JP5601957B2 - Aluminum titanate honeycomb structure - Google Patents
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Description
本発明は、チタン酸アルミニウム質ハニカム構造体に関する。 The present invention relates to an aluminum titanate honeycomb structure.
ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスを浄化するために、その内部に排ガスを通過させることによって、排ガスに含まれる微細なカーボン粒子等の粒子状物質を捕集するセラミックハニカムフィルタが用いられている。従来、セラミックハニカムフィルタとしては、例えば、コージェライト等のセラミック材料からなるハニカム構造体の表面に、活性アルミナ等の高比表面積材料と白金等の触媒金属とを担持したものが提案されている。 In order to purify exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, a ceramic honeycomb filter that collects particulate matter such as fine carbon particles contained in the exhaust gas by passing the exhaust gas inside is used. ing. Conventionally, a ceramic honeycomb filter has been proposed in which a honeycomb structure made of a ceramic material such as cordierite is loaded with a high specific surface area material such as activated alumina and a catalytic metal such as platinum.
また、ハニカム構造体を構成するセラミック材料として、近年、チタン酸アルミニウムの使用が検討されており、その産業上の利用価値が高まりつつある。 In recent years, the use of aluminum titanate has been studied as a ceramic material constituting the honeycomb structure, and its industrial utility value is increasing.
チタン酸アルミニウムの製造方法としては、少なくともアルミニウム源粉末及びチタン源粉末を含み、必要に応じてケイ素源粉末やマグネシウム源粉末などを含む原料混合物を成形し、焼成する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、原料混合物として、更に、有機バインダ、造孔材などの有機添加物を含むものを用い、この原料混合物のグリーン成形体を酸素含有雰囲気下にて150〜900℃で加熱することにより有機添加物を除去した後、1300℃以上で焼成する方法も知られている(特許文献1の段落0031〜0032)。 As a method for producing aluminum titanate, a method is known in which at least an aluminum source powder and a titanium source powder are contained, and a raw material mixture containing a silicon source powder, a magnesium source powder, or the like is formed and fired as necessary (for example, , See Patent Document 1). Further, as a raw material mixture, a material containing organic additives such as an organic binder and a pore former is used, and the green molded body of this raw material mixture is heated at 150 to 900 ° C. in an oxygen-containing atmosphere to add the organic material. A method of firing at 1300 ° C. or higher after removing an object is also known (paragraphs 0031 to 0032 of Patent Document 1).
近年、セラミックハニカムフィルタの排ガス浄化性能の向上のために、複数のセルを隔てる隔壁の気孔率を増加させて通気性を確保した上で、セルの入口と出口を交互に目封じして排ガスが隔壁を通過する構造とした、ウォールフロー型のハニカム構造体が多く検討されている。 In recent years, in order to improve the exhaust gas purification performance of ceramic honeycomb filters, the porosity of partition walls separating a plurality of cells is increased to ensure air permeability, and the exhaust and Many wall-flow honeycomb structures having a structure that passes through the partition walls have been studied.
図5は、従来のウォールフロー型のハニカム構造体の一例を示す部分断面図である。図5では、ハニカム構造体の中心部付近の断面構造を示している。図4に示すように、ハニカム構造体20は、複数のセル22(22a及び22b)が多孔質の隔壁24を隔てて並設された構造を有している。また、セル22は、その両端の開口部のうちの一方が目封止されており、セル22aでは排ガス(図中の矢印)の入口側(端面F1側)に目封止部26が設けられ、セル22bでは排ガスの出口側(端面F2側)に目封止部26が設けられている。そして、ハニカム構造体20では、セル22aとセル22bとが交互に配置されているため、ハニカム構造体20を通り抜ける排ガスは、多孔質の隔壁24を通過してから排気されることとなる。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an example of a conventional wall flow type honeycomb structure. FIG. 5 shows a cross-sectional structure near the center of the honeycomb structure. As shown in FIG. 4, the
このような構造のハニカム構造体20において、入口側に供給された排ガスは、ハニカム構造体20の中央部付近を流れやすく、図中に矢印で流れを示したように、中央部に近いセル22aほど、内部に流入して隔壁24を通過する排ガスの量が多くなる。そのため、中央部に近いセル22aほど排ガスに含まれる微細なカーボン粒子等の粒子状物質を捕集する頻度が高くなり、粒子状物質の堆積により隔壁24の目詰まりが生じたり、熱劣化が生じやすいという問題がある。
In the
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、内部を通過する排ガスの流れを均一化することができ、局部的なセルの劣化を抑制することが可能なハニカム構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can make the flow of exhaust gas passing through the inside uniform, and can suppress local cell deterioration. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、二つの端面の間を連通する複数のセルが形成されるように配置された多孔質の隔壁と、上記複数のセルのそれぞれの両端開口部のうち一方を目封止する複数の目封止部と、上記隔壁の気孔を形成する表面に層状に担持された、触媒を含有する触媒層と、を備えるチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体であって、ハニカム構造体の中央部の上記セルに形成された上記目封止部の、上記セルの連通方向に垂直なセル内部側の面位置が、ハニカム構造体の周縁部の上記セルに形成された上記目封止部の面位置よりも、セル内部側に位置している、チタン酸アルミニウム質ハニカム構造体を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a porous partition wall disposed so as to form a plurality of cells communicating between two end faces, and an opening at each end of each of the plurality of cells. An aluminum titanate honeycomb structure comprising: a plurality of plugged portions that plug one side; and a catalyst layer containing a catalyst that is supported in a layered manner on a surface that forms pores of the partition wall, The surface position of the plugging portion formed in the cell in the center of the honeycomb structure on the cell inner side perpendicular to the cell communication direction is formed in the cell in the peripheral portion of the honeycomb structure. Provided is an aluminum titanate honeycomb structure that is located on the inner side of the cell than the surface position of the plugged portion.
かかるチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体によれば、中央部のセルに形成された目封止部の面位置を、周縁部のセルに形成された目封止部の面位置よりもセル内部側とすることにより、周縁部のセルと比較して中央部のセルにおける排ガスの通過抵抗を高くすることができる。このように通過抵抗に勾配を設けることにより、中央部のセルに流入する排ガスの量を抑制することができ、ハニカム構造体の全体での排ガスの流れを均一化することができる。また、これによって、中央部のセルのみが集中的に劣化することを抑制することができ、ハニカム構造体の排ガス浄化性能を長期的に維持することができる。 According to such an aluminum titanate honeycomb structure, the surface position of the plugged portion formed in the cell in the central portion is set to the cell inner side with respect to the surface position of the plugged portion formed in the peripheral cell. By doing, the passage resistance of the exhaust gas in the center cell can be increased as compared with the peripheral cell. By providing a gradient in the passage resistance in this way, the amount of exhaust gas flowing into the central cell can be suppressed, and the exhaust gas flow in the entire honeycomb structure can be made uniform. Moreover, it can suppress that only the cell of a center part deteriorates intensively by this, and can maintain the exhaust gas purification performance of a honeycomb structure for a long term.
なお、本発明において、セルの連通方向に垂直なセル内部側の面位置とは、複数のセルのそれぞれを目封止する複数の目封止部の、隔壁に接しない2つの面のうち、セル内部側の方の面の位置を意味する。セル内部側とは、端面から遠い側であって、セルの連通方向の中心側を意味する。なお、目封止部の隔壁に接しない2つの面のうちの他方の面、すなわちセル外部側の面は、その面位置がハニカム構造体の端面と揃った状態であってもよいし、端面よりもセル内部側に位置していてもよい。 In the present invention, the surface position on the inner side of the cell perpendicular to the direction of cell communication is, among the two surfaces not in contact with the partition walls, of the plurality of plugged portions that plug each of the plurality of cells. It means the position of the surface on the inner side of the cell. The cell inner side means a side far from the end face and the center side in the cell communication direction. The other surface of the two surfaces not in contact with the partition wall of the plugged portion, that is, the surface outside the cell may be in a state where the surface position is aligned with the end surface of the honeycomb structure. It may be located on the inner side of the cell.
本発明のチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体においては、ハニカム構造体の中央部の上記セルに形成された上記目封止部の配置位置が、ハニカム構造体の周縁部の上記セルに形成された上記目封止部の配置位置よりも、セル内部側に位置していてもよい。 In the aluminum titanate honeycomb structure of the present invention, the arrangement position of the plugging portions formed in the cells in the central portion of the honeycomb structure is the above-described cells formed in the cells in the peripheral portion of the honeycomb structure. You may be located in the cell inner side rather than the arrangement position of a plugging part.
また、本発明のチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体においては、ハニカム構造体の中央部の上記セルに形成された上記目封止部の長さが、ハニカム構造体の周縁部の上記セルに形成された上記目封止部の長さよりも長くてもよい。このとき、上記複数の目封止部の長さの最大値と最小値との差は、1mm以上10mm以下であることが好ましい。ここで、目封止部の長さとは、セルの連通方向の目封止部の長さである。 In the aluminum titanate honeycomb structure of the present invention, the length of the plugged portion formed in the cell in the central portion of the honeycomb structure is formed in the cell in the peripheral portion of the honeycomb structure. It may be longer than the length of the plugged portion. At this time, the difference between the maximum value and the minimum value of the length of the plurality of plugged portions is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. Here, the length of the plugged portion is the length of the plugged portion in the cell communication direction.
このように、目封止部の配置位置及び長さの一方又は両方を調節することにより、目封止部のセル内部側の面位置を調節することができる。 Thus, by adjusting one or both of the arrangement position and the length of the plugged portion, the surface position of the plugged portion on the cell inner side can be adjusted.
更に、本発明のチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体において、上記触媒が、活性アルミナからなる担体コートと、上記担体コートの内部に分散担持される、Pt、Rh、及びPdからなる群より選択される一以上の貴金属と、上記担体コートに含有される、酸化セリウム、ジルコニア、及びシリカからなる群より選択される一以上の化合物と、を含むことが好ましい。 Furthermore, in the aluminum titanate honeycomb structure of the present invention, the catalyst is selected from the group consisting of a carrier coat made of activated alumina and Pt, Rh, and Pd dispersedly supported inside the carrier coat. and one or more precious metals, is contained in the carrier coating, cerium oxide, di-zirconia, and may include a one or more compounds selected from the group consisting of silica, the preferred.
本発明によれば、内部を通過する排ガスの流れを均一化することができ、局部的なセルの劣化を抑制することが可能なハニカム構造体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the flow of the waste gas which passes through an inside can be equalize | homogenized, and the honeycomb structure which can suppress local deterioration of a cell can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.
図1(a)は、本発明のチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体の好適な一実施形態を示す斜視図であり、図1(b)は、図1(a)の部分拡大図である。また、図2及び図3は、それぞれ本発明の一実施形態に係るチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体の中心部付近の断面構造を示す部分断面図である。また、図4は、本発明の一実施形態に係るチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体の隔壁の断面構造を示す部分拡大図である。 Fig.1 (a) is a perspective view which shows suitable one Embodiment of the aluminum titanate honeycomb structure of this invention, FIG.1 (b) is the elements on larger scale of Fig.1 (a). 2 and 3 are partial cross-sectional views showing a cross-sectional structure in the vicinity of the center of the aluminum titanate honeycomb structure according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partially enlarged view showing the cross-sectional structure of the partition walls of the aluminum titanate honeycomb structure according to one embodiment of the present invention.
図1(a)に示すように、チタン酸アルミニウム質ハニカム構造体10は、外壁で表される外形が円柱状であり、内部の構造がハニカム構造をなしている。図1〜4に示すように、ハニカム構造体10は、二つの端面F1,F2の間を連通する複数のセル12(12a及び12b)が形成されるように配置された、多数の気孔を有する多孔質の隔壁14と、上記複数のセル12のそれぞれの両端開口部のうち一方を目封止する複数の目封止部16と、隔壁14の気孔15を形成する表面に層状に担持された、触媒を含有する触媒層18と、を備えるものである。そして、図2及び図3に示すように、ハニカム構造体10においては、その中央部のセル12に形成された目封止部16の、セル12の連通方向に垂直なセル内部側の面位置L(例えば、面位置L1)が、周縁部のセル12に形成された目封止部16の面位置L(例えば、面位置L3)よりも、セル内部側に位置している。
As shown in FIG. 1A, the aluminum
図2及び図3に示すように、中央部のセル12における目封止部16の面位置をL1、その周囲のセル12における目封止部16の面位置を中央部に近い側からL2,L3とした場合、L1,L2,L3の順にセル12内部側に位置している。図2に示したハニカム構造体10においては、目封止部16の長さによって面位置Lが調整されており、図3に示したハニカム構造体10においては、目封止部16の配置位置によって面位置Lが調整されている。複数の目封止部16の面位置Lを上記のように調節することにより、中央部のセル12における排ガスの通過抵抗を、周縁部のセル12よりも高くすることができ、中央部のセル12に流入する排ガスの量を抑制することができる。これにより、図2及び図3中に矢印で示したように、ハニカム構造体10の全体での排ガスの流れを均一化することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the surface position of the
また、複数の目封止部16の面位置の中で、最もセル12内部側の面位置をL1とし、最もセル12外部側の面位置をL3とした場合、面位置L1と面位置L3との距離dは、1mm以上10mm以下であることが好ましく、1.5mm以上5mm以下であることがより好ましい。なお、図2に示したハニカム構造体10においては、上記距離dの値が、複数の目封止部16の長さの最大値と最小値との差に相当する。この距離dの値が1mm未満では、排ガスの流れを均一化する効果が低下する傾向があり、10mmを超えると、中央部のセル12における排ガスの通過抵抗が高くなり過ぎ、排ガスの流れが不均一となる傾向がある。
Further, among the surface positions of the plurality of plugged
本発明において、中央部のセル12に形成された目封止部16の面位置Lを、周縁部のセル12に形成された目封止部16の面位置Lよりもセル内部側になるようにする、複数の目封止部16の面位置Lの調節は、排ガスの入口側(端面F1側)、及び出口側(端面F2側)の少なくとも一方の側で行われていることが必要である。なお、排ガスの流れを均一化する効果がより得られやすいことから、少なくとも出口側(端面F2側)で上記の調節が行われていることが好ましく、入口側(端面F1側)及び出口側(端面F2側)の両方で上記の調節が行われていることがより好ましい。また、上記の面位置Lの調節の状態は、入口側(端面F1側)と出口側(端面F2側)とで同様であってもよく、異なっていてもよい。
In the present invention, the surface position L of the plugging
また、図2及び図3では、中央部から周縁部にかけて、セル12の目封止部16の面位置Lが徐々にセル内部側から遠ざかるように、面位置L1,L2,L3の3段階で位置を変化させた場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、面位置L2の位置を面位置L1又はL3と同位置とし、面位置L1,L3の2段階で位置を変化させるようにする等、多数の目封止部16の面位置Lを同じ位置にしてもよい。
In FIGS. 2 and 3, the surface position L of the plugging
なお、図2及び図3に示した断面図は、ハニカム構造体10の中心部付近の部分断面図であり、一般的には図1に示すように更に多数のセル12が形成されているが、上記の説明では便宜上、面位置L1の目封止部16が形成されているセル12を中央部のセルとし、面位置L3の目封止部16が形成されているセル12を周縁部のセルとして説明した。したがって、現実的には、図2及び図3に示したセル12の目封止部16の面位置Lは、端面F1,F2のそれぞれで全て同じ位置とし、これらのセルよりも更に周縁部に配置されたセル12の目封止部16の面位置Lを、よりセル外部側に位置するように調節することも好ましい。
The cross-sectional views shown in FIGS. 2 and 3 are partial cross-sectional views in the vicinity of the central portion of the
また、ハニカム構造体10において、セル12a,12bは排ガス等の流体の流路となるが、図1〜3に示すように、その両端の開口部のうちの一方が目封止されている。図1〜3の端面F1側では、セル12aが開口し、セル12bが目封止されており、これとは反対側の端部F2では、セル12aが目封止され、セル12bが開口している。ハニカム構造体10においては、このようなセル12aとセル12bとが交互に配置されているため、その内部を通り抜ける排ガスは、その排出前に多孔質の隔壁14を通過することで粒子状物質が除去される。更に、図4に示すように、隔壁14の気孔15を形成する表面には触媒層18が存在するため、隔壁14を通過する排ガスに含まれる被浄化成分は触媒層18に接触して分解され、これによって排ガスは浄化される。
In the
セル12a,12bの間の壁である隔壁14の厚さは、特に限定されるものではないが、望ましい下限は0.05mmであり、より望ましい下限は0.10mmであり、特に望ましい下限は0.15mmである。一方、望ましい上限は0.35mmであり、より望ましい上限は0.30mmであり、特に望ましい上限は0.25mmである。隔壁14の厚さが0.05mm未満ではハニカム構造体10の強度が低下する傾向があり、一方、隔壁14の厚さが0.35mmを超えると、ガス透過率が低下し、排ガス処理効率が低下する傾向がある。
The thickness of the
隔壁14の気孔率は、30体積%以上であることが好ましく、35体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることが特に好ましい。隔壁14の気孔率が30体積%未満であると、隔壁14をガスが流通しにくくなって圧力損失が大きくなり、浄化効率が低下する傾向がある。隔壁14の気孔率は、50体積%以下であることが好ましく、46体積%以下であることがより好ましい。隔壁14の気孔率が50体積%を超えると、排ガス浄化時のスス漏れが激しくなってスス堆積量が減少するため、スス燃焼時の発熱量が低下してハニカム構造体10の熱膨張は抑制されるが、浄化効率は低下する傾向がある。隔壁14の気孔率は、原料の粒子径、造孔剤の添加量、焼成条件により調整可能であり、水銀圧入法により測定することができる。
The porosity of the
隔壁14の平均細孔径は、10μm以上であることが好ましく、12μm以上であることがより好ましい。隔壁14の平均細孔径が10μm未満であると、微細粒子の堆積により細孔が容易に閉塞して圧力損失が急激に大きくなり、浄化効率が低下する傾向がある。一方、隔壁14の平均細孔径は、捕集されずに隔壁14を通過してしまう微細粒子を低減する観点から、30μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましく、16μm以下が更に好ましい。隔壁14の平均細孔径は、原料の粒子径、造孔剤の添加量、焼成条件により調整可能であり、例えば水銀圧入法により測定することができる。
The average pore diameter of the
また、上記ハニカム構造体10のセル密度は、望ましい下限が15.5個/cm2(100cpsi)であり、より望ましい下限が46.5個/cm2(300cpsi)であり、さらに望ましい下限が62個/cm2(400cpsi)である。一方、セル密度の望ましい上限は186個/cm2(1200cpsi)であり、より望ましい上限は170.5個/cm2(1100cpsi)であり、さらに望ましい上限は155個/cm2(1000cpsi)である。セル密度が15.5個/cm2未満では、ハニカム構造体10内部の排ガスと接触する壁の面積が小さくなり、186個/cm2を超えると、圧力損失が高くなるとともに、ハニカム構造体10の作製が困難になるためである。
Further, the cell structure of the
ハニカム構造体10は、BET比表面積が1〜20m2/gであることが好ましい。ハニカム構造体10のBET比表面積が1m2/g未満であると、浄化効率が低下する傾向がある。BET比表面積は、例えば市販のガス吸着装置を用いて測定することができる。
The
また、ハニカム構造体10に形成されるセル12a,12bの断面形状は特に限定されず、図1〜3に示したような正方形以外に、例えば、三角形、長方形、六角形、八角形、円形などでもよく、また複数の形状の組み合わせでもよい。
In addition, the cross-sectional shape of the
ハニカム構造体10において、多孔質の隔壁14は、少なくともチタン酸アルミニウムを含む材料により形成されている。チタン酸アルミニウム以外の構成材料は特に限定されないが、例えば、無機繊維、ウィスカ、無機粒子等が挙げられる。
In the
無機繊維やウィスカとしては、アルミナ、シリカ、炭化珪素、シリカ−アルミナ、ガラス、チタン酸カリウム又はホウ酸アルミニウム等からなる無機繊維やウィスカが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中では、ホウ酸アルミニウムウィスカがより望ましい。なお、本明細書中において、無機繊維やウィスカとは、平均アスペクト比(長さ/径)が5を超えるものをいう。また、上記無機繊維やウィスカの望ましい平均アスペクト比は、10〜1000である。 Examples of the inorganic fibers and whiskers include inorganic fibers and whiskers made of alumina, silica, silicon carbide, silica-alumina, glass, potassium titanate, aluminum borate or the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, aluminum borate whiskers are more desirable. In the present specification, inorganic fibers and whiskers mean those having an average aspect ratio (length / diameter) exceeding 5. Moreover, the desirable average aspect-ratio of the said inorganic fiber and a whisker is 10-1000.
無機粒子としては、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、ムライト、ゼオライト等からなる粒子が挙げられる。これらの粒子は、単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。また、これらの中では、アルミナ粒子、セリア粒子が好ましい。 Examples of the inorganic particles include particles made of alumina, silica, zirconia, titania, ceria, mullite, zeolite, and the like. These particles may be used alone or in combination of two or more. Of these, alumina particles and ceria particles are preferable.
ハニカム構造体10中のチタン酸アルミニウムにおけるアルミニウムの含有率は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム換算で40〜60モル%である。チタン酸アルミニウムにおけるチタンの含有率は、特に限定されないが、例えば、酸化チタン換算で35〜55モル%である。チタン酸アルミニウムにおけるマグネシウムの含有率は酸化マグネシウム換算で1〜5質量%であることが好ましい。なお、チタン酸アルミニウムの組成は、原料混合物の組成により適宜調整すればよい。チタン酸アルミニウムは、上記の成分以外に、原料に由来する成分又は製造工程において不可避的に仕掛品に混入する微量の成分を含有し得る。
Although the aluminum content rate in the aluminum titanate in the
また、ハニカム構造体10において、目封止部16の構成材料は特に限定されないが、通常、ハニカム構造体10の構成材料と同様の材料が用いられる。
In the
触媒層18は、活性アルミナからなる担体コートと、上記担体コートの内部に分散担持される、Pt、Rh、及びPdからなる群より選択される一以上の貴金属と、上記担体コートに含有される、酸化セリウム、ジルコニア、及びシリカからなる群より選択される一以上の化合物と、を含むことが好ましい。なお、上記貴金属としては、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni及びこれらの合金を用いることができ、Pt又はPdの少なくとも一方を用いることが好ましい。
The
貴金属の合計量は、ハニカム構造体10の体積1リットルあたり、0.17g以上7.07g以下とすることが好ましい。なお、上記触媒は、ガソリンエンジン排ガス浄化三元触媒に相当するものであるが、本発明に係るハニカム構造体は、触媒として、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒や、NOX選択還元用SCR触媒、NOX吸蔵触媒等も採用出来る。
The total amount of noble metals is preferably 0.17 g or more and 7.07 g or less per liter of the volume of the
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the honeycomb structure of the present invention will be described.
まず、上記チタン酸アルミニウムの原料となる、アルミニウム源、チタン源、及び必要に応じて添加されるマグネシウム源やケイ素源を含む無機化合物、必要に応じて用いられる無機繊維、ウィスカ及び無機粒子、並びに、バインダ成分等を混合して原料混合物を得る。また、原料混合物には上記の他に、必要に応じて造孔材、潤滑剤、可塑剤、分散剤、溶媒等を添加することもできる。 First, as an aluminum titanate raw material, an aluminum source, a titanium source, and an inorganic compound containing a magnesium source and a silicon source added as necessary, inorganic fibers, whiskers and inorganic particles used as necessary, and , Binder components and the like are mixed to obtain a raw material mixture. In addition to the above, a pore former, a lubricant, a plasticizer, a dispersant, a solvent, and the like can be added to the raw material mixture as necessary.
ここで、上記無機化合物は、チタン酸アルミニウムの原料であるが、この無機化合物にマグネシウム源を添加すると、焼成によりチタン酸アルミニウムマグネシウム結晶が形成され、耐熱性がより向上されたハニカム構造体を得ることができる。なお、チタン酸アルミニウムの原料である上記無機化合物の一部又は全部に代えて、予め結晶化されたチタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムを用いてもよい。 Here, the inorganic compound is a raw material of aluminum titanate, but when a magnesium source is added to the inorganic compound, an aluminum magnesium titanate crystal is formed by firing to obtain a honeycomb structure having further improved heat resistance. be able to. In addition, it replaces with a part or all of the said inorganic compound which is a raw material of aluminum titanate, You may use the aluminum titanate and aluminum magnesium titanate crystallized previously.
また、上記バインダ成分としては、無機バインダ及び有機バインダが挙げられる。上記無機バインダとしては、無機ゾルや粘土系バインダ等を用いることができる。上記無機ゾルの具体例としては、例えば、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス等が挙げられる。また、粘土系バインダとしては、例えば、白土、カオリン、モンモリロナイト、セピオライト、アタパルジャイト等の複鎖構造型粘土等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、2種以上を併用してもよい。これらの中では、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト及びアタパルジャイトからなる群から選択された少なくとも1種が好ましい。 Moreover, an inorganic binder and an organic binder are mentioned as said binder component. As the inorganic binder, an inorganic sol, a clay binder, or the like can be used. Specific examples of the inorganic sol include alumina sol, silica sol, titania sol, and water glass. In addition, examples of the clay-based binder include double chain structure type clays such as clay, kaolin, montmorillonite, sepiolite, attapulgite, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one selected from the group consisting of alumina sol, silica sol, titania sol, water glass, sepiolite, and attapulgite is preferable.
上記有機バインダとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中では、カルボキシメチルセルロースが好ましい。 Examples of the organic binder include polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, carboxymethylcellulose is preferred.
上記原料混合物に含まれる上記バインダ成分の量は、原料混合物の固形分全量を基準として、望ましい下限は5質量%であり、より望ましい下限は10質量%であり、さらに望ましい下限は15質量%である。一方、望ましい上限は50質量%であり、より望ましい上限は40質量%であり、さらに望ましい上限は35質量%である。 The amount of the binder component contained in the raw material mixture is preferably 5% by mass, more preferably 10% by mass, and more preferably 15% by mass based on the total solid content of the raw material mixture. is there. On the other hand, a desirable upper limit is 50 mass%, a more desirable upper limit is 40 mass%, and a more desirable upper limit is 35 mass%.
造孔剤としては、例えば、グラファイト等の炭素材;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類;でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物材料;氷;およびドライアイスが挙げられる。 Examples of the pore-forming agent include carbon materials such as graphite; resins such as polyethylene, polypropylene, and polymethyl methacrylate; plant materials such as starch, nut shells, walnut shells, and corn; ice; and dry ice.
潤滑剤および可塑剤としては、例えば、グリセリンなどのアルコール類;カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸;ステアリン酸Alなどのステアリン酸金属塩が挙げられる。 Examples of the lubricant and plasticizer include alcohols such as glycerin; higher fatty acids such as caprylic acid, lauric acid, palmitic acid, alginic acid, oleic acid and stearic acid; and stearic acid metal salts such as Al stearate. .
分散剤としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸;シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸;水;メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類;ポリカルボン酸アンモニウム、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどの界面活性剤が挙げられる。 Examples of the dispersant include inorganic acids such as nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid; organic acids such as oxalic acid, citric acid, acetic acid, malic acid and lactic acid; water; alcohols such as methanol, ethanol and propanol; ammonium polycarboxylate And surfactants such as polyoxyalkylene alkyl ethers.
溶媒としては、例えば、水;メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類;プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類が挙げられる。 Examples of the solvent include water; alcohols such as methanol, ethanol, butanol, and propanol; glycols such as propylene glycol, polypropylene glycol, and ethylene glycol.
上記原料混合物の調製は、特に限定されるものではないが、混合及び/又は混練することで行うことが好ましい。混合は、例えば、ミキサーやアトライタなどを用いて行うことができる。混練は、例えば、ニーダーなどを用いて行うことができる。 The preparation of the raw material mixture is not particularly limited, but is preferably performed by mixing and / or kneading. Mixing can be performed using, for example, a mixer or an attritor. The kneading can be performed using, for example, a kneader.
次に、上記で得られた原料混合物を成型することにより、ハニカム形状の成形体(グリーン成形体)を得る。上記原料混合物を成型する方法は、特に限定されるものではないが、押出成形などによってセルを有する形状に成形することが好ましい。 Next, by molding the raw material mixture obtained above, a honeycomb-shaped molded body (green molded body) is obtained. A method for molding the raw material mixture is not particularly limited, but it is preferable to mold the raw material mixture into a shape having cells.
次に、得られた成形体に、必要に応じて、乾燥機を用いて乾燥処理を施す。上記乾燥機としては、例えば、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機及び凍結乾燥機等が挙げられる。 Next, the obtained molded body is subjected to a drying treatment using a dryer as necessary. Examples of the dryer include a microwave dryer, a hot air dryer, a dielectric dryer, a vacuum dryer, a vacuum dryer, and a freeze dryer.
成形体に対する目封止は、成形後又は乾燥後に施してもよい。目封止は、例えば、図1〜3に示したように、セル12a,12bの一端の開口部の所定の位置に封止材を充填することにより行われる。この場合、目封止は、例えば、複数の貫通孔が所望の位置に設けられたマスクを成形体の一端面に密着させ、そこへ封止材を供給することにより、セル12aの端部にのみ封止材を充填し、成形体の他端面に対しても同様にして12bの端部にのみ封止材を充填することにより行うことができる。このとき、封止材の充填量や充填位置等を適宜調節することにより、最終的に得られるハニカム構造体10における目封止部16の面位置Lを調節することができる。これにより、図1〜3に示したように、一端の開口部が目封止されたセル12aと、セル12aとは反対側の開口部が目封止されたセル12bとが交互に配置された成形体を得ることができる。
You may perform the plugging with respect to a molded object after shaping | molding or after drying. The plugging is performed, for example, by filling a predetermined position in the opening at one end of the
封止材としては、通常、上記成形体と同様の材料を用いることができる。また、封止材として、上記成形体とは異なる材料を用いることもできる。 As the sealing material, the same material as that of the molded body can be usually used. Further, as the sealing material, a material different from the molded body can be used.
なお、目封止は、後述の焼成後に行ってもよい。その場合、目封止後に再度焼成が行われる。焼成前の成形体に対して目封止を行っておいた場合には、焼成工程が1回で済むため好ましい。 In addition, you may perform plugging after baking mentioned later. In that case, baking is performed again after plugging. In the case where plugging is performed on the molded body before firing, it is preferable because the firing process is performed only once.
次に、必要に応じて乾燥処理を施したハニカム成形体を仮焼(脱脂)および焼成する。仮焼(脱脂)は、ハニカム成形体中の有機バインダや、必要に応じて配合される有機添加物を、焼失、分解等により除去するための工程であり、典型的には、焼成温度に至るまでの昇温段階(たとえば、150〜900℃の温度範囲)になされる。仮焼(脱脂)工程おいては、昇温速度を極力おさえることが好ましい。 Next, the honeycomb formed body that has been subjected to a drying treatment as necessary is calcined (degreasing) and fired. The calcination (degreasing) is a process for removing the organic binder in the honeycomb formed body and the organic additive blended as necessary by burning, decomposition, or the like, and typically reaches the firing temperature. Up to a temperature rising stage (for example, a temperature range of 150 to 900 ° C.). In the calcination (degreasing) step, it is preferable to suppress the temperature increase rate as much as possible.
焼成は、例えば、焼成炉にグリーン成形体を置き、加熱する方法により行うことができる。焼成温度は、通常1300℃以上、好ましくは1400℃以上である。一方、得られるハニカム焼成体を加工し易いものにする観点から、焼成温度は、通常1650℃以下であり、好ましくは1600℃以下であり、より好ましくは1550℃以下である。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常、1℃/時間〜500℃/時間である。ハニカム成形体がケイ素源粉末を含む場合には、焼成工程の前に、1100〜1300℃の温度範囲で3時間以上保持する工程を設けることが好ましい。これにより、ケイ素源粉末の融解、拡散を促進させることができる。 Firing can be performed, for example, by placing the green molded body in a firing furnace and heating. The firing temperature is usually 1300 ° C. or higher, preferably 1400 ° C. or higher. On the other hand, from the viewpoint of making the obtained honeycomb fired body easy to process, the firing temperature is usually 1650 ° C. or lower, preferably 1600 ° C. or lower, more preferably 1550 ° C. or lower. The rate of temperature increase up to the firing temperature is not particularly limited, but is usually 1 ° C./hour to 500 ° C./hour. When the honeycomb formed body includes the silicon source powder, it is preferable to provide a step of holding at a temperature range of 1100 to 1300 ° C. for 3 hours or more before the firing step. Thereby, melting and diffusion of the silicon source powder can be promoted.
焼成は通常、大気中で行われるが、原料混合物の成分や成分量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また焼成雰囲気中の水蒸気分圧を低くして焼成してもよい。 Firing is usually performed in the air, but depending on the components and component ratio of the raw material mixture, firing may be performed in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, or carbon monoxide gas, hydrogen gas, etc. You may bake in such reducing gas. Further, the firing may be performed by lowering the water vapor partial pressure in the firing atmosphere.
焼成は通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行われる。焼成は回分式で行ってもよいし、連続式で行ってもよい。また焼成は静置式で行ってもよいし、流動式で行ってもよい。 Firing is usually performed using a conventional firing furnace such as a tubular electric furnace, a box-type electric furnace, a tunnel furnace, a far-infrared furnace, a microwave heating furnace, a shaft furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, or a roller hearth furnace. Firing may be performed batchwise or continuously. Moreover, baking may be performed by a stationary type or may be performed by a fluid type.
焼成時間は、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などにより異なるが、通常は10分以上300時間以下である。 The firing time varies depending on the type of firing furnace, firing temperature, firing atmosphere, and the like, but is usually from 10 minutes to 300 hours.
以上により、多数のセルが隔壁を隔てて並設された柱状のハニカム焼成体を得ることができる。得られたハニカム焼成体は、成形直後のハニカム成形体の形状をほぼ維持した形状を有する。得られたハニカム焼成体は、研削加工等により、所望の形状に加工することもできる。 As described above, it is possible to obtain a columnar honeycomb fired body in which a large number of cells are arranged side by side across the partition walls. The obtained honeycomb fired body has a shape that substantially maintains the shape of the honeycomb formed body immediately after forming. The obtained honeycomb fired body can be processed into a desired shape by grinding or the like.
次に、得られたハニカム焼成体の隔壁の気孔を形成する表面に、触媒を含有する触媒層を層状に形成する。触媒層の形成方法は特に限定されず、公知の方法で形成することができる。具体的には、先ず、触媒を含有する触媒スラリーを調製し、その触媒スラリーを、吸引法等の方法により、ハニカム焼成体の隔壁の気孔形成面にコートする。その後、室温又は加熱条件下で乾燥することにより、触媒層を形成することができる。以上により、本発明のハニカム構造体を得ることができる。 Next, a catalyst layer containing a catalyst is formed in layers on the surface of the honeycomb fired body obtained where pores are formed. The formation method of a catalyst layer is not specifically limited, It can form by a well-known method. Specifically, first, a catalyst slurry containing a catalyst is prepared, and the pores of the partition walls of the honeycomb fired body are coated with the catalyst slurry by a method such as a suction method. Then, a catalyst layer can be formed by drying at room temperature or heating conditions. As described above, the honeycomb structure of the present invention can be obtained.
以上説明した本発明のハニカム構造体は、排ガスに含まれる被浄化成分の浄化を必要とする各種産業分野において、例えば、排ガス処理システムに触媒コンバータとして組み込まれ、利用される。特に、内燃機関、燃焼機器等からの排ガスの浄化を必要とする自動車産業、機械産業、窯業等の産業分野において、有効に利用される。 The honeycomb structure of the present invention described above is incorporated and used as a catalytic converter in, for example, an exhaust gas treatment system in various industrial fields that require purification of components to be purified contained in exhaust gas. In particular, it is effectively used in industrial fields such as the automobile industry, the machine industry, and the ceramic industry that require purification of exhaust gas from internal combustion engines and combustion equipment.
10…ハニカム構造体、12a,12b…セル、14…隔壁、16…目封止部、18…触媒層。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数のセルのそれぞれの両端開口部のうち一方を目封止する複数の目封止部と、
前記隔壁の気孔を形成する表面に層状に担持された、触媒を含有する触媒層と、
を備えるチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体であって、
ハニカム構造体の中央部の前記セルに形成された前記目封止部の、前記セルの連通方向に垂直なセル内部側の面位置が、ハニカム構造体の周縁部の前記セルに形成された前記目封止部の面位置よりも、セル内部側に位置しており、
ハニカム構造体の中央部の前記セルに形成された前記目封止部の長さが、ハニカム構造体の周縁部の前記セルに形成された前記目封止部の長さよりも長く、
前記複数の目封止部の長さの最大値と最小値との差が、1mm以上10mm以下である、チタン酸アルミニウム質ハニカム構造体。 A porous partition wall arranged to form a plurality of cells communicating between the two end faces;
A plurality of plugged portions plugging one of the openings at both ends of each of the plurality of cells;
A catalyst layer containing a catalyst, supported in layers on the surface of the partition walls forming pores;
An aluminum titanate honeycomb structure comprising:
The surface position on the cell inner side perpendicular to the cell communication direction of the plugging portions formed in the cells in the center of the honeycomb structure is formed in the cells in the peripheral portion of the honeycomb structure. It is located inside the cell from the surface position of the plugged part ,
The length of the plugged portions formed in the cells in the center of the honeycomb structure is longer than the length of the plugged portions formed in the cells in the peripheral portion of the honeycomb structure,
An aluminum titanate honeycomb structure in which a difference between a maximum value and a minimum value of the lengths of the plurality of plugged portions is 1 mm or more and 10 mm or less .
活性アルミナからなる担体コートと、
前記担体コートの内部に分散担持される、Pt、Rh、及びPdからなる群より選択される一以上の貴金属と、
前記担体コートに含有される、酸化セリウム、ジルコニア、及びシリカからなる群より選択される一以上の化合物と、
を含む、請求項1又は2記載のチタン酸アルミニウム質ハニカム構造体。 The catalyst is
A carrier coat made of activated alumina;
One or more precious metals selected from the group consisting of Pt, Rh, and Pd dispersedly supported within the carrier coat;
Said being contained in a carrier coating, cerium oxide, di-zirconia, and one or more compounds selected from the group consisting of silica,
The aluminum titanate honeycomb structure according to claim 1 or 2 , comprising:
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