JPH044041A

JPH044041A - ハニカム触媒担体ウォッシュコート層の形成方法

Info

Publication number: JPH044041A
Application number: JP2101638A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Kato; 文彦加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1992-01-08

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】（産業上の利用分野）この発明は、ハニカム触媒担体の管状通路即ち一般には
セルと呼ばれる構造の壁面に表面積の大きなアルミナ、
セリア等のウォッシュコート層を形成する方法に関する
。

（従来の技術）従来、自動車の排気ガス浄化用ハニカム触媒の調製時に
於ける、ハニカム担体へのウォッシュコート層の形成方
法としては、アルミナ粉末、セリア粉末等をアルミナゾ
ルと混合して水性スラリーとし、第２図に示すように、
ハニカム触媒担体をスラリーに沈降浸漬する方法や、第
３図に示すように、ハニカム触媒担体にスラリーを注ぎ
真空圧力を利用して、スラリーを塗布する方法が用いら
れている。第２図に示す自然沈降浸漬コート法は、ハニ
カム担体８を底部に穴１５ａが開口されている容器１５
の内部に収容して、この容器１５を、アルミナ粉末など
を主成分とするスラリーを収容している調製槽１７の上
部から投入しハニカム担体８及び容器１５の重量により
活性アルミナスラリー１６内に全没浸漬させ、容器１５
の底部に開口されている穴１５ａから活性アルミナスラ
リー１６を進入させて、ハニカム担体８の内外壁に活性
アルミナスラリー１６を一定量コーティングさせた後、
該コーティング担体を調製槽１７から取り出して、過剰
に付着している活性アルミナスラリー１６を圧縮空気等
によって取り除く方法が取られている。

一般に触媒性能を発揮させるのに必要なウォッシュコー
ト層は１００〜３００ｇ／４２担体体積と考えられてお
り、経済的にコーティングでき目詰まりを生じない範囲
で一回に塗布するスラリー量を可能な限り多くしている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の沈降浸漬によるウォッ
シュコート層の形成方法にあっては、担体がスラリー中
に全部浸漬するまでの時間が長い為、セル内でスラリー
が固まり目詰まりを起こしたり、セラミックス担体にあ
っては、充分水分を吸収している為、乾燥時にセル出口
側で水分が結露し目詰まりを発生したり、乾燥時間が長
くなる等の不都合を生じる。そして、付着したスラリー
層には、液状であるが故に、乾燥するまでの間、表面張
力が働く。その為、セルの角に丸くスラリーが付着して
厚さの不均一なコーティング層を形成する。第５図に不
均一なコーティング層を説明するセル断面図を示す。こ
の表面張力の影響は、特に水力直径の小さい高密度セル
担体のコーティングにおいては顕著に現れ、目詰まりの
原因になっている。一方、メタル担体においても、平板
と波板の鋭角な部分は表面張力が働き、スラリーが溜り
易いので不均一なコーティング層を形成する原因になっ
ている。又、全体をスラリー槽に沈降させるため、触媒
機能として作用しないハニカム担体外周壁にまでウォッ
シュコート層が形成されるので、不必要なウォッシュコ
ート材をコーティングすることとなり、更には不必要な
貴金属も担持させることとなり製品コストの上昇、製品
重量の増加といった不具合を生じる。

第３図に示す真空圧力を利用してスラリーを塗布し、ウ
ォッシュコート層を形成する方法にあっては、減圧槽２
１の上部の担体受２０に担体８をセットし、ホッパー１
９を介して定量の活性アルミナスラリー２３を担体に注
ぎ込んだ後、減圧槽を減圧機構２２により真空圧力に減
圧し、担体の両端面に差圧を生じさせることにより過剰
のスラリーを排出する。この真空圧力を利用する方法で
は、沈降浸漬法に比べ担体外周壁へのコーティングや、
無駄な外周壁への貴金属担持と言う問題は一応改善され
るが、本質的には液状のスラリーを使用しているので目
詰まりの発生や、セルの角に偏った不均一なコーティン
グになる等の不具合が発生する。

また、アルミナゾルやアルミナ塩等をバインダーとして
用いたスラリーに、ランタン塩、バリウム塩等を混合し
て使用する場合、塩を添加しない従来のスラリーと同じ
固形分濃度ではスラリーがゲル化したり、非常にチキソ
トロピー性が増しコーティングが不可能となる。そのた
め、触媒への添加物、添加方法に制約を受けると言う問
題点があった。

また、従来、バインダーと混合してスラリー化していた
アルミナ、セリア等の粉末を分離して、予めハニカム触
媒担体にバインダーを塗布した後、アルミナ、セリア等
の粉末を付着させ乾燥、焼成する方法も考えられるが、
微粉末の付着が多く一回に形成するウォッシュコート量
が少なく、何回も行なう必要があり経済的ではない。又
、何回もコーティングを行う為コート層組成中のバイン
ダー比率が高くなると言う問題点があった。

（課題を解決するための手段）この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、従来、混合してスラリー化していたバインダ
ーとアルミナ、セリア等の粉末を分離し、アルミナ、セ
リアを主成分とする粉末を予めバインダーと混合して造
粒し、−回のコーティングでコート量を確保できる粒径
に調整した粉体を、バインダーを塗布したハニカム触媒
担体表面に付着させ、乾燥、焼成してウォッシュコート
層を形成することにより上記問題点を解決したものであ
る。

以下この発明を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明のウォッシュコート層の形成方法に用
いる一例装置を示す図である。まず構成を説明すると、
１はハニカム触媒担体断面と略同形状に開口した担体受
けで、担体を支えるために周囲からセルを塞ぐ事が無い
程度のナイフエッジの爪２が出ており、この担体受けは
レデューサ３に接合しており、ポールバルブ４を介して
導管５に接続されている。更に、導管５はサイクロン６
に接続されている。このサイクロン６の上部は吸引機構
７に接続しており、下部には捕集した粉体ロータリーバ
ルブ１８を通して取り出すスクリュウフィーダー９と粉
体をストックするためのチャンバー１０が設けられてい
る。担体受け１にセットした触媒担体８の上部には、粉
体１４を受けるホッパ１１をセットする。このホッパの
底部は触媒担体８と略同形状で、且つ該触媒担体８より
大きな貫通孔が形成されており、担体との隙間をシール
するゴムバッキング１２が設けられている。ゴムバッキ
ング１２は、バルブ１３を介して圧縮空気を入れて膨張
させ、担体にフィッテングさせる。

次に上記装置を用いて本発明のウォッシュコート層の形
成方法を説明する。触媒担体に活性アルミナを主成分と
する粉体１４をコーティングする際には、先ず触媒担体
に無機質バインダーを均一にコーティングする。無機質
バインダーの一例として、酢酸または硝酸等で解膠され
たアルミナゾルが挙げられる。

触媒担体をアルミナゾル中に沈降浸漬させ引き上げた後
、過剰のアルミナゾルを圧縮空気で吹き払う。得られた
無機質バインダー付きの触媒担体を担体受けＩにセット
し、更にホッパ１１を触媒担体の上部にセットし、ゴム
バッキング１２でシールをする。次に、活性アルミナを
主成分とする造粒された粉体１４を、ホッパ１１に所定
量投入しバルブ４を開けて、空気と共に触媒担体のセル
内を通過させる。この時、該粉体が一様にセル内面のバ
インダーに付着しコーティングされる。そして、通過し
た該粉体は、サイクロンで補集され再利用される。本発
明において、コーティングに供する造粒粉末に水分を予
め添加するのが好ましく、この理由は、水分を予め添加
していない粉末がセル内面のバインダーに付着した時、
バインダーの水分が粉末に吸収されてしまいバインダー
の粘着力が著しく低下し、他の粉末の付着が少なくなる
事を防ぎ、造粒粉末を予め塗布されていたバインダーと
十分に馴染ませるためである。そして添加する水分量は
コーティング用粉末に水分を添加した時スラリー化する
水分量の５０〜９０％の水分量であるのが好ましい。ま
た、コーティング時、水分を含んだ造粒粉末とバインダ
ーが混合してスラリー化しない様に、バインダーを固定
化しておく必要がある。アルミナゾルを使用する場合は
、１２０°Ｃ以上に加熱することでスラリー化を防止で
きる。

コーティングした触媒担体は、乾燥した後、焼成してウ
ォッシュコート付き触媒担体とする。所望のコーテイン
グ量は、無機質バインダーのコーティング工程をスター
トとして、粉体のコーティング、乾燥、焼成までの工程
を繰り返す事で得ることができる。

本発明によるコーティングにおいても、使用しているバ
インダーは液状であり、従来コーティング法におけるス
ラリーの表面張力によるコーナー部への集合と同様にバ
インダーの偏りが発生する。

しかし、焼成後のウォッシュコート層にはコーナ一部へ
の偏りは見られない。

その理由は、従来法においては、−回にコーティングす
るスラリー量が多く表面張力の影響を強く受けることと
、スラリーの固形分濃度が高い事から乾燥後の収縮が少
なく、スラリー付着時の形態がそのまま残る。それに対
し、本発明においては、バインダーのコーテイング量は
少なく、固形分も低いのでバインダーのコーナ一部への
偏りがなく、バインダーの上に付着した粉体はセル壁に
倣った均一なコーティング層を形成するからである。第
４図（ａ）にウォッシュコート層の乾燥前の触媒セルの
コーナ一部の断面を示し、第４図（ｂ）に第４図（ａ）
のウォッシュコート層の焼成後の触媒セルのコーナ一部
の断面を示す。

また、コーティング用粉体を造粒した理由は、−船釣に
は粉末は幅広い粒度分布を持っており、粉末に含まれて
いる微粒子を排除し、比較的大きな粒子径に整粒するこ
とにより、担体に塗布したバインダー表面に微粒子が薄
く一様に付着して、大きな粒子の付着を阻害しないよう
にするためである。そして、大きな粒子径に調製した粉
体を使用して、−回にコーティングできるコート量をで
きるだけ多く確保する訳である。使用する粉体の粒子径
は２００〜５μｍの範囲、好ましくは５０〜６０μｍで
ある。粒子径が２００μｍより大きくなると、−回のコ
ーテイング量が少なくなり、また、セル内において粒子
がブリッジを作り目詰まりを発生し易くなる等の不都合
を生じる。

造粒された粉体を使用した本発明の製法による触媒は、
造粒粉体の粒子径を上記範囲内で調節することでコーテ
ィング層厚を容易にコントロールすることが可能であり
、且つ、従来法のスラリーのように乾燥するまで移動す
ると言う欠点が無いので均一にコーティングすることが
可能である。

従来の製法による触媒には厚くコーティングされたコー
ナー深部に貴金属が担持されることがあるが、本発明に
よる触媒は均一にコーティングがなされており、貴金属
が有効に利用できると言う利点がある。

又、造粒された粉体を積み重ねた構造上空隙が多く、特
に拡散速度の遅いＨＣの転換性能の向上には効果がある
。

以上、説明したように本発明のウォッシュコート層の形
成方法によれば、バインダーと活性アルミナ、酸化セリ
ウムを主成分とする粉末を予め造粒して均質な粒子の粉
体を直接コーティングできるため、スラリーのゲル化に
よ目詰まりの心配がなく、スラリーに添加できない組成
物も容易に粉体に混合してウォッシュコート層を形成す
ることができる。又、スラリーの表面張力によるコーテ
ィング層の偏りもな（均一にコーティングすることが可
能である。

（実施例）次に本発明を実施例、比較例および試験例により説明す
る。

実施■上ＢＥＴ表面積１８０ｍ２７ｇのバリウム添加活性アルミ
ナに白金１重量％、ロジウム０．１重量％を担持し、１
２０°Ｃで乾燥した後４００°Ｃで焼成して貴金属担持
活性アルミナを調製した。次に、この平均粒径５ミクロ
ンの貴金属担持活性アルミナ粉末を７０部、と平均粒径
２ミクロンの酸化セリウム粉末２０部と平均粒径５ミク
ロンの炭酸ランタン１０部を固形分５％の硝酸解膠ベー
マイトゾル１００部と純水１００部を混合してスプレー
ドライ法にて平均粒径約５０ミクロンの均一な粉体を造
粒した。

造粒された粉体の粒度分布は、２０ミクロン以下が５重
量％、２０〜４０ミクロンが１８重量％、４０〜５０ミ
クロンが２３重量％、５０〜６０ミクロンが３２重量％
、６０〜７０ミクロンが２４重量％、７０ミクロン以上
が８重量％であった。

次に、担体に予め塗布するバインダーとして、固形分ｌ
Ｏ％の硝酸解膠ベーマイトゾルを調製した。

０．９！のコージェライトハニカム担体をバインダーに
浸漬し、過剰のバインダーを圧縮空気で吹き払った後、
第１図に示す装置にバインダー付き担体をセットし、上
記コーティング用粉体をホッパーに約２００　ｇ投入し
て空気とともに担体セル内を通過させ、粉体をコーティ
ングした。その後、１２０°Ｃで乾燥し、更に２５０°
Ｃで仮焼した。−回のコーテイング量は約３５ｇ／個で
あった。

４回の反復操作によりコーテイング量１４５　ｇ　／個
の触媒を調製した。

夫隻炎１実施例１で調製したコーティング用粉体を高速撹拌機に
投入して加湿を行い、水分含有量を２５重量％とした以
外は、実施例１と同様に行った。

回のコーテイング量は約４５ｇ／個であった。３回の反
復操作によりコーティング量１４０ｇ／個の触媒を調製
した。高速撹拌機は■不ニパウダル製スパルタンリユー
ザーを使用した。

裏隻拠主実施例１と同様にして調製したコーティング用粉体の平
均粒子径が約１００ミクロンである他は実施例２と同様
の方法でコーティングを行った。

回のコーテイング量は約４０ｇ／個であった。３回の反
復操作によりコーティング量１２５ｇ／個の触媒を調製
した。コーティングに供した粉体の粒度分布は、１０ミ
クロン以下が７重量％、１０〜３０ミクロンが５重量％
、４０〜１００　ミクロンが３４重量％、１００〜１４
０　ミクロンが３２重量％、１４０〜１８０　ミクロン
が１２重量％、１８０　ミクロン以上が５重量％であっ
た。

スＪＬｆ引先実施例１の、担体に予め塗布するバインダーである硝酸
解膠ベーマイトゾルの代わりに市販シリカゾルを使用し
た以外は同様の方法にて調製した。

コーテイング量　１３５ｇ／個の触媒を調製した。

実施■工実施例１の、担体に予め塗布するバインダーである硝酸
解膠ベーマイトゾルの代わりに市販のセラミック接着剤
スミセラムを使用した以外同様の方法にて調製した。

コーテイング量　１３０　ｇ　／個の触媒を調製した。

ス１」四− 実施例１のコーティング用粉体の平均粒径を２００ミク
ロンにした以外は、同様な方法にて調製した。

−回のコート量は約３６ｇ／個であった。

コーテイング量　１２６　ｇ　／個の触媒を調製した。

実施■ユ実施例１のコーティング用粉体の平均粒径を３００ミク
ロンにした以外は同様な方法にて調製した。

−回のコート量は約２０ｇ／個であった。

コーテイング量　１１３ｇ／個の触媒を調製した。

−回のコート量と平均粒径の関係を第６図に示す。

止較Ｎ上実施例１のコーティング用粉体と、固形分比率５％のゾ
ル１００部を混合し固形分約４９．７％の組成物を調製
し、２０分間ボールミルで粉砕した。得られたスラリー
は、１０００ｃｐ以上の非常にチキソトロピー性が強い
ものであり、そのままではコーティング不可能であった
。取り出したスラリーに水を加え固形分約２０％まで稀
釈した後、７回浸漬コーティングして約１５０ｇ／個の
コート量を得た。

試験± 実施例１〜７と比較例１のサンプルについてベンチ耐久
試験を行った。エンジンは■型６気筒２０００ｃｃを使
用した。

耐久条件は入口ガス温度８５０°Ｃ，Ａ／Ｆ１４．５、
耐久時間１００Ｈｒである。

評価条件は入口ガス温度４００°ｃ、　Ａ／Ｆ１４．５
±１．０ヘンチ評価である。

結果を以下の表１に示す。

表　　１（発明の効果）以上説明してきたように本発明の方法によりウォッシュ
コート層を形成して得た触媒は、実施例および比較例の
結果から明らかなように、コーティング回数が少なく製
造コストが安いだけでなく、従来の製法による触媒に比
べＨＣ転化性能が優れており、触媒担体のセルコーナー
に偏ってコーティングされることなく、均一なコーティ
ング層が得られることによる貴金属の有効利用による効
果がみられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウォッシュコート層の形成方法を行う
のに用いる装置の一部を切欠いて示す配置図、第２図および第３図はそれぞれ従来のハニカム触媒担体
ウォッシュコート層の形成方法に用いる装置の断面図、第４図（ａ）は本発明の方法により形成したウォッシュ
コート層の乾燥前の触媒セルのコーナ一部の断面図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のウォッシュコート層の焼
成後の触媒セルのコーナ一部の断面図、第５図は従来法
で形成した触媒層を具える触媒セルのコーナ一部の断面
図、第６図は一回のコーテイング量と平均粒径の関係を示す
グラフである。 ■・・・担体骨　　　　　　２・・・ナイフェツジ爪３
・・・レデューサ−４・・・ボールバルブ５・・・導管
　　　　　　　６・・・サイクロン７・・・吸引機構　
　　　　８・・・触媒担体９・・・スクリューフィーダ
ー１０・・・ストックチャンバー１１・・・ホッパー１３・・・バルブ１５・・・容器１７・・・調製槽１９・・・ホッパー２１・・・減圧槽２３・・・活性アルミナスラリ２４・・・バインダー　　　　２５・・・触媒層１２・
・・ゴムバッキング１４・・・粉体１６・・・活性アルミナスラリー１８・・・ロータリーバルブ２０・・・担体骨２２・・・減圧機構第３図第４図（ａ）（ｂ）第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

１、軸方向に整列した管状通路を有するハニカム触媒担
体に、予めバインダーを塗布した後、アルミナ、セリア
を主成分とする粉末を付着させ、乾燥、焼成してウォッ
シュコート層を形成するに当り、アルミナ、セリアを主
成分とする粉末を予めバインダーと混合した後、造粒し
て、再度粉末化した物をコーティング用粉体として使用
することを特徴とするハニカム触媒担体ウォッシュコー
ト層の形成方法。