JP2002143647A - 窒素酸化物浄化素子 - Google Patents
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Landscapes
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高価で毒性のある還元剤を用いることなく、
酸素過剰の排ガス中であっても効率よくＮＯｘ含有ガス
を浄化することができる、ＮＯｘ浄化素子を提供する。 【解決手段】 酸素イオン導電性の固体電解質膜１と、
その両面にそれぞれ設けられた正極３および負極２とを
有し、負極２から排ガス中のＮＯｘを取り込み、窒素と
酸素とに解離して放出するＮＯｘ浄化素子において、固
体電解質膜１を円筒状とし、この円筒状固体電解質膜１
の外表面にパラジウムを主成分とする負極２を、内表面
に正極３を設け、負極２上にＰｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ
3 を主成分とするＮＯｘ吸収層を設ける。
酸素過剰の排ガス中であっても効率よくＮＯｘ含有ガス
を浄化することができる、ＮＯｘ浄化素子を提供する。 【解決手段】 酸素イオン導電性の固体電解質膜１と、
その両面にそれぞれ設けられた正極３および負極２とを
有し、負極２から排ガス中のＮＯｘを取り込み、窒素と
酸素とに解離して放出するＮＯｘ浄化素子において、固
体電解質膜１を円筒状とし、この円筒状固体電解質膜１
の外表面にパラジウムを主成分とする負極２を、内表面
に正極３を設け、負極２上にＰｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ
3 を主成分とするＮＯｘ吸収層を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素酸化物浄化素
子に係り、特に、酸素を含む排ガスからでも大気汚染物
質である窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率よく取り入れ、分
解、除去することができる窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化素
子に関する。
子に係り、特に、酸素を含む排ガスからでも大気汚染物
質である窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率よく取り入れ、分
解、除去することができる窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、固定発生源からのＮＯｘの浄
化方法として、例えばアンモニアを還元剤とする浄化方
法が広く採用されているが、この方法は、アンモニアを
用いることから、ランニングコストが高く、またその毒
性が問題となっている。一方、自動車などの移動発生源
から排出されるＮＯｘの浄化には、三元触媒が広く使用
されているが、この三元触媒は過剰な酸素が存在すると
ＮＯｘを浄化することができないので、ディーゼルエン
ジンやリーンバーンエンジンに適用することはできなか
った。
化方法として、例えばアンモニアを還元剤とする浄化方
法が広く採用されているが、この方法は、アンモニアを
用いることから、ランニングコストが高く、またその毒
性が問題となっている。一方、自動車などの移動発生源
から排出されるＮＯｘの浄化には、三元触媒が広く使用
されているが、この三元触媒は過剰な酸素が存在すると
ＮＯｘを浄化することができないので、ディーゼルエン
ジンやリーンバーンエンジンに適用することはできなか
った。
【０００３】また近年、炭化水素を還元剤として用いた
触媒システムによってＮＯｘを浄化する方法が提案され
たが、還元効率が低いことや、耐久性が不充分である等
の問題を抱えている。
触媒システムによってＮＯｘを浄化する方法が提案され
たが、還元効率が低いことや、耐久性が不充分である等
の問題を抱えている。
【０００４】最近になって、リーンバーンエンジンから
排出されるＮＯｘを浄化する方法として、ＮＯｘ吸収材
と貴金属触媒を組み合わせた新しい排ガス浄化システム
が開発されたが、このＮＯｘ吸収材は、リーンバーン時
にＮＯｘを吸収し、リッチバーン状態になるとＮＯｘを
放出し、このＮＯｘを貴金属触媒によって浄化するもの
であるために、効率よくＮＯｘを浄化するためには、リ
ッチバーン運転を行う必要がある。したがって、常にリ
ーンバーン運転が行われるディーゼルエンジン、ガスタ
ービン等に適用した場合、吸収したＮＯｘを放出するこ
とができないという問題が生じる。
排出されるＮＯｘを浄化する方法として、ＮＯｘ吸収材
と貴金属触媒を組み合わせた新しい排ガス浄化システム
が開発されたが、このＮＯｘ吸収材は、リーンバーン時
にＮＯｘを吸収し、リッチバーン状態になるとＮＯｘを
放出し、このＮＯｘを貴金属触媒によって浄化するもの
であるために、効率よくＮＯｘを浄化するためには、リ
ッチバーン運転を行う必要がある。したがって、常にリ
ーンバーン運転が行われるディーゼルエンジン、ガスタ
ービン等に適用した場合、吸収したＮＯｘを放出するこ
とができないという問題が生じる。
【０００５】一方、ジルコニアなどの酸素イオン伝導体
を用いた電気化学セルを用いて混合ガスに含まれるＮＯ
ｘを分解する方法が提案されているが、この方法は、排
ガス中に酸素が存在すると、ＮＯｘの分解よりも酸素の
透過が優先的に起こり、ＮＯｘ分解に大きな電力が必要
になるという問題がある。またエンジンの排ガス温度で
は、前記ジルコニアなどの固体電解質の電気抵抗が大き
いため、ＮＯｘの分解に要する電力消費量が大きくなる
という問題がある。
を用いた電気化学セルを用いて混合ガスに含まれるＮＯ
ｘを分解する方法が提案されているが、この方法は、排
ガス中に酸素が存在すると、ＮＯｘの分解よりも酸素の
透過が優先的に起こり、ＮＯｘ分解に大きな電力が必要
になるという問題がある。またエンジンの排ガス温度で
は、前記ジルコニアなどの固体電解質の電気抵抗が大き
いため、ＮＯｘの分解に要する電力消費量が大きくなる
という問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術の問題点を解決し、アンモニア等の高価かつ毒
性のある還元剤を用いることなく、酸素過剰の排ガス中
であっても少ない消費電力によって効率よくＮＯｘ含有
ガスを浄化することができる、窒素酸化物浄化素子を提
供することにある。
従来技術の問題点を解決し、アンモニア等の高価かつ毒
性のある還元剤を用いることなく、酸素過剰の排ガス中
であっても少ない消費電力によって効率よくＮＯｘ含有
ガスを浄化することができる、窒素酸化物浄化素子を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、酸素イオン
導電性の固体電解質膜と、該固体電解質膜の両面にそれ
ぞれ設けられた正極（アノード）および負極（カソー
ド）とを有するＮＯｘ浄化素子の、前記負極材としてパ
ラジウムを用い、この負極上に、Ｐｔ−ＺｒＯ2−Ａｌ
2 Ｏ3 からなるＮＯｘ吸収層を設けることによって解決
できる。
導電性の固体電解質膜と、該固体電解質膜の両面にそれ
ぞれ設けられた正極（アノード）および負極（カソー
ド）とを有するＮＯｘ浄化素子の、前記負極材としてパ
ラジウムを用い、この負極上に、Ｐｔ−ＺｒＯ2−Ａｌ
2 Ｏ3 からなるＮＯｘ吸収層を設けることによって解決
できる。
【０００８】すなわち、本願で特許請求する発明は以下
のとおりである。 （１）酸素イオン導電性の固体電解質膜と、該固体電解
質膜の両面にそれぞれ設けられた正極および負極とを有
し、前記負極から排ガス中のＮＯｘを取り込み、窒素と
酸素とに解離して放出する窒素酸化物浄化素子におい
て、前記固体電解質膜を円筒状とし、該円筒状固体電解
質膜の外表面にパラジウムを主成分とする負極を、内表
面に正極を設け、前記負極上にＰｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2
Ｏ3 を主成分とするＮＯｘ吸収層を設けたことを特徴と
する窒素酸化物浄化素子。 （２）前記固体電解質膜の厚さが、１００μｍ以下であ
ることを特徴とする上記（１）に記載の窒素酸化物浄化
素子。
のとおりである。 （１）酸素イオン導電性の固体電解質膜と、該固体電解
質膜の両面にそれぞれ設けられた正極および負極とを有
し、前記負極から排ガス中のＮＯｘを取り込み、窒素と
酸素とに解離して放出する窒素酸化物浄化素子におい
て、前記固体電解質膜を円筒状とし、該円筒状固体電解
質膜の外表面にパラジウムを主成分とする負極を、内表
面に正極を設け、前記負極上にＰｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2
Ｏ3 を主成分とするＮＯｘ吸収層を設けたことを特徴と
する窒素酸化物浄化素子。 （２）前記固体電解質膜の厚さが、１００μｍ以下であ
ることを特徴とする上記（１）に記載の窒素酸化物浄化
素子。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明を実施例によってさ
らに詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例である
ＮＯｘ浄化素子を示す説明図である。図１において、こ
の浄化素子は、円筒状の固体電解質膜１と、該固体電解
質膜１の外表面に設けられたパラジウムを主成分とする
負極２および内表面に設けられた正極（アノード支持
管）３と、前記パラジウムを主成分とする負極２上に設
けられたＰｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2Ｏ3 を主成分とするＮ
Ｏｘ吸収層（後述する図３参照、図１中では、負極とＮ
Ｏｘ吸収層を一体として符号２で示した）とから主とし
て構成されている。
らに詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例である
ＮＯｘ浄化素子を示す説明図である。図１において、こ
の浄化素子は、円筒状の固体電解質膜１と、該固体電解
質膜１の外表面に設けられたパラジウムを主成分とする
負極２および内表面に設けられた正極（アノード支持
管）３と、前記パラジウムを主成分とする負極２上に設
けられたＰｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2Ｏ3 を主成分とするＮ
Ｏｘ吸収層（後述する図３参照、図１中では、負極とＮ
Ｏｘ吸収層を一体として符号２で示した）とから主とし
て構成されている。
【００１０】本実施例においてＰｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2
Ｏ3 を主成分とするＮＯｘ吸収層はパラジウムを主成分
とする負極上に形成される。以下、パラジウムを主成分
とする負極とＮＯｘ吸収層をまとめてＰｄ−Ｐｔ−Ｚｒ
Ｏ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなる負極ということがある。
Ｏ3 を主成分とするＮＯｘ吸収層はパラジウムを主成分
とする負極上に形成される。以下、パラジウムを主成分
とする負極とＮＯｘ吸収層をまとめてＰｄ−Ｐｔ−Ｚｒ
Ｏ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなる負極ということがある。
【００１１】図２は、図１のＮＯｘ浄化素子を用いた排
ガス処理装置のフローを示す説明図である。図２におい
て、この排ガス処理装置は、内燃機関としてのエンジン
４の排ガス煙道５に設けられた第１のＮＯｘ浄化素子６
が収納された反応容器７と、該第１のＮＯｘ浄化素子が
収納された反応容器７とは並列に設けられた第２のＮＯ
ｘ浄化素子８が収納された反応容器９と、前記排ガス煙
道５の反応容器７、９の入口側に設けられた三方弁１０
および出口側に設けられた三方弁１１と、その後流の煙
突１５とから主として構成されている。
ガス処理装置のフローを示す説明図である。図２におい
て、この排ガス処理装置は、内燃機関としてのエンジン
４の排ガス煙道５に設けられた第１のＮＯｘ浄化素子６
が収納された反応容器７と、該第１のＮＯｘ浄化素子が
収納された反応容器７とは並列に設けられた第２のＮＯ
ｘ浄化素子８が収納された反応容器９と、前記排ガス煙
道５の反応容器７、９の入口側に設けられた三方弁１０
および出口側に設けられた三方弁１１と、その後流の煙
突１５とから主として構成されている。
【００１２】このような構成において、エンジン４から
排出された高濃度ＮＯｘを含む燃焼排ガス１２は、排ガ
ス煙道５に設けられた三方弁１０を経て第１のＮＯｘ浄
化素子６が配置された反応容器７に流入し、ここで、排
ガス中のＮＯｘが前記ＮＯｘ浄化素子６のＰｄ−Ｐｔ−
ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなる負極（ＮＯｘ吸収層）に
吸収、分離される。ＮＯｘが吸収、分離された排ガス
は、浄化ガス１３として三方弁１１および煙突１５を経
て大気に放出される。第１ＮＯｘ浄化素子６のＰｄ−Ｐ
ｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなる負極（ＮＯｘ吸収
層）におけるＮＯｘ吸収量が飽和状態になった時点で、
三方弁１０および１１を切り換えて排ガス流路を第２Ｎ
Ｏｘ浄化素子８が収納された反応容器９側に連通させ、
前記第２ＮＯｘ浄化素子８で引き続き排ガス中のＮＯｘ
を吸収、分離して排ガス１２が浄化される。第２ＮＯｘ
浄化素子８を用いた排ガス浄化中に前記第１ＮＯｘ浄化
素子６のカソードとアノードとの間にセル電圧、例えば
０．１Ｖの直流電圧が印加され、これによって第１ＮＯ
ｘ浄化素子６のＰｄ−Ｐｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 から
なる負極（ＮＯｘ吸収層）に吸収されたＮＯｘが分解、
消失して分解ガス１４となり、ＮＯｘ吸収能が回復す
る。ＮＯｘ吸収能を回復した第１ＮＯｘ浄化素子６は、
第２ＮＯｘ浄化素子８のＮＯｘ吸収量が飽和するまで待
機し、飽和した時点で排ガス流路が元の状態に切り換え
られ、以下同様の排ガス処理が継続される。
排出された高濃度ＮＯｘを含む燃焼排ガス１２は、排ガ
ス煙道５に設けられた三方弁１０を経て第１のＮＯｘ浄
化素子６が配置された反応容器７に流入し、ここで、排
ガス中のＮＯｘが前記ＮＯｘ浄化素子６のＰｄ−Ｐｔ−
ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなる負極（ＮＯｘ吸収層）に
吸収、分離される。ＮＯｘが吸収、分離された排ガス
は、浄化ガス１３として三方弁１１および煙突１５を経
て大気に放出される。第１ＮＯｘ浄化素子６のＰｄ−Ｐ
ｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなる負極（ＮＯｘ吸収
層）におけるＮＯｘ吸収量が飽和状態になった時点で、
三方弁１０および１１を切り換えて排ガス流路を第２Ｎ
Ｏｘ浄化素子８が収納された反応容器９側に連通させ、
前記第２ＮＯｘ浄化素子８で引き続き排ガス中のＮＯｘ
を吸収、分離して排ガス１２が浄化される。第２ＮＯｘ
浄化素子８を用いた排ガス浄化中に前記第１ＮＯｘ浄化
素子６のカソードとアノードとの間にセル電圧、例えば
０．１Ｖの直流電圧が印加され、これによって第１ＮＯ
ｘ浄化素子６のＰｄ−Ｐｔ−ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 から
なる負極（ＮＯｘ吸収層）に吸収されたＮＯｘが分解、
消失して分解ガス１４となり、ＮＯｘ吸収能が回復す
る。ＮＯｘ吸収能を回復した第１ＮＯｘ浄化素子６は、
第２ＮＯｘ浄化素子８のＮＯｘ吸収量が飽和するまで待
機し、飽和した時点で排ガス流路が元の状態に切り換え
られ、以下同様の排ガス処理が継続される。
【００１３】本実施例によれば、ＮＯｘ浄化素子のカソ
ード材としてパラジウムを用い、この負極上に、Ｐｔ−
ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなるＮＯｘ吸収層を設けたこ
とにより、このＮＯｘ浄化素子が、酸素を含むＮＯｘ含
有ガスに曝されたときＮＯｘの吸収のみが行われ、酸素
が共存しない条件でＮＯｘの電気分解を行うことができ
る。従って、排ガス中のＮＯｘを効率よく吸収、分解し
てＮＯｘ含有排ガスを浄化することができる。
ード材としてパラジウムを用い、この負極上に、Ｐｔ−
ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 からなるＮＯｘ吸収層を設けたこ
とにより、このＮＯｘ浄化素子が、酸素を含むＮＯｘ含
有ガスに曝されたときＮＯｘの吸収のみが行われ、酸素
が共存しない条件でＮＯｘの電気分解を行うことができ
る。従って、排ガス中のＮＯｘを効率よく吸収、分解し
てＮＯｘ含有排ガスを浄化することができる。
【００１４】本発明において、ＮＯｘ浄化素子の固体電
解質膜材としては、例えば８ｍｏｌ％イットリア安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられる。またカソード材と
しては、例えばパラジウムが、アノード材としては、例
えばＮｉサーメットが用いられる。
解質膜材としては、例えば８ｍｏｌ％イットリア安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられる。またカソード材と
しては、例えばパラジウムが、アノード材としては、例
えばＮｉサーメットが用いられる。
【００１５】カソード上に設けられるＮＯｘ吸収材の担
体としては、γ−アルミナが使用される。すなわち、例
えば塩化白金酸とオキシ硝酸Ｚｒを溶解させた水にγ−
アルミナを加えて混練し、水素中で焼成してＮＯｘ吸収
材とし、このＮＯｘ吸収材のスラリをカソード上に塗布
積層し、焼成することによってカソード上にＮＯｘ吸収
層が形成される。
体としては、γ−アルミナが使用される。すなわち、例
えば塩化白金酸とオキシ硝酸Ｚｒを溶解させた水にγ−
アルミナを加えて混練し、水素中で焼成してＮＯｘ吸収
材とし、このＮＯｘ吸収材のスラリをカソード上に塗布
積層し、焼成することによってカソード上にＮＯｘ吸収
層が形成される。
【００１６】本発明において、ＮＯｘの電気分解中に酸
素が共存すると、ＮＯｘの分解効率が低くなる。従っ
て、被処理排ガス煙道はＮＯｘ吸収ライン（酸素共存）
とＮＯｘ分解ラインとに分岐することが好ましい。一
方、ＮＯｘ吸収時には酸素の共存が必要となる。これは
排ガス中のＮＯを一旦ＮＯ2 に酸化し、ＮＯ2 とＺｒＯ
2が作用して硝酸の形で取り込まれるためである（後述
する図３参照）。
素が共存すると、ＮＯｘの分解効率が低くなる。従っ
て、被処理排ガス煙道はＮＯｘ吸収ライン（酸素共存）
とＮＯｘ分解ラインとに分岐することが好ましい。一
方、ＮＯｘ吸収時には酸素の共存が必要となる。これは
排ガス中のＮＯを一旦ＮＯ2 に酸化し、ＮＯ2 とＺｒＯ
2が作用して硝酸の形で取り込まれるためである（後述
する図３参照）。
【００１７】本発明において、固体電解質の厚さは１０
０μｍ以下、例えば２０μｍ〜５０μｍであることが好
ましい。固体電解質の厚さが厚すぎると、ＮＯｘの分解
に要する電力が多くなり、一方、薄すぎるとＮＯｘが分
解されないまま固体電解質を透過する可能性がでてく
る。固体電解質の厚さを、例えば３０μｍとすることに
より、例えば０．３ｍｍ厚程度のＹＳＺ電解質が用いら
れていた従来のＮＯｘ分解素子に比べて電気抵抗を約１
／１０とすることができるので、消費電力が格段に低減
する。
０μｍ以下、例えば２０μｍ〜５０μｍであることが好
ましい。固体電解質の厚さが厚すぎると、ＮＯｘの分解
に要する電力が多くなり、一方、薄すぎるとＮＯｘが分
解されないまま固体電解質を透過する可能性がでてく
る。固体電解質の厚さを、例えば３０μｍとすることに
より、例えば０．３ｍｍ厚程度のＹＳＺ電解質が用いら
れていた従来のＮＯｘ分解素子に比べて電気抵抗を約１
／１０とすることができるので、消費電力が格段に低減
する。
【００１８】本発明において、ＮＯｘ浄化素子によるＮ
Ｏｘの吸収および分解メカニズムは、以下のように考え
られる。すなわち、図３は、本発明のＮＯｘ浄化素子に
おけるＮＯｘの吸収および分解メカニズムを示す模式図
である。図３において、酸素過剰下の、ＮＯｘ含有排ガ
スをＮＯｘ浄化素子のＮＯｘ吸収層３４に接触させるこ
とにより、前記排ガスに含まれるＮＯｘがＮＯｘ吸収層
３４に吸収され、例えばＮＯが吸収材中の白金（Ｐｔ）
によって酸化されてＮＯ2 となり、ＮＯ2 はＮＯｘ吸収
層のＺｒＯ2 に硝酸塩の形で取り込まれる。ＮＯｘ吸収
量が飽和に達した際は、ＮＯｘ浄化素子の両極間に所定
の電圧が印加され、これによって前記ＮＯｘが窒素と酸
素に解離し、窒素は窒素分子として放出されるととも
に、酸素は電気化学的に引き抜かれ、酸素イオンとして
固体電解質３２を介してアノード３１側に移動し、酸素
分子として放出される。このようにして吸収したＮＯｘ
を分解、放出した電気化学セルはＮＯｘ吸収能を回復
し、再使用される。
Ｏｘの吸収および分解メカニズムは、以下のように考え
られる。すなわち、図３は、本発明のＮＯｘ浄化素子に
おけるＮＯｘの吸収および分解メカニズムを示す模式図
である。図３において、酸素過剰下の、ＮＯｘ含有排ガ
スをＮＯｘ浄化素子のＮＯｘ吸収層３４に接触させるこ
とにより、前記排ガスに含まれるＮＯｘがＮＯｘ吸収層
３４に吸収され、例えばＮＯが吸収材中の白金（Ｐｔ）
によって酸化されてＮＯ2 となり、ＮＯ2 はＮＯｘ吸収
層のＺｒＯ2 に硝酸塩の形で取り込まれる。ＮＯｘ吸収
量が飽和に達した際は、ＮＯｘ浄化素子の両極間に所定
の電圧が印加され、これによって前記ＮＯｘが窒素と酸
素に解離し、窒素は窒素分子として放出されるととも
に、酸素は電気化学的に引き抜かれ、酸素イオンとして
固体電解質３２を介してアノード３１側に移動し、酸素
分子として放出される。このようにして吸収したＮＯｘ
を分解、放出した電気化学セルはＮＯｘ吸収能を回復
し、再使用される。
【００１９】
【実施例】次に本発明の具体的実施例について説明す
る。 実施例１ ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末を重量比５４：４４で混合し、
添加剤として前記混合物に対してメチルセルロース５ｗ
ｔ％およびグリセリン５ｗｔ％添加して混練し、この混
練物を押出し成形機を用いて外径５ｍｍ、肉厚１ｍｍの
円筒形に成形し、この成形体を大気中１１００℃で仮焼
し、得られた仮焼円筒体をイットリア安定化ジルコニア
粉末を懸濁して調製したＹＳＺサスペンションに浸漬し
て円筒体の外表面にＹＳＺ粉末を堆積させた。これを１
４００℃で１時間焼結してＮｉサーメットからなる円筒
体の外表面に厚さ３０μｍの緻密な固体電解質膜である
ＹＳＺ膜を形成し、次いで、このＹＳＺ膜上にパラジウ
ム粉末を酢酸ブチルと混合して調製したパラジウムペー
ストを面積１ｃｍ2 となるように塗布し、１３００℃で
１時間焼結して電気化学セルとした。
る。 実施例１ ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末を重量比５４：４４で混合し、
添加剤として前記混合物に対してメチルセルロース５ｗ
ｔ％およびグリセリン５ｗｔ％添加して混練し、この混
練物を押出し成形機を用いて外径５ｍｍ、肉厚１ｍｍの
円筒形に成形し、この成形体を大気中１１００℃で仮焼
し、得られた仮焼円筒体をイットリア安定化ジルコニア
粉末を懸濁して調製したＹＳＺサスペンションに浸漬し
て円筒体の外表面にＹＳＺ粉末を堆積させた。これを１
４００℃で１時間焼結してＮｉサーメットからなる円筒
体の外表面に厚さ３０μｍの緻密な固体電解質膜である
ＹＳＺ膜を形成し、次いで、このＹＳＺ膜上にパラジウ
ム粉末を酢酸ブチルと混合して調製したパラジウムペー
ストを面積１ｃｍ2 となるように塗布し、１３００℃で
１時間焼結して電気化学セルとした。
【００２０】これとは別に塩化白金酸０．５３ｇとオキ
シ硝酸Ｚｒ４．３ｇを水１００ｇに溶解させた水溶液中
にγ−アルミナ１８ｇを投入し、１００℃で蒸発乾固
し、４００℃で１時間熱分解し、その後、水素雰囲気
中、８５０℃で５時間焼成して粉末状のＮＯｘ吸収材を
調製し、この吸収材１ｇを酢酸ブチルと混合して調製し
たペーストを、上記電気化学セルのパラジウムカソード
上に塗布し、大気中、７００℃で１時間焼結して厚さ１
００μｍの吸収層を設けて電気化学セルとＮＯｘ吸収層
とを組み合わせたＮＯｘ浄化素子とした。なお、このＮ
Ｏｘ浄化素子における吸収材重量は２０ｍｇであった。
シ硝酸Ｚｒ４．３ｇを水１００ｇに溶解させた水溶液中
にγ−アルミナ１８ｇを投入し、１００℃で蒸発乾固
し、４００℃で１時間熱分解し、その後、水素雰囲気
中、８５０℃で５時間焼成して粉末状のＮＯｘ吸収材を
調製し、この吸収材１ｇを酢酸ブチルと混合して調製し
たペーストを、上記電気化学セルのパラジウムカソード
上に塗布し、大気中、７００℃で１時間焼結して厚さ１
００μｍの吸収層を設けて電気化学セルとＮＯｘ吸収層
とを組み合わせたＮＯｘ浄化素子とした。なお、このＮ
Ｏｘ浄化素子における吸収材重量は２０ｍｇであった。
【００２１】次に、得られたＮＯｘ浄化素子をステンレ
ス製反応器に収納して３００℃に保持し、円筒体の外
側、すなわちカソード側に疑似排ガスとしてＮＯ：１０
０ｐｐｍ、Ｏ2 ：１０％を含むアルゴンガス（Ａｒ）
を、内側、すなわちアノード側にＮＯおよびＯ2 を含ま
ないアルゴンガスをそれぞれ１ｍｌ／ｍｉｎで流通さ
せ、外側表面（カソード側）に接触して反応器から流出
した疑似排ガス中のＮＯｘ濃度を化学発光式のＮＯｘ計
で測定したところ、試験開始後１ｍｉｎ間のＮＯｘ除去
率はほぼ１００％であり、その後ＮＯｘ除去率が徐々に
低下した。試験開始１０ｍｉｎ後に疑似排ガスの供給を
停止し、ＮＯｘ浄化素子の外側表面をアルゴンガスで置
換し、その後、ＮＯｘ浄化素子を含む反応器全体を５０
０℃に昇温し、ＮＯｘ浄化素子のアノードとカソードの
間にセル電圧が０．１Ｖとなるように直流電圧を印加
し、この状態で、酸素計を用いて円筒体内側に電気化学
的に輸送された酸素量を、また電流計を用いてセルの通
電量を測定することにより、電気化学的に分解されたＮ
Ｏｘ量を算出したところ、吸収層に吸収されたＮＯｘの
９０％以上が電気化学的に分解され、ＮＯｘ吸収層が再
生されたことが分かった。
ス製反応器に収納して３００℃に保持し、円筒体の外
側、すなわちカソード側に疑似排ガスとしてＮＯ：１０
０ｐｐｍ、Ｏ2 ：１０％を含むアルゴンガス（Ａｒ）
を、内側、すなわちアノード側にＮＯおよびＯ2 を含ま
ないアルゴンガスをそれぞれ１ｍｌ／ｍｉｎで流通さ
せ、外側表面（カソード側）に接触して反応器から流出
した疑似排ガス中のＮＯｘ濃度を化学発光式のＮＯｘ計
で測定したところ、試験開始後１ｍｉｎ間のＮＯｘ除去
率はほぼ１００％であり、その後ＮＯｘ除去率が徐々に
低下した。試験開始１０ｍｉｎ後に疑似排ガスの供給を
停止し、ＮＯｘ浄化素子の外側表面をアルゴンガスで置
換し、その後、ＮＯｘ浄化素子を含む反応器全体を５０
０℃に昇温し、ＮＯｘ浄化素子のアノードとカソードの
間にセル電圧が０．１Ｖとなるように直流電圧を印加
し、この状態で、酸素計を用いて円筒体内側に電気化学
的に輸送された酸素量を、また電流計を用いてセルの通
電量を測定することにより、電気化学的に分解されたＮ
Ｏｘ量を算出したところ、吸収層に吸収されたＮＯｘの
９０％以上が電気化学的に分解され、ＮＯｘ吸収層が再
生されたことが分かった。
【００２２】本実施例によれば、ＮＯｘ浄化素子のＮＯ
ｘ吸収層で、排ガス中の窒素酸化物を吸収し、飽和に達
した段階でセルに通電することによって前記吸収したＮ
ＯｘをＮ2 とＯ2 に分解してそれぞれ放出し、これによ
って、ＮＯｘ吸収層のＮＯｘ吸収能を回復させることが
できる。従って、排ガス中のＮＯｘを効率よく除去する
ことができるうえ、印加電圧も比較的少なく、経済的に
も有利である。また、ＮＯｘ吸収能が回復したＮＯｘ浄
化素子を繰り返し再利用することができる。
ｘ吸収層で、排ガス中の窒素酸化物を吸収し、飽和に達
した段階でセルに通電することによって前記吸収したＮ
ＯｘをＮ2 とＯ2 に分解してそれぞれ放出し、これによ
って、ＮＯｘ吸収層のＮＯｘ吸収能を回復させることが
できる。従って、排ガス中のＮＯｘを効率よく除去する
ことができるうえ、印加電圧も比較的少なく、経済的に
も有利である。また、ＮＯｘ吸収能が回復したＮＯｘ浄
化素子を繰り返し再利用することができる。
【００２３】
【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、
アンモニア等の還元材を用いることなく、酸素過剰の排
ガス中であっても、少ない消費電力で効率よくＮＯｘを
吸収し、分解して排ガスを浄化することができる。本願
の請求項２に記載の発明によれば、上記発明の効果に加
え、必要以上の消費電力をなくして、より効率よく排ガ
ス中のＮＯｘを吸収、分離することができる。
アンモニア等の還元材を用いることなく、酸素過剰の排
ガス中であっても、少ない消費電力で効率よくＮＯｘを
吸収し、分解して排ガスを浄化することができる。本願
の請求項２に記載の発明によれば、上記発明の効果に加
え、必要以上の消費電力をなくして、より効率よく排ガ
ス中のＮＯｘを吸収、分離することができる。
【図１】本発明の一実施例を示すＮＯｘ浄化素子の説明
図。
図。
【図２】本発明のＮＯｘ浄化素子を用いた排ガス処理装
置のフローを示す説明図。
置のフローを示す説明図。
【図３】本発明のＮＯｘ浄化素子におけるＮＯｘ分解メ
カニズムを示す説明図。
カニズムを示す説明図。
１…固体電解質膜、２…負極（負極＋ＮＯｘ吸収層）、
３…正極（アノード支持管）、４…エンジン、５…排ガ
ス煙道、６…第１のＮＯｘ浄化素子、７…反応容器、８
…第２のＮＯｘ浄化素子、９…反応容器、１０、１１…
三方弁、１２…排ガス、１３…浄化ガス、１４…分解ガ
ス、１５…煙突、３１…アノード（正極）、３２…固体
電解質（ＹＳＺ）、３３…カソード（負極）、３４…Ｎ
Ｏｘ吸収材層。
３…正極（アノード支持管）、４…エンジン、５…排ガ
ス煙道、６…第１のＮＯｘ浄化素子、７…反応容器、８
…第２のＮＯｘ浄化素子、９…反応容器、１０、１１…
三方弁、１２…排ガス、１３…浄化ガス、１４…分解ガ
ス、１５…煙突、３１…アノード（正極）、３２…固体
電解質（ＹＳＺ）、３３…カソード（負極）、３４…Ｎ
Ｏｘ吸収材層。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｎ 3/10 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０２Ｈ １０２Ｂ (72)発明者 宮武 直正 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内 Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AA18 AB05 BA01 BA14 GA02 GB06Z GB07Z GB17Z HA08 4D006 GA41 KA01 KB12 MA31 MA40 MB19 MC03X PB19 PB62 PB63 4D048 AA06 AB03 AB07 BA03X BA08X BA18X BA30X BA31X BA38X BA42X BB05 BB18 EA02 EA04 4G066 AA20D AA23B BA03 BA05 CA28 DA02 4G069 AA03 BA01A BA01B BA05A BA05B BB02A BB02B BB06A BB06B BC40A BC40B BC51A BC51B BC68A BC68B BC72A BC72B BC75A BC75B CA02 CA03 CA10 CA13 EA06 EB15X EB15Y EC27 EC28
Claims (2)
- 【請求項１】 酸素イオン導電性の固体電解質膜と、該
固体電解質膜の両面にそれぞれ設けられた正極および負
極とを有し、前記負極から排ガス中のＮＯｘを取り込
み、窒素と酸素とに解離して放出する窒素酸化物浄化素
子において、前記固体電解質膜を円筒状とし、該円筒状
固体電解質膜の外表面にパラジウムを主成分とする負極
を、内表面に正極を設け、前記負極上にＰｔ−ＺｒＯ2
−Ａｌ2Ｏ3 を主成分とするＮＯｘ吸収層を設けたこと
を特徴とする窒素酸化物浄化素子。 - 【請求項２】 前記固体電解質膜の厚さが、１００μｍ
以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化
物浄化素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000342298A JP2002143647A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 窒素酸化物浄化素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000342298A JP2002143647A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 窒素酸化物浄化素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002143647A true JP2002143647A (ja) | 2002-05-21 |
Family
ID=18816886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000342298A Pending JP2002143647A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 窒素酸化物浄化素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002143647A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010100929A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-05-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス分解素子、アンモニア分解素子、発電装置および電気化学反応装置 |
| WO2013115613A1 (ko) * | 2012-02-02 | 2013-08-08 | 희성촉매 주식회사 | 내구성이 개선된 질소산화물 환원제거용 촉매 |
| CN108680422A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-10-19 | 济南兰光机电技术有限公司 | 去除高纯度惰性气体中水分的净化装置、系统及方法 |
-
2000
- 2000-11-09 JP JP2000342298A patent/JP2002143647A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010100929A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-05-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス分解素子、アンモニア分解素子、発電装置および電気化学反応装置 |
| WO2013115613A1 (ko) * | 2012-02-02 | 2013-08-08 | 희성촉매 주식회사 | 내구성이 개선된 질소산화물 환원제거용 촉매 |
| CN108680422A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-10-19 | 济南兰光机电技术有限公司 | 去除高纯度惰性气体中水分的净化装置、系统及方法 |
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