JPS6193836A - 触媒体の製造方法 - Google Patents

触媒体の製造方法

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JPS6193836A
JPS6193836A JP59215177A JP21517784A JPS6193836A JP S6193836 A JPS6193836 A JP S6193836A JP 59215177 A JP59215177 A JP 59215177A JP 21517784 A JP21517784 A JP 21517784A JP S6193836 A JPS6193836 A JP S6193836A
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市原 昭一
Tomohisa Ohata
知久 大幡
Sadao Terui
照井 定男
Tetsutsugu Ono
哲嗣 小野
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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】 本発明は一体構造型触媒体の製法に関するものでおる。
詳細には工程の改良された一体構造を有する〕にカム触
媒の製法に関するものである。
一般には/・二カム触媒は一体構造を有する担体上に、
主としてアルミナ、シリカ、アルミナ・シリカ、チタニ
ア、ジルコニアなどの耐火性金属酸化物、そして白金、
/(ラジウム、ロジクム、ルテニウム々どの白金族金属
よシなる触媒成分、さらにこれらに、銅、ニッケル、コ
バルト、鉄等の遷移金属またはその酸化物、セリウム、
ランタン等の希土類元素等を必要に応じて組合せた触媒
成分が担持されたものである。
このハニカム触媒は自動車等の内燃機関の排気ガス中の
一酸化IR素、炭化水素、窒素酸化物の浄化処理用およ
び一般産業用、たとえば廃ガスの脱臭処理とか家庭暖房
器^の脱臭処理用、−次エネルギー発生用接触燃焼用等
に広く使用されている・従来、一体構造を有するハニカ
ム触媒の調製方法としては以下の如きも゛のが知られて
いる。
A; 耐火性金Ml!!!化物の可溶性化合物、たとえ
ば可溶性アルミナのスラリーを被覆し、焼成して耐火性
金JI!酸化物、たとえば活性アルミナフィルムを形成
せしめ、次いで触媒活性成分を担持しさらに焼成する。
B: 耐火性金Jl@域化物、たとえば活性アルミナの
スラリーを用いて被覆し、焼成後触媒rB性成分を担持
しさらに焼成する。
C: 耐火性金属酸化物スラリー中に触媒活性成分の一
部を混合して被覆し、焼成後残りの触媒活性成分を担持
しさらに焼成する。
D: 耐火性金l4et1化物スラリー中に触媒活性成
分を混合し、被覆処理をして焼成する。
しかしながら、これらの方法はいずれも被覆や担持処理
ならびに焼成処理などを複数回必要としたシ、上記りの
ように被覆@数が少ない方法でも触媒i性成分が触媒製
造工程中で移動しやすく触rI&活性の低下をきたすこ
と、および鍛低−回はかさ高いハニカム触媒を焼成炉に
通さざるをえないなどの欠点を有する4のである。
また粉末状の耐火性金j4#l化物に11T!性の触媒
成分を浸漬担持する方法はその後の乾燥、焼成に粉塵が
飛散するなど取扱い上株々の問題点を有していた。
本分91I@らは、すでにこれら従来方法の改良された
方法として、一定の大きさの粒状もしくは顆粒状の耐火
性金属酸化物に触媒成分を浸漬担持せしめ、乾燥、焼成
して触媒活性成分を固定せしめ、次いでこれに水を共存
せしめて微粉末のスラリーとし、一体構造を有するノー
二カム担体に被覆し、該担体を乾燥して完成触媒とする
製法を提案したcIF#n昭57−30643号)。
すなわち、先願発明の方法においては粒状、−粒状また
は円柱状6成mtたは破砕品の耐火性金属酸化物に触媒
活性成分を浸漬担持せしめるため、粉体を使う従来方法
に比べて取扱いがきわめて簡単でかつ衛生的に処理でき
る利点が6シ、かつその担持後、乾燥焼成して触媒活性
成分を酸化物や金属状に分散担持固定せしめるので、き
わめて効率的に乾燥、焼成を行うことが出来ること、お
よび、ここまでの工程で触媒活性成分が耐火性金14酸
化物に分散担持固定化されているので、微粉砕された分
散液をハニカム担体に被覆後、単に乾燥するだけでよく
、焼成を〈シ返す必要がないこと、さらに触媒活性成分
を担持した耐火性金属酸化物は湿式微粉砕機にてそのま
ま微粉砕されるなどの利点を有している。
従って先願発明の方法によると、ハニカム担体と触媒組
成物とをきわめて簡単な単一操作で接触させるだけでよ
く、かつ焼成という高温処理屯最少回数で行なえばよく
、シかも触媒活性成分4均一に安定して有効に使用され
るという利点を有している。
本発明は上記先願発明の製造方法を、更に触媒活性向上
という点で改良した方法を提供することらシ、かり触媒
活性成分もかなシ均一に一体構造m担体に担持せしめう
るとされているが、粒状、顆粒状または円柱状の成型ま
たは破砕品の耐火金属酸化物に触媒活性成分を浸漬担持
せしめ、乾燥、焼成して触媒活性成分を固定化せしめる
際に触媒活性成分を充分均一に耐火性金jIial!化
物の内部にまで浸ゝ漬担持するのが困難であることと、
次の乾燥の捺KIIL燥温度分布等により浸漬担持され
た触媒活性成分が、移動するケースが生じる欠点がある
ことが判明した。
そこで本発明者らは先願発明の方法で開示した、粉体を
乾燥焼成に使わないという製造方法上の利点を生かしク
ク、かつ耐火性金属酸化物上に触媒活性全極を均一に担
持固定する方法を鋭意検討した結果、粉末状の耐火性金
属酸化物に触媒活性成分を浸漬担持した後、造粒し、そ
の際一定の粒度のものに加工すれば、担持後の、乾燥焼
成して触媒活性成分を固定化せしめる工程が、触媒活性
成分の殿少隅の使用量を可能化してかつ操作工程も容易
に行うことが出来、しかも浸漬担持された触媒活性成分
は均一に耐火性金属酸化物上に分散担持固定されること
を見出し、これを用いて一体構造型担体に被覆担持せし
めて触媒体をえることよりなる本発明を完成するに至っ
た。
従って、本発明の特徴は耐火性金S酸化物粉末に触媒活
性成分を浸漬担持させ、触媒活性成分を均一に分散させ
た後、造粒させ一定の粒度に加工し、次の乾燥、焼成に
より触媒活性成分を均一に固定させることにある。
この方法によれば、粉体の状態で乾燥、焼成する方法に
比べて該粒子が熱風により飛散されることが無く、かつ
各触媒成分含有耐火性金1!4酸化物を均一に加熱しな
がら箱型および特に連続炉で容易に加熱活性化固定処理
することが出来、極めて経済的な製造方法となる。
以上の知見に立ち、本発明者らは以下の如く本発明を特
定するに至った。
(1)  耐火性金属酸化物の粉末に触媒活性成分であ
る金属化合物の水溶液またはコロイド状水性分散液を浸
漬して当賦金属化合物を担持せしめ、えられた湿潤粉末
を造粒し、乾燥し、焼成して触媒活性成分を固定化し、
ついでこれに水と必!!に応じて無機または有機の酸訃
よび/または轟該耐火性金属のコシイド状散化物ゾルま
たは塩を共存せしめて湿式微粉砕し、えられる触媒活性
成分含有耐火性金RtR化物水性分散液を一体構造耐火
性担体に被覆担持することを!!#徴とする触媒体の製
造方法。
(2)  当該造粒操作が加圧下の押出し操作により行
なわれることを特徴とする特許請求の範囲+I+記載の
方法。
(3)平均直径1〜5sll+であpその焼成後の圧壊
強度が1〜25Kf/ペレットの範囲に造粒されること
t−特徴とする特畦饋求の範囲(11または(21記載
の方法。
(4)  当tR耐火性金属酸化物が活性アルミナであ
ることをII#徴とする特許請求の範囲txt、(21
または131記載の方法・ 以下、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明に使用する耐火性金属酸化物としてはアルミナ、
シリカ、マグネシア、チタニア、ジルコニア、酸化スズ
、シリカ・アルミナ、アルミナ−マグネシア、シリカ・
マグネシア、ジルコニアeシリカ、シリカ・チタニア、
酸化スズ・チタニアなどが挙けられ、なかでも活性アル
ミナが好ましい、これらの耐火性金jLta!化物社触
媒活性成分の浸漬担持処理の容易さ、および担持後の造
粒を有利に実施するため20メツシユ以下の粉末を用い
ることが好ましく、特に好ましくは50メツシユ以下の
粉末を用いることが好ましい。
触媒活性成分として使用される卑金属元、素は、鉄、コ
バルト、ニッケル、マンガン、M、 鋏、/ロム、モリ
ブテン、タングステン、チタン、ジルコン、MIA、’
l’ルマニクム、ス、(%M%lJン、アンチモノ、ビ
スマス、希土類元素、アルカリ金属、およびアルカリ土
類金属の中から選ばれ耐火性金1I4rR化物に固定さ
れうるものであればどのような化合物の形でも使用でき
、例えば硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩、炭酸塩、有@酸煤、
アンミン錯塩、水酸化物、酸化物などが挙げられ、とく
に硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、水酸化物および酸
化物での使用が好ましい、tた水に不溶性の化合物は粉
末状でそのまま湿式微粉砕機の分散液の中に直接添加す
ることが製造工程上操作を有利に出来る・。
貴金属元素も白金、パラジウム、ロジクム、ルテニウム
、イリジウムのうちよシ選ばれ、硝酸塩、塩ff[、金
F4酸、アンミン錯塩やその塩などが水溶液の形または
コロイド状のものとして使用される。
この触媒活性成分の浸漬担持操作は目的とする触媒の性
能を満足させるため、触媒活性成分の浸漬担持を複数回
行うことが出来る。
これら触媒活性成分の耐火性金おi酸化物への浸漬担持
は、ブレンダー等の混合機を用いて充分均一になるよう
に混合させなからiff担持させる。
触媒活性成分を担持し±耐火性金iI4酸化物は次に調
湿した後、例えば押出成型機等の造粒機を用いて加圧下
、さらに混合操作を加えて造粒する。
造粒の程度は次の湿式微粉砕機の破砕能力と、乾燥、焼
成炉の金網の径により決められるが通常1〜5覇の直径
でらることが好ましく、特に好ましくは2〜4箇でるシ
、押出成型法による造粒方法の場合長さは直径の1〜3
倍程度が好ましい。
造粒の他の方法としては例えば転動造粒機、製丸機、打
錠成型機、顆粒機などが実施可能であるが造粒効率を考
えると押出成型法が好ましい。造粒品の強度は、その輸
送、貯蔵に耐える強度と、かつ湿式微粉砕が可能な程度
のもろさを有することが要求されるが、本発明において
は圧壊強度0.5〜30Kf1粒、とくに1〜25 K
47粒の範囲が好適である。
造粒した触媒活性成分担持耐火性金属酸化物は次に80
℃〜200℃で乾燥し、200℃〜800℃で空気中ま
たは窒素−水素気流中還元処理される。このように造粒
された組成物は各粒子間の空隙が十分に保たれるので熱
風が均一に通シやすく、粒子が熱風により飛散されるこ
とが無く、更に連続式の炉で取扱うことも出来るので、
大量に処理し生産するのに有利な方法といえる。
乾燥、焼成され触媒活性成分を固定化された造粒品は必
要に応じてホッパーに貯蔵しておくことが出来る。
このように耐火性金属酸化物に触媒活性成分を担持造粒
固定せしめた触媒組成物は、次に水を添加し、必要によ
り水不溶性の触媒活性化合物を添加し、必要に応じて無
機または有機の酸および/また拉その耐火性金属との塩
を共存せしめて湿式微粉砕機例えばボールミル、コロイ
ドミルにて触媒組成物を10ミクロン以下に微粉砕した
分散液(スラリー)を作シ、次の被覆工程に供する。
水性媒体に少量添加する酸としては硝酸、塩酸、酢酸な
どが用いられ、固形物の触媒組成物に対し、O,OS〜
6重量憾添加することが出来る。塩としてはたとえば硝
酸アルミニウム〔人x(Nos)s)が用いられ、^l
(Nos)mとして固形物の触媒組成物に対し0.1〜
7X量壬添加される。これら酸や#iQ代シに:01ク
イド状耐火性金属酸化物も使用可能であシ、たとえばベ
ーマイト秋水和アルミナ、アルミナゾル、シリカゾル、
チタニアゾル々どが使用可能であシ、固形物の触媒組成
物に対し2〜20重量壬の範囲添加される。
このようにして調製された触媒組成物含有分散*(スラ
リー)は、次にハニカム担体に浸漬し、過剰のスラリー
を例えば高圧空気を用いて吹き飛ばすことにより、必要
量の触媒組成物を′41aする。
触媒組成物を被覆したハニカム担体は次に150℃以下
、通常は100〜150℃で乾燥し完成触媒とするのが
好ましい。本発明の方法においては先に述べたように触
媒組成物が先しめ焼成され、酸化物または金属の状態に
なっているので焼成を省略することが出来、かつ全ての
工程が簡略化されているので工業上有利な製法である。
本発明に使用されるハニカム担体は通常轟該分野で使用
されるものはいずれも使用可能であり、セラミックハニ
カムの場合、とくに;−ジェライト、ムライト、αアル
ミナ、ジルコニア、チタニア、リン酸チタン、アルミニ
ウムチタネート、ベタライト、スボジュメン、アルミノ
・シリケート、珪゛散マグネシウムなどのit熱性セラ
ミック質の他、金jXjBハニカム例えばステンレス、
Ni合金、A1合金等の耐熱性金属などにも使用可能で
ある。
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
実施例 l 平均粒径100メツシユで、比表面&120 rn”/
1の活性アルミナ粉末1600Fを、パラジウムとして
19.69を含有する硝酸パラジウム硝rR酸性水溶液
1.OtK@加し、ニーダ−中で充分に混合し、均一に
パラジウムを分散させた。この粉体を押出し成型機で直
径3mm、長さ約6−の円柱状に成型し、120℃で乾
燥後、600℃で焼成して圧壊強度子y、)th/粒の
触媒組成物を待た。
この触媒組成物に、アルミナ含有率ioz量チの市販の
アルミナゾル500j’を含む1700(Cの水溶液を
加え、磁製ボールミルで24時間粉砕し九。得られたス
ラリーに300セル/平方インチO開孔を有する直径1
05.3 m、長さ115−の円柱形のコージエライ)
ffセラミック担体を1分間8!漬させ、取出して空気
気流中で余分のスラリーを吹き飛ばし、120℃で乾燥
し、触媒組成物80?(うちパラジウム1.Of )を
含有する酸化用の完成触媒を得た。
比較例 l 実施例1にて用いたのと同様の活性アルミナ粉末150
0Fを同じ(19,6Fのパラジウムを含む硝酸パラジ
ウムの硝酸水溶液120G−に添加し、充分に混合した
。このパラジクム担持アルミナに、実施例1におけると
同じようにアルミナゾルを加えてボールミル粉砕してス
ラリー化した。
実施例1にて用いたのと同様のハニカム担体に同様の方
法で被覆させ、!20Cで乾燥後、さらに600℃で焼
成して実施例1と同じ触媒組成の酸化用完成触媒を得た
比較例 2 実施例1に示したのと同様の組成の触媒調製方法におい
て、活性アルミナ原料として形状が球状のものを用いた
。即ち、平均直径3簡で圧壊強度平均9Ky/粒、比表
面81!120 m”/りの球状活性アルミナ1500
りを19.6 fのパラジウムを含む硝酸パラジウムの
硝酸酸性水溶液1.Otに含浸し、充分に混合担持した
後、120℃で乾燥し、さらに600℃で焼成して触媒
組成物を得た。この触媒組成物を、実施例1におけると
同様にアルミナゾルを含む水#液に加え、ボールミル粉
砕してスラリー化し、実施例1と同様のハニカム担体に
同様の方法で被覆させ、120℃で乾燥し、実施例]と
同じ触媒組成の酸化用完成触媒を得た。
実施例 2 !68fの硝酸上リウムCC* (NOx ) s ・
6H!O)と337fの硝蛾第2鉄(F*(NOs)s
・9 H* 0 )と112のリン酸CHsPOaC8
5%含有)〕と白金12fを含有する塩化白金酸水溶液
とフジラム1.3ft−含有する塩化ロジクム水溶液と
を混合して加熱溶解し1.26の水溶液をS備した。こ
の水溶液に平均粒径120メツシユで比表面&140m
 ” /fの活性アルミナ粉末1500Fを添加し、ニ
ーダ−で混合しながら加熱し余分の水分を取除いた後、
実施例1におけると同様の方法で成型した。120℃で
乾燥後、5%の水素を含む窒素気流中でSOO℃で2時
間還元焼成し、圧壊強度平均11にf/粒の触媒組成物
を得た。この触媒組成物ic130(M’O硝arkミ
ニウムCAI(NOs)3・c+Hzo)を含む185
0mの水溶液を加え、実施例1におけると同様にボール
ミル粉砕器にてスラリー化し、実施例1で使用したのと
同様のハニカム担体を2分間浸漬させ、取出して空気気
流中で余分のスラリーを吹き飛ばし、120℃で乾燥し
触媒組成物1 :+or(うち酸化セリウムsr、酸化
鉄sr、五酸化リン0.5?、白金0.9t10ジクム
0.1 y )を含有する三元用完成触媒を得た。
比較例 3 実施例2にて用いたのと同様の活性アルミナ粉末を同じ
量の硝酸上リクム、硝酸第2鉄、リン酸、塩化白金酸及
び塩化ロジクムをそれぞれ含む水溶液に添加し、ニーダ
−で充分に混合した。この触媒組成物に実施例2におけ
ると同様に硝酸アルミニタムを含む水溶液をさらに加え
、実施例2におけると同様のボールミル粉砕をしてス2
り一化し、同様のハニカム担体を2分間浸漬させ、取出
して空気中で余分のスラリーを吹き飛ばし、140℃で
乾燥した。さらに54の水素を含む窒素気流中でSOO
℃で還元焼成して実施例2と同じ触媒組成の三元用完成
触媒を得た。
実施例 3 実施例1及び比較例1で得られた各触媒の外観を観察し
たところ、実施例1による触媒は均一な色調を示してお
り、触媒成分の担持が均一であるのに対し、比較例1の
触媒はノ〜ニカムの外周部及び両端面の色調が濃く、パ
ラジウムが不均一に担持していることがわかった。
一方、実施例1における圧壊強度平均7Kf/粒の成型
焼成品及び比較例2における触媒金属を担持稜焼成した
球状組成物について、表層から内部への担持された金属
の分布を測定した。
即ち、各試料をそれぞれ7粒選び、ポリエステル樹脂に
封入固定せしめた後、柱状粒の時は円型の破断面を見せ
る面で切断し、充分研磨したのち、カーボン蒸着を行っ
た。島津製作所製EMX−7型EPMA(エレクトロン
φプローブ・マイ10・アナリシス)を用いて触媒の表
面から触媒中心を通る線上に電子線を走査して担持分布
を測定した。
測定結果は図−1に示す如く、実施例1は担持パラジウ
ムが表層から内部まで均一に存在する(1)が、比較例
2の球状アルミナにパラジウムを担持した場合は濃度分
布が生じていたら)。
実施例 4 実施例1,2及び比較例1〜3で得られた各触媒につい
て自動車排ガスを用いて排気ガス浄化率を測定し触媒活
性を評価した。まず上記の各試料を直径33m、長さ7
6簡のコアプンプルに切断し、排気流の中心軸を中心と
した同心円上にリアクターを備えたマルチコンバーター
に充填した。
〔耐久試験〕
エンジン絋2000工の電子制御燃料噴射装置付工ンジ
/を台上で使用した。その耐久試験法は空燃比A/F 
= t 4.7を中心に強制的KIHzで±0.5A/
Fで振動させ、触媒入口温度800℃でtoo時間、空
間速度5V=150,000hr−1で台上耐久試験を
実施した。
〔酸化触媒用評価試験〕
実施例1及び比較例1.2の゛耐久試験終了後の試料を
、上記エンジンを用いて評価した。即ち、空燃比A /
 F =14−70 s空間速度BV=100,000
hr””、入口−欧化炭素(CO)濃度1.0容量係の
排気ガスを熱交換器を用いて200CからSOO℃まで
連続的に昇温(15℃/分)して触媒のライト・オフ性
能を評価した。触媒活性を炭化水素(IC)%−酸化炭
素(CO)の50%浄化温度と400℃の浄化率として
評価した結果は表−1に示す。
〔三元触媒用評価試験〕
実施例2及び比較例3の耐久試験終了後の試料ヲ、上記
エンジンを用いて三元特性を評価した。
即ち、強制的にIHzで±0.5A/Fで振動させ、。
その時の中心をA/F=15.1から14.1まで変化
させてその時のCo、HC及び窒素酸化物(主としてN
oである)成分の浄化率を測定し、タテ軸にガス3成分
の浄化率を、横軸にA / Fの中心点をプロットし、
出来た図よシ3元触媒反応特性を比較ぶ)の高さと、8
04以上同時に浄化率を達成しうるA/F幅において、
前者(cop)の数値の高いものと、後者(A/F幅)
の数値の大きいものを選ぶことになる。
評価条件は入口ガス温度400℃、空間速度SV=約9
0,0OOhr−”(STP)である、評価結果を表−
2に示す。
表−1によれば本発明による実施例1の触媒活性は、対
応する比較例1.2の触媒に比べて優れていることがわ
かる。
!!−2によれば本発明による実施例2の触媒は、対応
する比較例3の触媒に比べてCOとNoの浄化率曲線の
交点(cop)が高く、また同時に80釜以上除去でき
るA/F値の幅(80憾ウィンドウ幅)も広く優れてい
ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
図−1において、&)は実施例1に訃いてえられた造粒
成型品の内部へのパラジウム担持固定化の分布状態を示
し、b)は比較例2においてえられた球状アルミナ内部
へのパラジウム担持固定化の分布状態を示す。 たて軸はX線による強度比、横軸は表面から中心への距
離(ミクロン)である。 特許出願人  日本触媒化学工業株式会社図−1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)耐火性金属酸化物の粉末に触媒活性成分である金
    属化合物の水溶液またはコロイド状水性分散液を浸漬し
    て当該金属化合物を担持せしめ、えられた湿潤粉末を造
    粒し、乾燥し、焼成して触媒活性成分を固定化し、つい
    でこれに水と必要に応じて無機または有機の酸および/
    または当該耐火性金属のコロイド状酸化物ゾルまたは塩
    を共存せしめて湿式微粉砕し、えられる触媒活性成分含
    有耐火性金属酸化物水性分散液を一体構造耐火性担体に
    被覆担持することを特徴とする触媒体の製造方法。
  2. (2)当該造粒操作が加圧下の押出し操作により行なわ
    れることを特徴とする特許請求の範囲(1)記載の方法
  3. (3)平均直径1〜5mmでありその焼成後の圧壊強度
    が1〜25Kg/ペレットの範囲に造粒されることを特
    徴とする特許請求の範囲(1)または(2)記載の方法
  4. (4)当該耐火性金属酸化物が活性アルミナであること
    を特徴とする特許請求の範囲(1)、(2)または(3
    )記載の方法。
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Cited By (6)

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