JP4246322B2

JP4246322B2 - Catalyst precious metal loading method

Info

Publication number: JP4246322B2
Application number: JP20319899A
Authority: JP
Inventors: 由浩良知; 勝義須藤; 裕直河合
Original assignee: Cataler Corp
Current assignee: Cataler Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001029798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触媒担体表面に触媒貴金属を担持した触媒コンバータにおいて、触媒担体の表面に触媒貴金属を担持させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
触媒コンバータを用いた排気ガス浄化システムは、排気ガスを発生するエンジン等の内燃機関にそれほどの負担をかけることなく、大幅なエミッションの低減が可能であるために広く採用されている。
【０００３】
このような触媒コンバータとしては、モノリス触媒コンバータが広く用いられている。モノリス触媒コンバータは、ウォームアップ性能に優れるとともに、圧力損失も小さく、また、エンジンに負荷をかけることなく排気ガスを浄化、吸着することができる。また、モノリス触媒コンバータは、排気ガスの流れる格子状に配列された多数の通路をもつモノリス担体を用いることから、実際の使用時に水平搭載に限定されないため、触媒コンバータの搭載位置に関する設計自由度が高かった。
【０００４】
一般的な触媒コンバーターは、触媒貴金属を担持するための担持層を有する触媒担体と、この触媒担体に担持された触媒貴金属と、から構成されている。ここで、触媒担体は、耐熱性セラミックス、耐熱性金属等で形成された支持体と、支持体の表面に形成されたアルミナ等よりなる多孔質担持層と、により形成される。
【０００５】
このような触媒コンバータは、触媒担体に、触媒貴金属を担持させることにより製造されていた。ここで、触媒貴金属を触媒担体に担持させる方法として、触媒貴金属の水溶液を、触媒担体表面に接触、含浸させた後に、乾燥処理を行うことで、水溶液中の触媒貴金属成分を担持させる方法がある。
【０００６】
触媒担体へ触媒貴金属溶液を接触、含浸させる方法として、毛細管現象および表面張力を利用する方法がある。詳しくは、触媒貴金属溶液へ触媒担体の端面を浸漬すると、触媒担体のセルによる毛細管現象と触媒貴金属溶液の表面張力の作用により、触媒貴金属溶液がセル内を上昇する。触媒貴金属溶液が触媒担体のセル内を上昇することにより、触媒貴金属溶液が触媒担体に接触、含浸される。その後、この吸水した触媒担体に吸引またはエアーブローを施すことにより、過剰な触媒貴金属溶液を触媒担体から除去し、所定量の触媒貴金属溶液を吸水させるものである。
【０００７】
この毛細管現象および表面張力を利用する触媒貴金属の担持方法は、触媒担体の所定の範囲に触媒貴金属を担持させることができる。すなわち、触媒担体の触媒貴金属溶液に浸漬された端面から任意の幅で触媒貴金属を担持できるため、触媒担体の入りガス側と、出ガス側とにおいて、異なる触媒貴金属を担持させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒担体を触媒貴金属溶液に浸漬することで毛細管現象および表面張力を利用し、触媒担体に触媒貴金属溶液を吸水させる従来の触媒貴金属の担持方法では、以下に示すような問題点があった。
【０００９】
１、触媒貴金属の担持量が触媒担体の吸水量により左右されることから、触媒貴金属の担持量に大きなばらつきが生じるという問題があった。すなわち、触媒貴金属の担持量がばらつくと、触媒コンバータの触媒性能にばらつきが生じるようになる。
【００１０】
２、触媒貴金属溶液の吸水量がばらつくことは、触媒貴金属溶液を過剰に触媒担体に吸水させ、その後過剰量をエアーブロー等の手段により取り除くこととなり、高価な触媒貴金属が過剰に必要になるとともに、担持工程における工程数の増加というような、コストの上昇が生じていた。
【００１１】
３、触媒担体のセル幅のばらつきにより、各セルにおける表面張力にばらつきが生じ、このため触媒貴金属溶液の吸水量にばらつきが生じていた。このことは、各セルの幅が異なるため、毛細管現象により上昇した触媒貴金属溶液の液面が各セルごとにばらつき、その結果、担体端面から目的の幅での吸水、担持ができなかった。
【００１２】
４、表面張力を利用した触媒貴金属の担持方法では、通常の触媒コンバータに用いられる５０〜１２００セル／平方インチモノリス担体では、０〜２５ｍｍ幅での担持は、その幅が短く、不可能であった。
【００１３】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、触媒貴金属溶液を触媒担体に接触させることで触媒貴金属を触媒担体に担持させる触媒貴金属の担持方法において、毛細管現象および表面張力を利用することなく触媒貴金属を触媒担体に担持させる方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決するため本発明者等は、触媒貴金属溶液を吸水性部材に吸水させ、この吸水性部材に触媒担体を押し付けることで、触媒貴金属溶液が触媒担体に供給される供給方法を有する触媒貴金属の担持方法とすることで上記課題を解決できることを見出した。
【００１５】
すなわち、本発明の触媒貴金属の担持方法は、軸方向に複数の管状通路を有する触媒担体に、触媒貴金属溶液を接触、含浸させることにより該触媒担体に触媒貴金属を担持させる触媒貴金属の担持方法であって、触媒貴金属溶液を保持させた吸水性部材に、触媒担体の端面を押し付けることで触媒貴金属溶液を触媒担体表面に接触させることを特徴とする。
【００１６】
本発明の触媒貴金属の担持方法は、触媒貴金属溶液を吸水した吸水性部材が押圧されることで、この吸水性部材から触媒担体に触媒貴金属溶液が供給される。このため、触媒担体を吸水性部材に押圧する押圧時間および吸水性部材に吸水された触媒貴金属溶液を変化させることで、所望の担持幅で触媒貴金属を担持した触媒コンバータが得られる。このため、過剰な触媒貴金属を必要とせず、担持コストを低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の触媒貴金属の担持方法は、軸方向に複数の管状通路を有する触媒担体に、触媒貴金属溶液を接触、含浸させることにより触媒担体に触媒貴金属を担持させる触媒貴金属の担持方法である。すなわち、触媒貴金属の溶液を触媒担体に接触、含浸させることで、この溶液に含まれる触媒貴金属を触媒担体に担持させる担持方法である。
【００１８】
本発明の触媒貴金属の担持方法は、触媒貴金属溶液を保持させた吸水性部材に、触媒担体の端面を押し付けることで触媒貴金属溶液を触媒担体表面に接触、含浸させる担持方法である。すなわち、吸水性部材に触媒貴金属溶液を保持させ、この吸水性部材に触媒担体を押し付けることで、吸水性部材から触媒貴金属溶液が排出され、排出された触媒貴金属溶液が吸水性部材に押し付けられた触媒担体の端面から触媒担体の複数の管状通路内を通って、触媒担体に触媒貴金属溶液が供給される。このため、本発明の触媒貴金属の担持方法は、触媒貴金属溶液の表面張力および毛細管現象を利用していないため、触媒担体内に供給された触媒貴金属溶液の液面高さが、触媒担体の管状通路により構成されるセルごとにばらつかなくなる。
【００１９】
触媒担体は、軸方向に複数の管状通路を有する。この軸方向の管状通路は、触媒担体の軸方向の両端面に開口してもうけられている。軸方向に複数の管状通路を有することで、触媒担体の一端の端面から触媒貴金属溶液を触媒担体内に供給できるようになる。この触媒担体としては、通常の触媒コンバータに用いられる触媒担体を用いることができ、たとえば、モノリス（ハニカム）担体をあげることができる。
【００２０】
また、触媒担体は、触媒貴金属を担持するための担持層をその表面に有している。触媒担体が担持層を有することで、大きな表面積を有することができ、触媒貴金属の担持量が増加し、得られる触媒コンバータの浄化能が向上する。
【００２１】
触媒貴金属溶液は、触媒活性を示す貴金属成分を含有する溶液である。このような触媒貴金属溶液としては、通常の触媒コンバータにおいて用いられている触媒貴金属の溶液を用いることができる。たとえば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）の溶液をあげることができる。
【００２２】
吸水性部材は、触媒担体の端面と一致する開口部を有し、かつその断面が凹状に区画された保持部に保持されることが好ましい。保持部は、触媒担体の端面の形状と一致する開口部を有し、かつその断面が凹状に区画されている。すなわち、保持部は、触媒担体の一端の外周面と一致する凹状のくぼみである。この保持部に吸水性部材が保持されることで、吸水性部材から排出された触媒貴金属溶液が、触媒担体のみに排出されるようになる。詳しくは、保持部のくぼみが触媒担体の一方の端部の外周形状と一致する形状とすることにより、吸水性部材から排出された触媒貴金属溶液は、触媒担体の外周から漏れることなく、触媒担体の端面から触媒担体内に供給されるようになる。
【００２３】
吸水性部材は、触媒貴金属溶液を可逆的に吸水、排水可能な弾性部材であることが好ましい。吸水性部材を弾性部材により形成することで、触媒貴金属溶液の排水量のコントロールが容易になる。すなわち、吸水性部材を弾性部材により形成することで、触媒担体の端面により吸水性部材がつぶれ、この吸水性部材の体積の減少により、吸水性部材内に吸水されていた触媒貴金属溶液が排出されるようになる。弾性部材としては、内部に触媒貴金属溶液を保持する空間を有する材質であれば、どのような材質でもよく、ブラシ、ハケ等のような材質でもよい。より好ましい弾性部材としては、スポンジゴムをあげることができる。
【００２４】
所定量の触媒貴金属溶液を吸水性部材に供給する触媒貴金属溶液供給手段を有することが好ましい。すなわち、本発明の触媒貴金属の担持方法は、吸水性部材に吸水された触媒貴金属溶液を触媒担体に供給し、触媒担体に接触、含浸させるため、吸水性部材に吸水された触媒貴金属溶液量を調整することで、触媒担体に担持される触媒貴金属量を調節することができる。
【００２５】
本発明の触媒貴金属の担持方法は、触媒貴金属溶液を含浸した触媒担体を乾燥させる乾燥工程を有する。この乾燥工程は、通常の触媒コンバータの製造時に触媒担体の乾燥に用いられる乾燥手段でよい。
【００２６】
本発明の触媒貴金属の担持方法は、触媒貴金属溶液を吸水した吸水性部材が押圧されることで、この吸水性部材から触媒担体の内部に触媒貴金属溶液が供給される。また、触媒担体を押圧する押圧時間および吸水性部材に吸水された触媒貴金属溶液量を変化させることで、触媒担体に供給される触媒貴金属触媒溶液量を変化させることができるため、所望の担持幅で触媒貴金属を担持した触媒コンバータを得ることができる。このことは、過剰な触媒貴金属を必要とせず、担持コストを低減することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００２８】
（実施例）
本発明の実施例として、触媒担体に触媒貴金属を担持させた。
【００２９】
ここで、触媒担体への触媒貴金属の担持は、図１に示された担持装置を用いてなされた。図１の担持装置は、本発明の触媒貴金属の担持方法を用いて、触媒貴金属溶液を触媒担体に含浸させる装置であり、スポンジゴムを有する吸水部と、吸水部に所定量の触媒貴金属溶液を供給する溶液供給部と、触媒担体を保持するとともに吸水部に押圧する担体保持部と、を有する。
【００３０】
吸水部は、φ１０３ｍｍ、深さ６０ｍｍの凹状のくぼみを有し、その底部にφ１０３ｍｍ、厚さ１０ｍｍのスポンジゴムが配置されている。
【００３１】
溶液供給部は、あらかじめ調整された触媒貴金属溶液を所定量計量し、吸水部のスポンジゴムに供給できる。
【００３２】
本実施例の触媒貴金属の担持装置を用い、触媒担体に触媒貴金属溶液を接触、含浸させた。ここで、触媒担体には、φ１０３ｍｍ、軸方向の長さ１３０ｍｍ、４００セル／Ｉｎｃｈ²のコーディエライトにより形成された触媒担体本体に、活性アルミナ等の耐火性無機酸化物粉末の担持層がもうけられている触媒担体を用いた。また、触媒貴金属溶液としては、Ｐｔを２ｇ／ｌ含有する白金ｐ−ソルト硝酸水溶液と、Ｒｈを０．４ｇ／ｌ含有する塩化ロジウム溶液が用いられた。
【００３３】
触媒担体への触媒貴金属溶液の接触、含浸は、溶液供給部から吸水部のスポンジゴムに２０ｇの触媒貴金属溶液を供給し、触媒貴金属溶液をスポンジゴムに吸水させた後に、担体保持部に保持された触媒担体を０．１〜０．５ＭＰａの圧力で１０〜５０秒間スポンジゴムに押し付けることで行われた。
【００３４】
（評価）
実施例の評価は、触媒貴金属溶液を含浸した担持触媒担体における含浸量および含浸幅を観測することによりなされた。
【００３５】
（含浸幅の観察）
本実施例の担持装置により触媒貴金属溶液を含浸した担持触媒担体の含浸幅を観察した。この観察方法は、触媒貴金属溶液を含浸した担持触媒担体を軸方向に半分に割り、触媒貴金属の担持された長さを測定することで行われた。なお、触媒貴金属溶液自体が茶系の色であるため、容易に観察できる。
【００３６】
また、比較として、実施例の担持装置から吸水部のスポンジゴムを取り除いた担持装置を用いて、それ以外は実施例と同様の手段により触媒貴金属溶液を触媒担体に含浸させ、この担持触媒担体の含浸幅を観察した。
【００３７】
実施例の担持触媒担体は、その断面図を図２に示した。図２より、実施例の担持触媒担体は、各セルにおける含浸幅が２０ｍｍで一定であった。また、比較例の担持触媒担体は、その断面図を図３に示した。図３より、担持触媒担体の外周方向側にもうけられたセルは含浸幅が長く、中心側に開口したセルの含浸幅が短くなっており、含浸幅に大きなばらつきが生じていた。このばらつきは、最大の含浸幅で２５ｍｍ、最短の幅が８ｍｍと、広範囲となっていた。
【００３８】
（吸水時間と含浸量）
実施例の担持装置により触媒貴金属溶液を触媒担体に含浸させるときの触媒担体をスポンジゴムに押し付ける時間（吸水時間）と触媒担体に含浸した触媒貴金属溶液量の関係を計測した。この関係の計測は、吸水時間ごとの触媒担体の重量の増加量を測定することによりなされた。この測定結果を図４に示した。
【００３９】
図４より、吸水時間の増加とともに触媒担体への触媒貴金属溶液の含浸量が増加していることがわかる。また、吸水部のスポンジゴムへの触媒貴金属溶液の供給量である２０ｇが触媒担体に５０秒で含浸された。
【００４０】
（吸水時間と含浸幅）
実施例の担持装置により触媒貴金属溶液を触媒担体に含浸させるときの触媒担体をスポンジゴムに押し付ける時間（吸水時間）と触媒担体に含浸した含浸幅との関係を計測した。この関係の計測は、吸水時間ごとの含浸幅を測定することによりなされた。この測定結果を図５に示した。
【００４１】
図５より、吸水時間と含浸幅の関係が一次関数的に増加する比例関係にあることがわかる。このため、吸水時間を調節することにより、触媒担体への触媒貴金属溶液の含浸幅を調節でき、この結果として触媒貴金属の担持幅を調節できる。
【００４２】
（触媒貴金属溶液量と含浸量）
実施例の担持装置により触媒貴金属溶液を触媒担体に含浸させたときの、吸水部のスポンジゴムへの触媒貴金属溶液の供給量と、触媒担体への触媒貴金属溶液の含浸量の関係を計測した。なお、スポンジゴムに触媒担体を押し付ける時間（吸水時間）は、５０秒間で一定であった。このときの測定結果を図６に示した。
【００４３】
図６より、触媒貴金属溶液量と、触媒担体に含浸した含浸量（重量）とは、一致した。このため、本実施例の担持装置は、触媒貴金属溶液のスポンジゴムへの供給量全量を含浸させることができる。このことから、触媒貴金属溶液に溶解した触媒貴金属を全量、触媒担体に担持させることができる。
【００４４】
（触媒貴金属溶液量と含浸幅）
実施例の担持装置により触媒貴金属溶液を触媒担体に含浸させたときの、吸水部のスポンジゴムへの触媒貴金属溶液の供給量と、触媒担体の触媒貴金属溶液の含浸幅の関係を計測した。なお、スポンジゴムに触媒担体を押し付ける時間（吸水時間）は、５０秒間で一定であった。このときの測定結果を図７に示した。
【００４５】
図７より、触媒貴金属溶液量と触媒担体に含浸した含浸幅とは比例関係にあることがわかる。このため、本実施例の担持装置は、触媒貴金属溶液のスポンジゴムへの供給量全量を調節することで、触媒担体への含浸幅を調節することができる。このことから、触媒貴金属溶液に溶解した触媒貴金属を触媒担体に担持させた担持幅を任意の値に調節できる。
【００４６】
以上の観察結果から、本発明の触媒貴金属の担持方法を用いた担持装置を用いることで、触媒貴金属の担持幅および担持量が自由に設定した触媒コンバータを得ることができる。
【００４７】
（触媒コンバータの作製）
実際に本発明の触媒貴金属の担持方法を用いて、触媒貴金属を担持させた触媒コンバータを作製した。なお、触媒貴金属として、Ｐｔ、ＲｈおよびＰｄの３種類の貴金属を用いた。
【００４８】
触媒コンバータの作製は、上述の実施例において用いた担持装置を用いて触媒担体に触媒貴金属を担持させた。すなわち、図１に示される担持装置の溶液供給部から吸水部のスポンジゴムに触媒貴金属溶液を供給し、このスポンジゴムに触媒担体を押し付けることで触媒担体に触媒貴金属溶液を接触、含浸させ、その後、乾燥させることで製造された。なお、触媒貴金属の３種類の貴金属は、それぞれ別々に担持された。
【００４９】
ここで、触媒担体には、通常の自動車用触媒コンバータに用いられるモノリス型触媒担体が用いられた。この触媒担体は、φ１０３ｍｍ、軸方向の長さ１３０ｍｍ、４００セル／Ｉｎｃｈ²のコーディエライト製の触媒担体本体に、活性アルミナを純水に混合させたスラリーをコートした後に、２５０〜３５０℃で乾燥させ、つづいて、５００〜７００℃で焼成を行うことで製造された触媒担体である。なお、この触媒担体の製造は、従来の触媒コンバータに用いられている触媒担体の製造装置により行われた。
【００５０】
触媒貴金属溶液としては、Ｐｔは５０ｇ／ｌの白金ｐ−ソルト硝酸水溶液が、Ｒｈは５０ｇ／ｌの塩化ロジウム水溶液が、Ｐｄは５０ｇ／ｌのパラジウムアンミン硝酸塩水溶液が、それぞれ用いられた。
【００５１】
触媒担体への触媒貴金属の担持は、まず、図１の担持装置を用いて、白金水溶液を触媒担体に含浸させた。すなわち、溶液供給部からスポンジゴムに３１．５ｇの白金水溶液を供給し、このスポンジゴムに触媒担体の一端の端面を０．２ＭＰａの押圧力で５０秒間押し付けて、白金水溶液を全量含浸させた。このとき、白金水溶液の含浸幅は１１０ｍｍであった。その後、この触媒担体を乾燥させて、Ｐｔ担持触媒担体を得た。
【００５２】
つづいて、スポンジゴムにロジウム水溶液を３１．５ｇ供給し、吸水させた。このスポンジゴムに、Ｐｔ担持触媒担体のＰｔが担持された端面を０．２ＭＰａの押圧力で３０秒間押し付けて、ロジウム水溶液を全量含浸させた。ここで、ロジウム水溶液の含浸幅は、１１０ｍｍであり、Ｐｔ担持幅と一致していた。その後、このＰｔ、Ｒｈ担持触媒担体は、乾燥された。
【００５３】
乾燥したＰｔ、Ｒｈ担持触媒担体のＰｔおよびＲｈの担持されていない他方の端面を、パラジウム水溶液が２０ｇ吸水した吸水部のスポンジゴムに０．２ＭＰａの押圧力で３０秒間押し付けて、パラジウム水溶液を全量含浸させた。このときのパラジウム水溶液の含浸幅は、２０ｍｍであった。その後、１５０〜３００℃での乾燥処理が施されて、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ担持触媒担体が製造された。
【００５４】
以上の触媒貴金属担持工程を経て、パラジウム高担持の触媒コンバータが製造された。本例で製造された触媒コンバータは、触媒担体の両端側に担持された触媒貴金属が異なる種類の貴金属であるため、一つの触媒担体に異なる特性を有する触媒が得られる。また、それぞれの触媒貴金属の担持幅を調節できるため、触媒貴金属の担持されていない部分を最低限に抑えることができた。すなわち、触媒担体の一端側にＰｔおよびＲｈ担持部を他端側にＰｄ高担持部をもうけ、この両者の境界部において、両者の触媒貴金属が担持されていない範囲を低減できた。
【００５５】
本実施例において製造された触媒コンバータは、Ｐｔ、Ｒｈを含浸担持させた後にＰｄを片側端面に高担持させることで、エンジン始動時の着火性が向上できる。
【００５６】
また、本実施例において製造された触媒コンバータは、スポンジ厚さ、スポンジへの供給量を変化させることで触媒貴金属の担持幅を任意に調節できるため、端面の一部分から触媒担体全体におよぼすことができる。
【００５７】
さらに、本実施例の触媒コンバータの別の形態として、Ｐｔ、Ｒｈの担持は通常の含浸担持により触媒担体全体に担持させ、Ｐｄの担持を本発明の触媒貴金属の担持方法により担持幅が一定の触媒担体を製造した。
【００５８】
すなわち、Ｐｔ、Ｒｈの触媒貴金属の担持は、触媒担体の体積の２倍量の温水中にＰｔを１．５ｇ、Ｒｈを０．４ｇ投入し、この溶液中に触媒担体を含浸させ、６０分程度上下動を繰り返すことで全体に必要量を担持させた。その後、このＰｔ、Ｒｈ担持触媒担体を乾燥させた。
【００５９】
つづいて、Ｐｔ、Ｒｈ担持触媒担体に、図１の担持装置を用いて、Ｐｄを担持させた。すなわち、図１の担持装置において、パラジウム水溶液が２０ｇ吸水した吸水部のスポンジゴムに０．２ＭＰａの押圧力で３０秒間押し付けて、パラジウム水溶液を全量含浸させた。このときのパラジウム水溶液の含浸幅は、２０ｍｍであった。その後、１５０〜３００℃での乾燥処理が施されて、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ担持触媒担体が製造された。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の触媒貴金属の担持方法は、触媒貴金属溶液を任意の所定量で触媒担体に接触、含浸させるため、高価な貴金属のロスが生じなくなる。また、本発明の触媒貴金属の担持方法は、一定の担持幅（０〜触媒担体全体）で触媒貴金属を担持させることが可能となるため、排ガス浄化能が安定化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の触媒貴金属の担持装置の構成を示した図である。
【図２】実施例において、触媒貴金属溶液が含浸した触媒担体の断面を示した図である。
【図３】比較例の触媒貴金属溶液が含浸した触媒担体の断面を示した図である。
【図４】吸水時間と触媒貴金属溶液の触媒担体への含浸量を示した図である。
【図５】吸水時間と触媒貴金属溶液の触媒担体への含浸幅を示した図である。
【図６】触媒貴金属溶液の供給量と触媒担体への含浸量を示した図である。
【図７】触媒貴金属溶液の供給量と触媒担体への含浸幅を示した図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for supporting a catalytic noble metal on the surface of a catalyst carrier in a catalytic converter in which a catalytic noble metal is supported on the surface of the catalyst carrier.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An exhaust gas purification system using a catalytic converter is widely adopted because it can significantly reduce emissions without imposing a great burden on an internal combustion engine such as an engine that generates exhaust gas.
[0003]
As such a catalytic converter, a monolithic catalytic converter is widely used. The monolith catalytic converter is excellent in warm-up performance, has low pressure loss, and can purify and adsorb exhaust gas without applying a load to the engine. In addition, since the monolith catalytic converter uses a monolith carrier having a large number of passages arranged in a lattice pattern through which exhaust gas flows, the monolith catalytic converter is not limited to horizontal mounting in actual use, and therefore there is a degree of design freedom regarding the mounting position of the catalytic converter. it was high.
[0004]
A general catalytic converter includes a catalyst support having a support layer for supporting a catalyst noble metal, and a catalyst noble metal supported on the catalyst support. Here, the catalyst carrier is formed of a support formed of heat-resistant ceramics, heat-resistant metal, or the like, and a porous support layer made of alumina or the like formed on the surface of the support.
[0005]
Such a catalytic converter has been manufactured by supporting a catalyst noble metal on a catalyst carrier. Here, as a method of supporting the catalyst noble metal on the catalyst carrier, there is a method of supporting the catalyst noble metal component in the aqueous solution by carrying out a drying treatment after contacting and impregnating an aqueous solution of the catalyst noble metal on the surface of the catalyst carrier. .
[0006]
As a method of contacting and impregnating a catalyst noble metal solution to a catalyst carrier, there is a method utilizing capillary action and surface tension. Specifically, when the end face of the catalyst carrier is immersed in the catalyst noble metal solution, the catalyst noble metal solution rises in the cell due to the capillary action caused by the cell of the catalyst carrier and the surface tension of the catalyst noble metal solution. As the catalyst noble metal solution rises in the cell of the catalyst carrier, the catalyst noble metal solution contacts and is impregnated with the catalyst carrier. Thereafter, suction or air blow is applied to the water-absorbed catalyst carrier to remove excess catalyst noble metal solution from the catalyst carrier, and a predetermined amount of catalyst noble metal solution is absorbed.
[0007]
The catalyst noble metal loading method using the capillary phenomenon and the surface tension can support the catalyst noble metal within a predetermined range of the catalyst carrier. That is, since the catalyst noble metal can be supported in an arbitrary width from the end surface immersed in the catalyst noble metal solution of the catalyst carrier, different catalyst noble metals can be supported on the inlet gas side and the outlet gas side of the catalyst carrier.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional catalyst noble metal loading method that absorbs the catalyst noble metal solution on the catalyst carrier by utilizing the capillary phenomenon and the surface tension by immersing the catalyst carrier in the catalyst noble metal solution has the following problems. .
[0009]
1. Since the amount of catalyst noble metal supported depends on the amount of water absorbed by the catalyst carrier, there is a problem in that the amount of catalyst noble metal supported varies greatly. That is, when the amount of the catalyst noble metal supported varies, the catalyst performance of the catalytic converter varies.
[0010]
2. The variation in water absorption of the catalyst noble metal solution means that the catalyst noble metal solution is excessively absorbed by the catalyst carrier, and then the excess amount is removed by means such as air blow. There has been an increase in cost, such as an increase in the number of steps in the supporting step.
[0011]
3. Due to the variation in the cell width of the catalyst carrier, the surface tension in each cell varies, and thus the water absorption of the catalyst noble metal solution varies. This is because each cell has a different width, and therefore the liquid level of the catalyst noble metal solution that has risen due to the capillary phenomenon varies from cell to cell, and as a result, water absorption and loading at the desired width from the end face of the carrier could not be performed.
[0012]
4. In the method of supporting catalytic noble metal using surface tension, with a 50 to 1200 cell / square inch monolithic carrier used in an ordinary catalytic converter, it is impossible to support 0 to 25 mm width. It was.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method for supporting a catalyst noble metal by causing a catalyst noble metal solution to contact the catalyst support by bringing the catalyst noble metal solution into contact with the catalyst support, without utilizing capillary action and surface tension. It is an object of the present invention to provide a method for supporting a catalyst noble metal on a catalyst carrier.
[0014]
[Means for solving the problems]
In order to solve the above problems, the present inventors have provided a catalyst having a supply method in which a catalyst noble metal solution is supplied to a catalyst carrier by causing the water-absorbing member to absorb the catalyst noble metal solution and pressing the catalyst carrier against the water absorbent member. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by using a noble metal loading method.
[0015]
That is, the catalyst noble metal loading method of the present invention is a catalyst noble metal loading method in which a catalyst noble metal solution is loaded on a catalyst carrier by contacting and impregnating the catalyst noble metal solution with a catalyst carrier having a plurality of tubular passages in the axial direction. The catalyst noble metal solution is brought into contact with the surface of the catalyst carrier by pressing the end face of the catalyst carrier against the water absorbing member holding the catalyst noble metal solution.
[0016]
In the catalyst noble metal loading method of the present invention, the catalyst noble metal solution is supplied from the water absorbent member to the catalyst carrier by pressing the water absorbent member that has absorbed the catalyst noble metal solution. Therefore, by changing the pressing time for pressing the catalyst carrier against the water absorbing member and the catalyst noble metal solution absorbed by the water absorbing member, a catalytic converter supporting the catalyst noble metal with a desired loading width can be obtained. For this reason, an excessive catalyst noble metal is not required, and the carrying cost can be reduced.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The catalyst noble metal loading method of the present invention is a catalyst noble metal loading method in which a catalyst noble metal is supported on a catalyst carrier by contacting and impregnating the catalyst noble metal solution with a catalyst carrier having a plurality of tubular passages in the axial direction. That is, this is a loading method in which a catalyst noble metal contained in this solution is supported on the catalyst carrier by contacting and impregnating the catalyst noble metal solution with the catalyst carrier.
[0018]
The catalyst noble metal loading method of the present invention is a loading method in which the catalyst noble metal solution is brought into contact with and impregnated on the surface of the catalyst carrier by pressing the end face of the catalyst carrier against a water absorbing member holding the catalyst noble metal solution. That is, the catalyst noble metal solution is held on the water absorbing member, and the catalyst carrier is pressed against the water absorbing member, whereby the catalyst noble metal solution is discharged from the water absorbing member, and the discharged catalyst noble metal solution is pressed against the water absorbing member. The catalyst noble metal solution is supplied to the catalyst carrier from the end face of the catalyst carrier through the plurality of tubular passages of the catalyst carrier. For this reason, the catalyst noble metal loading method of the present invention does not use the surface tension and capillary action of the catalyst noble metal solution, so that the liquid level height of the catalyst noble metal solution supplied into the catalyst carrier is tubular. It becomes inconsistent for every cell comprised by a passage.
[0019]
The catalyst carrier has a plurality of tubular passages in the axial direction. The axial tubular passages are opened at both end faces in the axial direction of the catalyst carrier. By having a plurality of tubular passages in the axial direction, the catalyst noble metal solution can be supplied into the catalyst support from one end face of the catalyst support. As this catalyst carrier, a catalyst carrier used in a normal catalytic converter can be used, and examples thereof include a monolith (honeycomb) carrier.
[0020]
Further, the catalyst carrier has a support layer on the surface for supporting the catalyst noble metal. When the catalyst carrier has the supporting layer, it can have a large surface area, the amount of the catalyst noble metal supported increases, and the purification performance of the resulting catalytic converter is improved.
[0021]
The catalytic noble metal solution is a solution containing a noble metal component exhibiting catalytic activity. As such a catalytic noble metal solution, a catalytic noble metal solution used in a normal catalytic converter can be used. For example, a solution of platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) can be given.
[0022]
The water absorbing member preferably has an opening that coincides with the end face of the catalyst carrier, and is held by a holding part that is sectioned in a concave shape. The holding part has an opening that matches the shape of the end face of the catalyst carrier, and the section thereof is partitioned into a concave shape. That is, the holding portion is a concave recess that matches the outer peripheral surface of one end of the catalyst carrier. By holding the water absorbing member in the holding part, the catalyst noble metal solution discharged from the water absorbing member is discharged only to the catalyst carrier. Specifically, the catalyst noble metal solution discharged from the water-absorbing member does not leak from the outer periphery of the catalyst carrier by making the recess of the holding portion coincide with the outer periphery shape of one end of the catalyst carrier. The catalyst is supplied into the catalyst carrier from the end face.
[0023]
The water absorbing member is preferably an elastic member capable of reversibly absorbing and draining the catalyst noble metal solution. By forming the water absorbing member with an elastic member, it becomes easy to control the drainage amount of the catalyst noble metal solution. That is, by forming the water absorbing member with an elastic member, the water absorbing member is crushed by the end face of the catalyst carrier, and the volume of the water absorbing member is reduced, so that the catalyst noble metal solution absorbed in the water absorbing member is discharged. Become so. The elastic member may be any material as long as it has a space for holding the catalyst noble metal solution therein, and may be a material such as a brush or a brush. A more preferable elastic member is sponge rubber.
[0024]
It is preferable to have a catalyst noble metal solution supply means for supplying a predetermined amount of the catalyst noble metal solution to the water absorbing member. That is, in the catalyst noble metal loading method of the present invention, the catalyst noble metal solution absorbed in the water absorbing member is supplied to the catalyst carrier, and contacted and impregnated with the catalyst carrier, so that the amount of the catalyst noble metal solution absorbed in the water absorbing member is reduced. By adjusting, the amount of the catalyst noble metal supported on the catalyst carrier can be adjusted.
[0025]
The catalyst noble metal loading method of the present invention includes a drying step of drying the catalyst carrier impregnated with the catalyst noble metal solution. This drying step may be a drying means used for drying the catalyst carrier during the production of a normal catalytic converter.
[0026]
In the catalyst noble metal loading method of the present invention, the catalyst noble metal solution is supplied from the water absorbent member into the inside of the catalyst carrier by pressing the water absorbent member that has absorbed the catalyst noble metal solution. In addition, the amount of catalyst noble metal catalyst solution supplied to the catalyst carrier can be changed by changing the pressing time for pressing the catalyst carrier and the amount of catalyst noble metal solution absorbed by the water absorbing member. Thus, a catalytic converter carrying a catalytic noble metal can be obtained. This does not require an excessive amount of catalytic noble metal and can reduce the supporting cost.
[0027]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
[0028]
(Example)
As an example of the present invention, a catalyst noble metal was supported on a catalyst carrier.
[0029]
Here, the catalyst noble metal was supported on the catalyst carrier by using the supporting device shown in FIG. 1 is an apparatus for impregnating a catalyst carrier with a catalyst noble metal solution using the catalyst noble metal loading method of the present invention, and a water absorption part having sponge rubber and a predetermined amount of catalyst noble metal solution in the water absorption part. It has a solution supply part to be supplied and a carrier holding part that holds the catalyst carrier and presses it against the water absorption part.
[0030]
The water-absorbing part has a concave recess having a diameter of 103 mm and a depth of 60 mm, and a sponge rubber having a diameter of 103 mm and a thickness of 10 mm is disposed at the bottom.
[0031]
The solution supply unit can measure a predetermined amount of the catalyst noble metal solution prepared in advance and supply it to the sponge rubber of the water absorption unit.
[0032]
Using the catalyst noble metal supporting device of this example, the catalyst carrier was contacted and impregnated with the catalyst noble metal solution. Here, the catalyst carrier is provided with a support layer of a refractory inorganic oxide powder such as activated alumina on a catalyst carrier body formed of cordierite of φ103 mm, axial length 130 mm, 400 cells / inch ^2. The catalyst support used was used. As the catalyst noble metal solution, a platinum p-salt nitric acid aqueous solution containing 2 g / l of Pt and a rhodium chloride solution containing 0.4 g / l of Rh were used.
[0033]
The contact and impregnation of the catalyst noble metal solution to the catalyst carrier is carried by the carrier holding unit after supplying 20 g of the catalyst noble metal solution from the solution supply unit to the sponge rubber of the water absorption unit and absorbing the catalyst noble metal solution into the sponge rubber. The catalyst support was pressed against sponge rubber at a pressure of 0.1 to 0.5 MPa for 10 to 50 seconds.
[0034]
(Evaluation)
The evaluation of the examples was made by observing the impregnation amount and the impregnation width in the supported catalyst carrier impregnated with the catalyst noble metal solution.
[0035]
(Observation of impregnation width)
The impregnation width of the supported catalyst carrier impregnated with the catalyst noble metal solution was observed with the supporting device of this example. This observation method was performed by dividing the supported catalyst carrier impregnated with the catalyst noble metal solution in half in the axial direction and measuring the supported length of the catalyst noble metal. In addition, since the catalyst noble metal solution itself has a brownish color, it can be easily observed.
[0036]
Further, as a comparison, by using a supporting device obtained by removing the sponge rubber of the water absorbing portion from the supporting device of the example, the catalyst noble metal solution was impregnated in the catalyst support by the same means as in the example, The impregnation width was observed.
[0037]
A sectional view of the supported catalyst carrier of the example is shown in FIG. From FIG. 2, the supported catalyst carrier of the example had a constant impregnation width of 20 mm in each cell. Further, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the supported catalyst carrier of the comparative example. As shown in FIG. 3, the cell provided on the outer peripheral direction side of the supported catalyst carrier has a long impregnation width, and the impregnation width of the cell opened to the center side is short, resulting in a large variation in the impregnation width. This variation was wide, with the maximum impregnation width being 25 mm and the shortest width being 8 mm.
[0038]
(Water absorption time and impregnation amount)
When the catalyst carrier was impregnated with the catalyst noble metal solution by the supporting device of the example, the relationship between the time for pressing the catalyst carrier against the sponge rubber (water absorption time) and the amount of the catalyst noble metal solution impregnated in the catalyst carrier was measured. This relationship was measured by measuring the amount of increase in the weight of the catalyst support for each water absorption time. The measurement results are shown in FIG.
[0039]
FIG. 4 shows that the amount of impregnation of the catalyst noble metal solution into the catalyst carrier increases as the water absorption time increases. Further, 20 g which is the supply amount of the catalyst noble metal solution to the sponge rubber in the water absorption part was impregnated in the catalyst support in 50 seconds.
[0040]
(Water absorption time and impregnation width)
When the catalyst carrier was impregnated with the catalyst noble metal solution by the supporting device of the example, the relationship between the time for pressing the catalyst carrier against the sponge rubber (water absorption time) and the impregnation width impregnated in the catalyst carrier was measured. This relationship was measured by measuring the impregnation width for each water absorption time. The measurement results are shown in FIG.
[0041]
FIG. 5 shows that the relationship between the water absorption time and the impregnation width is in a proportional relationship increasing in a linear function. Therefore, by adjusting the water absorption time, the impregnation width of the catalyst noble metal solution on the catalyst carrier can be adjusted, and as a result, the support width of the catalyst noble metal can be adjusted.
[0042]
(Catalyst noble metal solution amount and impregnation amount)
When the catalyst carrier was impregnated with the catalyst noble metal solution by the supporting device of the example, the relationship between the supply amount of the catalyst noble metal solution to the sponge rubber in the water absorption portion and the amount of the catalyst noble metal solution impregnated into the catalyst carrier was measured. The time for pressing the catalyst carrier against the sponge rubber (water absorption time) was constant for 50 seconds. The measurement results at this time are shown in FIG.
[0043]
From FIG. 6, the amount of catalyst noble metal solution coincided with the amount of impregnation (weight) impregnated in the catalyst support. For this reason, the carrying | support apparatus of a present Example can impregnate the whole supply amount to the sponge rubber of a catalyst noble metal solution. From this, the total amount of the catalyst noble metal dissolved in the catalyst noble metal solution can be supported on the catalyst carrier.
[0044]
(Catalyst noble metal solution amount and impregnation width)
The relationship between the supply amount of the catalyst noble metal solution to the sponge rubber in the water absorption portion and the impregnation width of the catalyst noble metal solution on the catalyst carrier when the catalyst carrier was impregnated with the catalyst noble metal solution by the supporting device of the example was measured. The time for pressing the catalyst carrier against the sponge rubber (water absorption time) was constant for 50 seconds. The measurement results at this time are shown in FIG.
[0045]
FIG. 7 shows that the amount of the catalyst noble metal solution and the impregnation width impregnated in the catalyst carrier are in a proportional relationship. For this reason, the carrying | support apparatus of a present Example can adjust the impregnation width | variety to a catalyst support | carrier by adjusting the supply amount to the sponge rubber of a catalyst noble metal solution. From this, the carrying width in which the catalyst noble metal dissolved in the catalyst noble metal solution is carried on the catalyst carrier can be adjusted to an arbitrary value.
[0046]
From the above observation results, it is possible to obtain a catalytic converter in which the support width and the support amount of the catalyst noble metal are freely set by using the support device using the catalyst noble metal support method of the present invention.
[0047]
(Production of catalytic converter)
Actually, a catalytic converter carrying a catalytic noble metal was produced using the method for carrying a catalytic noble metal of the present invention. Note that three types of noble metals Pt, Rh, and Pd were used as catalyst noble metals.
[0048]
In the production of the catalytic converter, a catalyst noble metal was supported on a catalyst carrier using the supporting device used in the above-described Examples. That is, the catalyst noble metal solution is supplied from the solution supply unit of the supporting device shown in FIG. 1 to the sponge rubber of the water absorption unit, and the catalyst carrier is pressed against the sponge rubber to contact and impregnate the catalyst noble metal solution. It was manufactured by drying. Note that the three types of noble metals of the catalyst were supported separately.
[0049]
Here, the catalyst carrier used was a monolithic catalyst carrier used in a normal automobile catalytic converter. This catalyst carrier was coated with a slurry obtained by mixing activated alumina in pure water on a catalyst carrier body made of cordierite having a diameter of 103 mm, an axial length of 130 mm, and 400 cells / inch ² at 250 to 350 ° C. It is a catalyst carrier produced by drying and subsequent firing at 500 to 700 ° C. The catalyst carrier was manufactured by a catalyst carrier manufacturing apparatus used in a conventional catalytic converter.
[0050]
As the catalyst noble metal solution, Pt was a 50 g / l platinum p-salt nitric acid aqueous solution, Rh was a 50 g / l rhodium chloride aqueous solution, and Pd was a 50 g / l palladium ammine nitrate aqueous solution.
[0051]
For supporting the catalyst noble metal on the catalyst carrier, first, the catalyst carrier was impregnated with an aqueous platinum solution using the carrier device shown in FIG. That is, 31.5 g of an aqueous platinum solution was supplied to the sponge rubber from the solution supply unit, and the end surface of one end of the catalyst carrier was pressed against the sponge rubber with a pressing force of 0.2 MPa for 50 seconds to impregnate the entire amount of the aqueous platinum solution. At this time, the impregnation width of the platinum aqueous solution was 110 mm. Thereafter, the catalyst carrier was dried to obtain a Pt-supported catalyst carrier.
[0052]
Subsequently, 31.5 g of an aqueous rhodium solution was supplied to the sponge rubber to absorb water. The sponge rubber was impregnated with the rhodium aqueous solution by pressing the end surface on which Pt of the Pt-supported catalyst carrier was supported with a pressing force of 0.2 MPa for 30 seconds. Here, the impregnation width of the rhodium aqueous solution was 110 mm, which coincided with the Pt carrying width. Thereafter, the Pt and Rh-supported catalyst support was dried.
[0053]
The other end surface of the dried Pt and Rh-supported catalyst carrier on which Pt and Rh are not supported is pressed against the sponge rubber of the water-absorbing part where 20 g of the palladium aqueous solution has absorbed water at a pressure of 0.2 MPa for 30 seconds. Impregnated. The impregnation width of the palladium aqueous solution at this time was 20 mm. Then, the drying process at 150-300 degreeC was performed, and the Pt, Rh, Pd carrying | support catalyst support was manufactured.
[0054]
Through the above catalytic noble metal supporting step, a catalytic converter with a high palladium content was manufactured. In the catalytic converter manufactured in this example, the catalyst noble metal supported on both ends of the catalyst carrier is a different kind of noble metal, so that a catalyst having different characteristics can be obtained in one catalyst carrier. Further, since the supporting width of each catalyst noble metal can be adjusted, the portion where the catalyst noble metal is not supported can be minimized. That is, a Pt and Rh carrying part is provided on one end side of the catalyst carrier, and a high Pd carrying part is provided on the other end side, and the range in which both catalytic noble metals are not supported can be reduced at the boundary between the two.
[0055]
In the catalytic converter manufactured in this embodiment, Pd and Rh are impregnated and supported, and then Pd is highly supported on one end face, thereby improving the ignitability when starting the engine.
[0056]
In addition, the catalytic converter manufactured in the present embodiment can adjust the support width of the catalyst noble metal by changing the sponge thickness and the supply amount to the sponge, so that it can extend from a part of the end surface to the entire catalyst carrier. it can.
[0057]
Further, as another form of the catalytic converter of this embodiment, Pt and Rh are supported on the entire catalyst support by ordinary impregnation support, and the support width of Pd is fixed by the catalyst noble metal support method of the present invention. A catalyst support was produced.
[0058]
In other words, Pt and Rh catalyst noble metal loading was carried out by adding 1.5 g of Pt and 0.4 g of Rh in warm water twice the volume of the catalyst carrier, and impregnating the catalyst carrier in this solution for 60 minutes. The necessary amount was supported on the whole by repeating the up and down movement to some extent. Thereafter, the Pt and Rh supported catalyst carrier was dried.
[0059]
Subsequently, Pd was supported on the Pt and Rh supported catalyst carrier using the supporting device shown in FIG. That is, in the supporting apparatus shown in FIG. 1, the whole amount of the palladium aqueous solution was impregnated by being pressed against the sponge rubber of the water absorbing part that absorbed 20 g of the palladium aqueous solution with a pressing force of 0.2 MPa for 30 seconds. The impregnation width of the palladium aqueous solution at this time was 20 mm. Then, the drying process at 150-300 degreeC was performed, and the Pt, Rh, Pd carrying | support catalyst support was manufactured.
[0060]
【The invention's effect】
In the catalyst noble metal loading method of the present invention, the catalyst noble metal solution is brought into contact with and impregnated with a predetermined amount of the catalyst noble metal solution, so that loss of expensive noble metal does not occur. Moreover, since the catalyst noble metal loading method of the present invention can carry the catalyst noble metal with a constant loading width (0 to the entire catalyst carrier), the exhaust gas purification ability is stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a configuration of a catalyst precious metal supporting device of an example.
FIG. 2 is a view showing a cross section of a catalyst carrier impregnated with a catalyst noble metal solution in Examples.
FIG. 3 is a view showing a cross section of a catalyst carrier impregnated with a catalyst noble metal solution of a comparative example.
FIG. 4 is a graph showing the water absorption time and the amount of impregnation of the catalyst noble metal solution into the catalyst carrier.
FIG. 5 is a diagram showing the water absorption time and the impregnation width of the catalyst noble metal solution into the catalyst carrier.
FIG. 6 is a diagram showing a supply amount of a catalyst noble metal solution and an impregnation amount to a catalyst carrier.
FIG. 7 is a diagram showing a supply amount of a catalyst noble metal solution and a width of impregnation into a catalyst carrier.

Claims

A catalyst noble metal loading method for loading a catalyst noble metal on a catalyst carrier by contacting and impregnating the catalyst noble metal solution with a catalyst carrier having a plurality of tubular passages in the axial direction.
A method for supporting a catalyst noble metal, wherein the catalyst noble metal solution is brought into contact with the surface of the catalyst carrier by pressing an end face of the catalyst carrier against a water absorbent member holding the catalyst noble metal solution.

The method for supporting a catalyst noble metal according to claim 1, wherein the water absorbing member has an opening that coincides with an end surface of the catalyst carrier, and is held by a holding portion that is sectioned in a concave shape.

2. The catalyst noble metal loading method according to claim 1, wherein the water absorbing member is an elastic member capable of reversibly absorbing and draining the catalyst noble metal solution.

The method for supporting a catalyst noble metal according to claim 1, further comprising a catalyst noble metal solution supply means for supplying a predetermined amount of the catalyst noble metal solution to the water absorbing member.