JPWO2009141894A1 - ハニカム構造体 - Google Patents

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一茂 大野
雅文 国枝
雅文 国枝
貴彦 井戸
貴彦 井戸
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Abstract

本発明のハニカム構造体は、ゼオライトと、無機バインダとを含み、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカムユニットを有するハニカム構造体であって、ゼオライトは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとを含み、長手方向に垂直な断面を外周から中心に対して等間隔で２分割した場合に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、中心側の領域よりも外周側の領域が大きく、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、外周側の領域よりも中心側の領域が大きい。

Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。
従来、自動車の排ガスを浄化するシステムの一つとして、アンモニアを用いて、ＮＯｘを窒素と水に還元するＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている（下記参照）。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
また、ＳＣＲシステムにおいて、アンモニアを吸着する材料として、ゼオライトが知られている。
特許文献１には、ＮＯｘを無害の生成物に変換する方法として、アルミナに対するシリカのモル比が少なくとも約１０であり、鉄の含有量が約１〜５重量％である鉄・ＺＳＭ−５モノリシック構造ゼオライトを作成し、少なくとも約２００℃の温度においてアンモニアの存在する状態で、ＮＯｘを含んだワークストリームに上記のゼオライトを接触させることよりなる方法が開示されている。
また、特許文献２には、ハニカムユニットが無機粒子と、無機繊維及び／又はウィスカを含んでなり、無機粒子は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、ムライト及びゼオライトからなる群より選択される一種以上であるハニカム構造体が開示されている。
特開平９−１０３６５３号公報 国際公開第０６／１３７１４９号パンフレット
しかしながら、Ｆｅでイオン交換されたゼオライトを主原料とした材料を押出成形して得られるハニカム構造体は、強度が低いものであった。このようなハニカム構造体の強度を向上させるために、微細なゼオライトを用いたり、押出成形する材料にゼオライトを除く無機粒子や無機繊維を添加したりすると、得られるハニカム構造体は、微粒子の含有量が多いため、粒界が多くなり、熱伝導率が低下する。このため、このようなハニカム構造体は、アンモニアを用いて、ＮＯｘを窒素と水に還元するＳＣＲシステムで使用すると、コージェライト基材と比較して、排ガスが流れることにより生じる中心部と外周部の温度差が大きくなる。その結果、Ｆｅでイオン交換されたゼオライトのＮＯｘ浄化能が不十分となる温度を有する領域が形成されるため、ＮＯｘの浄化率が不十分になるという問題がある。
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、ＳＣＲシステムにおいて、広い温度範囲におけるＮＯｘの浄化率を向上させることが可能なハニカム構造体を提供することを目的とする。
本発明のハニカム構造体は、ゼオライトと、無機バインダとを含み、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカムユニットを有するハニカム構造体であって、ゼオライトは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとを含み、長手方向に垂直な断面を外周から中心に対して等間隔で２分割した場合に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、中心側の領域よりも外周側の領域が大きい。また、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、外周側の領域よりも中心側の領域が大きい。なお、本発明のハニカム構造体は、外周面に外周コート層が形成されていてもよく、中心側の領域及び外周側の領域は、ハニカム構造体が外周コート層を有する場合、外周コート層を除くハニカム構造体で規定され、ハニカム構造体が外周コート層を有さない場合、ハニカム構造体で規定される。
また、上記の外周側の領域は、上記のＣｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、上記のＦｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、上記のＣｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が０．８０以上１．００以下であることが望ましい。
また、上記の中心側の領域は、上記のＣｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、上記のＦｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、上記のＦｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が０．８０以上１．００以下であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２３０ｇ／Ｌ以上２７０ｇ／Ｌ以下であることが望ましい。なお、ハニカムユニットの見掛けの体積は、貫通孔を含む体積を意味する。
また、上記のゼオライトは、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ及びゼオライトＬからなる群より選択される一種以上であることが望ましい。
また、上記のゼオライトは、アルミナに対するシリカのモル比が３０以上５０以下であることが望ましい。
また、上記のゼオライトは、二次粒子を含み、二次粒子の平均粒径が０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、ゼオライトを除く無機粒子をさらに含有することが望ましく、無機粒子は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、ムライト及びこれらの前駆体からなる群より選択される一種以上であることが望ましい。
また、上記の無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト及びアタパルジャイトからなる群より選択される一種以上に含まれる固形分であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、無機繊維をさらに含むことが望ましく、無機繊維は、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウム及びホウ酸アルミニウムからなる群より選択される一種以上であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、気孔率が２５％以上４０％以下であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、上記の長手方向に垂直な断面の開口率が５０％以上６５％以下であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、上記の長手方向に垂直な断面の上記の貫通孔の密度が３１個／ｃｍ２以上１２４個／ｃｍ２以下であることが望ましい。
また、上記のハニカム構造体は、複数の上記のハニカムユニットが接着層を介して接着されていることが望ましい。
本発明によれば、ＳＣＲシステムにおいて、広い温度範囲におけるＮＯｘの浄化率を向上させることが可能なハニカム構造体を提供することができる。
本発明のハニカム構造体の一例を示す斜視図である。 図１Ａのハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の拡大図である。 図１Ａのハニカム構造体の長手方向に垂直な断面を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の他の例を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面のさらに他の例を示す模式図である。 本発明のハニカム構造体の他の例を示す斜視図である。 図３Ａのハニカムユニットを示す斜視図である。 ＮＯｘの浄化率の測定方法を説明する図である。
符号の説明
１０、２０ ハニカム構造体１１ ハニカムユニット１２ 貫通孔１３ 接着層１４ 外周コート層Ｏ 中心Ａ 中心側の領域Ｂ 外周側の領域
Ｃ 境界線
１００ ディーゼルエンジン
２００、５００ ＤＯＣ
３００ ＤＰＦ
４００ ＳＣＲ
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに、本発明のハニカム構造体の一例を示す。なお、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれハニカム構造体１０の斜視図、長手方向に垂直な断面の拡大図及び長手方向に垂直な断面を示す模式図である。ハニカム構造体１０は、ゼオライトと、無機バインダとを含み、複数の貫通孔１２が隔壁を隔てて長手方向に並設された単一のハニカムユニット１１の外周面に外周コート層１４が形成されている。このとき、ゼオライトは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとを含み、イオン交換されていないゼオライト、上記以外の金属でイオン交換されたゼオライトをさらに含んでいてもよい。また、外周コート層１４を除くハニカム構造体１０、即ち、ハニカムユニット１１の長手方向に垂直な断面を、外周から中心Ｏに対して等間隔で２分割した場合に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、中心側の領域Ａよりも外周側の領域Ｂが大きい。さらに、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、外周側の領域Ｂよりも中心側の領域Ａが大きい。なお、中心側の領域Ａと外周側の領域Ｂの境界を境界線Ｃとする。
本発明者らは、ハニカム構造体の外周部に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトを、ハニカム構造体の中心部に、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトを配置することにより、広い温度範囲で高いＮＯｘ浄化能が得られることを見出した。これは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトが、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと比較して、低温領域（例えば、１５０〜２５０℃）におけるＮＯｘ浄化能が高いためであると考えられる。このため、ハニカム構造体１０をＳＣＲシステム（例えば、アンモニアを用いて、ＮＯｘを窒素と水に還元するＳＣＲシステム）に適用すると、ハニカムユニット１１中のゼオライトをＮＯｘの浄化に有効に使用することができ、広い温度範囲（例えば、２００〜５００℃）におけるＮＯｘの浄化率を向上させることができる。
以下、ハニカム構造体１０について、具体的に説明する。ハニカムユニット１１には、境界線Ｃを介して、中心側の領域Ａと外周側の領域Ｂが存在するが、境界線Ｃは、ハニカムユニット１１の長手方向に垂直な断面において、中心Ｏと外周を結ぶ線分を二等分した点を結んだ線である。このため、境界線Ｃは、ハニカムユニット１１の外周に対して、相似形となる。
なお、ハニカム構造体１０は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が、中心側の領域Ａよりも外周側の領域Ｂが大きければ、それぞれ中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂにおいて、重量の比が、一定であってもよいし、連続的又は不連続的に変化してもよい。この重量の比が中心側の領域Ａ内で変化する場合は、中心Ｏに近い程、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの比率が大きいことが好ましい。また、この重量の比が外周側の領域Ｂ内で変化する場合は、外周に近い程、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの比率が大きいことが好ましい。
なお、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂの上記重量の比は、それぞれの領域において、境界線Ｃと交差する隔壁を含まない領域から求めることができる。これは、境界線Ｃと交差する隔壁では、ゼオライトのしみ込みが発生する場合があるためである。
中心側の領域Ａは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、０．８０〜１．００であることが好ましく、０．９０〜１．００がさらに好ましい。この重量の比が０．８０未満であると、中心側の領域ＡのゼオライトがＮＯｘの浄化に有効に使用されないことがある。
外周側の領域Ｂは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、０．８０〜１．００であることが好ましく、０．９０〜１．００がさらに好ましい。この重量の比が０．８０未満であると、外周側の領域ＢのゼオライトがＮＯｘの浄化に有効に使用されないことがある。
ハニカムユニット１１は、見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２３０〜２７０ｇ／Ｌであることが好ましい。ハニカムユニット１１の見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２３０ｇ／Ｌ未満であると、十分なＮＯｘの浄化率を得るためにハニカムユニット１１の見掛けの体積を大きくしなければならないことがあり、２７０ｇ／Ｌを超えると、ハニカムユニット１１の強度が不十分になることがある。なお、ゼオライトとは、全ゼオライト、即ち、イオン交換されているゼオライト及びイオン交換されていないゼオライトを意味する。
Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライト及びＦｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトは、それぞれ独立に、イオン交換量が１．０〜１０．０重量％であることが好ましく、１．０〜５．０重量％がさらに好ましい。イオン交換量が１．０重量％未満であると、アンモニアの吸着能の変化が不十分となることがあり、１０．０重量％を超えると、熱を加えた際に、構造的に不安定になることがある。なお、ゼオライトをイオン交換する際には、カチオンを含有する水溶液中にゼオライトを浸漬すればよい。
ゼオライトとしては、特に限定されないが、β型ゼオライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ、ゼオライトＬ等が挙げられ、二種以上併用してもよい。なお、ゼオライトとは、全ゼオライトを意味する。
また、ゼオライトは、アルミナに対するシリカのモル比が３０〜５０であることが好ましい。なお、ゼオライトとは、全ゼオライトを意味する。
さらに、ゼオライトは、二次粒子を含むことが好ましく、ゼオライトの二次粒子の平均粒径が０．５〜１０μｍであることが好ましい。ゼオライトの二次粒子の平均粒径が０．５μｍ未満であると、無機バインダを多量に添加する必要があり、その結果、押出成形しにくくなることがあり、１０μｍを超えると、ゼオライトの比表面積が低下して、ＮＯｘの浄化率が低下することがある。なお、ゼオライトとは、全ゼオライトを意味する。
さらに、ハニカムユニット１１は、強度を向上させるために、ゼオライトを除く無機粒子をさらに含有してもよい。ゼオライトを除く無機粒子としては、特に限定されないが、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、ムライト及びこれらの前駆体等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、アルミナ、ジルコニアが特に好ましい。なお、ゼオライトとは、全ゼオライトを意味する。
ゼオライトを除く無機粒子は、平均粒径が０．５〜１０μｍであることが好ましい。この平均粒径が０．５μｍ未満であると、無機バインダを多量に添加する必要があり、その結果、押出成形しにくくなることがあり、１０μｍを超えると、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が不十分になることがある。なお、ゼオライトを除く無機粒子は、二次粒子を含んでいてもよい。
また、ゼオライトの二次粒子の平均粒径に対するゼオライトを除く無機粒子の二次粒子の平均粒径の比が１以下であることが好ましく、０．１〜１がさらに好ましい。この比が１を超えると、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が不十分になることがある。なお、ゼオライトとは、全ゼオライトを意味する。
ハニカムユニット１１は、ゼオライトを除く無機粒子の含有量が３〜３０重量％であることが好ましく、５〜２０重量％がさらに好ましい。この含有量が３重量％未満であると、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が不十分となることがあり、３０重量％を超えると、ハニカムユニット１１中のゼオライトの含有量が低下して、ＮＯｘの浄化率が低下することがある。
無機バインダとしては、特に限定されないが、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイト等に含まれる固形分が挙げられ、二種以上併用してもよい。
ハニカムユニット１１は、無機バインダの含有量が５〜３０重量％であることが好ましく、１０〜２０重量％がさらに好ましい。無機バインダの含有量が５重量％未満であると、ハニカムユニット１１の強度が低下することがあり、３０重量％を超えると、成形が困難になることがある。
ハニカムユニット１１は、強度を向上させるために、無機繊維をさらに含むことが好ましい。
無機繊維としては、ハニカムユニット１１の強度を向上させることが可能であれば、特に限定されないが、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
無機繊維は、アスペクト比が２〜１０００であることが好ましく、５〜８００がさらに好ましく、１０〜５００が特に好ましい。アスペクト比が２未満であると、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が小さくなることがある。一方、アスペクト比が１０００を超えると、押出成形等の成形時に金型に目詰まり等が発生することがあり、また、成形時に無機繊維が折れて、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が小さくなることがある。
ハニカムユニット１１は、無機繊維の含有量が３〜５０重量％であることが好ましく、３〜３０重量％がさらに好ましく、５〜２０重量％が特に好ましい。無機繊維の含有量が３重量％未満であると、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が小さくなることがあり、５０重量％を超えると、ハニカムユニット１１中のゼオライトの含有量が低下して、ＮＯｘの浄化率が低下することがある。
ハニカムユニット１１は、気孔率が２５〜４０％であることが好ましい。気孔率が２５％未満であると、排ガスが隔壁の内部まで浸透しにくくなって、ゼオライトがＮＯｘの浄化に有効に使用されなくなることがあり、４０％を超えると、ハニカムユニット１１の強度が不十分となることがある。
ハニカムユニット１１は、長手方向に垂直な断面の開口率が５０〜６５％であることが好ましい。開口率が５０％未満であると、ゼオライトがＮＯｘの浄化に有効に使用されなくなることがあり、６５％を超えると、ハニカム構造体１０の強度が不十分となることがある。
ハニカムユニット１１は、長手方向に垂直な断面の貫通孔１２の密度が３１〜１２４個／ｃｍ２であることが好ましい。貫通孔１２の密度が３１個／ｃｍ２未満であると、排ガスとゼオライトが接触しにくくなって、ハニカムユニット１１のＮＯｘ浄化能が低下することがあり、１２４個／ｃｍ２を超えると、ハニカムユニット１１の圧力損失が増大することがある。
ハニカムユニット１１の貫通孔１２を隔てる隔壁は、厚さが０．１０〜０．５０ｍｍであることが好ましく、０．１５〜０．３５ｍｍがさらに好ましい。隔壁の厚さが０．１０ｍｍ未満であると、ハニカムユニット１１の強度が低下することがあり、０．５０ｍｍを超えると、排ガスが隔壁の内部まで浸透しにくくなって、ゼオライトがＮＯｘの浄化に有効に使用されないことがある。
外周コート層１４は、厚さが０．１〜２ｍｍであることが好ましい。外周コート層１４の厚さが０．１ｍｍ未満であると、ハニカム構造体１０の強度を向上させる効果が不十分になることがあり、２ｍｍを超えると、ハニカム構造体１０の単位体積当たりのゼオライトの含有量が低下して、ハニカム構造体１０のＮＯｘ浄化能が低下することがある。
ハニカム構造体１０は、円柱状であるが、本発明のハニカム構造体の形状としては、特に限定されず、略三角柱状（図２Ａ参照）、楕円柱状（図２Ｂ参照）等が挙げられる。
さらに、貫通孔１２の形状は、四角柱状であるが、本発明において、貫通孔の形状としては、特に限定されず、三角柱状、六角柱状等が挙げられる。
次に、ハニカム構造体１０の製造方法の一例について説明する。まず、ゼオライト及び無機バインダを含み、必要に応じて、ゼオライトを除く無機粒子、無機繊維等をさらに含む中心側の領域Ａ用及び外周側の領域Ｂ用の原料ペーストを用いて二重押出することにより、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された生の円柱状のハニカム成形体を作製する。これにより、焼成温度を低くしても、十分な強度を有する円柱状のハニカムユニット１１が得られる。このとき、外周側の領域Ｂ用のペーストは、中心側の領域Ａ用の原料ペーストよりも、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が大きい。
なお、無機バインダは、原料ペースト中に、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイト等として添加されており、二種以上併用されていてもよい。
また、原料ペーストには、有機バインダ、分散媒、成形助剤等を、必要に応じて、適宜添加してもよい。
有機バインダとしては、特に限定されないが、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。なお、有機バインダの添加量は、ゼオライト、ゼオライトを除く無機粒子、無機繊維及び無機バインダの総重量に対して、１〜１０％であることが好ましい。なお、ゼオライトとは、全ゼオライトを意味する。
分散媒としては、特に限定されないが、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
成形助剤としては、特に限定されないが、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
原料ペーストを調製する際には、混合混練することが好ましく、ミキサー、アトライタ等を用いて混合してもよく、ニーダー等を用いて混練してもよい。
次に、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等の乾燥機を用いて、得られたハニカム成形体を乾燥する。
さらに、得られたハニカム成形体を脱脂する。脱脂条件は、特に限定されず、成形体に含まれる有機物の種類や量によって適宜選択することができるが、４００℃で２時間であることが好ましい。
次に、得られたハニカム成形体を焼成することにより、円柱状のハニカムユニット１１が得られる。焼成温度は、６００〜１２００℃であることが好ましく、６００〜１０００℃がさらに好ましい。焼成温度が６００℃未満であると、焼結が進行せず、ハニカム構造体１０の強度が低くなることがあり、１２００℃を超えると、焼結が進行しすぎて、ゼオライトの反応サイトが減少することがある。
次に、円柱状のハニカムユニット１１の外周面に外周コート層用ペーストを塗布する。外周コート層用ペーストとしては、特に限定されないが、無機バインダ及び無機粒子の混合物、無機バインダ及び無機繊維の混合物、無機バインダ、無機粒子及び無機繊維の混合物等が挙げられる。
また、外周コート層用ペーストは、有機バインダを含有してもよい。有機バインダとしては、特に限定されないが、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
次に、外周コート層用ペーストが塗布されたハニカムユニット１１を乾燥固化することにより、円柱状のハニカム構造体１０が得られる。このとき、外周コート層用ペーストに有機バインダが含まれている場合は、脱脂することが好ましい。脱脂条件は、有機物の種類や量によって適宜選択することができるが、７００℃で２０分間であることが好ましい。
図３Ａ及び図３Ｂに、本発明のハニカム構造体の他の例を示す。なお、ハニカム構造体２０は、複数の貫通孔１２が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカムユニット１１が接着層１３を介して複数個接着されている以外は、ハニカム構造体１０と同様である。
ハニカムユニット１１は、長手方向に垂直な断面の断面積が５〜５０ｃｍ２であることが好ましい。断面積が５ｃｍ２未満であると、ハニカム構造体１０の比表面積が低下すると共に、圧力損失が増大することがあり、断面積が５０ｃｍ２を超えると、ハニカムユニット１１に発生する熱応力に対する強度が不十分になることがある。
ハニカムユニット１１を接着させる接着層１３は、厚さが０．５〜２ｍｍであることが好ましい。接着層１３の厚さが０．５ｍｍ未満であると、接着強度が不十分になることがある。一方、接着層１３の厚さが２ｍｍを超えると、ハニカム構造体１０の比表面積が低下すると共に、圧力損失が増大することがある。
また、ハニカムユニット１１は、四角柱状であるが、本発明において、ハニカムユニットの形状としては、特に限定されず、ハニカムユニット同士を接着しやすい形状であることが好ましく、例えば、六角柱状等が挙げられる。
次に、ハニカム構造体２０の製造方法の一例について説明する。まず、ハニカム構造体１０と同様にして、四角柱状のハニカムユニット１１を作製する。このとき、ハニカムユニット１１としては、中心側の領域Ａ用、外周側の領域Ｂ用及び境界線Ｃを含む領域用を作製することができる。境界線Ｃを含む領域用のハニカムユニット１１は、中心側の領域Ａ用及び外周側の領域Ｂ用の原料ペーストを用いて二重押出することにより作製することができるが、本発明においては、境界線Ｃを含む領域用として、中心側の領域Ａ用のハニカムユニット１１及び／又は外周側の領域Ｂ用のハニカムユニット１１を用いてもよい。
次に、ハニカムユニット１１の外周面に接着層用ペーストを塗布して、ハニカムユニット１１を順次接着させ、乾燥固化することにより、ハニカムユニット１１の集合体を作製する。このとき、ハニカムユニット１１の集合体を作製した後に、円柱状に切削加工し、研磨してもよい。また、断面が扇形状や正方形状に成形されたハニカムユニット１１を接着させて円柱状のハニカムユニット１１の集合体を作製してもよい。
接着層用ペーストとしては、特に限定されないが、無機バインダ及び無機粒子の混合物、無機バインダ及び無機繊維の混合物、無機バインダ、無機粒子及び無機繊維の混合物等が挙げられる。
また、接着層用ペーストは、有機バインダを含有してもよい。有機バインダとしては、特に限定されないが、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
次に、円柱状のハニカムユニット１１の集合体の外周面に外周コート層用ペーストを塗布する。外周コート層用ペーストは、特に限定されないが、接着層用ペーストと同じ材料を含有してもよいし、異なる材料を含有してもよい。また、外周コート層用ペーストは、接着層用ペーストと同一の組成であってもよい。
次に、外周コート層用ペーストが塗布されたハニカムユニット１１の集合体を乾燥固化することにより、円柱状のハニカム構造体２０が得られる。このとき、接着層用ペースト及び／又は外周コート層用ペーストに有機バインダが含まれている場合は、脱脂することが好ましい。脱脂条件は、有機物の種類や量によって適宜選択することができるが、７００℃で２０分間であることが好ましい。
なお、ハニカム構造体１０及び２０は、イオン交換されていないゼオライトを含む原料ペーストを用いてハニカム構造体を作製した後、ハニカム構造体の中心部及び外周部にカチオンを含有する水溶液を流してゼオライトをイオン交換することにより作製してもよい。
［実施例１］
まず、平均粒径が２μｍ、シリカ／アルミナ比が４０、比表面積が１１０ｍ２／ｇであるβ型ゼオライト２２５０ｇ、無機バインダ含有成分としての、固形分２０重量％のアルミナゾル２６００ｇ、無機粒子としての、平均粒径が２μｍのγアルミナ５５０ｇ、無機繊維としての、平均繊維径が６μｍ、平均繊維長が１００μｍのアルミナ繊維７８０ｇ、有機バインダとしての、メチルセルロース４１０ｇを混合混練して、原料ペーストを得た。次に、押出成形機を用いて、原料ペーストを押出成形し、生の円柱状のハニカム成形体を得た。そして、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機を用いて、ハニカム成形体を乾燥させた後、４００℃で５時間脱脂した。次に、７００℃で５時間焼成し、直径１４３ｍｍ、長さ１５０ｍｍの円柱状のハニカムユニットを作製した。この後、ハニカムユニットの中心部及び外周部に、それぞれ硝酸鉄水溶液及び硝酸銅水溶液を数回に分けて流し込み、イオン交換した。得られたハニカムユニット１１は、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂにおいて、ゼオライトのイオン交換種がそれぞれＦｅ及びＣｕであり、イオン交換量が３重量％であった（表１参照）。なお、ゼオライトのイオン交換量は、ＩＣＰＳ−８１００（島津製作所社製）を用いて、ＩＰＣ発光分析することにより求めた。また、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂの境界である境界線Ｃは、ハニカムユニット１１の長手方向に垂直な断面上の中心Ｏからの距離が７１．５ｍｍの円であり、イオン交換量は、境界線Ｃと交差しない隔壁から求めた。
また、得られたハニカムユニット１１は、長手方向に垂直な断面の開口率が６０％であり、貫通孔の密度が７８個／ｃｍ２であり、隔壁の厚さが０．２５ｍｍであり、見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２５０ｇ／Ｌであり、気孔率が３０％であった。
ここで、開口率は、光学顕微鏡を用いて、ハニカム構造体の１０ｃｍ角の領域の貫通孔の面積を算出することにより求めた。また、貫通孔の密度は、光学顕微鏡を用いて、ハニカム構造体の１０ｃｍ角の領域の貫通孔の数を計測することにより求めた。さらに、隔壁の厚さは、光学顕微鏡を用いて、ハニカム構造体の隔壁の厚さ（５箇所）を測定することにより得られた平均値である。また、気孔率は、水銀圧入法により求めた。
次に、無機粒子としての、平均粒径が２μｍのγアルミナ２９重量部、無機繊維としての、平均繊維径が６μｍ、平均繊維長が１００μｍのアルミナ繊維７重量部、無機バインダ含有成分としての、固形分２０重量％のアルミナゾル３４重量部、有機バインダとしての、メチルセルロース５重量部、水２５重量部を混合混練して、外周コート層用ペーストを得た。
さらに、ハニカムユニット１１の外周面に、外周コート層１４の厚さが０．４ｍｍになるように外周コート層用ペーストを塗布した後、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機を用いて、１２０℃で乾燥固化し、４００℃で２時間脱脂して、直径１４３．８ｍｍ、長さ１５０ｍｍの円柱状のハニカム構造体１０を作製した。
［実施例２］
硝酸鉄及び硝酸銅を含む水溶液を用いて、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂのイオン交換種を変更した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［実施例３］
硝酸鉄及び硝酸銀を含む水溶液を用いて、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂのイオン交換種を変更した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［実施例４］
硝酸鉄及び硝酸マンガンを含む水溶液を用いて、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂのイオン交換種を変更した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［実施例５］
硝酸鉄及び硝酸バナジウムを含む水溶液を用いて、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂのイオン交換種を変更した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［実施例６］
硝酸コバルト及び硝酸銅を含む水溶液を用いて、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂのイオン交換種を変更した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［実施例７］
硝酸チタン及び硝酸銅を含む水溶液を用いて、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂのイオン交換種を変更した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［実施例８］
硝酸鉄及び硝酸銅を含む水溶液を用いて、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂのイオン交換種を変更した以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［比較例１］
Ｆｅで３重量％イオン交換された、平均粒径が２μｍ、シリカ／アルミナ比が４０、比表面積が１１０ｍ２／ｇであるβ型ゼオライト２２５０ｇ、固形分２０重量％のアルミナゾル２６００ｇ、平均粒径が２μｍのγアルミナ５５０ｇ、平均繊維径が６μｍ、平均繊維長が１００μｍのアルミナ繊維７８０ｇ、メチルセルロース４１０ｇを混合混練して、原料ペーストを得た。
得られた原料ペーストを用いて、イオン交換をしない以外は、実施例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
［比較例２］
ゼオライトのイオン交換種をＦｅからＣｕに変更した以外は、比較例１と同様にして、ハニカム構造体１０を作製した（表１参照）。
Figure 2009141894
なお、表中、イオン交換種（重量比）がＡ／Ｂ（Ｘ／Ｙ）であるとは、Ｂに対するＡの重量比がＸ／Ｙであることを意味する。
［ＮＯｘ浄化率の測定］
図４に示すように、ディーゼルエンジン（１．６Ｌ直噴エンジン）１００を、排気管を介して、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）２００、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３００、ＳＣＲ４００、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）５００を直列に接続した状態で、回転数１５００ｒｐｍ、トルク４０Ｎ・ｍ又は回転数３０００ｒｐｍ、トルク１７０Ｎ・ｍの条件で運転させ、ＳＣＲ４００の直前の排気管で尿素水を噴射した。このとき、ＭＥＸＡ−７５００ＤＥＧＲ（ＨＯＲＩＢＡ社製）を用いて、一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）のＳＣＲ４００への流入量及びＳＣＲ４００からの流出量を測定し、式
（ＮＯｘの流入量−ＮＯｘの流出量）／（ＮＯｘの流入量）×１００
で表されるＮＯｘ浄化率［％］を測定した（検出限界０．１ｐｐｍ）。なお、ＤＯＣ２００、ＤＰＦ３００、ＳＣＲ４００及びＤＯＣ５００としては、それぞれ直径１４３．８ｍｍ、長さ７．３５ｍｍのハニカム構造体（市販品）、直径１４３．８ｍｍ、長さ１５２．４ｍｍのハニカム構造体（市販品）、実施例１〜８又は比較例１、２のハニカム構造体及び直径１４３．８ｍｍ、長さ５０．８ｍｍのハニカム構造体（市販品）を、周囲にシール材（マット）を配置した状態で、金属容器（シェル）に収納したものを用いた。測定結果を表１に示す。表１より、実施例１〜８のハニカム構造体は、比較例１、２のハニカム構造体よりも、広い温度範囲におけるＮＯｘの浄化率が優れることがわかる。
以上のことから、ハニカム構造体１０の長手方向に垂直な断面を外周から中心Ｏに対して等間隔で２分割した場合に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が、中心側の領域Ａよりも外周側の領域Ｂが大きく、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が、外周側の領域Ｂよりも中心側の領域Ａが大きいことにより、ハニカム構造体１０の広い温度範囲におけるＮＯｘの浄化率を向上させることができることがわかる。
しかしながら、Ｆｅでイオン交換されたゼオライトを主原料とした材料を押出成形して得られるハニカム構造体は、強度が低いものであった。このようなハニカム構造体の強度を向上させるために、微細なゼオライトを用いたり、押出成形する材料にゼオライトを除く無機粒子や無機繊維を添加したりすると、得られるハニカム構造体は、微粒子の含有量が多いため、粒界が多くなり、熱伝導率が低下する。このため、このようなハニカム構造体は、アンモニアを用いて、ＮＯｘを窒素と水に還元するＳＣＲシステムで使用すると、コージェライト基材と比較して、排ガスが流れることにより生じるハニカム構造体の中心部と外周部の温度差が大きくなる。その結果、Ｆｅでイオン交換されたゼオライトのＮＯｘ浄化能が不十分となる温度を有する領域がハニカム構造体中に形成されるため、ハニカム構造体のＮＯｘの浄化率が不十分になるという問題がある。
本発明のハニカム構造体は、ゼオライトと、無機バインダとを含み、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカムユニットを有するハニカム構造体であって、ゼオライトは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとを含み、ハニカム構造体を長手方向に垂直な断面を外周から中心に対して等間隔で２分割した場合に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、ハニカム構造体の中心側の領域よりも外周側の領域が大きい。また、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、ハニカム構造体の外周側の領域よりも中心側の領域が大きい。
また、上記のハニカム構造体の外周側の領域は、上記のＣｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、上記のＦｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、上記のＣｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が０．８０以上１．００以下であることが望ましい。
また、上記のハニカム構造体の中心側の領域は、上記のＣｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、上記のＦｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、上記のＦｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が０．８０以上１．００以下であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２３０ｇ／Ｌ以上２７０ｇ／Ｌ以下であることが望ましい。
また、上記のハニカムユニットは、ゼオライトを除く無機粒子をさらに含有することが望ましく、ゼオライトを除く無機粒子は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、ムライト及びこれらの前駆体からなる群より選択される一種以上であることが望ましい。
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに、本発明のハニカム構造体の一例を示す。なお、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれハニカム構造体１０の斜視図、長手方向に垂直な断面の拡大図及び長手方向に垂直な断面を示す模式図である。ハニカム構造体１０は、ゼオライトと、無機バインダとを含み、複数の貫通孔１２が隔壁を隔てて長手方向に並設された単一のハニカムユニット１１の外周面に外周コート層１４が形成されている。このとき、ゼオライトは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとを含み、イオン交換されていないゼオライト、上記以外の金属でイオン交換されたゼオライトをさらに含んでいてもよい。また、外周コート層１４を除くハニカム構造体１０、即ち、ハニカムユニット１１の長手方向に垂直な断面を、外周から中心Ｏに対して等間隔で２分割した場合に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、中心側の領域Ａよりも外周側の領域Ｂが大きい。さらに、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、外周側の領域Ｂよりも中心側の領域Ａが大きい。このとき、中心側の領域Ａと外周側の領域Ｂの境界を境界線Ｃとする。
なお、本発明のハニカム構造体は、外周面に外周コート層が形成されていてもよく、中心側の領域及び外周側の領域は、ハニカム構造体が外周コート層を有する場合、外周コート層を除くハニカム構造体で規定され、ハニカム構造体が外周コート層を有さない場合、ハニカム構造体で規定される。
なお、ハニカム構造体１０は、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が、中心側の領域Ａよりも外周側の領域Ｂが大きければ、それぞれ中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂにおいて、イオン交換されたゼオライトの重量の比が、一定であってもよいし、連続的又は不連続的に変化してもよい。このイオン交換されたゼオライトの重量の比が中心側の領域Ａ内で変化する場合は、中心Ｏに近い程、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの比率が大きいことが好ましい。また、このイオン交換されたゼオライトの重量の比が外周側の領域Ｂ内で変化する場合は、外周に近い程、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの比率が大きいことが好ましい。
なお、中心側の領域Ａ及び外周側の領域Ｂの上記イオン交換されたゼオライトの重量の比は、それぞれの領域において、境界線Ｃと交差する隔壁を含まない領域から求めることができる。これは、境界線Ｃと交差する隔壁では、ゼオライトのしみ込みが発生する場合があるためである。
ハニカムユニット１１は、見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２３０〜２７０ｇ／Ｌであることが好ましい。ハニカムユニット１１の見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２３０ｇ／Ｌ未満であると、十分なＮＯｘの浄化率を得るためにハニカムユニット１１の見掛けの体積を大きくしなければならないことがあり、２７０ｇ／Ｌを超えると、ハニカムユニット１１の強度が不十分になることがある。なお、ゼオライトとは、全ゼオライト、即ち、イオン交換されているゼオライト及びイオン交換されていないゼオライトを意味する。また、ハニカムユニットの見掛けの体積は、貫通孔を含む体積を意味する。
さらに、ゼオライトは、二次粒子を含むことが好ましく、ゼオライトの二次粒子の平均粒径が０．５〜１０μｍであることが好ましい。ゼオライトの二次粒子の平均粒径が０．５μｍ未満であると、無機バインダを多量に添加する必要があり、その結果、ハニカムユニット１１を押出成形しにくくなることがあり、１０μｍを超えると、ハニカムユニット１１中のゼオライトの比表面積が低下して、ＮＯｘの浄化率が低下することがある。なお、ゼオライトとは、全ゼオライトを意味する。
ゼオライトを除く無機粒子は、平均粒径が０．５〜１０μｍであることが好ましい。この平均粒径が０．５μｍ未満であると、無機バインダを多量に添加する必要があり、その結果、ハニカムユニット１１を押出成形しにくくなることがあり、１０μｍを超えると、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が不十分になることがある。なお、ゼオライトを除く無機粒子は、二次粒子を含んでいてもよい。
ハニカムユニット１１は、無機バインダの含有量が５〜３０重量％であることが好ましく、１０〜２０重量％がさらに好ましい。無機バインダの含有量が５重量％未満であると、ハニカムユニット１１の強度が低下することがあり、３０重量％を超えると、ハニカムユニット１１の成形が困難になることがある。
無機繊維は、アスペクト比が２〜１０００であることが好ましく、５〜８００がさらに好ましく、１０〜５００が特に好ましい。アスペクト比が２未満であると、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が小さくなることがある。一方、アスペクト比が１０００を超えると、ハニカムユニット１１の押出成形等の成形時に金型に目詰まり等が発生することがあり、また、ハニカムユニット１１の成形時に無機繊維が折れて、ハニカムユニット１１の強度を向上させる効果が小さくなることがある。
ハニカムユニット１１は、長手方向に垂直な断面の開口率が５０〜６５％であることが好ましい。開口率が５０％未満であると、ゼオライトがＮＯｘの浄化に有効に使用されなくなることがあり、６５％を超えると、ハニカムユニット１１の強度が不十分となることがある。
ハニカム構造体１０は、円柱状であるが、本発明のハニカム構造体の形状としては、特に限定されず、略三角柱状（図２Ａ参照）、略楕円柱状（図２Ｂ参照）等が挙げられる。
次に、得られたハニカム成形体を焼成することにより、円柱状のハニカムユニット１１が得られる。焼成温度は、６００〜１２００℃であることが好ましく、６００〜１０００℃がさらに好ましい。焼成温度が６００℃未満であると、焼結が進行せず、ハニカムユニット１１の強度が低くなることがあり、１２００℃を超えると、焼結が進行しすぎて、ハニカムユニット１１中のゼオライトの反応サイトが減少することがある。

Claims (16)

  1. ゼオライトと、無機バインダとを含み、複数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカムユニットを有するハニカム構造体であって、
    該ゼオライトは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとを含み、
    該長手方向に垂直な断面を外周から中心に対して等間隔で２分割した場合に、該Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、該Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、該Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、中心側の領域よりも外周側の領域が大きく、該Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、該Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、該Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比は、外周側の領域よりも中心側の領域が大きいことを特徴とするハニカム構造体。
  2. 前記外周側の領域は、前記Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、前記Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、前記Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が０．８０以上１．００以下であることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
  3. 前記中心側の領域は、前記Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトと、前記Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトとの総重量に対する、前記Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏからなる群より選択される一種以上でイオン交換されたゼオライトの重量の比が０．８０以上１．００以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
  4. 前記ハニカムユニットは、見掛けの体積当たりのゼオライトの含有量が２３０ｇ／Ｌ以上２７０ｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  5. 前記ゼオライトは、β型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、モルデナイト、フォージサイト、ゼオライトＡ及びゼオライトＬからなる群より選択される一種以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  6. 前記ゼオライトは、アルミナに対するシリカのモル比が３０以上５０以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  7. 前記ゼオライトは、二次粒子を含み、 該二次粒子の平均粒径が０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  8. 前記ハニカムユニットは、ゼオライトを除く無機粒子をさらに含有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  9. 前記無機粒子は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、ムライト及びこれらの前駆体からなる群より選択される一種以上であることを特徴とする請求項８に記載のハニカム構造体。
  10. 前記無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト及びアタパルジャイトからなる群より選択される一種以上に含まれる固形分であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  11. 前記ハニカムユニットは、無機繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  12. 前記無機繊維は、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、シリカアルミナ、ガラス、チタン酸カリウム及びホウ酸アルミニウムからなる群より選択される一種以上であることを特徴とする請求項１１に記載のハニカム構造体。
  13. 前記ハニカムユニットは、気孔率が２５％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  14. 前記ハニカムユニットは、前記長手方向に垂直な断面の開口率が５０％以上６５％以下であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  15. 前記ハニカムユニットは、前記長手方向に垂直な断面の前記貫通孔の密度が３１個／ｃｍ２以上１２４個／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
  16. 複数の前記ハニカムユニットが接着層を介して接着されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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