JP5545167B2 - Catalyst material and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンのパティキュレートの燃焼を促進させるために用いられる触媒材料およびその製造方法に用いて好適である。 The present invention is suitable for use in the catalytic material and a manufacturing method thereof used to promote the burning of particulates de I over diesel engines.
従来、ディーゼルエンジンのパティキュレート(PM)に含まれる炭素の燃焼を促進させる触媒材料として、アルミナと銀とを層状構造としたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の触媒材料によれば、300℃〜400℃といった従来よりも低温で炭素の燃焼を開始させることができる。
Conventionally, as a catalyst material for accelerating the combustion of carbon contained in particulates (PM) of diesel engines, a layered structure of alumina and silver has been proposed (for example, see Patent Document 1). According to the catalyst material described in
ところで、触媒材料のPM燃焼性能は活性点の数によって左右されるが、活性点数は触媒量が同じであれば触媒表面積に依存する。 By the way, the PM combustion performance of the catalyst material depends on the number of active points, but the number of active points depends on the catalyst surface area if the catalyst amount is the same.
ここで、上記特許文献1に記載の触媒材料では、金属銀および銀ベータアルミナ部分が活性点となる。しかしながら、当該触媒材料は、アルミナと銀とが層状構造をなしているので、金属銀および銀ベータアルミナ部分の表面積が小さく、すなわち活性点が限られている。このため、要求される触媒性能を発揮させるためには、高価な銀が相当量必要となり、製造コストが増加するという問題がある。
Here, in the catalyst material described in
また、一般に、触媒材料の活性点にディーゼルエンジンから排出される難燃性のアッシュ成分が堆積すると、パティキュレートマター(PM)燃焼性能を発揮できなくなるという問題もある。 Further, generally, when a flame retardant ash component discharged from a diesel engine is deposited on an active point of a catalyst material, there is a problem that particulate matter (PM) combustion performance cannot be exhibited.
本発明は上記点に鑑みて、活性な表面積を拡大することができる触媒材料およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the catalyst material which can expand an active surface area, and its manufacturing method in view of the said point.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、アルミナと銀とが交互に積層された層状構造体と、銀が分散された硫酸カルシウムとを有し、層状構造体と、銀が分散された硫酸カルシウムとが接触していることを特徴としている。
To achieve the above object, according to the invention of
これによれば、詳細は不明であるが、例えば内燃機関の排気中に含まれる酸素が層状構造体の金属銀および銀ベータアルミナ部分に付着すると活性酸素(O2−)に変化するが、この活性酸素が銀を含有した硫酸カルシウム中を伝播し、硫酸カルシウム表面上の炭素と反応して二酸化炭素になる、すなわち炭素を燃焼させることができると考えられる。このとき、硫酸カルシウム部分を活性面とすることができるので、活性な表面積を拡大することが可能となる。 According to this, although details are unknown, for example, when oxygen contained in the exhaust gas of an internal combustion engine adheres to the metallic silver and silver beta alumina portions of the layered structure, it changes to active oxygen (O2-). It is thought that oxygen propagates in the calcium sulfate containing silver and reacts with the carbon on the calcium sulfate surface to become carbon dioxide, that is, the carbon can be burned. At this time, since the calcium sulfate portion can be an active surface, the active surface area can be increased.
また、請求項1に記載の触媒材料は、ディーゼルエンジンのパティキュレートを燃焼するために用いられる。 The catalyst material according to 請 Motomeko 1, Ru is used for burning particulates of a diesel engine.
この場合、ディーゼルエンジンから排出される難燃性のアッシュにより触媒性能が低下することが懸念されるが、アッシュ成分の主成分が硫酸カルシウムであるため、アッシュ成分が層状構造体の金属銀および銀ベータアルミナ部分に付着して活性面を被覆しても、加熱処理工程によりアッシュ(硫酸カルシウム)中に銀を分散できるため、結果として、銀が分散された硫酸カルシウムが層状構造体に接触した状態と同様の形態となり、金属銀および銀ベータアルミナ部分、または銀が分散した硫酸カルシウム部分を活性面としてパティキュレートを燃焼することができる。 In this case, there is a concern that the catalyst performance may be degraded by the flame-retardant ash discharged from the diesel engine, but since the main component of the ash component is calcium sulfate, the ash component is a layered structure of metallic silver and silver. Even if it adheres to the beta alumina part and covers the active surface, silver can be dispersed in ash (calcium sulfate) by the heat treatment process. As a result, the calcium sulfate in which silver is dispersed is in contact with the layered structure. The particulates can be burned with the active surface of the metallic silver and the silver beta alumina portion or the calcium sulfate portion in which silver is dispersed.
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の触媒材料において、硫酸カルシウム中の銀の含有量が、0.1wt%以上であることを特徴としている。このように、硫酸カルシウム中の銀の含有量を0.1wt%以上とすることで、触媒としての性能を充分に発揮させることができる。
Further, in the invention according to
また、請求項3に記載の発明では、ディーゼルエンジンのパティキュレートを燃焼するために用いられる触媒材料であって、アルミナと銀とが交互に積層された層状構造体と、銀が分散された硫酸カルシウムとを有するとともに、層状構造体と、銀が分散された硫酸カルシウムとが接触している触媒材料を製造する方法であって、層状構造体と硫酸カルシウムとを混合する混合工程と、混合された層状構造体と硫酸カルシウムとを加熱処理することにより、銀を硫酸カルシウム中に拡散させる加熱処理工程とを備えることを特徴としている。
The invention according to
これによれば、加熱処理工程において、層状構造体に含まれていた銀を硫酸カルシウム中に分散させることができるので、混合工程において別途銀を加える必要がなくなる。したがって、層状構造体と、銀が分散された硫酸カルシウムとを有する触媒材料を容易に製造することが可能となる。 According to this, since silver contained in the layered structure can be dispersed in calcium sulfate in the heat treatment step, it is not necessary to add silver separately in the mixing step. Therefore, it becomes possible to easily produce a catalyst material having a layered structure and calcium sulfate in which silver is dispersed.
また、請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の触媒材料の製造方法において、加熱処理の温度は、600℃以上、1000℃以下であることを特徴としている。このように、加熱処理温度を1000℃以下とすることで層状構造体の構造を維持しつつ、加熱処理温度を600℃以上とすることで硫酸カルシウム中に銀を充分に拡散させることが可能となる。
The invention according to
また、請求項5に記載の発明では、請求項1に記載の触媒材料の製造方法であって、層状構造体、銀および硫酸カルシウムを混合する混合工程を備えることを特徴としている。
The invention according to
これによれば、混合工程において、硫酸カルシウム中に銀を分散することができるので、請求項1の触媒材料を適切に製造することが可能な製造方法を提供し得る。
According to this, in the mixing step, it is possible to disperse the silver in the calcium sulfate may provide a manufacturing method capable of properly producing a catalyst material according to
本発明の一実施形態について図1〜図4に基づいて説明する。本実施形態の触媒材料は、ディーゼルエンジンのパティキュレート(PM)に含まれる炭素の燃焼を促進させるために用いられる。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The catalyst material of this embodiment is used to promote the combustion of carbon contained in the particulate (PM) of the diesel engine.
図1は本実施形態に係る触媒材料の模式的な構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態の触媒材料は、アルミナ(Al2O3)1と銀2とが交互に積層された層状構造体(以下、層状銀アルミナ触媒3という)と、銀4が分散された硫酸カルシウム(CaSO4)5とを有して構成されている。より詳細には、触媒材料は、層状銀アルミナ触媒3が、銀4が分散された硫酸カルシウム5により覆われた構成になっている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a catalyst material according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the catalyst material of the present embodiment has a layered structure in which alumina (Al 2 O 3) 1 and
ここで、層状銀アルミナ触媒3は、アルミナ1と銀2とが層状構造をなすものであって、本実施形態では、アルミナ1として当該アルミナ自身にも銀が入り込んだAg−ベータアルミナを採用し、銀2として金属銀を採用している。
Here, the layered
また、本実施形態の触媒材料は、担体(図示せず)に担持されている。ここで、担体の材質としては、アルミナ、シリカ(SiO2)、コージェライト(Mg2Al3(AlSi5O18))、炭化ケイ素(SiC)等のセラミックスを採用することができる。また、担体としては、ハニカム構造体、ボール型、DPF(ディーゼル微粒子捕集フィルター)、ペレット等を採用することができる。 Moreover, the catalyst material of this embodiment is carry | supported by the support | carrier (not shown). Here, ceramics such as alumina, silica (SiO 2 ), cordierite (Mg 2 Al 3 (AlSi 5 O 18 )), silicon carbide (SiC), etc. can be used as the material of the carrier. Further, as the carrier, a honeycomb structure, a ball type, a DPF (diesel particulate collection filter), a pellet, or the like can be adopted.
次に、本実施形態の触媒材料の作用について述べる。図2は本実施形態に係る触媒材料の作用を説明するための模式図である。 Next, the operation of the catalyst material of this embodiment will be described. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the catalyst material according to the present embodiment.
車両の内燃機関の排気中には酸素が含まれている。詳細は不明であるが、排気中の酸素が層状銀アルミナ触媒3の金属銀および銀ベータアルミナ部分2に付着すると、活性酸素(O2 −)に変化し、この活性酸素が、銀4を含有した硫酸カルシウム5中を伝播し、硫酸カルシウム5表面上のPM(炭素)と反応して二酸化炭素になる、すなわちPMに含まれる炭素を燃焼させることができると考えられる。
The exhaust gas from the internal combustion engine of the vehicle contains oxygen. Although details are unknown, when oxygen in the exhaust adheres to the metallic silver and silver
このとき、硫酸カルシウム5は、銀4が分散できる部分、更には活性酸素を伝播する部分を提供する役割を果たしており、結果として、層状銀アルミナ触媒の金属銀および銀ベータアルミナ部分のみならず、層状銀アルミナ触媒と接触した銀分散硫酸カルシウム部分も、炭素の燃焼可能領域として活用できるようになる。したがって、層状銀アルミナ触媒に銀が分散した硫酸カルシウムを接触させた状態を1つの新たな触媒体と見なすことができ、接触した炭素を燃焼できる有効領域が、これまでの金属銀および銀ベータアルミナ部分に加えて、銀が分散された硫酸カルシウム領域にも拡大できることになり、活性な表面積を拡大することが可能となる。これにより、触媒としての性能を確保しつつ、表面積が増えた分、要求される触媒性能を発揮させるための銀使用量の追加を不要とでき、結果、銀の使用量を低減することが可能となる。
At this time, the
なお、層状銀アルミナ触媒3を触媒として利用した場合に、硫酸カルシウムを主成分とするアッシュが堆積し、層状銀アルミナ触媒3の活性点が埋没したときでも、加熱処理を行うことにより、層状銀アルミナ触媒3に含まれる銀を硫酸カルシウム中に分散することができる。これにより、活性な表面積を拡大、および活性酸素が伝播することができるので、触媒にアッシュが堆積したとしても、PM燃焼性能を発揮することが可能となる。
In addition, when the layered
次に、本実施形態の排気浄化用触媒の製造方法について述べる。まず、層状銀アルミナ触媒と硫酸カルシウムとを混合する(混合工程)。続いて、混合された層状銀アルミナ触媒と硫酸カルシウムとを加熱処理する(加熱処理工程)。これにより、層状銀アルミナ触媒に含まれる銀を硫酸カルシウム中に分散(拡散)させることができる。 Next, a method for manufacturing the exhaust purification catalyst of the present embodiment will be described. First, a layered silver alumina catalyst and calcium sulfate are mixed (mixing step). Subsequently, the mixed layered silver alumina catalyst and calcium sulfate are heat-treated (heat treatment step). Thereby, silver contained in the layered silver alumina catalyst can be dispersed (diffused) in calcium sulfate.
この製造方法によれば、加熱処理工程において、層状銀アルミナ触媒に含まれていた銀を硫酸カルシウム中に分散させることができるので、混合工程において別途銀を加える必要がなくなる。したがって、本実施形態の触媒材料を容易に製造することができる。 According to this manufacturing method, since silver contained in the layered silver alumina catalyst can be dispersed in calcium sulfate in the heat treatment step, it is not necessary to add silver separately in the mixing step. Therefore, the catalyst material of this embodiment can be manufactured easily.
本実施形態では、硫酸カルシウム中の銀の含有量を、0.1wt%以上としている。これは、本発明者の実験によると、硫酸カルシウム中の銀の含有量を0.1wt%より少なくすると、触媒としての性能を充分に発揮できないことがわかったからである。 In the present embodiment, the silver content in the calcium sulfate is 0.1 wt% or more. This is because, according to the experiments of the present inventors, it has been found that if the silver content in calcium sulfate is less than 0.1 wt%, the performance as a catalyst cannot be exhibited sufficiently.
また、本実施形態では、上記加熱処理工程における加熱処理の温度は、600℃以上、1000℃以下としている。これは、後述する図3に示すように、加熱処理温度を600℃より低くすると、硫酸カルシウム中に銀を充分に拡散させることができないからである。一方、本発明者の実験によると、加熱処理温度を1100℃より高くした場合、層状銀アルミナ触媒の構造が維持できなくなることがわかったからである。 In the present embodiment, the temperature of the heat treatment in the heat treatment step is 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. This is because, as shown in FIG. 3 to be described later, when the heat treatment temperature is lower than 600 ° C., silver cannot be sufficiently diffused in calcium sulfate. On the other hand, according to experiments by the present inventors, it has been found that when the heat treatment temperature is higher than 1100 ° C., the structure of the layered silver alumina catalyst cannot be maintained.
ここで、層状銀アルミナ触媒中の銀が硫酸カルシウム中へ拡散することにより、層状銀アルミナ触媒自身の性能低下が懸念されるが、本発明者の実験によると、銀の拡散量は長時間加熱処理においても約1%以下と微量であり、性能への影響はほとんど見られないことがわかった。 Here, although the silver in the layered silver alumina catalyst diffuses into calcium sulfate, there is a concern that the performance of the layered silver alumina catalyst itself may be deteriorated, but according to the experiments of the present inventors, the diffusion amount of silver is heated for a long time. It was found that the amount of the treatment was as small as about 1% or less, and the influence on the performance was hardly seen.
次に、限定するものではないが、上記実施形態の排気浄化用触媒およびその製造方法について、以下の各実施例を参照して、より具体的に説明する。 Next, although not limited thereto, the exhaust purification catalyst and the manufacturing method thereof according to the above embodiment will be described more specifically with reference to the following examples.
(実施例1)
実施例1では、遷移アルミナと酸化銀あるいは酢酸銀との混合物を、酢酸が存在する環境にて150℃以上で水熱処理を行い、遷移アルミナと銀イオンとを反応させることにより、Ag−ベータアルミナよりなる層と銀よりなる層とが積層されてなる積層体としての触媒を形成した。この触媒材料は、後述の実施例2(図4参照)の銀アルミナボール触媒と同様に、400℃付近の低温から炭素微粉末を燃焼させることができるものである。
Example 1
In Example 1, a mixture of transition alumina and silver oxide or silver acetate is subjected to hydrothermal treatment at 150 ° C. or higher in an environment where acetic acid is present, and the transition alumina and silver ions are reacted to produce Ag-beta alumina. The catalyst as a laminated body formed by laminating a layer made of silver and a layer made of silver was formed. This catalyst material is capable of burning fine carbon powder from a low temperature around 400 ° C., similarly to the silver alumina ball catalyst of Example 2 (see FIG. 4) described later.
本実施形態では、酸化銀とアルミナとのモル比は、酸化銀を1としたときアルミナを1以上とし、酸化銀と酢酸とのモル比は、酸化銀を1としたとき酢酸を1以上とする。この際、ある程度酢酸が多い方が分散性は高くなるが、酢酸が多すぎると銀が層状となったアルミナ層間に入らなくなる。具体的には、Al2O3を10.0g、Ag2Oを23.0g、酢酸を12.0g用意し、これらをイオン交換水1000mlに分散させた。 In the present embodiment, the molar ratio of silver oxide to alumina is 1 or more when silver oxide is 1, and the molar ratio of silver oxide to acetic acid is 1 or more when silver oxide is 1. To do. At this time, the dispersibility becomes higher as the amount of acetic acid is increased to some extent, but if the amount of acetic acid is too large, silver cannot enter the layered alumina layer. Specifically, 10.0 g of Al 2 O 3 , 23.0 g of Ag 2 O, and 12.0 g of acetic acid were prepared and dispersed in 1000 ml of ion-exchanged water.
次に、この分散液を、テフロン(登録商標)製の内容器を備えた圧力容器中に封入した。そして、185℃で24時間、水熱処理することで積層構造よりなる層状銀アルミナ触媒のゾルが得られた。 Next, this dispersion was sealed in a pressure vessel equipped with an inner vessel made of Teflon (registered trademark). Then, a layered silver alumina catalyst sol having a laminated structure was obtained by hydrothermal treatment at 185 ° C. for 24 hours.
このようにして得られた層状銀アルミナ触媒のゾルは乾燥、焼成して触媒粉末として得ることも可能である。また、担体等へ塗布する際にはゾル状態のまま利用することができる。 The sol of the layered silver alumina catalyst thus obtained can be dried and calcined to obtain a catalyst powder. Moreover, when apply | coating to a support | carrier etc., it can utilize with a sol state.
層状銀アルミナ触媒は、例えばディップコート等によりセラミックスハニカム構造体等の担体に担持させて用いることができる。セラミックスハニカム構造体は、例えば外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に少なくとも部分的に両端面に貫通してなる複数のセルとを有する。 The layered silver alumina catalyst can be used by being supported on a carrier such as a ceramic honeycomb structure by dip coating or the like. The ceramic honeycomb structure includes, for example, an outer peripheral wall, partition walls provided in a honeycomb shape inside the outer peripheral wall, and a plurality of cells partitioned by the partition walls and penetrating at least partially at both end faces. Have.
ここで、セルが両端面に貫通しているとは、当該セルがセラミックスハニカム構造体の両端部にて開口し、当該両端部間を貫通する孔としてセルが構成されていることである。そして、複数のセルのすべてが当該構造体の両端面にて開口していてもよい。また、複数のセルのうち一部のセルについては、当該両端面の部分が栓材等により閉塞されていてもよい。 Here, the cell penetrating through both end faces means that the cell is opened at both end portions of the ceramic honeycomb structure, and the cell is configured as a hole penetrating between the both end portions. All of the plurality of cells may be open at both end faces of the structure. Moreover, about the one part cell among several cells, the part of the said both end surfaces may be obstruct | occluded with the plug material etc.
本実施例のセラミックスハニカム構造体においては、排気の入口側となる上流側端面及び排気の出口側となる下流側端面に位置するセルの端部は、栓部が配置された部分と配置されていない部分とをそれぞれ交互に有している。また、隔壁には多数の空孔が形成され、排気が通過できるようになっている。 In the ceramic honeycomb structure of the present example, the end of the cell located on the upstream end surface serving as the exhaust inlet side and the downstream end surface serving as the exhaust outlet side is disposed with the portion where the plug portion is disposed. And non-existing portions alternately. In addition, a large number of holes are formed in the partition wall so that exhaust can pass through.
また、本実施例のセラミックスハニカム構造体の全体サイズは、直径30mm、長さ50mmであり、セルサイズは、セル厚さ0.3mm、セルピッチ1.47mmである。また、セラミックスハニカム構造体はコージェライトからなり、そのセルは、断面が四角形状のものを採用した。セルは、その他にも例えば、三角形、六角形等の様々な断面形状を採用することができる。 The overall size of the ceramic honeycomb structure of this example is 30 mm in diameter and 50 mm in length, and the cell size is 0.3 mm in cell thickness and 1.47 mm in cell pitch. Further, the ceramic honeycomb structure was made of cordierite, and the cell had a quadrangular cross section. In addition, various cross-sectional shapes, such as a triangle and a hexagon, can be employ | adopted for a cell.
そして、層状銀アルミナ触媒は、このセラミックスハニカム構造体におけるセルの内面として、上記隔壁に担持される。このような本実施例のハニカム構造体においては、銀が分散された層状アルミナを触媒材料としているため、低温で煤の燃焼が可能となる。また、層状銀アルミナ触媒は、焼成温度は銀の融点である962℃付近で焼成した場合に初期性能、耐久性に優れた触媒となる。 The layered silver alumina catalyst is supported on the partition walls as the inner surface of the cell in the ceramic honeycomb structure. In such a honeycomb structure of the present embodiment, layered alumina in which silver is dispersed is used as a catalyst material, so that soot can be burned at a low temperature. The layered silver alumina catalyst becomes a catalyst excellent in initial performance and durability when fired at a firing temperature of around 962 ° C., which is the melting point of silver.
続いて、上述した層状銀アルミナ触媒の周囲に硫酸カルシウムを被覆する方法を述べる。 Subsequently, a method for coating calcium sulfate around the above-described layered silver alumina catalyst will be described.
上記層状銀アルミナ触媒のゾルと硫酸カルシウムとの混合スラリーを作製した。この触媒分散液中にセラミックスハニカム構造体を浸漬させた後、乾燥させた。さらに浸漬と乾燥を繰り返すことにより、層状銀アルミナ触媒と硫酸カルシウムの混合触媒材料をセラミックスハニカム構造体に担持させた。その後、900℃で1時間焼成し、硫酸カルシウム中に銀を拡散させた。このようにして、本実施例のセラミックスハニカム構造体の内面、すなわち隔壁に銀含有硫酸カルシウム被覆銀アルミナ触媒が担持されたセラミックスハニカム構造体を得た。このセラミックスハニカム構造体を用いることにより、上記層状銀アルミナ触媒の優れた特徴を生かして、低温で煤を燃焼させることが可能となる。 A mixed slurry of the layered silver alumina catalyst sol and calcium sulfate was prepared. The ceramic honeycomb structure was immersed in the catalyst dispersion and then dried. Further, by repeating immersion and drying, a mixed catalyst material of a layered silver alumina catalyst and calcium sulfate was supported on the ceramic honeycomb structure. Then, it baked at 900 degreeC for 1 hour, and diffused silver in calcium sulfate. In this manner, a ceramic honeycomb structure in which the silver-containing calcium sulfate-coated silver alumina catalyst was supported on the inner surface of the ceramic honeycomb structure of the present example, that is, the partition walls, was obtained. By using this ceramic honeycomb structure, it is possible to burn soot at a low temperature by taking advantage of the excellent characteristics of the layered silver alumina catalyst.
(実施例2)
本実施例2では、担体としてα−アルミナボールを用い、このα−アルミナボールの表面に触媒材料を担持した。以下、本実施例2に係る排気浄化用触媒の製造方法について述べる。
(Example 2)
In Example 2, α-alumina balls were used as the carrier, and a catalyst material was supported on the surface of the α-alumina balls. Hereinafter, a method for manufacturing the exhaust purification catalyst according to the second embodiment will be described.
まず、担体として直径2mmのα−アルミナボールを100g、銀を含む材料として酸化銀を1.16g、酢酸を1.2g用意し、これらに約35mlの蒸留水を加えて混合した。そして、この混合液を圧力容器に封入して、185℃で24時間、水熱処理を行った後、圧力容器から取り出し、表面に付着している酢酸銀を純水にて3回洗浄を行なった。その後、80℃で3時間乾燥させ、1000℃で4時間焼成した。 First, 100 g of α-alumina balls having a diameter of 2 mm were prepared as a carrier, 1.16 g of silver oxide and 1.2 g of acetic acid were prepared as a material containing silver, and about 35 ml of distilled water was added thereto and mixed. The mixture was sealed in a pressure vessel, hydrothermally treated at 185 ° C. for 24 hours, then removed from the pressure vessel, and the silver acetate adhering to the surface was washed with pure water three times. . Then, it was dried at 80 ° C. for 3 hours and baked at 1000 ° C. for 4 hours.
これにより、担体としてのα−アルミナボールの表面に、層状銀アルミナ触媒が形成されてなる銀アルミナボール触媒(以下、触媒Aともいう)が得られた。 As a result, a silver alumina ball catalyst (hereinafter also referred to as catalyst A) in which a layered silver alumina catalyst was formed on the surface of an α-alumina ball as a carrier was obtained.
続いて、上記の銀アルミナボール触媒の周囲に硫酸カルシウムを被覆する方法を述べる。硫酸カルシウムとしては、市販のものを用いてもよいし、実際の排気中に含まれる主成分が硫酸カルシウムのアッシュ成分を用いてもよい。 Next, a method for coating calcium sulfate around the silver alumina ball catalyst will be described. As calcium sulfate, a commercially available product may be used, or an ash component in which the main component contained in actual exhaust is calcium sulfate may be used.
まず、銀アルミナボール触媒0.5gと、硫酸カルシウム粉末0.05gを30ccスクリュー管に入れ、回転造粒機(アズワン株式会社製、型式:PZ−01R)にて25rpmで3分間処理し、硫酸カルシウム被覆銀アルミナボール触媒を得た。 First, 0.5 g of silver alumina ball catalyst and 0.05 g of calcium sulfate powder were placed in a 30 cc screw tube, and treated with a rotary granulator (manufactured by ASONE Corporation, model: PZ-01R) at 25 rpm for 3 minutes. A calcium-coated silver alumina ball catalyst was obtained.
次に、硫酸カルシウム被覆銀アルミナボール触媒を600℃で1時間、大気中で焼成し、硫酸カルシウム中に銀を拡散させた銀含有硫酸カルシウム被覆銀アルミナボール触媒(以下、触媒Bともいう)を得た。 Next, a silver-containing calcium sulfate-coated silver alumina ball catalyst (hereinafter also referred to as catalyst B) in which a calcium sulfate-coated silver alumina ball catalyst is calcined at 600 ° C. for 1 hour in the air and silver is diffused into the calcium sulfate. Obtained.
図3はエネルギー分散型蛍光エックス線分析装置(株式会社島津製作所製、型式:EDX−800HS)により硫酸カルシウム中の銀の存在量を測定した結果である。図3より、600℃以上の温度での焼成により硫酸カルシウム中に銀が拡散していることが確認された。これにより、銀が拡散された硫酸カルシウム部分も触媒化、すなわちPMに含まれる炭素を燃焼させる触媒としての機能を発揮させることができる。 FIG. 3 shows the result of measuring the abundance of silver in calcium sulfate by an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, model: EDX-800HS). From FIG. 3, it was confirmed that silver was diffused in calcium sulfate by firing at a temperature of 600 ° C. or higher. As a result, the calcium sulfate portion into which silver has been diffused can also be catalyzed, that is, exhibit a function as a catalyst for burning carbon contained in PM.
このように、銀アルミナボール触媒の表面を、銀が拡散された硫酸カルシウムで覆うことにより、銀アルミナボール触媒のみでは限りのあった表面積や態様を、硫酸カルシウムの採り得る限りの様々な様態を採用することができる。具体的には、例えば硫酸カルシウムの表面に凹凸状の突起を設けること等により、触媒の表面積を拡大することができる。また、例えば触媒を担持させたい部位が特殊な形状をしていたとしても、当該部位の形状に合わせて硫酸カルシウムの形状を変化させることで、当該部位に触媒を担持させることができる。 In this way, by covering the surface of the silver alumina ball catalyst with calcium sulfate in which silver is diffused, the surface area and mode that were limited only by the silver alumina ball catalyst can be changed to various modes as long as calcium sulfate can be taken. Can be adopted. Specifically, for example, the surface area of the catalyst can be increased by providing uneven projections on the surface of calcium sulfate. Further, for example, even if a part where the catalyst is to be supported has a special shape, the catalyst can be supported on the part by changing the shape of calcium sulfate according to the shape of the part.
(比較例)
上記実施例2に対して、銀アルミナボール触媒表面に硫酸カルシウムを被覆した後、焼成工程を行なわず、硫酸カルシウム中に銀が存在していない未焼成硫酸カルシウム被覆銀アルミナボール触媒(以下、触媒Cともいう)を作製した。
(Comparative example)
In contrast to Example 2, the surface of the silver alumina ball catalyst was coated with calcium sulfate, and then the calcination step was not performed, and the uncalcined calcium sulfate-coated silver alumina ball catalyst (hereinafter referred to as catalyst) in which no silver was present in the calcium sulfate. (Also referred to as C).
(煤燃焼性能評価)
上記実施例2および比較例で作製した触媒A、B、Cについて、排ガス浄化用触媒としての特性の評価、すなわち煤燃焼性能の評価を行った。この評価は、各触媒を炭素微粉と共に加熱したときの炭素微粉の重量変化と熱収支とを、示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、型式:EXSTAR TG/DTA6000)により測定することによって行った。
(Smoke burning performance evaluation)
With respect to the catalysts A, B, and C produced in Example 2 and the comparative example, the characteristics as the exhaust gas purifying catalyst were evaluated, that is, the soot combustion performance was evaluated. In this evaluation, the weight change and heat balance of the carbon fine powder when each catalyst is heated together with the carbon fine powder are measured by a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement device (manufactured by SII Nanotechnology, Inc., model: EXSTAR TG / DTA6000). This was done by measuring.
まず、燃焼させる炭素微粉として、ディーゼルエンジンより採集した煤を用い、この煤を以下の方法で、各触媒の表面に被覆し、評価用のサンプルを作製した。
すなわち、まず、触媒A、B、Cの各々において、触媒に対する煤の重量比が1となるように調整した。具体的には、触媒Bを6個(約0.15g)に対して煤約1mgを30ccスクリュー管に入れ、回転造粒機(アズワン株式会社製、型式:PZ−01R)にて25rpm、3分間処理し、触媒Bの表面に煤を被覆した。触媒A、Cについても同様にして煤を表面に被覆した。
First, as a carbon fine powder to be burned, soot collected from a diesel engine was used, and this soot was coated on the surface of each catalyst by the following method to prepare a sample for evaluation.
That is, first, in each of the catalysts A, B, and C, the weight ratio of soot to the catalyst was adjusted to 1. Specifically, about 1 mg of the catalyst B per 6 pieces (about 0.15 g) is put in a 30 cc screw tube, and at 25 rpm, 3 times with a rotary granulator (manufactured by ASONE Corporation, model: PZ-01R). The surface of the catalyst B was coated with soot. For the catalysts A and C, soot was coated on the surface in the same manner.
次に、煤を被覆した各触媒A、B、Cを上述した示差熱熱重量同時測定装置にセットし、10体積%のO2ガスと90体積%のN2ガスとからなる混合ガスを、100ml/minで各触媒A、B、Cにフローさせながら、昇温速度10℃/minで加熱した。 Next, each catalyst A, B, C coated with soot is set in the above-mentioned differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement apparatus, and a mixed gas composed of 10% by volume of O 2 gas and 90% by volume of N 2 gas, While flowing through each of the catalysts A, B, and C at 100 ml / min, heating was performed at a heating rate of 10 ° C./min.
その結果を図4に示す。図4は、各触媒A、B、Cについての重量変化と加熱温度との関係を示す特性図である。図4において、重量変化は燃焼速度[mg/秒]として示してある。 The result is shown in FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the change in weight and the heating temperature for each of the catalysts A, B, and C. In FIG. 4, the weight change is shown as the burning rate [mg / sec].
図4に示される触媒A(銀アルミナボール触媒)のデータからわかるように、400℃付近から炭素の燃焼が始まり、550℃付近に燃焼のピークがある。 また、触媒C(未焼成硫酸カルシウム被覆銀アルミナボール触媒)では、立ち上がり温度が500℃以上と触媒Aに比べると高く、燃焼のピークも650℃と高温にならないと炭素微粉末が燃焼しなかった。これらの結果より、触媒Cにおいては、硫酸カルシウムが触媒として機能していないことがわかる。 As can be seen from the data of catalyst A (silver alumina ball catalyst) shown in FIG. 4, carbon combustion starts from around 400 ° C., and there is a combustion peak around 550 ° C. Further, in the catalyst C (uncalcined calcium sulfate-coated silver alumina ball catalyst), the rising temperature was 500 ° C. or higher, which was higher than that of the catalyst A, and the carbon fine powder did not burn unless the combustion peak was not as high as 650 ° C. . From these results, it can be seen that in the catalyst C, calcium sulfate does not function as a catalyst.
これに対し、触媒B(銀含有硫酸カルシウム被覆銀アルミナボール触媒)では触媒Aとほぼ同等の性能を発揮できることがわかる。この詳細は不明であるが、マクロ的には全く同じ組成ながら、このような差異が出るのは、硫酸カルシウムと層状銀アルミナ触媒を混合し、焼成したことで、不活性な硫酸カルシウム中に銀が拡散して存在するようになり、それにより、層状銀アルミナボール触媒の触媒効果が、銀が拡散した硫酸カルシウム内を伝播し、銀が拡散した硫酸カルシウム部分でも触媒としての機能を発揮するようになったことによると考えられる。 On the other hand, it can be seen that catalyst B (silver-containing calcium sulfate-coated silver alumina ball catalyst) can exhibit almost the same performance as catalyst A. Although the details are unknown, this difference appears in the same macroscopic composition, but the difference is that calcium sulfate and layered silver-alumina catalyst are mixed and calcined. As a result, the catalytic effect of the layered silver alumina ball catalyst propagates through the calcium sulfate in which silver has diffused, and the calcium sulfate portion in which silver has diffused also exerts its function as a catalyst. This is thought to be due to the fact that
(他の実施形態)
上記実施形態では、触媒材料の製造方法として、層状銀アルミナ触媒と硫酸カルシウムとを混合した後、混合された層状銀アルミナ触媒と硫酸カルシウムとを加熱処理することで、銀を硫酸カルシウム中に拡散させた例について説明したが、これに限らず、銀および硫酸カルシウムを混合することにより(混合工程)、硫酸カルシウム中に銀を分散させてもよい。その後、層状銀アルミナ触媒と混合または接触させれば触媒としての機能を発揮できるようになる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, as a method for producing the catalyst material, after mixing the layered silver alumina catalyst and calcium sulfate, the mixed layered silver alumina catalyst and calcium sulfate are heat-treated to diffuse silver into the calcium sulfate. However, the present invention is not limited thereto, and silver and calcium sulfate may be mixed (mixing step) to disperse silver in calcium sulfate. After that, when mixed or contacted with the layered silver alumina catalyst, the function as a catalyst can be exhibited.
また、上記実施例2では、担体として、全体がα−アルミナからなるα−アルミナボールを用いた例について説明したが、これに限らず、担体のうち触媒材料が担持される表面部分がα−アルミナであればよく、内部は別の材料よりなるものであってもよい。具体的には、担体としては、コージェライトなどのα−アルミナとは異なる材料よりなる芯材の表面に、α−アルミナを塗布・溶射などによってコーティングしたものであってもよい。 In the second embodiment, an example in which an α-alumina ball made entirely of α-alumina is used as the carrier has been described. However, the present invention is not limited to this, and the surface portion of the carrier on which the catalyst material is carried is α-. Any alumina may be used, and the inside may be made of another material. Specifically, the carrier may be one obtained by coating α-alumina on the surface of a core material made of a material different from α-alumina such as cordierite by coating / spraying.
また、上記実施例2では、硫酸カルシウム被覆銀アルミナボール触媒として、層状銀アルミナ触媒表面を硫酸カルシウムが被覆したものを用いた例について説明したが、これに限らず、層状銀アルミナ触媒および硫酸カルシウムが混合されたものを用いてもよい。 In Example 2, the example in which the layered silver alumina catalyst surface is coated with calcium sulfate as the calcium sulfate-coated silver alumina ball catalyst has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the layered silver alumina catalyst and calcium sulfate are used. A mixture of these may be used.
1 銀ベータアルミナ
2 銀
3 層状銀アルミナ触媒(層状構造体)
4 銀(金属または酸化物)
5 硫酸カルシウム
1
4 Silver (metal or oxide)
5 Calcium sulfate
Claims (5)
アルミナと銀とが交互に積層された層状構造体と、
銀が分散された硫酸カルシウムとを有し、
前記層状構造体と、前記銀が分散された硫酸カルシウムとが接触していることを特徴とする触媒材料。 A catalyst material used for burning particulates of a diesel engine,
A layered structure in which alumina and silver are alternately laminated;
Having calcium sulfate dispersed with silver ,
The catalyst material, wherein the layered structure and the calcium sulfate in which the silver is dispersed are in contact with each other.
前記層状構造体と硫酸カルシウムとを混合する混合工程と、
前記混合された層状構造体と硫酸カルシウムとを加熱処理することにより、銀を硫酸カルシウム中に拡散させる加熱処理工程とを備えることを特徴とする触媒材料の製造方法。 A catalyst material used for burning particulates of a diesel engine, comprising: a layered structure in which alumina and silver are alternately laminated; and calcium sulfate in which silver is dispersed; and the layered structure, A method for producing a catalyst material in contact with the calcium sulfate in which the silver is dispersed,
A mixing step of mixing the layered structure and calcium sulfate;
A method for producing a catalyst material, comprising: a heat treatment step of diffusing silver into calcium sulfate by heat-treating the mixed layered structure and calcium sulfate.
前記層状構造体、前記銀および前記硫酸カルシウムを混合する混合工程を備えることを特徴とする触媒材料の製造方法。 It is a manufacturing method of the catalyst material of Claim 1 , Comprising:
A method for producing a catalyst material, comprising a mixing step of mixing the layered structure, the silver, and the calcium sulfate.
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