JPH0661463B2 - 担体および触媒体 - Google Patents

担体および触媒体

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JPH0661463B2
JPH0661463B2 JP61286334A JP28633486A JPH0661463B2 JP H0661463 B2 JPH0661463 B2 JP H0661463B2 JP 61286334 A JP61286334 A JP 61286334A JP 28633486 A JP28633486 A JP 28633486A JP H0661463 B2 JPH0661463 B2 JP H0661463B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、燃焼排ガス浄化などの高温雰囲気での反応
や、完全酸化などの高温発熱反応において使われる、耐
熱性に優れた、触媒担体および触媒に関するものであ
る。
従来の技術 最近の触媒用途の拡大により、従来になかった高温域で
の使用が増えている。もっとも見近かなものとしては、
自動車の排ガス浄化や、石油,ガス等の燃焼器の排ガス
浄化の例が挙げられる。このような使用途においては、
触媒の放置される場所の雰囲気温度が、700〜900
℃にもなることが普通で、さらに反応成分濃度が高い場
合には、反応熱として50℃〜100℃も加わることが
あり、触媒担体および触媒としては1000℃を超す温度に
すらなりうる。またこのような用途においては、熱的な
問題と同時に、触媒自体の通気抵抗を低くする他に、機
械的な振動やショックに強いことが、反応特性以上に強
く要求される。このような要求に対して、これまでにい
くつかの材質,形状より成る触媒体が提案され、実用さ
れてきた。これらの代表的なものとして、コーディライ
ト材より成るハニカム構造体やシリカファイバより成る
クロスを基材とし、この表面に担体と触媒を担持した触
媒体がある。このうちコーディライト材より成るハニカ
ム構造触媒体は、その材質から、基材そのものの耐熱性
は1000℃以上であり、高温雰囲気下における熱的な破壊
はないが、反応熱による局部加熱においてクラックを発
生しやすく、一方、焼結セラミック体であることから、
機械的なショックにも弱い。これに対して、シリカファ
イバより成るクロス担体もしくは触媒体は、熱的なショ
ックや機械的なショックに強い反面、ガラス質シリカの
ため、その使用最高温度は1000℃以下に限定されること
から高温までの使用については、放置条件を選ぶ必要が
あった。
発明が解決しようとする問題点 従来の代表的な2つの種類の担体もしくは触媒体は、い
ずれも、その基材の特質に係わっており、特にシリカク
ロス担体もしくは触媒体にあっては、形状や機械的な強
度、また熱的,機械的ショックについてはコーディライ
トハニカム担体もしくは触媒体よりも優れていることか
ら、このシリカクロス基材の耐熱性を向上することが最
大の課題である。
本発明はこのシリカクロス担体もしくは触媒体にかわ
る、耐熱性を向上した担体および触媒体を提供しようと
するものである。
問題点を解決するための手段 本発明者らは、従来のシリカクロスを基材とする担体も
しくは触媒体の耐熱温度限界を高めるために、触媒基材
として、従来より使われてきたガラス繊維を出発原料と
し、これを強酸処理して得られるシリカファイバの撚糸
と、高アルミナ組成比より成るアルミナファイバの撚糸
とを一緒に織り込んで織布としたものを用いることによ
り、従来のシリカファイバのみより成るシリカクロスに
くらべて、耐熱温度を100〜200℃高められること
を見出した。ここにいう耐熱温度は、長時間連続使用に
おいても、固化したり、溶断しない上限の温度を意味し
ている。当然、アルミナファイバの撚糸のみで織布とし
た場合には、1200℃を超えることも可能であるが、従来
より、(強酸処理による)シリカクロスを触媒基材とし
て使用することの、もう一つの特質に、ファイバー表面
の比表面積が大きいことがあり、この点においてアルミ
ナファイバーは1桁以上小さく、特に高価な貴金属を少
量担持して使うような燃焼排ガス用触媒の基材としては
不向きである。さらに現実として、アルミナの長繊維フ
ァイバは、その製造法から大変高価であり、このような
材料ですべてを構成することは、経済的に実用に供しな
い。この耐熱特性と、基材としての比表面積、さらには
経済的実用価値の観点から、本発明者らは、シリカファ
イバの撚糸、アルミナファイバの撚糸の混織比率を、1
0対1から高々2対1とすることが望ましく、さらに具
体的には、織布の縦糸と横糸に、それぞれシリカファイ
バ撚糸にアルミナファイバ撚糸をある割合で織り込ん
で、全体の織布として前の比率の範囲にするか、あるい
は織布の縦糸もしくは横糸のいずれか一方を、シリカフ
ァイバ撚糸とアルミナファイバ撚糸で織り、かつ、他方
の糸はシリカファイバ撚糸のみで織ることが、もっとも
確かな方法であることも見出した。これは、シリカファ
イバとアルミナファイバの熱収縮のちがいを互に吸収し
あうことになると共に、担体もしくは触媒体として長時
間高温雰囲気にさらされても、全体の形状変化が小さく
出来ることにある。
作 用 本発明による作用は、前にも述ぶたとおり、シリカファ
イバ撚糸に、耐熱温度に高いアルミナファイバ撚糸を織
り混ぜることによって、クロス基材全体として、耐熱温
度が向上することである。より詳しくは、シリカファイ
バ撚糸そのものの耐熱温度は不変ではあるが、アルミナ
ファイバ撚糸と共に織り込まれたクロス基材そのもの
は、極端な場合、構成するシリカファイバ撚糸が固化,
溶断するような高温下にあっても、アルミナファイバ撚
糸の固化,溶断に至らない温度であれば、基材としての
形態,特質を維持する。これ以上に実際にこの基材の表
面に担体や触媒を形成したときには、担体材や触媒材が
基材の撚糸間を互いに連結・結合するため、前の極端な
場合においてすら、十分に担体もしくは触媒体としての
形態,特質を維持するものである。
実施例 以下に実施例をもって詳細に説明する。
(実施例1) シリカファイバ数百本より成る撚糸と、アルミナ成分比
が60%以上のアルミナファイバ数百本より成る撚糸を
用意し、とれらの撚糸で織布を織るに当って、縦糸と横
糸それぞれが、シリカファイバ撚糸20本に対し、アル
ミナファイバ撚糸1本の割合から、シリカファイバ撚糸
1本に対し、アルミナファイバ撚糸2本の割合の間のい
くつかの割合でなる織布を作成した。この織布を基材と
して、あらかじめ準備したアルミナゲル120部をイオ
ン交換水1000部に分散させた溶液中に、十分浸漬し
て、余分の液を除いたのち、乾燥炉で1〜2時間乾燥
し、さらに500〜850℃の焼成炉で1〜3時間焼成
して、クロス担体を調製した。続いてこのクロス担体
を、硝酸パラジウム水溶液中に浸漬し、余分の液を除い
たのち、120℃の乾燥炉で1〜2時間乾燥し、さらに6
00℃〜850℃で1〜3時間焼成分解して、パラジウ
ムを担持した。
基材と担体そして触媒それぞれの比表面積は、互に関連
しており、基材が10〜55m2/gで、担体とすると23
〜75m2/g、そして完成触媒では20〜70m2/gであっ
た。
これらのパラジウム担持触媒の基材構成と比表面積及び
耐熱特性さらにはCOの酸化特性の結果を第1表のA〜
Fに示した。
(実施例2) 実施例1と全く同様にして、織布を作成し、これを基材
として、あらかじめ準備した、アルミナゲル120部と
αアルミナ微粒子60部とジルコニア微粒子100部を
イオン交換水1200部に分散した溶液中に浸漬し、実施例
1と同じ条件で乾燥,焼成して、基材クロスの表面に、
γアルミナ、αアルミナ,ジルコニアから成るウォッシ
ュコートを形成して担体とした。この担体に実施例1と
同じ方法でパラジウムを担持した。
(実施例3) 実施例2により調製したクロス担体の表面に、実施例1
と同じ方法で、白金,ロジウム、また白金とパラジウ
ム、さらには白金とロジウムをそれぞれ、所定の量担持
して触媒を調製した。
(実施例4) 実施例2により調製したクロス担体の表面に、実施例1
と同じ方法を用い、かつ、前駆体として、水溶性塩を選
んで、白金,パラジウムと、酸化鉄,酸化ニッケル,酸
化銅,酸化マンガン,酸化クロム,酸化コバルトとのい
くつかの組合せで、所定の混合比率と、所定の量を担持
した触媒を調製した。
(実施例5) シリカファイバの撚糸とアルミナファイバの撚糸を縦糸
とし、横糸にシリカファイバの撚糸を用いた他は、実施
例1と全く同様にして、パラジウム担持クロス触媒体を
調製した。これらの触媒体の構成と特性は、第1表のG
〜Jに示した。
(実施例6) シリカファイバの撚糸とアルミナファイバの撚糸を横糸
とし、縦糸にシリカファイバの撚糸を用いた他は、実施
例1と全く同様にしてパラジウム担持クロス触媒体を調
製した。これらの触媒体の構成と特性を第1表のK〜M
に示した。
(実施例7) シリカファイバ撚糸を横糸とし、アルミナファイバ撚糸
を縦糸として、横糸と縦糸の本数比率が3:1から1:
3の間のいくつかの割合から成る織布を作成し、これら
を基材とした他は、実施例1と全く同様にした、パラジ
ウム担持クロス触媒体を調製した。
以上の実施例では、いずれも触媒体として調製した場合
について述べたが、いずれの実施例においても、担体を
調製を経て、その次に触媒材を担持して触媒体を調製し
ており、担体の実施例は特に記載を省略した。
(実施例8) 実施例1と同様にして作成された基材を、あらかじめ準
備した、硝酸塩から成る、白金,パラジウム,ロジウム
のうちの少なくとも一つと、鉄,ニッケル,銅,マンガ
ン,クロム,コバルト,マグネシアのうち少なくとも一
つを、いくつかの組合せで、所定の混合比から成る水溶
液中に直接浸漬し、乾燥,焼成も実施例と同じ条件で行
なって、触媒体を調製した。
本実施例の効果を確認するため、実施例による触媒のい
くつかを1050℃の電気炉に入れ、500H,1000H,2000H後
毎に取り出し、目視による糸切れ有無の確認、φ10mm
の試験棒に沿わせたときの折れによる破断の有無、さら
に比表面積を測定し、電気炉に入れる前での比表面積に
対する減少率を算出して、耐熱特性とした。この結果
は、1000H加熱後結果についてのみ第1表に示した。
また反応特性に対する効果を調べるために、CO10ppm空
気バランスのモデルガスを用いて、流通式反応装置にお
いて、触媒温度800℃、空間速度15×104h--1
ときの触媒前後におけるCO濃度より算出した、CO転
化率を求めた。さらに高温履歴後の反応特性への影響を
みるため、それぞれの触媒を、電気炉で900℃で1000
H加熱後したものについてもCO転化率を測定した。こ
の結果を第1表に示した。
一方、比較例として、シリカファイバの撚糸のみから成
るシリカクロス基材を用い、この表面に実施例1と同じ
方法で、アルミナのウォッシュコートとパラジウムを同
一量担持した触媒を調製し、上記の反応試験と耐熱試験
を行ない、本発明の触媒と比較した。この結果は第1表
中、比較例として示した。
第1表の結果より判るとおり、本実施例における触媒
は、 (1) 1050℃,1000Hの高温履歴において、AとG触媒を
除いて、糸切れや曲げによる破断はない。比較例では糸
切れ,曲げによる破断共に発生を確認した。
この結果は2000H後においても同じであった。
(2) 比表面積の耐熱加熱後の減少は、シリカファイバ
撚糸のアルミナファイバ撚糸に対する構成比が大きいも
の程大きく減少していることが判る。
(3) CO転化率は初期値においては、いずれの触媒も
全く同じであったが、900℃,1000H後においては大
きくちがっている。この加熱後のCO転化率の序列と、
比表面積の減少率の序列との間に、同じ傾向があること
が判った。試験触媒と比較触媒は共に同じ担体・同じ触
媒を担持していることから、この結果は基材そのものの
比表面積に依存しているものとみられる。同じ触媒につ
いて、プロパン40ppmの空気バランスガスで反応試験
を行なった結果では、初期値においても明らかに基材構
成のちがいによる差異があり、加熱後には、さらにその
差異が大きくなることが判った。この場合にも、初期に
おいて転化率が高いのは、シリカファイバ撚糸の構成比
率が高いものであり、逆に加熱後にはアルミナファイバ
撚糸の構成比率が高いものの方に、転化率も高くなって
いる。このことからも、基材を構成する撚糸の熱安定性
が、高温履歴触媒の反応面での耐熱性を向上することが
判った。
ここでは主に、実施例1,5,6について、その効果を
詳細に述べたが、他の実施例2,3,4,7,8につい
ても、基材に担持する担体材や触媒材のちがいによって
若干の効果が異なるものの、基材の構成に起因すると考
えられる、上記の効果については、同一内容の担持物で
比較する限りにおいては、全く同じ効果を有することが
判った。
発明の効果 以上のように本発明によれば、高温履歴においての糸切
れや曲げによる破断が少なく、かつ、耐熱加熱後の比表
面積の減少が小さく、さらには加熱後のCO転化率が高
い触媒体を提供することができる。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス長繊維を出発原料とし、強酸処理に
    より得られるシリカファイバの撚糸と、高アルミナ組成
    比をもつアルミナファイバの撚糸とから成る織布を基材
    とし、この表面に担体材を付着したことを特徴とする担
    体。
  2. 【請求項2】シリカファイバの撚糸とアルミナファイバ
    の撚糸を、縦糸および横糸としたことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の担体。
  3. 【請求項3】シリカファイバの撚糸を縦糸もしくは横糸
    とし、アルミナファイバの撚糸を横糸もしくは縦糸とし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の担体。
  4. 【請求項4】シリカファイバの撚糸とアルミナファイバ
    の撚糸を、縦糸もしくは横糸のいずれか一方の糸とし、
    かつシリカファイバの撚糸を他方の糸としたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の担体。
  5. 【請求項5】シリカファイバの撚糸とアルミナファイバ
    の撚糸とから成る織布の表面に、αアルミナ、γアルミ
    ナおよびジルコニアの群から選ばれる少なくとも一つを
    含むウォッシュコートを形成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項乃至第4項のいずれかに記載の担体。
  6. 【請求項6】ガラス長繊維を出発原料とし、強酸処理に
    より得られるシリカファイバの撚糸と、高アルミナ組成
    比でなるアリミナ長繊維の撚糸とから成る織布を基材と
    し、この表面に触媒材もしくは担体材と触媒材を付着し
    たことを特徴とする触媒体。
  7. 【請求項7】シリカファイバの撚糸とアルミナファイバ
    の撚糸を縦糸および横糸としたことを特徴とする特許請
    求の範囲第6項記載の触媒体。
  8. 【請求項8】シリカファイバの撚糸を縦糸もしくは横糸
    とし、アルミナファイバの撚糸を横糸もしくは縦糸とし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の触媒
    体。
  9. 【請求項9】シリカファイバの撚糸とアルミナファイバ
    の撚糸を縦糸もしくは横糸のいずれか一方の糸とし、か
    つシリカファイバの撚糸を他方の糸としたことを特徴と
    する特許請求の範囲第6項記載の触媒体。
  10. 【請求項10】シリカファイバの撚糸とアルミナファイ
    バの撚糸とから成る織布の表面に、直接もしくは担体材
    をウォッシュコートしたのちに、白金,パラジウム,ロ
    ジウムの少なくとも一つを含む白金属金属を担持したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第6項乃至第9項のいず
    れかに記載の触媒体。
  11. 【請求項11】シリカファイバの撚糸とアルミナファイ
    バの撚糸とから成る織布の表面に、直接もしくは担体材
    をウォッシュコートしたのちに、白金,パラジウム,ロ
    ジウムの少なくとも一つを含む白金属金属と、鉄,ニッ
    ケル,銅,マンガン,クロム,コバルト,マグネシウム
    の少なくとも一つを含む金属酸化物を担持したことを特
    徴とする特許請求の範囲第6項乃至第9項のいずれかに
    記載の触媒体。
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