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触媒担持方法 - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 触媒担持方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−21335(P2007−21335A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−205563(P2005−205563)
出願日 平成17年7月14日(2005.7.14)
代理人 【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
発明者 林 篤史 / 浅沼 孝充 / 伊藤 和浩
要約 課題
触媒材料をより均一に担持させる。

解決手段
セラミック材料からなる基材、例えばパティキュレートフィルターを用意する。触媒材料を有機溶媒、例えば炭素数が3から10までの直鎖を有するアルコールに分散させてスラリーを作成する。次いで、パティキュレートフィルターをスラリーに浸漬し、乾燥し、焼成する。
特許請求の範囲
【請求項1】
セラミック材料から形成された基材を用意し、触媒材料を有機溶媒に分散させてスラリーを作成し、該スラリーを該ハニカム基材に適用する、各段階を含んでなる触媒担持方法。
【請求項2】
前記有機溶媒がアルコールである請求項1に記載の触媒担持方法。
【請求項3】
前記有機溶媒が、炭素数が3から10までの直鎖を有するアルコールである請求項1に記載の触媒担持方法。
【請求項4】
前記基材が、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルターから構成されている請求項1に記載の触媒担持方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は触媒担持方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、内燃機関の排気ガス中に含まれる主として固体炭素からなる微粒子を捕集するために、セラミックのような多孔質材料から形成されたパティキュレートフィルターを配置した排気浄化方法が知られている。また、パティキュレートフィルターの表面及び細孔内に酸化機能を有する触媒を担持し、パティキュレートフィルター上に堆積した微粒子を容易に酸化除去できるようにすることも知られている。
【0003】
パティキュレートフィルターに触媒を担持させるために、触媒材料を水に分散させてスラリーを作成し、パティキュレートフィルターをこのスラリーに浸漬し、次いで乾燥によりパティキュレートフィルターに残留する水分を除去する触媒担持方法が従来より知られている。
【0004】
ところが、触媒材料が水中で凝集しやすいのでこの方法において乾燥工程が行われると、触媒材料が移動し、かくして触媒材料がフィルター内壁面上に不均一に担持されるおそれがある。
【0005】
そこで、パティキュレートフィルターをスラリーに浸漬した後、アルコールに浸漬し、次いで乾燥する触媒担持方法が公知である(特許文献1参照)。この方法では、パティキュレートフィルターの残留水分をアルコール中に拡散させることによりパティキュレートフィルターから除去するようにしているので、乾燥工程において触媒材料を移動させる水分がほとんど存在せず、かくして触媒材料の移動がほとんど生じない。
【0006】
【特許文献1】特開2004−255299号公報
【特許文献2】特開2004−74055号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、パティキュレートフィルターを形成する例えばセラミックは水に対する濡れ性が必ずしも優れていないので、上述した方法のように触媒材料を水に分散させたスラリーの形でパティキュレートフィルターに適用する限り、触媒材料をパティキュレートフィルターに均一に担持させることは困難である。即ち、乾燥工程が行われる前の段階で触媒材料はすでに不均一に担持されており、上述の方法は乾燥工程により触媒材料の不均一さがひどくなるのを抑制するに過ぎない。
【0008】
そこで本発明は、触媒材料をより均一に担持することができる触媒担持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、セラミック材料から形成された基材を用意し、触媒材料を有機溶媒に分散させてスラリーを作成し、該スラリーを該ハニカム基材に適用する、各段階を含んでなる触媒担持方法が提供される。
【0010】
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、前記有機溶媒がアルコールである。
【0011】
また、3番目の発明によれば1番目の発明において、前記有機溶媒が、炭素数が3から10までの直鎖を有するアルコールである。
【0012】
また、4番目の発明によれば1番目の発明において、前記基材が、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルターから構成されている。
【発明の効果】
【0013】
触媒材料をより均一に担持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
図1を参照して本発明による実施例の触媒担持方法を説明する。まず、セラミック材料から形成された基材が用意される。この基材は例えば排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルターから構成することができる。パティキュレートフィルター1は例えば図2に示されるように、ハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路10,11を具備する。これら排気流通路は下流端が栓12により閉塞された排気ガス流入通路10と、上流端が栓13により閉塞された排気ガス流出通路11とにより構成される。従って、排気ガス流入通路10及び排気ガス流出通路11は薄肉の隔壁14を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路10及び排気ガス流出通路11は各排気ガス流入通路10が4つの排気ガス流出通路11によって包囲され、各排気ガス流出通路11が4つの排気ガス流入通路10によって包囲されるように配置される。パティキュレートフィルター1を形成するセラミックは多孔質材料であり、従って排気ガス流入通路10内に流入した排気ガスは図2に矢印で示されるように、周囲の隔壁14内を通って隣接する排気ガス流出通路11内に流出する。
【0015】
パティキュレートフィルター1を形成するセラミックとしてさまざまなセラミックを用いることができ、コージェライト、フェリエライト、ゼオライト、炭化珪素、炭化窒素などが挙げられる。
【0016】
一方、触媒材料を有機溶媒に分散させることによりスラリーが作成される。具体的には、触媒材料を構成する多孔質酸化物が有機溶媒及びバインダーと共にボールミルでもって粉砕混合され、かくしてスラリーが形成される。
【0017】
有機溶媒として、さまざまな有機溶媒を用いることができるけれども、アルコールが好ましく、炭素数が3から10までの直鎖を有するアルコール、又はこれと同等の物性(例えば、表面張力、沸点、粘性、揮発性、極性)を備えかつ極性を有する有機溶媒が特に好ましい。好ましいアルコールの例としてはペンタノール(C11OH)が挙げられる。炭素数が3未満であると、有機溶媒の揮発性が高くなるので、後述する乾燥工程時に触媒材料がダマになりやすくなる。一方、炭素数が10を越えると、有機溶媒の粘性が高くなるので、乾燥しにくくなる。また、有機溶媒が極性を有していると、バインダーの結合作用が有機溶媒により損なわれるを阻止できる。
【0018】
多孔質酸化物としては、さまざまな多孔質酸化物を用いることができ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、シリカ・アルミナが挙げられる。ここで、白金のような触媒種を多孔質酸化物に予め担持させておいてスラリーを作成することもできるし、後述の焼成後に多孔質酸化物に担持させることもできる。
【0019】
次いで、上述のパティキュレートフィルターがこのスラリーに浸漬され、次いで例えばパティキュレートフィルターにエアーを吹き付けることにより、余分なスラリーが除去される。
【0020】
次いで、パティキュレートフィルターが乾燥され、次いで焼成され、かくして触媒を担持したパティキュレートフィルターが得られる。
【0021】
このように有機溶媒を用いてスラリーを形成しているので、触媒材料をパティキュレートフィルター上により均一に担持させることができる。
【0022】
即ち、水溶媒を用いてスラリーを作成すると、冒頭で述べたようにパティキュレートフィルター上に触媒材料を均一に担持させるのが困難になる。即ち、パティキュレートフィルターの隔壁14’内に形成される細孔15’の内壁面16’上では、図3(B)に示されるように、触媒材料17’の塊状部分Xが形成されたり、触媒材料17’が担持されない細孔内壁面部分Yが形成されたりする。この場合、排気ガス中に含まれる微粒子の径は一般に、多孔質酸化物からなる触媒材料17’に形成される細孔の径よりも大きいので、微粒子は塊状部分Xの内部Zまで進行することができず、従って内部Zの触媒材料を微粒子の酸化除去作用のために有効に利用することができない。更に、塊状部分Xが形成されると細孔15’に幅狭部分Wが形成されるようになり、パティキュレートフィルター1の流路抵抗が増大するおそれもある。
【0023】
これに対し、本発明による実施例では、セラミックが有機溶媒に対する濡れ性が優れているので、触媒材料をパティキュレートフィルター上に広く分散させることができる。即ち、図3(A)に示されるように、例えばパティキュレートフィルターの隔壁14内に形成される細孔15の内壁面16上に、触媒材料17を均一にかつ薄く担持させることが可能となる。
【0024】
その結果、触媒の担持面積を増大させることができるので、微粒子の酸化除去作用を促進することができる。また、触媒材料を効果的に利用することができる。
【0025】
ところで、基材のスラリーに対する濡れ性を高めるために、水性スラリーに界面活性剤を添加する触媒担持方法も従来より知られている。しかしながら、ほとんどの界面活性剤には金属が含まれているので、乾燥工程が行われた後にもパティキュレートフィルターに金属イオンが残存しているおそれがある。この残存金属イオンは例えば触媒温度が高くなったときに触媒材料に固溶し、それにより触媒活性が低下するおそれがある。このため、残存金属イオンを除去しなければならない。
【0026】
これに対して本発明による実施例では、有機溶媒は乾燥工程や焼成工程で完全に除去されるので、残留物による悪影響や残留物の除去を考慮する必要性がない。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明による実施例の内燃機関の全体図である。
【図2】パティキュレートフィルターの縦断面図である。
【図3】本発明による実施例を説明するためのパティキュレートフィルターの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【0028】
1 パティキュレートフィルター
15 細孔
17 触媒材料




 

 


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