[发明专利]堇青石质陶瓷蜂窝结构体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于担载用于将柴油发动机或汽油发动机等的废气中所含的有害物质除去的催化剂物质的载体、特别是用于担载用于将氮氧化物除去的催化剂物质的载体所使用的堇青石质陶瓷蜂窝结构体。

背景技术

在由柴油发动机或汽油发动机等内燃机排出的废气中，含有作为有害物质的氮氧化物(NOx)、粒子状物质(PM)，在内燃机的排气管中，设置有减少粒子状物质的装置、减少氮氧化物的装置。作为减少该氮氧化物的装置，有尿素SCR催化剂，其通过向排气管之中喷射尿素，在排气管内由尿素生成氨，使生成的氨与废气中的氮氧化物反应，从氮氧化物中除去氧而返回氮，从而自废气中减少氮氧化物。另外，即便供给尿素的基础设施的配备不充分也能够使用的、使用柴油燃料(HC)作为还原剂的HC-SCR催化剂技术受到关注。

将作为SCR催化剂的载体而使用的陶瓷蜂窝结构体的一例示于图1及图2。陶瓷蜂窝结构体10由形成废气所流通的多个流路3的多孔质隔壁2和外周壁1构成，在上述多孔质隔壁2中担载有催化剂物质(未图示)。

为了高效地减少废气中的氮氧化物，需要以使废气与SCR催化剂的载体上所担载的催化剂物质充分接触的方式，使每单位体积担载尽可能多的催化剂物质。因此，一直以来，使用薄壁且高孔道密度(例如，隔壁厚度为0.05mm、隔壁的间距为0.85mm)的陶瓷蜂窝结构体作为载体的SCR催化剂。然而，若使用这样的薄壁且高孔道密度的蜂窝结构体，则废气所流通的蜂窝结构体流通孔方向的开口面积变小，产生蜂窝结构体入口的压力损失变大的问题。

为了解决这样的压力损失增大的问题，日本特开2005-052750号公开了一种隔壁厚度为0.1～0.35mm、隔壁间距为1.0～2.0mm、隔壁的平均微孔直径为15μm以上、气孔率为50～80％的陶瓷蜂窝结构体。日本特开2005-052750号中记载有：无需使作为催化剂载体的陶瓷蜂窝结构体形成为薄壁且高孔道密度，通过使蜂窝结构体的隔壁的气孔率和平均微孔直径最佳化，而使每单位体积所担载的催化剂物质的量增加，能够实现以SCR 催化剂为代表的NO_x净化装置用陶瓷蜂窝催化剂的净化效率的提高以及小型化。

日本特表2009-542570号公开了一种堇青石陶瓷制品，其中，气孔率为64％以上且小于80％，中值微孔直径(d50)为10μm以上且45μm以下，热膨胀系数CTE为3.0×10^-7/℃以上，并且(i)在10μm以上且小于18μm的中值微孔直径(d50)中，CTE小于6.0×10^-7/℃，(ii)在18μm以上且小于22μm的中值微孔直径(d50)中，CTE小于9.0×10^-7/℃，(iii)在2μm以上且25μm以下的中值微孔直径(d50)中，CTE小于10.0×10^-7/℃，(iv)在大于25μm且小于29μm的中值微孔直径(d50)中，CTE小于13.0×10^-7/℃，以及(v)在29μm以上且45μm以下的中值微孔直径(d50)中，CTE小于17.0×10^-7/℃，并记载有：关于该陶瓷制品，虽然具有高的气孔率但破坏强度系数及耐热冲击性大幅改善，即便在有效量的催化剂和/或NO_x吸附体被覆盖的情况下，仍通过陶瓷的微孔微细结构保证了清洁时及烟灰堆积时的低的压力下降，因此适宜用作带有催化剂的壁流式柴油粒子过滤器。此外，日本特表2009-542570号中记载有：通过窄微孔直径分布，而得到催化剂的更一致的微孔壁表面上分布，因此在清洁时及烟灰堆积时实现低的压力下降，催化剂与烟灰以及催化剂与废气之间的接触机会也增大，促进了更高效的催化剂使用。

日本特表2011-516371号公开了一种由具有各向异性微细结构的多晶质陶瓷构成的多孔质陶瓷体，上述各向异性微细结构由取向了的多晶质多相网状结构(reticular formations)构成，各向异性因子Af-pore long为1.2＜Af-pore-long＜5，并记载有：可以提供具有窄的微孔直径分布及大于50％的气孔率、具有12～25μm范围内的任意的中央微孔直径的陶瓷物品。还记载有：该陶瓷物品显示出高强度、低热膨胀系数(CTE)及高气孔率，可以用于汽车用基体、柴油或汽油微粒过滤器等的用途、及加入了部分或完全NOx添加的功能的催化剂过滤器等的机能性过滤器。