(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム状モノリス担体に、該担体の下端面から触媒活性成分を含む液状物を導入して担持する際に、該担体の上端部での液面検知を水分センサーを用いて行うことを特徴とする触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触媒の製造方法に関する。さらに詳細には、水分センサーを用いてハニカム状モノリス担体の上端面の液面の制御を行う触媒の製造方法に関する。特に、排ガス浄化用触媒の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハニカム状モノリス担体に触媒活性成分を担持する際、担体側面に高価な触媒活性成分を担持したとしても排ガスの処理には何ら寄与せず、反対に触媒の価格を向上させることとなって好ましくなく、触媒活性成分を担体側面に担持または付着しない担持方法が求められている。
【０００３】
この方法においては、触媒活性成分を含むスラリーを担体の下側からセル内を上昇させ、該スラリーが担体上端面に達した後、担体上端面から溢れない状態で該スラリーを担体下側に排出する方法が取られている。スラリーが上端面から溢れないように制御する方法として、目視による方法が挙げられるが、生産性を考慮するとレーザーセンサー、超音波センサーなどを用いる方法がある。
【０００４】
しかしながら、これらのセンサーを用いる方法では、スラリーがハニカム担体上端面に達するまでには精度よくスラリーの位置を確認することができず、スラリーがハニカム担体上端面を越えてから始めて液面を検知することができ、スラリーの粘度、圧入速度などの変化に充分に対応しきれないという問題があった。そのため、スラリーを完全に担体に被覆するためには、ある程度のオーバーフローは避けられず、スラリーが担体側面および担持装置などに付着するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは上記の問題点を解決すべく、スラリーが担体内を上昇する際に、担体上端面付近でスラリーの液面を精度よく検知できる方法について鋭意研究した結果、水分センサーを用いることによりスラリーの液面の位置を精度よく検知できることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、ハニカム状モノリス担体に、該担体の下端面から触媒活性成分を含む液状物導入して担持する際に、該担体の上端部での液面検知を水分センサーを用いて行うことを特徴とする触媒の製造方法、によって達成される。
【０００７】
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項の記載の文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にもおよぶ。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００９】
本発明で用いられるハニカム状モノリス担体は、担体内部を貫通する複数のセルを有する耐火性構造物であれば特に制限されることなく、例えばモノリスハニカム担体、メタルハニカム担体などを挙げることができる。
【００１０】
モノリス担体としては、通常、コージェライト、ムライト、α−アルミナ、ジルコニア、チタニア、リン酸チタン、アルミニウムチタネート、ベタライト、スポンジュメン、アルミノシリケート、マグネシムシリケートなどを材料とするハニカム担体、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金などの酸化抵抗性の耐熱性金属を用いて一体構造体としたものが用いられる。
【００１１】
これらモノリス担体は、押出成型法やシート状素子を巻き固める方法などで製造される。そのガス通過口（セル形状）の形は、六角形、四角形、三角形またはコルゲーション形の何れであってもよい。セル密度（単位断面積６．４５ｃｍ2（１平方インチ）当たりのセル数）は処理するトンネル内の排ガス、産業用排ガス、自動車、ディーゼルエンジンなどの内燃機関からの未燃焼炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの排ガスの種類によって異なるが、通常、１００〜１５００セルが例示される。ちなみに、担体の外形は、断面形状として円形、楕円形、四角形など特に限定されることなく用いることができる。
【００１２】
ハニカム状モノリス担体は、耐火性の無機酸化物を予め該担体に被覆し、またはかかる無機酸化物とともに排ガス処理に有効な触媒成分を同時に担体に被覆して用いられる。本発明では、これらの無機酸化物、触媒成分、およびこれらの混合物を触媒活性成分と称する。耐火性の無機酸化物としては、γ、δ、η、θなどの活性アルミナ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化チタン、酸化ケイ素、アルカリ土類元素およびこれらの複合酸化物などを例示できる。触媒成分としては、排ガス中の有害物質を処理できれば特に制限されることはないが、ロジウム、白金、パラジウムなどの貴金属、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、鉄などの卑金属、酸化物、塩などを例示できる。
【００１３】
触媒活性成分は湿式ミルなどの公知の方法でスラリー化してモノリス担体に担持する。本発明で用いることできるスラリーには、担体のセル内を上昇できれば特に制限はされないが、前記酸化アルミナなどの無機酸化物を少量の無機または有機の酸を含む水溶液を用いてスラリー化したもの、前記アルミナなどの無機酸化物と白金の塩などの触媒成分を少量の無機または有機の酸を含む水溶液を用いてスラリー化したものなどが例示できる。本発明における液状物には、上記のスラリーの他に、触媒成分を水溶液としたものも含まれる。
【００１４】
また、多層被覆触媒の被覆も含まれる。多層被覆触媒とは、同種または異種の触媒活性成分を多段階で被覆した触媒である。高耐熱性触媒や高性能触媒などにおいては、二層などの複数被覆触媒は一般的である。
【００１５】
次に、図面を用いて本発明の内容をより詳細に説明する。
【００１６】
図１は担体を保持する一例を説明するための部分断面図である。円筒形の担体を代表例として担体の保持方法について説明する。図１において、担体４を挿入可能な形状を有し、その内面に該担体４を側面から圧迫する少なくとも一つの浮き輪状保持具２を備える中空の架台３を予め準備する。
【００１７】
担体４をスラリー（図示せず）などで含浸するために、担体４を保持、さらには担体４の側面をシールするために浮き輪状保持具２を用いる。浮き輪状保持具２は空気などのガスを入れて膨らますことにより担体４を保持することから、ゴムなどの弾性材料製である。ガスは浮き輪状保持具２の外側面に設けられたノズル５から入れる。浮き輪状保持具は下端部の１箇所に設置して用いることも可能である。
【００１８】
中空の架台３の内形状は担体が挿入できれば特に制限はされないが、担体の外形と相似形とすることが好ましい。具体的には、担体の外形が円形であれば、該架台の内面は円筒形とする。このような構成とすることにより、担体を保持する際に浮き輪状保持具２を膨らませることにより、担体４を側面全体から均一に保持し、さらに担体側面をシールすることができるからである。
【００１９】
次に、担体４を含浸装置１の上方から含浸装置１内に入れ、担体４の下端部に相当する位置に達した時に、担体４の移動を停止し、浮き輪状保持具２ｂを膨らませて担体４を固定する。浮き輪状保持具２ｂを膨らませそのまま維持する。その後、担体上端部についても同様に浮き輪状保持具２ａを膨らませて固定する。これで、担体がスラリー含浸装置に固定されたことになる。
【００２０】
次に、スラリーを代表例として担持方法について説明する。図２はスラリーを担体に担持するスラリー含浸装置の一例の部分断面図である。図２において、中空の架台２３内のスラリー２６はピストン（図示せず）型などの公知の送液装置の働きにより、架台２３内を上昇する。スラリー２６のモノリス担体２４内の上昇は、該担体上方から水分センサー２７により監視し、検知する。水分センサー２７の位置はモノリス担体の上方に位置し、モノリス担体との距離は水分センサー２７の精度、スラリーの色などを考慮して適宜決定することが好ましい。
【００２１】
水分センサー２７は、水分（ＯＨ基）が吸収する波長の光を発光し、その反射光の強度低下により水分を検出する原理のものをいう。例えば、赤外レーザーダイオードを用いて発光させ、その光を目的とする担体近傍に照射し、反射した光をホトダイオードで受けて光の強度の低下を評価する。水分が存在する場合には、照射された光が水に吸収されて反射光の強度が低下することから水分の存在を検知できる。したがって、水分自体および水分を含むものの検出に利用できる。
【００２２】
さらに、水分センサーをセットする位置は、検知できれば担体２４上端面に対して、真上でも斜め上でもよい。
【００２３】
このように、水分センサー２７を用いるとスラリー２６位置を精度よく検知できるので、その情報に基づいてスラリー２６の送液速度を制御、停止することにより、スラリーを担体２４上端面から溢れさせることなく停止できる。担体２４上端面をスラリーで完全に被覆した後、余分のスラリーを担体の下端部から吸引するかまたは担体上方からブローすることにより下降させて、スラリーの被覆を終了する。
【００２４】
含浸装置からの担体の取り外しは、浮き輪状保持具のガスを抜いて行う。
【００２５】
その後、従来公知の方法により乾燥する。必要により焼成して触媒を完成させる。
【００２６】
なお、これらの一連の操作はそれぞれ単独で行うこともできるが、連続して自動的に行うこともできる。
【００２７】
図３はスラリーを担体に担持するその他のスラリー含浸装置の部分断面図である。図３において、硬質の樹脂製からなる中空の架台３３内のスラリー３６はピストン（図示せず）型などの公知の送液装置により、架台３３内を上昇する。上昇したスラリー３６が担体３４と架台３３の間から漏れると、スラリー３６が担体３４および架台３３に付着して高価なスラリーの損失となるために好ましくなことから、担体３４と架台３３の間にはゴム、プラスチックなどの弾性体からなる保持具３８を用いて液密としてスラリー３６の外部への漏洩を防止してある。
【００２８】
水分センサー３７を用いて、図１と同様に液面を制御してスラリーを担持し、乾燥し、必要により焼成して触媒とする。
【００２９】
図４はスラリーを担体に担持する別のスラリー含浸装置の部分断面図である。図４において、担体４４を保持するゴムなどの弾性材料からなる担体保持具４８からなっているので、担体と密着して保持でき、スラリー４６が上昇してきたとしても該スラリー４６は担体４４と担体保持具４８の間から漏洩することがないので、高価な材料を含むスラリー４６をロスすることなく使用または再使用することが可能である。
【００３０】
担体保持具４８はステンレスなどのスラリーと相互作用をおこさない材料からなる架台４３に固定されている。
【００３１】
スラリー４６は、ピストンなどの公知の送液装置手段（図示せず）により、担体保持具４８内を上昇する。
【００３２】
水分センサー４７を用いて、図１と同様に液面を制御してスラリーを担持し、乾燥し、必要により焼成して触媒とする。
【００３３】
担体の保持または含浸装置は、水分センサーを除けば、その他の公知の装置を用いることも可能である。
【００３４】
水分センサーを用いて液面を制御してスラリーを担持する方法を自動化する方法も本発明の範囲内に含まれる。
【００３５】
【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。
（実施例１）
デンソー製モノリス担体（４００ｃｐｓｉ／６ｍｉｌ）を図２に示すスラリー含浸装置にセットした。水分センサーを担体近傍に設置した。
【００３６】
次いで、Ｐｄ系の触媒活性成分を含んだスラリーを担体下端部から圧入した。このスラリーの比重は１．６００ｇ／ｍｌ、粘度は５００ｃｐｓであった。スラリーを圧入する際のスラリー送流速度は、３、０００Ｌ／ｈｒであった。
【００３７】
スラリーが担体の上端面付近に上昇して、スラリー中の水分を水分センサーが検知して、スラリー液面の上昇を停止した。
【００３８】
このときの担体上端面は、スラリーが完全に被覆され、側面へのオーバーフローは見られなかった。
（実施例２）
スラリー送流速度が２，８００Ｌ／ｈｒであることを除いては、実施例１と同様に担体にスラリーを被覆した。このときの担体上端面は、最外周から３セルを除いて、スラリーが被覆されていた。
（実施例３）
スラリー送流速度が１，０００Ｌ／ｈｒであることを除いては、実施例１と同様に担体にスラリーを被覆し、担体上端面から５ｍｍ程度を未担持とした。
（実施例４）
スラリー粘度が１，０００ｃｐｓであることを除いては、実施例１と同様に担体にスラリーを被覆し、担体上端面から５ｍｍ程度を未担持とした。
（実施例５）
実施例１で調製した触媒を、図２に示されるスラリー含浸装置に再度セットした。
【００３９】
次に、Ｒｈ系の触媒活性成分を含んだスラリーを触媒下端から圧入した。このスラリーの比重は１．３００ｇ／ｍｌ、粘度は１５０ｃｐｓであり、スラリーを圧入する際のスラリー送流速度は２，５００Ｌ／ｈｒであった。
【００４０】
スラリーが担体の上端面付近に上昇して、スラリー中の水分を水分センサーが検知して、スラリー液面の上昇を停止した。
【００４１】
その結果、スラリーが触媒上端面から溢れて側面に付着することなく装置を停止できた。このときの触媒上端面は、最外周から３セルを除いてスラリーが被覆されていた。
（比較例）
モノリス担体（４００ｃｐｓｉ／６ｍｉｌ）をスラリー含浸装置にセットした。
【００４２】
次いで、Ｐｄ系の触媒活性成分を含んだスラリーを担体下端部から圧入する。このスラリーの比重は１．６００ｇ／ｍｌ、粘度は５００ｃｐｓであった。スラリーを圧入する際のスラリー送流速度は、３、０００Ｌ／ｈｒであった。
【００４３】
スラリーの液面の検知を従来のレーザーセンサーを用いて行った。レーザーセンサーでは、担体上端面を越えないと検知できなかったので、スラリーがオーバーフローし、担体側面に付着した。
【００４４】
以上に示すように、従来のレーザーセンサーでは、スラリーの液面の停止位置を制御することが不可能であったのに対し、本発明においては、水分センサーの精度やスラリー粘度、圧入速度などの条件を最適化することにより、液面停止位置を未担持、オーバーフローなど制御することが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、水分センサーを用いることにより、水分の有無に基づいて液面が確認できるので、周囲の明暗などの環境の影響をほとんど受けることなく、担体内および担体上端面近傍における液状物の液面位置を精度よく検知できるので、従来法では問題であった液状物の担体上端面からのオーバーフローによる担体側面、含浸装置への液状物の付着により、高価な液状物のロス、汚れなどの問題を解消でき、被覆の安定性、液状物ロスの低減などにより生産コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、担体を保持するための一例を説明するための部分断面図である。
【図２】は、スラリーを担体に担持するスラリー含浸装置の一例の部分断面である。
【図３】は、スラリーを担体に担持するその他のスラリー含浸装置の部分断面図である。
【図４】は、スラリーを担体に担持する別のスラリー含浸装置の部分断面図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１…含浸装置
２ａ、２ｂ、２２ａ、２２ｂ…浮き輪状保持具
３、２３、３３、４３…架台
４、２４、３４、４４…担体
５ａ、５ｂ、２５ａ、２５ｂ…ノズル
６、２６、３６、４６…スラリー
２７、３７、４７…水分センサー
２８、４８…保持具
【図１】
0004384340.tif 000002
【図２】
0004384340.tif 000003
【図３】
0004384340.tif 000004
【図４】
0004384340.tif 000005