JPH04354515A - 触媒装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用技術】本発明は、例えば有機溶媒を扱う
工場などから排出される排気中に含まれている臭気や有
害ガスを除去するのに使用される触媒装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス製のハニカム状焼結体（以
下ハニカム体という）に触媒を担持した触媒装置はコン
パクトでかつ高性能であることから、現在自動車の排気
ガスの浄化に広く利用されている。

【０００３】すなわち、ハニカム体は多数の互いに平行
である貫通する孔（セルとも呼ぶ）を有していることか
ら、セル壁の表面積はハニカム体の体積が比較的小さく
ても大きく、この壁面上に触媒を担持することによって
ガスと触媒との接触が良く、セルが平行に並んで貫通し
ていることによってハニカム体を通るガスの通気圧損が
小さいという好ましい特徴を備えている。またハニカム
体を耐熱性のあるセラミックスで構成することによって
高温においても使用できる触媒装置が実現されている。

【０００４】通常、触媒にはそれぞれの触媒と対象とす
る化学反応の組み合わせに特有の最低活性温度と最適活
性温度があり、最低活性温度以下では触媒が反応を促進
することなく、最適活性温度では目的とする反応を最も
活発に、かつ優先的に起こさせ、かつ触媒の劣化が小さ
い。通常の化学反応で用いられる触媒装置では、最適活
性温度付近に保持するように雰囲気温度を制御しており
、目的とする化学反応が最も活発に起きるように設定さ
れる。

【０００５】前述の自動車用触媒浄化装置の場合には、
使用温度が一定でなく、時々流れてくる濃度の高い炭化
水素ガスなどが酸化されるときの発熱反応により、時に
温度が過度に上昇して触媒が劣化したり、スタート時に
は温度が低いことによって触媒が働かないなどという問
題が依然として残っている。

【０００６】化学反応が酸化反応である場合には通常発
熱をともなうため、触媒の最低活性温度に到達すればそ
の後は一定レベルの温度が維持されるようになるが、対
象とするガスの濃度が低い場合が多い臭気の除去を目的
とする場合などには、触媒装置を何らかの方法で加熱す
ることが必要である。

【０００７】しかしながら、触媒装置を通過せしめるガ
スを予熱することは好ましい方法であっても、別途嵩高
いガス加熱装置を付設する必要があり、コンパクトなハ
ニカム体を利用する触媒装置の利点が失われることにな
って好ましくない。

【０００８】このための対策として、ニクロム線のよう
な発熱体をハニカム体へのガスの入り口やハニカム体の
内部に取り付ける方法が試みられている。しかし、対象
とする化学反応が発熱反応で、かつ反応ガスの濃度があ
る程度大きい場合には有効であっても、多くの場合には
適切な温度を保持することができないという問題がある
。

【０００９】触媒装置を加熱する従来の例としては、特
開昭６３−６６８８５に開示されているように、チタン
酸バリウム系の半導体セラミックスでハニカム体を作り
、この表面に触媒を担持した触媒装置がある。この触媒
装置では、発熱体がＰＴＣ特性（正の抵抗温度係数を有
する特性）を有しているので、特に温度制御装置を付設
しなくてもある所定の温度を越えると電気抵抗値が急増
して電流の流れが急速に減少し、所定の温度に保持され
るという便利な特性を備えている。

【００１０】しかし、チタン酸バリウム系の半導体セラ
ミックスは特開平２−２５３６０２にも記載されている
ように、使用できる発熱体温度がせいぜい３００　℃程
度と低いので、触媒装置を加熱するヒータとしては限定
された用途にしか使用できない。

【００１１】また、特開昭６３−３０７６８２　にはＳ
ｉまたはＦｅＳｉとアルミノ珪酸塩などの絶縁性耐熱材
料を組み合わせた抵抗発熱体からなる遠赤外線ヒータが
開示されており、この抵抗発熱体が正の抵抗温度係数を
有することが記載されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の触媒装置は、
３００　℃以上のより高温まで容易に加熱ができるハニ
カム状抵抗発熱体を実現し、これを用いて脱臭用などを
含む広範な用途に使用できる触媒装置を提供しようとす
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、本発明の触媒装置は、絶
縁性耐熱酸化物４０〜９５重量％と、シリコンまたはフ
ェロシリコン５〜６０重量％とを含有する材料からなり
、かつ正の抵抗温度係数を有するハニカム状抵抗発熱体
の、通気孔であるセルの壁に触媒を担持したことを特徴
とする。

【００１４】本発明の触媒装置の好ましい態様では、絶
縁性耐熱酸化物がアルミナとシリカを主成分とするもの
である。

【００１５】本発明の触媒装置の他の好ましい態様では
、触媒が白金またはパラジウムを主成分とし、γ−アル
ミナを触媒担体とする酸化触媒である。本発明の触媒装
置の他の好ましい態様では、材料中にシリコンまたはフ
ェロシリコンを１０〜４０重量％含有している。

【００１６】本発明の触媒装置では、絶縁性酸化物中に
シリコン（Ｓｉ）またはフェロシリコン（ＦｅとＳｉの
合金でＳｉを５０％以上含むもの）を５〜６０重量％含
有せしめることにより、６００　℃程度まで加熱できる
正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体が得られる。押出
成形によりこの発熱体材料でハニカム体を作り、ハニカ
ム体のセル壁に触媒を担持せしめ、さらにハニカム体に
電流を流すためのリード線あるいは端子を取りつけて触
媒装置を得る。

【００１７】ハニカム体としては通常１００ｃｍ３以上
１０００ｃｍ３　以下の体積を有するものが比較的容易
に製造できるので、ハニカム体を発熱体として使用する
場合には発熱体材料の４００　℃における比抵抗を５　
〜２５Ωｃｍとすると本発明の触媒装置に適したハニカ
ム状発熱体がえられる。このためには、シリコンまたは
フェロシリコンの含有量を１０〜４０重量％とするのが
好ましい。

【００１８】絶縁性耐熱酸化物としては、シリカ、アル
ミナ、チタニア、ジルコン、チタン酸アルミニウム、各
種珪酸塩あるいはこれらの複合材料などが使用できるが
、シリコンやフェロシリコンとの馴染みが良く、シリコ
ンやフェロシリコンの融点である温度以下でも焼結がで
き、比較的熱膨張率が小さいものが存在するという理由
から、アルミナとシリカを主成分とする絶縁性耐熱酸化
物を用いるのが好ましい。

【００１９】アルミナとシリカを主成分とする絶縁性耐
熱酸化物としては、シリカとアルミナの混合物や、ムラ
イト（３Ａｌ２Ｏ３・２　ＳｉＯ２）、各種の長石、コ
ーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２
　）、βスポジュメン（Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３　・６　
ＳｉＯ２）等の他、アルミナとシリカにＦｅ２Ｏ３　、
Ｃｒ２Ｏ３　、Ｍｎ２Ｏ３　、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｍ
ｎＯ２、ＮｉＯ　、ＣｏＯ　、ＣｕＯ　からなる酸化物
の１種類または２種類以上を含むものが知られており、
これらのうち特にシリカとアルミナの混合物またはムラ
イトを主成分とする絶縁性耐熱酸化物を用いるのが好ま
しい。

【００２０】正の抵抗温度係数を有する発熱体は温度が
上昇するとともに抵抗が大きくなるので、多くの半導体
ヒータに見られるように、温度の上昇によって電気抵抗
値が低下し、電流が急速に増えるような暴走をすること
が無い。

【００２１】また、たとえチタン酸バリウム系の抵抗発
熱体のように所定の温度で抵抗値が急上昇して特に温度
制御装置を使わなくても一定の温度に保持できるような
制御機能を備えていないとしても、正の抵抗温度係数を
有していることにより温度が暴走する心配がなく、温度
の制御が比較的容易にでき、反応せしめる各種のガス成
分による所望の反応を促進するのに適した、より高い温
度に保持することが容易にできる。

【００２２】本発明の触媒装置は、酸化反応は勿論、還
元反応にも利用でき、特に酸化触媒を用いて希薄なガス
の反応を促進する必要がある消臭用の触媒装置として好
適のものである。

【００２３】酸化反応は多くの場合発熱反応であり、反
応熱によって触媒の温度がある程度高くなっても、本発
明の触媒装置の発熱体では温度の制御特性は損なわれる
ことがなく、最適活性温度付近に触媒の温度を保持する
ことが容易である。

【００２４】また消臭用触媒では、多くの場合反応する
ガス成分の濃度が非常に低いので、発熱による触媒の加
熱効果がほとんど期待できず、触媒活性が高い最適活性
温度に触媒を保持するため、しばしば触媒装置を通すガ
スを予熱する手段が必要であるが、本発明の触媒装置で
は必ずしも必要ではなく、ハニカム体に通電して触媒の
加熱を簡便かつ容易に行うことができ、適切な設定温度
をより広い温度範囲内で選ぶことができるので、種々の
臭気ガスを含む空気を処理する消臭にも対応が容易であ
る。

【００２５】本発明の好ましい触媒装置は、３００　℃
程度以上の比較的高温で使用でき、かつ多くの反応に対
して触媒活性が高く、多様なガスの酸化反応を促進する
触媒として、白金またはパラジウムを主成分とする触媒
成分を用い、γ−アルミナを触媒担体とする組み合わせ
の酸化触媒を組み合わせることにより、特に消臭用に好
適な触媒装置が得られる。

【００２６】

【実施例】以下本発明を実施例により更に詳しく説明す
るが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定され
るものではない。

【００２７】実施例１ Ａｌ２Ｏ３　２８重量％、ＳｉＯ２６７重量％およびＦ
ｅ２Ｏ３　その他が５重量％の組成からなる木節粘土と
ホウ珪酸ガラスの混合物を絶縁性耐熱酸化物として選び
、これにシリコン粉末を３５重量％加えて混合し、メチ
ルセルロースを結合剤として混ぜ、水を加えて混練して
ハニカム形状に押出成形し、乾燥後１３５０℃で４時間
焼成して２ｍｍ×２ｍｍ　のセル（貫通孔）を有し壁の
厚さ１．３５ｍｍ、外側寸法４０ｍｍ×６０　ｍｍ　×
４０　ｍｍのハニカム体を得た。なお、原料粉末はいず
れも１５０　メッシュの篩を通したものを用いた。

【００２８】このハニカム体にγ−アルミナをウオッシ
ュコートし、次いで白金と少量のロジウムから構成され
る触媒液を含浸して加熱乾燥した。こうして得られた触
媒を担持したハニカム体２に、触媒を担持していない同
じハニカム体４を組み合わせて図１と図２に示すような
触媒装置１を製作した。

【００２９】図１と図２において、３は担持された触媒
、５は端子、６は絶縁体、７は保持枠である。この触媒
装置１に５００ＰＰＭのトルエンを含む２０℃の空気を
通して脱臭する試験を行った。

【００３０】すなわち、触媒を担持したハニカム体２と
空気を予熱するハニカム体４に通電してそれぞれ約３４
０　℃に保持し、１分間に約３００　リットルの臭気の
ある空気を図１の矢印の方向に流したところ、ハニカム
体４から流れ出る空気の温度は約１２０℃で、触媒装置
１から排出される空気は約２５０　℃となっていた。触
媒装置１から排出される空気中の残留トルエンのガスセ
ンサーによる検出を試みたが、１ｐｐｍの感度を有する
ガスセンサーでは全く検知されず、臭気も感じられなか
った。

【００３１】このときの一個のハニカム体の抵抗値は端
子５間で測定して約２４Ωであり、二個のハニカム体に
同時に通電してハニカム体を３４０　℃に保持するのに
要した電力は０．８３ｋＷであった。

【００３２】実施例２絶縁性耐熱酸化物としてＡｌ２Ｏ
３　３５重量％、ＳｉＯ２６２重量％およびＦｅ２Ｏ３
　その他３重量％の組成からなる水簸蛙目粘土とアルカ
リ長石の混合粉末を選び、これにフェロシリコン粉末を
３０重量％加えて混合し、メチルセルロースを結合剤と
して混ぜ、水を加えて混練してハニカム形状に押出成形
し、乾燥後１３５０℃で４時間焼成して２　ｍｍ×２　
ｍｍのセル（貫通孔）を有し壁の厚さ１．３５ｍｍ、外
側寸法４０ｍｍ×６０　ｍｍ×４０　ｍｍ　のハニカム
体を得た。なお、原料粉末はすべて１５０　メッシュの
篩を通したものを用いた。

【００３３】このハニカム体にγ−アルミナをウオッシ
ュコートし、次いでパラジウムと少量の白金から構成さ
れる触媒液を含浸して加熱乾燥した。こうして得た触媒
を担持したハニカム体２に実施例１と同様に触媒を担持
していないハニカム体４をこれに組み合わせて図１と図
２に示すような触媒装置１を製作した。この触媒装置１
に４００　ＰＰＭ　のトルエンを含む２０℃の空気を通
して脱臭試験を行った。

【００３４】すなわち、触媒を担持したハニカム体２と
空気を予熱する触媒を担持していないハニカム体４に通
電してそれぞれ約３５０　℃に保持し、１分間に約２５
０　リットルの臭気のある空気を流したところ、ハニカ
ム体４から出る空気の温度は約１９０　℃で、触媒装置
１から排出される空気は約２８０　℃となっていた。触
媒装置１から排出される空気中に残留するトルエンの検
出を１ｐｐｍ　の感度を有するガスセンサーにより試み
たが、ガスセンサーでは全く検知されず、臭気も全く感
じられなかった。

【００３５】この試験中３５０　℃に保持された一個の
ハニカム体の抵抗値は端子５間で測定して約２４Ωであ
り、二個のハニカム体に通電して一定温度に保持するの
に要した電力は約０．８３ｋＷであった。実施例１と実
施例２では空気を加熱することのみを目的とする触媒を
担持していないハニカム状抵抗発熱体を組み合わせたが
、この発熱体は必ずしも必要なものではなく、用途によ
ってはこの発熱体を省略した触媒装置が使用される。

【００３６】

【発明の効果】絶縁性耐熱酸化物とシリコンまたはフェ
ロシリコンを組み合わせた電気抵抗が正の抵抗温度係数
を有する材料で６００　℃程度の高温まで容易に加熱で
きるハニカム状抵抗発熱体を作り、これに触媒を担持せ
しめることによって、コンパクトでかつ対象とする多様
なガスの化学反応に適応した温度に触媒を加熱すること
が容易な、消臭用の場合のように希薄なガス成分しか含
まない空気も消臭処理することができ、広範な化学反応
に好ましく使用できる触媒装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の触媒装置の一例を示し、図２のＡ−Ａ
面で切断した断面図

【図２】図１と同じ触媒装置の正面図。

【符号の説明】

１；　　触媒装置 ２；　　触媒を担持したハニカム体 ３；　　担持された触媒 ４；　　触媒を担持していないハニカム体５；　　端子 ６；　　絶縁体 ７；　　保持枠

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性耐熱酸化物４０〜９５重量％と、シ
   リコンまたはフェロシリコン５〜６０重量％とを含有す
   る材料からなり、かつ正の抵抗温度係数を有するハニカ
   ム状抵抗発熱体の、通気孔となるセルの壁に触媒を担持
   したことを特徴とする触媒装置。
2. 【請求項２】請求項１において、絶縁性耐熱酸化物がア
   ルミナとシリカを主成分とするものである触媒装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、触媒が白金ま
   たはパラジウムを主成分とし、γ−アルミナを触媒担体
   とする酸化触媒である触媒装置。
4. 【請求項４】請求項２または３において、材料中にシリ
   コンまたはフェロシリコンを１０〜４０重量％含有して
   いる触媒装置。