JP2001314768A - メタノール改質触媒の製造方法 - Google Patents

メタノール改質触媒の製造方法

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宏明 大原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的振動や熱衝撃に強くしかも担持量を高
くできるメタノール改質触媒の製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラス又はシリカ或いはアルミナ等から
なる無機質繊維とCu系触媒の原料粉とバインダーを混
合してスラリーを調整し、このスラリーを用いてハニカ
ム構造体14,16を成形するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタノール改質触
媒の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、車載用高分子電解質燃料電池(P
EFC)の燃料としてメタノールが有望視されている。
【0003】このメタノールをPEFCに用いるには、
車載した改質器で、メタノールを部分酸化反応及び/又
は水蒸気改質反応により水素を製造する必要がある。
【0004】従来、車載用の改質器に用いられる改質触
媒としては、特開平11−92102号公報に開示され
ているように、Cu系の触媒が活性があることが知られ
ている。この触媒は、メタノールの部分酸化反応及び水
蒸気改質反応の両方に活性があり、部分酸化反応により
発生した熱を水蒸気改質反応に直接、同じ触媒上で利用
できる利点がある。
【0005】また触媒の構造としては、圧力損失、熱容
量が小さいことなどを考慮するとハニカム構造体が用い
られる。ハニカム構造体の原料としては、ムライト、コ
ージェライト、α−アルミナなどが知られており、特に
コージェライト系の担体は、耐熱衝撃性が優れており、
図5に示すように、コージェライト(SiO2 : 52w
t%,Al2 3 :34wt%、MgO:13wt%、
TiO2 及びFe;1wt%未満)などのハニカム構造
体30のセル31内に、Cu/ZnO系の触媒32をコ
ーティング等にて担持して作製している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車載用
のため、自動車の運転中の振動や起動停止の繰り返し等
の熱履歴により、コートしたCu/ZnO系の触媒32
がハニカム構造体30から剥離したり、剥落したりする
問題がある。また、コーティングによる担持では、ハニ
カム単位体積当たりのCu/ZnO系触媒の担持量を高
くすることができないと共にハニカム構造体の製造とコ
ーティングの2回の製造工程を必要とする問題がある。
【0007】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、機械的振動や熱衝撃に強くしかも担持量を高くでき
るメタノール改質触媒の製造方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、ガラス又はシリカ或いはアルミ
ナ等からなる無機質繊維とCu系触媒の原料粉とバイン
ダーを混合してスラリーを調整し、このスラリーを用い
てハニカム構造体を成形するメタノール改質触媒の製造
方法である。
【0009】請求項2の発明は、スラリーを押出成型に
てハニカム構造体を作製する請求項1記載のメタノール
改質触媒の製造方法である。
【0010】請求項3の発明は、スラリーを抄紙法によ
り成型したセラミックシートを波板状に加工し、その波
状のセラミックシートを多段に積層すると共に張り合わ
せてハニカム構造体を作製する請求項1記載のメタノー
ル改質触媒の製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面に基づいて詳述する。
【0012】先ず、図1(a)に示すように、ガラス又
はシリカ或いはアルミナ等からなる無機質繊維、触媒原
料粉(主成分Cu)とバインダーを混合して調製したス
ラリーを用いて抄紙法によりセラミックシート10を作
製する。
【0013】この際、Cu系触媒の組成としては、Cu
が重量比で、10〜80wt%であり、Cu以外の成分
として、ZnO、Al2 3 、Cr2 3 、TiO2
ZrO2 等を含む場合がある。
【0014】バインダーとしては、シリカ、アルミナ系
無機質繊維やガラス繊維、或いは有機バインダーが使用
できる。またガラスの代わりに、或いはガラスと一緒
に、酸性白土、ドイツ粘土、顔林、木節粘度等も利用で
きる。これら無機質或いは有機質のバインダー又は繊維
の総量は、重量比で全体の5〜30wt%が好ましく、
30wt%以上多いと相対的にCu系触媒の量が少なく
なり、十分な活性が得られなくなり、5wt%以下であ
ると、後述するハニカム構造体として、十分な強度が保
つことができなくなる。
【0015】この図1(a)のセラミックシート10
を、コルゲータ等により図1(b)に示すように波板状
のシート12を加工し、図1(c)に示すように加工し
ていないセラミックシート10aとを積層すると共に無
機質バインダーを用いて接着して図1(d)に示すよう
にハニカム構造体14とし、このハニカム構造体14を
乾燥した後、高温で焼成してハニカム触媒を得る。
【0016】また、波板状のシート12とセラミックシ
ート10aとを積層する他に、図2に示すように波板状
のシート12を1枚おきに反転させて積層してハニカム
構造体15を成型するようにしてもよい。
【0017】このように、本発明においては、ハニカム
構造体自体が、Cu系触媒成分で構成されるため、機械
的振動や熱衝撃に強く、しかも、ハニカム単位当たりの
触媒量を増やすことができるため、触媒のメタノール部
分酸化及び水蒸気改質効率を向上させることができる。
【0018】図3,図4は、抄紙法で成型する代わりに
押出成型でハニカム構造体16を成型したものである。
【0019】この場合、スラリーは、押出成型できる粘
度となるよう有機バインダーを用い、その後可塑剤を加
えて混練りしてケーキとし、そのケーキを押出成型し
て、リブ17で仕切られた方形のセル18が多数が形成
されたハニカム構造体16を成型し、これを乾燥した
後、高温で焼成してハニカム触媒を得るようにしたもの
である。
【0020】
【実施例】実施例1(抄紙法によるセラミックシートの
加工による成型): 成型に用いるCu/ZnO触媒は、共沈法により作製し
た。
【0021】CuとZnの金属比を0.4:0.6と
し、金属の濃度が1Mとなる硝酸塩水溶液を調製した。
【0022】また別途、水溶液のpHが約8となるよう
に、1.2Mの炭酸水素ナトリウム(NaHCO3 )を
調製した。
【0023】温度を60〜70℃の間に保ち、このNa
HCO3 水溶液に、CuとZnの硝酸塩水溶液を加えた
後、更に90分間、60〜70℃の温度で溶液を保持
し、その後、沈殿物を洗浄するためにデカンテーション
を行った。
【0024】また洗浄用のデカンテーションは、少なく
とも5回以上行った。
【0025】得られた粉末は、70℃、大気中で72時
間乾燥し、その後、所定の温度(400℃)にて焼成し
た。
【0026】焼成後の粉末を、ボールミルにて、所定の
粒径となるまで粉砕し、Cu/ZnO触媒粉末を得た。
【0027】得られた触媒のBET比表面積は、38m
2 /gであった。
【0028】次に、シリカ、アルミナよりなる無機質繊
維と、予めCuをZnOに担持した上記触媒粉末(Cu
/ZnO粉末)に有機質バインダーを混合し、さらに溶
媒を加えて適当な粘度に調製したスラリーを作製した。
【0029】無機質繊維とCu/ZnOの触媒粉末は、
重量比で、1:9となるように配合した。
【0030】このスラリーを抄紙法によりシート状に成
型した。シート状の成型体を室温から所定の温度に徐々
に昇温し、十分に予備乾燥し、その後、コルゲーターに
よりシートを波板状に加工した。
【0031】波板状に加工したものと、加工していない
ものを無機バインダーを用いて接着し、積み重ねること
でハニカム構造体を得た。
【0032】このハニカム構造体を室温にて、72時間
乾燥し、その後、大気中、0.5℃/分の速さで昇温
し、最終的に450℃にて焼成することで、図1(d)
に示したようなハニカム触媒を得た。
【0033】実施例2(押し出し成型による成型) 成型に使用するCu/ZnOの触媒粉末は、実施例1で
の調整法と同じに行った。
【0034】ガラス繊維は、無アルカリのもので、直径
約10μm、長さ100μmのものを用い、この繊維と
Cu/ZnOの触媒粉末を1:9の割合(重量比)で混
合し、有機バインダー、水を加え、適当な粘度になるよ
うニーダーにてよく混合し、その後、可塑剤を加え、さ
らに混練りを続けてケーキを作製した。
【0035】このケーキを、外寸法□53mm角、セル
ピッチ2mm、リブ厚0.45mmの金型を用いて、押
出成型した。
【0036】成型物は、72時間乾燥し、その後、大気
中0.5℃/分の速さで昇温し、最終的に450℃にて
昇温することで、図3に示したハニカム構造体を得た。
【0037】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、機械的振
動や熱衝撃に強く、しかも、ハニカム単位当たりの触媒
量を増やすことができるため、触媒のメタノール部分酸
化及び水蒸気改質効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図2】図1の変形例を示す図である。
【図3】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図4】図2の要部拡大図である。
【図5】従来例を示す図である。
【符号の説明】
10 セラミックシート 12 波板状のシート12 14,15,16 ハニカム構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/00 H01M 8/00 Z 8/06 8/06 G 8/10 8/10 (72)発明者 高橋 克巳 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA06 EC01 EC07 4G069 AA03 AA08 AA11 BA01A BA01B BA02A BA02B BA14A BA14B BB06B BC31A BC31B BC35B CC25 DA06 EA18 FA01 FA03 FB09 FB67 FB68 FB71 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 DD00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス又はシリカ或いはアルミナ等から
    なる無機質繊維とCu系触媒の原料粉とバインダーを混
    合してスラリーを調整し、このスラリーを用いてハニカ
    ム構造体を成形することを特徴とするメタノール改質触
    媒の製造方法。
  2. 【請求項2】 スラリーを押出成型にてハニカム構造体
    を作製する請求項1記載のメタノール改質触媒の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 スラリーを抄紙法により成型したセラミ
    ックシートを波板状に加工し、その波状のセラミックシ
    ートを多段に積層すると共に張り合わせてハニカム構造
    体を作製する請求項1記載のメタノール改質触媒の製造
    方法。
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