C to 700 ° C.With this configuration, the repulsive action between the sulfur oxide, which is an acidic gas, and the composite oxide is good, and deterioration due to the sulfur oxide can be prevented, so that the durability is improved.As the firing temperature becomes lower than 500 ° C., a tendency that the acidity of the composite oxide becomes weak and sufficient repelling action cannot be obtained is observed, and as the firing temperature becomes higher than 700 ° C., the composite oxide grows in crystal growth (sinter). (Ring) is caused to close the pores of the carrier, so that the specific surface area tends to decrease and the catalytic activity tends to decrease. This tendency becomes more significant as the firing temperature is lower than 400 ° C. and higher than 800 ° C., which is not preferable.
[0078]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0079]
(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view of an exhaust gas purifying material according to Embodiment 1 of the present invention.
[0080]
In FIG. 1, 1 is an exhaust gas purifying material of Embodiment 1, 2 is a substrate having a honeycomb structure, 3 is a carrier layer formed on the surface of the substrate 2, and 4 is an acidic oxide coated on the surface of the carrier layer 3. Layers 5 are catalyst components supported on the surface of the acidic oxide layer 4.
[0081]
About the exhaust gas purification material of Embodiment 1 comprised as mentioned above, the manufacturing method is demonstrated below.
[0082]
FIG. 2 is a flowchart of the manufacturing process of the exhaust gas purifying material according to the first embodiment.
[0083]
In FIG. 2, S1 is a step of coating the surface of the carrier with the acidic oxide layer 4, S2 is a step of coating the carrier layer 3 coated with the acidic oxide on the substrate 2 having a honeycomb structure, and S3 is a step on the substrate 2. The catalyst component 5 is supported on the surface of the carrier layer 3 coated with the acidic oxide layer 4.
[0084]
Hereinafter, each step will be described in detail.
[0085]
(1) Step of coating the surface of the carrier with the acidic oxide layer 4 (S1)
A predetermined amount of the precursor of the acidic oxide layer 4 is added to the solvent and stirred, and a predetermined amount of the carrier is added to the solution, stirred for a whole day and night, dried, and then fired at 500 ° C. to 1000 ° C. in the atmosphere.
[0086]
(2) Step of coating the substrate 2 having a honeycomb structure with the carrier layer 3 coated with the acidic oxide (S2)
Pure water and a dispersant are added to the carrier layer 3 coated with the acidic oxide to prepare a slurry. After the slurry is diluted to adjust the viscosity, the substrate 2 of the honeycomb structure is dipped and pulled up, and then the excess slurry is removed and dried. The above operation is repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0087]
(3) A step of supporting the catalyst component 5 on the surface of the carrier layer 3 coated with the acidic oxide layer 4 on the substrate 2 (S3).
After immersing the substrate 2 of the honeycomb structure coated with the carrier coated with the acidic oxide layer 4 in a solution obtained by adding a predetermined amount of the metal salt of the catalyst component 5 and an additive to pure water, and pulling up, Remove excess solution, dry and bake in air. Furthermore, the honeycomb structure coated with the carrier coated with the acidic oxide layer 4 is immersed in a solution obtained by adding a predetermined amount of the metal salt of the catalyst component 5 and an additive to pure water, and then the excess solution Is removed, dried, and fired in a reducing atmosphere to form the exhaust gas purifying material 1.
[0088]
Here, it is appropriate that the acidic oxide layer 4 is 6 wt% to 10 wt% with respect to the carrier layer 3, the thickness of the acidic oxide layer 4 is 0.1 μm to 20 μm, and the coverage is 80% to 100%. It is. The carrier coated with the acidic oxide layer 4 is suitably 7 wt% to 15 wt% with respect to the base material 2. Further, the carrier of the carrier layer 3 has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement by the adsorption method, when the total pore volume is 0.3 ml / g or more and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume, and further when calcined at 1000 ° C. in the atmosphere. Specific surface area is 100m2It is appropriate that the heat resistant inorganic oxide is not less than / g.
[0089]
In the method for producing the exhaust gas purifying material 1, the slurry has a viscosity of 1 cP to 300 cP, preferably 2 cP to 50 cP. Further, the firing temperature at the time of primary firing after impregnating the support in the acidic oxide precursor solution is suitably 500 ° C to 1000 ° C.
[0090]
The carrier layer 3 provides a high specific surface area by coating the surface of the substrate 2, and is composed of inorganic oxides such as alumina, silica, titania and zirconia, and composite inorganic oxides such as silica and alumina. The
[0091]
The acidic oxide layer 4 suppresses the reaction between the sulfur oxide in the exhaust gas and the support layer 3 or the catalyst component 5, and is composed of an inorganic oxide or a composite inorganic oxide having a higher acidity than the support. .
[0092]
The catalyst component 5 purifies harmful components in the exhaust gas, and is composed of noble metals such as Pt and Pd, non-metals such as Co, Ni, and Cu, or oxides thereof.
[0093]
In the step S1 of coating the surface of the carrier with the acidic oxide layer 4, the acidic oxide is uniformly coated on the surface of the carrier, and the reaction between the sulfur oxide in the exhaust gas and the carrier layer 3 or the catalyst component 5 is effectively suppressed. Is done.
[0094]
Further, a step S2 of coating the carrier layer 3 coated with the acidic oxide on the substrate 2 having a honeycomb structure, and a step of supporting the catalyst component 5 on the surface of the carrier layer 3 coated with the acidic oxide on the substrate 2 In S3, harmful components in the exhaust gas are purified.
[0095]
(Embodiment 2)
The exhaust gas purifying material of Embodiment 2 is the same as that of Embodiment 1 except that the support is activated alumina, the acidic oxide is silica, and the silica precursor is silicon alkoxide. In addition, about the thing similar to FIG. 1, FIG. 2 in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0096]
The carrier layer 3 provides a high specific surface area by coating the surface of the substrate 2.
[0097]
The acidic oxide layer 4 suppresses the reaction between the sulfur oxide in the exhaust gas and the carrier layer 3 or the catalyst component 5.
[0098]
Here, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraptoxysilane, tetrabutoxysilane, or the like is used as the silicon alkoxide.
[0099]
FIG. 3 is a flowchart of the manufacturing process of the exhaust gas purifying material according to the second embodiment.
[0100]
In FIG. 3, S4 is a step of coating the surface of activated alumina (support) with an acidic oxide layer 4, and S5 is a substrate 2 having a honeycomb structure of activated alumina (support layer 3) coated with silica (acidic oxide). Step S6 is a step of supporting the catalyst component 5 on the surface of the activated alumina (support layer 3) coated with silica (acidic oxide) on the substrate 2.
[0101]
In step S4 for coating the surface of the carrier with the acidic oxide layer 4, silica (acidic oxide) is uniformly coated on the surface of the activated alumina (carrier layer 3), and the sulfur oxide in the exhaust gas and the carrier layer 3 or catalyst component The reaction with 5 is effectively suppressed.
[0102]
Further, the step S2 of coating the activated alumina (carrier layer 3) coated with silica (acidic oxide) on the substrate 2 having a honeycomb structure, and the surface of the carrier layer 3 coated with the acidic oxide on the substrate 2 are applied. In step S3 for supporting the catalyst component 5, harmful components in the exhaust gas are purified.
[0103]
(Embodiment 3)
The exhaust gas purification material of Embodiment 3 is implemented except that the support is activated alumina, and the acidic oxide is a composite oxide formed using at least two of silica, alumina, titania, zirconia, and zinc oxide. This is the same as the first embodiment. In addition, about the thing similar to FIGS. 1-3 in Embodiment 1, 2, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0104]
The carrier layer 3 provides a high specific surface area by coating the surface of the substrate 2.
[0105]
The acidic oxide layer 4 suppresses the reaction between the sulfur oxide in the exhaust gas and the support layer 3 or the catalyst component 5, and is formed using at least two or more of silica, alumina, titania, zirconia, and zinc oxide. It is comprised with the complex oxide made. Here, a composite oxide composed of silica and alumina is used, but a composite oxide composed of silica and titania, zirconia and alumina, zinc oxide and titania, or the like is used.
[0106]
The catalyst component 5 purifies harmful components in the exhaust gas, and is composed of noble metals such as Pt and Pd, non-metals such as Co, Ni, and Cu, or oxides thereof.
[0107]
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a cross-sectional view of an exhaust gas purifying material according to Embodiment 4 of the present invention.
[0108]
In FIG. 4, 21 is an exhaust gas purifying material of Embodiment 4, 22 is a substrate having a honeycomb structure, 23 is an alumina layer formed on the surface of the substrate 22, 24 is silica and alumina coated on the surface of the alumina layer 23 A composite oxide layer 25 is a catalyst component supported on the surface of the composite oxide layer 24 made of silica and alumina.
[0109]
About the exhaust gas purification material of Embodiment 4 comprised as mentioned above, the manufacturing method is demonstrated below.
[0110]
FIG. 5 is a flowchart of the manufacturing process of the exhaust gas purifying material according to the fourth embodiment.
[0111]
In FIG. 5, S7 is a step of coating the surface of the alumina layer 23 with a composite oxide layer 24 made of silica and alumina, and S8 is a structure in which the alumina layer 23 covered with the composite oxide layer 24 made of silica and alumina has a honeycomb structure. The step of coating the base material 22, S 9 is the step of supporting the catalyst component 25 on the surface of the alumina layer 23 coated with the composite oxide layer 24 composed of silica and alumina on the base material 22.
[0112]
Hereinafter, each step will be described in detail.
[0113]
(1) A step of coating the surface of the alumina layer 23 with the composite oxide layer 24 made of silica and alumina (S7)
A predetermined amount of a metal salt, which is a starting material for alumina, is added to a solvent and stirred and dissolved. Next, a metal salt solution that is a starting material of silica is added and stirred. Thereafter, it is sufficiently washed, dried, and fired at 400 ° C. to 800 ° C. in the air.
[0114]
(2) A step of coating the substrate 22 having a honeycomb structure with the alumina layer 23 coated with the composite oxide layer 24 made of silica and alumina (S8).
Pure water and a dispersant are added to the alumina layer 23 coated with the composite oxide layer 24 made of silica and alumina to prepare a slurry. After the slurry is diluted to adjust the viscosity, the substrate 22 of the honeycomb structure is dipped and pulled up, and then the excess slurry is removed and dried. The above operation is repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0115]
(3) A step of supporting the catalyst component 25 on the surface of the alumina layer 23 coated with the composite oxide layer 24 composed of silica and alumina on the substrate 22 (S9).
A substrate 22 having a honeycomb structure coated with an alumina layer 23 coated with a composite oxide layer 24 made of silica and alumina was dipped in a solution containing a predetermined amount of a metal salt of catalyst component 25 and an additive and pulled up. Thereafter, excess solution is removed, freeze-dried, and fired to obtain the exhaust gas purifying material 21.
[0116]
Here, the ratio of Al / (Si · Al) of the composite oxide layer 24 made of silica and alumina is 50 to 70, and the film thickness of the composite oxide layer 24 made of silica and alumina is 0.1 μm to 20 μm, The coverage is suitably 80% to 100%. The alumina layer 23 coated with the composite oxide layer 24 made of silica and alumina is suitably 7 wt% to 15 wt% with respect to the base material 22. Furthermore, the carrier of the alumina layer 23 has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement by the adsorption method, the total pore volume was 0.3 ml / g or more, and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more was burned at 60% or more of the total pore volume, and further at 1000 ° C. in the atmosphere. Specific surface area of 100m2It is appropriate that the heat resistant inorganic oxide is not less than / g.
[0117]
In the method for producing an exhaust gas purifying material, the viscosity of the slurry is suitably 1 cP to 300 cP, preferably 2 cP to 50 cP. Further, the temperature at which primary firing is carried out after coating the composite oxide layer 24 composed of silica and alumina on the alumina layer 23 is 400 ° C. to 800 ° C., preferably 500 ° C. to 700 ° C.
[0118]
The alumina layer 23 provides a high specific surface area by coating the surface of the substrate 22. The composite oxide layer 24 made of silica and alumina is for suppressing the reaction between the sulfur oxide in the exhaust gas and the alumina layer 23 or the catalyst component 25.
[0119]
The catalyst component 25 purifies harmful components in the exhaust gas, and is composed of noble metals such as Pt and Pd, non-metals such as Co, Ni, and Cu, or oxides thereof.
[0120]
In the step S7 of coating the surface of the alumina layer 23 with the composite oxide layer 24 made of silica and alumina, the surface of the alumina layer 23 is uniformly coated with the composite oxide layer 24 made of silica and alumina, and the sulfur oxide in the exhaust gas And the alumina layer 23 or the catalyst component 25 are effectively suppressed.
[0121]
Step S8 for coating the substrate 22 having a honeycomb structure with the alumina layer 23 coated with the composite oxide layer 24 composed of silica and alumina, and alumina coated with the composite oxide layer 24 composed of silica and alumina on the substrate 22 In step S9 of supporting the catalyst component 25 on the surface of the layer 23, harmful components in the exhaust gas are purified.
[0122]
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a cross-sectional view of an exhaust gas purifying material according to Embodiment 5 of the present invention.
[0123]
In FIG. 6, 30 is an exhaust gas purifying material according to the fifth embodiment, 31 is a substrate having a honeycomb structure, 32 is an alumina layer formed on the surface of the substrate 31, 33 is titania and silica coated on the surface of the alumina layer 32 The composite oxide layer 34 is a catalyst component supported on the surface of the composite oxide layer 33 made of titania and silica.
[0124]
About the exhaust gas purification material of Embodiment 5 comprised as mentioned above, the manufacturing method is demonstrated below.
[0125]
FIG. 7 is a flowchart of the method of manufacturing the exhaust gas purifying material according to the fifth embodiment.
[0126]
In FIG. 7, S10 is a step of coating the surface of the alumina layer 32 with a composite oxide layer 33 made of silica and titania, and S11 has a honeycomb structure with the alumina layer 32 covered with a composite oxide layer 33 made of silica and titania. The step of coating the substrate 31, S 12 is a step of supporting the catalyst component 34 on the surface of the alumina layer 32 coated with the composite oxide layer 33 composed of silica and titania on the substrate 31.
[0127]
Hereinafter, each step will be described in detail.
[0128]
(1) A step of coating the surface of the alumina layer 32 with the composite oxide layer 33 made of silica and titania (S10)
A predetermined amount of a metal salt which is a starting material of titania is added to a solvent and stirred and dissolved, and then a predetermined amount of alumina is added and further stirred. Next, a metal salt solution that is a starting material of silica is added and stirred. Thereafter, it is sufficiently washed, dried, and fired at 400 ° C. to 800 ° C. in the air.
[0129]
(2) A step of coating the substrate 31 having a honeycomb structure with the alumina layer 32 coated with the composite oxide layer 33 made of silica and titania (S11).
Pure water and a dispersant are added to the alumina layer 32 covered with the composite oxide layer 33 made of silica and titania to prepare a slurry. After the slurry is diluted to adjust the viscosity, the substrate 31 of the honeycomb structure is dipped and pulled up, and then the excess slurry is removed and dried. The above operation is repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0130]
(3) A step of supporting the catalyst component 34 on the surface of the alumina layer 32 coated with the composite oxide layer 33 made of silica and titania on the base material 31 (S12).
A substrate 31 having a honeycomb structure coated with an alumina layer 32 coated with a composite oxide layer 33 made of silica and titania was dipped in a solution containing a predetermined amount of a metal salt of catalyst component 34 and an additive, and pulled up. Thereafter, the excess solution is removed, freeze-dried, and fired to obtain the exhaust gas purification material 30.
[0131]
Here, the ratio of Ti / (Si · Ti) of the composite oxide layer 33 made of silica and titania is 50 to 70, and the thickness of the composite oxide layer 33 made of silica and titania is 0.1 μm to 20 μm, The coverage is suitably 80% to 100%. The alumina layer 32 covered with the composite oxide layer 33 made of silica and titania is suitably 7 wt% to 15 wt% with respect to the base material 31. Furthermore, the carrier of the alumina layer 32 has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement by the adsorption method, the total pore volume was 0.3 ml / g or more, and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more was burned at 60% or more of the total pore volume, and further at 1000 ° C. in the atmosphere. Specific surface area of 100m2It is appropriate that the heat resistant inorganic oxide is not less than / g.
[0132]
In the method for producing an exhaust gas purifying material, the viscosity of the slurry is suitably 1 cP to 300 cP, preferably 2 cP to 50 cP. Further, the temperature at which primary firing is performed after coating the composite oxide layer 33 made of silica and titania on the alumina layer 32 is 400 ° C. to 800 ° C., preferably 500 ° C. to 700 ° C.
[0133]
The alumina layer 32 provides a high specific surface area by coating the surface of the substrate 31.
[0134]
The composite oxide layer 33 made of silica and titania is for suppressing the reaction between the sulfur oxide in the exhaust gas and the alumina layer 32 or the catalyst component 34.
[0135]
The catalyst component 34 purifies harmful components in the exhaust gas, and is composed of a noble metal such as Pt or Pd, a non-metal such as Co, Ni or Cu, or an oxide thereof.
[0136]
In step S10 for coating the surface of the alumina layer 32 with the composite oxide layer 33 made of silica and titania, the surface of the alumina layer 32 is uniformly coated with the composite oxide layer 33 made of silica and titania, and the sulfur oxide in the exhaust gas The reaction between the alumina layer 32 and the catalyst component 34 is effectively suppressed.
[0137]
Step S11 of coating the substrate 31 having a honeycomb structure with the alumina layer 32 coated with the composite oxide layer 33 made of silica and titania, and alumina coated with the composite oxide layer 33 made of silica and titania on the substrate 31 In step S12 in which the catalyst component 34 is supported on the surface of the layer 32, harmful components in the exhaust gas are purified.
[0138]
【Example】
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail.
[0139]
Example 1
(1) A step of coating a silica layer on the surface of activated alumina
A predetermined amount of tetraethoxysilane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is added to 5 L of absolute ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and stirred, 1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is added and stirred for a whole day and then dried. And was fired at 900 ° C. in the air.
[0140]
(2) A process of coating activated alumina coated with silica on a substrate having a honeycomb structure
1800 g of activated alumina coated with silica was added to a mixed solution obtained by adding 720 g of a dispersant (trade name Poise, manufactured by Kao Corporation) to 2.5 L of pure water, and mixed for 20 hours to prepare a slurry. This slurry is diluted with a solution having the same concentration as the above mixed solution so that the powder concentration of the slurry becomes 1/3, and the diluted slurry has a diameter of 5.66 inches, a length of 6 inches, and the number of cells of 400 cells / in.2The cordierite honeycomb structure (manufactured by NGK) was dipped, pulled up, excess slurry was removed by air blow, and then dried at 300 ° C. The above operation was repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0141]
(3) A step of supporting a catalyst component on the surface of activated alumina coated with silica on a substrate.
After immersing the honeycomb structure in a solution obtained by adding a predetermined amount of palladium nitrate and citric acid to 5 L of pure water and pulling it up, the excess solution is removed by air blowing and then dried by freeze-drying. Baked at 600 ° C.
[0142]
Furthermore, after immersing and lifting the honeycomb structure carrying palladium in a solution obtained by dissolving a predetermined amount of dinitrodiaminoplatinum nitric acid solution and citric acid in 5 L of pure water, the excess solution was removed by air blowing, It dried by the freeze-drying method and baked at 600 degreeC in the reducing atmosphere.
[0143]
(Example 2)
1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is added to a predetermined amount of 0.4 mol sodium silicate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and stirred for 2 hours, and then a predetermined amount of 0.4 mol aluminum nitrate aqueous solution is added and further 2 Stir for hours. After thoroughly washing with 5 L of pure water, suction filtration was performed, followed by drying at 100 ° C., followed by firing at 900 ° C. in the atmosphere.
[0144]
Thereafter, an exhaust gas purifying material was produced in the same manner as in Example 1.
[0145]
(Example 3)
1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is added to a predetermined amount of 0.4 mol sodium silicate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and stirred for 2 hours, and then a predetermined amount of 0.4 mol titanium tetrachloride aqueous solution is added. Stir for 2 hours. After thoroughly washing with 5 L of pure water, suction filtration was performed, followed by drying at 100 ° C., followed by firing at 900 ° C. in the atmosphere.
[0146]
Thereafter, an exhaust gas purifying material was produced in the same manner as in Example 1.
[0147]
(Example 4)
(1) The process of coating the surface of activated alumina with a composite oxide layer composed of silica and alumina
A predetermined amount of aluminum nitrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 5 L of pure water, stirred and dissolved, and then 1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours. Next, a predetermined amount of a mixed solution of an aqueous sodium silicate solution and an aqueous sodium hydroxide solution is added to the activated alumina-containing solution all at once, and the mixture is further stirred for 2 hours, thoroughly washed by decantation, dried and dried in the atmosphere. Baked at 600 ° C.
[0148]
(2) A step of coating a substrate having a honeycomb structure with activated alumina coated with a composite oxide layer composed of silica and alumina.
1800 g of activated alumina coated with a composite oxide composed of silica and alumina was added to a mixed solution obtained by adding 720 g of a dispersant (trade name Poise, manufactured by Kao Corporation) to 2.5 L of pure water, and mixed for 20 hours to prepare a slurry. . This slurry is diluted with a solution having the same concentration as the above mixed solution so that the powder concentration of the slurry becomes 1/3, and the diluted slurry has a diameter of 5.66 inches, a length of 6 inches, and the number of cells of 400 cells / in.2The cordierite honeycomb structure (manufactured by NGK) was dipped and pulled up, and then excess slurry was removed by air blowing, followed by drying at 300 ° C. The above operation was repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0149]
(3) A step of supporting a catalyst component on the surface of activated alumina coated with a composite oxide composed of silica and alumina on a substrate.
A honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide consisting of silica and alumina is immersed in a solution obtained by adding a predetermined amount of palladium nitrate and citric acid to 5 L of pure water, and after lifting, the excess solution is air blown. After being removed by the above, it was dried by freeze-drying and baked at 600 ° C. in the atmosphere.
[0150]
Further, a honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide composed of silica and alumina carrying palladium is immersed in a predetermined amount of dinitrodiaminoplatinum nitric acid solution and citric acid dissolved in 5 L of pure water, After pulling up, the excess solution was removed by air blowing, dried by freeze drying, and baked at 600 ° C. in a reducing atmosphere.
[0151]
(Example 5)
(1) A step of coating the surface of activated alumina with a composite oxide layer composed of silica and titania
A predetermined amount of titanium chloride solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 5 L of pure water, stirred and dissolved, and then 1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours. Next, a predetermined amount of an aqueous sodium silicate solution was added to the activated alumina-containing solution all at once, and the mixture was further stirred for 2 hours, thoroughly washed by decantation, dried, and fired at 600 ° C. in the atmosphere.
[0152]
(2) A step of coating a substrate having a honeycomb structure with activated alumina coated with a composite oxide layer composed of silica and titania.
1800 g of activated alumina coated with a composite oxide composed of silica and titania was added to a mixed solution obtained by adding 720 g of a dispersant (trade name Poise, manufactured by Kao Corporation) to 2.5 L of pure water, and mixed for 20 hours to prepare a slurry. . This slurry is diluted with a solution having the same concentration as the above mixed solution so that the powder concentration of the slurry becomes 1/3, and the diluted slurry has a diameter of 5.66 inches, a length of 6 inches, and the number of cells of 400 cells / in.2The cordierite honeycomb structure (manufactured by NGK) was dipped and pulled up, and then excess slurry was removed by air blowing, followed by drying at 300 ° C. The above operation was repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0153]
(3) A step of supporting a catalyst component on the surface of activated alumina coated with a composite oxide composed of silica and titania on a substrate.
A honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide consisting of silica and titania is immersed in a solution obtained by adding a predetermined amount of palladium nitrate and citric acid to 5 L of pure water, and after lifting, the excess solution is air blown. After being removed by the above, it was dried by freeze-drying and baked at 600 ° C. in the atmosphere.
[0154]
Further, a honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide composed of silica and titania supporting palladium is immersed in a solution of a predetermined amount of dinitrodiaminoplatinum nitrate solution and citric acid dissolved in 5 L of pure water, After pulling up, the excess solution was removed by air blowing, dried by freeze drying, and baked at 600 ° C. in a reducing atmosphere.
[0155]
(Comparative Example 1)
1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name TA series) was added to a mixed solution obtained by adding 720 g of a dispersant (made by Kao, trade name Poise) to 2.5 L of pure water, and mixed for 20 hours to prepare a slurry. . This slurry is diluted with a solution having the same concentration as the above mixed solution so that the powder concentration of the slurry becomes 1/3, and the diluted slurry has a diameter of 5.66 inches, a length of 6 inches, and the number of cells of 400 cells / in.2The cordierite honeycomb structure (manufactured by NGK) was dipped and pulled up, and then excess slurry was removed by air blowing, followed by drying at 300 ° C. The above operation was repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0156]
Then, after immersing the honeycomb structure in a solution obtained by adding a predetermined amount of palladium nitrate and citric acid to 5 L of pure water and pulling it up, the excess solution is removed by air blowing, and then dried by freeze drying, Firing was performed at 600 ° C. in the air.
[0157]
Furthermore, after immersing and lifting the honeycomb structure carrying palladium in a solution obtained by dissolving a predetermined amount of dinitrodiaminoplatinum nitric acid solution and citric acid in 5 L of pure water, the excess solution was removed by air blowing, It dried by the freeze-drying method and baked at 600 degreeC in the reducing atmosphere.
[0158]
(Comparative Example 2)
1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name TA series) was added to a mixed solution obtained by adding 720 g of a dispersant (made by Kao, trade name Poise) to 2.5 L of pure water, and mixed for 20 hours to prepare a slurry. . This slurry is diluted with a solution having the same concentration as the above mixed solution so that the powder concentration of the slurry becomes 1/3, and the diluted slurry has a diameter of 5.66 inches, a length of 6 inches, and the number of cells of 400 cells / in.2The cordierite honeycomb structure (manufactured by NGK) was dipped and pulled up, and then excess slurry was removed by air blowing, followed by drying at 300 ° C. The above operation was repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0159]
Then, after immersing the honeycomb structure in a solution obtained by adding a predetermined amount of palladium nitrate and citric acid to 5 L of pure water and pulling it up, the excess solution is removed by air blowing, and then dried by freeze drying, Firing was performed at 600 ° C. in the air.
[0160]
Furthermore, after immersing and lifting the honeycomb structure carrying palladium in a solution obtained by dissolving a predetermined amount of dinitrodiaminoplatinum nitric acid solution and citric acid in 5 L of pure water, the excess solution was removed by air blowing, It dried by the freeze-drying method and baked at 600 degreeC in the reducing atmosphere.
[0161]
Further, a predetermined amount of tetraethoxysilane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was added to 5 L of absolute ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and stirred, impregnated with a honeycomb structure supporting palladium and platinum, dried, and then air Baked at 900 ° C.
[0162]
(Comparative Example 3)
A predetermined amount of sodium silicate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and sodium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) were added to 5 L of pure water, stirred and dissolved, and then 1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical) was added. Stir for 2 hours. Next, a predetermined amount of an aqueous solution of aluminum nitrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to the activated alumina-containing solution all at once, and the mixture is further stirred for 2 hours, sufficiently washed by decantation, dried, and dried in the atmosphere. Baked at 600 ° C. Thereafter, an exhaust gas purifying material was produced in the same manner as in Example 1.
[0163]
(Comparative Example 4)
A predetermined amount of sodium silicate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 5 L of pure water and stirred and dissolved. Then, 1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours. Next, a predetermined amount of an aqueous solution of titanium chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to the activated alumina-containing solution all at once, followed by further stirring for 2 hours, and after sufficient washing by decantation, drying is performed in the atmosphere. Baked at 600 ° C. Thereafter, an exhaust gas purifying material was produced in the same manner as in Example 1.
[0164]
(Comparative Example 5)
A predetermined amount of aluminum nitrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 5 L of pure water and stirred and dissolved. Then, 1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours. Next, a predetermined amount of a mixed solution of an aqueous sodium silicate solution and an aqueous sodium hydroxide solution is added to the activated alumina-containing solution all at once, and further stirred for 2 hours, sufficiently washed by decantation, dried, and dried in the atmosphere. And calcined at 600 ° C.
[0165]
Thereafter, 1800 g of activated alumina coated with a composite oxide composed of silica and alumina is added to a mixed solution obtained by adding 720 g of a dispersant (trade name, Poise made by Kao) to 2.5 L of pure water, and the slurry is mixed for 20 hours. Produced. This slurry is diluted with a solution having the same concentration as the mixed solution of pure water and a dispersant so that the powder concentration of the slurry becomes 1/3. The diameter is 5.66 inches, the length is 6 inches, and the number of cells is 400. Cell / in2The cordierite honeycomb structure (manufactured by NGK) was dipped and pulled up, and then excess slurry was removed by air blowing, followed by drying at 300 ° C. The above operation was repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0166]
Next, a honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide composed of silica and alumina is immersed in a solution obtained by adding a predetermined amount of palladium nitrate and citric acid to 5 L of pure water. After removing by air blowing, the film was dried overnight in a dryer at 100 ° C. and baked at 600 ° C. in the atmosphere.
[0167]
Further, a honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide composed of silica and alumina carrying palladium is immersed in a solution obtained by adding a predetermined amount of dinitrodiaminoplatinum nitrate solution and citric acid to 5 L of pure water. After pulling up, the excess solution was removed by air blow, dried in a dryer at 100 ° C. overnight, and fired at 600 ° C. in a reducing atmosphere.
[0168]
(Comparative Example 6)
A predetermined amount of titanium chloride solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to 5 L of pure water and stirred and dissolved, and then 1800 g of activated alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is added and stirred for 2 hours. Next, a predetermined amount of an aqueous sodium silicate solution was added to the activated alumina-containing solution all at once, and after further stirring for 2 hours, after sufficient washing by decantation, it was dried and fired at 600 ° C. in the atmosphere.
[0169]
Thereafter, 1800 g of activated alumina coated with a composite oxide composed of silica and alumina is added to a mixed solution obtained by adding 720 g of a dispersant (trade name, Poise, manufactured by Kao Corporation) to 2.5 L of pure water, and mixed for 20 hours. Was made. This slurry is diluted with a solution having the same concentration as the mixed solution of pure water and a dispersant so that the powder concentration of the slurry becomes 1/3. The diameter is 5.66 inches, the length is 6 inches, and the number of cells is 400. Cell / in2The cordierite honeycomb structure (manufactured by NGK) was dipped and pulled up, and then excess slurry was removed by air blowing, followed by drying at 300 ° C. The above operation was repeated several times to coat a predetermined amount, and then fired at a predetermined temperature in the atmosphere.
[0170]
Next, a honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide composed of silica and titania is immersed in a solution obtained by adding a predetermined amount of palladium nitrate and citric acid to 5 L of pure water, and then an excess solution Was removed by air blow, dried overnight in a dryer at 100 ° C., and fired at 600 ° C. in the atmosphere.
[0171]
Further, a honeycomb structure coated with alumina coated with a composite oxide composed of silica and titania supporting palladium is immersed in a solution obtained by adding a predetermined amount of dinitrodiaminoplatinum nitrate solution and citric acid to 5 L of pure water. After pulling up, the excess solution was removed by air blow, dried in a dryer at 100 ° C. overnight, and fired at 600 ° C. in a reducing atmosphere.
[0172]
Hereinafter, for the exhaust gas purifying materials manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, a catalytic activity evaluation test and SO2An oxidation ability evaluation test was conducted.
[0173]
Here, the fixed bed flow system reactor for conducting the catalytic activity evaluation test will be described.
[0174]
FIG. 8 is a schematic view of the fixed bed flow system reactor used in the catalytic activity evaluation test.
[0175]
In FIG. 8, 40 is a fixed bed flow system reactor, 41 and 42 are gas flow controllers, 43 is a liquid flow controller, 44 is a vaporizer, 45 is a quartz tube, 46 is an electric furnace, and 47 is quartz wool. 48 is an exhaust gas purifying material, 49 is NDIR CO, CO2A gas analyzer 50 is a gas chromatograph.
[0176]
A catalyst activity evaluation test method performed using the fixed bed flow system reactor 40 configured as described above will be described.
[0177]
After adjusting the nitrogen gas and the dried atmosphere to a predetermined flow rate by the gas flow rate regulator 42 and the hydrocarbon flow rate by the liquid flow rate regulator 43, the hydrocarbon is vaporized at a predetermined concentration by the vaporizer 44, Mix nitrogen gas and dry air. The mixed gas is introduced into the quartz tube 45 and purified by the exhaust gas purifying material 48 placed in the quartz tube 45. Here, the exhaust gas purifying material 48 subjected to the test was cut into a predetermined dimension so that it could be evaluated in the reaction system. In addition, quartz wool 47 is disposed before and after the exhaust gas purifying material 48, and the quartz tube 45 is installed in an electric furnace 46. After that, some of the purified mixed gas is NDIR CO, CO2It is introduced into the gas analyzer 49 and detects the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide.
[0178]
Here, the catalytic activity evaluation test is performed with an oxygen partial pressure of 4% and a space velocity of 30000 h.-1The change in catalyst activity with time was measured under conditions of a hydrocarbon concentration of 350 ppm and an electric furnace 46 temperature of 250 ° C.
[0179]
Thus, the oxidation rate was calculated from (Equation 1) from the measured carbon monoxide concentration and carbon dioxide concentration.
[0180]
[Expression 1]
Figure 0004298071
[0181]
In (Equation 1), PCO is the NDIR carbon monoxide, carbon monoxide concentration value measured by a carbon dioxide gas analyzer, PCO2Is the value of carbon dioxide concentration measured by NDIR carbon monoxide and carbon dioxide gas analyzer, PC is the CO when 100% of hydrocarbons burn2It is a theoretical value of concentration.
[0182]
On the other hand, the other part of the purified mixed gas is introduced into the gas chromatograph 50 through the gas sampling device, and each component of the unreacted hydrocarbon is quantified. The decomposition rate associated with the reaction is determined in advance with the exhaust gas purifying material 48 not disposed, and the hydrocarbon components are determined in advance. The value at this time is defined as 100%, and the unreacted carbonization contained in the purified mixed gas. It calculated from the residual rate of hydrogen.
[0183]
Next, SO2The oxidation ability evaluation test will be described.
[0184]
Figure 9 shows SO2It is the schematic of the reaction apparatus used for the oxidation ability evaluation test.
[0185]
In FIG. 9, 51 is SO.2Reactors for performing an oxidative evaluation test, 52, 53 and 54 are gas flow controllers, 55 is a gas mixer, 56 is a quartz tube, 57 is an electric furnace, 58 is quartz wool, 59 is an exhaust gas purification material, and 60 is NDIR SO2It is a gas analyzer.
[0186]
SO performed using the reactor configured as described above.2The oxidation ability evaluation test method will be described.
[0187]
Nitrogen gas whose flow rate is adjusted by gas flow regulators 52, 53, 54, dry air, SO2Gas (SO2(Concentration = 1000 ppm, balance gas = nitrogen) are mixed in the mixer 55, introduced into the quartz tube 56, and reacted by the exhaust gas purifying material 59 placed in the quartz tube 56. Here, the exhaust gas purifying material 59 to be used for the test was cut into a predetermined size so that it could be evaluated in the reaction system. Further, quartz wool 58 is disposed before and after the exhaust gas purifying material 59, and the quartz tube 56 is installed in an electric furnace 57. After that, the reacted gas is NDIR type SO.2Introduced to gas analyzer 60 and SO2Measure the concentration.
[0188]
Where SO2Oxidation capacity evaluation test was performed with an oxygen partial pressure of 8% and a space velocity of 30000h.-1, SO2The test was carried out under conditions of a concentration of 100 ppm and a temperature in the electric furnace 57 of 400 ° C., and a change in the catalyst activity with time was measured.
[0189]
SO2Oxidizing capacity is determined by SO before being introduced into the quartz tube 56.2Concentration and SO2SO measured by analyzer2The concentration was evaluated.
[0190]
In (Table 1) to (Table 17), the catalyst activity evaluation test and SO in the exhaust gas purifying material 59 produced in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 are shown.2The result of an oxidation ability evaluation test is shown.
[0191]
Table 1 shows the average particle diameter (μm) of activated alumina as a carrier, N2Total pore volume (ml / g) in pore distribution measurement by adsorption method, presence rate of pore volume with pore diameter of 100 mm or more (%), specific surface area after firing at 1000 ° C. in the atmosphere (m2/ G) and the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C.
[0192]
[Table 1]
Figure 0004298071
[0193]
As apparent from (Table 1), the average particle diameter of the activated alumina is 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement by the adsorption method, the total pore volume is 0.3 ml / g or more, the abundance of pore volumes having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more, and the specific surface area after firing at 1000 ° C. in the atmosphere is 100 m.2/ G or more, the purification rate of hydrocarbons was 80% or more. On the other hand, when activated alumina outside the above range was used, the hydrocarbon purification rate was 40% to 60%. Thus, it was found that when activated alumina in the above range was used, a highly active exhaust gas purification material was obtained.
[0194]
Table 2 shows the relationship between the coating amount (wt%) on the carrier base material and the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C.
[0195]
[Table 2]
Figure 0004298071
[0196]
As is clear from this (Table 2), when the carrier coated with the acidic oxide on the substrate is 7 wt% to 15 wt%, the hydrocarbon purification rate is 85%, and the coverage outside the above range is 45% to It was found that the purification rate of hydrocarbons was higher than that of 60%.
[0197]
Table 3 shows the relationship between the coating amount (wt%) of the composite oxide composed of silica and alumina on the base material and the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C.
[0198]
[Table 3]
Figure 0004298071
[0199]
As apparent from this (Table 3), the coating amount of the composite oxide composed of silica and alumina with respect to alumina is 7 wt% to 15 wt%, and the hydrocarbon purification rate is as high as 95% to 96%, which is outside the above range. It is clear that the coating amount is as low as 48% to 60%.
[0200]
Next, (Table 4) shows the relationship between the coating amount (wt%) of the composite oxide composed of silica and titania on the base material and the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C.
[0201]
[Table 4]
Figure 0004298071
[0202]
As is clear from this (Table 4), the coating amount of the composite oxide composed of silica and titania on alumina is 7 wt% to 15 wt%, and the hydrocarbon purification rate is as high as 93% to 95%, which is outside the above range. It is clear that the coating amount is as low as 50% to 59%.
[0203]
Next, (Table 5) shows the relationship between the viscosity (cP) of the slurry of the carrier coated with the acidic oxide and the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C.
[0204]
[Table 5]
Figure 0004298071
[0205]
As is clear from this (Table 5), in the method for producing an exhaust gas purifying material, the viscosity of the carrier slurry coated with acidic oxide is 1 cP to 300 cP, and the hydrocarbon purification rate is 70% to 85%, It has been found that the purification rate of hydrocarbons is high as compared with 50% to 55% of the viscosity of the slurry outside the range.
[0206]
Next, (Table 6) shows the relationship between the viscosity (cP) of the slurry of the carrier coated with the composite oxide composed of silica and alumina and the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C.
[0207]
[Table 6]
Figure 0004298071
[0208]
As is clear from this (Table 6), when the viscosity of the slurry of the carrier coated with the composite oxide composed of silica and alumina is 1 cP to 300 cP, the purification rate of hydrocarbon is 70% to 96%, and is outside the above range. It was found that the purification rate of hydrocarbons was higher than that of 53% to 54% of the viscosity of the slurry.
[0209]
Table 7 shows the relationship between the viscosity (cP) of the support slurry coated with the composite oxide composed of silica and titania and the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C.
[0210]
[Table 7]
Figure 0004298071
[0211]
As is clear from this (Table 7), when the viscosity of the slurry of the carrier coated with the composite oxide composed of silica and titania is 1 cP to 300 cP, the hydrocarbon purification rate is 82% to 96%, which is outside the above range. It was found that the purification rate of hydrocarbons was higher than that of 51% to 55% of the viscosity of the slurry.
[0212]
Next, (Table 8) shows silica starting materials, hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C., and SO at 400 ° C.2The relationship with the oxidation rate (%) was shown.
[0213]
[Table 8]
Figure 0004298071
[0214]
As is clear from this (Table 8), when silica is formed in the production of exhaust gas purification material, when silicon alkoxide is used as a starting material, the hydrocarbon purification rate is as high as 85%, and SO2It was found that the oxidation effect of sulfuric acid to sulfuric acid mist was 15% and the suppression effect was large. In addition, when silica sol is used as a starting material, the purification rate of hydrocarbons is 75%, SO2When sodium silicate is used, the hydrocarbon purification rate is 50%, SO2The oxidation rate of was 40%.
[0215]
Next, (Table 9) shows silica starting materials, alumina starting materials and hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C. and SO at 400 ° C.2The relationship with the oxidation rate (%) was shown.
[0216]
[Table 9]
Figure 0004298071
[0217]
As is clear from this (Table 9), when forming a composite oxide consisting of silica and alumina in the method for producing an exhaust gas purifying material, sodium silicate was used as the starting material, and aluminum nitrate was used as the alumina. If the hydrocarbon purification rate is as high as 97%, SO2It was found that the effect of inhibiting the oxidation of sulfuric acid to sulfuric acid mist was 9%, which was a great suppression effect. On the other hand, when the silica content is sodium silicate, the alumina content is sodium hydroxide, the silica content is silica sol, the alumina content is aluminum nitrate, and the silica content is silica sol, the alumina content. When water alumina is used, the hydrocarbon purification rate is 50% to 71%, SO2The oxidation rate was 25% to 40%.
[0218]
(Table 10) shows silica starting materials, titania starting materials and hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C and SO at 400 ° C.2The relationship with the oxidation rate (%) was shown.
[0219]
[Table 10]
Figure 0004298071
[0220]
As is clear from this (Table 10), when forming a composite oxide composed of silica and titania in the method for producing an exhaust gas purifying material, sodium silicate was used as the starting material, and titanium chloride was used as the titania content. The hydrocarbon purification rate is as high as 96% and SO2It was found that the effect of inhibiting the oxidation of sulfuric acid to sulfuric acid mist was 9%, which was a great suppression effect. On the other hand, when the silica component is sodium silicate, the titania component is titanium sulfate, or the silica component is silica sol, the titania component is titanium chloride, the silica component is silica sol, and the titania component is sulfuric acid. When titanium is used, the hydrocarbon purification rate is 62% to 75%, SO2The oxidation rate was 35% to 42%.
[0221]
Next, (Table 11) shows the ratio of Al / (Si · Al) of the composite oxide composed of silica and alumina, the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C., and the SO at 400 ° C.2The relationship with the oxidation rate (%) was shown.
[0222]
[Table 11]
Figure 0004298071
[0223]
Table 12 shows the ratio of Ti / (Si · Ti) of the composite oxide composed of silica and titania, hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C., and SO at 400 ° C.2The relationship with the oxidation rate (%) was shown.
[0224]
[Table 12]
Figure 0004298071
[0225]
From (Table 11) and (Table 12), the ratio of Al / (Si · Al) of the composite oxide composed of silica and alumina and the ratio of Ti / (Si · Ti) of the composite oxide composed of silica and titania. Of 40 to 80, the purification rate of hydrocarbon is 90% or more, SO2As a result, it was found that the oxidation of sulfuric acid into sulfuric acid mist was 10% or less, and the suppression effect was large. On the other hand, outside the range, the hydrocarbon purification rate is 51% to 53%, SO2The oxidation rate of was 41% to 44%.
[0226]
Next, in (Table 13), the primary firing temperature in the case of forming the acidic oxide in Examples 1 to 5, the hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C., and the SO at 400 ° C.2The relationship with the oxidation rate (%) was shown.
[0227]
[Table 13]
Figure 0004298071
[0228]
As is clear from this (Table 13), from Examples 1 to 3, when the firing temperature at the time of primary firing in the case of forming an acidic oxide in the production of exhaust gas purification material is 500 ° C. to 1000 ° C., The purification rate is as high as 80% or more, SO2It has been found that the oxidation effect of sulfuric acid to sulfuric acid mist is 20% or less, and the suppression effect is large. At a firing temperature outside the above range, the hydrocarbon purification rate is 52% to 55%, SO2The oxidation rate was 40% to 46%.
[0229]
  From Example 4, the firing temperature at the time of primary firing when forming a composite oxide composed of silica and alumina is400 ° CAt ˜800 ° C., the hydrocarbon purification rate is as high as 91% or more, SO2As a result, it was found that the oxidation of sulfuric acid into sulfuric acid mist was 10% or less, and the suppression effect was large. At a calcination temperature outside the above range, the hydrocarbon purification rate is 55% to 59%, SO2The oxidation rate of was 37% to 41%.
[0230]
  From Example 5, the firing temperature at the time of primary firing in the case of forming a composite oxide composed of silica and titania is400 ° CAt ˜800 ° C., the hydrocarbon purification rate is as high as 90% or more, and SO2As a result, it was found that the oxidation of sulfuric acid into sulfuric acid mist was 10% or less, and the suppression effect was large. At a calcination temperature outside the above range, the hydrocarbon purification rate is 56% to 61%, SO2The oxidation rate was 42% to 45%.
[0231]
Next, (Table 14) shows the exhaust gas when the substrate coated with the carrier layer is impregnated in a solution containing a catalyst component and then formed using a freeze-drying method and when formed using a dryer. About purification material, hydrocarbon purification rate (%) at 250 ° C and SO at 400 ° C2The oxidation rate (%) of was shown.
[0232]
[Table 14]
Figure 0004298071
[0233]
As is clear from this (Table 14), comparing the case of using the freeze-drying method with the case of using a dryer, SO2Although there was no significant difference in the oxidation rate, the purification rate of hydrocarbons was clearly higher when the freeze-drying method was used, and it was found that a highly active exhaust gas purification material could be obtained.
[0234]
Next, (Table 15), Examples 1-3, (Table 16), Examples 4, 5 and (Table 17), the coating amount when forming the acidic oxide in Comparative Examples 1-4 (wt) %), Film thickness (μm), coverage (%), hydrocarbon purification rate at 250 ° C. (%), and SO at 400 ° C.2The oxidation rate (%) of was shown.
[0235]
[Table 15]
Figure 0004298071
[0236]
[Table 16]
Figure 0004298071
[0237]
[Table 17]
Figure 0004298071
[0238]
As apparent from Tables 15 to 17, from Examples 1 to 3, the coating amount of the acidic oxide on the carrier is 6 wt% to 10 wt%, and the thickness of the acidic oxide layer is 0.1 μm to 20 μm, coverage on carrier is 80% to 100%, hydrocarbon purification rate is 84% or more, SO2The oxidation rate of was 13% or less. On the other hand, when it is outside the above range, the hydrocarbon purification rate is 46% to 56%, SO2The oxidation rate was 39% to 45%.
[0239]
Further, from Comparative Example 1, when no acidic oxide is present, the purification rate of hydrocarbons is 65%, SO2The oxidation rate of was 51%. Thereby, it turned out that the purification rate of a hydrocarbon and the oxidation inhibitory effect to a sulfuric acid mist are favorable by presence of an acidic oxide.
[0240]
Furthermore, from Comparative Example 2, the exhaust gas purification material produced by the production method of Comparative Example 2 has a hydrocarbon purification rate of 69% to 71%, SO2The oxidation rate of the hydrocarbon is 25% to 26%, the purification rate of the hydrocarbons of Examples 1 to 5 is 84% or more, SO2It was found that the performance of the exhaust gas purification material was inferior compared with the oxidation rate of 13% or less.
[0241]
From Examples 4 and 5, the coating amount of the composite oxide on the support is 6 wt% to 10 wt%, the thickness of the acidic oxide layer is 0.1 μm to 20 μm, the coverage on the support is 80% to 100%, and the hydrocarbon The purification rate is over 94%, SO2The oxidation rate of was 9% or less. On the other hand, when it is outside the above range, the hydrocarbon purification rate is 46% to 56%, SO2The oxidation rate was 39% to 45%.
[0242]
When Example 4 and Comparative Example 3 are compared, in Example 4, the hydrocarbon purification rate is 94% or more, SO2The oxidation rate of 9% or less is high, the hydrocarbon purification rate in Comparative Example 3 is 84% to 86%, SO2It has been found that an exhaust gas purifying material having a higher activity can be obtained compared with an oxidation rate of 13% or less.
[0243]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the following excellent effects can be realized.
[0247]
  According to the exhaust gas purifying material according to claim 1 of the present invention, the base material, the carrier layer formed on the surface of the base material, and the surface of the carrier layer were fired at 500 ° C. to 1000 ° C. and coated. An acidic oxide layer; and a catalyst component supported on the surface of the acidic oxide layer. The base material is impregnated in a slurry of the carrier coated with the acidic oxide layer, and calcined. A carrier layer coated with the acidic oxide layer is formed thereon, and the acidic oxide layer is silica starting from silicon alkoxide (precursor), and the base material is coated with the acidic oxide. The carrier is 7 wt% to 15 wt%, the viscosity of the slurry of the carrier coated with the acidic oxide is 1 cP to 300 cP, the coating amount of the acidic oxide on the carrier is 6 wt% to 10 wt%, and the acidic oxidation The thickness of the physical layer is 0.1 μm ~ 0 .mu.m, wherein from 80% to 100% coverage of the acidic oxide to the carrier, the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 m to 10 m, N2In the pore distribution measurement method by the adsorption method, the total pore volume is 0.3 ml / g or more and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume.After firing at 1000 ° C in the atmosphereSpecific surface area is 100m2/ G or more of heat-resistant inorganic oxide, so it is not easily poisoned by sulfur oxides even in the presence of sulfur oxides. The advantageous effect that it can be obtained. Moreover, according to the exhaust gas purifying material according to claim 2 of the present invention, the base material, the carrier layer formed on the surface of the base material, and the surface of the carrier layer are fired at 400 ° C. to 800 ° C. for coating. And the surface of the acidic oxide layer is covered with the carrier layer.GroupAnd impregnating the base material in a slurry of the carrier coated with the acidic oxide layer. Forming a carrier layer coated with the acidic oxide layer on the substrate, and the acidic oxide layer is a composite oxide formed using silica and alumina, or silica and titania, and the composite When the oxide is composed of silica and alumina, the silica is sodium silicate as the starting material, the alumina is aluminum nitrate and the Al / (Si · Al) ratio is 40 to 80, and the composite oxide is silica and In the case of titania, the starting material is silica with sodium silicate and titania with titanium chloride, and the ratio of Ti / (Si · Ti) is 40 to 80. The carrier coated with the complex oxide is 7 wt% to 15 wt%, the viscosity of the slurry of the carrier coated with the complex oxide is 1 cP to 300 cP, and the coating amount of the complex oxide on the carrier is 6 wt% 10 wt%, the thickness of the acidic oxide layer is 0.1 μm to 20 μm, the coverage of the composite oxide with respect to the carrier is 80% to 100%, and the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, N2In the pore distribution measurement method by the adsorption method, the total pore volume is 0.3 ml / g or more and the pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume.After firing at 1000 ° C in the atmosphereSpecific surface area is 100m2It is an exhaust gas purifying material characterized by comprising a heat-resistant inorganic oxide of / g or more, and is advantageous in that it is not easily poisoned by sulfur oxide even in the presence of sulfur oxide and has excellent durability. In addition to the effect, an advantageous effect that the hydrocarbons in the exhaust gas can be efficiently purified is obtained.
[0248]
Since a carrier having a total pore volume of 0.3 ml / g or more and a pore volume having a pore diameter of 100 mm or more is 60% or more of the total pore volume, it has a bimodal structure and has a catalytic active surface area. And the purification efficiency is increased.
[0249]
With the bimodal structure of the support, it is possible to prevent the catalyst particles from sintering and to improve the durability of the catalytic activity.
[0250]
The specific surface area of the carrier is 100m2Since the amount is more than / g, the details are unknown, but the effect that the hydrocarbon can be efficiently oxidatively decomposed by the spillover phenomenon or the like is obtained.
[0251]
It is advantageous in that it is less susceptible to sulfur oxide poisoning and has excellent durability due to the repulsive action of the sulfur oxide and the composite oxide layer using at least two of silica, alumina, titania, zirconia and zinc oxide. An effect is obtained.
[0252]
acidSince the functional oxide layer is silica having silicon alkoxide as a precursor, SilicaBy using elemental alkoxide, an advantageous effect that a uniform silica coating layer can be formed on the support by a simple method called impregnation is obtained.
[0253]
acidSince the functional oxide layer is a composite oxide composed of silica with sodium silicate as a precursor and alumina with aluminum nitrate as a precursor, SilicaAn advantageous effect is obtained in that an acidic oxide is formed using sodium acid and aluminum nitrate, and a uniform coating layer made of silica and alumina can be formed on the support by a simple method called impregnation.
[0254]
acidThe ratio of Al / (Si · Al) in the composite oxide composed of silica and alumina in the conductive oxide layer is 40-80., SulfurThe yellow oxide and the composite oxide repel each other between acids, so that an advantageous effect is obtained that the sulfur oxide is less likely to approach the catalyst component and the support layer.
[0255]
acidThe oxide layer is a composite oxide composed of silica with sodium silicate as a precursor and titania with titanium chloride as a precursor.,saltAn advantageous effect is obtained in that an acidic oxide is formed using titanium fluoride and sodium silicate, and a uniform coating layer composed of silica and titania can be formed on the support by a simple method called an impregnation method.
[0256]
ShiSince the ratio of Ti / (Si · Ti) in the composite oxide consisting of Rica and Titania is 40-80, SulfurThe yellow oxide and the composite oxide repel each other between acids, so that an advantageous effect is obtained that the sulfur oxide is less likely to approach the catalyst component and the support layer.
[0259]
  The present inventionExcretionAccording to the method for producing a gas purification material, a carrier is added to an aluminum nitrate aqueous solution, mixed and stirred, a mixed solution of an aqueous sodium silicate solution and an aqueous sodium hydroxide solution is added, and a composite oxide composed of silica and alumina is formed on the surface of the carrier. After impregnating the precursor, primary firing is performed and the surface of the support is coated with a composite oxide composed of silica and alumina. Then, a slurry of the support coated with the composite oxide is produced, and then the substrate is impregnated in the slurry. Secondary firing to form a carrier layer coated with the composite oxide layer on the substrate, and then the substrate coated with the carrier layer is impregnated in a solution containing the catalyst component and then subjected to tertiary firing. When alumina is added to the acidic solution, aggregation at the isoelectric point (pH = 8 to 10) of alumina can be suppressed, and a composite oxide layer composed of silica and alumina can be uniformly formed on alumina. Advantageous effect that can be obtained.
[0261]
  The present inventionExcretionAccording to the method for producing a gas purification material, a carrier is added to a titanium chloride aqueous solution, mixed and stirred, then a sodium silicate aqueous solution is added, and the surface of the carrier is impregnated with a composite oxide precursor composed of silica and titania. After primary firing and coating the surface of the support with a composite oxide composed of silica and titania, a slurry of the support coated with the composite oxide is prepared, the substrate is impregnated in the slurry, and then subjected to secondary firing. Since a support layer coated with a composite oxide layer is formed on a substrate, and then the substrate coated with the support layer is impregnated in a solution containing a catalyst component, and then subjected to tertiary firing.,acidWhen alumina is added to the aqueous solution, it is possible to suppress aggregation at an isoelectric point (pH = 8 to 10) of alumina and to uniformly form a composite oxide layer composed of titania and silica on alumina. Effects can be obtained.
[0263]
acidSince the viscosity of the support slurry coated with the conductive oxide is 1 cP to 300 cP, EasyA uniform coating layer can be formed on the substrate by a simple method, and an advantageous effect that hydrocarbons in exhaust gas can be efficiently purified is obtained.
[0264]
  After impregnating the support in the solution of the precursor of the acidic oxide, primary firing is performed to coat the surface of the support with the acidic oxide layer.The firing temperature during primary firing is500 ° C to 1000 ° CIsso,The advantageous effect that the repulsive action between sulfur oxide which is acidic gas and acidic oxide is favorable is acquired.
[0265]
  After impregnating the support with the complex oxide precursor,Because the firing temperature during primary firing is 400 ° C to 800 ° C,acidThe repulsive action between the sulfur oxide, which is a reactive gas, and the composite oxide is good, and an advantageous effect of excellent durability is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an exhaust gas purifying material according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of an exhaust gas purification material manufacturing process according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of an exhaust gas purification material manufacturing process according to the second embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an exhaust gas purifying material according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of an exhaust gas purification material manufacturing process according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an exhaust gas purifying material according to Embodiment 5 of the present invention.
7 is a flowchart of a manufacturing process of an exhaust gas purifying material according to Embodiment 5. FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram of a fixed bed flow system reactor used in a catalyst activity evaluation test.
FIG. 9 SO2Schematic diagram of the reactor used in the oxidation capacity evaluation test
[Explanation of symbols]
1 Exhaust gas purification material
2 Base material
3 Carrier layer
4 Acid oxide layer
5 Catalyst component
21 Exhaust gas purification material
22 Base material
23 Alumina layer
24 Complex oxide layer
25 Catalyst component
30 Exhaust gas purification material
31 Substrate
32 Alumina layer
33 Complex oxide layer
34 Catalyst component
40 Fixed bed flow system reactor
41, 42 Gas flow regulator
43 Liquid flow regulator
44 Vaporizer
45 Quartz tube
46 Electric furnace
47 Quartz wool
48 Exhaust gas purification material
49 NDIR CO, CO2Gas analyzer
50 Gas chromatograph
51 reactor
52, 53, 54 Gas flow regulator
55 Gas mixer
56 quartz tube
57 electric furnace
58 quartz wool
59 Exhaust gas purification material
60 NDIR SO2Gas analyzer

Claims (3)

基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に500℃〜1000℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が珪素アルコキシドを出発原料(前駆体)とするシリカであり、前記基材に対し前記酸性酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記酸性酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する前記酸性酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなることを特徴とする排ガス浄化材。A base material, a carrier layer formed on the surface of the base material, an acidic oxide layer coated on the surface of the carrier layer by baking at 500 ° C. to 1000 ° C., and supported on the surface of the acidic oxide layer A catalyst layer, and the carrier slurry coated with the acidic oxide layer is impregnated with the substrate and baked to form a carrier layer coated with the acidic oxide layer on the substrate, The acidic oxide layer is silica using silicon alkoxide as a starting material (precursor), and the support obtained by coating the acidic oxide with respect to the base material is 7 wt% to 15 wt%, and covers the acidic oxide. The carrier slurry has a viscosity of 1 cP to 300 cP, the acidic oxide coating amount on the carrier is 6 wt% to 10 wt%, the acidic oxide layer has a film thickness of 0.1 μm to 20 μm, Acid oxide coverage Is 80% to 100%, the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, a total pore volume of 0.3 ml / g or more in the pore distribution measurement method by the N 2 adsorption method, and a fine particle size. Exhaust gas purification characterized by comprising a heat-resistant inorganic oxide having a pore volume of 100 mm or more with a pore volume of 60% or more of the total pore volume, and a specific surface area after firing at 1000 ° C. in the atmosphere of 100 m 2 / g or more. Wood. 基材と、前記基材表面に形成された担体層と、前記担体層の表面に400℃〜800℃で焼成して被覆された酸性酸化物層と、前記酸性酸化物層の表面に前記担体層で被覆された基材を触媒成分を含有する溶液中に含浸した後凍結乾燥後焼成して担持された触媒成分と、を備え、前記酸性酸化物層を被覆した前記担体のスラリー中に前記基材を含浸し焼成して前記基材上に前記酸性酸化物層を被覆した担体層を形成し、前記酸性酸化物層が、シリカとアルミナ、あるいはシリカとチタニアを用いて形成された複合酸化物であり、前記複合酸化物がシリカとアルミナからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをアルミナは硝酸アルミニウムを用いAl/(Si・Al)の比率を40〜80にしたものであり、前記複合酸化物がシリカとチタニアからなる場合は出発原料としてシリカは珪酸ナトリウムをチタニアは塩化チタンを用いTi/(Si・Ti)の比率を40〜80にしたものであり、前記基材に対し前記複合酸化物を被覆した前記担体が7wt%〜15wt%であり、前記複合酸化物を被覆した前記担体のスラリーの粘度が1cP〜300cPであり、前記担体に対する前記複合酸化物の被覆量が6wt%〜10wt%、前記酸性酸化物層の膜厚が0.1μm〜20μm、前記担体に対する複合酸化物の被覆率が80%〜100%であり、前記担体層の担体が、平均粒子径が1μm〜10μm、N吸着法による細孔分布測定法において全細孔容積が0.3ml/g以上で、かつ細孔直径100Å以上の細孔容積が全細孔容積の60%以上、更に大気中1000℃で焼成後の比表面積が100m/g以上の耐熱性無機酸化物からなることを特徴とする排ガス浄化材。A base material, a carrier layer formed on the surface of the base material, an acidic oxide layer coated on the surface of the carrier layer by baking at 400 ° C. to 800 ° C., and the carrier on the surface of the acidic oxide layer wherein the coated substrate with a layer and a supported catalyst component was fired after lyophilization was impregnated with a solution containing a catalyst component, a slurry of the carrier coated with the acidic oxide layer A composite layer formed by impregnating and firing a base material to form a carrier layer coated with the acidic oxide layer on the base material, and the acidic oxide layer formed using silica and alumina or silica and titania. In the case where the composite oxide is composed of silica and alumina, the silica is sodium silicate as the starting material, the alumina is aluminum nitrate, and the ratio of Al / (Si · Al) is 40 to 80. Composite oxide And titania, the starting material is sodium silicate, titania is titanium chloride, and the Ti / (Si · Ti) ratio is 40-80, and the base material is coated with the composite oxide. The support is 7 wt% to 15 wt%, the viscosity of the support slurry coated with the composite oxide is 1 cP to 300 cP, and the coverage of the composite oxide on the support is 6 wt% to 10 wt%, The film thickness of the acidic oxide layer is 0.1 μm to 20 μm, the coverage of the composite oxide with respect to the carrier is 80% to 100%, the carrier of the carrier layer has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, and N 2 adsorption in total pore volume in a pore distribution measurement method by law 0.3 ml / g or more and more pore volume of pores having a pore diameter of 100Å is less than 60% of the total pore volume, further atmospheric 1000 ° C. Exhaust gas purification material, wherein the specific surface area after calcination consists of 100 m 2 / g or more refractory inorganic oxides. 前記担体がアルミナ、または活性アルミナであることを特徴とする請求項1または2に記載の排ガス浄化材。  The exhaust gas purification material according to claim 1 or 2, wherein the carrier is alumina or activated alumina.
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