JP6552437B2 - 排ガス浄化用触媒、その製造方法、及び、それを用いた排ガス浄化方法 - Google Patents
排ガス浄化用触媒、その製造方法、及び、それを用いた排ガス浄化方法 Download PDFInfo
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Description
前記触媒コート層の全細孔容積の0.1〜30容量%が、前記基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の内接円の直径が0.2〜1.8μmの範囲内であり、かつ前記内接円の直径の最小値を基準とするアスペクト比が10以上である繊維状細孔からなり、
前記繊維状細孔の平均アスペクト比が10〜100の範囲内である、
ことを特徴とするものである。
金属酸化物粒子と、貴金属原料と、平均繊維径が0.3〜1.5μmの範囲内かつ平均アスペクト比が10〜300の範囲内である繊維状有機物とを、前記繊維状有機物の配合量が、前記金属酸化物粒子100質量部に対して0.1〜9.0質量部の範囲内で、かつ、得られる触媒スラリーにおける全固形有機物中の80質量%以上となるように混合して触媒スラリーを得る工程と、
前記触媒スラリーを基材の表面に塗布して触媒スラリー層を形成する工程と、
前記触媒スラリー層が形成された基材を300〜800℃の範囲内の温度で焼成して前記触媒スラリー層中の前記繊維状有機物の少なくとも一部を除去し、前記本発明の排ガス浄化用触媒を得る焼成工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
本発明の排ガス浄化用触媒は、基材と、該基材の表面に形成された触媒粒子を含有する触媒コート層とを備えており、
前記触媒コート層の全細孔容積の0.1〜30容量%が、前記基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の内接円の直径が0.2〜1.8μmの範囲内であり、かつ前記内接円の直径の最小値を基準とするアスペクト比が10以上である繊維状細孔からなり、
前記繊維状細孔の平均アスペクト比が10〜100の範囲内である、
ことを特徴とするものである。このような排ガス浄化用触媒とすることにより、圧力損失の増加を抑制しつつ、酸素吸蔵特性等の触媒性能を向上させることが可能となる。
本発明の排ガス浄化用触媒における基材は、特に制限されず、排ガス浄化用触媒の基材として用いることが可能な公知の基材が使用でき、ハニカム形状の基材であることが好ましい。このようなハニカム形状の基材としては、特に制限されず、排ガス浄化用触媒の基材として用いることが可能な公知のハニカム形状の基材が使用でき、具体的には、ハニカム形状のモノリス基材(ハニカムフィルタ、高密度ハニカム等)等が好適に採用される。また、このような基材の材質も特に制限されず、コージエライト、炭化ケイ素、シリカ、アルミナ、ムライト等のセラミックスからなる基材や、クロム及びアルミニウムを含むステンレススチール等の金属からなる基材が好適に採用される。これらの中でも、コストの観点から、コージエライトであることが好ましい。
本発明の排ガス浄化用触媒における触媒コート層は、前記基材の表面に形成されており、触媒粒子を含有するものであり、触媒粒子からなるものであることが好ましく、触媒粒子からなる多孔質のものが特に好ましい。
このような触媒コート層における「繊維状細孔のアスペクト比」、「繊維状細孔の平均アスペクト比」及び「繊維状細孔の容積」は、FIB−SEM(Focused Ion Beam−Scanning Electron Microscope)で得られる触媒コート層の細孔の二次元情報及び三次元情報から、以下のようにして、前記基材の排ガスの流れ方向(ハニカム状の基材の軸方向)に平行でかつ前記基材の平坦部の表面に対して垂直な触媒コート層断面の断面画像(軸方向断面画像)、及び、前記基材の排ガスの流れ方向(ハニカム状の基材の軸方向)に垂直な触媒コート層断面の断面画像(径方向断面画像)を解析することにより測定することができる。
本発明の排ガス浄化用触媒は、前記基材と、該基材の表面に形成された触媒粒子を含有する前記触媒コート層とを備える排ガス浄化用触媒である。なお、本発明の排ガス浄化用触媒は、他の触媒と組み合わせて利用してもよい。このような他の触媒としては、特に制限されず、公知の触媒(例えば、自動車の排ガス浄化用触媒の場合は、酸化触媒、NOx還元触媒、NOx吸蔵還元型触媒(NSR触媒)、希薄NOxトラップ触媒(LNT触媒)、NOx選択還元触媒(SCR触媒)等)を適宜用いてもよい。
次に、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法を説明する。本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法は、
金属酸化物粒子と、貴金属原料と、平均繊維径が0.3〜1.5μmの範囲内かつ平均アスペクト比が10〜300の範囲内である繊維状有機物とを混合して触媒スラリーを得る工程(触媒スラリー調製工程)と、
前記触媒スラリーを基材の表面に塗布して触媒スラリー層を形成する工程(触媒スラリー層形成工程)と、
前記触媒スラリー層中の前記繊維状有機物の少なくとも一部を除去して排ガス浄化用触媒を得る焼成工程(焼成工程)と、
を含むことを特徴とする方法である。
本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法においては、まず、レーザ回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における累積50%径の値で1.5〜8μmの範囲内にある金属酸化物粒子を準備することが好ましい(酸化物粒子準備工程)。
次に、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法においては、前記金属酸化物粒子と、貴金属原料と、平均繊維径が0.3〜1.5μmの範囲内かつ平均アスペクト比が10〜300の範囲内である繊維状有機物とを混合して触媒スラリーを得る(触媒スラリー調製工程)。
次いで、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法においては、前記触媒スラリーを基材の表面に塗布して触媒スラリー層を形成する(触媒スラリー層形成工程)。
次に、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法においては、前記触媒スラリー層中の前記繊維状有機物の少なくとも一部を除去して前記本発明の排ガス浄化用触媒を得る(焼成工程)。
次に、本発明の排ガス浄化方法について説明する。本発明の排ガス浄化方法は、前記本発明の排ガス浄化用触媒に内燃機関から排出された排ガスを接触せしめて排ガスを浄化することを特徴とする方法である。
先ず、イオン交換水500gに、Al2O3粉末(サソール社製:比表面積100m2/g、平均粒子径30μm)150gとCeO2−ZrO2固溶体の粉末(第一稀元素化学工業社製:CeO2含有量20質量%、ZrO2含有量25質量%、比表面積100m2/g、平均粒子径10nm)300gとを添加し、混合して得られた溶液に対し、ビーズミル(アズワン社製、商品名「アルミナボール」、使用ビーズ:直径5000μmアルミナ製マイクロビーズ)を用い、処理時間:25分間、攪拌速度400rpmの条件で撹拌処理を施し、CeO2−ZrO2固溶体とAl2O3粉末との混合物(複合金属酸化物:ACZ)からなる金属酸化物粒子を含む分散液を準備した。なお、レーザ回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、商品名「LA−920」)を用いてレーザ回折法により金属酸化物粒子の粒径を測定したところ、体積基準の累積粒度分布における累積50%径の値が3.2μmであった。
有機繊維の配合量を金属酸化物粒子100質量部に対して5.0質量部としたこと以外は実施例1と同様にして排ガス浄化用触媒(触媒試料)を得た。
有機繊維を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にして排ガス浄化用触媒(比較用触媒試料)を得た。
繊維状有機物として有機繊維(PET繊維、平均繊維径:4.0μm、平均繊維長:45μm、平均アスペクト比:11)を用いたこと以外は実施例1と同様にして排ガス浄化用触媒(比較用触媒試料)を得た。
繊維状有機物として有機繊維(PET繊維、平均繊維径:4.0μm、平均繊維長:45μm、平均アスペクト比:11)を用いたこと以外は実施例2と同様にして排ガス浄化用触媒(比較用触媒試料)を得た。
実施例1〜2で得られた触媒試料及び比較例1〜3で得られた比較用触媒試料をエポキシ樹脂で包埋し、基材(ハニカム形状の基材)の径方向に切断し、断面を研磨したものを測定し、走査型電子顕微鏡(SEM)観察(倍率:700倍)により触媒コート層の平均厚さを測定した。なお、平均厚さは、無作為に10箇所の触媒コート層を抽出し、これら触媒コート層の層厚さを測定して平均することによって求めた。得られた結果を表1に示す。
実施例1〜2で得られた触媒試料及び比較例1〜3で得られた比較用触媒試料の触媒コート層の単位容積当たりの全細孔容積を、FIB−SEMで得られた触媒コート層の細孔の三次元情報から求めた。得られた結果を表1に示す。
実施例1〜2で得られた触媒試料及び比較例1〜3で得られた比較用触媒試料の触媒コート層について、前述の「触媒コート層における繊維状細孔の解析方法」にしたがってFIB−SEMを用いて細孔構造の解析を行い、得られた触媒コート層の細孔の二次元情報及び三次元情報から、繊維状細孔(径方向断面画像における細孔の内接円の直径が0.2〜1.8μmの範囲内であり、かつ、内接円の直径の最小値を基準とするアスペクト比が10以上である繊維状細孔)について「内接円の平均直径[μm]」、「平均アスペクト比」及び「全細孔容積に占める割合[容量%]」を求めた。得られた結果を表1に示す。
(比較例2)平均細孔径:約3μm、平均アスペクト比:約12
(比較例3)平均細孔径:約5μm、平均アスペクト比:約11。
<圧力損失評価試験>
実施例1〜2で得られた触媒試料及び比較例1〜3で得られた比較用触媒試料について、7m3/minの空気を供給し、ガス流入口とガス流出口との間の差圧を測定して圧力損失[kPa]を求めた。得られた結果を表1及び図4に示す。
実施例1〜2で得られた触媒試料及び比較例1〜3で得られた比較用触媒試料について、以下のようにして酸素吸放出特性を評価した。すなわち、ガソリンエンジン(2AZ−FE;トヨタ自動車社製)を用い、A/Fをリッチとリーンの間で所定時間毎に周期的に切り換えながら、その際の触媒出側に取り付けたO2センサーの挙動遅れから触媒の酸素吸放出量を演算した。酸素吸放出量をOSCとして評価した。得られた結果を表1及び図5に示す。
Claims (6)
- 基材と、該基材の表面に形成された触媒粒子を含有する触媒コート層とを備えており、
前記触媒コート層の全細孔容積の0.1〜30容量%が、前記基材の排ガスの流れ方向に垂直な触媒コート層断面の断面画像における細孔の内接円の直径が0.2〜1.8μmの範囲内であり、かつ前記内接円の直径の最小値を基準とするアスペクト比が10以上である繊維状細孔からなり、
前記繊維状細孔の平均アスペクト比が10〜100の範囲内である、
ことを特徴とする排ガス浄化用触媒。 - 前記内接円の直径の最小値が0.2〜1.0μmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記繊維状細孔の前記内接円の平均直径が0.3〜1.5μmの範囲内であることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化用触媒。
- 金属酸化物粒子と、貴金属原料と、平均繊維径が0.3〜1.5μmの範囲内かつ平均アスペクト比が10〜300の範囲内である繊維状有機物とを、前記繊維状有機物の配合量が、前記金属酸化物粒子100質量部に対して0.1〜9.0質量部の範囲内で、かつ、得られる触媒スラリーにおける全固形有機物中の80質量%以上となるように混合して触媒スラリーを得る工程と、
前記触媒スラリーを基材の表面に塗布して触媒スラリー層を形成する工程と、
前記触媒スラリー層が形成された基材を300〜800℃の範囲内の温度で焼成して前記触媒スラリー層中の前記繊維状有機物の少なくとも一部を除去し、請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒を得る焼成工程と、
を含むことを特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。 - 前記繊維状有機物の平均繊維長が7〜300μmの範囲内であることを特徴とする請求項4に記載の排ガス浄化用触媒の製造方法。
- 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化用触媒に内燃機関から排出された排ガスを接触せしめて排ガスを浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
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