JPS5888034A - 排ガス浄化用触媒体及びその製造方法 - Google Patents

排ガス浄化用触媒体及びその製造方法

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JPS5888034A
JPS5888034A JP56184428A JP18442881A JPS5888034A JP S5888034 A JPS5888034 A JP S5888034A JP 56184428 A JP56184428 A JP 56184428A JP 18442881 A JP18442881 A JP 18442881A JP S5888034 A JPS5888034 A JP S5888034A
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勉 佐久間
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大槻 利男
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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】 本発明は、排ガス浄化用触媒体及びその製造方法に関し
、更に詳しくは、低温時における触媒効果が優れ、且つ
、触媒として長寿命を有し、耐熱衝撃性が優れた排ガス
浄化用触媒体及びその製造方法に関する。
近年、空間密閉型住居の普及や調理方法の変化に伴って
、暖房器具や調理器等も多様化している。
一方、これらの暖房器具若しくは調理器眸から発生する
一酸化炭素、辰化水素、酸化窒素、油煙等の有害な燃焼
排ガスが、住居を汚染するものとして問題になっている
そのため、これら排ガスを浄化するための各糧手段が研
究されておシ、その1つとして、例えば、排ガス中の有
害物質を分解して無害な物質に変換する触媒体に関する
研究がある。
このような触媒体としては、例えば、アルミナ、アルミ
ナ−シリカ、コーゾライト質から成るハニカム状、球状
、ペレット状の多孔質素材又はガラス繊維等の担体に、
触媒として白金、パラジウム等の貴金属又は鋼、マンガ
ン、クロム、鉄、亜鉛、ニッケル等の金属酸化物の少く
ともIIIを担持せしめたものが提案されている。
しかしながら、上記触媒体においては、これらの触媒を
担体に均質かつ効果的に担持せしめることがはなはだ困
難であり、その結果、少量の触媒で高い触媒効果を得る
ことができなかった。そのため、従来は、担体に予め活
性アルミナを担持せしめた後、これに触媒を担持せしめ
るという方法が試みられてきたが、この方法は必ずしも
満足のいく触媒効果をもたらさないのみならず、コスト
の面で問題があつ九。
とりわけ、触媒効果の点でみた場合、従来の触媒体は、
例えば−酸化縦索との接触時、その温度が200℃以下
においては一酸化炭素の除去率が40%以下と小さく、
そのため、暖房器やw4理器を着火した時のように全体
が未だ低温状態にあるときは、その触媒効果が期待でき
ないという問題があった。のみならず、触媒寿命が短く
、例えば、500時間程度の使用においても一酸化炭素
の除去率が低下し、実用には不適であった。
更に、従来の触媒体、とりわけその担体轢機械的強度が
小さいため振動、衝撃等による損耗を生じ易く、また耐
熱衝撃性に劣るため、急熱・急冷に対し亀裂又は破壊を
生じ易ずいという欠点があった。
本発明の目的は、上記した欠点を解消し、触媒の担持量
が少くても触媒効果が低下せず、低温時においても高い
触媒効果を有し、耐熱衝撃1性が優れ、更に触媒として
長寿命を有し、且つ、製造が簡便で安価な触媒体及びそ
の製造方法を提供することFCToる。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、触媒の担体とし
て粘土質物の焼成体を使用することに想到し、かかる担
体に、アルミナ及び白金族元素を担持せしめた触媒体を
用いることにより、上記目的か4底できることを見出し
本発明を完成するに到つ次。
即ち、本発明の排ガス浄化用触媒体は、酸化リチウム(
Li20)1〜5重瀘%、酸化アルミニウム(Alz 
03 ) 20電it%以上、及び二酸化ケイ素(Si
O2) 60 ′X量%以上の組成から取る粘土質物焼
成体を、アルミナゾルを含有する溶液に浸漬し加熱処理
して成る担体に、白金族元素を担持させて成ることを特
徴とするものである。
本発明において使用される触媒体の出発原料である粘土
質物は、粘土K L is O含有組成物を添加し友も
のを指称する。
一般に、粘土は主成分の酸化アルキニウム(Alz03
 )、二酸化ケイ素(Slot)のほかに、鉤えは、酸
化鉄(FeaOa )、酸化カルシウム(Cab)、酸
化マグネシウム(MgO)、酸化ナトリウム(NasO
)、酸化カリウム(KsO)等を含む天然産の鉱物の土
状楽合棒で、その微粉末を水で湿らせると可塑性を生じ
て4!r椙形状の成形が可能となる。この放形体を、適
宜な温度で焼成すると、所定の機械的強度を有する多孔
質構造の焼成体が得られる。
本発明において使用される粘土としては、例えは、カオ
リン、チャイナクレー、陶土、酸性白土、ダイアスポア
粘土、蛙目粘土、木節粘土、−ζ−ルクレー、緬器粘土
、ベントナイト、ロウ石、沖積土、埴土、白絵土、1器
粘土等が挙けられ、これらから敗る群より選ばれた1棟
又は2種以上のものを適宜に混合して使用することが好
ましい。
また、上記の粘土に冷加されるLizO含有組成物とし
ては、Li2Oを含むものであればいがなるものでもよ
いが、通常、スポヂュメン(Spodumene:Li
g O@AA’20m ” 48 i02 )、ペタラ
イト(Petalite:Lb O・Als Os *
8510g )又はリチウム長石(Lithiumfe
ldspar:Li1O・AA!z Os ・6SiO
z  )等が好んで用いられる。
本発明において、粘土質物は、上記のような粘土にLi
2O含有組成物を添加・混合して調製されるが、この場
合、得られた粘土質物中の成分組成比力Al5os :
201m%Ja上、5loz : 60 N1%以上、
Lit O: l JiEit%〜5重量%となるよう
に混合比を調整することが必要である。
粘土質物中のAA!sun及び5lotの成分組成比が
、それぞれ20重量%未満、60重t%未満の場合(逆
にいえば、Feign 、 Cao、 MgO,Nap
 01KtO等、と9わけCaO,MgO1Naa O
,Ks Oの含有量が多い場合)には、得られる担体(
焼成体)への触媒の担持が円滑に進行せず、また低温時
における触媒効果を向上せしめることがない。
更に、粘土質物中のLi3Oの成分組成比が1重−%未
満の場合には、得られる担体(焼成体)の−ナ熱衝撃性
の向上効果がみられない、LigOの成分組成比が5重
量%を超えると、得られる担体(焼成体)の耐熱衝撃性
は向上する反面、ガサつほくなり機械的強度が低下して
損耗し易すくなる。
そのため、粘土質物中のLhOの成分組成比の上限は5
重量%程度であることが好ましい。
上記した担体に含浸されるアル電す源としては、例えば
、アルミナゾル、r−アルミナ、その他アルミナを含む
混合物等が挙げられ、これらから放る群より選ばれた1
種もしくは2種以上のものが使用される。
又、白金族元素としては、例えば、白金、/ダラジウム
、ロジウム、ルテニウム等が挙げられ、これらから成る
群より選ばれた1種もしくは2種以上のものが使用され
る。
次に、上記触媒体の製造方法について説−する。
本発明の排ガス浄化用触媒体の製造方法は、ムl5Os
及び5ins を主成分とし、その組成が異なる粘土質
物粉末を少なくとも二種以上混合して、Li5O1〜5
重量%、Altos 20重量%以上、及び810m6
0重量%以上の組成となるよう調製し、焼成した後、ア
ルミナゾルを55重量%以上含有する濡液又はアルミナ
ゾル及びr−アルミナの等量混合物を30重量%以上含
有する溶液に浸漬し、次いで加熱処理を施し、更に白金
族元素を担持せしめることを特徴とするものである。
本発明の製造方法扛、先ず、少なくとも二種以上の粘土
質物粉末を混合して所定の組成に調製し、例えば、水を
加えて混錬した後、成形器を用いてハニカム状、球状、
ペレット状勢に成形する0次いで、かかる成形体管、空
気中において焼成する。
焼成条件としては、得られゐ焼成体が適宜な機械的強度
(通常、曲げ強さ:50〜3004/−が好ましい)及
び適宜な比表面積(通常、50〜200rr?/lが好
ましい)の多孔構造を備えるために、焼成@度500℃
以上、焼成時間1時間以上、とくに焼成温度1000〜
1400℃の範囲に設定されることが好ましい。
次いで、得られ九m成体から成る担体に、アルミナを担
持せしめる。かかる操作は、アルミナゾルを55重t%
以上含有する溶液又はアルミナゾル及びr−アルtすの
等量混合物を30重量%以上含有する溶液に焼成体を浸
漬し、アルミナゾル又はアルミナゾル及びr−アルミナ
を含浸せしめる。この際に使用する溶液は、アルミナゾ
ル及びr−アルミナを、例えば、水もしくは塩酸を数ノ
量−セント含有する溶剤等に、溶解もしぐは分散せしめ
て調製する。このようにアルミナゾル、r−アルミナを
含浸せしめた焼成体を、次いで、加熱処理する。かかる
加熱処理は、例えば、400〜800℃の空気中或いは
水素雰囲気中において。
1時間以上加熱することによって達成される。加熱温度
が400℃未満である場合には、成形後の焼成体に対す
るアル建すの密着性が十分でなく、一方、800℃を超
える場合には、アル建すが凝集して成形体表面における
アルミナの分散状態が悪くなり、且つ、白金族元素の付
着も悪くなる。
かかる処理を施した焼成体に対し、更に、白金族元素を
担持せしめる。かかる操作は、白金族元素を溶解した溶
液を上記処理を施した触媒体の表面又は内部気孔内に、
含浸法、スプレー塗布法又は刷毛塗布法等によって、含
浸著しくは付着せしめた後、これを、例えば、200〜
500℃の温度で加熱して熱分解させ、白金族元素を金
属又は金属酸化物の形で触媒体に担持せしめることによ
り行なわれるものである。この場合、白金族元素を触媒
体に均質に担持せしめるために、白金族元素を溶解して
成る溶液中に、触媒体を浸漬する方法(浸漬法)を用い
ることが好ましい、又、白金族元素は、0.2%付近の
塩化白金酸溶液中あるいは水等に溶解もしくは分散し良
状態で使用される。
このようにして得られる本発明の触媒体は、次のような
利点を有するものである。即ち、(11担体中に含まれ
ている触媒効果への妨害作用を有する成分の影響が抑制
されているので、担持せしめる触媒量が少なくても大き
な触媒効果を示す、(2)触媒効果の劣化が少なく、長
寿命を有する、(3)低温時における触媒効果が大きい
、(4)耐熱衝撃性に優れている、(5)担体が、入手
容易な粘土を素材とするため、特別な結合剤(バインダ
ー)を用いることなく安価に担体を得ることができるの
で有用である、等のことが挙げられる。この様にして得
られた本発明の排ガス浄化用触媒体L1ポータプル石油
ストーブ、石油温風ファンヒーター等の暖房器具や調理
器等の使用に際して室内に放出される燃焼排ガスの脱臭
及び清浄化に対し、極めて有効なものである。
以下において、実施例を掲げ、本発明を更に詳しく鮒明
する。
実施例 1)担体の作成 Al5Os : 35重置%、5ins:48重量%を
生成分とする本節粘土の粉末とAh Os : 34重
量%、5iOs二50重M%を生取分とする蛙目粘土の
粉末とをl:1(2)憲蓋比で混合して混合粘土の粉末
を作成した。
ついで、his Os : 53重量%、5ins:4
511憾を生成分とするムライ) (3AJs Os・
2810m)の粉末に、ベタライトの粉末を、その混合
比がそれぞれ2重量m%、6x蓋%、lO電量%となる
ように混合して3撫類の混合粉末を調製した。
それぞれのベタライト混合粉末と混合粘土粉末とをl:
lの重蓋比で混合して粘土質物の出発原料とした。これ
ら粘土質物の粉末を常法により化学分析したところ、い
ずれもAl5osは20重量%以上、S i Oxは6
0重量%以上含まれてお9、かつLhO線それぞれ、t
:1t%、3重量%、5重量%の含有量であることが確
−され友。
これら粘土質物の粉末に適量の水を加えて約1時間混練
し、得られた混線物をlレス加工して直径130鵡厚み
5msのノ・ニカム状円板を成形した。
ついで、該円板を空気中で乾燥養生した後、1200C
で1時藺以上焼成して担体とした。
2)触媒体の調製 得られた3植類の担体について、アルミナゾルの55電
臘%溶液又はアルミナゾル及びr−アルミナを15m[
盪へずつ含有する清液にそれぞれ浸漬して6種類の触媒
体を調製し、自然乾燥後、これらを600℃で1時間加
熱処理した。かかる6槍類の触媒体を、濃度0.20%
、0.15%、0.10%、0.05%の塩化白金酸溶
液中に1分以内浸漬して、塩化白金酸の含有量の異なる
481の試料をそれぞれについて作成した。ついで、こ
れらを空気中で乾燥した後、更に、空気中において、6
00℃で1時間加熱処理して触媒体を調製した。
得られた触媒体に担持されている白金の量を常法により
分析したところ、担体の見掛容積C1)に対する白金の
担持重量(f)として、それぞれ帆90f/110.7
0 f/l、 0.45 f/l、 0.25 f/ノ
であつ3)−酸化炭素除去率の測定 Lt鵞0:3.0重量〜含む粘土質物を担体O出発原料
とし、アルミナゾルの55%溶液に浸漬し、加熱処理を
施した白金担持量の異なる481の触媒体について一酸
化炭素除去率を測定し九。
上記4種の触媒体を、それぞれ独立して流通式反応装置
に設置し、それにS 、V、値(空関速[)が1000
0’/hrとなるような空気ノ4ランスの一酸化炭素2
50 ppmを含有するガスを11.117mの流量で
通流した。触媒体の前後における一酸化炭素の濃度を、
N−D−I−R方式のCO分析計で測定してCo除去率
(%)を算出した。このとき0II11定温度は200
Cであった。
その結果を、白金担持量(f/l )に対するCo除去
率の関係としてWI1図に示した0図から明らかなよう
に、本発明の触媒体は、その白金担持量が0.3〜1.
Ot/lと少なく、かつ200℃という比較的低い温度
においても、Co除去率は90%以上の値を示すことが
判明した。
次に、アルミナゾル551&址%浴液に浸漬した白金也
持童帆901/lの本発明触媒体の、入口ガス温度がそ
れぞれ、100℃、150℃、200℃におけるCo除
去率(%)を前記と同一条件で測定した。比較のために
、コージライト質担体に白金を1〜2 f/l担持させ
て成る従来の市販触媒体についても同様の測定を行なっ
た。
これらの結果を@1表に一括して示し、かつ第2図とし
て示した。111表及び第2図から明らかなように、本
発明の触媒体は従来の市販触媒体に比べて、低温でもす
ぐれた触媒効果を有することが判明した。
尚、アルきナゾル55重量%溶液に浸漬する代わりに、
アルミナゾル及びr−アルミナを15重i1%ずつ含有
する溶液に浸漬する他はすべて同様の処理を施した触媒
体においても同様の結果が得4)触媒寿命 Li、03重蓋%を含む担体に、アルミナゾル5s重量
%溶液に浸漬した白金担持量が0.921/lの触媒体
を用いて、ポータプル石油ストーブに組込み、−酸化炭
素の除去指数を経時的に調べ九、測定は、石油ストーブ
の芯高さを最良燃焼状態に設定し、外径130φ、厚さ
5 を有する触媒体を用いて、触媒体の実装時における
温度が最大値5700程度の条件で、−酸化炭素の浄化
度を指数で求めた。その結果を第3図に示した。
同時に比較品として、コージライト質担体に白金を1〜
2 t/l担持させて放る従来の市販触媒体についても
同様の測定を行なった。
第3図から明らかなように、本発明の触媒′棒線、従来
の触媒体に比較して、長時間に亘って安定な触媒活性を
有するものであることが確認された。
又、アルミナゾル55重量%溶液に浸漬する代わりに、
アルミナゾル及びr−アルミナを15重量%ずつ含有す
る浴液に浸漬した他はすべて同様の処理を施して成る触
媒体においても同様に、触媒寿命が長いことが確認され
た。
5)耐熱衝撃試験 l)と同様にしてLi2Oの含有量がそれぞれ1重it
%、3重鐘%、5重量%の粘土質物から各50個の担体
を作成しこれらに2)の方法によってアルミナゾル55
重量%溶液に浸漬した白金担持蓋0.91/lの触媒体
を各50個調製した。
これらの触媒体を、発熱量2140 KcaA!/hr
のポータプル石油ストーブの放熱ネット上約7.5側の
位置に設置し、定常燃焼状態で30分〜1時間加熱した
後、即座に水中(25C)に投入した。
水中投入直前の触媒体の中心部温度は530〜570℃
、周辺部温度は450〜500Cであった。
触媒体を水中に投入して急冷したとき、ワした触媒体の
個数及びヒビ、クラック等の亀裂が発生した触媒体の個
数をそれぞれ数えた。尚、比較のために、3)で用いた
前記市販の触媒体についても同様の試験を行なった。
これらの結果を一括して第2表に示した。尚、これら触
媒体それぞれの曲げ強さ、比表面積、線膨張係数の測定
値の平均を求め、それらを第2表に併記した。
第2表から明らかなように、本発明の触媒体は、従来の
触媒体に比べて、耐熱衝撃性に格段すぐれていることが
判明した。尚、t、i*oの成分組成比が大きくなると
、触媒体の機械的強度灯低下することも判明した。
又、アルミナゾル55重量%溶液に浸漬する代わりに、
アルミナゾル及びr−アルミナを15重量%ずつ含有す
る#液に浸漬し九他扛すべて同様の処理を施した触媒体
においても殆んど同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Lis O: 3.0重量%含む粘土質物を
担体の出発原料とする本発明の触媒体の白金担持量(f
/l )とCO除去率(%)との関係を示す図、第2図
はLtm O: 3.0重量%含む粘土質物を担体の出
発原料とし、白金担持量0.9 f/lの本発明触媒体
及び市販触媒体のCOガス温度とCO#去率との関係を
示す図、11!3図は、本発明触媒体及び市販触媒体の
一酸化炭素浄化指数変化を経時的に示す図である。 第1図 □−丈釦綺l    (9/J) −coが入玉L+@C) 情死時開(h「)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化リチウム1〜5重量優、酸化アルミニウム2
    0重童慢以上、及び二酸化ケイ素60重量%以上の組成
    から成る粘土質物焼成体を。 アルにナゾルを含有する溶液に浸漬し加熱処理して成ゐ
    担体に、白金族元索金担持させて成ることを%像とする
    排ガス浄化用触媒体。
  2. (2)  粘土質物焼成体が、酸化アルミニウム及び二
    酸化ケイ素を主成分とし、その組成が異なる粘土質粉末
    を少なくとも二種以上混合して調製し死後、焼成したも
    のであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    排ガス浄化用触媒体。
  3. (3)酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を主成分とし
    、その組成が異なる粘土質粉末を少なくとも二種以上混
    合して、酸化リチウムl〜及び二酸化ケイ素60重量%
    以上の組成となるよう調製し、焼成し死後、アルミナゾ
    ルを55%以上含有する溶液に浸漬し1次いで加熱処理
    を施し、更に白金族元素を担持せしめることを特徴とす
    る排ガス浄化用触媒体の製造方法。
  4. (4)焼成が、粘土質粉末混合物を空気雰囲気中、50
    0℃以上の温度で1時間以上加熱して行なうものである
    特許請求の範8第3項記載の排ガス浄化用触媒体の製造
    方法。
  5. (5)酸化アル1=ウム及び二酸化ケイ素を主成分とし
    、その組成が異なる粘土質粉末を少なくとも二種以上混
    合して、酸化リチウム1〜5重量%、酸化アル1=ウム
    2o重量%以上、及び二酸化ケイ素60重量%以上の組
    成となるよう調製し、焼成した後、アルミナゾル及びr
    −アル之すの等量混合物を30重量%以上含有する溶液
    に浸漬し、次いで加熱処理を施し、更に白金族元素を担
    持せしめることを−+ ハ +紅轟LL、^制御&七辻
  6. (6)  焼成が、粘土質粉末混合物を空気雰囲気中、
    500℃以上の温度で1時間以上加熱して行なうもので
    ある特許請求の範!!!第5項記載のIII/fス浄化
    用触媒体の製造方法。
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