JPWO2007026803A1 - ハニカム構造体及びハニカム触媒体 - Google Patents
ハニカム構造体及びハニカム触媒体Info
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Abstract
二つの端面２ａ間を連通する複数のセル３が形成されるように配置された、多数の細孔を有する多孔質の隔壁４と、セル３をいずれかの端面２ａ、又はセル３の内部において目封止するように配置された目封止部１０とを備えたハニカム構造体１である。隔壁４のパーミアビリティーが、７×１０−１２〜４×１０−８ｍ２である。浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なハニカム触媒体を提供することが可能なハニカム構造体を提供する。
Description
本発明は、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、及び硫黄酸化物（ＳＯＸ）等の被浄化成分の浄化に好適に用いられるハニカム構造体、及びハニカム触媒体に関する。
現在、各種エンジン等から排出される排ガスを浄化するために、ハニカム構造の触媒体（ハニカム触媒体）が用いられている。このハニカム触媒体は、図６に示すように、セル３を形成する隔壁４の表面に触媒層１５が担持された構造を有するものである。また、図４，５に示すように、このハニカム触媒体６０（ハニカム構造体１１）を用いて排ガスを浄化するに際しては、一の端面２ａ側からハニカム触媒体６０のセル３に排ガスを流入させ、隔壁４表面の触媒層（図示せず）に排ガスを接触させ、次いで、他の端面２ｂの側から外部へと流出させることにより行われる（例えば、特許文献１参照）。
このようなハニカム触媒体を用いて排ガスを浄化する場合には、排ガスから隔壁表面の触媒層に向けての、排ガスに含まれる被浄化成分の伝達を可能な限り促進させ、浄化効率を向上させる必要がある。排ガスの浄化効率を向上させるためには、セルの水力直径を小さくすること、及び隔壁の表面積を大きくすること等が必要である。具体的には、単位面積当りのセル数（セル密度）を増加させる方法等が採用される。
ここで、排ガスから隔壁表面の触媒層に向けての被浄化成分の伝達率は、セルの水力直径の二乗に反比例して増加することが知られている。このため、セル密度を増加させるほど、被浄化成分の伝達率は向上する。しかしながら、圧力損失も、セルの水力直径の二乗に反比例して増加する傾向にある。従って、被浄化成分の伝達率の向上に伴って、圧力損失が増加してしまうという問題がある。
なお、隔壁表面の触媒層の厚みは、通常、約数十μｍ程度である。ここで、触媒層内において被浄化成分が拡散する速度が不十分である場合には、ハニカム触媒体の浄化効率が低下する傾向にある。この傾向は、特に低温条件下で顕著である。このため、排ガスの浄化効率を高めるためには、触媒層の表面積を増加させることだけでなく、触媒層の厚みを低減させて、触媒層内における被浄化成分の拡散速度を向上させる必要がある。従って、セル密度を増加させると触媒層の表面積が増加するという利点がある一方で、やはり圧力損失が増加してしまうという問題がある。
排ガスの浄化効率を高めつつ、圧力損失を低減させるためには、ハニカム触媒体の流入径を大きくするとともに、流通させる排ガスの流速を下げる必要がある。しかし、ハニカム触媒体を大型化等した場合には、例えば車載用のハニカム触媒体等については搭載スペースが限定されるため、搭載が困難になる場合もある。
特開２００３−３３６６４号公報
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なハニカム触媒体を提供することが可能なハニカム構造体、及び浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なハニカム触媒体を提供することにある。
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、ハニカム構造体を構成する隔壁のパーミアビリティーを特定の数値範囲内とすることによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、以下に示すハニカム構造体、及びハニカム触媒体が提供される。
［１］ 二つの端面間を連通する複数のセルが形成されるように配置された、多数の細孔を有する多孔質の隔壁と、前記セルを、いずれかの前記端面又は前記セルの内部において目封止するように配置された目封止部と、を備えたハニカム構造体であって、前記隔壁のパーミアビリティーが、７×１０−１２〜４×１０−８ｍ２であるハニカム構造体。
［２］ セル水力直径（ｍ）と、前記隔壁のパーミアビリティー（ｍ２）が、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝２×１０３以上、６×１０５未満、の関係を満たす［１］に記載のハニカム構造体。
［３］ 画像最大距離平均が２５０μｍを超えて、５００μｍ以下である「１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［４］ 前記セルの密度が４〜４６．５個／ｃｍ２、前記隔壁の、厚さが０．３〜０．４３ｍｍ、画像最大距離平均が２５０〜５００μｍ、気孔率が４０〜６５％である［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［５］ 前記セルの密度が０．２５〜４６．５個／ｃｍ２、前記隔壁の、厚さが０．１５〜７ｍｍ、画像最大距離平均が４０〜３０００μｍ、気孔率が３０〜８０％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．１〜０．６である［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［６］ 前記セルの密度が１．５５〜１５．５個／ｃｍ２、前記隔壁の、厚さが０．４〜２ｍｍ、画像最大距離平均が５０〜５００μｍ、気孔率が４０〜６５％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６である［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［７］ 前記セルの密度が１．５５〜１２．４個／ｃｍ２、前記隔壁の、厚さが０．７〜１．５ｍｍ、画像最大距離平均が２５０μｍを超えて５００μｍ以下、気孔率が４０〜６５％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６である［１］又は［２］に記載のハニカム構造体。
［８］ 前記セルの３０〜９０％が、前記目封止部が配置されていない貫通セルである［１］〜［７］のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
［９］ 前記セルの３０〜５０％が、前記目封止部が配置されていない貫通セルである［１］〜［７］のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
［１０］ セラミックスを主成分とする材料、又は焼結金属からなる［１］〜［９］のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
［１１］ 前記セラミックスが、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、及びシリカからなる群より選択される少なくとも一種である［１０］に記載のハニカム構造体。
［１２］ ４０〜８００℃における、前記セルの連通方向の熱膨張係数が、１．０×１０−６／℃未満である［１］〜［１１］のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
［１３］ ［１］〜［１２］のいずれか一項に記載のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の前記隔壁の、少なくとも前記細孔の内表面に層状に担持された、触媒を含有する触媒層と、を備え、前記ハニカム構造体の前記隔壁に多数の触媒層担持細孔が形成されたハニカム触媒体。
［１４］ 前記隔壁のパーミアビリティーが、６．８×１０−１２〜３×１０−８ｍ２である［１３］に記載のハニカム触媒体。
［１５］ セル水力直径（ｍ）と、前記隔壁のパーミアビリティー（ｍ２）が、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝２×１０３以上、６×１０５未満、の関係を満たす［１３］又は［１４］に記載のハニカム触媒体。
［１６］ 前記触媒層が担持された状態における前記隔壁の画像最大距離平均が４０〜３０００μｍ、及び気孔率が３０〜８０％である［１３］〜［１５］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［１７］ 前記触媒層が担持された状態における前記隔壁の画像最大距離平均が５０〜５００μｍ、及び気孔率が４０〜６５％である［１３］〜［１５］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［１８］ 前記触媒層が担持された状態における前記隔壁の画像最大距離平均が２５０μｍを超えて５００μｍ以下、及び気孔率が４０〜６５％である［１３］〜［１５］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［１９］ 前記触媒が、活性アルミナからなる担体コートと、前記担体コートの内部に分散担持される、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群より選択される一以上の貴金属と、前記担体コートに含有される、酸化セリウム、酸化ジルコニア、及びシリカからなる群より選択される一以上の化合物と、を含むガソリンエンジン排ガス浄化三元触媒である［１３］〜［１８］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［２０］ 前記触媒が、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群より選択される一以上の貴金属を含有する、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒である［１３］〜［１８］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［２１］ 前記触媒が、金属置換ゼオライト、バナジウム、チタニア、酸化タングステン、銀、及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種を含有する、ＮＯＸ選択還元用ＳＣＲ触媒である［１３］〜［１８］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［２２］ 前記触媒が、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含有するＮＯＸ吸蔵触媒である［１３］〜［１８］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［２３］ 等価直径ｄと中心軸方向長さＬとの比の値（Ｌ／ｄ）が、０．３以上、０．７５未満である［１３］〜［２２］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
［２４］ 等価直径ｄと中心軸方向長さＬとの比の値（Ｌ／ｄ）が、０．３以上、０．７５未満であり、セル密度が４〜４６．５個／ｃｍ２、隔壁の、厚さが０．３〜０．４３ｍｍ、画像最大距離平均が２５０〜５００μｍ、気孔率が６０〜８０％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６である［１９］〜［２２］のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
本発明のハニカム構造体は、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なハニカム触媒体を提供することが可能であるという効果を奏するものである。
また、本発明のハニカム触媒体は、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能であるという効果を奏するものである。
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１：ハニカム構造体、２ａ，２ｂ：端面、３：セル、３ａ：貫通セル、４：隔壁、４ａ：薄い隔壁、５，１５：触媒層、６：観察範囲（視野）、１０：目封止部、２０：外壁、２５：細孔、３５：触媒層担持細孔、５０，６０，７０，８０，９０，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０：ハニカム触媒体、１００：試験片、１０５：リブ残り、Ｄ：セル水力直径、Ｈ：リブ残り高さ、Ｐ：セルピッチ、Ｔ，ｔ：隔壁厚さ。
以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
図１は、本発明のハニカム構造体及びハニカム触媒体の一実施形態を模式的に示す正面図である。また、図２は、本発明のハニカム構造体及びハニカム触媒体の一実施形態を模式的に示す断面図である。図１，２に示すように、本実施形態のハニカム構造体１は、多数の細孔を有する多孔質の隔壁４と、目封止部１０とを備えたものである。隔壁４は、二つの端面２ａ，２ｂ間を連通する複数のセル３が形成されるように配置されている。また、目封止部１０は、いずれかの端面２ａ，２ｂにおいてセル３を目封止するように配置されている。なお、図１中、符号２０は外壁、符号Ｐはセルピッチ、符号Ｄはセル水力直径、及び符号Ｔは隔壁厚さをそれぞれ示す。
本実施形態のハニカム構造体１の隔壁４のパーミアビリティーは、７×１０−１２〜４×１０−８ｍ２、好ましくは１×１０−１１〜８×１０−１０ｍ２、更に好ましくは３×１０−１１〜３×１０−１０ｍ２である。このように、隔壁４のパーミアビリティーを前記数値範囲とすると、このハニカム構造体１に所定の触媒を担持させてハニカム触媒体５０として用いた場合に、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれるカーボン微粒子等は隔壁４で捕捉され難く、それらのほとんどが通過する。即ち、図２に示すように、一の端面２ａ側からハニカム触媒体５０のセル３に流入した排ガスは、隔壁４を通過して隣接するセル３へと移動し、次いで、他の端面２ｂの側から外部へと流出する。ここで、本実施形態のハニカム構造体１の隔壁４のパーミアビリティーは所定の数値範囲内であるために、このハニカム構造体１を用いて得られたハニカム触媒体５０の隔壁４には、排ガス中に含まれるカーボン微粒子等がほとんど捕捉されることがない。従って、本実施形態のハニカム構造体１を用いると、圧力損失が小さく、また長期間使用した場合であっても圧力損失の上昇し難いハニカム触媒体５０を得ることができる。
また、本実施形態のハニカム構造体１を用いれば、図４〜６に示すような従来のハニカム触媒体６０とは異なり、隔壁４の細孔２５表面に触媒層５を担持させることが可能である（図３参照）。従って、従来のハニカム触媒体に比してより浄化効率に優れ、限られた空間であっても搭載可能な、コンパクトなハニカム触媒体５０を提供することができる。なお、ハニカム触媒体５０の詳細については後述する。
なお、本明細書にいう「パーミアビリティー」とは、下記式（１）により算出される物性値をいい、所定のガスがその物（隔壁）を通過する際の通過抵抗を表す指標となる値である。ここで、下記式（１）中、Ｃはパーミアビリティー（ｍ２）、Ｆはガス流量（ｃｍ３／ｓ）、Ｔは試料厚み（ｃｍ）、Ｖはガス粘性（ｄｙｎｅｓ・ｓｅｃ／ｃｍ２）、Ｄは試料直径（ｃｍ）、Ｐはガス圧力（ＰＳＩ）をそれぞれ示す。また、下記式（１）中の数値は、１３．８３９（ＰＳＩ）＝１（ａｔｍ）であり、６８９４７．６（ｄｙｎｅｓ・ｓｅｃ／ｃｍ２）＝１（ＰＳＩ）である。
図１０は、パーミアビリティーの測定に用いる試験片について説明する模式図である。図１０に示すように、先ず、ハニカム構造体、又はハニカム触媒体から、リブ残り高さＨが０．２ｍｍとなるように、一の隔壁４に接続する隔壁の一部（リブ残り１０５）を残した状態で、試験片１００を切り出す。この試験片１００の形状は、角板状であっても、円板状であってもよい。この試験片１００に室温空気を通過させ、その際のパーミアビリティーを前記式（１）により算出する。リブ残り１０５によって形成される、試験片１００とシールとの隙間から空気が漏れないように、グリス等の流動性シールを併用することが望ましい。また、計算上の隔壁通過流速が０．１〜１ｃｍ／ｓｅｃとなるように空気流量を調整し、この空気流量で計測した結果を用いる。なお、パーミアビリティーの測定対象が、ハニカム触媒体の隔壁である場合には、セルの内壁面と切断面とで、触媒層のつき方が異なる。但し、本実施形態のハニカム構造体を用いたハニカム触媒体は、その細孔の内表面に触媒層が担持されている。このため、リブ残りの影響は小さく、ハニカム構造体の場合と同じ測定方法によって、ハニカム触媒体の隔壁のパーミアビリティーを測定することができる。
なお、図１，２においては、目封止部１０が、端面２ａ，２ｂにおいてセル３を目封止するように配置された状態が示されているが、本発明のハニカム構造体は、このような目封止部の配置状態に限定されるものではない。例えば、図７に示すハニカム構造体２１のように、セル３の内部に目封止部１０を配置することができる。また、図８に示すハニカム構造体３１のように、一部のセル３については目封止部１０を配置し、残余のセル３については目封止部１０を配置しなくてもよい。更には、図９に示すハニカム構造体４１のように、一部のセル３についてはその内部に目封止部１０を配置し、残余のセル３についてはその端面２ｂに目封止部１０を配置することも可能である。図２に示すように、目封止部１０を、いずれかの端面２ａ，２ｂにおいて目封止するように配置することが、より浄化効率に優れたハニカム触媒体を提供可能となるために好ましい。図７〜９に示すハニカム構造体ように、セル３の内部に目封止部１０を配置すると、圧力損失を低減することができるという点で好ましい。図８に示すように、目封止部１０が配置されていないセル３（貫通セル３ａ）を有することによっても、圧力損失を低減することができるため好ましい。
上記貫通セルを有することにより圧力損失を低減させたハニカム構造体の他の態様としては、例えば、図１１に示すハニカム構造体５１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３の端面２ａ又は端面２ｂに目封止部１０が配置された構造が挙げられる。また、図１２に示すハニカム構造体６１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３の内部に目封止部１０が同じ位置に並ぶように配置された構造が挙げられる。また、図１３に示すハニカム構造体７１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３が片方の端面２ａ（ガス入口側の端面）に目封止部１０が配置されたセルである構造や、図１４に示すハニカム構造体８１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３が片方の端面２ｂ（ガス出口側の端面）に目封止部１０が配置されたセルである構造が挙げられる。また、図１５に示すように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３が、軸方向の位置をずらして配置された目封止部１０を内部に有する構造であって、貫通セル３ａが更に薄い隔壁４ａで区切られた構造のハニカム構造体９１が挙げられる。
このような、目封止部を配置しない貫通セルは、セル全体の３０〜９０％であることが好ましく、３０〜５０％であることが更に好ましい。３０％より少ないと、圧力損失を低減させる効果が十分発揮されないことがあり、９０％より多いと、十分な浄化効率を得られないことがある。
本実施形態のハニカム構造体１のセル水力直径Ｄ（ｍ）と、隔壁のパーミアビリティー（ｍ２）が、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝２×１０３以上、６×１０５未満の関係を満たすことが好ましく、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝５×１０３〜１×１０５の関係を満たすことが更に好ましく、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝１×１０４〜５×１０４の関係を満たすことが特に好ましい。
ガスがセル内を流通する際に生ずる圧力損失（セル流通圧力損失）は、セルの水力直径の二乗に反比例する。また、ガスが隔壁を通過する際に生ずる圧力損失（隔壁通過圧力損失）と、セル流通圧力損失との比「（隔壁通過圧力損失）／（セル流通圧力損失）」は、「（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）」に比例する。ここで、「（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）」が２×１０３以上であると、このハニカム構造体１を用いて得られたハニカム触媒体５０の隔壁４の全域にわたって均一にガスが流れ易くなるために好ましい。一方、「（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）」が６×１０５未満であると、このハニカム構造体１を用いて得られたハニカム触媒体５０全体の圧力損失が増大し難くなるために好ましい。
本実施形態のハニカム構造体１のセル３の密度（セル密度）は、０．２５〜４６．５個／ｃｍ２（１．６１〜３００ｃｐｓｉ）であることが好ましく、１．５５〜１５．５個／ｃｍ２（１０〜１００ｃｐｓｉ）であることが更に好ましく、１．５５〜１２．４個／ｃｍ２（１０〜８０ｃｐｓｉ）であることが特に好ましい。セル密度が０．２５個／ｃｍ２未満であると、排ガスとの接触効率が不足する傾向にある。一方、セル密度が４６．５個／ｃｍ２超であると、圧力損失が増大する傾向にある。なお、「ｃｐｓｉ」は「ｃｅｌｌｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ」の略であり、１平方インチ当りのセル数を表す単位である。１０ｃｐｓｉは、約１．５５個／ｃｍ２である。
隔壁４の厚さ（隔壁厚さＴ）は、０．１５〜７ｍｍ（５．９〜２７６ｍｉｌ）であることが好ましく、０．４〜２ｍｍ（１５．７〜７８．７ｍｉｌ）であることが更に好ましく、０．７〜１．５ｍｍ（２７．６〜５９ｍｉｌ）であることが特に好ましい。隔壁厚さＴが０．１５ｍｍ未満であると、強度が不足して耐熱衝撃性が低下する場合がある。一方、隔壁厚さＴが７ｍｍ超であると、圧力損失が増大する傾向にある。なお、１ｍｉｌは、１０００分の１インチであり、約０．０２５ｍｍである。
隔壁４の画像最大距離平均は、４０〜３０００μｍであることが好ましく、５０〜５００μｍであることが更に好ましく、２５０μｍを超えて５００μｍ以下であることが特に好ましい。画像最大距離平均が４０μｍ未満であると、例えばディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれるカーボン微粒子等の微粒子が捕捉され易くなり、圧力損失が上昇する傾向にある。一方、画像最大距離平均が３０００μｍ超であると、排ガスと触媒層との接触面積を十分に確保し難くなる傾向にある。なお、本明細書にいう「細孔径」は、画像解析によって測定される物性値である。具体的には、隔壁断面のＳＥＭ写真を、隔壁厚さを「ｔ」とした場合に、縦×横＝ｔ×ｔの視野について少なくとも２０視野観察する。次いで、観察したそれぞれの視野内で、空隙中の最大直線距離を計測し、全ての視野について計測した最大直線距離の平均値を「画像最大距離平均」とした。例えば、図１６に示す、ハニカム構造体の端面の一部を拡大した平面図においては、隔壁４のｔ×ｔの範囲を一つの観察範囲（視野）とし、２０箇所の視野についてＳＥＭ写真を撮り、画像解析する。そして、図１７に示すように、２０視野のＳＥＭ写真において、各視野内の最大直線距離を計測し、平均値をとる。図１７に示す２０視野のＳＥＭ写真においては、最上段左端から右に向かって、そして上段から下段に向かって、それぞれの最大直線距離は、３８７μｍ、４４２μｍ、３２７μｍ、１７９μｍ、２７５μｍ、２５５μｍ、３０３μｍ、３７７μｍ、３５０μｍ、１８５μｍ、３５３μｍ、１５３μｍ、３３２μｍ、２４５μｍ、２５７μｍ、３０２μｍ、２０７μｍ、４６５μｍ、３２０μｍ、及び３０１μｍである。この場合、画像最大距離平均は、３０１μｍとなる。尚、図１７に示すＳＥＭ写真は５０倍の倍率で撮影したものである。画像解析には、市販の画像解析ソフトを用いることができ、例えば、ＣＯＲＥＬ社製、商品名：Ｐａｉｎｔ Ｓｈｏｐ ＰｒｏＸを用いることができる。ＳＥＭ写真の倍率は、鮮明な画像が得られるような倍率であればよく、例えば、１０〜１０００倍の任意の倍率を選べばよい。
隔壁４の気孔率は、３０〜８０％であることが好ましく、４０〜６５％であることが更に好ましく、５０〜６５％であることが特に好ましい。気孔率が３０％未満であると、隔壁通過流速が増大化し、浄化性能が悪化する傾向にある。一方、気孔率が８０％超であると、強度が不十分となる傾向にある。なお、本明細書にいう「気孔率」は、画像解析によって測定される物性値である。具体的には、隔壁断面のＳＥＭ写真を、隔壁厚さを「ｔ」とした場合に、縦×横＝ｔ×ｔの視野について少なくとも５視野観察する。観察したそれぞれの視野内で、空隙面積比率を求め、これを３／２乗して得た値の、全ての視野について平均した値を「気孔率」とした。
上記、セル密度、隔壁の厚さ、隔壁の画像最大距離平均、及び隔壁の気孔率のそれぞれの好ましい範囲の組み合わせとしては、セル密度が４〜４６．５個／ｃｍ２、隔壁の厚さが０．３〜０．４３ｍｍ、隔壁の画像最大距離平均が２５０μｍを超えて、５００μｍ以下、隔壁の気孔率が４０〜６５％であることが好ましい。各要件をこの様な値とすることにより、産業用燃焼機器から排出される排ガス浄化用（産業用）の触媒体を構成するための担体として好適に使用することができる。
隔壁４の細孔径分布の常用対数標準偏差（細孔径分布σ）は、０．１〜０．６であることが好ましく、０．２〜０．６であることが更に好ましい。細孔径分布σが０．１未満であると、隔壁通過圧損が増加する傾向にある。一方、細孔径分布σが０．６超であると、大きな細孔のみにガスが流れてしまうため浄化性能が悪化する傾向にある。「細孔径分布の常用対数標準偏差」を導く場合の、「細孔径分布」は、水銀ポロシメータにより測定した値を用いる。そして、得られた細孔径分布について下記式（２）〜（５）を用いて常用対数標準偏差（下記式（５）におけるｓｄ；標準偏差）を求める。尚、下記式（３）、（４）における「ｆ」で示される微分細孔容積は、例えば、細孔径Ｄｐ１以下の細孔の細孔容積（細孔径０〜Ｄｐ１の累積）がＶ１であり、細孔径Ｄｐ２以下の細孔の細孔容積（細孔径０〜Ｄｐ２の累積）がＶ２であるとすると、微分細孔容積ｆ２は、ｆ２＝Ｖ２−Ｖ１で示される値となる。下記式（２）〜（５）において、「Ｄｐ」は細孔径（μｍ）、「ｆ」は微分細孔容積（ｍＬ／ｇ）、「ｘ」は細孔径Ｄｐの常用対数、「ｘａｖ」はｘについての平均値、「ｓ２」はｘについての分散、「ｓｄ」はｘについての標準偏差（細孔径分布の常用対数標準偏差）をそれぞれ表す。
なお、セル密度が０．２５〜４６．５個／ｃｍ２、隔壁の厚さが０．１５〜７ｍｍ、隔壁の画像最大距離平均が４０〜３０００μｍ、隔壁の気孔率が３０〜８０％、及び隔壁の細孔径分布の常用対数標準偏差が０．１〜０．６である場合には、産業用燃焼機器から排出される排ガス浄化用（産業用）の触媒体を構成するための担体として好適である。
また、セル密度が１．５５〜１２．４個／ｃｍ２、隔壁の厚さが０．７〜１．５ｍｍ、隔壁の画像最大距離平均が２５０μｍを超えて５００μｍ以下、隔壁の気孔率が４０〜６５％、及び隔壁の細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６である場合には、産業用の触媒体を構成する担体のなかでも、特に、自動車用エンジンから排出される排ガス浄化用（車載用）の触媒体を構成するための担体として好適である。
本実施形態のハニカム構造体１を構成する材料としては、セラミックスを主成分とする材料、又は焼結金属等を好適例として挙げることができる。また、本実施形態のハニカム構造体１が、セラミックスを主成分とする材料からなるものである場合に、このセラミックスとしては、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、若しくはシリカ、又はこれらを組み合わせたものを好適例として挙げることができる。特に、炭化珪素、コージェライト、ムライト、窒化珪素、アルミナ等のセラミックスが、耐アルカリ特性上好適である。なかでも酸化物系のセラミックスは、コストの点でも好ましい。
本実施形態のハニカム構造体１の、４０〜８００℃における、セルの連通方向の熱膨張係数は、１．０×１０−６／℃未満であることが好ましく、０．８×１０−６未満／℃であることが更に好ましく、０．５×１０−６未満／℃であることが特に好ましい。４０〜８００℃におけるセルの連通方向の熱膨張係数が１．０×１０−６／℃未満であると、高温の排気ガスに晒された際の発生熱応力を許容範囲内に抑えられ、ハニカム構造体の熱応力破壊を防止することができる。
また、本実施形態のハニカム構造体１の、セルの連通方向に垂直な面で径方向に切断した断面の形状は、設置しようとする排気系の内形状に適した形状であることが好ましい。具体的には、円、楕円、長円、台形、三角形、四角形、六角形、又は左右非対称な異形形状を挙げることができる。なかでも、円、楕円、長円が好ましい。
本発明のハニカム構造体は、例えば、従来公知のディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の製造方法に準じた製造方法に従って、製造することができる。但し、本発明のハニカム構造体は、その隔壁のパーミアビリティーが所定の数値範囲内のものである。従って、例えば、材料の化学組成を適宜調整すること、造孔剤を用いて多孔質構造とする場合には、用いる造孔剤の種類、粒子径、添加量等を適宜調整すること等により、隔壁のパーミアビリティーを所定の数値範囲内とすることができる。
次に、本発明のハニカム触媒体の一実施形態について説明する。図１〜３に示すように、本実施形態のハニカム触媒体５０は、ハニカム構造体１と、触媒を含有する触媒層５とを備えたものである。触媒層５は、細孔２５の内表面に層状に担持されており、多数の触媒担持細孔３５が隔壁４の内部に形成されている。なお、触媒担持細孔３５は、隣接するセル３どうしを相互に連通している。また、触媒層１５は、セル３の内表面に形成されていてもよい。
ハニカム構造体１の隔壁４は、記述の如く、そのパーミアビリティーが所定の数値範囲に規定されたものである。このため、このハニカム構造体１の細孔２５内表面に触媒層５を担持した本実施形態のハニカム触媒体５０においては、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれるカーボン微粒子等が隔壁４で捕捉され難く、それらのほとんどが通過する。即ち、図２に示すように、一の端面２ａ側からハニカム触媒体５０のセル３に流入した排ガスは、隔壁４を通過して隣接するセル３へと移動し、次いで、他の端面２ｂの側から外部へと流出する。従って、本実施形態のハニカム触媒体５０は、圧力損失が小さく、また長期間使用した場合であっても圧力損失の上昇し難いものである。
また、本実施形態のハニカム触媒体５０は、図４〜６に示すような従来のハニカム触媒体６０とは異なり、隔壁４の細孔２５表面に触媒層５が担持されたものである。従って、従来のハニカム触媒体に比してより浄化効率に優れ、限られた空間であっても搭載可能な、コンパクトな触媒体である。
また、図７〜図９に示したハニカム構造体２１，３１及び４１の隔壁４の細孔表面に触媒層が形成されたハニカム触媒体７０，８０及び９０も、本発明のハニカム触媒体の好ましい態様である。更に、図１１〜図１５に示したハニカム構造体５１，６１，７１，８１及び９１の隔壁４の細孔表面に触媒層が形成されたハニカム触媒体１１０，１２０，１３０，１４０及び１５０も、本発明のハニカム触媒体の好ましい態様である。
本実施形態のハニカム触媒体５０の隔壁４のパーミアビリティーは、６．８×１０−１２〜３×１０−８ｍ２であることが好ましく、８×１０−１２〜６×１０−１０ｍ２であることが更に好ましく、２×１０−１１〜２×１０−１０ｍ２であることが特に好ましい。隔壁４のパーミアビリティーが６．８×１０−１２ｍ２未満であると、圧力損失が大きくなるとともに、長期間使用した場合に圧力損失が増大し易くなる傾向にある。一方、隔壁４のパーミアビリティーが３×１０−８ｍ２超であると、排ガスと触媒層５との接触面積を十分に確保し難くなる傾向にある。
また、本実施形態のハニカム触媒体５０のセル水力直径Ｄ（ｍ）と、隔壁のパーミアビリティー（ｍ２）が、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝２×１０３以上、６×１０５未満、の関係を満たすことが好ましく、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝５×１０３〜１×１０５の関係を満たすことが更に好ましく、（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝１×１０４〜５×１０４の関係を満たすことが特に好ましい。「（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）」が２×１０３以上であると、隔壁４の全域にわたって均一にガスが流れ易くなるために好ましい。一方、「（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）」が６×１０５未満であると、ハニカム触媒体５０全体の圧力損失が増大し難くなるために好ましい。
触媒層５が担持された状態、即ち、触媒担持細孔３５が形成された状態における隔壁４の画像最大距離平均は、４０〜３０００μｍであることが好ましく、５０〜５００μｍであることが更に好ましく、２５０μｍを超えて５００μｍ以下であることが特に好ましい。画像最大距離平均が４０μｍ未満であると、例えばディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれるカーボン微粒子等の微粒子が捕捉され易くなり、圧力損失が上昇する傾向にある。一方、画像最大距離平均が３０００μｍ超であると、排ガスと触媒層との接触面積を十分に確保し難くなる傾向にある。
触媒層５が担持された状態、即ち、触媒担持細孔３５が形成された状態における隔壁４の気孔率は、３０〜８０％であることが好ましく、４０〜６５％であることが更に好ましく、５０〜６５％であることが特に好ましい。気孔率が３０％未満であると、隔壁通過流速が増大化し、浄化性能が悪化する傾向にある。一方、気孔率が８０％超であると、強度が不十分となる傾向にある。
なお、画像最大距離平均が４０〜３０００μｍ、及び気孔率が３０〜８０％である場合には、産業用燃焼機器から排出される排ガス浄化用（産業用）の触媒体として好適である。また、画像最大距離平均が２５０μｍを超えて５００μｍ以下、及び気孔率が４０〜６５％である場合には、産業用の触媒体のなかでも、特に、自動車用エンジンから排出される排ガス浄化用（車載用）の触媒体として好適である。
本実施形態のハニカム触媒体５０は、等価直径ｄと中心軸方向長さＬとの比の値（Ｌ／ｄ）が、０．３以上、０．７５未満であることが好ましく、０．３〜０．５であることが更に好ましい。ここで、「等価直径ｄ」とは、ハニカム触媒体の中心軸に垂直な断面の断面積を４倍し、さらに「その断面の外周の長さ」で除した値である。中心軸方向長さＬが長すぎると（Ｌ／ｄが大きすぎると）、隔壁を透過する流体の流速が、ハニカム触媒体の中心軸方向において一定とならず、分布を生じてしまう。そのため、例えば、出口近傍の隔壁のみを多量の排ガスが透過してしまい、その部分の触媒のみに負荷がかかり、他の部分にコートされた触媒が有効に使用されずに無駄になることがある。これに対し、Ｌ／ｄを小さくすると、隔壁を透過する流体の流速の中心軸方向における分布が均一になり、隔壁全体の触媒が有効に使用されるので浄化性能が向上する。一方、Ｌ／ｄが小さすぎると、ハニカム触媒体の中心軸方向長さに対する目封じ部分の長さの比率が増加し、触媒担持に使用できない部分の質量比が増加することになるため、触媒の暖気性が悪くなり、浄化性能が悪化することがある。
本実施形態のハニカム触媒体５０は、等価直径ｄと中心軸方向長さＬとの比の値（Ｌ／ｄ）が、０．３以上、０．７５未満であり、セル密度が４〜４６．５個／ｃｍ２、隔壁の、厚さが０．３〜０．４３ｍｍ、画像最大距離平均が２５０〜５００μｍ、気孔率が６０〜８０％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６であることが好ましい。このように、Ｌ／ｄ、セル密度、隔壁の厚さ、隔壁の画像最大距離平均、隔壁の気孔率、及び隔壁の細孔径分布の常用対数標準偏差のそれぞれについて、上述の特定の値を同時に満たすようにすることにより、特に、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なハニカム触媒体とすることが可能となる。
本実施形態のハニカム触媒体５０を構成する触媒層５に含有される触媒の具体例としては、（１）ガソリンエンジン排ガス浄化三元触媒、（２）ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒、（３）ＮＯＸ選択還元用ＳＣＲ触媒、（４）ＮＯＸ吸蔵触媒、を挙げることができる。
ガソリンエンジン排ガス浄化三元触媒は、ハニカム構造体（ハニカム担体）の隔壁を被覆する担体コートと、この担体コートの内部に分散担持される貴金属とを含むものである。担体コートは、例えば活性アルミナにより構成されている。また、担体コートの内部に分散担持される貴金属としては、Ｐｔ、Ｒｈ、若しくはＰｄ、又はこれらを組み合わせたものを好適例として挙げることができる。更に、担体コートには、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニア、シリカ等の化合物、又はこれらを組み合わせた混合物が含有される。なお、貴金属の合計量を、ハニカム構造体の体積１リットル当り、０．１７〜７．０７ｇとすることが好ましい。
ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒には、貴金属が含有される。この貴金属としては、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群より選択される一以上が好ましい。なお、貴金属の合計量を、ハニカム構造体の体積１リットル当り、０．１７〜７．０７ｇとすることが好ましい。また、ＮＯＸ選択還元用ＳＣＲ触媒は、金属置換ゼオライト、バナジウム、チタニア、酸化タングステン、銀、及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものである。
ＮＯＸ吸蔵触媒には、アルカリ金属、及び／又はアルカリ土類金属が含有される。アルカリ金属としては、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉを挙げることができる。アルカリ土類金属としては、Ｃａを挙げることができる。なお、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、及びＣａの合計量を、ハニカム構造体の体積１リットル当り、５ｇ以上とすることが好ましい。
本発明のハニカム触媒体は、前述のハニカム構造体に、従来公知の方法に準じた製造方法に従って、触媒を担持することにより製造することができる。具体的には、先ず、触媒を含有する触媒スラリーを調製する。次いで、この触媒スラリーを、吸引法等の方法により、ハニカム構造体の隔壁の細孔表面にコートする。その後、室温又は加熱条件下で乾燥することにより、本発明のハニカム触媒体を製造することができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［細孔径］：画像解析により細孔径を測定し、画像最大距離平均を算出した。具体的には、隔壁断面のＳＥＭ写真を、隔壁厚さを「ｔ」とした場合に、縦×横＝ｔ×ｔの視野について少なくとも２０視野観察する。次いで、観察したそれぞれの視野内で、空隙中の最大直線距離を計測し、全ての視野について計測した最大直線距離の平均値を「画像最大距離平均」とした。ＳＥＭ写真の倍率は、５０倍とした。また、水銀ポロシメータ（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、商品名：Ａｕｔｏ Ｐｏｒｅ ＩＩＩ 型式９４０５）を用いて、細孔径分布を測定し、細孔径分布の標準偏差（細孔径分布σ）を算出した。
［気孔率］：画像解析によって測定した。具体的には、隔壁断面のＳＥＭ写真を、隔壁厚さを「ｔ」とした場合に、縦×横＝ｔ×ｔの視野について少なくとも５視野観察する。観察したそれぞれの視野内で、空隙面積比率を求め、これを３／２乗して得た値の、全ての視野について平均した値を「気孔率」とした。
［パーミアビリティー］：隔壁の一部を取出し、凹凸がなくなるように加工したものを試料とし、この試料をφ２０ｍｍのサンプルホルダーでガス漏れのないよう上下から挟み込んだ後、試料の下流側が１ａｔｍとなるように試料に特定のガス圧をかけてガスを透過させた。この際、試料を通過したガスについて、下記式（１）に基づいてパーミアビリティーを算出した。なお、下記式（１）中、Ｃはパーミアビリティー（ｍ２）、Ｆはガス流量（ｃｍ３／ｓ）、Ｔは試料厚み（ｃｍ）、Ｖはガス粘性（ｄｙｎｅｓ・ｓｅｃ／ｃｍ２）、Ｄは試料直径（ｃｍ）、Ｐはガス圧力（ＰＳＩ）をそれぞれ示す。また、下記式（１）中の数値は、１３．８３９（ＰＳＩ）＝１（ａｔｍ）であり、６８９４７．６（ｄｙｎｅｓ・ｓｅｃ／ｃｍ２）＝１（ＰＳＩ）である。なお、測定に際しては、例えば、商品名「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｆｌｏｗ ｐｏｒｍｅｔｅｒ」（Ｐｏｒｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．製、型式：１１００ＡＥＸ）等の装置を用いた。
［浄化指数］：酸素７体積％、水蒸気１０体積％、二酸化炭素１０体積％、炭化水素２００（カーボンモル数）ｐｐｍ、及び残部が窒素からなる燃焼ガスを、空間速度（ＳＶ）１０００００ｈ−１、温度２００℃の条件でハニカム構造体内、又はハニカム触媒体内に流入させた。流入前後における燃焼ガスの炭化水素濃度から、浄化率（％）を算出した。比較対照のハニカム触媒体を使用して浄化率（基準浄化率（％））を算出し、この基準浄化率に対する割合として、浄化指数（％）を算出した。ここで、浄化指数＝２００％とは、比較対照のハニカム触媒体の２倍の浄化率であることを意味する。なお、自動車用途を想定したハニカム触媒体については、セル密度６００ｃｐｓｉ（９３個／ｃｍ２）、隔壁厚さ４．５ｍｉｌ（０．１１４３ｍｍ）の単純ハニカム構造体（目封止部なし）に触媒を担持したもの（図４〜６参照）を用いた場合を比較対照とした。また、産業用途を想定したハニカム触媒体については、セル密度３０ｃｐｓｉ（４．６５個／ｃｍ２）、隔壁厚さ３２ｍｉｌ（０．８１２８ｍｍ）の単純ハニカム構造体（目封止部なし）に触媒を担持したもの（図４〜６参照）を用いた場合を比較対照とした。
［圧力損失］：室温条件下、０．５ｍ３／ｍｉｎの流速でエアーを流通させ、圧力損失を測定した。同一形状、同一セル密度、及び同一隔壁厚さの比較対照用のハニカム触媒体の圧力損失（基準圧力損失）を測定し、この基準圧力損失に対する比率（圧損増加率（％））を算出した。また、圧損増加率２０％以上であった場合に圧損上昇「有り」、及び圧損増加率２０％未満であった場合に圧損上昇「無し」と評価した。
［長期耐目詰まり］：軽油バーナー用の燃料軽油９５質量部に対して、市販のエンジン潤滑オイルを５質量部添加して得られた燃料を、リーン条件でススを発生させない状態で燃焼させた燃焼ガスを、６００℃、２．１Ｎｍ３／ｍｉｎの流速でハニカム触媒体に長期間流入し、以下に示す基準で「長期耐目詰まり」を評価した。
◎：問題無し、良好
○：若干の目詰まりがあるが、実使用可能
×：目詰まりにより実使用不可能
◎：問題無し、良好
○：若干の目詰まりがあるが、実使用可能
×：目詰まりにより実使用不可能
（実施例１〜１７、比較例１〜３）
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカのうちから複数を組み合わせて、その化学組成が、ＳｉＯ２４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３０〜４５質量％、及びＭｇＯ１２〜１６質量％となるように所定の割合で調合されたコージェライト化原料１００質量部に対して、造孔剤としてグラファイトを１２〜２５質量部、及び合成樹脂を５〜１５質量部を添加した。更に、メチルセルロース類、及び界面活性剤をそれぞれ適当量添加した後、水を加えて混練することにより杯土を調製した。調製した杯土を真空脱気した後、押出成形することによりハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体を乾燥後、最高温度１４００〜１４３０℃の温度範囲で焼成することにより、ハニカム焼成体を得た。得られたハニカム焼成体のセルのいずれかの端部に、市松模様状となるように目封止剤を詰めて再度焼成することにより、表１に示す隔壁の細孔構造を有する、直径１４４ｍｍ、全長１５２ｍｍのハニカム構造体（実施例１〜１７、比較例１〜３）を作製した。なお、隔壁の細孔構造は、コージェライト化原料の化学組成、造孔剤の粒子径、造孔剤の添加量等を適宜調整することにより調整した。また、目封止部の目封止深さは、端面から１０ｍｍであった。
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカのうちから複数を組み合わせて、その化学組成が、ＳｉＯ２４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３０〜４５質量％、及びＭｇＯ１２〜１６質量％となるように所定の割合で調合されたコージェライト化原料１００質量部に対して、造孔剤としてグラファイトを１２〜２５質量部、及び合成樹脂を５〜１５質量部を添加した。更に、メチルセルロース類、及び界面活性剤をそれぞれ適当量添加した後、水を加えて混練することにより杯土を調製した。調製した杯土を真空脱気した後、押出成形することによりハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体を乾燥後、最高温度１４００〜１４３０℃の温度範囲で焼成することにより、ハニカム焼成体を得た。得られたハニカム焼成体のセルのいずれかの端部に、市松模様状となるように目封止剤を詰めて再度焼成することにより、表１に示す隔壁の細孔構造を有する、直径１４４ｍｍ、全長１５２ｍｍのハニカム構造体（実施例１〜１７、比較例１〜３）を作製した。なお、隔壁の細孔構造は、コージェライト化原料の化学組成、造孔剤の粒子径、造孔剤の添加量等を適宜調整することにより調整した。また、目封止部の目封止深さは、端面から１０ｍｍであった。
（実施例１８〜３４、比較例４〜６）
貴金属として白金（Ｐｔ）を含有し、活性アルミナ、及び酸素吸蔵剤としてのセリアを更に含有する触媒スラリーを調製した。吸引法により、実施例１〜１７、及び比較例１〜３のハニカム構造体の隔壁内表面、及び細孔内表面に、調製した触媒スラリーのコート層を形成した。次いで、加熱乾燥することにより、表２に示す隔壁（触媒層つき）の細孔構造を有するハニカム触媒体（実施例１８〜３４、比較例４〜６）を作製した。なお、ハニカム構造体（担体）１リットルあたりの貴金属（Ｐｔ）の量は２ｇであった。また、ハニカム構造体（担体）１リットルあたりの触媒スラリーのコート量は１００ｇであった。
貴金属として白金（Ｐｔ）を含有し、活性アルミナ、及び酸素吸蔵剤としてのセリアを更に含有する触媒スラリーを調製した。吸引法により、実施例１〜１７、及び比較例１〜３のハニカム構造体の隔壁内表面、及び細孔内表面に、調製した触媒スラリーのコート層を形成した。次いで、加熱乾燥することにより、表２に示す隔壁（触媒層つき）の細孔構造を有するハニカム触媒体（実施例１８〜３４、比較例４〜６）を作製した。なお、ハニカム構造体（担体）１リットルあたりの貴金属（Ｐｔ）の量は２ｇであった。また、ハニカム構造体（担体）１リットルあたりの触媒スラリーのコート量は１００ｇであった。
作製したハニカム触媒体（実施例１８〜３４、比較例４〜６）の浄化指数、及び圧損増加率を測定・算出した結果を表３に示す。また、圧損上昇、及び長期耐目詰まりの評価結果を表３に示す。
（考察１）
表１〜３に示すように、実施例１〜１７のハニカム構造体を用いて作製した実施例１８〜３４のハニカム触媒体は、比較例４〜６のハニカム触媒体に比して、浄化指数が高く、優れた浄化性能を示すものであることが明らかである。また、実施例１８〜３４のハニカム触媒体は、比較例４，５のハニカム触媒体と比較した場合に、圧損上昇がなく、圧損増加率が低く、更には長期耐目詰まりについても良好であることが明らかである。
表１〜３に示すように、実施例１〜１７のハニカム構造体を用いて作製した実施例１８〜３４のハニカム触媒体は、比較例４〜６のハニカム触媒体に比して、浄化指数が高く、優れた浄化性能を示すものであることが明らかである。また、実施例１８〜３４のハニカム触媒体は、比較例４，５のハニカム触媒体と比較した場合に、圧損上昇がなく、圧損増加率が低く、更には長期耐目詰まりについても良好であることが明らかである。
（実施例３５〜３８）
上記実施例１の場合と同様にしてハニカム焼成体を作製した。得られたハニカム焼成体の一部のセルを貫通セルとし、残余のセルの片方の端面（ガス入口側の端面）に目封止剤を詰めて再度焼成することにより、図１３に示すハニカム構造体７１のような構造のハニカム構造体を、貫通セルの比率を変えて４種類得た。貫通セルの比率（％）はそれぞれ、実施例３５：３５％、実施例３６：４５％、実施例３７：５５％、実施例３８：２０％とした。得られたそれぞれのハニカム構造体は、直径１０５．７ｍｍ、長さ１１４．２ｍｍ（体積１リットル）で、隔壁厚さ８ｍｉｌ（０．２０３ｍｍ）、セル密度３００セル／平方インチ（４６．５セル／平方センチメートル）、隔壁の画像最大距離平均４０μｍ、隔壁の気孔率６０％のコージェライト製ハニカム構造体であった。
上記実施例１の場合と同様にしてハニカム焼成体を作製した。得られたハニカム焼成体の一部のセルを貫通セルとし、残余のセルの片方の端面（ガス入口側の端面）に目封止剤を詰めて再度焼成することにより、図１３に示すハニカム構造体７１のような構造のハニカム構造体を、貫通セルの比率を変えて４種類得た。貫通セルの比率（％）はそれぞれ、実施例３５：３５％、実施例３６：４５％、実施例３７：５５％、実施例３８：２０％とした。得られたそれぞれのハニカム構造体は、直径１０５．７ｍｍ、長さ１１４．２ｍｍ（体積１リットル）で、隔壁厚さ８ｍｉｌ（０．２０３ｍｍ）、セル密度３００セル／平方インチ（４６．５セル／平方センチメートル）、隔壁の画像最大距離平均４０μｍ、隔壁の気孔率６０％のコージェライト製ハニカム構造体であった。
得られたそれぞれのハニカム構造体の出口側端部より触媒スラリーを真空吸引し、隔壁表面に、ハニカム構造体容積１リットル当たり、１５０ｇのガンマアルミナ／セリア、２ｇの白金（Ｐｔ）及び０．５ｇのロジウム（Ｒｈ）をそれぞれ担持し、ハニカム触媒体を得た（実施例３５〜３８）。触媒スラリーの調製は以下の方法で行った。得られたハニカム触媒体について、以下の方法で、炭化水素の浄化率及び圧力損失を測定した。得られた結果を表４に示す（目封止パターン１）。
（触媒スラリー）
ガンマアルミナ及びセリアの混合物（比表面積５０ｍ２／ｇ、初期解砕粒子径５０μｍ）をボールミルにて湿式解砕し、平均解砕粒子径５μｍにした。得られた解砕粒子を、白金及びロジウムを含む溶液と混合し、ガンマアルミナの微細孔内に白金及びロジウムを担持した。これにより、白金及びロジウムが担持された平均解砕粒子径５μｍのガンマアルミナを含有する触媒スラリーを得た。
ガンマアルミナ及びセリアの混合物（比表面積５０ｍ２／ｇ、初期解砕粒子径５０μｍ）をボールミルにて湿式解砕し、平均解砕粒子径５μｍにした。得られた解砕粒子を、白金及びロジウムを含む溶液と混合し、ガンマアルミナの微細孔内に白金及びロジウムを担持した。これにより、白金及びロジウムが担持された平均解砕粒子径５μｍのガンマアルミナを含有する触媒スラリーを得た。
（炭化水素浄化率）
セル密度６００ｃｐｓｉ（９３個／ｃｍ２）、隔壁厚さ４．５ｍｉｌ（０．１１４３ｍｍ）の単純ハニカム構造体（目封じ無し）に触媒を担持したもの（図４〜６）を用いた場合を比較対照とした場合の浄化率に対する相対比率であり、単位は無次元である。
セル密度６００ｃｐｓｉ（９３個／ｃｍ２）、隔壁厚さ４．５ｍｉｌ（０．１１４３ｍｍ）の単純ハニカム構造体（目封じ無し）に触媒を担持したもの（図４〜６）を用いた場合を比較対照とした場合の浄化率に対する相対比率であり、単位は無次元である。
（圧力損失）
実施例５５のハニカム触媒体（比較対照用）に対する相対比であり、無次元である。
実施例５５のハニカム触媒体（比較対照用）に対する相対比であり、無次元である。
（実施例３９〜４２）
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図１４に示すハニカム構造体８１のように、一部のセル３が貫通セル３ａとなり、残余のセル３が片方の端面２ｂ（ガス出口側の端面）に目封止部１０が配置されたセルとなっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例３９：３５％、実施例４０：４５％、実施例４１：５５％、実施例４２：２０％とした。
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図１４に示すハニカム構造体８１のように、一部のセル３が貫通セル３ａとなり、残余のセル３が片方の端面２ｂ（ガス出口側の端面）に目封止部１０が配置されたセルとなっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例３９：３５％、実施例４０：４５％、実施例４１：５５％、実施例４２：２０％とした。
得られたそれぞれのハニカム構造体に実施例３５の場合と同様にして触媒を担持し、ハニカム触媒体を得た（実施例３９〜４２）。得られたハニカム触媒体について、上述の方法で、炭化水素の浄化率及び圧力損失を測定した。得られた結果を表４に示す（目封止パターン２）。
（実施例４３〜４６）
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図１１に示すハニカム構造体５１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３の端面２ａ又は端面２ｂに目封止部１０が配置された構造となっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例４３：３５％、実施例４４：４５％、実施例４５：５５％、実施例４６：２０％とした。
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図１１に示すハニカム構造体５１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３の端面２ａ又は端面２ｂに目封止部１０が配置された構造となっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例４３：３５％、実施例４４：４５％、実施例４５：５５％、実施例４６：２０％とした。
得られたそれぞれのハニカム構造体に実施例３５の場合と同様にして触媒を担持し、ハニカム触媒体を得た（実施例４３〜４６）。得られたハニカム触媒体について、上述の方法で、炭化水素の浄化率及び圧力損失を測定した。得られた結果を表４に示す（目封止パターン３）。
（実施例４７〜５０）
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図１２に示すハニカム構造体６１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３の内部に目封止部１０が同じ位置に並ぶように配置された構造となっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例４７：３５％、実施例４８：４５％、実施例４９：５５％、実施例５０：２０％とした。
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図１２に示すハニカム構造体６１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３の内部に目封止部１０が同じ位置に並ぶように配置された構造となっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例４７：３５％、実施例４８：４５％、実施例４９：５５％、実施例５０：２０％とした。
得られたそれぞれのハニカム構造体に実施例３５の場合と同様にして触媒を担持し、ハニカム触媒体を得た（実施例４７〜５０）。得られたハニカム触媒体について、上述の方法で、炭化水素の浄化率及び圧力損失を測定した。得られた結果を表４に示す（目封止パターン４）。
（実施例５１〜５４）
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図８に示すハニカム構造体３１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３が、軸方向の位置をずらして配置された目封止部１０を内部に有するセル構造となっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例５１：３５％、実施例５２：４５％、実施例５３：５５％、実施例５４：２０％とした。
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にして４種類のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図８に示すハニカム構造体３１のように、一部のセル３が貫通セル３ａであり、残余のセル３が、軸方向の位置をずらして配置された目封止部１０を内部に有するセル構造となっている。貫通セルの比率はそれぞれ、実施例５１：３５％、実施例５２：４５％、実施例５３：５５％、実施例５４：２０％とした。
得られたそれぞれのハニカム構造体に実施例３５の場合と同様にして触媒を担持し、ハニカム触媒体を得た（実施例５１〜５４）。得られたハニカム触媒体について、上述の方法で、炭化水素の浄化率及び圧力損失を測定した。得られた結果を表４に示す（目封止パターン５）。
（実施例５５）
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にしてハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図２に示すハニカム構造体１のように、貫通セルがなく、全てのセル３が、端面２ａ又は端面２ｂに目封止部１０を有することにより各端面に市松模様が形成された構造となっている。
目封止剤を詰める位置（目封止部の位置）と、貫通セルの比率を変化させた以外は、実施例３５の場合と同様にしてハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体は、図２に示すハニカム構造体１のように、貫通セルがなく、全てのセル３が、端面２ａ又は端面２ｂに目封止部１０を有することにより各端面に市松模様が形成された構造となっている。
得られたハニカム構造体に実施例３５の場合と同様にして触媒を担持し、ハニカム触媒体を得た（実施例５５）。得られたハニカム触媒体について、上述の方法で、炭化水素の浄化率及び圧力損失を測定した。得られた結果を表４に示す（目封止パターン６）。
（考察２）
表４に示すように、実施例３５〜３８のハニカム触媒体においては、貫通セル比率が高いほど圧力損失が低くなっていることが分かる。これら４つの実施例の中では、貫通セル比率２０％の実施例３８の圧力損失が特に大きくなっていることが分かる。また、目封止部の配置の異なる他の実施例についても、貫通セル比率と圧力損失との関係については同様の結果が得られている。
表４に示すように、実施例３５〜３８のハニカム触媒体においては、貫通セル比率が高いほど圧力損失が低くなっていることが分かる。これら４つの実施例の中では、貫通セル比率２０％の実施例３８の圧力損失が特に大きくなっていることが分かる。また、目封止部の配置の異なる他の実施例についても、貫通セル比率と圧力損失との関係については同様の結果が得られている。
（実施例５６〜６１）
実施例１８のハニカム触媒体を製造した方法と同様の方法で、表２に示す隔壁（触媒層つき）の細孔構造を有するハニカム触媒体（実施例５６〜６１）を作製した。
実施例１８のハニカム触媒体を製造した方法と同様の方法で、表２に示す隔壁（触媒層つき）の細孔構造を有するハニカム触媒体（実施例５６〜６１）を作製した。
作製したハニカム触媒体（実施例５６〜６１）の浄化指数、及び圧損増加率を測定・算出した結果を表６に示す。また、長期耐目詰まりの評価結果を表６に示す。
（実施例６１，６２、比較例７，８）
実施例１８のハニカム触媒体を製造した方法と同様の方法で、表７に示す隔壁（触媒層つき）の細孔構造を有するハニカム触媒体（実施例６１，６２、比較例７，８）を作製した。
実施例１８のハニカム触媒体を製造した方法と同様の方法で、表７に示す隔壁（触媒層つき）の細孔構造を有するハニカム触媒体（実施例６１，６２、比較例７，８）を作製した。
作製したハニカム触媒体（実施例６１，６２、比較例７，８）の浄化指数を表７に示す。表７より、Ｌ／ｄが０．３以上、０．７５未満の場合に浄化指数が高いことがわかる。
本発明のハニカム触媒体は、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なものである。従って、本発明のハニカム触媒体は、例えば、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排ガスに含まれる被浄化成分の浄化に好適に用いられる。
Claims (24)
- 二つの端面間を連通する複数のセルが形成されるように配置された、多数の細孔を有する多孔質の隔壁と、
前記セルを、いずれかの前記端面又は前記セルの内部において目封止するように配置された目封止部と、を備えたハニカム構造体であって、
前記隔壁のパーミアビリティーが、７×１０−１２〜４×１０−８ｍ２であるハニカム構造体。 - セル水力直径（ｍ）と、前記隔壁のパーミアビリティー（ｍ２）が、
（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝２×１０３以上、６×１０５未満、の関係を満たす請求項１に記載のハニカム構造体。 - 画像最大距離平均が２５０μｍを超えて、５００μｍ以下である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
- 前記セルの密度が４〜４６．５個／ｃｍ２、
前記隔壁の、厚さが０．３〜０．４３ｍｍ、画像最大距離平均が２５０〜５００μｍ、気孔率が４０〜６５％である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。 - 前記セルの密度が０．２５〜４６．５個／ｃｍ２、
前記隔壁の、厚さが０．１５〜７ｍｍ、画像最大距離平均が４０〜３０００μｍ、気孔率が３０〜８０％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．１〜０．６である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。 - 前記セルの密度が１．５５〜１５．５個／ｃｍ２、
前記隔壁の、厚さが０．４〜２ｍｍ、画像最大距離平均が５０〜５００μｍ、気孔率が４０〜６５％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。 - 前記セルの密度が１．５５〜１２．４個／ｃｍ２、
前記隔壁の、厚さが０．７〜１．５ｍｍ、画像最大距離平均が２５０μｍを超えて５００μｍ以下、気孔率が４０〜６５％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。 - 前記セルの３０〜９０％が、前記目封止部が配置されていない貫通セルである請求項１〜７のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記セルの３０〜５０％が、前記目封止部が配置されていない貫通セルである請求項１〜７のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- セラミックスを主成分とする材料、又は焼結金属からなる請求項１〜９のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記セラミックスが、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、及びシリカからなる群より選択される少なくとも一種である請求項１０に記載のハニカム構造体。
- ４０〜８００℃における、前記セルの連通方向の熱膨張係数が、１．０×１０−６／℃未満である請求項１〜１１のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の前記隔壁の、少なくとも前記細孔の内表面に層状に担持された、触媒を含有する触媒層と、を備え、
前記ハニカム構造体の前記隔壁に多数の触媒層担持細孔が形成されたハニカム触媒体。 - 前記隔壁のパーミアビリティーが、６．８×１０−１２〜３×１０−８ｍ２である請求項１３に記載のハニカム触媒体。
- セル水力直径（ｍ）と、前記隔壁のパーミアビリティー（ｍ２）が、
（セル水力直径）２／（パーミアビリティー）＝２×１０３以上、６×１０５未満、
の関係を満たす請求項１３又は１４に記載のハニカム触媒体。 - 前記触媒層が担持された状態における前記隔壁の画像最大距離平均が４０〜３０００μｍ、及び気孔率が３０〜８０％である請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 前記触媒層が担持された状態における前記隔壁の画像最大距離平均が５０〜５００μｍ、及び気孔率が４０〜６５％である請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 前記触媒層が担持された状態における前記隔壁の画像最大距離平均が２５０μｍを超えて５００μｍ以下、及び気孔率が４０〜６５％である請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 前記触媒が、
活性アルミナからなる担体コートと、
前記担体コートの内部に分散担持される、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群より選択される一以上の貴金属と、
前記担体コートに含有される、酸化セリウム、酸化ジルコニア、及びシリカからなる群より選択される一以上の化合物と、
を含むガソリンエンジン排ガス浄化三元触媒である請求項１３〜１８のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。 - 前記触媒が、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群より選択される一以上の貴金属を含有する、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒である請求項１３〜１８のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 前記触媒が、金属置換ゼオライト、バナジウム、チタニア、酸化タングステン、銀、及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種を含有する、ＮＯＸ選択還元用ＳＣＲ触媒である請求項１３〜１８のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 前記触媒が、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含有するＮＯＸ吸蔵触媒である請求項１３〜１８のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 等価直径ｄと中心軸方向長さＬとの比の値（Ｌ／ｄ）が、０．３以上、０．７５未満である請求項１３〜２２のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
- 等価直径ｄと中心軸方向長さＬとの比の値（Ｌ／ｄ）が、０．３以上、０．７５未満であり、
セル密度が４〜４６．５個／ｃｍ２、
隔壁の、厚さが０．３〜０．４３ｍｍ、画像最大距離平均が２５０〜５００μｍ、気孔率が６０〜８０％、及び細孔径分布の常用対数標準偏差が０．２〜０．６である請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のハニカム触媒体。
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