JP2007287393A - Contamination prevention method of fuel cell air electrode - Google Patents

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Takeshi Yamashita
岳史 山下
Keita Yura
慶太 由良
Noboru Nakao
昇 中尾
Akitoshi Fujisawa
彰利 藤澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contamination prevention method of a fuel cell air electrode capable of maintaining high power generation efficiency for a long period of time by effectively removing a contaminant in an atmosphere by a simple and compact facility. <P>SOLUTION: In supplying air A to the air electrode of a fuel cell 4, the air A is passed through an adsorbing removing layer in a contaminant removing device 2 formed by filling a contaminant adsorbent containing Mn oxide and/or Mn-Cu composite oxide and alkali metal ruthenate and/or alkaline earth metal ruthenate, and then is supplied to the air electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、大気中の空気を空気極(カソード)に供給して使用する燃料電池に関し、詳しくは、大気中に含まれるNOxやSOxなど微量の汚染物質による空気極の汚染を防止する技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell that is used by supplying air in the atmosphere to an air electrode (cathode), and more particularly, to a technique for preventing contamination of the air electrode by a trace amount of contaminants such as NOx and SOx contained in the air. .

近年、地球環境の改善につながる技術として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料極(アノード)に供給される水素と、空気極(カソード)に供給される酸素含有ガスを反応させることによって発電するものであるが、酸素含有ガスとしては通常、空気が用いられる。   In recent years, fuel cells have attracted attention as a technology that leads to improvement of the global environment. A fuel cell generates power by reacting hydrogen supplied to a fuel electrode (anode) with an oxygen-containing gas supplied to an air electrode (cathode), and air is usually used as the oxygen-containing gas. It is done.

固体高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池等の低温型燃料電池の場合、反応を低温で促進させる必要があるため、電極材料には高活性の触媒が用いられる。現在は炭素質材料の表面に白金等の貴金属が担持された電極材料が用いられている。しかしながら、大気中には微量の窒素酸化物(NOx:NOおよびNO)や、硫黄酸化物(SOx)等が含まれており、これらの汚染物質が空気極に導入されると電極表面に蓄積し、発電効率の低下につながる。 In the case of a low temperature fuel cell such as a solid polymer fuel cell or a phosphoric acid fuel cell, the reaction needs to be promoted at a low temperature, and therefore a highly active catalyst is used as the electrode material. Currently, an electrode material in which a noble metal such as platinum is supported on the surface of a carbonaceous material is used. However, the atmosphere contains trace amounts of nitrogen oxides (NOx: NO and NO 2 ), sulfur oxides (SOx), etc., and these contaminants accumulate on the electrode surface when introduced into the air electrode. This leads to a decrease in power generation efficiency.

このため、空気極に供給する空気を、活性炭を充填したフィルターに通して汚染物質を低減することが試みられている。   For this reason, attempts have been made to reduce pollutants by passing the air supplied to the air electrode through a filter filled with activated carbon.

また、平均細孔径0.3〜10nmの金属酸化物または炭素質材料の外表面に、Pt,Ru,Rh,Pd,Ag,Au,Os,Cu,Co,Ni,Fe及びSnからなる群から選択される少なくとも一種の金属、前記金属の酸化物、前記金属の合金並びに前記金属と他の金属との合金からなる群から選択される少なくとも一種の活性成分からなる被覆層を形成した吸着剤を用いて、空気極に供給される空気中の汚染物質を除去することが開示されている(特許文献1参照)。   Further, on the outer surface of a metal oxide or carbonaceous material having an average pore diameter of 0.3 to 10 nm, a group consisting of Pt, Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Os, Cu, Co, Ni, Fe, and Sn. An adsorbent having a coating layer formed of at least one active component selected from the group consisting of at least one selected metal, an oxide of the metal, an alloy of the metal, and an alloy of the metal and another metal. It is disclosed that contaminants in the air supplied to the air electrode are removed (see Patent Document 1).

また、空気中の汚染物質を、Pd,Pt,RuおよびRhからなる群より選ばれる少なくとも1つを含有する触媒やオゾンを用い、または空気を加熱する等して酸化した後、過マンガン酸カリ等を担持したアルミナ等で吸着除去する方式が開示されている(特許文献2参照)。
特開2005−74338号公報(特許請求の範囲など) 特開2004−327429号公報(特許請求の範囲など)
Further, after oxidizing pollutants in the air using a catalyst containing at least one selected from the group consisting of Pd, Pt, Ru and Rh, ozone, or by heating the air, potassium permanganate is oxidized. A method of adsorbing and removing with alumina or the like carrying a material is disclosed (see Patent Document 2).
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-74338 (claims, etc.) JP 2004-327429 A (claims, etc.)

しかしながら、活性炭フィルターを用いる方法では、活性炭は、大気中NOxの過半を占めるNOに対する除去性能が非常に低いために、大量の活性炭を必要とし、設備が大型化するとともに、フィルターの圧力損失が増大するため大型のブロアを必要とし、設備コストやランニングコストが増大するという問題がある。また、微細気孔を有する金属酸化物または炭素質材料の外表面に、貴金属等の被覆層を形成した吸着剤を用いる方法でも、NOに対する活性が低く、上記活性炭フィルターを用いる方法と同様の問題が生じる。また、Pd等を含む触媒やオゾンを用い、または空気を加熱する等して酸化した後、過マンガン酸カリ等を担持したアルミナ等で吸着除去する方式では、酸化と吸着除去とが別個の工程で実施されるため設備が複雑になり、やはり設備コストが増大する問題がある。さらに、空気を加熱して酸化する場合は熱エネルギーを別途供給する必要があることや、オゾンを用いて酸化する場合は、汚染物質と当量のオゾンを供給する必要があり、そのためには汚染物質の量を精度良く測定しなければならず、設備コストの増大につながる。さらに、オゾンを過剰に供給した場合は、残存オゾンが電極材料を劣化させるという問題もある。   However, in the method using the activated carbon filter, the activated carbon has a very low removal performance with respect to NO that occupies the majority of NOx in the atmosphere. Therefore, a large amount of activated carbon is required, and the equipment becomes larger and the pressure loss of the filter increases. Therefore, there is a problem that a large blower is required and the equipment cost and running cost increase. In addition, the method using an adsorbent in which a coating layer of a noble metal or the like is formed on the outer surface of a metal oxide or carbonaceous material having fine pores has low activity against NO and has the same problem as the method using the activated carbon filter. Arise. In addition, in a method in which the catalyst is oxidized by using a catalyst containing Pd or ozone, or by heating the air or the like and then adsorbing and removing with alumina or the like carrying potassium permanganate or the like, the oxidation and adsorption removal are separate steps. However, there is a problem that the equipment becomes complicated and the equipment cost increases. Furthermore, when oxidizing by heating air, it is necessary to supply heat energy separately, and when oxidizing using ozone, it is necessary to supply ozone equivalent to the pollutant. The amount of water must be measured with high accuracy, leading to an increase in equipment costs. Furthermore, when ozone is supplied excessively, there is a problem that residual ozone deteriorates the electrode material.

そこで本発明の目的は、簡易かつコンパクトな設備にて大気中の汚染物質を効率良く除去して、高い発電効率を長期間にわたって維持しうる燃料電池空気極の汚染防止方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for preventing contamination of a fuel cell air electrode that can efficiently remove pollutants in the atmosphere with a simple and compact facility and maintain high power generation efficiency over a long period of time. .

請求項1に記載の発明は、燃料電池の空気極に空気を供給するにあたり、Mn酸化物および/またはMn−Cu複合酸化物と、アルカリ金属のルテニウム酸塩を含有する汚染物質吸着剤を充填してなる吸着除去層に空気を通過させてから前記空気極に供給するようにしたことを特徴とする燃料電池空気極の汚染防止方法である。   According to the first aspect of the present invention, when supplying air to the air electrode of the fuel cell, a pollutant adsorbent containing Mn oxide and / or Mn-Cu composite oxide and an alkali metal ruthenate is filled. A method for preventing contamination of a fuel cell air electrode is characterized in that air is passed through the adsorption removal layer and then supplied to the air electrode.

請求項2に記載の発明は、前記汚染物質吸着剤が、さらに、アルカリ金属ルテニウム酸塩以外のアルカリ金属化合物を含有するものである、請求項1に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法である。   The invention according to claim 2 is the method for preventing contamination of a fuel cell air electrode according to claim 1, wherein the contaminant adsorbent further contains an alkali metal compound other than the alkali metal ruthenate. is there.

請求項3に記載の発明は、前記Mn−Cu複合酸化物における[Mn/(Mn+Cu)]の質量比が0.15以上である、請求項1または2に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法である。   The invention according to claim 3 is to prevent contamination of the fuel cell air electrode according to claim 1 or 2, wherein a mass ratio of [Mn / (Mn + Cu)] in the Mn—Cu composite oxide is 0.15 or more. Is the method.

請求項4に記載の発明は、前記汚染物質吸着剤が、前記ルテニウム酸塩を、Ru換算で0.05〜5.0質量%含有するものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法である。   Invention of Claim 4 is any one of Claims 1-3 in which the said contaminant adsorbent contains the said ruthenate 0.05-5.0 mass% in Ru conversion. The method for preventing contamination of a fuel cell air electrode as described in 1. above.

請求項5に記載の発明は、前記アルカリ金属のルテニウム酸塩が、ルテニウム酸カリウム、ルテニウム酸ナトリウム、またはこれらの混合物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法である。   The invention according to claim 5 is the fuel cell air electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the ruthenate of alkali metal is potassium ruthenate, sodium ruthenate, or a mixture thereof. This is a pollution prevention method.

請求項6に記載の発明は、前記燃料電池を作動させていない間に、前記吸着除去層に加熱した空気を流通させること、または前記吸着除去層を加熱しつつ加熱していない空気もしくは加熱した空気を流通させることにより前記汚染物質吸着剤を再生するようにした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法である。   According to a sixth aspect of the present invention, while the fuel cell is not operated, the heated air is circulated through the adsorption removal layer, or the heated air is heated or heated while the adsorption removal layer is heated. The method for preventing contamination of a fuel cell air electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the contaminant adsorbent is regenerated by circulating air.

請求項7に記載の発明は、前記汚染物質吸着剤を定期的に交換するとともに、使用後の汚染物質吸着剤を加熱して再生し、再度使用するようにした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法である。   The invention described in claim 7 is to replace the pollutant adsorbent periodically, regenerate the used pollutant adsorbent by heating, and use again. 2. The method for preventing contamination of a fuel cell air electrode according to claim 1.

本発明によれば、空気中の汚染物質、特に通常の吸着剤では除去が困難なNOの吸着性能に優れた、Mn酸化物および/またはMn−Cu複合酸化物と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のルテニウム酸塩とを含有する汚染物質吸着剤を充填した吸着除去層を通過させることで、汚染物質を、いったん酸化させるという工程を経ることなく、直接吸着除去できる。したがって、簡易かつコンパクトな設備にて空気中の汚染物質を効率良く除去でき、燃料電池の空気極の汚染が防止されて発電効率の低下が抑制され、長期間にわたって高い発電効率を維持できるようになった。   According to the present invention, Mn oxide and / or Mn-Cu composite oxide, which is excellent in adsorption performance of pollutants in the air, particularly NO difficult to remove with a normal adsorbent, alkali metal or alkaline earth By passing through an adsorption removal layer filled with a contaminant adsorbent containing a metal ruthenate, the contaminant can be directly adsorbed and removed without going through a step of oxidizing it once. Therefore, it is possible to efficiently remove pollutants in the air with simple and compact equipment, to prevent contamination of the air electrode of the fuel cell, to suppress the decrease in power generation efficiency, and to maintain high power generation efficiency over a long period of time. became.

以下、本発明の実施の形態について、空気から汚染物質の除去を行う工程(汚染物質除去工程)と、吸着剤の再生を行う工程(吸着剤再生工程)に分けて、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail by dividing the process into a process for removing contaminants from air (contaminant removal process) and a process for regenerating adsorbent (adsorbent regeneration process).

〔汚染物質除去工程〕
本発明方法の実施に係る汚染物質除去装置を備えた燃料電池を図1のフロー図に示す。大気からブロア1で吸引された空気Aは、汚染物質除去装置2内の吸着除去層を通過して汚染物質が吸着除去された後、燃料電池4の電解質膜を乾燥から保護するために加湿器3で加湿され、燃料電池4の空気極に導入される。
[Contaminant removal process]
A fuel cell equipped with a pollutant removal apparatus according to the method of the present invention is shown in the flowchart of FIG. The air A sucked from the atmosphere by the blower 1 passes through the adsorption / removal layer in the pollutant removal device 2 and adsorbs and removes the pollutant, and then a humidifier is used to protect the electrolyte membrane of the fuel cell 4 from drying. 3 is humidified and introduced into the air electrode of the fuel cell 4.

汚染物質除去装置2に充填される汚染物質吸着剤(以下、単に「吸着剤」ともいう。)として、まず、Mn酸化物と、アルカリ金属のルテニウム酸塩とを必須成分として含有するものを例として説明する。この吸着剤は、含浸法や混練法等により製造することができる。例えば、粉体状のMn酸化物に、アルカリ金属ルテニウム酸塩の水溶液を含浸させた後に乾燥する方法によって得ることができる。   An example of the contaminant adsorbent (hereinafter also simply referred to as “adsorbent”) filled in the contaminant removal apparatus 2 is an example that contains Mn oxide and an alkali metal ruthenate as essential components. Will be described. This adsorbent can be produced by an impregnation method or a kneading method. For example, it can be obtained by a method in which powdered Mn oxide is impregnated with an aqueous solution of an alkali metal ruthenate and then dried.

そして、この吸着剤により、空気A中のNOx、CO、O3、SOx等の汚染物質が吸着除去される。 The adsorbent removes contaminants such as NO x , CO, O 3 , and SO x in the air A by adsorption.

例えば、NOがあらかじめ酸化しなくとも除去されるのは以下のような機構による。すなわち、吸着剤中のMn酸化物は、常温でNOをNO2に酸化する能力を有しているが、NO2を吸着保持する能力が不足しているため、一部のNO2は吸着するものの、その多くは汚染物質除去装置2の出口側に放出され、特に空気の湿度が高い場合にはその傾向が顕著になる。ところが、Mn酸化物とともにルテニウム化合物であるアルカリ金属ルテニウム酸塩を共存させると、NO2の吸着性能が飛躍的に向上する。 For example, NO x is removed without being oxidized in advance by the following mechanism. That is, the Mn oxide in the adsorbent has an ability to oxidize NO to NO 2 at room temperature, but a part of NO 2 is adsorbed because the ability to adsorb and hold NO 2 is insufficient. However, most of them are released to the outlet side of the pollutant removing device 2, and this tendency becomes remarkable particularly when the humidity of the air is high. However, when an alkali metal ruthenate, which is a ruthenium compound, coexists with Mn oxide, the adsorption performance of NO 2 is greatly improved.

このため、アルカリ金属ルテニウム酸塩を共存させる場合にはその下流側に配置する必要のあるNO2吸着剤(活性炭や疎水性ゼオライトなど)が不要となる。 This eliminates the need for an NO 2 adsorbent (such as activated carbon or hydrophobic zeolite) that needs to be arranged downstream of the alkali metal ruthenate.

いっぽう、Mn酸化物のO3に対する除去作用については、ルテニウム化合物であるアルカリ金属ルテニウム酸塩を共存させなくともある程度の効果が得られる。すなわち、Mn酸化物のO原子がO3に供与されてO2に分解される。そして、上記O原子を供与したMn酸化物は、空気中のO2からO原子の補給を受けて元のMn酸化物に戻る。これが繰り返されてO3の除去反応が持続すると考えられるからである。 On the other hand, with respect to the action of removing Mn oxide from O 3, a certain degree of effect can be obtained without coexistence of an alkali metal ruthenate which is a ruthenium compound. That is, the O atom of the Mn oxide is donated to O 3 and decomposed into O 2 . Then, the Mn oxide donated with the O atoms returns to the original Mn oxide upon receiving supplementation of O atoms from O 2 in the air. This is because it is considered that the removal reaction of O 3 is continued by repeating this.

また、上述の作用効果からして、NO2の吸着除去にMn酸化物は不必要のように思われるが、実際には、NO2が水分と反応して硝酸イオン(NO3 -)が生成する際にNOが生成する(3NO2+H2O→2HNO3+NO)ので、そのNOを再度酸化するためにも、Mn酸化物の共存が有効となる。 From the above-mentioned effects, it seems that Mn oxide is unnecessary for adsorption removal of NO 2 , but in reality, NO 2 reacts with moisture to generate nitrate ions (NO 3 ). In this case, NO is generated (3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO), so that the coexistence of Mn oxide is effective for oxidizing the NO again.

また、アルカリ金属化合物であるアルカリ金属ルテニウム酸塩を用いることにより、空気中に共存するSOxに対する除去剤の耐久性を高める効果が発揮されるとともに、SOx除去性能を高めるという効果も得られる。すなわち、Mn酸化物は、SO2をSO3に酸化する活性も顕著であり、酸化により生成するSO3は、共存する水分と反応して硫酸が生成する。そして、本発明の除去剤中にアルカリ金属化合物であるアルカリ金属ルテニウム酸塩を存在させておくと、容易に硫酸塩が生成するためMn酸化物の硫酸塩化が抑制され、しかも、SO3が硫酸アルカリとして除去されるため、SOxの吸着性能も高くなる。これに対し、アルカリ金属化合物が共存しない場合には、上記SO3によってMn酸化物が徐々に硫酸塩化されるため、Mn酸化物の触媒活性が減退する原因となる。すなわち、アルカリ金属化合物であるアルカリ金属ルテニウム酸塩は、空気中に混入することの多いSOxによる吸着除去剤の被毒を抑制するとともに、SOx除去性能を高めるうえでも極めて有効となる。 Further, by using an alkali metal ruthenate which is an alkali metal compound, the effect of enhancing the durability of the remover against SO x coexisting in the air is exhibited, and the effect of enhancing the SO x removal performance is also obtained. . That, Mn oxides are also significant activity to oxidize SO 2 to SO 3, SO 3 produced by oxidation, sulfuric acid is produced by the reaction with moisture coexisting. When the alkali metal ruthenate, which is an alkali metal compound, is present in the remover of the present invention, sulfate is easily generated, so that sulfation of Mn oxide is suppressed, and SO 3 is sulfate. to be removed as the alkali, the higher the adsorption performance of SO x. On the other hand, when the alkali metal compound does not coexist, the Mn oxide is gradually sulfated by the SO 3 , which causes a decrease in the catalytic activity of the Mn oxide. That is, the alkali metal ruthenate, which is an alkali metal compound, is extremely effective in suppressing the adsorption / removal of the adsorption / removal agent by SO x that is often mixed in the air and improving the SO x removal performance.

以上のような機構に基づき、あらかじめ汚染物質を酸化させなくても、NOx中のNOは、ルテニウム化合物であるアルカリ金属ルテニウム酸塩共存下のMn酸化物により効率的に吸着除去され、NO2も、同一吸着剤によって効率よく吸着除去され、またCOやO3、SOも効率良く分解ないし吸着除去されることになる。 Based on the above-described mechanism, without oxidizing the pre pollutants, NO in NO x is efficiently adsorbed and removed by Mn oxide of alkali metal ruthenate presence ruthenium compounds, NO 2 However, CO, O 3 , and SO x are also efficiently decomposed or adsorbed and removed by the same adsorbent.

そして、こうした作用効果は、上記のことから明らかなように、Mn酸化物とアルカリ金属ルテニウム酸塩とが同一除去剤中に存在(共存)している場合に限って有効に発揮されるのであって、空気をMn酸化物からなる除去剤に通した後でアルカリ金属ルテニウム酸塩からなる除去剤に通すなど、Mn酸化物とアルカリ金属ルテニウム酸塩とを共存させない場合には、上記作用効果は得られず、ましてやMn酸化物とアルカリ金属ルテニウム酸塩のいずれか一方しか存在しない場合には、上記作用効果は得られない。   As is apparent from the above, such an operational effect is exhibited effectively only when the Mn oxide and the alkali metal ruthenate are present (coexist) in the same removal agent. In the case where Mn oxide and alkali metal ruthenate are not allowed to coexist, such as when air is passed through a remover consisting of Mn oxide and then passed through a remover consisting of alkali metal ruthenate, If only one of the Mn oxide and the alkali metal ruthenate is not present, the above effect cannot be obtained.

すなわち、Mn酸化物とアルカリ金属ルテニウム酸塩とを共存させた吸着剤は、これらの物質の相乗効果によって優れた除去性能を発揮するのである。   That is, the adsorbent in which Mn oxide and alkali metal ruthenate coexist exhibits excellent removal performance due to the synergistic effect of these substances.

なお、ルテニウム化合物との共存効果を有効に発揮させるには、Mn酸化物は、酸化数が3.5〜3.9、さらには3.5〜3.8の範囲のものが推奨される。   In order to effectively exhibit the coexistence effect with the ruthenium compound, it is recommended that the Mn oxide has an oxidation number in the range of 3.5 to 3.9, more preferably 3.5 to 3.8.

また、ルテニウム酸塩の含有量については、汚染物質吸着剤中に占める割合にてRu換算で0.05〜5.0質量%とするのが望ましい。0.05質量%未満では除去性能向上効果が小さく、0.05質量%でその効果が大きくなるが、5.0質量%を超えて過度に含有量を多くしてもそれに見合った除去性能向上効果が得られず、不経済であるからである。除去性能と経済性の両面から考えてより好ましいルテニウム酸塩の含有量はRu換算で0.1〜2.0質量%の範囲である。   Further, the content of ruthenate is preferably 0.05 to 5.0% by mass in terms of Ru in the ratio of the contaminant adsorbent. If the amount is less than 0.05% by mass, the removal performance improvement effect is small, and if 0.05% by mass, the effect is large. This is because the effect is not obtained and it is uneconomical. In view of both removal performance and economy, the more preferable content of ruthenate is in the range of 0.1 to 2.0% by mass in terms of Ru.

前記Mn酸化物としては、Mnの水酸化物、灰酸塩、硫酸塩等を、酸化剤を含ませた液相あるいは気相中で酸化処理してなる酸化物であることが望ましい。こうした方法を採用すると、Mnの酸化数を容易に3.5以上に高めることができ、汚染物質除去性能をより効果的に高めることができるからである。   The Mn oxide is preferably an oxide obtained by oxidizing a hydroxide, ash salt, sulfate, or the like of Mn in a liquid phase or a gas phase containing an oxidizing agent. By adopting such a method, the oxidation number of Mn can be easily increased to 3.5 or more, and the contaminant removal performance can be improved more effectively.

(変形例)
上記実施形態ではMn酸化物を用いたが、これに代えて、または加えて、Mn−Cu複合酸化物を用いてもよい。これにより、Mn単独の酸化物を用いた場合よりも一段と優れた除去活性が得られる。
(Modification)
In the above embodiment, the Mn oxide is used. However, instead of or in addition to this, a Mn—Cu composite oxide may be used. Thereby, the removal activity far superior to the case of using the oxide of Mn alone is obtained.

ここで複合酸化物とは、2種の金属酸化物の単純な混合物ではなく、O原子を介しての両金属の結合が形成された別種の酸化物である。   Here, the composite oxide is not a simple mixture of two kinds of metal oxides, but another kind of oxide in which a bond between both metals is formed through an O atom.

上記複合酸化物は、代表的には次のような共沈法によって製造することができる。すなわち、2種の金属の塩を溶解した水溶液にアリカリを加え、両金属の水酸化物が分子スケールで混合した沈澱を生成させ、それを酸化することによって複合酸化物が得られる。この場合に、両金属の水酸化物の粉末あるいはスラリーを機械的に混合した程度では十分とは言えず、NOの酸化性能に大きな差が現れる。   The composite oxide can be typically produced by the following coprecipitation method. That is, ant potash is added to an aqueous solution in which two kinds of metal salts are dissolved, a precipitate in which hydroxides of both metals are mixed on a molecular scale is formed, and a composite oxide is obtained by oxidizing the precipitate. In this case, it is not sufficient to mechanically mix the hydroxide powder or slurry of both metals, and a large difference appears in the oxidation performance of NO.

複合酸化物の効果は、次の理由に基づくと考えられる。すなわち、複合酸化物とすることによって酸化物中のO原子が移動し易くなり、酸化物中のO原子の供与と、空気中のO2からO原子の補給が容易になるため、触媒能が向上するためと考えられる。 The effect of the composite oxide is considered to be based on the following reason. That is, by making a complex oxide, O atoms in the oxide easily move, and it becomes easy to donate O atoms in the oxide and replenish O atoms from O 2 in the air. It is thought to improve.

ここで、CuとMnの複合酸化物におけるMnの含有量は、Mn/(Cu+Mn)(質量比)で0.15以上、より好ましくは0.45以上とすべきであり、0.15未満ではMn量の不足によりMn単独の酸化物よりも吸着性能が劣ることになる。ただし、上記質量比が高くなり過ぎると、Cuとの複合効果が有効に発揮され難くなって吸着性能が低下傾向を示すようになるので、好ましくは0.95以下に抑えることが望ましい。   Here, the content of Mn in the complex oxide of Cu and Mn should be 0.15 or more, more preferably 0.45 or more in terms of Mn / (Cu + Mn) (mass ratio). Due to the insufficient amount of Mn, the adsorption performance is inferior to the oxide of Mn alone. However, if the mass ratio becomes too high, the combined effect with Cu becomes difficult to be exhibited effectively, and the adsorption performance tends to be lowered. Therefore, it is preferably suppressed to 0.95 or less.

また、上記実施形態では、アルカリ金属ルテニウム酸塩を用いたが、これに代えて、または加えて、アルカリ土類金属ルテニウム酸塩を用いてもよい。アルカリ土類金属化合物であるアルカリ土類金属ルテニウム酸塩を用いても、アルカリ金属化合物であるアルカリ金属ルテニウム酸塩と同様の作用効果により、SOx除去性能が得られるからである。また、アルカリ金属ルテニウム酸塩および/またはアルカリ土類金属ルテニウム酸塩に加えて、さらに他のアルカリ金属化合物(すなわち、アルカリ金属ルテニウム酸塩以外のアルカリ金属化合物)を含有させてもよい。他のアルカリ金属化合物の含有により、SOx除去性能が確実に得られるからである。なお、アルカリ金属ルテニウム酸塩としては、ルテニウム酸カリウム、ルテニウム酸ナトリウム、またはこれらの混合物を用いるのが好ましい。他のアルカリ金属化合物としては、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩が好ましいものとして例示され、また、このアルカリ金属化合物を構成するアルカリ金属の中でも特に好ましいのはカリウムである。 Moreover, in the said embodiment, although alkali-metal ruthenate was used, you may use alkaline-earth metal ruthenate instead of or in addition to this. This is because even when an alkaline earth metal ruthenate that is an alkaline earth metal compound is used, SO x removal performance can be obtained by the same effects as the alkali metal ruthenate that is an alkali metal compound. Further, in addition to the alkali metal ruthenate and / or the alkaline earth metal ruthenate, another alkali metal compound (that is, an alkali metal compound other than the alkali metal ruthenate) may be contained. The content of other alkali metal compounds, since SO x removal performance can be surely obtained. As the alkali metal ruthenate, it is preferable to use potassium ruthenate, sodium ruthenate, or a mixture thereof. Examples of other alkali metal compounds include hydroxides, carbonates, and bicarbonates, and potassium is particularly preferable among the alkali metals constituting the alkali metal compounds.

〔吸着剤再生工程〕
汚染物質除去装置2に充填された吸着剤は、使用により吸着容量が飽和に近づくと吸着能力が低下するので、定期的に再生して吸着能力を回復させるのが望ましい。吸着剤に吸着した汚染物質は、吸着剤を加熱することにより容易に脱着する。そこで、燃料電池の休転時など燃料電池を作動していない間に、汚染物質除去装置2内の吸着除去層に加熱した空気(加熱空気)を流通させるとよい。あるいは、吸着剤を充填した吸着除去管を外から加熱しつつ、吸着除去層に常温の空気または加熱空気を流通させるようにしてもよい。加熱空気の熱源および吸着除去層を外から加熱する熱源としては、燃料電池4用の水素Bを製造するための改質器(図示せず)の排ガス顕熱やこの改質器で得られた水素を含む高温ガスの顕熱、または燃料電池4の排ガス顕熱などを活用することができる。
[Adsorbent regeneration process]
Since the adsorption capacity of the adsorbent filled in the pollutant removing device 2 decreases as the adsorption capacity approaches saturation due to use, it is desirable that the adsorption capacity be restored periodically to restore the adsorption capacity. The contaminant adsorbed on the adsorbent is easily desorbed by heating the adsorbent. Therefore, heated air (heated air) may be circulated through the adsorption removal layer in the pollutant removal device 2 while the fuel cell is not operating, such as when the fuel cell is resting. Or you may make it distribute | circulate normal temperature air or heated air to an adsorption removal layer, heating the adsorption removal pipe | tube filled with adsorption agent from the outside. As a heat source for heated air and a heat source for heating the adsorption removal layer from the outside, exhaust gas sensible heat of a reformer (not shown) for producing hydrogen B for the fuel cell 4 or obtained by this reformer Sensible heat of high-temperature gas containing hydrogen or exhaust gas sensible heat of the fuel cell 4 can be utilized.

また、現地で再生するのでなく、吸着剤を定期的に交換し、使用後の吸着剤を工場等で加熱再生して再度使用するようにしてもよい。   Further, instead of regenerating at the site, the adsorbent may be periodically replaced, and the used adsorbent may be regenerated by heating and reusing at a factory or the like.

なお、再生時における吸着除去層の温度は60〜250℃にするのが好ましい。60℃未満では再生時間かかりすぎるためであり、いっぽう、250℃を超えると吸着剤が熱劣化しやすくなるためである。   In addition, it is preferable that the temperature of the adsorption removal layer at the time of reproduction shall be 60-250 degreeC. This is because if it is less than 60 ° C., it takes too much regeneration time, and if it exceeds 250 ° C., the adsorbent tends to be thermally deteriorated.

吸着除去層を再生した後の空気は、大気に放出すればよい。ただし、吸着除去層の再生頻度が低いと、吸着除去層を通過した後の空気の汚染物質濃度が高くなり、そのまま大気中に放出できなくなるので、再生頻度は、過度に頻繁にならない範囲でできるだけ高くする方が好ましい。 The air after regenerating the adsorption removal layer may be released to the atmosphere. However, if the regeneration frequency of the adsorption removal layer is low, the concentration of contaminants in the air after passing through the adsorption removal layer becomes high and cannot be released into the atmosphere as it is, so the regeneration frequency can be as much as possible within a range that is not excessively frequent. Higher is preferable.

本発明の作用効果を確認するため、下記の発明例および比較例の吸着剤を用い、汚染物質を含有した空気(模擬空気)を各吸着剤が充填された吸着除去層に流通させて、汚染物質の除去率を求める実験を行った。   In order to confirm the effects of the present invention, the adsorbents of the following invention examples and comparative examples are used, and air containing pollutants (simulated air) is circulated through the adsorption removal layers filled with the respective adsorbents. An experiment was conducted to determine the removal rate of the substance.

[発明例の吸着剤]
Mn:53質量%(以下、質量%を%という。)、Cu:13%、Ru:0.5%、Mn酸化物のMnの平均酸化数が3.73のものを用いた。
[Adsorbent of Invention Example]
Mn: 53 mass% (hereinafter, mass% is referred to as%), Cu: 13%, Ru: 0.5%, and Mn oxide having an average Mn oxidation number of 3.73 were used.

[比較例の吸着剤]
市販の活性炭(日本エンバイロケミカルズ社製、商品名:G2X)を用いた。
[Adsorbent of Comparative Example]
Commercially available activated carbon (manufactured by Nippon Enviro Chemicals, trade name: G2X) was used.

[実験条件]
上記発明例および比較例の吸着剤を、水冷ジャケットおよび加熱ヒータが取り付けられたステンレス鋼製の吸着除去管に充填し、下記の条件と方法でNOx除去性能を評価した。
[Experimental conditions]
The adsorbent of the invention examples and comparative examples were filled into the adsorption removal tube made water-cooling jacket and the heater is mounted stainless steel was evaluated NO x removal performance under the following conditions and methods.

すなわち、「吸着剤充填量:10g、模擬空気:NOx濃度0.1ppm(NO:0.05ppm、NO2:0.05ppm)、模擬空気流量:3NL/min、吸着除去温度:40℃、吸着除去湿度:60%(相対湿度)、吸着除去時間:50時間」の条件で模擬空気を流し、吸着除去管出口のNO濃度とNOx濃度を、化学発光式分析計で連続測定した。そして、各吸着剤について1時間後と50時間後におけるNOおよびNO除去率を、下記式によって計算して求めた。 That is, “adsorbent filling amount: 10 g, simulated air: NO x concentration 0.1 ppm (NO: 0.05 ppm, NO 2 : 0.05 ppm), simulated air flow rate: 3 NL / min, adsorption removal temperature: 40 ° C., adsorption Simulated air was allowed to flow under the conditions of “removal humidity: 60% (relative humidity), adsorption removal time: 50 hours”, and NO concentration and NO x concentration at the adsorption removal tube outlet were continuously measured with a chemiluminescence analyzer. Then, the NO and NO 2 removal rates after 1 hour and 50 hours for each adsorbent were calculated by the following formula.

NO除去率 =(1−出口NO濃度/入口NO濃度)×100 (%)
NO2除去率 =(1−出口NO2濃度/入口NO2濃度)×100 (%)
NO removal rate = (1-outlet NO concentration / inlet NO concentration) x 100 (%)
NO 2 removal rate = (1−outlet NO 2 concentration / inlet NO 2 concentration) × 100 (%)

[実験結果]
実験結果は表1に示すとおりであり、比較例の吸着剤を用いた場合と比較すると、発明例の吸着剤を用いることにより、NOのみならずNOについてもほぼ100%という格段に高い除去率が得られ、しかも長時間にわたって高い吸着性能を維持できることが確認できた。

Figure 2007287393
[Experimental result]
The experimental results are shown in Table 1. Compared with the case of using the adsorbent of the comparative example, by using the adsorbent of the invention example, not only NO 2 but also NO is almost 100% removed. It was confirmed that high adsorption performance could be maintained for a long time.
Figure 2007287393

本発明の実施に係る汚染物質除去装置を備えた燃料電池を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the fuel cell provided with the contaminant removal apparatus which concerns on implementation of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…ブロア
2…汚染物質除去装置
3…加湿器
4…燃料電池
A…空気
B…水素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blower 2 ... Pollutant removal apparatus 3 ... Humidifier 4 ... Fuel cell A ... Air B ... Hydrogen

Claims (7)

燃料電池の空気極に空気を供給するにあたり、Mn酸化物および/またはMn−Cu複合酸化物と、アルカリ金属のルテニウム酸塩を含有する汚染物質吸着剤を充填してなる吸着除去層に空気を通過させてから前記空気極に供給するようにしたことを特徴とする燃料電池空気極の汚染防止方法。   In supplying air to the air electrode of a fuel cell, air is supplied to an adsorption removal layer formed by filling a pollutant adsorbent containing Mn oxide and / or Mn-Cu composite oxide and ruthenate of alkali metal. A method for preventing contamination of a fuel cell air electrode, wherein the air electrode is supplied after passing through the air electrode. 前記汚染物質吸着剤が、さらに、アルカリ金属ルテニウム酸塩以外のアルカリ金属化合物を含有するものである、請求項1に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法。   The method for preventing contamination of a fuel cell air electrode according to claim 1, wherein the contaminant adsorbent further contains an alkali metal compound other than the alkali metal ruthenate. 前記Mn−Cu複合酸化物における[Mn/(Mn+Cu)]の質量比が0.15以上である、請求項1または2に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法。   The method for preventing contamination of a fuel cell air electrode according to claim 1 or 2, wherein a mass ratio of [Mn / (Mn + Cu)] in the Mn-Cu composite oxide is 0.15 or more. 前記汚染物質吸着剤が、前記ルテニウム酸塩を、Ru換算で0.05〜5.0質量%含有するものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法。   The contamination of the fuel cell air electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the contaminant adsorbent contains 0.05 to 5.0 mass% of the ruthenate in terms of Ru. Prevention method. 前記アルカリ金属のルテニウム酸塩が、ルテニウム酸カリウム、ルテニウム酸ナトリウム、またはこれらの混合物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法。   The method for preventing contamination of a fuel cell air electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the alkali metal ruthenate is potassium ruthenate, sodium ruthenate, or a mixture thereof. 前記燃料電池を作動させていない間に、前記吸着除去層に加熱した空気を流通させること、または前記吸着除去層を加熱しつつ加熱していない空気もしくは加熱した空気を流通させることにより前記汚染物質吸着剤を再生するようにした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法。   The pollutant is caused by circulating heated air through the adsorption / removal layer while the fuel cell is not operated, or by circulating unheated air or heated air while heating the adsorption / removal layer. The method for preventing contamination of a fuel cell air electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the adsorbent is regenerated. 前記汚染物質吸着剤を定期的に交換するとともに、使用後の汚染物質吸着剤を加熱して再生し、再度使用するようにした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池空気極の汚染防止方法。   The fuel cell air according to any one of claims 1 to 5, wherein the pollutant adsorbent is periodically replaced, and the used pollutant adsorbent is heated and regenerated for reuse. Pollution prevention method.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08138703A (en) * 1994-11-09 1996-05-31 Osaka Gas Co Ltd Fuel cell power generating system
JPH11128736A (en) * 1997-10-29 1999-05-18 Kobe Steel Ltd Adsorbent for nitrogen oxide
JP2000325755A (en) * 1999-05-21 2000-11-28 Kobe Steel Ltd Nitrogen dioxide removing process
JP2005116353A (en) * 2003-10-08 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd Air supply device for fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08138703A (en) * 1994-11-09 1996-05-31 Osaka Gas Co Ltd Fuel cell power generating system
JPH11128736A (en) * 1997-10-29 1999-05-18 Kobe Steel Ltd Adsorbent for nitrogen oxide
JP2000325755A (en) * 1999-05-21 2000-11-28 Kobe Steel Ltd Nitrogen dioxide removing process
JP2005116353A (en) * 2003-10-08 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd Air supply device for fuel cell

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