JPS6157244A - 触媒担体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は触媒担体、特に三次元網目構造で連通孔を形成
したセラミック触媒担体の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

三次元網目構造で連通孔を形成したセラミック構造体は
周知であり、通気性に優れる。従って、このようなセラ
ミック構造体の表面に触媒を担持することにより、例え
ば内燃機関より排出される排気ガスを浄化するための触
媒体として使用が可能である。つまりを害ガスを反応さ
せようとすると未反応ガスを触媒表面に接触させなけれ
ばならないが、上記構造体はその構造ゆえにガス拡散性
に優れ、未反応ガスの素抜けが生じにくいことから充分
な浄化能を有する。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕 ところが、これはガス拡散性に優れるため、内ｌｌＡ機
関の排気ガスのように大流速、大流量の中では圧力損失
が非常に大きくなる。そこで、圧損を下げるために三次
元網目を大きくしたり、厚さを小さくしようとすると、
セラミック表面位が太きく減少し、この結果反応律速に
なり、ガス浄化能が悪化する問題があった。

そこで本発明は低圧損でガス拡散性に優れ充分な浄化能
を有する通気性三次元網目構造を有するセラミック触媒
担体を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は通気性三次元網目構造を有するセラミック構造
体をガスが一端より他端に流れるように構成し、その内
部にガス流出端に開放しガス流入端まで伸びて閉じた多
数の穴を形成させるようにしたものである。

（作用） この構造においてガスは、流入端に流入する。

ここでガスは充分乱れる。この部分を通過したガスの多
くは穴を流れるが、ガスが充分乱れていること、境界層
の発達がないことからガスの未反応成分はその拡散効果
によりセラミック三次元網目状骨格に接触し反応する。

また、穴内部でのガスの剥離がないことがら圧損は低く
保持される。

〔実施例〕

以下本発明の実施例に従って図面を参照に詳細に説明す
る。

〔第１実施例〕 第１図（ａ）及び（ｂｌは本発明を示す平面図及び断面
図である。触媒担体は直径１１０顛、長さ９０１１の寸
法を有したセラミック構造体１より成る。その内部には
ガス流入端２の表面より５宵鳳の位置よりガス流出端３
まで直径３１１１１の４５個の穴４が多数形成されてい
る。この穴４により形成される壁５は三次元網目状構造
を有する多孔質セラミックから成り、第２図に示すよう
にセラミック骨格６が三次元網目構造に形成され、そこ
に連通孔７が形成されている。その連通孔の大きさは平
均して約０．３ｆｌである。また、構造体１の最外周部
には補強のために、厚さ３ｆｉのスキンＮ８が形成され
ている。スキンＮ８は壁５より緻密であり、大きな強度
を持つ。ここでセラミック構造体１はコーディライト系
セラミック材料で構成されている。

次に、構造体１の製造方法について詳細に説明する。構
造体１はこれと相似形状で三次元網目状骨格を持つ有機
化合物発泡体を成形型内で成形する工程と、この工程で
得られた有機化合物発泡体に除膜処理を施したセラミッ
クスラリ−を含浸し乾燥し焼成する工程とからなる。

具体的に説明すると、上記成形型は構造体１の形状と相
似形に形成されたキャビティを有する成形型容器部と成
形型蓋部とからなる。

第３図は本実施例に使用される成形型容器部を図示した
ものであり第３図（ａ）は平面図、第３図（ｂｌは軸断
面図である。成形型容器部１４は基磐状の区画において
直径４．１ｔｍの円形断面を有する柱状部材１５を垂直
に固着した端面１６と側壁１７とからなり、他の端面ば
開口されている。一方、第４図は、成形型蓋部を図示し
たものであり、第４図（ａｌは平面図、第４図（ｂ）は
軸断面図である。成形型蓋部１８は、平板状であって成
形容器部１４において柱状部材１５が取り付けられてい
ない位置に連通孔２２が設けられ、平板の側周には連通
孔２３が設けられている。そして成形型容器部１４と成
形型蓋部１８とを組み合わせて成形型を作成する。第５
図は組合わされた成形型の軸断面を示したものである。

成形型の内部は製造されるべき多孔質セラミックスと同
一形状のキャビティ２４が形成される。成形型蓋部１８
と成形型容器部１４とは所定の組合せがなされるべく成
形型蓋部１８の側周に設けた連通孔２３を通してビス２
５によって取りはずし自在に固着される。予め離形剤が
内部に塗布された第５図に示す組合わされた成形型に１
つ置きに選択された連通孔２２からウレタンフオーム原
料液を注入する。このとき成形型内部の空気は他の残り
の連通孔２２から排出されたウレタンフオームの注入を
良（している。

次に上記キャビティ２４でウレタンフオームを発泡させ
て、８０℃で１５〜６０分加熱し硬化させた。その後に
成形型容器部１４と成形型蓋部１８を取りはずして所定
形状のウレタンフオーム成形体を得る。以上の手段によ
って作成したハニカム構造のウレタンフオーム成形体は
三次元網状をなす骨格間に細胞壁と呼ばれる薄膜を有す
るのでこのウレタンフオーム成形体を容器中に設置し可
燃性ガスと空気又は酸素を導入してこれに火花点火し細
胞壁を燃焼させて除去した。次に、コージェライトを主
成分とする粉末と水とポリビニルアルコールとを混合攪
拌したセラミックスラリ−の中に前記成形体を浸漬し、
余分なスラリーを除いたｉ、１００〜１２０℃で加熱乾
燥させ、この浸漬、乾燥を数回繰り返した。その後１３
００−１４７０℃程度で約５時間焼成した。この様にし
て得られた多孔質セラミックスは第１図のごとくになり
、その組成の部分拡大図は第２図のようになる。

次に、こうして得られた構造体の表面に活性アルミナを
コーティングした。そのコーティング方法は公知で種々
あるが、例えばアルミナゾル、硝酸アルミニウム、およ
びコロイダルシリカの混合水溶液に上記構造体１を浸し
、その後引き上げて乾燥し約９００℃で焼成する方法を
用いた。そして、これに触媒として重量比で白金７０％
、ロジウム３０％を構造体１００ｇに対し０．８ｇ担持
して触媒を作製した。

さて、このようにして製作した触媒担体の評価を行なっ
た。まず、圧力損失については、空気を流したときの圧
力損失を測定した。その結果を第６図に示す、この第６
図において、比較例は本発明の孔４のないものである。

この第６図かられかるように本発明の低圧損は明白であ
る。更に排気ガスの浄化性能について排気量１６００　
ｃｃのガソリンエンジンにて評価した。エンジン条件は
、回転数２００　Ｏｒｐｍ吸気負圧−３Ｑ　Ｏｍ＋ｕＨ
ｇ、　Ａ／　Ｆ（空燃比）−１４，７である。第７図は
Ｎ　ＯＸ　％　ＨＣｌ及びＣＯの浄化率を前記比較例と
共に示したものであり、浄化率には差が認められない。

ここで、浄化率とは触媒通過ガス中のそれぞれのを害ガ
ス濃度を触媒なしの場合のガス中の濃度で割り、１から
引いて百分率で表現したものである。

一方、表１はガソリンエンジン車の１０モ一ド走行によ
る排気ガス量を求めたものであって、規制値を大幅にク
リアしている。

表１ 以上のように本発明になる担体を用いた触媒体゛は圧力
損失が非常に低いにも拘わらず有害排気ガスの浄化性能
にすぐれている。これは穴４を流れるガスの拡散性にす
ぐれているためである。つまり、流入端２に流入したガ
スは、その端部の三次元網目構造のセラミック層１ｏで
充分攪拌される。

そして、該層１０を通過して穴４に流入したガスは充分
な乱れを持つ。

更に、壁面９は第２図に示すような連通孔７が存在した
セラミック骨格６から成るために、ガスは境界層をつく
ることができずに、壁面９でもガスは流速を持ち、壁５
の内部に拡散していく。つまり有害ガスは自己拡散する
と共に乱流による拡散で壁５の内部に入り込み、触媒の
助けを受けて反応する。

さて、比較例において、三次元網目の大きさを大きくす
ることにより圧力損失を下げることは可能である。とこ
ろが、第６図の比較例で考えると、本発明と同一の圧損
を得ようとすると網目の大きさを約５倍大きくする必要
がある。するとセラミックの表面積が約１／４に反応律
速になり浄化性能が低下する。また、担体の径を大きく
したり、長さを短くしたりするのも同様の問題が生じる
。

このような点から考えると、本発明は外形状を替えるこ
となしに低圧損にできる特徴を持っている。

ここで、穴４の形状は丸であるが三角、四角などの多角
形、楕円形状など異形形状でもよい。また、セラミック
ス材料としては熱衝撃に強い材料であることが好ましく
、熱膨張係数の小さいコーディエライト系、Ｂ−スポジ
ューメン系材料が好適である。

また、出発材料の三次元網目構造を持つ樹脂としては、
ポリウレタンフォームの他にコリアフオーム、塩化ビニ
ルフオーム、ポリオレフィンフオームなどを用いてもよ
い。

更に、穴４の内部に絞りを形成したり、穴４を蛇行状に
形成してガス拡散性を増大してもよい。

〔発明の効果〕

以上要するに、本発明によれば、圧力損失が低く、かつ
触媒を担持した際に浄化性能の高い触媒担体を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明触媒担体を示すもので、第１図＋８）は
平面図、第１図（ｂ）は断面図、第２図は第１図山）の
内部組織を示す断面図、第３図（ａ）、（ｂｌおよび第
４図（ａ）、（ｂ）はいずれも本発明触媒担体を製造す
るための型製造を示す平面図および断面図、第５図は第
３．４図の型を組合せた状態を示す断面図、第６図及び
第７図は本発明の作用説明に供する特性図である。 １・・・セラミック構造体、２・・・ガス流入端、３・
・・ガス流出端、４・・・穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内部連通孔を有する三次元網目状骨格より構成され
   、かつガスの流入端、流出端を持つセラミック構造体よ
   り成り、前記流入端と前記流出端との間に、前記内部連
   通孔の外径よりも大きな断面積を持つ穴が多数設けられ
   、該穴は前記流出端に直接に解放し、かつ前記流入端ま
   で延びて該流入端に対し前記内部連通孔を介し解放して
   いることを特徴とする触媒担体。 ２　前記セラミック構造体がコーディライト系セラミッ
   ク材料で構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の触媒担体。 ３　前記セラミック構造体の表面に活性アルミナがコー
   ティングされていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の触媒担体。