WO2004047984A1

WO2004047984A1 - 触媒体

Info

Publication number: WO2004047984A1
Application number: PCT/JP2003/014725
Authority: WO
Inventors: Shuichi Ichikawa; Yasushi Uchida
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2004-06-10
Also published as: JP2004167440A; JP4567285B2; PL216209B1; KR100767247B1; PL376377A1; US7348289B2; KR20050085113A; EP1566214A1; EP1566214B1; US20060014636A1; EP1566214A4; AU2003284415A1

Abstract

本発明の触媒体は、非酸化物セラミックを主たる成分とする多数の骨材粒子が多数の細孔を有する状態で相互に結合されてなる多孔質担体と、その多孔質担体に担持された、アルカリ金属の化合物を含有する触媒層とを備えた触媒体であって、多孔質担体が、骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜を有するものであり、その酸化物膜と触媒層との間に、酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように配置された、アルカリ金属と低融点ガラスを形成しない物質からなる酸化物膜保護層を更に備えたものである。

Description

明細書

触媒体技術分野

本発明は、自動車排ガスの浄化用として好適に用いることができる触媒体に関し、詳しくは、非酸化物セラミック等からなる触媒担体に窒素酸化物吸蔵触媒であるアル力リ金属等を担持させた場合に、触媒活性の低下を有効に防止することが可能な触媒体に関する。背景技術

近年、自動車の排ガス規制が強化される中、リーンバ一ンエンジンや直噴ェンジン等が普及するに伴い、リーン雰囲気下で、排ガス中の窒素酸化物（N〇_x) を効果的に浄化することのできる窒素酸化物吸蔵触媒（以下、「N O_x吸蔵触媒」と記す）が実用化されている。 N〇_x吸蔵触媒は、アルカリ金属（カリウム（ K) 、ナトリウム（N a ) 、リチウム（L i ) 、セシウム ( C s ) 等）、アル力リ土類金属（バリウム（B a ) 、カルシウム（C a ) 等）、希土類（ランタン（ L a ) 、イットリウム（Y) 等）等をその有効成分とするものであり、特に、ノリウムは N〇_x吸蔵触媒の実用化当初より広く使用されている。また、最近では、高温度域での窒素酸化物吸蔵能（以下、「N O_x吸蔵能」と記す）に優れる力リウムの添加が試みられつつある。

このような N O_x吸蔵触媒は、通常、コージエライトのような酸化物セラミツクからなる触媒担体に担持された触媒体の形で使用される。

しかし、酸化物セラミックからなる触媒担体は、排ガスによる高温下で活性となったアルカリ金属やアルカリ土類金属（以下、「アルカリ金属等」と記す）、とりわけ、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム等による腐食によって劣化し易く、劣化が進展すると触媒担体にクラックが発生するという問題があつた。また、アルカリ金属等が触媒担体と反応して消費されるために経時的に触媒性能が低下するという問題もあった。

このような問題に対しては、触媒担体の表面を何らかのコ一ティング層によつて被覆し、そのコーティング層の上に N O_x吸蔵触媒を担持する方法が提案されている（例えば、特開平 1 0— 1 3 7 5 9 0号公報、及び特開 2 0 0 2— 5 9 0 0 9号公報等）。これらの方法によれば、コーティング層によってアルカリ金属等の触媒担体への拡散、ひいてはアル力リ金属等と触媒担体との反応が抑制されるため、上記の問題を回避することが可能である。

ところで、近年、触媒担体を構成する材料として、炭化珪素をはじめとする非酸化物セラミックが注目されてきている。非酸化物セラミックは耐熱性や化学的耐久性に優れ、排ガスによる高温下であっても、 N O_x吸蔵触媒であるアルカリ金属等とは反応し難い。従って、酸化物セラミックのように、触媒担体にクラックが発生したり、触媒活性が低下するといった問題は生じないはずである。しかしながら、実際には、非酸化物セラミックからなる触媒担体にアルカリ金属等を担持させた場合、触媒担体にクラックが発生することはないものの、その触媒活性が使用時間に対して予測以上に低下してしまうという問題があつた。発明の開示

本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、非酸化物セラミックからなる触媒担体に N O_x吸蔵触媒であるアルカリ金属等を担持させた場合に、触媒活性の低下を有効に防止することが可能であるという、従来のものと比較して有利な効果を奏する触媒体を提供することにある。

本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、非酸化物セラミツク等を主たる成分とする多孔質担体において、骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜と触媒層との間に、酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように、アルカリ金属等と低融点ガラスを形成しない物質からなる酸化物膜保護層を配置することによって、上記課題を解決可能であることに想到し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下の触媒体を提供するものである。

[ 1 ] 非酸化物セラミック及び Z又は金属を主たる成分とする多数の骨材粒子が多数の細孔を有する状態で相互に結合された多孔質担体と、前記多孔質担体に担持された、アル力リ金属及び又はアル力リ土類金属の化合物を含有する触媒層とを備えた触媒体であって、前記多孔質担体が、前記骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜を有するものであり、前記酸化物膜と前記触媒層との間に、前記酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように配置された、前記ァルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質からなる酸化物膜保護層を更に備えた触媒体。

[2] 前記多孔質担体が、珪素（S i) 元素を含む非酸化物セラミック及び/ 又は金属珪素を主たる成分として構成されたものである上記 [1] に記載の触媒体。

[3] 前記多孔質担体が、炭化珪素（S i C) 、金属珪素結合炭化珪素（S i — S i C) 、窒化珪素（S i ₃N₄) から選択される少なくとも 1種の物質を主たる成分として構成されたものである上記 [1] 又は [2] に記載の触媒体。

[4] 前記酸化物膜が、シリカ（S i 0₂) を主たる成分とするものである上記 [1] 〜 [3] のいずれかに記載の触媒体。

[ 5 ] 前記アル力リ金属及び/又はアル力リ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質が、下記 A群に属する元素から選択される少なくとも 1種の元素の化合物である上記 [1] 〜 [4] のいずれかに記載の触媒体。

A群：スカンジウム (S c) 、チタン (T i) 、バナジウム (V) 、クロム ( C 1つ、マンガン (Mn) 、鉄（F e) 、コバルト (Co) 、ニッケル (N i ) 、銅（Cu) 、亜鉛（Zn) 、ガリウム（Ga) 、ゲルマニウム（Ge) 、イツトリウム (Y) 、ジルコニウム (Z r) 、ニオブ（Nb) 、モリブデン (Mo) 、錫（Sn) 、及びアンチモン (S b)

[6] 前記アルカリ金属及びノ又はアルカリ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質が、前記 A群に属する元素のうち、ジルコニウム（Z r) 、及びチタン (T i) から選択される少なくとも 1種の元素の化合物である上記 [5] に記載の触媒体。

[7] 前記アルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属の酸化物と、前記アル力リ金属及び/又はアル力リ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質と、シリカ (S i 0₂) との共融点が 800°C以上である上記 [4] 〜 [6] のいずれかに記載の触媒体。

[8] 前記多孔質担体が、気孔率 40〜 90 %のものである上記 [1] 〜 [7 ] のいずれかに記載の触媒体。

[9] 前記触媒層が、前記アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の化合物の他、白金（P t) 、パラジウム（Pd) 、及びロジウム（Rh) から選択される少なくとも 1種の貴金属元素の化合物を含有するものである上記 [1] 〜 [8 ] のいずれかに記載の触媒体。

[10] 前記多孔質担体が、隔壁によって区画された、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状のものである上記 [1] 〜 [9] のいずれかに記載の触媒体。

[1 1] 前記多孔質担体が、前記複数のセルの入口側端面と出口側端面とを互い違いに目封じする目封じ部を更に備えたものである上記 [10] に記載の触媒体。

[12] 前記多孔質担体が、複数のハニカムセグメントから構成されるとともに、前記複数のハニカムセグメントが一体的に接合されたものである上記 [10 ] 又は [1 1] に記載の触媒体。図面の簡単な説明

図 1は、ハニカム状の多孔質担体の例を示す模式図である。

図 2は、目封じ部を備えたハニカム状の多孔質担体の例を示す模式図である。発明を実施するための最良の形態

本発明者は、本発明の触媒体を開発するに際し、まず、非酸化物セラミックからなる触媒担体が本来 N O_x吸蔵触媒であるアル力リ金属等とは反応し難いにも拘わらず、アルカリ金属等を担持すると、その触媒活性が使用時間に対して予測以上に低下してしまう理由を検討した。その結果、非酸化物セラミックからなる触媒担体は、それ自体はアルカリ金属等とは反応し難いものの、触媒担体を構成する骨材粒子の表面の一部に酸化物膜が不可避的に形成されており、その酸化物膜とアルカリ金属等とが反応し、低融点ガラスを形成するという現象を見出した。この現象により、アルカリ金属等が低融点ガラスに取り込まれるため、触媒活性が急速に低下してしまうのである。そこで、本発明においては、非酸化物セラミック等を主たる成分とする多孔質担体において、骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜と触媒層との間に、酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように、アルカリ金属等と低融点ガラスを形成しない物質からなる酸化物膜保護層を配置することとした。このような構成により、酸化物膜とアルカリ金属等との反応を抑制することができるため、非酸化物セラミックからなる触媒担体に N O _x吸蔵触媒であるアルカリ金属等を担持させた場合であっても、触媒活性の低下を有効に防止することが可能となる。

以下、本発明の触媒体を実施するための最良の形態を具体的に説明する。なお、本明細書において「主たる成分」というときは、その成分が、全構成成分の合計質量に対し、 5 0質量％以上を占めていることを意味する。

本発明の触媒体は、非酸化物セラミック及び/又は金属を主たる成分とする多数の骨材粒子が多数の細孔を有する状態で相互に結合された多孔質担体と、前記多孔質担体に担持された、アル力リ金属及び/又はアル力リ土類金属の化合物を含有する触媒層とを備えた触媒体であり、前記多孔質担体が、前記骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜を有するものであり、前記酸化物膜と前記触媒層との間に、前記酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように配置された、前記アル力リ金属及び/又はアル力リ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質からなる酸化物膜保護層を更に備えた触媒体である。

( 1 ) 多孔質担体

本発明にいう「多孔質担体」とは、触媒層を担持するための担体であって、多数の骨材粒子が多数の細孔を有する状態で相互に結合された多孔質体から構成される。

本発明にいう「多孔質担体」を構成する「骨材粒子」としては、非酸化物セラミック及び/又は金属を主たる成分とするものが対象となる。

また、本発明は、骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜と、 N O_x吸蔵触媒として担持されるアルカリ金属等との反応を抑制することを目的とするものであるため、骨材粒子としては、そのような酸化物膜が不可避的に形成される性質を有していることが必要である。従って、本発明における「多孔質担体」は、珪素元素を含む非酸化物セラミツク及び/又は金属珪素を主たる成分として構成されたもの、より具体的には、炭化珪素、金属珪素結合炭化珪素、窒化珪素から選択される少なくとも 1種の物質を主たる成分として構成されたものであることが好ましい。本発明の構成は、上述の酸化物膜の主たる成分が、アルカリ金属等との反応性が高いシリカである場合に特に有効であるが、珪素元素を含む非酸化物セラミックや金属珪素はその表面に不可避的にシリカを主たる成分とする酸化物膜が形成されるからである。本発明における「多孔質担体」は、気孔率が 4 0〜9 0 %であるものが好ましく、 4 5〜8 0 %であるものが更に好ましく、 5 0〜7 0 %であるものが特に好ましい。気孔率が上記範囲未満である場合には、後述のように、触媒体にフィルタとしての機能を付加する場合に圧力損失が大きくなるおそれがある点において、上記範囲を超えると、実用上、必要な強度が得られない場合がある点において好ましくない。気孔率は、焼成温度や、原料の調合組成により制御することができる。例えば、非酸化物セラミック等の比率を減らし、ガラス相を増やすことで気孔率の小さな緻密質のものを作製することが可能であり、逆に、原料に有機物 (グラフアイト、澱粉等）を加え、焼成の際に焼失させて気孔を形成させることによって、気孔率の大きい多孔質のものを作製することもできる。なお、本明細書にいう「気孔率」は、当然に触媒層を担持する前の状態における気孔率であり、アルキメデス法により測定した値を意味するものとする。

また、本発明の触媒体においては、多孔質担体の形状は特に限定されず、触媒担体として通常用いられるペレット、ビーズ、リング、フォーム等の形状であつてもよいが、後述のように、触媒体にフィルタとしての機能を付加する場合に、フィル夕特性（圧力損失等）を高精度に設計することが可能である点において、隔壁によって区画された、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状のものであることが好ましい。

本発明にいう「ハニカム状」とは、例えば、図 1に示す多孔質担体 1のように、極めて薄い隔壁 4によって区画されることによって、流体の流路となる複数のセル 3が形成されている形状を意味する。ハニカムの全体形状については特に限定されるものではなく、例えば、図 1に示すような円筒状の他、四角柱状、三角柱状等の形状を挙げることができる。

また、ハニカムのセル形状（セルの形成方向に対して垂直な断面におけるセル形状）についても特に限定はされず、例えば、図 1に示すような四角形セルの他、六角形セル、三角形セル等の形状を挙げることができるが、円形セル若しくは四角形以上の多角形セルとすることにより、セル断面において、コーナー部の触媒の厚付きを軽減し、触媒層の厚さを均一にすることができる。セル密度、開口率等を考慮すると、六角形セルが好適である。

ハニカムのセル密度も特に制限はないが、本発明のように触媒担体として用いる場合には、 6〜 1 5 0 0セル Z平方ィンチ（0 . 9 - 2 3 3セル, c m²) の範囲であることが好ましい。また、隔壁の厚さは、 2 0〜2 0 0 0 /x mの範囲であることが好ましい。

更に、本発明の触媒体において、多孔質担体が上述のようなハニカム状である場合には、複数のセルの入口側端面と出口側端面とを互い違いに目封じする目封じ部を更に備えたものであることが好ましい。このような構成により、触媒体にフィルタとしての機能を付加することができるからである（触媒担持フィルタ）例えば、図 2に示すような、複数のセル 2 3の入口側端面 Bと出口側端面 Cとを互い違いに目封じする目封じ部 2 2を更に備えた多孔質担体 2 1によれば、被処理ガスを入口側端面 Bからセル 2 3に導入すると、ダストやパティキユレートが隔壁 2 4において捕集される一方、多孔質の隔壁 2 4を透過して隣接するセル 2 3に流入した処理済ガス G ₂が出口側端面 Cから排出されるため、被処理ガス G i中のダストゃパティキュレートが分離された処理済ガス G ₂を得ることができる。

更にまた、本発明の触媒体において、多孔質担体が上述のようなハニカム状である場合には、複数のハニカムセグメントから構成されるとともに、その複数のハニカムセグメントが一体的に接合されたもの (接合体) であることが好ましい。触媒体や触媒担持フィルタにおける多孔質担体を構成するセラミツクとしては、酸化物セラミックであるコ一ジエライトが代表的であるが、本発明の触媒体における多孔質担体を構成する非酸化物セラミックは、コージエライトと比較して熱膨張率が大きいため、温度分布による熱応力が大きくなる。従って、上記のような接合体の構造とすることで、熱応力を分散させ、熱応力によるクラックを防止することができる等、触媒体の耐熱衝撃性を改善することができる。

触媒体を複数のハニカムセグメントで構成する場合、各セグメントの大きさに制限はないが、各セグメントが大きすぎると、耐熱衝撃性の改善効果が小さくなる一方で、小さすぎると各セグメントの製造や接合による一体化が煩雑となり好ましくない。このような点を考慮すると、各セグメントの大きさは、断面積（セル形成方向に対して垂直な断面）が 9 0 0〜 1 0 0 0 0 mm²であることが好ましく、 9 0 0〜 5 0 0 0 mm²であることが更に好ましく、 9 0 0〜 3 6 0 0 m m²であることが特に好ましく、触媒体の 7 0体積％以上が、この大きさのセグメントから構成されていることが好ましい。

本発明における「多孔質担体」は、例えば、非酸化物セラミック及び Z又は金属からなる骨材粒子原料、水の他、所望により有機バインダ（ヒドロキシプロボキシルメチルセルロース、メチルセルロース等) 、造孔剤 (グラフアイト、澱粉、合成樹脂等）、界面活性剤（エチレングリコール、脂肪酸石鹼等）等を混合し、混練することによって坏土とし、その坏土を所望の形状に成形し、乾燥することによって成形体を得、その成形体を仮焼することによって仮焼体とした後、その仮焼体を本焼成することによって得ることができる。

なお、多孔質担体をハニカム ¾犬とする方法としては、上述のように調製した坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法等を好適に用いることができる。また、複数のセルの入口側端面と出口側端面とを互い違いに目封じする目封じ部を設ける方法としては、押出成形によってハニカム状の多孔質担体を成形し、乾燥した後、成形用の坏土と同一組成の坏土をセル開口部に充填する方法等が挙げられる。

( 2 ) 酸化物膜保護層

本発明にいう「酸化物膜保護層」とは、アルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質からなるものであり、上述の酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように形成される。この酸化物膜保護層が酸化物膜の一部と触媒層との間に配置された部分においては、上述の酸化物膜と触媒層とを確実に隔離することができ、酸化物膜と N O _x吸蔵触媒として担持されたアルカリ金属等との反応を抑制することが可能となるため、非酸化物セラミック等からなる触媒担体にアル力リ金属等を担持させた場合であっても、触媒活性の低下を有効に防止することが可能となる。

なお、本発明においては、多孔質担体が非酸化物セラミック等によって構成されているため、多孔質担体の構成材料自体がアルカリ金属等と反応するわけではない。従って、多孔質担体の表面全体を酸化物膜保護層によって被覆するという構成は必須ではなく、少なくとも酸化物膜の一部を被覆すれば足りる点に特徴がある。一方、従来、触媒担体の構成材料として用いられてきた酸化物セラミック (コージエライト等）の場合、触媒担体の構成材料自体がアルカリ金属等と反応するために、触媒担体の表面全体を何らかのコ一ティング層によって被覆するという構成が必要となる。

本発明にいう「アル力リ金属及び Z又はアル力リ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質」としては、具体的には、下記 A群に属する元素から選択される少なくとも 1種の元素の化合物が挙げられるが、酸化物膜保護層を形成するに際し、酸化物コロイド粒子（ジルコニァ ( Z r 0₂) ゾル、チタニア（T i〇₂) ゾル等）のような微粒子を利用することが比較的容易である点において、下記 A群に属する元素の中でも、ジルコニウム、及びチタンから選択される少なくとも 1 種の元素の化合物であるものが好ましい（例えば、ジルコニァ、チタニア等）。

A群：スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、錫、及びアンチモン

本発明にいう「アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と低融点ガラスを形成しない」とは、より具体的に説明すると、アルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属の酸化物と、「アル力リ金属及び/又はアル力リ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質」と、シリカとの共融点が 8 0 0 °C以上であることを意味する。共融点が 8 0 0 °C以上であることとしたのは、実際に触媒体が設置される環境 (自動車の排ガス系統）の温度条件を考慮したものである。共融点が 8 0 0 °C以上であれば、酸化物膜保護層とアルカリ金属等とは実質上反応しないと考えられるため、酸化物膜とアルカリ金属等との反応を抑制することができ、触媒活性の低下を有効に防止することが可能となる。

酸化物膜保護層の形成方法は特に限定されないが、例えば、上記多孔質担'体に対して、「アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質」を含むコーティング液をゥォッシュコートした後、高温で熱処理して焼き付ける方法等が挙げられる。

( 3 ) 触媒層

本発明にいう「触媒層」とは、 N O_x吸蔵触媒であるアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の化合物を含有する層であって、多孔質担体に担持されるものである。

本発明の触媒体においては、 N O_x吸蔵触媒として担持されるアルカリ金属、アルカリ土類金属の種類は特に制限はなく、例えば、アルカリ金属としてはリチゥム、ナトリウム、カリウム、セシウム、アルカリ土類金属としてはカルシウム、バリウム、ストロンチウム等が挙げられる。中でも、カリウムは高温度域での N O _x吸蔵能に優れるため、特に好適に用いることができる。

また、本発明にいう触媒層は、上述のアルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属の化合物の他、白金、パラジウム、及びロジウムから選択される少なくとも 1 種の貴金属元素の化合物を含有するものであってもよい。これらの貴金属は、ァルカリ金属等が窒素酸化物を吸蔵するに先立って排ガス中の一酸化窒素（N O) と酸素（0₂) とを反応させて二酸化窒素（N 0₂) を発生させたり、一旦吸蔵された窒素酸化物が放出された際に、その窒素酸化物を排ガス中の可燃成分と反応させて無害化させたりすることができ、窒素酸化物の浄化能力が向上する点において好ましい。アルカリ金属等や貴金属等の触媒成分は、高分散状態で担持させるため、予めアルミナのような比表面積の大きな耐熱性無機酸化物に一旦担持させた後、多孔質担体に担持させることが好ましい。

本発明の触媒体は、三元触媒に代表される N O_x吸蔵触媒以外の触媒成分、セリウム（C e ) 及び/又はジルコニウムの酸化物に代表される助触媒、 H C (Hy dro Carbon) 吸着材等、排ガス系に適用される他の浄化材が、 N O _x吸蔵触媒とともに担持されたものであってもよい。その場合、 N O_x吸蔵触媒とこれらの浄化材とを混在させた状態で担持させてもよいが、各々の成分が独立した層状となるように積層して担持させる方が、より好ましい。更には、 N O _x吸蔵触媒とこれらの净化材とを別個の担体に担持させ、これらを排気系内で適宜組み合わせて用いることも好ましい。

触媒層の形成方法は特に限定されないが、例えば、酸化物膜保護層を形成した多孔質担体に対して、触媒成分を含む触媒液をゥォッシュコートした後、高温で熱処理して焼き付ける方法等が挙げられる。

(実施例）

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下に示す実施例、及び比較例における骨材粒子原料の平均粒子径については、ストークスの液相沈降法を測定原理とし、 X線透過法により検出を行う、 X線透過式粒度分布測定装置（例えば、島津製作所製

5 0 0 0 - 0 2型等）により測定した 5 0 %粒子径の値を使用した

[多孔質担体の製造]

(担体 1 )

骨材粒子として、平均粒子径が 5 0 mの炭化珪素粉 8 0質量部、及び平均粒子径が 5 mの金属珪素粉 2 0質量部の合計 1 0 0質量部を用意した。そして、この骨材粒子 1 0 0質量部に対して、有機バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース 1 0質量部、造孔剤として澱粉 1 0質量部、及び適当量の水を添加して、真空土練機により混合し、混練して坏土を調製した。

上記の坏土を後述するセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法により、ハニカム状に成形した後、熱風乾燥とマイクロ波乾燥とを組み合わせた乾燥方法により乾燥して、ハニカム状の成形体を得た。得られた成形体の全体形状は、端面（セル開口面）形状が 3 5 mm X 3 5 mmの正方形、長さが 1 5 2 mmであり、セル形状は 1 . 2 mm X 1 . 2 mmの正方形セル、隔壁の厚さが 3 1 0 rn, セル密度が 4 6 . 5セル/ c m² ( 3 0 0セル Z平方ィンチ）、総セル数が 5 7 6セルのものであった。

上記成形体は、大気雰囲気中、約 4 0 0 °Cで 5時間、仮焼（脱脂）することによって仮焼体とし、この仮焼体を、アルゴン雰囲気中、約 1 4 5 0°Cで 2時間焼成することによって、多孔質担体を得た（金属珪素結合炭化珪素）。この多孔質担体は、アルキメデス法により測定した気孔率が 5 2 %、水銀圧入法により測定した平均細孔径は 2 0 mであった。この多孔質担体を「担体 1」とする。 (担体 2)

骨材粒子として、平均粒子径が 2 0 mの金属珪素粉を 1 0 0質量部を用意した。そして、この骨材粒子 1 0 0質量部に対して、有機バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース 1 0質量部、造孔剤として澱粉 1 0質量部、及び適当量の水を添加して、真空土練機により混合し、混練して坏土を調製した。上記の坏土を後述するセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法により、ハニカム状に成形した後、熱風乾燥とマイクロ波乾燥とを組み合わせた乾燥方法により乾燥して、ハニカム状の成形体を得た。得られた成形体の全体形状は、端面（セル開口面）形状が 3 5 mmX 3 5 mmの正方形、長さが 1 5 2 mmであり、セル形状は 1. 2mmX 1. 2 mmの正方形セル、隔壁の厚さが 3 1 0 τη, セル密度が 46. 5セル/ cm² (3 0 0セルノ平方ィンチ）、総セル数が 5 7 6セルのものであった。

上記成形体は、大気雰囲気中、約 40 0°Cで 5時間、仮焼（脱脂）することによって仮焼体とし、この仮焼体を、窒素雰囲気中、約 14 5 0°Cで 2時間焼成することによって、多孔質担体を得た（窒化珪素）。この多孔質担体は、アルキメデス法により測定した気孔率が 5 2 %、水銀圧入法により測定した平均細孔径は 1 0 /imであった。この多孔質担体を「担体 2」とする。

[酸化物膜保護層の形成]

上記の担体 1及び担体 2に対して、市販の硝酸溶液のチタニアゾル又は硝酸溶液のジルコ二ァゾルをゥォッシュコ一トすることにより、上記担体を構成する骨材粒子の表面に形成された酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように、酸化物膜保護層を形成した。コート量については、多孔質担体の単位体積あたりの質量で規定し、 5 g/L、 2 5 g/L, 5 0 g/Lのいずれかの量とした。 1回のゥォッシュコ一トでコート量が所定の値に達しなかった場合には、所定の値に到達するまでゥォッシュコ一トを繰り返した。その後、 7 0 0°C、 1時間の条件で熱処理を行うことにより、焼きつけを行った。

[触媒液の調製及び触媒体の作製]

市販のァ—アルミナ（r _A 1₂0₃) 粉末（比表面積： 20 OmVg) を、ジァミノ亜硝酸白金（（NH₃) ₂P t (N〇₂) ₂) 水溶液と硝酸カリウム（K N〇₃) 水溶液とを混合した溶液に浸潰し、ポットミルにて 2時間撹拌した後、水分を蒸発乾固させ、乾式解砕して 600°Cで 3時間電気炉にて焼成した。こうして得られた（白金 +カリウム）含有ァーアルミナ粉末（（P t +K) -predop ed ァ— A 1₂0₃) に、市販のアルミナ（A l ₂〇₃) ゾルと水分を添加し、再びポットミルにて湿式粉砕することにより、触媒液（ゥォッシュコート用スラリ一）を調製した。

カリウムの担持量は、多孔質担体体積あたり 20 gZLとなるように調整した。ァ—アルミナと、白金及びカリウムとの量関係は、触媒担体となる多孔質担体に触媒液をゥォッシュコ一トし最終的に熱処理を経た段階で、力リゥム担持量が 20 g/L (多孔質担体体積あたり）である場合に、白金が 30 gZc f t (1 . 06 g/L) (多孔質担体体積あたり、白金元素ベースの質量）となるように調整した。アルミナゾルの添加量は、その固形分が、アルミナ換算で、全アルミナの 5質量％となる量とし、水分については、触媒液がゥォッシュコートし易い粘性となるよう適宜添加した。

得られた触媒液に、触媒担体となる多孔質担体を浸漬し、セル内の余分な液を吹き払った後、乾燥した。得られたカリウム担持体を電気炉にて 600°Cで 1時間熱処理することにより、触媒体を作製した。なお、担体 1に酸化物膜保護層を形成することなく、触媒層を形成したものを比較例 1、担体 2に酸化物膜保護層を形成することなく、触媒層を形成したものを比較例 2とした。

(カリウム拡散抑制度の評価）

各触媒体について、水分を 10% (体積％) 共存させながら、 750 で 30 時間保持する加速耐久試験を行い、試験の前後に、エネルギー分散型分光計により測定したカリウム濃度分布図により、カリウムの分散の程度（カリウム拡散抑制度）を評価した。その結果を表 1に示す。なお、評価は、加速耐久試験の前後におけるカリウムの拡散程度を基準とし、カリウムが殆ど拡散せず、試験前とほぼ同等であった場合を A、カリウムが若干拡散した場合を B、カリウムが元の位置に若干残存し、ほとんどが拡散した場合を C、カリウムが元の位置に殆ど残存していない場合を Dとした。

(表 1 )

(結果）

表 1に示す結果から明らかな通り、実施例 1〜 7の触媒体では、カリウムの拡散を効果的に抑制できることが判明した。即ち、非酸化物セラミック及び Z又は金属からなる触媒担体に N O_x吸蔵触媒であるアルカリ金属等を担持させた場合に、触媒活性の低下を有効に防止することが可能であると考えられた。一方、比較例 1〜 2の触媒体では、力リゥムの拡散を殆ど抑制することができなかった。なお、表 1には記載しなかったが、触媒成分をカリウムからナトリウム、リチウムに変更して評価した場合でも同様の結果を示した。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の触媒体は、非酸化物セラミック等を主たる成分とする多孔質担体において、骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜と触媒層との間に、酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように、アルカリ金属等と低融点ガラスを形成しない物質からなる酸化物膜保護層を配置することとしたので、非酸化物セラミックからなる触媒担体に N 0 _x吸蔵触媒であるアルカリ金属等を担持させた場合に、触媒活性の低下を有効に防止することが可能となる。

Claims

請求の範囲

1. 非酸化物セラミック及び Z又は金属を主たる成分とする多数の骨材粒子が多数の細孔を有する状態で相互に結合された多孔質担体と、前記多孔質担体に担持された、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の化合物を含有する触媒層とを備えた触媒体であって、

前記多孔質担体が、前記骨材粒子の表面の一部に不可避的に形成される酸化物膜を有するものであり、前記酸化物膜と前記触媒層との間に、前記酸化物膜の少なくとも一部を被覆するように配置された、前記アルカリ金属及び Z又はアル力リ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質からなる酸化物膜保護層を更に備えた触媒体。

2. 前記多孔質担体が、珪素（S i) 元素を含む非酸化物セラミック及び Z又は金属珪素を主たる成分として構成されたものである請求項 1に記載の触媒体。

3. 前記多孔質担体が、炭化珪素（S i C) 、金属珪素結合炭化珪素（S i—

5 i C) 、窒化珪素（S i ₃N₄) から選択される少なくとも 1種の物質を主たる成分として構成されたものである請求項 1又は 2に記載の触媒体。

4. 前記酸化物膜が、シリカ（S i 0₂) を主たる成分とするものである請求項 1〜 3のいずれか一項に記載の触媒体。

5. 前記アルカリ金属及び Z又はアルカリ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質が、下記 A群に属する元素から選択される少なくとも 1種の元素の化合物である請求項 1〜 4のいずれか一項に記載の触媒体。

A群：スカンジウム (S c) 、チタン（T i) 、バナジウム (V) 、クロム（ C r) 、マンガン（Mn) 、鉄（F e) 、コバルト（Co) 、ニッケル（N i )

、銅（Cu) 、亜鉛（Zn) 、ガリウム（Ga) 、ゲルマニウム（Ge) 、イツトリウム（Y) 、ジルコニウム（Z r) 、ニオブ（Nb) 、モリブデン（Mo)

、錫（Sn) 、及びアンチモン (S b)

6. 前記アル力リ金属及び/又はアル力リ土類金属と低融点ガラスを形成しない物質が、前記 A群に属する元素のうち、ジルコニウム（Z r) 、及びチタン（ T i ) から選択される少なくとも 1種の元素の化合物である請求項 5に記載の触媒体。

7. 前記アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の酸化物と、前記アルカリ金属及びノ又はアルカリ土類金属と低融点ガラスを形成し'ない物質と、シリカ（ S i 0₂) との共融点が 800°C以上である請求項 4〜 6のいずれか一項に記載の触媒体。

8. 前記多孔質担体が、気孔率 40〜90%のものである請求項 1〜7のいずれか一項に記載の触媒体。

9. 前記触媒層が、前記アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の化合物の他、白金（P t) 、パラジウム（Pd) 、及びロジウム（Rh) から選択される少なくとも 1種の貴金属元素の化合物を含有するものである請求項 1〜 8のいずれか一項に記載の触媒体。

10. 前記多孔質担体が、隔壁によって区画された、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状のものである請求項 1 ~ 9のいずれか一項に記載の触媒体。

1 1. 前記多孔質担体が、前記複数のセルの入口側端面と出口側端面とを互い違いに目封じする目封じ部を更に備えたものである請求項 10に記載の触媒体。

12. 前記多孔質担体が、複数のハニカムセグメントから構成されるとともに、前記複数のハニカムセグメントが一体的に接合されたものである請求項 10又は 11に記載の触媒体。