JPH08103666A - 不活性基体に担持させて触媒構造体を製造するための触媒スラリー及び触媒構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】セラミックス又は金属からなる不活性基体の表
面を粗面化することなく、それに容易に担持させること
ができ、しかも、得られた触媒構造体が過酷な条件下に
用いられても、触媒層が基体の表面から容易には剥離し
ない触媒構造体を与える触媒スラリーと、そのような触
媒スラリーを用いる触媒構造体の製造方法を提供するこ
とにある。 【構成】本発明による不活性基体に担持させて触媒構造
体を製造するための触媒スラリーは、触媒粉末、ウイス
カー、無機バインダー及び水を含むことを特徴とする。
本発明による触媒構造体の製造方法は、上記触媒スラリ
ーをセラミックス又は金属からなる不活性基体に塗布
し、乾燥させて、基体上に触媒層を形成させることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、不活性基体に担持させ
て、触媒構造体を製造するために用いる触媒の水性スラ
リーと、そのような触媒スラリーを用いる触媒構造体の
製造方法に関し、詳しくは、コージエライト、ムライト
等のセラミックスや、或いはステンレス等の金属からな
る不活性基体に担持させ、触媒層を形成して、触媒構造
体を製造するために用いる触媒スラリーと、そのような
触媒スラリーを用いる触媒構造体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、脱硝やオゾン分解のため
に種々の触媒が用いられているが、実用上は、多くの場
合、反応に不活性な基体に触媒粉末を担持させ、触媒構
造体として用いられている。なかでも、上記不活性基体
のなかで、セラミックスや金属からなる基体、例えば、
ハニカム基体に触媒粉末を担持させた触媒構造体が取扱
いに便利のみならず、耐久性にすぐれるところから、広
く実用されている。

【０００３】従来、金属からなる不活性基体上に触媒を
担持させるには、その金属からなる不活性基体を脱脂し
た後、９００〜１１００℃の温度に焼成して、金属表面
を酸化させ、フェライト系ステンレスのような金属を不
活性基体として用いる場合には、必要に応じて、その表
面にアルミナのウイスカーを形成させる等して、触媒ス
ラリーの担持が容易であるように、金属表面を粗面化
し、その上に触媒スラリーを塗布し、乾燥させ、必要に
応じて焼成して、基体の表面に触媒層を形成させること
によって行なわれている。

【０００４】このように、従来の方法によれば、触媒構
造体の製造には、手間を要しながら、環境雰囲気の温度
が急激に昇降したり、或いは触媒構造体が振動したよう
な場合に、触媒が構造体の表面から容易に剥離する問題
がある。特に、このような傾向は、金属からなる不活性
基体を用いた場合に著しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、セラミック
ス又は金属からなる不活性基体上に触媒スラリーを塗布
し、乾燥させて、基体上に触媒層を形成させてなる触媒
構造体を製造する従来の技術における上述したような問
題を解決するためになされたものであつて、不活性基体
の表面を粗面化することなく、それに容易に担持させる
ことができ、しかも、得られた触媒構造体が過酷な条件
下、例えば、振動、熱衝撃、高線速の流体との接触下等
に用いられても、触媒層がが基体の表面から容易には剥
離しない触媒構造体の製造方法と、そのような触媒構造
体の製造に用いる触媒スラリーを提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による不活性基体
に担持させて触媒構造体を製造するための触媒スラリー
は、触媒粉末、ウイスカー、無機バインダー及び水を含
むことを特徴とする。また、本発明による触媒構造体の
製造方法は、触媒粉末、ウイスカー、無機バインダー及
び水を含む触媒スラリーをセラミックス又は金属からな
る不活性基体に塗布し、乾燥して、その表面に触媒層を
形成させることを特徴とする。

【０００７】本発明において、用いる触媒粉末は、対象
とする触媒反応によって適宜に選ばれるが、例えば、自
動車用の脱硝触媒であれば、白金、白金とロジウムとか
らなる混合物、白金とロジウムと酸化セリウムとからな
る混合物等の触媒活性物質乃至成分を適宜の固体担体に
担持させた粉末である。担体としては、特に、限定され
るものではないが、好ましくは、γ−アルミナや、或い
は熱安定性を高めるために、ランタンをドープしたアル
ミナ等が用いられる。触媒活性物質をこのような担体に
担持させる方法は、既によく知られている。

【０００８】本発明において、触媒粉末は、粒径が0.１
〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。触媒粉末の
平均粒径が0.１μｍよりも小さいときは、得られた触媒
スラリーを不活性基体に塗布し、乾燥させて、基体の表
面に触媒層を形成する場合に、上記乾燥に際して、触媒
層にクラックが生じやすく、他方、平均粒径が１００μ
ｍを越えるときは、基体に対する触媒層の接着強度が非
常に小さくなる。特に、好ましくは、触媒粉末の平均粒
径は、0.５〜５０μｍの範囲である。

【０００９】しかも、本発明によれば、触媒粉末は、そ
の粒度分布において、二つのピークを有することが好ま
しい。例えば、触媒粉末を調製した後、その一部を更に
別の手段にて微粉砕し、これらを混合することによっ
て、その粒度分布において、二つのピークを有する触媒
粉末を得ることができる。このような触媒粉末を用い
て、触媒層を形成すれば、触媒層における触媒粉末の充
填率が高く、触媒層が割れ難い利点を有する。特に、本
発明によれば、一方の触媒粉末の平均粒径を0.１〜５μ
ｍ、好ましくは、0.５〜５μｍの範囲とすると共に、他
方の触媒粉末の平均粒径を５〜１００μｍ、好ましく
は、１０〜５０μｍとし、且つ、大きい方の触媒粉末が
小さい方の触媒粉末の平均粒径よりも２倍以上、好まし
くは１０倍以上大きいように調製すればよい。更に、本
発明によれば、小さい方の触媒粉末と大きい方の触媒粉
末との混合物は、前者が５０〜９０重量％、後者が５０
〜１０重量％の範囲にあることが好ましく、特に、前者
が６０〜８０重量％、後者が４０〜２０重量％の範囲に
あることが好ましい。

【００１０】本発明において、ウイスカーとしては、炭
化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナやチタニア等のような
金属酸化物等のウイスカーが好ましく用いられ、その直
径が0.１〜５μｍの範囲にあり、その長さが５〜５００
μｍの範囲にあり、更に、針状比（直径に対する長さの
比）が５以上、特に、１０〜３００の範囲にあるものが
好ましく用いられる。特に、本発明においては、スラリ
ーにおける分散性にすぐれる点から、炭化ケイ素ウイス
カーが好ましく用いられる。

【００１１】本発明による触媒スラリーは、このよう
に、ウイスカーを含み、従って、触媒スラリーを不活性
基体に塗布する際のスラリーの流動性が改善されて、一
定の方向にスラリーを円滑に流れさせることができる。
この特性は、特に、微小なハニカム孔や金属筒内を流通
させて、ハニカム孔や金属筒の壁面に触媒スラリー付着
させ、また、その後にその壁面から過剰の触媒スラリー
をエアー・ブロー（空気吹き付け）によって除去するよ
うな場合に求められる望ましい特性である。

【００１２】即ち、本発明による触媒スラリーは、易動
性にすぐれており、かくして、金属やセラミックスから
なる不活性基体の表面に触媒スラリーを均一に塗布する
ことができ、更に、その後の乾燥工程において、微細な
クラックの生成を抑制し、その結果として、均一で且つ
不活性基体への接着強度が非常に高い触媒層を基体上に
形成することができる。

【００１３】ウイスカーは、触媒粉末１００重量部に対
して、通常、１〜１０重量部の範囲で用いられる。ウイ
スカーの使用量が触媒粉末１００重量部に対して、１重
量部よりも少ないときは、得られるスラリーの流動性の
改善が乏しく、他方、１０重量部を越えて過多に配合す
るときは、反対に、スラリーの粘度が高くなって、流動
性が悪くなり、基体に均一に塗布し難くなる。

【００１４】次に、無機バインダーとしては、例えば、
種々の無機酸化物ゾルが好ましく用いられる。このよう
な無機酸化物ゾルとして、例えば、種々の無機酸又は有
機酸又は塩基性物質にて安定化したアルミナゾル、シリ
カゾル、チタニアゾル等を挙げることができる。安定化
剤としては、既によく知られているように、用いるゾル
に応じて、例えば、硝酸、酢酸、アンモニア等を挙げる
ことができる。

【００１５】このような無機バインダーは、触媒粉末１
００重量部に対して、固形分換算にて、通常、５〜２０
重量部の範囲で配合される。無機バインダーの配合量が
触媒粉末１００重量部に対して、固形分換算にて５重量
部よりも少ないときは、スラリーが基体に対して十分な
接着力をもたず、触媒層を基体に強く接着することがで
きない。しかし、無機バインダーの配合量が触媒粉末１
００重量部に対して、固形分換算にて２０重量部よりも
多いときは、得られる触媒層にクラックが生じやすく、
また、却って触媒層の基体に対する接着力が低下する。

【００１６】本発明による触媒スラリーにおいて、水の
量は、得られる触媒スラリーが基体に塗布し、或いは基
体から空気吹き付けによって除去するのに適当な流動性
を有する程度に用いればよい。

【００１７】本発明による触媒スラリーは、これをセラ
ミックス又は金属からなる不活性基体に塗布し、乾燥
し、必要に応じて、焼成することによつて、不活性基体
の表面に触媒層として均一に担持させることができる。
ここに、セラミックス又は金属からなる不活性基体とし
ては、前述したように、コージエライト、ムライト等の
セラミックスや、或いはステンレス、その他の種々の鉄
基合金や非鉄基合金等の金属からなる不活性基体からな
り、その形状としては、ハニカム基体のほか、筒、網、
種々の形状の板等を挙げることができる。例えば、自動
車の脱硝に用いる触媒構造体の場合であれば、不活性基
体として、金属ハニカムを好適に用いることができる。
また、自動二輪車の場合であれば、金属製の排気管自体
を不活性基体として、その内表面に触媒層を形成するこ
ともできる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、本発明による不活性基体
に担持させて触媒構造体を製造するための触媒スラリー
は、触媒粉末、ウイスカー、無機バインダー及び水を含
み、このように、ウイスカーを含むので、すぐれた流動
性を有しており、かくして、不活性基体に均一に塗布す
ることができ、更に、塗布後の過剰スラリーを除去する
ための空気吹き付け時の易動性も非常によく、しかも、
その後の乾燥工程において、微細なクラックの生成を抑
制することができる。

【００１９】従つて、本発明による触媒スラリーを用い
て得られる触媒構造体は、不活性基体上に均一で割れの
ない触媒層を有するのみならず、触媒層が不活性基体に
大きい接着強度にて接着しており、かくして、得られた
触媒構造体は、過酷な条件下、例えば、振動、熱衝撃、
高線速の流体との接触等によっても、触媒が不活性基体
の表面から容易には剥離せず、耐久性にすぐれる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。

【００２１】実施例１〜６ （触媒粉末の調製）ジニトロジアミン白金水溶液（白金
として１０ｇ／ｌ）１リットルに攪拌下、ランタンをド
ープしたアルミナ（住友化学工業（株）製ＴＡ−２３１
１）１kgを加え、３０分間攪拌を続けた。得られたスラ
リーを噴霧乾燥機を用いて熱風温度２５０℃にて噴霧乾
燥させた。この乾燥させた粉末を更に空気中、電気炉に
て５００℃で３時間焼成して、触媒粉末Ａを得た。この
触媒粉末の一部を更にジェット・ミルにて微粉砕して、
触媒粉末Ｂを得た。これら触媒粉末Ａ及びＢを遠心沈降
法によって平均粒径を求めたところ、粉末Ａは２２μ
ｍ、粉末Ｂは1.５μｍであった。

【００２２】（スラリーの調製）表１に記載の処方に従
って、アルミナゾル（日産化学（株）製アルミナゾル２
００）に水を攪拌しながら加えた後、更に、攪拌下に、
上で得た触媒粉末Ａ及びＢと共に炭化ケイ素ウイスカー
（三井東圧化学（株）製、直径0.４〜0.８μｍ、長さ６
０〜３００μｍ）を加え、更に、必要に応じて、ゾル安
定剤を加えて、触媒スラリーを得た。

【００２３】（触媒構造体の調製）フェライト系ステン
レス（２０Ｃｒ５Ａｌ）の試験片（0.５mm×３５mm×７
０μｍ厚さ）をアセトンにて脱脂し、これを１００℃で
１時間加熱乾燥させた後、放冷した。この後、試験片を
上記触媒スラリーに浸漬し、引き上げた後、空気吹き付
けによって過剰のスラリーを試験片から除去し、かくし
て、試験片の表面に触媒スラリーを塗布した。次いで、
試験片を８０℃の熱風下で乾燥させた後、５００℃で３
時間焼成して、触媒層を試験片上に形成した。得られた
試験片を室温に放置した。このようにして得られた触媒
層を有する試験片（触媒構造体）において、いずれも、
触媒層の厚みは約５０〜６０μｍであり、また、触媒層
にクラックは認められなかった。

【００２４】（触媒層の剥離試験）上記触媒層を有する
試験片を５００℃の電気炉に投入し、３０分間放置し、
次いで、常温空気中に取り出し、常温まで放冷する加熱
冷却操作を１０回繰返した後、イオン交換水１００ｍｌ
中に浸漬し、超音波洗浄器にて３０分間処理する操作を
５回繰返した後、触媒層の剥離率を求めた。触媒層の剥
離率は（上記試験後の触媒層の剥離重量／上記試験前の
試験片の有する触媒層の重量）×１００（％）によって
定義される。結果を表１に示す。

【００２５】比較例１ 炭化ケイ素ウイスカーを用いることなく、表１に記載の
処方に従って、実施例と同様にして、触媒スラリーを調
製し、これを用いて、実施例と同様にして、試験片上に
触媒層を形成した。触媒層の剥離試験結果を表１に示
す。また、触媒層にクラックが認めらた。

【００２６】比較例２ 表１に示すように、触媒粉末１００重量部に対して炭化
ケイ素ウイスカーを５０重量部を用いた以外は、実施例
と同様にして、触媒スラリーを調製し、これを用いて、
実施例と同様にして、試験片上に触媒層を形成した。触
媒層にクラックは認められなかった。触媒層の剥離試験
結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

フロントページの続き (72)発明者 両角 直洋 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】触媒粉末、ウイスカー、無機バインダー及
   び水を含むことを特徴とする不活性基体に担持させて触
   媒構造体を製造するための触媒スラリー。
2. 【請求項２】触媒粉末１００重量部に対して、ウイスカ
   ー１〜２０重量部及び無機バインダー５〜２０重量部を
   含む請求項１記載の触媒スラリー。
3. 【請求項３】ウイスカーが炭化ケイ素ウイスカー、窒化
   ケイ素又は無機酸化物ウイスカーである請求項１又は２
   に記載の触媒スラリー。
4. 【請求項４】無機バインダーが無機酸化物ゾルである請
   求項１乃至３いずれかに記載の触媒スラリー。
5. 【請求項５】触媒粉末、ウイスカー、無機バインダー及
   び水を含む触媒スラリーをセラミックス又は金属からな
   る不活性基体に塗布し、乾燥して、その表面に触媒層を
   形成させることを特徴とする触媒構造体の製造方法。
6. 【請求項６】触媒スラリーが触媒粉末１００重量部に対
   してウイスカー１〜１０重量部及び無機バインダー５〜
   ２０重量部を含む請求項５記載の触媒構造体の製造方
   法。
7. 【請求項７】ウイスカーが炭化ケイ素ウイスカー、窒化
   ケイ素又は無機酸化物ウイスカーである請求項５又は６
   に記載の触媒構造体の製造方法。
8. 【請求項８】無機バインダーが無機酸化物ゾルである請
   求項５乃至７いずれかに記載の触媒構造体の製造方法。
9. 【請求項９】不活性基体がハニカム基体である請求項５
   乃至８いずれかに記載の触媒構造体の製造方法。
10. 【請求項１０】不活性基体が筒体である請求項５乃至８
    いずれかに記載の触媒構造体の製造方法。