废气净化催化剂用蜂窝状载体及其制造方法技术

本发明专利技术提供蜂窝状载体及其制造方法，所述蜂窝状载体是用于承载净化尤其是废气中含有ＮＯ↓［ｘ］的汽车废气的催化剂的载体，耐热性、耐热冲击性、机械强度和抗热分解性良好，而且对催化剂耐腐蚀性高，可以长期稳定地使用。所述蜂窝状载体的材料为将原料混合物在１２５０～１７００℃下烧结得到的钛酸铝烧结体，所述混合物含有１００质量份称为Ｘ成分的以ＴｉＯ↓［２］／Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＝４０～６０／６０～４０的摩尔比含有ＴｉＯ↓［２］和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的混合物，以及１～１０质量份称为Ｙ成分的化学式：（Ｎａ↓［ｙ］Ｋ↓［１－ｙ］）ＡｌＳｉ↓［３］Ｏ↓［８］所表示的碱性长石、含Ｍｇ的尖晶石型结构的氧化物、或者ＭｇＯ或通过烧结转化成ＭｇＯ的含镁化合物，式中，０≤ｙ≤１。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及承载用于净化各种废气、尤其是废气中含有NOx的汽车废气的催化剂的载体及其制造方法。
技术介绍
在各种燃烧废气的净化装置中，特别是用于承载现在被广泛使用的汽车废气净化装置中所用的催化剂的蜂窝状载体所要求的主要特性是所谓耐热性和耐热冲击性。这是因为由于废气中未燃烧的烃类和一氧化碳的催化氧化反应导致急剧的放热，因而会形成850℃以上的高温，因此需要高耐热性。此外，耐热冲击性是可承受由于这样的急剧发热产生的温度上升而在蜂窝内引发的热应力而不致发生碎裂和破坏的性质。耐热冲击性是，热膨胀系数越小，其耐久温度差越大。为了满足这样的耐热性和耐热冲击性的要求，作为蜂窝状载体的材料，以往提出了各种陶瓷材料，但只使用堇青石材料。使用堇青石材料的主要原因在于，堇青石具有1400℃的高耐热性，同时在陶瓷中热膨胀系数也是非常小的，耐热冲击性强。然而，虽然作为蜂窝状载体的材料，堇青石材料在耐热性和耐热冲击性上具有非常良好的性质，但另一方面，从环境的问题来看，用作净化含有急需除去的氮氧化物(NOx)的废气的催化剂载体，存在重大的难点。即，作为除去废气中的NOx的催化剂，通常使用含有碱金属或碱土金属成分的催化剂，但这时，碱金属或碱土金属的一部分在高温下渗透到作为载体的堇青石内，与堇青石反应而引起堇青石的劣化，同时造成催化剂的损伤，因此引起废气中的NOx的除去能力下降。为了防止这种情况，提出了以二氧化硅(SiO2)被覆催化剂表面的方法等，但需要附加的工序，使成本上升。另一方面，从燃料费的提高和环境的问题来看，成为近年来汽车主流的燃烧方式的、将燃料直接喷射到发动机内的方式和使燃料稀释燃烧的方式中，除去废气中的NOx成为比烃类和一氧化碳更重要的问题。因此，希望有替代堇青石的材料用作承载废气的净化催化剂的蜂窝状载体的材料。除堇青石之外的材料，在WO 01/037971号公报中列举了碳化硅、氮化硅、富铝红柱石、钛酸铝、硅酸锂铝等陶瓷，但这些都不足以成为上述蜂窝状载体的材料。即，碳化硅、富铝红柱石等热膨胀系数大，耐热冲击性差。此外，氮化硅、硅酸锂铝等耐热性方面性能不够。此外，钛酸铝在超过1700℃的高温下也具有良好的稳定性、极小的热膨胀系数和良好的耐热冲击性。但是另一方面，晶体结构的各向异性强，所以晶界容易产生热应力引起的位错，因而存在机械强度小的缺点，从而难以制造壁厚薄、孔密度大的蜂窝体，此外，难以作为搭载于汽车等的、在高温下承受机械振动的负荷的废气净化用催化剂载体使用。另外，这些钛酸铝等通常在800～1280℃的温度范围内具有分解区域，存在无法在包括这样的温度范围的区域内长时间持续使用的问题。专利技术的揭示本专利技术提供蜂窝状载体及其制造方法，所述蜂窝状载体是用于承载净化尤其是废气中含有NOx的汽车废气的催化剂的载体，耐热性、耐热冲击性、机械强度和抗热分解性良好，而且对含有碱性成分的催化剂耐腐蚀性高，即使长期使用也不会劣化，耐久性良好。本专利技术人为了解决上述课题，着眼于钛酸铝镁和钛酸铝，认真研究后得到以下新的发现。即，发现向按规定比例含有形成钛酸铝镁的含钛化合物、含铝化合物和含镁化合物的混合物，或者向按规定比例含有形成钛酸铝的含钛化合物和含铝化合物的混合物，按规定比例添加特定的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物、或者MgO或通过烧结转化成MgO的含镁化合物，将所得的混合物烧结得到的烧结体极适合作为用于承载净化汽车废气的催化剂的载体。因此，发现本专利技术的由上述烧结体构成的蜂窝状载体，不仅保持基于高耐热性和低热膨胀性的耐热冲击性，而且与以往的钛酸铝镁烧结体或钛酸铝烧结体不同，具有高机械强度、抗热分解性，同时该烧结体即使在将含有碱金属和碱土金属成分的催化剂用作去除NOx的催化剂时，也不会像以往的堇青石那样劣化，可以长期、稳定地使用。所述本专利技术是基于上述的新发现而完成的，具有以下主要内容。(1)废气净化催化剂用蜂窝状载体，所述载体是用于承载净化废气的催化剂的蜂窝状载体，其特征在于，该蜂窝状载体的材料为将混合物在1000～1700℃下烧结得到的钛酸铝镁烧结体，所述混合物含有换算成氧化物的量为100质量份的以与化学式MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5(式中，0＜x＜1)所表示的钛酸铝镁中的Mg、Al和Ti的金属成分比同样的金属成分比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物的混合物，以及1～10质量份化学式(NayK1-y)AlSi3O8(0≤y≤1)所表示的碱性长石。(2)废气净化催化剂用蜂窝状载体，所述载体是用于承载净化废气的催化剂的蜂窝状载体，其特征在于，该蜂窝状载体的材料为将原料混合物在1250～1700℃下烧结得到的钛酸铝烧结体，所述混合物含有100质量份以TiO2/Al2O3＝40～60/60～40的摩尔比含有TiO2和Al2O3的混合物(称为X成分)，以及1～10质量份化学式(NayK1-y)AlSi3O8(0≤y≤1)所表示的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物、或者MgO或通过烧结转化成MgO的含镁化合物(称为Y成分)。(3)上述(2)所述的Y成分是化学式(NayK1-y)AlSi3O8(0≤y≤1)所表示的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物和/或MgO或通过烧结转化成MgO的含镁化合物的混合物。(4)上述(1)～(3)中的任一项所述的蜂窝状载体，蜂窝状载体具有0.05～0.6mm的壁厚、15～124孔/cm2的孔密度，而且隔壁的气孔率为20～50％，热膨胀系数在3.0×10-6K-1以下。(5)上述(1)～(4)中的任一项所述的蜂窝状载体，所述催化剂含有用于去除废气中的NOx的碱金属或碱土金属成分。(6)上述(1)～(5)中的任一项所述的蜂窝状载体，废气为将燃料直接喷射到发动机内的方式或使燃料稀释燃烧的方式的汽车的废气。(7)废气净化催化剂用蜂窝状载体的制造方法，其特征在于，制备原料混合物，在该原料混合物中加入助成形剂混炼，进行可塑化使其可以挤出成形，挤出成形为蜂窝体后，在1000～1700℃下烧结，所述原料混合物含有换算成氧化物的量为100质量份的以与化学式MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5(式中，0＜x＜1)所表示的钛酸铝镁中的Mg、Al和Ti的金属成分比同样的金属成分比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物的混合物，以及1～10质量份化学式(NayK1-y)AlSi3O8(0≤y≤1)所表示的碱性长石。(8)废气净化催化剂用蜂窝状载体的制造方法，其特征在于，制备原料混合物，在该原料混合物中加入助成形剂混炼，进行可塑化使其可以挤出成形，挤出成形为蜂窝体后，在1250～1700℃下烧结，所述原料混合物含有100质量份以TiO2/Al2O3＝40～60/60～40的摩尔比含有TiO2和Al2O3的混合物(称为X成分)，以及1～10质量份化学式(NayK1-y)AlSi3O8(0≤y≤1)所表示的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物、或者MgO或通过烧结转化成MgO的含镁化合物(称为Y成分)。(9)上述(7)或(8)所述的废气净化催化剂用蜂窝状载体的制造方法，所述原料混合物所含的各成分的平均粒径在10μm以下。(10)废气的净化方法，所述方法是使废气接触承载净化废气的催化剂的蜂窝状载体的净化方本文档来自技高网...

【技术保护点】
废气净化催化剂用蜂窝状载体，所述载体是用于承载净化废气的催化剂的蜂窝状载体，其特征在于，该蜂窝状载体的材料为将原料混合物在１２５０～１７００℃下烧结得到的钛酸铝烧结体，所述混合物含有１００质量份称为Ｘ成分的以ＴｉＯ↓［２］／Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］＝４０～６０／６０～４０的摩尔比含有ＴｉＯ↓［２］和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的混合物，以及１～１０质量份称为Ｙ成分的化学式：（Ｎａ↓［ｙ］Ｋ↓［１－ｙ］）ＡｌＳｉ↓［３］Ｏ↓［８］所表示的碱性长石、含Ｍｇ的尖晶石型结构的氧化物、或者ＭｇＯ或通过烧结转化成ＭｇＯ的含镁化合物，式中，０≤ｙ≤１。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：福田勉，福田匡洋，福田匡晃，横尾俊信，高桥雅英，
申请(专利权)人：王世来股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]