JPS63197551A - セラミツク触媒担体 - 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、内燃機関等の排出ガスを浄化する触媒に用い
られる触媒担体に関するものであって、さらに詳しくは
耐熱衝撃性に優れたセラミック触媒担体に関するもので
ある。

発明の内容を記述する前に、本明細書でとくに用いる用
語について定義する。

「基体」とは、触媒担持に必要となる高比表面積コーテ
ィング物質を塗布する前のベースの物体をいう。「担体
」とは、高比表面積コーティング物質を塗布した後のモ
ノリス物体をいう。「触媒体」とは、触媒物質を塗布し
た後の一体型触媒体をいう。

（従来技術とその問題点） 従来、セラミック触媒担体の基体として使用されるハニ
カム構造体としては、特開昭ｓｏ−７ｓｇｕ号公報にお
いて、コージェライト結晶の配向性を利用した実質的な
熱膨脹係数の低いハニカム構造体が、また特開昭６０−
３６３６４号公報において、アルミニラムチタネ−・ト
系材料をベースとした熱膨脹係数の低いハニカム構造体
がそれぞれ示されている。

上記の構造体は、その熱膨脹係数が低いため、基体の耐
熱衝撃性は非常に高い。そのため、この基体の上に活性
アルミナを塗布し触媒担体となし、そこに触媒金属を担
持させて作られた触媒体が、自動車排ガス浄化用触媒と
して従来から使用されている。

しかしながら、活性アルミナは高比表面積を有し、触媒
担持をしやすくする利点を有しているものの、それ自身
の熱膨脹係数が高く、塗布後の担体の耐熱衝撃性が基体
の耐熱衝撃性にくらべ、著しく低下するという欠点があ
った。

この耐熱衝撃性の低下を防ぐ手段として、特開昭５８−
１４０９５号公報には、基体表面のマイクロクラックや
マクロポアに熱膨脹係数の大きな活性アルミナコーティ
ング材が入りこむことを避ける手段として、あらかじめ
基体をメチルセルロース水溶液や、コージェライト粉末
とメチルセルロースを混合したスラリーに浸漬させた後
に活性アルミナコーティングをするという方法が開示さ
れている。

しかしながら、これらの方法で得られた担体では、いず
れにせよ活性アルミナが基体表面に塗布されるため、担
体としての耐熱衝撃性が改許されないことや、基体と活
性アルミナの付着にアンカー効果がはたらかなくなるた
め、熱ザイクルによって、活性アルミナが剥落しゃずい
などの問題があった。

ハニカム構造体に低熱膨張の材料を塗布する方法として
、特開昭５９−１２２８９９号公報には、コージェライ
トを主成分とするハニカム構造体の隔壁表面の開気孔に
、ハニカム構造体と熱膨張差の小さい充てん物質を封着
することが示されている。

しかしながら、この方法の目的はハニカム構造体の隔壁
の開気孔を通過するガスのリークを止めることを目的と
するものであって、焼成後にガラスとなる成分を含有さ
せた充てん物質を手段として用いるものである。したが
ってこの方法では、触媒担体となりうる様な高比表面積
を有する構造体を得ることができない欠点があった。

この発明の目的は上述した従来技術の問題点を克服し、
触媒担体の高比表面積を維持し、かつ基体の持つ優れた
耐熱衝撃性を失わないセラミック触媒担体を提供しよう
とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のセラミック触媒担体は、多孔質セラミック触媒
担体の基体の上に、高比表面積コーティング物質を塗布
した触媒担体において、セラミック基体の４０℃から８
００℃の熱膨脹係数が、０．２〜１．２Ｘ１０−ｈ／’
Ｃであり、かつ高比表面積コーティング物質の４０℃か
ら８００　’Ｃの熱膨脹係数が１．０〜３．０Ｘ１０−
’／”Ｃであることを特徴とするものである。

る。

（作　用） 上述した構成において、所定の低熱膨張性のセラミック
基体と所定の低熱膨張性の高比表面積コーティング物質
とを組み合わせることにより、触媒担体の高比表面積を
維持しつつ基体の有する耐熱衝撃性を失わないセラミッ
ク触媒担体を得ることができる。

基体構造体としては、コージェライト質セラミック材料
やアルミニウムチタネート質固溶体を４０重量％以上含
有する材料が、低い熱膨脹係数を有し耐熱衝撃性に優れ
ているため好ましい。他の低熱膨張材料でも効果が認め
られると考えられるが、その場合でも耐熱衝撃性の高い
構造体を得るには、基体の熱膨脹係数は４０〜８００　
’Ｃの範囲で１．２Ｘ１０−６／”Ｃ以下であることが
必要である。

基体上に塗布する高比表面積物質としては、低膨脹セラ
ミックス材料をアルコキシド法等のゾルゲル法または噴
霧熱分解法によって合成された物質を用いる。この発明
はコージェライト組成の材料を主成分とする高比表面積
低熱膨張材料を用いてなされたものであるが、他の高比
表面積低熱膨張材料及び従来の活性アルミナと高比表面
積低熱膨張材料の複合材料を用いても実施が可能である
。

また、高圧表面積物質の焼結防止あるいは助触媒的目的
で従来の活性アルミナに加えられていたセリア（ＣｅＯ
ｚ）は、耐熱衝撃性を著しく低下させない範囲で、本発
明においても添加することが可能である。

（実施例） 以下、本発明のセラミック触媒担体の製造法について説
明する。

基体上への斉比表面積物質の塗布は、同物質スラリー中
に基体を浸漬し、取り出した後乾燥、焼きつけすること
によって行なう。このとき、高比表面積物質やそれにセ
リアを加えたスラリーにあらかじめ白金、ロジウム、パ
ラジウムなどの触媒物質を加えておき、基体に直接塗布
して触媒体を得る方法においても、耐熱衝撃性に対する
効果が認められた。

本発明において、得られた触媒担体、触媒体の耐熱衝撃
性は、高温の電気炉中から大気中に取り出し、クランク
の観察によってクラックが認められなければ更に５０℃
づつ温度を上げてクランクが発生するまで（りかえし、
クランク発生温度の１段階下の温度と室温の差を耐熱衝
撃温度（ＪＴ）として測定し、この耐熱衝撃温度（ΔＴ
）により評価した。

基体のΔＴは材料、熱膨脹係数により異るが、熱膨脹係
数０．２Ｘ１０−’〜１．２　ｘ　１０−　’／　”ｃ
の範囲では、８００℃〜９７５℃の範囲にあり高い値で
ある。

コージェライト組成の高比表面積低膨脹物質はプレス成
形して５５０℃で仮焼したものの熱膨脹係数が４０〜８
００　”Ｃの範囲で１．０〜１．８　Ｘｌ０−６／℃で
あり、セリアを添加し、その量を増すと熱膨脹係数が増
加し、塗布後の耐熱衝撃性の低下の度合が大きくなる。

塗布物質の中のコージェライト組成材料が６０重量％よ
り少くなると、活性アルミナ塗布の場合より若干耐熱衝
撃性は高いものの、顕著な効果は認められなくなる。高
比表面積コージエラ、イト組成材料に活性アルミナを混
合した場合にも同じような傾向が認められた。これらの
混合物系で耐熱衝撃性に効果を有する範囲は、上記の方
法で得た熱膨脹係数が４０〜８００℃の範囲で、３．０
×１０−’／”Ｃ以下であることが明らかになった。

尚本願で使用の高比表面積コージェライト組成材料はゾ
ルゲル法により調整されたもので、化学組成はコージェ
ライト理論組成近傍の５ｉ（ｈ５１．５ｗｔ％、Ａｌｚ
Ｏｉ３４．５　ｗｔ％、Ｍｇ０１３．０ｗｔ％、平均粒
径約８μ鋼、未熱処理物の結晶相は非晶質のものである
。また、高比表面積コージェライト組成材料粉末の比表
面積は１５０〜２００ａ＋”／ｇ程度であり、基体に塗
布焼付は後の担体の比表面積は３０ｎ＋”／ｇ程度であ
り、コージェライト組成材料に４０％のセリアを加えた
場合にも２３ｍ”／ｇの高い比表面積が得られた。

触媒を所定量担持させるには、担体の比表面積は担体と
して１０＋ｓ！／ｇ以上の比表面積が必要とされるが、
本発明の担体は、触媒担持に必要な比表面積を維持でき
ることを確認した。

尚、参考のために測定した基体の比表面積はコージェラ
イト質セラミックスハニカム構造体の場合０．３＋ｓ”
／ｇであった。

以下、この発明の内容を実際の例によって具体的に説明
する。

スー施二凱 熱膨脹係数が０．３．０．６．１．２　（ＸＩＯ−’／
”Ｃ）　（７）３種のコージェライト質セラミックスで
作られたハニカム型基体（四角セル、セル０４００セル
／ｉｎ”、体積１．２６１、重量５１０　ｇ　）と、同
形状でアルミニウムチタネートに少量のＭｇＯ，Ｆｅｚ
Ｏ：＋を固溶させた材料に５０重量％のムライトを含ま
せた原料から作った基体をそれぞれ準備した。

高比表面積コート物質として、ゾルゲル法により得られ
たそれぞれＢＥＴ比表面積２００ｎ＋ｚ／ｇ及び１６０
ｍ”／ｇ　、プレス成形し、５５０℃２時間焼成時の４
０〜８００’Ｃ熱膨脹係数が１．０Ｘ１０−”／　’Ｃ
及び１．６ＸＩＯ−ｈ／　”Ｃの高比表面積コージェラ
イト組成材料の粉末１０σ％のものと、それにセリアを
１０〜５０重景％添加したものを水中に分散させ炭酸ナ
トリウムおよび希硝酸により安定なスラリーを調整した
。

また別に、更に触媒成分担持用に塩化白金酸水溶液（白
金換算０．１６重量％）を外記添加したスラリーも作成
した。

これらのスラリーに別々に基体を浸漬させて取り出した
後、１１０°ｃで３時間乾燥し、５５０’Ｃテ２時間焼
き付けて担体を得た。塗布量はそれぞれ焼付は後平均２
１５ｇであった。

得られた担体に対して、電気炉取出し急冷法により上述
した耐熱衝撃温度（ΔＴ）を測定して耐熱衝撃性を評価
した。結果を第１表に示す。

第１表の結果から、基体および高比表面積コート物質の
熱膨脹係数が本発明の範囲内である実施例は、コーティ
ング物質の熱膨脹係数が本発明の範囲外である参考倒産
比較して、基体のみのΔＴに近いΔＴを得ることができ
ることがわかった。

（発明の効果） 以上詳細に説明してきたように、この発明の低膨脹で高
比表面積のコート物質を塗布した触媒担体は、従来の熱
膨脹係数の高い活性アルミナを塗布した場合にくらべ、
耐熱衝撃性の低下が小さくかつ高い比表面積を維持して
おり、触媒担持も容易で、自動車排ガス浄化用触媒のよ
うな急峻な熱サイクルを受ける用途にも極めて高い信頼
性が期待できるものである。

また、従来の活性アルミナは、触媒体がエンジンの異常
等の理由で１１００’Ｃ以上の温度になるとα−アルミ
ナ化し更に高い熱膨張となり、以降の耐熱衝撃性は著し
く低下するが、本発明のコージェライト質の高比表面積
コート物質は、１１００℃以上の温度にさらされること
があってもコージェライト質材料の低熱膨張性が失われ
ることがないため、この面でも信頼性が高いという効果
が得られるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多孔質セラミック触媒担体の基体の上に、高比表面
   積コーティング物質を塗布した触媒担体において、セラ
   ミック基体の４０℃から８００℃の熱膨脹係数が、０．
   ２〜１．２×１０＾−＾６／℃であり、かつ高比表面積
   コーティング物質の４０℃から８００℃の熱膨脹係数が
   １．０〜３．０×１０＾−＾６／℃であることを特徴と
   するセラミック触媒担体。 ２、高比表面積コーティング物質がコージェライト組成
   の材料を６０重量％以上含有する無機物質であり、基体
   が低膨脹のセラミックス材料からなるハニカム構造体で
   ある特許請求の範囲第１項記載のセラミック触媒担体。 ３、基体がコージェライト質である特許請求の範囲第２
   項記載のセラミック触媒担体。 ４、基体がアルミニウムチタネート質固溶体より成る特
   許請求の範囲第２項記載のセラミック触媒担体。 ５、高比表面積コーティング物質にあらかじめ触媒物質
   を含ませる特許請求の範囲第１項記載のセラミック触媒
   担体。