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JP2006175380A - Catalyst, production method of catalyst and production apparatus - Google Patents

Catalyst, production method of catalyst and production apparatus Download PDF

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JP2006175380A
JP2006175380A JP2004372404A JP2004372404A JP2006175380A JP 2006175380 A JP2006175380 A JP 2006175380A JP 2004372404 A JP2004372404 A JP 2004372404A JP 2004372404 A JP2004372404 A JP 2004372404A JP 2006175380 A JP2006175380 A JP 2006175380A
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JP
Japan
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undercoat layer
catalyst
substrate
zro
component
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Withdrawn
Application number
JP2004372404A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoji Morita
章二 森田
Katsunori Akiyama
勝徳 秋山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst excellent in adhesion of a substrate and a catalyst film and having a stable catalytic activity even in severe use environment of high pressure and also high flow rate such as a catalyst combustor of a gas turbine, and provide its production method and its production apparatus. <P>SOLUTION: An undercoat layer, to be formed from a lower undercoat layer and an upper undercoat layer, is formed on the substrate 2 by spraying fine powder on the substrate 2 made of metal with a carrier gas from the tip of a fine-hole nozzle 4, the catalyst film containing a catalytic active component is formed on the undercoat layer by the wash-coat method, and then a calcination treatment is carried out, wherein the lower undercoat layer is composed of a constituent component having an affinity to the constituent component of the substrate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガスタービンの触媒燃焼器又は固体高分子燃料電池(PEFC)の水蒸気改質器などに用いられる触媒、触媒の製造方法及び製造装置に関するものである。   The present invention relates to a catalyst used in a catalytic combustor of a gas turbine or a steam reformer of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a method for manufacturing the catalyst, and a manufacturing apparatus.

触媒活性成分を担持した触媒膜を基板上に形成する方法として、例えば、特許文献には、特定の水溶性混合液を含む不均質水溶性触媒のスラリーを調整し、該スラリーをセラミックモノリシック支持体に塗布し、乾燥させる方法、いわゆるウォッシュコート法が記載されている。
従来技術であるウォッシュコート法で基板上に触媒膜を形成した場合、触媒膜と基板との密着性に乏しい。このため、ガスタービンの触媒燃焼器のように、高圧・高流速の厳しい使用環境において触媒膜を使用すると、触媒膜が基板から剥離、脱落するという問題がある。このため、使用時間の経過とともに触媒成分が失われ、触媒活性が徐々に低下するという問題があった。
特開平6−205992号公報
As a method for forming a catalyst film carrying a catalytically active component on a substrate, for example, in the patent document, a slurry of a heterogeneous water-soluble catalyst containing a specific water-soluble mixed liquid is prepared, and the slurry is a ceramic monolithic support. A so-called wash coat method is described.
When a catalyst film is formed on a substrate by a conventional wash coat method, the adhesion between the catalyst film and the substrate is poor. For this reason, when a catalyst film is used in a severe use environment with a high pressure and a high flow rate like a catalyst combustor of a gas turbine, there is a problem that the catalyst film peels off from the substrate. For this reason, there has been a problem that the catalyst component is lost with the passage of time of use, and the catalytic activity gradually decreases.
JP-A-6-205992

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、基板との密着力が大きく、かつ、厳しい使用環境においても剥離せず、優れた触媒活性を維持する触媒、触媒の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a catalyst, a catalyst production method, and a production apparatus that have high adhesion to a substrate and do not peel even in severe use environments and maintain excellent catalytic activity. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係る触媒は、微粉末をキャリアガスと共に微小孔ノズルの先端から、金属製の基板上に吹き付け、該基板上に該基板の構成成分に対し親和力を有する構成成分によって構成した下部アンダーコート層と、上部アンダーコート層とから形成されるアンダーコート層を成膜し、該アンダーコート層上に、ウォッシュコート法で触媒活性成分を含む触媒膜を成膜し、しかる後、焼成処理を施して成ることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the catalyst according to the present invention sprays a fine powder together with a carrier gas from the tip of a fine hole nozzle onto a metal substrate, and has an affinity for the components of the substrate on the substrate. An undercoat layer formed from a lower undercoat layer composed of constituent components and an upper undercoat layer is formed, and a catalyst film containing a catalytically active component is formed on the undercoat layer by a wash coat method. After that, it is characterized by being subjected to a baking treatment.

本発明は、別の側面で触媒の製造方法であり、微粉末をキャリアガスと共に微小孔ノズルの先端から、金属製の基板上に吹き付け、該基板上に該基板の構成成分に対し親和力を有する構成成分によって構成した下部アンダーコート層と、上部アンダーコート層とから形成されるアンダーコート層を成膜し、該アンダーコート層上に、ウォッシュコート法で触媒活性成分を含む触媒膜を成膜し、しかる後、焼成処理を施すようにしたことを特徴とする。   Another aspect of the present invention is a method for producing a catalyst, in which fine powder is sprayed together with a carrier gas from the tip of a fine hole nozzle onto a metal substrate and has an affinity for the components of the substrate on the substrate. An undercoat layer formed from a lower undercoat layer composed of constituent components and an upper undercoat layer is formed, and a catalyst film containing a catalytically active component is formed on the undercoat layer by a wash coat method. Thereafter, a baking treatment is performed.

上記下部アンダーコート層を構成する成分は、上記上部アンダーコート層を構成する成分と親和力を有することが好適である。また、上記上部アンダーコート層は、Al23及び/又はZrO2から構成されることが好適である。またさらに、上記下部アンダーコート層は、酸化鉄Fe23及び/又はFe34から成ることが好適である。 The component constituting the lower undercoat layer preferably has affinity with the component constituting the upper undercoat layer. The upper undercoat layer is preferably composed of Al 2 O 3 and / or ZrO 2 . Still further, the lower undercoat layer is preferably made of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 .

また、本発明に係る触媒又は製造方法は、その好適な実施の形態で、上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34とAl23及び/又はZrO2との混合物から成る。また、別の好適な実施の形態で、上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34とAl23及び/又はZrO2の混合物から成り、かつその組成が上記金属製の基板から上部アンダーコート層へ向かうにつれてAl23及び/又はZrO2が増加する組成分布を有する。
上記微小孔ノズルの先端からキャリアガスと共に噴射される粒子の粒子速度は、700m/s以上であることが好適である。
Further, the catalyst or the production method according to the present invention is a preferred embodiment, wherein the lower undercoat layer is composed of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 , Al 2 O 3 and / or ZrO 2 . Consisting of a mixture of In another preferred embodiment, the lower undercoat layer is made of a mixture of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 and Al 2 O 3 and / or ZrO 2 , and the composition is It has a composition distribution in which Al 2 O 3 and / or ZrO 2 increase from the metal substrate toward the upper undercoat layer.
The particle velocity of the particles ejected together with the carrier gas from the tip of the microhole nozzle is preferably 700 m / s or more.

さらに、上記触媒活性成分を担持するための触媒担体は、Al23及び/又はZrO2を主成分とすることが好適である。上記触媒活性成分は、Pd、Ru、Ptから選ばれた少なくとも一の触媒活性成分であることが好適である。 Furthermore, the catalyst carrier for supporting the catalytically active component is preferably composed mainly of Al 2 O 3 and / or ZrO 2 . The catalytically active component is preferably at least one catalytically active component selected from Pd, Ru, and Pt.

さらに加えて、本発明は、さらに別の側面で、上記触媒の下部アンダーコート層を製造するための製造装置であり、微粉末をキャリアガスと共に微小孔ノズルの先端から、金属製の基板上に吹き付け、該基板上に該基板の構成成分に対し親和力を有する構成成分によって構成した下部アンダーコート層を形成するための製造装置であって、上記キャリアガスを、2系統に分岐して、2系統の微小孔ノズルを設け、一方の微小孔ノズルの先端から、酸化鉄Fe23及び/又はFe34を上記金属製の基板上に吹き付け、他方の微小孔ノズルの先端から、Al23及び/又はZrO2を上記金属製の基板上に吹き付け、該金属製の基板から上部アンダーコート層へ向かうにつれてAl23及び/又はZrO2が増加する組成分布を上記下部アンダーコート層に形成するようにしたことを特徴とする。 In addition, the present invention, in yet another aspect, is a manufacturing apparatus for manufacturing the lower undercoat layer of the catalyst, and the fine powder together with the carrier gas from the tip of the microhole nozzle onto the metal substrate. A manufacturing apparatus for spraying and forming a lower undercoat layer composed of a component having affinity for a component of the substrate on the substrate, wherein the carrier gas is branched into two systems The iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 is sprayed onto the metal substrate from the tip of one of the micro-hole nozzles, and from the tip of the other micro-hole nozzle, Al 2 O 3 and / or ZrO 2 sprayed onto a substrate made of the metal, the lower a composition distribution Al 2 O 3 and / or ZrO 2 toward from the metal substrate to the upper undercoat layer increases Characterized in that so as to form the Dakoto layer.

本発明によれば、基板と触媒膜との密着性に優れ、ガスタービンの触媒燃焼器のような高圧・高流速の厳しい使用環境においても、安定した触媒活性を有する触媒、触媒の製造方法及び製造装置が提供される。   According to the present invention, a catalyst having a stable catalytic activity, a catalyst production method, and a catalyst having stable catalytic activity even in a severe use environment of high pressure and high flow rate such as a catalytic combustor of a gas turbine, having excellent adhesion between a substrate and a catalyst film A manufacturing apparatus is provided.

以下に、本発明に係る触媒、製造方法及び製造装置について、その実施の形態を参照しながらさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the catalyst, the production method, and the production apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to embodiments thereof.

まず、本発明に係る触媒を製造するために、金属製の基板上へアンダーコート層を形成する方法について説明する。本発明では、金属製の基板上に、下部アンダーコート層と、上部アンダーコート層とから形成されるアンダーコート層を形成する。下部アンダーコート層と、上部アンダーコート層とは、いずれも微粉末をキャリアガスと共に微小孔ノズルの先端から、金属製の基板上に吹き付けることによって形成される。   First, a method for forming an undercoat layer on a metal substrate in order to produce the catalyst according to the present invention will be described. In the present invention, an undercoat layer formed of a lower undercoat layer and an upper undercoat layer is formed on a metal substrate. Each of the lower undercoat layer and the upper undercoat layer is formed by spraying fine powder together with a carrier gas from the tip of the microhole nozzle onto a metal substrate.

ここでは、Al23からなる上部アンダーコート層を成膜する手順を主体として、図1に示す装置の概要を参照して説明する。なお、図2は、製造されるべき本発明に係る触媒の構成を示す。同図に示すように、該触媒は、金属製の基板2、下部アンダーコート層14、上部アンダーコート層15、ウォッシュコート法による触媒層16から成る。 Here, the procedure for forming the upper undercoat layer made of Al 2 O 3 will be mainly described with reference to the outline of the apparatus shown in FIG. FIG. 2 shows the structure of the catalyst according to the present invention to be manufactured. As shown in the figure, the catalyst comprises a metal substrate 2, a lower undercoat layer 14, an upper undercoat layer 15, and a catalyst layer 16 by a wash coat method.

図1において示されるように、ステンレスからなるチャンバー1内には、金属製の基板2を支持する基板ホルダー3が設置されている。さらに、該チャンバー1内には、キャリアガスによって搬送された原料粉末をキャリアガスとともに噴射するためのノズル4が設置されている。なお、基板2の温度は、室温で足り、基板2を特段加熱する必要はない。しかし、加熱することも勿論できる。   As shown in FIG. 1, a substrate holder 3 that supports a metal substrate 2 is installed in a chamber 1 made of stainless steel. Further, a nozzle 4 for injecting the raw material powder conveyed by the carrier gas together with the carrier gas is installed in the chamber 1. The temperature of the substrate 2 may be room temperature, and it is not necessary to heat the substrate 2 specially. However, it can of course be heated.

基板ホルダー3は、図示しない駆動機構によって、ノズル4に対してXY(平面)方向に所定の速度で駆動できるように構成されている。また、ノズル4と基板ホルダー3との間隔は、図示しない機構によって、任意の距離に固定できるようになっている。   The substrate holder 3 is configured to be driven at a predetermined speed in the XY (plane) direction with respect to the nozzle 4 by a driving mechanism (not shown). Further, the distance between the nozzle 4 and the substrate holder 3 can be fixed at an arbitrary distance by a mechanism (not shown).

さらに、図1の装置は、パウダーフィーダー5を備える。該パウダーフィーダー5は、予め所定の方法で調整された原料粉末を一定速度で供給できる機能を有する。
本実施の形態では、パウダーフィーダー5として回転掻き取り方式のフィーダーを用いている。このタイプのパウダーフィーダー5は、ホッパーから回転テーブルに供給される原料粉末を金属製のフィンで掻き取ることにより一定時間に一定量の粉末を供給することができるような機能を有している。回転テーブルの回転数を制御することにより、粉末供給速度を変化させることができる。なお、一定時間に一定量の粉末を供給できる機能を備えていれば、このパウダーフィーダー5は、回転掻き取り方式に限定されるものではない。
Further, the apparatus of FIG. 1 includes a powder feeder 5. The powder feeder 5 has a function of supplying raw material powder adjusted in advance by a predetermined method at a constant speed.
In the present embodiment, a rotary scraper feeder is used as the powder feeder 5. This type of powder feeder 5 has a function of supplying a certain amount of powder in a certain time by scraping the raw material powder supplied from the hopper to the rotary table with a metal fin. By controlling the number of rotations of the rotary table, the powder supply speed can be changed. The powder feeder 5 is not limited to the rotary scraping method as long as it has a function of supplying a certain amount of powder for a certain time.

パウダーフィーダー5には、圧力調整器7及びマスフローコントローラ8を介してキャリアガスボンベ6が接続されている。チャンバー1内の雰囲気は、粉塵補集用のフィルター9を介して、ロータリーポンプ10及びメカニカルブースターポンプ11によって排気されている。   A carrier gas cylinder 6 is connected to the powder feeder 5 via a pressure regulator 7 and a mass flow controller 8. The atmosphere in the chamber 1 is exhausted by a rotary pump 10 and a mechanical booster pump 11 through a filter 9 for collecting dust.

なお、図中、12で示した要素は、自動バルブ又は手動バルブである。また、図中13で示した構成要素は、圧力計である。バルブ12は、各々本図1の実施の形態で、各ラインを流れる流体の流量を、装置全体の稼動状況に応じて調整し、圧力計13は、圧力をパラメータとして装置の稼動状況をモニターする手段である。これらの操作は、当業者にとって公知の手法を採用することができる。   In the figure, the element indicated by 12 is an automatic valve or a manual valve. Moreover, the component shown by 13 in the figure is a pressure gauge. In the embodiment shown in FIG. 1, each valve 12 adjusts the flow rate of the fluid flowing through each line according to the operation status of the entire apparatus, and the pressure gauge 13 monitors the operation status of the apparatus using the pressure as a parameter. Means. For these operations, methods known to those skilled in the art can be employed.

次に、図1の装置を用い、本発明によりAl23からなる上部アンダーコート層15(図2)を成膜する手順を説明する。なお、下部アンダーコート層14(図2)も同様の手順で成膜することができる。 Next, a procedure for forming the upper undercoat layer 15 (FIG. 2) made of Al 2 O 3 according to the present invention using the apparatus of FIG. 1 will be described. Note that the lower undercoat layer 14 (FIG. 2) can also be formed by the same procedure.

まず、所定の形状の、金属製の基板2を基板ホルダー3にセットする。基板2としては、例えば、Crを19〜21重量%、Alを5〜6重量%含む、耐熱性に優れたNAS442A5系の鋼を用いることができる。なお、本発明で用いることができる基板の素材は、これに限定されるものではなく、例えば他にもNAS444鋼、SUS409、SUS430、SUS304等を挙げることができる。   First, a metal substrate 2 having a predetermined shape is set on the substrate holder 3. As the substrate 2, for example, NAS442A5 steel having excellent heat resistance and containing 19 to 21 wt% Cr and 5 to 6 wt% Al can be used. In addition, the raw material of the board | substrate which can be used by this invention is not limited to this, For example, NAS444 steel, SUS409, SUS430, SUS304 etc. can be mentioned to others.

パウダーフィーダー5には、予め粒度を調節したα−Al23粉末を充填しておく。原料微粉末として用いるα−Al23粉末としては、粒径0.2〜0.3μm(中心粒径)からなる一次粒子が凝集して数μm(中心粒径)の二次粒子を形成した粉末が望ましい。このような性状を有する粉末としては、住友化学製のAKP−30が挙げられる。 The powder feeder 5 is filled with α-Al 2 O 3 powder whose particle size is adjusted in advance. As α-Al 2 O 3 powder used as a raw material fine powder, primary particles having a particle size of 0.2 to 0.3 μm (center particle size) are aggregated to form secondary particles of several μm (center particle size). Powder is desirable. Examples of the powder having such properties include AKP-30 manufactured by Sumitomo Chemical.

なお、本発明で、上部アンダーコート層15を構成する化合物として、好適なものとしてAl23の他に、ZrO2、HfO2、Y23、Gd23等及びこれらのうち少なくとも二以上の混合物を挙げることができる。 In the present invention, as a compound constituting the upper undercoat layer 15, ZrO 2 , HfO 2 , Y 2 O 3 , Gd 2 O 3, etc., and at least of these, in addition to Al 2 O 3 , are preferable. A mixture of two or more can be mentioned.

これらのうちでも、Al23、ZrO2 が好適であり、その混合物でも良い。
Al23、ZrO2 が好適である理由は、Al23、ZrO2は、上部アンダーコート層15の上にウォッシュコート法で成膜される触媒層16の触媒担体の主要構成成分であり親和性を有するとともに、これらの材料が熱的及び化学的に安定であり、この上に成膜される触媒層に悪影響を及ぼさないからである。混合物を用いる場合には、各々を予め混合物とする他、マルチプルノズルを用いて同時に吹き付けるようにしてもよい。
Among these, Al 2 O 3 and ZrO 2 are preferable, and a mixture thereof may be used.
The reason why Al 2 O 3 and ZrO 2 are preferable is that Al 2 O 3 and ZrO 2 are the main components of the catalyst carrier of the catalyst layer 16 formed on the upper undercoat layer 15 by the wash coat method. This is because these materials have a certain affinity and are thermally and chemically stable and do not adversely affect the catalyst layer formed thereon. When using a mixture, in addition to making each mixture in advance, it may be sprayed simultaneously using multiple nozzles.

下部アンダーコート層の構成成分は、基板の構成成分に対し親和力を有する構成成分とすることが好適である。またさらに、上記上部アンダーコート層の構成成分と親和力を有することが好ましい。このことから、下部アンダーコート層は、酸化鉄Fe23及び/又はFe34から成ることが好ましい。この理由は、基板2の主要構成元素がFeである点と上部アンダーコート層15がAl23及び/又はZrO2の酸化物から構成されるため、熱膨張係数が近い鉄Fe23及び/又はFe34が好適である。
だからである。なお、このような特性を備えるものであれば、酸化鉄Fe23及び/又はFe34以外のものを採用してもよい。
下部アンダーコート層も、原料を微粉末として調整して、吹き付けることによって形成される。混合物を用いる場合には、各々を予め混合物とする他、マルチプルノズルを用いて同時に吹き付けるようにしてもよい。
The constituent component of the lower undercoat layer is preferably a constituent component having an affinity for the constituent component of the substrate. Furthermore, it is preferable to have an affinity with the constituent components of the upper undercoat layer. Therefore, the lower undercoat layer is preferably made of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 . This is because the main constituent element of the substrate 2 is Fe and the upper undercoat layer 15 is made of an oxide of Al 2 O 3 and / or ZrO 2 , so that the iron Fe 2 O 3 has a close thermal expansion coefficient. And / or Fe 3 O 4 is preferred.
That's why. Incidentally, if it has such characteristics, it may be employed other than iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4.
The lower undercoat layer is also formed by adjusting and spraying the raw material as a fine powder. When using a mixture, in addition to making each mixture in advance, it may be sprayed simultaneously using multiple nozzles.

そして、下部アンダーコート層を酸化鉄Fe23及び/又はFe34とAl23及び/又はZrO2の混合物から構成し、かつその組成が金属製の基板から上部アンダーコート層へ向かうにつれてAl23及び/又はZrO2が増加する組成分布を有するように構成することが、より好適である。増加させる態様としては、最も一般的には、増加する成分がリニア又はほぼリニアに増加するものが好適である。 The lower undercoat layer is composed of a mixture of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 and Al 2 O 3 and / or ZrO 2 , and the composition is changed from a metal substrate to the upper undercoat layer. It is more preferable to have a composition distribution in which Al 2 O 3 and / or ZrO 2 increases as it goes. As a mode of increasing, it is most preferable that the increasing component increases linearly or almost linearly.

上記したアンダーコート層を形成する原料微粉末の粒径は、例えば、レーザー計測法で計測される一次粒子の中心粒径で0.1〜2.0μmの範囲が好適である。この理由は、後述する方法によりノズルから高速でエアロゾルを噴射し、粒子を基板2に衝突させるプロセスにおいて、粒子が基板2に衝突する際に、一次粒子が破砕して活性な新生面が露出するのに十分な運動エネルギーを与えることができるからである。特に、0.2〜1.0μmの範囲が好適である。   The particle diameter of the raw material fine powder forming the above undercoat layer is preferably in the range of 0.1 to 2.0 μm, for example, as the center particle diameter of primary particles measured by a laser measurement method. This is because, in the process of spraying aerosol from a nozzle at a high speed by a method described later and colliding the particles with the substrate 2, when the particles collide with the substrate 2, the primary particles are crushed and the active new surface is exposed. This is because sufficient kinetic energy can be given to the. The range of 0.2 to 1.0 μm is particularly suitable.

上記原料微粉末を吹き付けるに先立って、ロータリーポンプ10及びメカニカルブースターポンプ11によりチャンバー1内を、フィルター9を介して、真空排気する。チャンバー1内が10Pa以下の到達真空度に達したら、キャリアガスボンベ6から、圧力調整器7及びマスフローコントローラ8を介することにより、圧力及び流量を所定の値に設定したキャリアガスをパウダーフィーダー5に送り込む。   Prior to spraying the raw material fine powder, the inside of the chamber 1 is evacuated through the filter 9 by the rotary pump 10 and the mechanical booster pump 11. When the ultimate vacuum of 10 Pa or less is reached in the chamber 1, the carrier gas whose pressure and flow rate are set to predetermined values is sent from the carrier gas cylinder 6 to the powder feeder 5 via the pressure regulator 7 and the mass flow controller 8. .

ここで、キャリアガスには、ヘリウムHe、アルゴンAr、窒素N2などの不活性ガスを用いることができる。粒子速度を増大させる目的からは、ヘリウムHeが好適である。 Here, an inert gas such as helium He, argon Ar, or nitrogen N 2 can be used as the carrier gas. Helium He is preferred for the purpose of increasing the particle velocity.

キャリアガス流量が定常値に達し、チャンバー1内の圧力が安定したら、パウダーフィーダー5の微粉末供給機構を作動させ、キャリアガスに原料粉末を均一に分散させたエアロゾルを形成する。このようにして生成したエアロゾルをノズル4のエアロゾル導入部に導入する。導入されたエアロゾルは、ノズル4の絞り部及び粒子加速部を順次通る際に加速され、ノズル4の先端から基板2に向かって高速で噴射される。   When the carrier gas flow rate reaches a steady value and the pressure in the chamber 1 is stabilized, the fine powder supply mechanism of the powder feeder 5 is operated to form an aerosol in which the raw material powder is uniformly dispersed in the carrier gas. The aerosol generated in this way is introduced into the aerosol introduction part of the nozzle 4. The introduced aerosol is accelerated when sequentially passing through the throttle portion and the particle accelerating portion of the nozzle 4 and is ejected from the tip of the nozzle 4 toward the substrate 2 at a high speed.

基板2の表面に高速で衝突したエアロゾル中の原料粉末は破砕し、活性な新生面が露出して基板2上に高い密着力を有する緻密なAl23膜が形成される。本発明における上部アンダーコート層15を形成するためには、前述のように基板2の表面に高速で衝突したエアロゾル中の原料粉末が破砕し、活性な新生面が露出する必要がある。このため、基板に入射する粒子は、一定以上の運動エネルギーを有する必要がある。Al23又はZrO2の場合、この条件は、前述した一次粒子径を有する微粉末を用いた場合、粒子速度少なくとも700m/s以上で満足される。入射粒子の速度は、原料粒子の粒子径、ノズル4の形状及びキャリアガス流量によって制御できる。 The raw material powder in the aerosol colliding with the surface of the substrate 2 at high speed is crushed, and an active new surface is exposed to form a dense Al 2 O 3 film having high adhesion on the substrate 2. In order to form the upper undercoat layer 15 in the present invention, as described above, the raw material powder in the aerosol colliding with the surface of the substrate 2 at a high speed must be crushed to expose the active new surface. For this reason, the particles incident on the substrate need to have a certain level of kinetic energy. In the case of Al 2 O 3 or ZrO 2 , this condition is satisfied at a particle speed of at least 700 m / s when the fine powder having the primary particle diameter described above is used. The speed of the incident particles can be controlled by the particle diameter of the raw material particles, the shape of the nozzle 4 and the carrier gas flow rate.

そして、基板ホルダー3を図示しない駆動機構によって、XY(基板2の平面)方向に移動させることにより、基板2上の一定面積にAl23からなる上部アンダーコート層15を形成することができる。
同様の要領により酸化鉄Fe23及び/又はFe34からなる下部アンダーコート層14等の下部アンダーコート層を形成することができる。
Then, the upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 can be formed in a certain area on the substrate 2 by moving the substrate holder 3 in the XY (plane of the substrate 2) direction by a drive mechanism (not shown). .
A lower undercoat layer such as the lower undercoat layer 14 made of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 can be formed by the same procedure.

次に、Al23からなる上部アンダーコート層15上へのウォッシュコート法による触媒担体及び触媒膜の成膜方法(触媒活性成分を含む触媒膜を成膜する方法)について説明する。本発明で用いる触媒担体は、その熱的安定性及び化学的安定性の観点から、その主成分がAl23又はZrO2のいずれかもしくは両方の混合物から構成されることが好適である。もっとも、本発明の目的に反しない限り、他にもHfO2、Y23等を用いることができる。 Next, a method for forming a catalyst carrier and a catalyst film by a wash coat method on the upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 (a method for forming a catalyst film containing a catalytic active component) will be described. From the viewpoint of thermal stability and chemical stability, the main component of the catalyst support used in the present invention is preferably composed of either Al 2 O 3 or ZrO 2 or a mixture of both. However, HfO 2 , Y 2 O 3, etc. can be used as long as they do not contradict the object of the present invention.

ここでは、共沈法によるZrO2・Al23触媒担体の調整方法について説明する。なお、ウォッシュコート法に供することができる触媒担体を調整できる方法であれば、共沈法に限定する必要はない。 Here, a method for adjusting the ZrO 2 · Al 2 O 3 catalyst carrier by the coprecipitation method will be described. In addition, if it is a method which can adjust the catalyst support | carrier which can be used for the washcoat method, it is not necessary to limit to a coprecipitation method.

Al23の出発原料として比表面積の大きなγ−Al23が好適である。例えば、住友化学製のA−11を用いることができる。
ZrO2の出発原料としては、例えば、オキシ塩化ジルコニウムZrOCl2・8H2O(三津和化学製)を用いることができる。
Al 2 O having a specific surface area as a starting material of 3 large gamma-Al 2 O 3 are preferred. For example, Sumitomo Chemical's A-11 can be used.
As a starting material for ZrO 2 , for example, zirconium oxychloride ZrOCl 2 .8H 2 O (manufactured by Mitsuwa Chemical) can be used.

上記原料を用いる場合を一例として説明すると、まず、所定量に秤量したZrOCl2・8H2Oをポリタンクに入れ、所定量の蒸留水を投入し、撹拌しながらZrOCl2・8H2Oを溶解させる。次に、撹拌しながら所定量に秤量したγ−Al23を徐々に添加する。この状態で数10分間から1時間程度撹拌した後、pHが9.2〜9.3になるまで、撹拌しながらNH4OH水を徐々に滴下し、沈殿を形成する。pHが9.2〜9.3になるまでNH4OH水を滴下したら、撹拌した状態で1時間程度熟成させる。次に、アスピレータを用いて沈殿物を濾過した後、沈殿物を大気中100〜120℃で10〜12時間加熱し、水分を蒸発させる。次に、大気中で500〜600℃、5〜10時間、引続き1100〜1150℃で5〜10時間焼成し、触媒担体粉末とする。 The case of using the above raw materials will be described as an example. First, ZrOCl 2 .8H 2 O weighed to a predetermined amount is put into a plastic tank, a predetermined amount of distilled water is added, and ZrOCl 2 .8H 2 O is dissolved while stirring. . Next, γ-Al 2 O 3 weighed to a predetermined amount is gradually added while stirring. In this state, after stirring for several tens of minutes to about 1 hour, NH 4 OH water is gradually added dropwise with stirring until pH becomes 9.2 to 9.3 to form a precipitate. When NH 4 OH water is added dropwise until the pH reaches 9.2 to 9.3, the mixture is aged with stirring for about 1 hour. Next, after the precipitate is filtered using an aspirator, the precipitate is heated in the atmosphere at 100 to 120 ° C. for 10 to 12 hours to evaporate water. Next, it is calcined in the atmosphere at 500 to 600 ° C. for 5 to 10 hours and subsequently at 1100 to 1150 ° C. for 5 to 10 hours to obtain catalyst carrier powder.

次に、触媒活性成分としてパラジウムPdを上記のような触媒担体に担持する手順を説明する。なお、Rh及びPtについても、同様の要領で担持することができる。   Next, a procedure for supporting palladium Pd as a catalytic active component on the above catalyst carrier will be described. Rh and Pt can also be supported in the same manner.

前述の要領で調整した触媒担体粉末を所定量、蒸発皿に入れる。次に、触媒担体粉末全体が湿るように蒸留水を注ぐ。これに、所定量に秤量した硝酸パラジウムPd(NO32を加える。蒸発皿をホットプレートで徐々に加熱し、撹拌しながら、水分を蒸発させ、蒸発乾固させる。蒸発乾固した粉末を大気中で500〜600℃、5〜10時間、引続き1100〜1150℃で5〜10時間焼成し、触媒を担持した触媒担体粉末を調整する。 A predetermined amount of the catalyst carrier powder prepared as described above is put in an evaporating dish. Next, distilled water is poured so that the entire catalyst support powder is wet. To this is added palladium nitrate Pd (NO 3 ) 2 weighed to a predetermined amount. The evaporating dish is gradually heated on a hot plate, and the water is evaporated and evaporated to dryness while stirring. The evaporated and dried powder is calcined in the atmosphere at 500 to 600 ° C. for 5 to 10 hours and subsequently at 1100 to 1150 ° C. for 5 to 10 hours to prepare a catalyst carrier powder carrying the catalyst.

次に、本発明でウォッシュコート法による触媒活性成分を担持した触媒担体膜を成膜する手順について説明する。前述のようにして調整した触媒を担持した触媒担体粉末と所定量の蒸留水、及び所定量のバインダーをボールミル法により均一に混合し、スラリーを作製する。   Next, a procedure for forming a catalyst carrier film carrying a catalytically active component by the wash coat method in the present invention will be described. The catalyst carrier powder carrying the catalyst prepared as described above, a predetermined amount of distilled water, and a predetermined amount of binder are uniformly mixed by a ball mill method to produce a slurry.

次に予め重量を計測した下部アンダーコート層14(図2)及び上部アンダーコート層15(図2)を成膜した金属製の基板2を前述の要領で調整したスラリーに浸した後、引上げ、エアーガンでブローして余分のスラリーを吹き飛ばす。スラリーを成膜した基板2を乾燥させた後、重量を秤量し、コート量を求める。所定のコート量に達するまで上記の操作を繰り返す。所定量の触媒層をコートした基板2は、大気中900〜1000℃で15〜20時間、焼成する。このようにして、アンダーコート層上にPdを触媒活性成分とする触媒担体膜を成膜することができる。このようにして本発明に係る触媒を得ることができる。
なお、以上の成膜に関する手順は、あくまで一例であって、本発明は、上記記載に限定されるものではない。
触媒活性成分としては、以上の説明で、Pdとしたが、他にもRu、Pt、Rh,Ir,Co,Mn,Fe,Ni,Cr等を用いることができる。
Next, the metal substrate 2 on which the lower undercoat layer 14 (FIG. 2) and the upper undercoat layer 15 (FIG. 2), which have been weighed in advance, are immersed in the slurry prepared as described above, and then pulled up. Blow with an air gun to blow off any excess slurry. After drying the substrate 2 on which the slurry is formed, the weight is weighed to determine the coating amount. The above operation is repeated until a predetermined coat amount is reached. The substrate 2 coated with a predetermined amount of the catalyst layer is fired at 900 to 1000 ° C. in the atmosphere for 15 to 20 hours. In this way, a catalyst carrier film containing Pd as a catalytically active component can be formed on the undercoat layer. In this way, the catalyst according to the present invention can be obtained.
Note that the above-described procedure relating to film formation is merely an example, and the present invention is not limited to the above description.
The catalytically active component is Pd in the above description, but Ru, Pt, Rh, Ir, Co, Mn, Fe, Ni, Cr, etc. can also be used.

以下、本発明を実施例によりさらに説明する。なお、参照番号は、図1、図2、又は図4に付した参照番号であり、その指称する構成要素は先行する説明に従う。
実施例1、比較例1
基板2として厚さ0.1mm、幅50mm、長さ200mmの波板状のNAS442A5を用いた。次に、下部アンダーコート層14用の原料粉末として、パウダーフィーダー5にFe23粉末(JFEケミカル製 中心粒径0.5μm)を充填した。
Hereinafter, the present invention will be further described by examples. Note that the reference numbers are the reference numbers given in FIG. 1, FIG. 2, or FIG. 4, and the components to be designated are according to the preceding description.
Example 1 and Comparative Example 1
As the substrate 2, a corrugated NAS442A5 having a thickness of 0.1 mm, a width of 50 mm, and a length of 200 mm was used. Next, as a raw material powder for the lower undercoat layer 14, the powder feeder 5 was filled with Fe 2 O 3 powder (JFE Chemical's center particle size 0.5 μm).

下部アンダーコート層14の成膜条件は、ノズル4−基板2間距離50mm、原料粉末供給速度1.5g/min、基板2移動速度0.5mm/sec、ヘリウム流量20リットル/minに設定した。この条件で基板2上に下部アンダーコート層14として、膜厚2.1μmの酸化鉄Fe23を成膜した。 The film formation conditions of the lower undercoat layer 14 were set such that the distance between the nozzle 4 and the substrate 2 was 50 mm, the raw material powder supply rate was 1.5 g / min, the substrate 2 movement rate was 0.5 mm / sec, and the helium flow rate was 20 liters / min. Under these conditions, iron oxide Fe 2 O 3 having a thickness of 2.1 μm was formed as the lower undercoat layer 14 on the substrate 2.

次に、パウダーフィーダー5に上部アンダーコート層15用原料粉末として、α−Al23粉末(住友化学製AKP−30 中心粒径0.3μm)を充填した。キャリアガスボンベ6からヘリウムHeを毎分20リットルの流量でパウダーフィーダー5にキャリアガスとして供給した。次にパウダーフィーダー5の粉末供給機構を作動させ、1.3g/minのα−Al23原料粉末をキャリアガスとともにノズル4に供給して基板2にAl23からなる上部アンダーコート層15を形成した。 Next, the powder feeder 5 was filled with α-Al 2 O 3 powder (AKP-30, center particle size 0.3 μm, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) as a raw material powder for the upper undercoat layer 15. Helium He was supplied from the carrier gas cylinder 6 to the powder feeder 5 as a carrier gas at a flow rate of 20 liters per minute. Next, the powder supply mechanism of the powder feeder 5 is operated to supply 1.3 g / min of α-Al 2 O 3 raw material powder together with a carrier gas to the nozzle 4 to form an upper undercoat layer made of Al 2 O 3 on the substrate 2. 15 was formed.

基板2は、ノズル4に対して0.2mm/secの速度で移動させた。Al23からなる上部アンダーコート層15の膜厚は、約10μmであった。
このようにして、NAS442A5基板2上の両面にFe23からなる下部アンダーコート層14及びAl23からなる上部アンダーコート層15を形成した。
The substrate 2 was moved with respect to the nozzle 4 at a speed of 0.2 mm / sec. The film thickness of the upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 was about 10 μm.
Thus, the lower undercoat layer 14 made of Fe 2 O 3 and the upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 were formed on both surfaces of the NAS442A5 substrate 2.

アンダーコート層を形成したNAS442A5基板2をコア径約25mmになるように巻き込み、NAS442A5からなる外筒材で固定し、コア径25mm、長さ50mmのメタルハニカムを作製した。また、比較例1として、下部アンダーコート層14及び上部アンダーコート層15を形成しないNAS442A5基板を実施例1と同様に巻き込み、NAS442A5からなる外筒材で固定し、コア径25mm、長さ50mmのメタルハニカムを作製した。   The NAS442A5 substrate 2 on which the undercoat layer was formed was wound so as to have a core diameter of about 25 mm, and was fixed with an outer cylinder made of NAS442A5, thereby producing a metal honeycomb having a core diameter of 25 mm and a length of 50 mm. Further, as Comparative Example 1, a NAS442A5 substrate on which the lower undercoat layer 14 and the upper undercoat layer 15 are not formed is wound in the same manner as in Example 1, and is fixed with an outer cylindrical material made of NAS442A5, with a core diameter of 25 mm and a length of 50 mm. A metal honeycomb was produced.

このようにして作製した2種類のメタルハニカム(実施例1及び比較例1)を、前述の要領で調整した触媒担体スラリーに8回浸漬し、所定量の触媒層を形成した後、大気中、950℃で20時間焼成した。   The two types of metal honeycombs thus prepared (Example 1 and Comparative Example 1) were immersed eight times in the catalyst carrier slurry prepared as described above to form a predetermined amount of catalyst layer, Firing was performed at 950 ° C. for 20 hours.

次に、触媒層を形成した2種類のメタルハニカム(実施例1及び比較例1)に大気圧で150Nリットル/分の空気を流通させ、触媒層の重量減少量を計測した。
図3に、空気流通時間に対する触媒層の重量減少量の変化を示す。Fe23からなる2.1μmの下部アンダーコート層及びAl23からなる10μmの上部アンダーコート層15を形成した実施例1では、空気流通時間68時間後の重量減少量は0.052gに留まったが、アンダーコート層を形成していない比較例1では、空気流通時間とともに重量減少量が増大し、空気流通時間68時間後の重量減少量は、0.110gに達した。これは、アンダーコート層を形成した実施例1では、アンダーコート層を介して基板2と触媒層との密着力が強く、大流量の空気を流通させても、触媒層の重量減少は小さいのに対し、アンダーコート層を形成していない比較例1では、基板2と触媒層との密着力が弱いため、空気流通時間の経過とともに触媒層が剥離して失われたためであると考えられる。
Next, 150 Nl / min of air was circulated at atmospheric pressure through two types of metal honeycombs (Example 1 and Comparative Example 1) on which the catalyst layer was formed, and the weight reduction amount of the catalyst layer was measured.
FIG. 3 shows a change in the weight reduction amount of the catalyst layer with respect to the air circulation time. In Example 1 in which a 2.1 μm lower undercoat layer made of Fe 2 O 3 and a 10 μm upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 were formed, the weight loss after 68 hours of air circulation was 0.052 g. In Comparative Example 1 in which the undercoat layer was not formed, the weight reduction amount increased with the air circulation time, and the weight reduction amount after 68 hours of the air circulation time reached 0.110 g. In Example 1 in which the undercoat layer is formed, the adhesion between the substrate 2 and the catalyst layer is strong through the undercoat layer, and the weight loss of the catalyst layer is small even when a large amount of air is circulated. On the other hand, in Comparative Example 1 in which no undercoat layer was formed, the adhesion between the substrate 2 and the catalyst layer was weak, so it is considered that the catalyst layer was peeled off and lost with the passage of the air circulation time.

実施例2、比較例2
基板2として厚さ0.1mm、幅50mm、長さ200mmの波板状のNAS442A5を用いた。次に、下部アンダーコート層14用の原料粉末として、パウダーフィーダー5にFe23粉末(JFEケミカル製 中心粒径0.5μm)を充填した。下部アンダーコート層14の成膜条件は、ノズル4−基板2間距離50mm、原料粉末供給速度1.5g/min、基板2移動速度0.5mm/sec、ヘリウム流量20リットル/minに設定した。この条件で基板2上に下部アンダーコート層として、膜厚2.1μmの酸化鉄Fe23を成膜した。
Example 2 and Comparative Example 2
As the substrate 2, a corrugated NAS442A5 having a thickness of 0.1 mm, a width of 50 mm, and a length of 200 mm was used. Next, as a raw material powder for the lower undercoat layer 14, the powder feeder 5 was filled with Fe 2 O 3 powder (JFE Chemical's center particle size 0.5 μm). The film formation conditions of the lower undercoat layer 14 were set such that the distance between the nozzle 4 and the substrate 2 was 50 mm, the raw material powder supply rate was 1.5 g / min, the substrate 2 movement rate was 0.5 mm / sec, and the helium flow rate was 20 liters / min. Under these conditions, iron oxide Fe 2 O 3 having a thickness of 2.1 μm was formed on the substrate 2 as a lower undercoat layer.

次に、パウダーフィーダー5に上部アンダーコート層15用原料粉末として、ジルコニアZrO2粉末(東ソー製TZ−PX−136 中心粒径0.7μm)を充填した。キャリアガスボンベ6からヘリウムHeを毎分20リットルの流量でパウダーフィーダー5にキャリアガスとして供給した。次にパウダーフィーダー5の粉末供給機構を作動させ、1.9g/minの、ジルコニアZrO2粉末をキャリアガスとともにノズル4に供給して基板2にZrO2上部アンダーコート層15を形成した。基板2は、ノズル4に対して0.3mm/secの速度で移動させた。
ZrO2からなる上部アンダーコート層15の膜厚は、約7μmであった。
Next, the powder feeder 5 was filled with zirconia ZrO 2 powder (TZ-PX-136 center particle size 0.7 μm, manufactured by Tosoh) as a raw material powder for the upper undercoat layer 15. Helium He was supplied from the carrier gas cylinder 6 to the powder feeder 5 as a carrier gas at a flow rate of 20 liters per minute. Next, the powder supply mechanism of the powder feeder 5 was operated to supply 1.9 g / min of zirconia ZrO 2 powder together with the carrier gas to the nozzle 4 to form the ZrO 2 upper undercoat layer 15 on the substrate 2. The substrate 2 was moved with respect to the nozzle 4 at a speed of 0.3 mm / sec.
The film thickness of the upper undercoat layer 15 made of ZrO 2 was about 7 μm.

このようにして、NAS442A5基板2上の両面にFe2O3からなる下部アンダーコート層14及びZrO2からなる上部アンダーコート層15を形成した。
アンダーコート層を形成したNAS442A5基板2をコア径約25mmになるように巻き込み、NAS442A5からなる外筒材で固定し、コア径25mm、長さ50mmのメタルハニカムを作製した。また、比較例2として、下部アンダーコート層14及び上部アンダーコート層15を形成しないNAS442A5基板を実施例2と同様に巻き込み、NAS442A5からなる外筒材で固定し、コア径25mm、長さ50mmのメタルハニカムを作製した。
In this way, the lower undercoat layer 14 made of Fe2O3 and the upper undercoat layer 15 made of ZrO2 were formed on both surfaces of the NAS442A5 substrate 2.
The NAS442A5 substrate 2 on which the undercoat layer was formed was wound so as to have a core diameter of about 25 mm, and fixed with an outer cylindrical material made of NAS442A5, thereby producing a metal honeycomb having a core diameter of 25 mm and a length of 50 mm. Further, as Comparative Example 2, a NAS442A5 substrate on which the lower undercoat layer 14 and the upper undercoat layer 15 are not formed is wound in the same manner as in Example 2, and is fixed with an outer cylindrical material made of NAS442A5, with a core diameter of 25 mm and a length of 50 mm. A metal honeycomb was produced.

このようにして作製した2種類のメタルハニカム(実施例2及び比較例2)を、前述の要領で調整した触媒担体スラリーに8回浸漬し、所定量の触媒層を形成した後、大気中、950℃で20時間焼成した。   The two types of metal honeycombs thus produced (Example 2 and Comparative Example 2) were immersed eight times in the catalyst carrier slurry prepared as described above to form a predetermined amount of catalyst layer, Firing was performed at 950 ° C. for 20 hours.

次に、触媒層を形成した2種類のメタルハニカム(実施例2及び比較例2)に大気圧で150Nリットル/分の空気を流通させ、触媒層の重量減少量を計測した。
Fe23からなる2.1μmの下部アンダーコート層及びZrO2からなる7μmの上部アンダーコート層15を形成した実施例2では、空気流通時間75時間後の重量減少量は0.055gに留まったが、アンダーコート層を形成していない比較例1では、空気流通時間とともに重量減少量が増大し、空気流通時間68時間後の重量減少量は、0.115gに達した。これは、アンダーコート層を形成した実施例2では、アンダーコート層を介して基板2と触媒層との密着力が強く、大流量の空気を流通させても、触媒層の重量減少は小さいのに対し、アンダーコート層を形成していない比較例2では、基板2と触媒層との密着力が弱いため、空気流通時間の経過とともに触媒層が剥離して失われたためであると考えられる。
Next, 150 N liters / minute of air was circulated at atmospheric pressure through two types of metal honeycombs (Example 2 and Comparative Example 2) on which the catalyst layer was formed, and the weight reduction amount of the catalyst layer was measured.
In Example 2 in which a 2.1 μm lower undercoat layer made of Fe 2 O 3 and a 7 μm upper undercoat layer 15 made of ZrO 2 were formed, the weight loss after an air circulation time of 75 hours remained at 0.055 g. However, in Comparative Example 1 in which no undercoat layer was formed, the weight loss increased with the air circulation time, and the weight loss after 68 hours of the air circulation time reached 0.115 g. In Example 2 in which the undercoat layer is formed, the adhesion between the substrate 2 and the catalyst layer is strong through the undercoat layer, and the weight loss of the catalyst layer is small even when a large amount of air is circulated. On the other hand, in Comparative Example 2 in which no undercoat layer was formed, the adhesion between the substrate 2 and the catalyst layer was weak, which is considered to be because the catalyst layer was peeled off and lost with the passage of the air circulation time.

実施例3、比較例3
図4に下部アンダーコート層14を成膜した装置の概略図を示す。基本的な装置構成は図1と同様であるが、キャリアガスの圧力計12以降を2系統に分岐し、マスフローコントローラ8、パウダーフィーダー5及びノズル4を各々2系統設けた点が異なる。これは、下部アンダーコート層14を酸化鉄Fe23とAl23の混合物から構成し、かつその組成が金属製の基板から上部アンダーコート層へ向かうにつれてAl23が増加する組成分布を有するようにするためであった。
Example 3 and Comparative Example 3
FIG. 4 shows a schematic view of an apparatus for forming the lower undercoat layer 14. The basic apparatus configuration is the same as that in FIG. 1 except that the carrier gas pressure gauge 12 and subsequent branches are branched into two systems, and the mass flow controller 8, the powder feeder 5 and the nozzle 4 are provided in two systems. This is because the lower undercoat layer 14 is composed of a mixture of iron oxide Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 and the composition increases in Al 2 O 3 as it goes from the metal substrate to the upper undercoat layer. It was to have a distribution.

基板2として厚さ0.1mm、幅50mm、長さ200mmの波板状のNAS442A5を用いた。次に、下部アンダーコート層14用の原料粉末として、Fe23粉末(JFEケミカル製 中心粒径0.5μm)及びα−Al23粉末(住友化学製AKP−30 中心粒径0.3μm)を各々別のパウダーフィーダー5に充填した。 As the substrate 2, a corrugated NAS442A5 having a thickness of 0.1 mm, a width of 50 mm, and a length of 200 mm was used. Next, as raw material powders for the lower undercoat layer 14, Fe 2 O 3 powder (JFE Chemical's central particle size 0.5 μm) and α-Al 2 O 3 powder (Sumitomo Chemical's AKP-30 central particle size 0. 3 [mu] m) were filled in separate powder feeders 5 respectively.

下部アンダーコート層14の成膜条件は、ノズル4−基板2間距離50mm、基板2移動速度0.4mm/sec、ヘリウム流量20リットル/minに設定した。また、原料粉末供給速度は、Fe23粉末を1.5g/minから0.5g/minまで連続的に減少させ、一方、α−Al23粉末は、0.3g/minから1.8g/minまで連続的に増加させた。 The film formation conditions of the lower undercoat layer 14 were set such that the distance between the nozzle 4 and the substrate 2 was 50 mm, the substrate 2 moving speed was 0.4 mm / sec, and the helium flow rate was 20 liters / min. In addition, the raw material powder supply rate continuously decreased the Fe 2 O 3 powder from 1.5 g / min to 0.5 g / min, while the α-Al 2 O 3 powder decreased from 0.3 g / min to 1 Increased continuously to 8 g / min.

この条件で基板2上にとして、膜厚2.0μmのFe23及びAl23との混合物からなる下部アンダーコート層14を成膜した。成膜した下部アンダーコート層14の組成を電子線マイクロアナライザで分析した結果を図5に示す。基板2側から上部アンダーコート層15に向かうにつれて、Al23成分が多くなる組成分布を有していた。 Under this condition, a lower undercoat layer 14 made of a mixture of Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 having a thickness of 2.0 μm was formed on the substrate 2. FIG. 5 shows the result of analyzing the composition of the deposited lower undercoat layer 14 using an electron beam microanalyzer. The composition distribution was such that the Al 2 O 3 component increased from the substrate 2 side toward the upper undercoat layer 15.

次に、パウダーフィーダー5に上部アンダーコート層15用原料粉末として、α−Al23粉末(住友化学製AKP−30 中心粒径0.3μm)を充填した。
キャリアガスボンベ6からヘリウムHeを毎分20リットルの流量でパウダーフィーダー5にキャリアガスとして供給した。次にパウダーフィーダー5の粉末供給機構を作動させ、1.3g/minのα−Al23原料粉末をキャリアガスとともにノズル4に供給して基板2にAl23からなる上部アンダーコート層を形成した。
基板2は、ノズル4に対して0.2mm/secの速度で移動させた。Al23からなる上部アンダーコート層15の膜厚は、約10μmであった。
Next, the powder feeder 5 was filled with α-Al 2 O 3 powder (AKP-30, center particle size 0.3 μm, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) as a raw material powder for the upper undercoat layer 15.
Helium He was supplied from the carrier gas cylinder 6 to the powder feeder 5 as a carrier gas at a flow rate of 20 liters per minute. Next, the powder supply mechanism of the powder feeder 5 is operated to supply 1.3 g / min of α-Al 2 O 3 raw material powder together with a carrier gas to the nozzle 4 to form an upper undercoat layer made of Al 2 O 3 on the substrate 2. Formed.
The substrate 2 was moved with respect to the nozzle 4 at a speed of 0.2 mm / sec. The film thickness of the upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 was about 10 μm.

このようにして、NAS442A5基板2上の両面にFe23及びAl23との混合物からなる下部アンダーコート層14及びAl23からなる上部アンダーコート層15を形成した。
アンダーコート層を形成したNAS442A5基板2をコア径約25mmになるように巻き込み、NAS442A5からなる外筒材で固定し、コア径25mm、長さ50mmのメタルハニカムを作製した。また、比較例3として、下部アンダーコート層14及び上部アンダーコート層15を形成しないNAS442A5基板を実施例3と同様に巻き込み、NAS442A5からなる外筒材で固定し、コア径25mm、長さ50mmのメタルハニカムを作製した。
In this way, the lower undercoat layer 14 made of a mixture of Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 and the upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 were formed on both surfaces of the NAS 442A5 substrate 2.
The NAS442A5 substrate 2 on which the undercoat layer was formed was wound so as to have a core diameter of about 25 mm, and fixed with an outer cylindrical material made of NAS442A5, thereby producing a metal honeycomb having a core diameter of 25 mm and a length of 50 mm. Further, as Comparative Example 3, a NAS442A5 substrate on which the lower undercoat layer 14 and the upper undercoat layer 15 are not formed is wound in the same manner as in Example 3, and is fixed with an outer cylindrical material made of NAS442A5, with a core diameter of 25 mm and a length of 50 mm. A metal honeycomb was produced.

このようにして作製した2種類のメタルハニカム(実施例3及び比較例3)を、前述の要領で調整した触媒担体スラリーに8回浸漬し、所定量の触媒層を形成した後、大気中、950℃で20時間焼成した。
次に、触媒層を形成した2種類のメタルハニカム(実施例3及び比較例3)に大気圧で150Nリットル/分の空気を流通させ、触媒層の重量減少量を計測した。
The two types of metal honeycombs thus prepared (Example 3 and Comparative Example 3) were immersed eight times in the catalyst carrier slurry prepared as described above to form a predetermined amount of catalyst layer, Firing was performed at 950 ° C. for 20 hours.
Next, 150 N liters / minute of air was circulated at atmospheric pressure through two types of metal honeycombs (Example 3 and Comparative Example 3) on which the catalyst layer was formed, and the weight reduction amount of the catalyst layer was measured.

Fe23及びAl23との混合物からなる2.0μmの下部アンダーコート層及びAl23からなる10μmの上部アンダーコート層15を形成した実施例3では、空気流通時間70時間後の重量減少量は0.048gに留まったが、アンダーコート層を形成していない比較例3では、空気流通時間とともに重量減少量が増大し、空気流通時間70時間後の重量減少量は、0.111gに達した。これは、アンダーコート層を形成した実施例3では、アンダーコート層を介して基板2と触媒層との密着力が強く、大流量の空気を流通させても、触媒層の重量減少は小さいのに対し、アンダーコート層を形成していない比較例3では、基板2と触媒層との密着力が弱いため、空気流通時間の経過とともに触媒層が剥離して失われたためであると考えられる。 In Example 3 in which a 2.0 μm lower undercoat layer made of a mixture of Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 and a 10 μm upper undercoat layer 15 made of Al 2 O 3 were formed, the air flow time was 70 hours later. In Comparative Example 3 in which no undercoat layer was formed, the weight reduction amount increased with the air circulation time, and the weight reduction amount after 70 hours of the air circulation time was 0%. .111 g was reached. In Example 3 in which the undercoat layer was formed, the adhesion between the substrate 2 and the catalyst layer was strong through the undercoat layer, and the weight loss of the catalyst layer was small even when a large amount of air was circulated. On the other hand, in Comparative Example 3 in which no undercoat layer was formed, the adhesion between the substrate 2 and the catalyst layer was weak, so it is considered that the catalyst layer was peeled off and lost with the passage of the air circulation time.

本発明に係る下部アンダーコート層及び上部を成膜するための装置について、一実施の形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining one Embodiment about the apparatus for forming the lower undercoat layer and upper part which concern on this invention. 本発明に係る触媒の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the catalyst which concerns on this invention. 実施例1及び比較例1に係る空気流通時間と触媒膜の重量減少量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the air circulation time which concerns on Example 1 and Comparative Example 1, and the weight decreasing amount of a catalyst membrane. 実施例3に係る下部アンダーコート層を成膜するための装置について、一実施の形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining one Embodiment about the apparatus for forming the lower undercoat layer concerning Example 3 into a film. 実施例3に係る下部アンダーコート層の組成分布を示すグラフである。6 is a graph showing a composition distribution of a lower undercoat layer according to Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバー
2 基板
3 基板ホルダー
4 ノズル
5 パウダーフィーダー
6 キャリアガスボンベ
7 圧力調整器
8 マスフローコントローラ
9 フィルター
10 ロータリーポンプ
11 メカニカルブースターポンプ
12 バルブ
13 圧力計
14 下部アンダーコート層
15 上部アンダーコート層
16 ウォッシュコート法による触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Substrate 3 Substrate holder 4 Nozzle 5 Powder feeder 6 Carrier gas cylinder 7 Pressure regulator 8 Mass flow controller 9 Filter 10 Rotary pump 11 Mechanical booster pump 12 Valve 13 Pressure gauge 14 Lower undercoat layer 15 Upper undercoat layer 16 Wash coat method Catalyst layer

Claims (19)

微粉末をキャリアガスと共に微小孔ノズルの先端から、金属製の基板上に吹き付け、該基板上に該基板の構成成分に対し親和力を有する構成成分によって構成した下部アンダーコート層と、上部アンダーコート層とから形成されるアンダーコート層を成膜し、該アンダーコート層上に、ウォッシュコート法で触媒活性成分を含む触媒膜を成膜し、しかる後、焼成処理を施して成ることを特徴とする触媒。 A lower undercoat layer formed by spraying a fine powder together with a carrier gas from the tip of a microhole nozzle onto a metal substrate and having a component having an affinity for the component of the substrate on the substrate, and an upper undercoat layer And forming a catalyst film containing a catalytically active component by a washcoat method on the undercoat layer, and then performing a baking treatment. catalyst. 上記下部アンダーコート層の構成成分が、上記上部アンダーコート層の構成成分と親和力を有することを特徴とする請求項1に記載の触媒。 2. The catalyst according to claim 1, wherein the constituent component of the lower undercoat layer has an affinity with the constituent component of the upper undercoat layer. 上記上部アンダーコート層がAl23及び/又はZrO2から構成されることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の触媒。 The catalyst according to claim 1, wherein the upper undercoat layer is composed of Al 2 O 3 and / or ZrO 2 . 上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34から成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the lower undercoat layer is made of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 . 上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34とAl23及び/又はZrO2との混合物から成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の触媒。 According to any one of claims 1 to 3, characterized in that the lower undercoat layer comprises a mixture of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 and Al 2 O 3 and / or ZrO 2 catalyst. 上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34とAl23及び/又はZrO2の混合物から成り、かつその組成が上記金属製の基板から上部アンダーコート層へ向かうにつれてAl23及び/又はZrO2が増加する組成分布を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の触媒。 The lower undercoat layer is made of a mixture of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 and Al 2 O 3 and / or ZrO 2 , and the composition is directed from the metal substrate to the upper undercoat layer. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst has a composition distribution in which Al 2 O 3 and / or ZrO 2 increases. 上記微小孔ノズルの先端からキャリアガスと共に噴射される粒子の粒子速度が700m/s以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein a particle velocity of particles ejected together with a carrier gas from the tip of the microhole nozzle is 700 m / s or more. 上記触媒活性成分を担持するための触媒担体が、Al23及び/又はZrO2を主成分とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の触媒。 Catalyst carrier for carrying the catalyst active component, the catalyst according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a main component Al 2 O 3 and / or ZrO 2. 上記触媒活性成分がPd、Ru、Ptから選ばれた少なくとも一の触媒活性成分であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の触媒。 The catalyst according to any one of claims 1 to 8, wherein the catalytically active component is at least one catalytically active component selected from Pd, Ru, and Pt. 微粉末をキャリアガスと共に微小孔ノズルの先端から、金属製の基板上に吹き付け、該基板上に該基板の構成成分に対し親和力を有する構成成分によって構成した下部アンダーコート層と、上部アンダーコート層とから形成されるアンダーコート層を成膜し、該アンダーコート層上に、ウォッシュコート法で触媒活性成分を含む触媒膜を成膜し、しかる後、焼成処理を施すようにしたことを特徴とする触媒の製造方法。 A lower undercoat layer formed by spraying a fine powder together with a carrier gas from the tip of a microhole nozzle onto a metal substrate and having a component having an affinity for the component of the substrate on the substrate, and an upper undercoat layer And forming a catalyst film containing a catalytically active component by a washcoat method on the undercoat layer, and then performing a firing treatment. To produce a catalyst. 上記下部アンダーコート層の構成成分が、上記上部アンダーコート層の構成成分と親和力を有することを特徴とする請求項10に記載の触媒の製造方法。 11. The method for producing a catalyst according to claim 10, wherein the constituent component of the lower undercoat layer has an affinity with the constituent component of the upper undercoat layer. 上記上部アンダーコート層がAl23及び/又はZrO2から構成されることを特徴とする請求項10又は11のいずれかに記載の触媒の製造方法。 The method for producing a catalyst according to claim 10 or 11, wherein the upper undercoat layer is composed of Al 2 O 3 and / or ZrO 2 . 上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34から成ることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の触媒の製造方法。 Process for preparing a catalyst according to any one of claims 10 to 12 in which the lower undercoat layer is characterized in that it consists of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4. 上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34とAl23及び/又はZrO2との混合物から成ることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の触媒の製造方法。 According to any one of claims 10 to 12, characterized in that the lower undercoat layer comprises a mixture of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 and Al 2 O 3 and / or ZrO 2 A method for producing a catalyst. 上記下部アンダーコート層が酸化鉄Fe23及び/又はFe34とAl23及び/又はZrO2の混合物から成り、かつその組成が上記金属製の基板から上部アンダーコート層へ向かうにつれてAl23及び/又はZrO2が増加する組成分布を有することを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の触媒の製造方法。 The lower undercoat layer is made of a mixture of iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 and Al 2 O 3 and / or ZrO 2 , and the composition is directed from the metal substrate to the upper undercoat layer. 13. The method for producing a catalyst according to claim 10, wherein Al 2 O 3 and / or ZrO 2 has a composition distribution that increases with time. 上記微小孔ノズルの先端からキャリアガスと共に噴射される粒子の粒子速度が700m/s以上であることを特徴とする請求項10〜15のいずれかに記載の触媒の製造方法。 The method for producing a catalyst according to any one of claims 10 to 15, wherein a particle velocity of particles ejected together with a carrier gas from the tip of the microhole nozzle is 700 m / s or more. 上記触媒活性成分を担持するための触媒担体が、Al23及び/又はZrO2を主成分とすることを特徴とする請求項10〜16のいずれかに記載の触媒の製造方法。 Catalyst carrier for carrying the catalyst active component, process for preparing a catalyst according to any one of claims 10 to 16, characterized in that a main component Al 2 O 3 and / or ZrO 2. 上記触媒活性成分がPd、Ru、Ptから選ばれた少なくとも一の触媒活性成分であることを特徴とする請求項10〜17のいずれかに記載の触媒の製造方法。 The method for producing a catalyst according to any one of claims 10 to 17, wherein the catalytically active component is at least one catalytically active component selected from Pd, Ru and Pt. 微粉末をキャリアガスと共に微小孔ノズルの先端から、金属製の基板上に吹き付け、該基板上に該基板の構成成分に対し親和力を有する構成成分によって構成した下部アンダーコート層を形成するための製造装置であって、上記キャリアガスを、2系統に分岐して、2系統の微小孔ノズルを設け、一方の微小孔ノズルの先端から、酸化鉄Fe23及び/又はFe34を上記金属製の基板上に吹き付け、他方の微小孔ノズルの先端から、Al23及び/又はZrO2を上記金属製の基板上に吹き付け、該金属製の基板から上部アンダーコート層へ向かうにつれてAl23及び/又はZrO2が増加する組成分布を上記下部アンダーコート層に形成するようにしたことを特徴とする製造装置。 Manufacturing for forming a lower undercoat layer composed of a component having an affinity for a component of the substrate on the substrate by spraying the fine powder together with the carrier gas from the tip of the minute hole nozzle onto the metal substrate. An apparatus, wherein the carrier gas is branched into two systems, two microhole nozzles are provided, and iron oxide Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 is supplied from the tip of one microhole nozzle. Sprayed onto a metal substrate, Al 2 O 3 and / or ZrO 2 was sprayed onto the metal substrate from the tip of the other micro-hole nozzle, and Al was moved from the metal substrate toward the upper undercoat layer. 2. A manufacturing apparatus characterized in that a composition distribution in which 2 O 3 and / or ZrO 2 increases is formed in the lower undercoat layer.
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