JPS6283038A - モノリス触媒の製造方法 - 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、自動車等の内燃機関から排出される排気ガス
を浄化するためのモノリス触媒の製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 大気汚染などの公害防止の理由から、内燃機関の排気ガ
ス、特に自動車用内燃機関の排気ガスに含有される有害
成分を浄化するために触媒が用いられている。この触媒
は、活性アルミナ等からなる担体に触媒成分を担持させ
てなり、形状としては粒状触媒も使用できるが、浄化す
べき排気ガスの触媒中の通過量をコントロールしやすい
とか、また耐振動性などの理由からハニカム状などのモ
ノリス触媒が多用されている。

モノリス触媒は、担体全体を活性アルミナで作らず、コ
ージェライトなどの耐熱性無機物質によって担体基材を
作り、この基材の表面特にセルの表面に多孔質アルミナ
、主にγ−アルミナまたはα−アルミナのいずれかを数
ミクロンないし百数十ミクロンの層厚で形成し、この多
孔質層に触媒全屈を担持させてなる。

かかるモノリス触媒において、浄化性能や耐久性を向上
するとか、あるいはコスト低下を図るとかの目的で、モ
ノリス担体の一部にはα−アルミナをコーティングし、
他の部分には活性アルミナ例えばγ−アルミナ、θ−ア
ルミナまたはδ−アルミナをコーティングしたモノリス
触媒が用いられている。

たとえば、モノリス触媒コンバータ内での保持構造から
排気ガスの流入量が少ない外周部における触媒担持量を
減少させ、その結果として高価な貴金属である触媒金属
を有効に利用しコスト低下を図るという目的のために、
モノリス担体基材の外周部に触媒吸着能力の弱いα−ア
ルミナをコーティングし、中心部には活性アルミナをコ
ーティングすることとしたモノリス触媒が提案されてい
る。

また、モノリス触媒の耐熱性を向上させるために、モノ
リス触媒の中心部での浄化反応は外周部より活発で発熱
量も多いということに着目して、触媒の中心部にはα−
アルミナをコーティングし、耐熱性のあまり必要でない
外周部には活性を良くする活性アルミナをコーティング
するモノリス触媒も提案されている。

更に、モノリス触媒により排気ガスを浄化する場合には
、触媒の上流側が特に高温になるので、上流側には耐熱
性の優れたα−アルミナをコーティングし、下流側には
活性アルミナをコーティングすることとした耐熱性及び
高活性に優れた触媒も提案されている。

すなわち、モノリス触媒の一部だけにα−アルミナをコ
ーティングし、その他の部分には活性アルミナをコーテ
ィングした触媒の製造方法が必要とされている。

かかる場合のモノリス触媒の製造方法として、従来、活
性アルミナをコーティングしたモノリス担体の排気ガス
の入口側と出口側とを断熱材で塞いだ状態で約１１５０
℃の温度にて焼成するというものがある。この方法によ
ると、モノリス触媒の外周面付近が特に強く加熱される
から、外周部からα−化される。

また、２重管を用いてモノリス担体の外周部と中心部と
に異なった組成のスラリーを流してコーティングする方
法もある。

更に、担体基材の上流側にα−アルミナを、下流側には
活性アルミナを担持させる方法としては、まずα−アル
ミナとアルミナゾルと水よりなるコートスラリーに上流
側だけを浸漬して、次に活性アルミナのコートスラリー
に下流側だけを浸漬してコーティングするという方法が
ある。

しかしながら、上記の如き従来の製造方法では、次のよ
うな問題点がある。

最初に挙げた活性アルミナをコーティングした担体の入
口側と出口側とを断熱材で塞いだ状態で焼成するという
方法においては、α−アルミナをコーティングする領域
を自由に決めることが困難であり、また中心部にα−ア
ルミナをコーティングすることは不可能である。

２番目に挙げた２重管を用いて担体の外周部と中心部と
に異なった組成のスラリーを流してコーティングする方
法では、α−アルミナを主成分とするスラリーを用いる
が、コーテング層に強度を持たせるためには、コーティ
ングするスラリーにアルミナゾルを加える必要がある。

このアルミナゾルは焼成すると活性アルミナに変態して
しまうため、α−アルミナに必ず活性アルミナが含まれ
ることとなり、狙いとする耐熱性の向上は不充分となる
。更に、α−アルミナを主成分とするスラリーと活性ア
ルミナを主成分とするスラリーとの２系統のコーティン
グスラリーを調製、輸送することが必要であり、製造装
置等が複雑になる。

最後に挙げたα−アルミナとアルミナゾルと水よりなる
コートスラリーに上流側だけを浸漬して、活性アルミナ
のコートスラリーに下流側だけを浸漬してコーティング
するという方法では、コーティング工程が２工程となる
から繁雑であり、製造効率が悪いうえに、第４図または
第５図に示すように上流のコーティング層１と下流のコ
ーティング層２の間に隙間３ができたり、コーティング
層４．５同士が重なり部分６を形成してしまい、隙間３
ができるとそこに触媒成分が担持されないため浄化性能
が低下し、アルミナ層同士が重なり部分６を形成すると
ハニカム状の担体の通路（セル）７の開口度を悪化させ
モノリス触媒としての圧力損失を高める。更に、上記の
方法と同様に焼成するとアルミナゾルの活性アルミナへ
のα−アルミナの変態が起こる。

（発明が解決しようとする問題点） したがって、本発明は、上記モノリス触媒の製造方法の
問題点を解決するためになされたものであり、モノリス
触媒の所望の部分ににだけα−アルミナ層を形成し、そ
の他の部分には活性アルミナ層を形成する方法であって
、α−アルミナ層を形成する領域を自由に決めることが
でき、アルミナゾルからできた活性アルミナを容易かつ
完全にα−アルミナに変態させることができ、２つのア
ルミナ層の隙間及び重なり部分の形成による浄化性能の
低下及び圧力損失を避けることができる、容易なモノリ
ス触媒の製造方法を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のモノリス触媒の製造方法は、モノリス担体基材
に活性アルミナをコーティングしたのち、形成された活
性アルミナ層の所望部分に、α−アルミナへの転移を促
進させる元素である鉄、クロム、マンガン、モリブデン
、銅、タングステン、チタンまたはバナジウムの少なく
とも一種を担持させ、前記活性アルミナ層の前記鉄、ク
ロム、マンガン、モリブデン、銅、タングステン、チタ
ンまたはバナジウムの少なくとも一種を担持させた領域
がα−アルミナに転移する温度で焼成することを特徴と
する。

上記の本発明の製造方法を更に具体的に説明すると、第
１図に示すように、活性アルミナとアルミナゾルと水と
よりなるスラリーを常法に従ってモノリス担体基材にコ
ーティングし、乾燥したのち、活性アルミナのα−アル
ミナへの転移を促進する成分である鉄化合物またはＣｒ
、　Ｍｎ、　ＭＯ％　Ｃｕｓ　Ｗ％　Ｔｉ５Ｖを含有す
る化合物の少なくとも一種を含む溶液にモノリス担体基
材の所望の一部だけ例えば上流側だけを含浸する。次に
、担体基材上の溶液を乾燥し、この転移促進物質を含浸
させた領域だけでα−アルミナへの転移が起こる温度条
件、例えば８００ないし１０００度好ましくは９００〆
℃付近の温度で３０分ないし１０時間、好ましくは５時
間焼成することにより、所望の領域をα−アルミナ層と
なし、残りの領域は活性アルミナ層として形成する。そ
して、触媒成分、例えば白金（Ｐｔ）　、パラジウム（
Ｐｄ）、ロジウム（１？ｈ）等の貴金属の担持は、常法
に従って硝酸塩などの水溶性塩溶液として含浸し、乾燥
し、熱処理することによって行なうことができる。

上記本発明のモノリス触媒の製造方法において、モノリ
ス触媒の上流側や下流側の一部分に転移促進物質を担持
させる場合には、第２図に示すように、担体基材のα−
アルミナへの転移を望む領域８を転移促進物質の水溶液
９に浸漬することとすると便利である。

また、担体基材１の外周部に転移促進物質を担持させる
場合には、第３図に示すように、転移促進物質の水溶液
１０の深さを浅くし、その中にモノリス担体基材１を横
に向けて入れて、図中に矢印で示すように回転させると
良い。

本発明において用いる活性アルミナは、Ｔ−アルミナ、
θ−アルミナ、δ−アルミナの何れか１種であってもよ
く、また、これらの２種または３種を組み合わせたもの
でもよい。

この組み合わせの割合は特に限定されず、これらアルミ
ナの比表面積や安定性を考慮して決定すればよい。２種
または３種のアルミナを組み合わせるには、これら２種
または３鍾のアルミナを粉末状態であるいはスラリーと
してから混合するとよい。

形成される活性アルミナ層は、従来形成されているアル
ミナ層と同じ層厚程度とするとよい。それ故、数ミクロ
ンから百数十ミクロン、好ましくは３０〜１００　ミク
ロン程度の厚さに形成する。

（作用） 本発明のモノリス触媒の製造方法によると、モノリス担
体基材に形成された活性アルミナ層の、鉄、クロム、マ
ンガン、モリブデン、銅、タングステン、チタンまたは
バナジウムの少なくとも一種を担持させた領域だけが焼
成によりα−アルミナに転移し、α−アルミナ層が形成
される。

（実施例） 以下実施例により、本発明のモノリス触媒の製造方法を
具体的に説明する。

実施例 ４００セル／　ｉ　直径１０７ｍｍ　、長さＬＯＯｍｔ
ｎのモノリス担体基材を、Ｔ−アルミナ粉末１００重量
部、アルミナシルア０重量部（アルミナ含有率１０％）
、水２０重量部より調製したスラリー中に浸漬し、引き
上げ、担体基材のセル内の余分なスラリーをエアーにて
吹きとばし、２００℃で１時間乾燥する。

このようにして得られたγ−アルミナでコーティングさ
れたモノリス担体基材の触媒コンバータに収納する際に
上流側に相当する部分（上流側端面から４０ｒｎｒａま
での部分）を、鉄含有率が０．２モル／ｌの塩化第１鉄
水溶液に５分間浸漬する。

次に、この担体基材を２００℃で１時間乾燥したのち、
９００℃で５時間焼成した。

このようにして得られたモノリス担体にｐｔｌｇ及びＲ
ｈ０．１　ｇを担持させて、本実施例のモノリス触媒を
得た（この触媒を触媒Ａと称する。）。

比較例 上記実施例と同様のモノリス担体基材の上流側（上流側
端面から４０鶴までの部分）だけを、α−アルミナ粉末
ｉｏｏ　重ｉ部、アルミナシルア０重量部（アルミナ含
有率１０％）、水２０重量部より調製されたスラリー中
に浸漬し、引き上げ、担体のセル内の余分のスラリーを
吹きとばし、２００℃で１時間乾燥して、α−アルミナ
をコーティングする。

次に、モノリス担体基材の下流側（α−アルミナをコー
ティングした残りの６０鶴の部分）だけを実施例と同様
のγ−アルミナ粉末１００Ｉ重量部、アルミナシルア０
重量部（アルミナ含有率１０％）、水２０重量部より調
製したスラリー中に浸漬し、実施例と同様の操作により
乾燥、焼成して、Ｐｔ１ｇ及びＲｈ０．１ｇを担持させ
て、この比較例のモノリス触媒を得た（この触媒を触媒
Ｂと称する。）。

試験例 上記の触媒Ａ及びＢを収めたコンバータ容器を２０００
ｃｃのエンジンの排気系に装着し、空燃比（Ａ／Ｆ）１
４．６にて触媒床温度を８５０　”Ｃとしてエンジンを
稼動させた。

このエンジンを２００Ｏｒｐｍ　／　−３６０ａｍ　Ｈ
Ｈの条件下で運転し、排気ガスの浄化性能をＩｉ定した
。結果を下記表に示す。

下記表において、ＨＣは未燃焼炭化水素を表し、ＣＯは
一酸化炭素を表し、そしてＮ。

は窒素酸化物を表す。なお、表中には、触媒Ａの浄化率
を１００％として触媒Ｂの浄化率を換算しである。

表：耐久試験後の浄化率（％） 上記の表かられかるように、本発明製造方法にかかる実
施例により得られたモノリス触媒Ａは、従来の製造方法
により得られた比較例の触媒Ｂよりも浄化性能が向上し
ている。

これは、触媒Ｂでは、上流側のα−アルミナのバインダ
ーとして使用したアルミナゾルからできた活性アルミナ
が形態変化し、このアルミナに担持されていた貴金属活
性点が少な（なったためである。更に、触媒Ｂは分解す
ると、上流側のα−アルミナ層と下流側の活性アルミナ
層との間に隙間が生じていた。

これに対して、触媒への上流側はすべてα−アルミナで
ある。すなわち、アルミナゾルは活性アルミナとなるが
、α化促進物質によりα−アルミナとなるから、形成さ
れたα−アルミナ層の貴金属活性点は低下しない。また
、α−アルミナ層はγ−アルミナの転移によって形成さ
れるので、上流側と下流側との層の間に隙間が生じるこ
とはない。

（発明の効果） 本発明のモノリス触媒の製造方法によると、モノリス担
体基材の所望の領域だけにα−アルミナ層を形成し、そ
の他の領域は活性アルミナ層を形成したモノリス触媒を
容易に製造することができる。

すなわち、本発明の製造方法による場合には、従来の製
造方法におけるように、α−アルミナ層を形成できる領
域が限定されるとか、α−アルミナと活性アルミナ層と
の間に隙間が生じたり、α−アルミナ層と活性α−アル
ミナ層とが重なってしまうとかというような問題がない
。

更に、本発明の製造方法においては、コーティングする
のは活性アルミナのみであり、従来のようにα−アルミ
ナと活性アルミナを別々にコーティングしないから、コ
ーティング工程が単純であり、製造効率も向上する。

更に、従来の製造方法においては、α−アルミナ層に強
度を持たせるために、アルミナゾルを使用することが不
可欠であり、このためアルミナゾルの活性アルミナへの
変態によるα−アルミナ層への活性アルミナの混入を避
けることができなかった。しかし、本発明の製造方法に
よると、α−アルミナの形成のためにアルミナゾルを必
要としないから形成されるα−アルミナ層への活性アル
ミナの混入を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法を具体的に説明した製造工程
図、 第２図及び第３図は本発明製造方法における転移促進物
質の担持方法を説明するための水溶液を入れた容器の断
面図、 第４図及び第５図は従来のα−アルミナと活性アルミナ
を別々にコーティングするモノリス触媒の製造方法にお
ける問題点を示すためのモノリス担体の断面図である。 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 才１図 第２図 才４図 ２３図 才５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モノリス担体基材に活性アルミナをコーティングしたの
   ち、形成された活性アルミナ層の所望部分に、α−アル
   ミナへの転移を促進させる元素である鉄、クロム、マン
   ガン、モリブデン、銅、タングステン、チタンまたはバ
   ナジウムの少なくとも一種を担持させ、前記活性アルミ
   ナ層の前記鉄、クロム、マンガン、モリブデン、銅、タ
   ングステン、チタンまたはバナジウムの少なくとも一種
   を担持させた領域がα−アルミナに転移する温度で焼成
   することを特徴とするモノリス触媒の製造方法。