废气净化催化剂的制作方法

文档序号:9712748阅读:625来源:国知局
废气净化催化剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及废气净化催化剂,其能够用于净化由二轮机动车或四轮机动车等的内 燃机排出的废气。
【背景技术】
[0002] 以汽油为燃料的汽车等的内燃机的废气中含有烃(HC)、一氧化碳(C0)、氮氧化物 (NOx)等有害成分,因此需要使用氧化还原反应同时净化各种有害成分并进行排气。例如需 要使烃(THC)发生氧化而转化为水和二氧化碳,使一氧化碳(C0)发生氧化而转化为二氧化 碳,使氮氧化物(NOx)发生还原而转化为氮,从而进行净化。
[0003] 作为这种用于处理来自内燃机的废气的催化剂(以下称作"废气净化催化剂"),使 用可以对C0、THC和NOx进行氧化还原的三元催化剂(Three Way Catalysts:TWC)。
[0004] 作为这种三元催化剂,已知例如下述构成:在具有高表面积的氧化铝多孔质颗粒 等耐火性氧化物多孔质颗粒中负载贵金属,将其涂布在基材、例如耐火性陶瓷或能够形成 金属制蜂窝结构的整装(monolith)型基材上而形成催化剂层而成。
[0005]但是,作为催化剂活性成分的贵金属与基材的结合力并不很强,另外,基材自身的 比表面积也并没有那么大,因此即使想要在基材上直接负载贵金属,也难以高分散地负载 充足的负载量。因此,为了使充足量的催化剂活性成分高分散地负载于基材的表面,进行了 使贵金属负载于具有高比表面积的颗粒状催化剂载体。
[0006] 作为这种催化剂载体,例如已知有由二氧化硅、氧化铝、二氧化钛化合物等耐火性 无机氧化物构成的多孔质颗粒。其中,由γ相氧化铝和S相氧化铝的混合物构成的活化氧化 铝具有特别高的表面积,是作为催化剂载体优异的材料。
[0007] 然而,机动车的废气等的气体流速快,因此存在着下述课题:废气难以扩散到催化 剂层的深层部,无法发挥充分的性能。因此,为了提高气体扩散性从而提高净化性能,提出 了在催化剂层中形成空隙的如下方案。
[0008] 例如在专利文献1(日本特开2002-191988号公报)和专利文献2(日本特开2002-253968号公报)中提出了一种NOx吸留还原型催化剂,其中,使贵金属和NOx吸留剂负载于由 设置了具有特定的孔径的细孔的多孔质结构体构成的涂布层,从而提高废气的气体扩散 性,使NOx的净化效率提高。
[0009] 专利文献3(日本特开2004-025013号公报)中公开了一种废气净化用催化剂,其是 由蜂窝状的基材和形成于该基材的表面的催化剂涂布层构成的废气净化用催化剂,该废气 净化用催化剂的特征在于,该催化剂涂布层至少包含氧吸留放出材料的粉末,具有中心细 孔径为〇. Ιμπι以上的细孔,并且中心细孔径的± 50%的范围的细孔的细孔容积为0.05cc/g 以上。
[0010]专利文献4(日本特开2006-110485号公报)中,作为提高催化剂层中的废气的气体 扩散性而使催化剂效率提高的废气催化剂,公开了一种废气净化催化剂,其是至少具备载 体和形成于该载体上的2个以上的层而成的废气催化剂,其中,所述2个以上的层的至少一 个层含有催化剂成分,并且在该层中具有空隙,所述空隙的平均径为0.2~500μπι。
[0011] 另外,作为在催化剂层内形成较大的空隙的方法,公开了下述方法:预先添加碳颗 粒或树脂颗粒等,进行烧制从而将该碳颗粒或树脂颗粒烧去,由此形成了较大的空隙。例如 在专利文献5(日本特开2012-240027号公报)中公开了下述方法:将催化剂颗粒和碳化合物 材与溶剂一同混合,制备催化剂浆料,在之后的工序中将其烧去,从而在催化剂层内制造与 碳化合物材料的形状相同形状的空隙。
[0012] 现有技术文献 [0013]专利文献
[0014] 专利文献1:日本特开2002-191988号公报 [0015] 专利文献2:日本特开2002-253968号公报 [0016] 专利文献3:日本特开2004-025013号公报 [0017] 专利文献4:日本特开2006-110485号公报 [0018] 专利文献5:日本特开2012-240027号公报

【发明内容】

[0019] 发明要解决的问题
[0020] 如上所述,对于废气净化催化剂而言,提高催化剂层的气体扩散性在提高催化剂 性能方面是非常重要的解决课题之一。作为其解决手段,已知有下述方法:例如如专利文献 5所公开的那样,预先混配碳颗粒或树脂颗粒等,将它们烧去从而在催化剂层内形成较大的 空隙,由此确保气体扩散路径。但是,可知利用这种方法时,即使能够在催化剂层内制作较 大的空隙,空隙的连续性也不充分,并且,空隙内的气体的混合性和扩散性也不充分,因此 无法如期待的那样提高气体扩散性。
[0021] 因此,本发明提出了一种新型的废气净化催化剂,其可以提高催化剂层中的气体 扩散性/混合性,由此可以发挥优异的催化剂性能。
[0022]用于解决问题的手段
[0023]本发明提出一种废气净化催化剂,其是具备催化剂层的废气净化催化剂,该催化 剂层具有粒度不同的两种以上的无机多孔质颗粒、催化剂活性成分和空隙,该废气净化催 化剂的第一特征在于,满足下述(式1)的条件的空隙占该催化剂层中的全部空隙中的50个 数%以上,该废气净化催化剂的第二特征在于,在该催化剂层的空隙截面积中,假设为正圆 而求出的平均空隙半径为1〇Μ?~20μηι。
[0024] L/2/(jtS)1/22 2 · · ·(式1)
[0025] S:空隙截面积、L:空隙截面外周长
[0026] 发明效果
[0027] 本发明所提出的废气净化催化剂中,满足上述(式1)的条件的空隙占该催化剂层 中的全部空隙中的50个数%以上,并且具有平均空隙半径ΙΟμπι~20μπι这样非常大的空隙, 因此空隙的连续性好,并且空隙内部的面积大,而且空隙形状复杂化,其结果为,气体的主 要的流通路得以确保,同时催化剂层中的气体的混合性和扩散性提高,由此可以发挥优异 的净化性能。
【附图说明】
[0028] 图1是示意性地示出本发明的废气净化催化剂的催化剂层(截面)中的空隙的形状 的一例的图。
【具体实施方式】
[0029] 接着,基于实施方式的示例对本发明进行说明。但是,本发明并不限于以下所说明 的实施方式。
[0030] <本催化剂>
[0031] 作为本发明的实施方式的一例的废气净化催化剂(以下称为"本催化剂")为具备 催化剂层(称为"本催化剂层")和基材的废气净化催化剂,该催化剂层具有粒度不同的两种 以上的无机多孔质颗粒、催化剂活性成分和空隙。
[0032] 本催化剂只要具备本催化剂层即可,因此例如可以为具备在基材的表面形成本催 化剂层而成的构成的催化剂,也可以为具备在基材的表面隔着其它层形成本催化剂层而成 的构成的催化剂,另外也可以为具备在基材的非表面侧的部位形成本催化剂层而成的构成 的催化剂。
[0033] <催化剂层>
[0034]本催化剂可以具备由一层构成的催化剂层,也可以具备两层以上的催化剂层。 [0035]需要说明的是,在本发明中,"催化剂层"意味着具有气体吸附作用或气体净化催 化剂作用的层,只要含有催化剂活性成分则相当于具有气体净化催化作用,也并非一定含 有催化剂活性成分。
[0036] 本催化剂具备两层以上的催化剂层的情况下,只要其中至少一层为本催化剂层即 可。此时,本催化剂层可以为一层或两层以上,可以在本催化剂层的上下方向层积一层或两 层以上的其它层。此时,催化剂层和催化剂层之间可以存在并非催化剂层的层,例如由多孔 质耐火性无机氧化物粉体构成的层、或由多孔质耐火性无机氧化物粉体和助催化剂成分构 成的层等层。
[0037] 另外,在废气的流通方向可以具备与本催化剂层不同的其它催化剂层。
[0038] <本催化剂层〉
[0039] 本催化剂层由粒度不同的两种以上的无机多孔质颗粒、催化剂活性成分和根据需 要的其它成分构成,其是具有连通的大量空隙的多孔质的层。
[0040] (空隙形状和尺寸)
[0041] 本催化剂层的特征在于,满足下述(式1)的条件的空隙占该催化剂层中的全部空 隙中的50个数%以上,并且在该催化剂层的空隙截面积中,假设为正圆而求出的平均空隙 半径为lOwn~20ym。
[0042] L/2/(jtS)1/22 2 · · ·(式1)
[0043] 上述关系式(1)中,"S"表示空隙截面积,"L"表示空隙截面外周长,均可以通过下 述方法测量:利用电子显微镜对催化剂层的截面进行观察,使用图像解析软件来解析该电 子显微镜图像,由此进行上述测量。
[0044] 图1是示意性地示出本发明的废气净化催化剂的催化剂层(截面)中的空隙的形状 的一例的图。在该图1中,由黑线包围的灰色部分表示空隙,其周围的白色部分表示由构成 催化剂层的成分形成的部分、即由无机多孔质颗粒、催化剂活性成分和粘结剂成分形成的 部分。
[0045] 另外,在测定时,将催化剂层的截面积设为100%时,空隙截面积小于0.05%的较 小的空隙对于效果几乎没有影响,因此将其无视。由此,上述的"全部空隙"是在图像解析中 将空隙截面积相对于催化剂层截面积为〇. 05%以上的空隙作为对象的。
[0046] 进一步,利用电子显微镜对催化剂层的截面进行观察时,有时在催化剂层的边缘 部存在部分缺损的空隙。这种部分缺损的空隙也包含在本发明所规定的空隙中。因此,也包 含在例如上述的"全部空隙"中。
[0047]对于上述关系式(1)的"L/2/US)1/2"而言,其值越接近于1则表示越接近于圆形或 球形度;其值为2以上,则意味着非圆形度高,
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