JP2007007531A - Shift reaction catalyst and its manufacturing method - Google Patents

Shift reaction catalyst and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2007007531A
JP2007007531A JP2005190232A JP2005190232A JP2007007531A JP 2007007531 A JP2007007531 A JP 2007007531A JP 2005190232 A JP2005190232 A JP 2005190232A JP 2005190232 A JP2005190232 A JP 2005190232A JP 2007007531 A JP2007007531 A JP 2007007531A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
platinum
copper
catalyst powder
shift
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005190232A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Kobayashi
智明 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2005190232A priority Critical patent/JP2007007531A/en
Publication of JP2007007531A publication Critical patent/JP2007007531A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for improving the catalytic activity of a shift reaction catalyst, in which a platinum-based catalyst containing platinum being a noble metal is combined with a copper-based catalyst containing copper, under a low temperature condition and keeping the catalytic activity high over a long period of time. <P>SOLUTION: The shift reaction catalyst, which is brought into contact with a gas containing carbon monoxide and water to selectively promote a shift reaction, is manufactured by mixing platinum catalyst powder containing a platinum atom and a cerium atom with copper catalyst powder containing a copper atom. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、シフト触媒に関する。詳細には、本発明は、一酸化炭素および水から水素および二酸化炭素への反応を促進するシフト触媒に関する。   The present invention relates to a shift catalyst. Specifically, the present invention relates to a shift catalyst that promotes the reaction of carbon monoxide and water to hydrogen and carbon dioxide.

近年、種々の水素−酸素燃料電池が開発されており、中でも、低温(通常100℃以下)で作動可能な固体高分子型燃料電池が注目を集め、自動車用低公害動力源としての実用化が検討されている。   In recent years, various hydrogen-oxygen fuel cells have been developed. Among them, polymer electrolyte fuel cells that can operate at low temperatures (usually below 100 ° C.) have attracted attention, and have been put to practical use as a low-pollution power source for automobiles. It is being considered.

固体高分子型燃料電池は、純粋な水素を燃料源として用いることがエネルギ効率の観点からは好ましいが、安全性やインフラの普及等を考慮すると、アルコール、ガソリン、軽油等の液体を燃料源として用い、これらを改質装置において水素リッチな改質ガスに転換する方法も有望な候補である。   In the polymer electrolyte fuel cell, it is preferable from the viewpoint of energy efficiency to use pure hydrogen as a fuel source. However, in consideration of safety and the spread of infrastructure, liquids such as alcohol, gasoline, and light oil are used as the fuel source. A method that uses them and converts them to hydrogen-rich reformed gas in a reformer is also a promising candidate.

炭化水素系液体燃料を燃料源として用いた場合、改質ガス中にはある程度の量のCOが残存しうる。ところが、このCOは、燃料電池の電極に用いられている白金系触媒に対し、触媒毒として作用する。このため、このCOを例えばCOに転化するなどして除去し、白金系電極触媒に対する被毒を防止する必要がある。具体的には、まずシフト反応(CO+HO→CO+H)を利用し、改質ガス中に含まれるCO濃度を1体積%程度にまで低減する。そして、貴金属が無機担体に担持されてなるCO選択酸化触媒を用い、COを酸化除去(COに転化)する方法が提案されている。 When hydrocarbon liquid fuel is used as a fuel source, a certain amount of CO may remain in the reformed gas. However, this CO acts as a catalyst poison for the platinum-based catalyst used for the electrode of the fuel cell. For this reason, it is necessary to remove this CO, for example, by converting it to CO 2 to prevent poisoning of the platinum-based electrode catalyst. Specifically, first, a shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ) is used to reduce the CO concentration contained in the reformed gas to about 1% by volume. A method of oxidizing and removing CO (converting to CO 2 ) using a CO selective oxidation catalyst in which a noble metal is supported on an inorganic carrier has been proposed.

前記シフト反応を促進するシフト触媒としては、従来、Cu/Zn系触媒、Cu/Zn/Al系触媒、Cu/Cr系触媒等のCu系触媒が知られていた。しかしながら、これらのCu系触媒は、高空間速度条件下における触媒活性が充分ではない。このため、高空間速度条件下における触媒活性を向上させるには、触媒体積を増加させる必要があった。その結果、シフト反応器が大型化してしまい、特に車載時に要求される省スペース化が困難であるという問題があった。   Conventionally, Cu-based catalysts such as Cu / Zn-based catalysts, Cu / Zn / Al-based catalysts, and Cu / Cr-based catalysts have been known as shift catalysts that promote the shift reaction. However, these Cu-based catalysts do not have sufficient catalytic activity under high space velocity conditions. For this reason, in order to improve the catalyst activity under high space velocity conditions, it was necessary to increase the catalyst volume. As a result, the shift reactor is increased in size, and there is a problem that it is difficult to reduce the space required especially when the vehicle is mounted.

また、Cu系触媒では、触媒作動時にはCuが還元状態に維持されるものの、燃料電池システムの運転停止時には空気との接触により一部が酸化されて酸化銅が生じてしまい、再起動時の再還元に伴う発熱により触媒が熱劣化するという問題もあった。   In the case of a Cu-based catalyst, Cu is maintained in a reduced state when the catalyst is operated. However, when the fuel cell system is stopped, a part thereof is oxidized by contact with air to produce copper oxide, which is restarted at the time of restart. There was also a problem that the catalyst was thermally deteriorated due to heat generated by the reduction.

Cu系触媒の有する上記のような問題を解決する目的で、近年、Pt/アルミナ等の貴金属系触媒が提案されている。この貴金属系触媒は、高空間速度条件下における触媒活性の低下が比較的少なく、耐熱性にも優れることから、新たなシフト触媒の候補として注目を集めている。   In recent years, noble metal catalysts such as Pt / alumina have been proposed for the purpose of solving the above-mentioned problems of Cu-based catalysts. This noble metal-based catalyst is attracting attention as a candidate for a new shift catalyst because of its relatively low decrease in catalytic activity under high space velocity conditions and excellent heat resistance.

また、上記のCu系触媒および貴金属系触媒であるPt系触媒のそれぞれの利点を利用すべく、これらの2種の触媒を組み合わせた技術として、特許文献1および2に記載の技術が知られている。具体的には、特許文献1には、シフト触媒として、改質ガスの流れ方向に対して上流側に設置された、ハニカムに白金等の貴金属を含む貴金属触媒が担持されてなる第一触媒体と、改質ガスの流れ方向に対して下流側に設置された、ハニカムに銅系触媒(実施例では銅−亜鉛触媒)が担持されてなる第二触媒体とを用いた水素精製装置が開示されている。かような構成によれば、高温の改質ガスによる触媒の熱劣化が最小限に抑制されうる。また、特許文献2には、白金を含む金属種群から選ばれる少なくとも1種と銅を含む金属種群から選ばれる少なくとも1種とが金属酸化物上に担持されてなるシフト触媒が開示されている。かような構成の触媒によれば、高温でも優れた触媒活性が得られ、さらに高温条件下で貴金属系触媒を使用することにより進行しやすいメタン化反応の進行も抑制されうる。
特開2000−178007号公報、請求項3、段落「0036」〜「0037」、実施例4、図4 特開2003−305364号公報、請求項1
Further, in order to utilize the advantages of the Cu-based catalyst and the Pt-based catalyst which is a noble metal-based catalyst, the technologies described in Patent Documents 1 and 2 are known as a technology combining these two types of catalysts. Yes. Specifically, Patent Document 1 discloses a first catalyst body in which a noble metal catalyst containing a noble metal such as platinum is supported on a honeycomb, which is installed upstream of the reformed gas flow direction as a shift catalyst. And a second catalyst body installed downstream of the flow direction of the reformed gas and supporting a copper-based catalyst (copper-zinc catalyst in the embodiment) on a honeycomb is disclosed. Has been. According to such a configuration, thermal deterioration of the catalyst due to the high-temperature reformed gas can be suppressed to a minimum. Patent Document 2 discloses a shift catalyst in which at least one selected from a metal species group containing platinum and at least one selected from a metal species group containing copper are supported on a metal oxide. According to the catalyst having such a configuration, excellent catalytic activity can be obtained even at a high temperature, and the progress of the methanation reaction that is likely to proceed by using a noble metal catalyst under a high temperature condition can be suppressed.
JP 2000-178007 A, claim 3, paragraphs “0036” to “0037”, Example 4, FIG. JP 2003-305364 A, Claim 1

ところで、上述したシフト反応は熱力学的な制約を強く受ける。すなわち、反応温度が低温であるほど、COが除去される方向にシフト反応が進行しうる。このため、シフト触媒を用いてシフト反応を進行させる際の温度条件はより低温であるほど好ましいが、上記文献1および2に記載のシフト触媒では、低温条件下における活性が充分であるとは言い難い。また、長期間にわたって使用した場合には触媒が劣化してしまい、充分な触媒活性が発揮されないという問題もあった。   By the way, the shift reaction described above is strongly subjected to thermodynamic restrictions. That is, the lower the reaction temperature, the more the shift reaction can proceed in the direction in which CO is removed. For this reason, it is preferable that the temperature condition for proceeding the shift reaction using the shift catalyst is lower, but the shift catalysts described in the above-mentioned documents 1 and 2 are said to have sufficient activity under the low temperature condition. hard. Further, when used for a long period of time, the catalyst deteriorates, and there is a problem that sufficient catalytic activity cannot be exhibited.

そこで本発明は、貴金属である白金を含む白金系触媒と、銅を含む銅系触媒とを組み合わせたシフト触媒において、低温条件下における触媒活性を向上させ、かつ、長期間にわたって触媒活性を高く維持させうる手段を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention improves the catalytic activity under low temperature conditions and maintains high catalytic activity over a long period of time in a shift catalyst that combines a platinum-based catalyst containing platinum, which is a noble metal, and a copper-based catalyst containing copper. It is an object to provide means that can be used.

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行い、シフト触媒の活性を向上させうる構成を探索した。その結果、白金系触媒にセリウム原子を含ませて粉末とし、これを銅系触媒の粉末と混合することで、上記の課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventor conducted intensive studies to solve the above-described problems, and searched for a configuration capable of improving the activity of the shift catalyst. As a result, the present inventors have found that the above problems can be solved by incorporating cerium atoms into a powder based on a platinum-based catalyst and mixing this with a powder of a copper-based catalyst, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明は、一酸化炭素および水を含有するガスとの接触により、シフト反応を選択的に促進しうるシフト触媒であって、白金原子およびセリウム原子を含む白金触媒粉末と、銅原子を含む銅触媒粉末と、が混合されてなることを特徴とする、シフト触媒である。   That is, the present invention provides a shift catalyst capable of selectively promoting a shift reaction by contact with a gas containing carbon monoxide and water, comprising a platinum catalyst powder containing a platinum atom and a cerium atom, and a copper atom. It is a shift catalyst characterized by being mixed with the copper catalyst powder containing.

本発明によれば、低温条件下における触媒活性に優れ、かつ、耐久性にも優れるシフト触媒が提供されうる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the shift catalyst which is excellent in the catalyst activity in low temperature conditions, and is excellent also in durability can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明は、一酸化炭素および水を含有するガスとの接触により、シフト反応を選択的に促進しうるシフト触媒であって、白金原子およびセリウム原子を含む白金触媒粉末と、銅原子を含む銅触媒粉末と、が混合されてなることを特徴とする、シフト触媒である。なお、本願において「シフト触媒」とは、少なくともCOおよびHOを含有するガスに接触して、前記ガス中のCOがCOへと転化されるシフト反応を選択的に促進させる触媒をいう。 The present invention relates to a shift catalyst capable of selectively promoting a shift reaction by contact with a gas containing carbon monoxide and water, a platinum catalyst powder containing a platinum atom and a cerium atom, and a copper containing a copper atom. It is a shift catalyst characterized by being mixed with catalyst powder. In the present application, the “shift catalyst” refers to a catalyst that contacts a gas containing at least CO and H 2 O to selectively promote a shift reaction in which CO in the gas is converted to CO 2 . .

[構成]
図1は、本発明のシフト触媒の一実施形態を示す模式断面図である。
[Constitution]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the shift catalyst of the present invention.

図1に示すように、本実施形態のシフト触媒10は、白金成分22が第1の無機担体24に担持されてなる白金触媒粉末20と、銅成分32が第2の無機担体34に担持されてなる銅触媒粉末30とが混合されてなり、前記第1の無機担体24がセリウム原子を含む。なお、説明の便宜上、図1に示すシフト触媒の各構成成分の寸法比率は誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、多くの場合、無機担体(24、34)の表面には多数の微細孔が形成されているが、この微細孔は図1においては省略されている。   As shown in FIG. 1, the shift catalyst 10 of the present embodiment includes a platinum catalyst powder 20 in which a platinum component 22 is supported on a first inorganic carrier 24 and a copper component 32 supported on a second inorganic carrier 34. The copper catalyst powder 30 is mixed, and the first inorganic carrier 24 contains cerium atoms. For convenience of explanation, the dimensional ratio of each component of the shift catalyst shown in FIG. 1 is exaggerated and may be different from the actual ratio. In many cases, a large number of micropores are formed on the surface of the inorganic carrier (24, 34), but these micropores are omitted in FIG.

以下、図1に示す形態のシフト触媒10の好ましい構成について、白金触媒粉末、銅触媒粉末、およびこれらが混合されてなるシフト触媒の順に、詳細に説明する。   Hereinafter, a preferable configuration of the shift catalyst 10 having the form shown in FIG. 1 will be described in detail in the order of a platinum catalyst powder, a copper catalyst powder, and a shift catalyst obtained by mixing them.

[白金触媒粉末]
白金触媒粉末20は、白金成分22が第1の無機担体24に担持された構成を有する。なお、本明細書において、前記の「第1の」という語、および、後述する助触媒粉末30用の無機担体に冠せられる「第2の」という語は、白金成分22および銅成分32が別々の無機担体に担持されていることを示すために便宜的に用いられる。従って、「第1の」および「第2の」という序列自体に格別な意味はない。
[Platinum catalyst powder]
The platinum catalyst powder 20 has a configuration in which a platinum component 22 is supported on a first inorganic carrier 24. In the present specification, the term “first” and the term “second” placed on the inorganic support for the promoter powder 30 described later refer to the platinum component 22 and the copper component 32. It is used for convenience to show that it is supported on separate inorganic carriers. Therefore, there is no special meaning in the order of “first” and “second”.

白金成分22は、白金原子を含有する触媒成分である。図1に示す形態において、白金成分22は、白金原子のみからなる触媒成分である。ただし、白金成分22の形態は白金原子のみからなる形態のみに限られず、例えば、白金酸化物(一酸化白金(PtO)、二酸化白金(PtO)など)からなっていてもよいし、白金と白金酸化物との混合物からなっていてもよいし、白金合金からなっていてもよい。白金合金としては、後述する他の貴金属や遷移金属と白金との合金が例示される。なお、白金成分の形状は特に制限されず、粒子状、立方体状、柱状、錐状、不定形状など、任意の形状でありうる。ただし、触媒活性に優れるという観点からは、白金成分は粒子状であることが好ましい。白金成分の形状は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察されうる。 The platinum component 22 is a catalyst component containing a platinum atom. In the form shown in FIG. 1, the platinum component 22 is a catalyst component consisting only of platinum atoms. However, the form of the platinum component 22 is not limited to a form composed of only platinum atoms, and may be composed of, for example, platinum oxide (platinum monoxide (PtO), platinum dioxide (PtO 2 ), etc.) It may consist of a mixture with platinum oxide or a platinum alloy. Examples of the platinum alloy include alloys of other noble metals and transition metals described later and platinum. The shape of the platinum component is not particularly limited, and may be any shape such as a particle shape, a cubic shape, a column shape, a cone shape, or an indefinite shape. However, from the viewpoint of excellent catalytic activity, the platinum component is preferably particulate. The shape of the platinum component can be observed using, for example, a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM).

白金成分22が担持される無機担体(第1の無機担体24)の種類は、特に制限されず、触媒用の無機担体として従来公知の化合物が用いられうる。例えば、セリア、アルミナ(αアルミナ、θアルミナ、γアルミナ、δアルミナ、βアルミナなど)、チタニア、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ゼオライトなどの金属酸化物が例示される。なかでも、触媒活性に優れ、原料の入手、担体の製造および取扱いが容易であるという観点から、セリアが好ましく用いられる。図1に示す形態においても、第1の無機担体はセリアである。なお、これらの無機担体は1種のみが単独で用いられてもよく、これらの混合物が用いられてもよい。ここで、金属酸化物の混合物には、2種以上の無機担体が物理的に混合された形態のほか、粒子のある部分と他の部分とで結晶性の異なる金属酸化物も含まれる。   The kind of the inorganic carrier (first inorganic carrier 24) on which the platinum component 22 is supported is not particularly limited, and a conventionally known compound can be used as the inorganic carrier for the catalyst. For example, metal oxides such as ceria, alumina (α alumina, θ alumina, γ alumina, δ alumina, β alumina, etc.), titania, silica, silica alumina, zirconia, magnesia, zeolite and the like are exemplified. Among these, ceria is preferably used from the viewpoint of excellent catalytic activity and easy acquisition of raw materials and production and handling of the support. Also in the form shown in FIG. 1, the first inorganic carrier is ceria. In addition, only 1 type of these inorganic support | carriers may be used independently, and these mixtures may be used. Here, the mixture of metal oxides includes not only a form in which two or more inorganic carriers are physically mixed, but also metal oxides having different crystallinity between a part where particles are present and another part.

第1の無機担体24の比表面積は、好ましくは40m/g以上、より好ましくは60m/g以上、さらに好ましくは100m/g以上である。第1の無機担体24の比表面積がかような範囲内の値であると、第1の無機担体24の表面に白金成分22が高分散に担持され、触媒活性に優れる。かような観点から、第1の無機担体24としては、セリアが好ましく用いられる。なお、本明細書に記載の「比表面積」は、例えば、窒素吸着によるBET比表面積を測定することにより算出されうる。 The specific surface area of the first inorganic carrier 24 is preferably 40 m 2 / g or more, more preferably 60 m 2 / g or more, and still more preferably 100 m 2 / g or more. When the specific surface area of the first inorganic carrier 24 is within such a range, the platinum component 22 is supported on the surface of the first inorganic carrier 24 in a highly dispersed manner, and the catalytic activity is excellent. From such a viewpoint, ceria is preferably used as the first inorganic carrier 24. The “specific surface area” described in the present specification can be calculated, for example, by measuring the BET specific surface area by nitrogen adsorption.

第1の無機担体24の平均粒子径についても、特に制限はない。ただし、第1の無機担体24の平均粒子径は、好ましくは1.0〜50μm、より好ましくは1.0〜10μmである。この平均粒子径が小さすぎると、飛散性が上昇して取扱いが煩雑となる場合がある。一方、この平均粒子径が大きすぎると、無機担体の比表面積の減少に伴って白金成分の分散性が悪化し、触媒性能が低下する虞がある。また、触媒の成形性が悪化し、例えば触媒をハニカム担体に塗布して使用する場合などに剥離し易くなる虞がある。なお、本明細書に記載の「平均粒子径」は、例えば、レーザー回折法といった手法により測定されうる。   There is no particular limitation on the average particle size of the first inorganic carrier 24. However, the average particle size of the first inorganic carrier 24 is preferably 1.0 to 50 μm, more preferably 1.0 to 10 μm. If this average particle size is too small, the scattering property may increase and handling may be complicated. On the other hand, if the average particle diameter is too large, the dispersibility of the platinum component is deteriorated as the specific surface area of the inorganic carrier is decreased, and the catalyst performance may be deteriorated. In addition, the moldability of the catalyst is deteriorated, and there is a possibility that the catalyst may be easily peeled off, for example, when the catalyst is applied to a honeycomb carrier. The “average particle diameter” described in the present specification can be measured by a technique such as a laser diffraction method.

白金触媒粉末20は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。例えば、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選択される1種または2種以上の原子(第4族または第5族原子)をさらに含んでもよい。白金触媒粉末20がこれらの原子の少なくとも1種をさらに含むことにより、触媒活性のさらなる向上が期待される。なお、これらの原子は、白金成分と同様に第1の無機担体に担持されてもよいし、第1の無機担体中に含まれていてもよい。   The platinum catalyst powder 20 may contain other components as necessary. For example, it may further contain one or more atoms selected from the group consisting of titanium, zirconium, vanadium, niobium and tantalum (Group 4 or Group 5 atoms). When the platinum catalyst powder 20 further contains at least one of these atoms, further improvement in catalytic activity is expected. In addition, these atoms may be carry | supported by the 1st inorganic support | carrier similarly to the platinum component, and may be contained in the 1st inorganic support | carrier.

白金触媒粉末20における白金成分22、第1の無機担体24、およびその他の成分のそれぞれの含有量は、所望の触媒性能や製造コストなどを考慮することにより、適宜調整されうる。   The content of each of the platinum component 22, the first inorganic carrier 24, and other components in the platinum catalyst powder 20 can be appropriately adjusted in consideration of desired catalyst performance, production cost, and the like.

[銅触媒粉末]
銅触媒粉末30は、銅成分32が第2の無機担体34に担持された構成を有する。
[Copper catalyst powder]
The copper catalyst powder 30 has a configuration in which a copper component 32 is supported on a second inorganic carrier 34.

図1に示す形態において、銅成分32は、銅原子のみからなる触媒成分である。銅成分32は、銅原子のみからなっていてもよく、銅とその他の金属原子との合金からなっていてもよい。なお、銅成分の形状は特に制限されず、粒子状、立方体状、柱状、錐状、不定形状など、任意の形状でありうる。ただし、触媒活性に優れるという観点からは、銅成分は粒子状であることが好ましい。   In the form shown in FIG. 1, the copper component 32 is a catalyst component consisting only of copper atoms. The copper component 32 may consist only of copper atoms, or may consist of an alloy of copper and other metal atoms. The shape of the copper component is not particularly limited, and may be any shape such as a particle shape, a cubic shape, a column shape, a cone shape, or an indefinite shape. However, from the viewpoint of excellent catalytic activity, the copper component is preferably particulate.

銅成分32が担持される無機担体(第2の無機担体34)の種類は、特に制限されず、白金触媒粉末20用の第1の無機担体24として上述した形態が同様に採用されうる。   The kind of the inorganic carrier (second inorganic carrier 34) on which the copper component 32 is supported is not particularly limited, and the above-described form can be similarly adopted as the first inorganic carrier 24 for the platinum catalyst powder 20.

第2の無機担体34の比表面積についても特に制限はないが、好ましくは40m/g以上、より好ましくは60m/g以上、さらに好ましくは100m/g以上である。第2の無機担体34の比表面積がかような範囲内の値であると、気固接触界面が増加し、高活性が得られるため好ましい。かような観点から、第2の無機担体34としては、セリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ニオブなどの少なくとも1種を含む酸化物が好ましく用いられる。 Although there is no restriction | limiting in particular also about the specific surface area of the 2nd inorganic support | carrier 34, Preferably it is 40 m < 2 > / g or more, More preferably, it is 60 m < 2 > / g or more, More preferably, it is 100 m < 2 > / g or more. It is preferable that the specific surface area of the second inorganic carrier 34 be in such a range because the gas-solid contact interface increases and high activity is obtained. From such a viewpoint, as the second inorganic carrier 34, an oxide containing at least one of cerium, aluminum, silicon, zirconium, niobium and the like is preferably used.

第2の無機担体34の平均粒子径についても、特に制限はなく、上記の第1の無機担体24の好ましい形態と同様である。   There is no restriction | limiting in particular also about the average particle diameter of the 2nd inorganic support | carrier 34, It is the same as that of the preferable form of said 1st inorganic support | carrier 24. FIG.

銅触媒粉末30もまた、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。例えば、希土類原子をさらに含んでもよい。銅触媒粉末30が希土類原子の少なくとも1種をさらに含むことにより、触媒活性のさらなる向上が期待される。なお、これらの原子は、銅成分と同様に第2の無機担体に担持されてもよいし、第2の無機担体中に含まれていてもよい。   The copper catalyst powder 30 may also contain other components as necessary. For example, it may further contain a rare earth atom. When the copper catalyst powder 30 further contains at least one rare earth atom, further improvement in catalytic activity is expected. In addition, these atoms may be carry | supported by the 2nd inorganic support | carrier similarly to a copper component, and may be contained in the 2nd inorganic support | carrier.

銅触媒粉末30における銅成分32、第2の無機担体34、およびその他の成分のそれぞれの含有量は、所望の触媒性能や製造コストなどを考慮することにより、適宜調整されうる。   The contents of the copper component 32, the second inorganic carrier 34, and other components in the copper catalyst powder 30 can be appropriately adjusted in consideration of desired catalyst performance, production cost, and the like.

[シフト触媒]
本発明のシフト触媒10は、図1を参照して上述したように、白金触媒粉末20と銅触媒粉末30とが混合されてなる構成を有する。
[Shift catalyst]
The shift catalyst 10 of the present invention has a configuration in which the platinum catalyst powder 20 and the copper catalyst powder 30 are mixed as described above with reference to FIG.

シフト触媒10に含まれる白金触媒粉末20および銅触媒粉末30のそれぞれの具体的な形態については、上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。   Since the specific forms of the platinum catalyst powder 20 and the copper catalyst powder 30 included in the shift catalyst 10 are as described above, the description thereof is omitted here.

本発明によれば、シフト触媒を上記のような構成とすることにより、低温条件下における触媒活性に優れ、かつ、耐久性にも優れるシフト触媒が提供されうるが、そのメカニズムは完全には明らかとはなっていない。ただし、白金原子のシンタリングや、生成二酸化炭素の吸着による失活が抑制されうるというメカニズムが推定されている。しかしながら、かようなメカニズムはあくまでも推測に基づくものであって、他のメカニズムにより本発明の効果が得られていたとしても、本発明の技術的範囲は何ら影響を受けることはない。   According to the present invention, the shift catalyst having the above-described configuration can provide a shift catalyst having excellent catalytic activity under low temperature conditions and excellent durability, but the mechanism is completely clear. It is not. However, a mechanism has been estimated that sintering of platinum atoms and deactivation due to adsorption of generated carbon dioxide can be suppressed. However, such a mechanism is based on estimation, and the technical scope of the present invention is not affected at all even if the effects of the present invention are obtained by other mechanisms.

ここで、白金触媒粉末20に含まれる白金原子および銅触媒粉末30に含まれる銅原子の配合量のバランスや、白金触媒粉末20と銅触媒粉末30との配合量のバランスなどが良好に保たれると、触媒のシフト触媒活性の向上に有効に寄与しうる。   Here, the balance of the blending amount of platinum atoms contained in the platinum catalyst powder 20 and the copper atom contained in the copper catalyst powder 30, the balance of the blending amounts of the platinum catalyst powder 20 and the copper catalyst powder 30, etc. were kept good. Can effectively contribute to an improvement in the shift catalytic activity of the catalyst.

かような観点から、本発明のシフト触媒において、触媒単位体積あたりの白金原子の含有量は、好ましくは0.1〜20mg/mLであり、より好ましくは1.0〜20mg/mLである。白金原子の含有量が少なすぎると、充分なシフト触媒活性が得られない虞があり、一方、白金原子の含有量多すぎると、製造コストが高騰する虞がある。また、本発明のシフト触媒において、触媒単位体積あたりのセリウム原子の含有量は、好ましくは50〜500mg/mLである。セリウム原子の含有量が少なすぎると、充分な触媒活性が得られない虞があり、一方、セリウム原子の含有量が多すぎると、生成二酸化炭素の吸着による失活という問題が生じる虞がある。さらに、本発明のシフト触媒において、触媒単位体積あたりの銅原子の含有量は、好ましくは0.1〜80mg/mLである。銅原子の含有量が少なすぎても、やはり充分な触媒活性が得られない虞があり、一方、銅原子の含有量が多すぎると、反応中に銅原子が白金原子を被覆し、触媒活性が低下する虞がある。   From such a viewpoint, in the shift catalyst of the present invention, the platinum atom content per unit volume of the catalyst is preferably 0.1 to 20 mg / mL, more preferably 1.0 to 20 mg / mL. If the platinum atom content is too low, sufficient shift catalytic activity may not be obtained. On the other hand, if the platinum atom content is too high, the production cost may increase. In the shift catalyst of the present invention, the content of cerium atoms per catalyst unit volume is preferably 50 to 500 mg / mL. If the cerium atom content is too low, sufficient catalytic activity may not be obtained. On the other hand, if the cerium atom content is too high, there may be a problem of deactivation due to adsorption of generated carbon dioxide. Furthermore, in the shift catalyst of the present invention, the content of copper atoms per catalyst unit volume is preferably 0.1 to 80 mg / mL. If the copper atom content is too low, sufficient catalytic activity may not be obtained. On the other hand, if the copper atom content is too high, the copper atom will cover the platinum atom during the reaction, resulting in catalytic activity. May decrease.

また、白金触媒粉末と銅触媒粉末との混合量の比についても特に制限はないが、好ましい形態において、銅触媒粉末の含有量は、白金触媒粉末の含有量1質量部に対して、好ましくは0.1〜20質量部であり、より好ましくは0.1〜10質量部である。ここで、白金触媒粉末の含有量が多すぎると、製造コストが高騰する虞があり、一方、銅触媒粉末の含有量が多すぎると、必ずしも充分な触媒活性が得られない虞がある。   Further, the ratio of the mixing amount of the platinum catalyst powder and the copper catalyst powder is not particularly limited, but in a preferred embodiment, the content of the copper catalyst powder is preferably 1 part by mass of the platinum catalyst powder. It is 0.1-20 mass parts, More preferably, it is 0.1-10 mass parts. Here, when there is too much content of platinum catalyst powder, there exists a possibility that manufacturing cost may rise, and when there is too much content of copper catalyst powder, there exists a possibility that sufficient catalyst activity may not necessarily be acquired.

本発明の作用および効果が損なわれないのであれば、本発明のシフト触媒中に、白金触媒粉末および銅触媒粉末に加えて、その他の成分が含まれてもよい。かような形態としては、例えば、ケイ素、アルミニウム、チタン、セリウムおよびジルコニウムからなる群から選択される1種または2種以上の原子を含む無機酸化物が、白金触媒粉末および銅触媒粉末に加えてさらに混合されてなる形態が例示される。かような形態によれば、さらなる触媒活性の向上が図られるという利点が得られる。なお、かような無機酸化物の含有量については特に制限はないが、白金触媒粉末および銅触媒粉末の全量に対して、0.1〜10質量%程度が適当である。ここで、本発明のシフト触媒における上述した各成分の含有量やその比の値については、例えば、ICP分析法や蛍光X線分光法といった手法により算出されうる。   If the action and effect of the present invention are not impaired, the shift catalyst of the present invention may contain other components in addition to the platinum catalyst powder and the copper catalyst powder. As such a form, for example, an inorganic oxide containing one or more atoms selected from the group consisting of silicon, aluminum, titanium, cerium and zirconium is added to the platinum catalyst powder and the copper catalyst powder. Furthermore, the form formed by mixing is illustrated. According to such a form, there is an advantage that the catalytic activity can be further improved. In addition, although there is no restriction | limiting in particular about content of such an inorganic oxide, About 0.1-10 mass% is suitable with respect to the whole quantity of platinum catalyst powder and copper catalyst powder. Here, the content of each component described above and the value of the ratio in the shift catalyst of the present invention can be calculated by, for example, a technique such as ICP analysis or fluorescent X-ray spectroscopy.

[製造方法]
本発明の第2は、シフト触媒の製造方法に関する。具体的には、本発明の第2は、一酸化炭素および水を含有するガスとの接触により、シフト反応を選択的に促進しうるシフト触媒の製造方法であって、銅原子を含有する銅触媒粉末を準備する銅触媒粉末準備工程と、セリウム原子を含有する無機酸化物に白金原子を担持させて、白金触媒粉末を調製する白金触媒粉末調製工程と、前記銅触媒粉末と前記白金触媒粉末とを混合する混合工程と、を有する、シフト触媒の製造方法である。図1に示す本発明のシフト触媒は、この製造方法によって製造可能である。以下、第2の無機担体としてセリアを採用する場合を例に挙げて、本発明の第2の製造方法を工程順に説明する。ただし、第2の無機担体としてその他の化合物を用いてもよいことは、上述した通りである。
[Production method]
2nd of this invention is related with the manufacturing method of a shift catalyst. Specifically, a second aspect of the present invention is a method for producing a shift catalyst capable of selectively promoting a shift reaction by contact with a gas containing carbon monoxide and water, the copper catalyst containing a copper atom. A copper catalyst powder preparation step for preparing a catalyst powder, a platinum catalyst powder preparation step for preparing a platinum catalyst powder by supporting platinum atoms on an inorganic oxide containing cerium atoms, the copper catalyst powder and the platinum catalyst powder And a mixing step of mixing a shift catalyst. The shift catalyst of the present invention shown in FIG. 1 can be produced by this production method. Hereinafter, the case where ceria is employed as the second inorganic carrier will be described as an example, and the second production method of the present invention will be described in the order of steps. However, as described above, other compounds may be used as the second inorganic carrier.

[銅触媒粉末調製工程]
まず、銅触媒粉末を調製する。この工程において調製される銅触媒粉末は、後述する混合工程において白金触媒粉末(下記の[白金触媒粉末調製工程]において調製される)と混合され、本発明のシフト触媒とされる。なお、調製される銅触媒粉末の好ましい構成については、上記の[構成]の欄において既に説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。
[Copper catalyst powder preparation process]
First, a copper catalyst powder is prepared. The copper catalyst powder prepared in this step is mixed with a platinum catalyst powder (prepared in the following [platinum catalyst powder preparation step]) in a mixing step which will be described later, and used as the shift catalyst of the present invention. In addition, about the preferable structure of the prepared copper catalyst powder, since it is as having already demonstrated in the column of said [structure], description is abbreviate | omitted here.

銅触媒粉末としては、自ら調製したものを用いてもよいし、商品が市販されている場合には、その商品を購入して用いてもよい。   As the copper catalyst powder, one prepared by itself may be used, and when the product is commercially available, the product may be purchased and used.

銅触媒粉末を自ら調製する場合には、例えば、無機担体(第2の無機担体、例えば、セリア)に銅原子を担持させ、焼成することにより、セリアの表面に銅成分を成長させて、銅触媒粉末とするとよい。以下、かような手法により銅触媒粉末を調製する具体的な方法を説明する(後述する実施例も参照)。ただし、その他の手法により銅触媒粉末を調製しても、勿論よい。   When the copper catalyst powder is prepared by itself, for example, a copper component is grown on the surface of ceria by supporting copper atoms on an inorganic carrier (second inorganic carrier, for example, ceria) and firing the copper atom. A catalyst powder is preferred. Hereinafter, a specific method for preparing the copper catalyst powder by such a method will be described (see also examples described later). Of course, the copper catalyst powder may be prepared by other methods.

初めに、銅原子を担持させるための無機担体(第2の無機担体)として、セリアを準備する。   First, ceria is prepared as an inorganic carrier (second inorganic carrier) for supporting copper atoms.

セリアとしては、自ら調製したものを用いてもよいし、商品が市販されている場合には、その商品を購入して用いてもよい。ここでは、第2の無機担体としてのセリアを自ら調製する場合の一手法について説明する。   As the ceria, one prepared by itself may be used, and when a product is commercially available, the product may be purchased and used. Here, one method for preparing ceria as the second inorganic carrier by itself is described.

まず、セリア原料を準備する。セリア原料は、焼成によりセリアとなりうる原料であれば特に制限されない。セリア原料としては、例えば、硝酸セリウム、炭酸セリウム、水酸化セリウム、トリスアセチルアセトナトセリウムなどが挙げられる。新たに開発された材料がセリア原料として用いられてもよい。   First, ceria raw materials are prepared. The ceria raw material is not particularly limited as long as it is a raw material that can become ceria by firing. Examples of the ceria raw material include cerium nitrate, cerium carbonate, cerium hydroxide, and trisacetylacetonatocerium. Newly developed materials may be used as ceria raw materials.

得られる銅触媒粉末において、所望の金属原子(特に、希土類原子)をセリア(第2の無機担体)に含有させたい場合には、本工程において、所望の成分をセリア原料に所望の量だけ添加するとよい。   In the obtained copper catalyst powder, when desired metal atoms (especially rare earth atoms) are to be contained in ceria (second inorganic support), the desired components are added to the ceria raw material in a desired amount in this step. Good.

続いて、セリア原料を焼成する。これにより、セリアが得られる。   Subsequently, the ceria raw material is fired. Thereby, ceria is obtained.

焼成の具体的な手法や焼成条件については特に制限はなく、触媒調製分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。ここで、焼成条件を調節することによって、得られるセリアの比表面積や結晶状態を制御可能である。例えば、焼成温度を低くするか、または焼成時間を短くすることによって、比表面積が比較的大きいセリアが得られる。一方、焼成温度を高くするか、または焼成時間を長くすることによって、比表面積が比較的小さいセリアが得られる。好ましい焼成条件として、焼成温度は、好ましくは200〜1000℃、より好ましくは300〜500℃であり、焼成時間は、好ましくは0.5〜8.0時間、より好ましくは0.5〜4.0時間である。かような焼成条件によれば、所望の比表面積を有するセリアが得られる。場合によっては、異なる温度で2回以上焼成を行ってもよい。焼成雰囲気についても特に制限はなく、例えば、空気雰囲気や窒素雰囲気の下で焼成が行われうる。   There are no particular limitations on the specific method of firing and firing conditions, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to in the field of catalyst preparation. Here, the specific surface area and crystal state of the obtained ceria can be controlled by adjusting the firing conditions. For example, ceria having a relatively large specific surface area can be obtained by lowering the firing temperature or shortening the firing time. On the other hand, ceria having a relatively small specific surface area can be obtained by increasing the firing temperature or extending the firing time. As preferable firing conditions, the firing temperature is preferably 200 to 1000 ° C., more preferably 300 to 500 ° C., and the firing time is preferably 0.5 to 8.0 hours, more preferably 0.5 to 4. 0 hours. According to such firing conditions, ceria having a desired specific surface area can be obtained. In some cases, the baking may be performed twice or more at different temperatures. There is no restriction | limiting in particular also about baking atmosphere, For example, baking can be performed under an air atmosphere or nitrogen atmosphere.

必要であれば、焼成後に、得られたセリアを粉砕し、篩分けすることで、所望の粒子径を有するセリアのみを選別してもよい。   If necessary, only ceria having a desired particle size may be selected by pulverizing and sieving the obtained ceria after firing.

次に、上記で準備したセリア(第2の無機担体)に、銅原子を担持させる。   Next, copper atoms are supported on the ceria (second inorganic support) prepared above.

まず、銅イオンが溶解した溶液(以下、単に「銅溶液」とも称する)を調製する。この銅溶液は、銅原子をセリア(第2の無機担体)に担持させる目的で、後述する担持工程において用いられる。   First, a solution in which copper ions are dissolved (hereinafter also simply referred to as “copper solution”) is prepared. This copper solution is used in a supporting step described later for the purpose of supporting copper atoms on ceria (second inorganic support).

この銅溶液を調製する工程では、まず、銅原子の供給源である銅化合物を準備する。さらに、この銅化合物を溶解させるための溶媒を準備する。その後、準備した溶媒に銅原料である銅化合物を添加し、必要に応じて撹拌して、銅溶液を調製する。   In the step of preparing the copper solution, first, a copper compound as a copper atom supply source is prepared. Furthermore, a solvent for dissolving the copper compound is prepared. Then, the copper compound which is a copper raw material is added to the prepared solvent, and it stirs as needed, and prepares a copper solution.

銅原子の供給源である銅化合物としては、金属塩の形態の化合物が挙げられ、例えば、硝酸銅、炭酸銅、酢酸銅などが挙げられる。これらの化合物は、入手が容易で触媒調製時の原料として広く用いられており、セリア(第2の無機担体)へ担持する際の取扱いも簡便である。   As a copper compound which is a supply source of a copper atom, the compound of the form of a metal salt is mentioned, For example, copper nitrate, copper carbonate, copper acetate, etc. are mentioned. These compounds are easily available, are widely used as raw materials for catalyst preparation, and are easy to handle when supported on ceria (second inorganic support).

銅溶液の調製に用いられる溶媒としては、水やエタノール等が例示されるが、これらに制限されることはない。   Examples of the solvent used for the preparation of the copper solution include water and ethanol, but are not limited thereto.

銅溶液中の銅原子の濃度は特に制限されず、上記で準備したセリア(第2の無機担体)の量や得られる銅触媒粉末における所望の含有量、担持方法などを考慮して、適宜調節されうる。   The concentration of copper atoms in the copper solution is not particularly limited, and is appropriately adjusted in consideration of the amount of ceria (second inorganic support) prepared above, the desired content in the obtained copper catalyst powder, the loading method, and the like. Can be done.

得られる銅触媒粉末において、銅原子以外の金属原子(特に、希土類原子)をセリア(第2の無機担体)に担持させたい場合には、本工程において、銅溶液中に所望の成分を所望の量だけ添加するとよい。この際、所望の成分は、やはり金属塩の形態で溶媒中に添加し、必要に応じて撹拌して、溶解させるとよい。   In the obtained copper catalyst powder, when metal atoms other than copper atoms (particularly rare earth atoms) are to be supported on ceria (second inorganic support), in this step, desired components are added to the copper solution. It is good to add only the amount. At this time, the desired component may be added to the solvent in the form of a metal salt and dissolved by stirring as necessary.

その後、上記で調製した銅溶液に溶解している銅原子を、上記で準備したセリア(第2の無機担体)に担持させる。   Thereafter, the copper atoms dissolved in the copper solution prepared above are supported on the ceria (second inorganic carrier) prepared above.

担持させるための具体的な手法としては、例えば、含浸法、共沈法、競争吸着法などの触媒調製分野において従来公知の手法が採用されうる。処理条件は、採用される手法に応じて適宜選択されうるが、通常は、常温〜60℃にて0.5〜8.0時間程度、セリア(第2の無機担体)と銅溶液とを接触させればよい。   As a specific method for supporting, a conventionally known method in the field of catalyst preparation such as an impregnation method, a coprecipitation method, and a competitive adsorption method can be employed. The treatment conditions can be appropriately selected according to the method employed, but usually, the ceria (second inorganic carrier) is contacted with the copper solution at a temperature of about 60 to about 60 ° C. for about 0.5 to 8.0 hours. You can do it.

セリア(第2の無機担体)に銅原子を担持させた後、必要に応じてこれを乾燥させる。乾燥させるための具体的な手法としては、例えば、自然乾燥、蒸発乾固のほか、ロータリーエバポレータや送風乾燥機等を用いた乾燥などが採用されうる。乾燥時間は、採用される手法に応じて適宜設定されうる。場合によっては、この乾燥段階を省略し、後述する焼成工程において乾燥させることとしてもよい。   After supporting copper atoms on ceria (second inorganic support), it is dried as necessary. As a specific method for drying, for example, natural drying, evaporation to dryness, drying using a rotary evaporator, an air dryer, or the like can be employed. The drying time can be appropriately set according to the method employed. In some cases, this drying step may be omitted, and drying may be performed in a baking step described later.

続いて、銅原子が担持されたセリア(第2の無機担体)を焼成する。これにより、セリア(第2の無機担体)の表面において銅成分が成長し、銅触媒粉末が得られる。   Subsequently, ceria (second inorganic support) on which copper atoms are supported is fired. Thereby, a copper component grows on the surface of ceria (second inorganic carrier), and a copper catalyst powder is obtained.

焼成の具体的な手法や焼成条件については特に制限はなく、触媒調製分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。焼成条件について一例を挙げると、焼成温度は、好ましくは200〜1000℃、より好ましくは300〜500℃であり、焼成時間は、好ましくは0.5〜8.0時間、より好ましくは0.5〜4.0時間である。場合によっては、異なる温度で2回以上焼成を行ってもよい。焼成雰囲気についても特に制限はなく、例えば、空気雰囲気や窒素雰囲気の下で焼成が行われうる。   There are no particular limitations on the specific method of firing and firing conditions, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to in the field of catalyst preparation. As an example of the firing conditions, the firing temperature is preferably 200 to 1000 ° C., more preferably 300 to 500 ° C., and the firing time is preferably 0.5 to 8.0 hours, more preferably 0.5. ~ 4.0 hours. In some cases, the baking may be performed twice or more at different temperatures. There is no restriction | limiting in particular also about baking atmosphere, For example, baking can be performed under an air atmosphere or nitrogen atmosphere.

必要であれば、焼成後に、得られた銅触媒粉末を粉砕し、篩分けすることで、所望の粒子径を有する粉末のみを選別してもよい。   If necessary, after firing, the obtained copper catalyst powder may be pulverized and sieved to select only the powder having a desired particle size.

[白金触媒粉末調製工程]
一方、白金触媒粉末を調製する。この工程において調製される白金触媒粉末は、後述する混合工程において銅触媒粉末(上記の[銅触媒粉末調製工程]において調製される)と混合され、本発明のシフト触媒とされる。なお、調製される白金触媒粉末の好ましい構成については、上記の[構成]の欄において既に説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。
[Platinum catalyst powder preparation process]
Meanwhile, a platinum catalyst powder is prepared. The platinum catalyst powder prepared in this step is mixed with a copper catalyst powder (prepared in the above [copper catalyst powder preparation step]) in the mixing step described later, and used as the shift catalyst of the present invention. In addition, about the preferable structure of the platinum catalyst powder prepared, since it is as having already demonstrated in the column of said [structure], description is abbreviate | omitted here.

白金触媒粉末としては、自ら調製したものを用いてもよいし、商品が市販されている場合には、その商品を購入して用いてもよい。   As the platinum catalyst powder, one prepared by itself may be used, and when a product is commercially available, the product may be purchased and used.

白金触媒粉末を自ら調製する場合には、例えば、無機担体(第1の無機担体)に白金原子を担持させ、焼成することにより、無機担体の表面に白金成分を成長させて、白金触媒粉末とするとよい。以下、かような手法により白金触媒粉末を調製する具体的な方法を説明する(後述する実施例も参照)。ただし、その他の手法により白金触媒粉末を調製しても、勿論よい。   When the platinum catalyst powder is prepared by itself, for example, the platinum component is grown on the surface of the inorganic support by supporting the platinum atom on the inorganic support (first inorganic support) and firing the platinum catalyst powder. Good. Hereinafter, a specific method for preparing the platinum catalyst powder by such a method will be described (see also examples described later). Of course, the platinum catalyst powder may be prepared by other methods.

初めに、白金原子を担持させるための無機担体(第1の無機担体)を準備する。本発明の製造方法において、第1の無機担体は、セリウム原子を含有する無機酸化物である。ここで、準備される第1の無機担体の好ましい形態としては、セリアが例示される。また、その調製方法としては、第2の無機担体としてのセリアについて上記の[銅触媒粉末調製工程]の欄で説明した手法が同様に採用されうる。   First, an inorganic carrier (first inorganic carrier) for supporting platinum atoms is prepared. In the production method of the present invention, the first inorganic carrier is an inorganic oxide containing a cerium atom. Here, ceria is illustrated as a preferred form of the first inorganic carrier to be prepared. Moreover, as the preparation method thereof, the method described in the above-mentioned “copper catalyst powder preparation step” for ceria as the second inorganic carrier can be similarly employed.

次に、上記で準備したセリア(第1の無機担体)に、白金原子を担持させる。   Next, platinum atoms are supported on the ceria (first inorganic carrier) prepared above.

まず、白金原子のイオンが溶解した溶液(以下、単に「白金溶液」とも称する)を調製する。この白金溶液は、白金原子をセリア(第1の無機担体)に担持させる目的で、後述する担持工程において用いられる。   First, a solution in which ions of platinum atoms are dissolved (hereinafter also simply referred to as “platinum solution”) is prepared. This platinum solution is used in a supporting step described later for the purpose of supporting platinum atoms on ceria (first inorganic support).

この白金溶液を調製する工程では、まず、白金原子の供給源として、白金化合物を準備する。さらに、この白金化合物を溶解させるための溶媒を準備する。その後、準備した溶媒に白金化合物を添加し、必要に応じて撹拌して、白金溶液を調製する。   In the step of preparing the platinum solution, first, a platinum compound is prepared as a supply source of platinum atoms. Furthermore, a solvent for dissolving the platinum compound is prepared. Thereafter, a platinum compound is added to the prepared solvent, and stirred as necessary to prepare a platinum solution.

白金原子の供給源である助触媒化合物としては、金属塩の形態の化合物が挙げられ、例えば、ジニトロジアミン白金、塩化白金酸、アセチルアセトナト白金などが例示される。これらの化合物は、入手が容易で触媒調製時の原料として広く用いられており、セリア(第1の無機担体)へ担持する際の取扱いも簡便である。   Examples of the promoter compound that is a supply source of platinum atoms include compounds in the form of metal salts, such as dinitrodiamine platinum, chloroplatinic acid, and acetylacetonatoplatinum. These compounds are easily available, are widely used as raw materials for catalyst preparation, and are easy to handle when supported on ceria (first inorganic support).

白金溶液の調製に用いられる溶媒としては、水やエタノール等が例示されるが、これらに制限されることはない。   Examples of the solvent used for preparing the platinum solution include water and ethanol, but are not limited thereto.

白金溶液中の白金原子の濃度は特に制限されず、上記で準備したセリア(第1の無機担体)の量や得られる白金触媒粉末における所望の含有量、担持方法などを考慮して、適宜調節されうる。   The concentration of platinum atoms in the platinum solution is not particularly limited, and is appropriately adjusted in consideration of the amount of ceria (first inorganic carrier) prepared above, the desired content in the resulting platinum catalyst powder, the loading method, and the like. Can be done.

得られる白金触媒粉末において、白金原子以外の金属原子(例えば、第4族または第5族原子)をセリア(第1の無機担体)に担持させたい場合には、本工程において、白金溶液中に所望の成分を所望の量だけ添加するとよい。この際、所望の成分は、やはり金属塩の形態で溶媒中に添加し、必要に応じて撹拌して、溶解させるとよい。   In the obtained platinum catalyst powder, when it is desired to support metal atoms other than platinum atoms (for example, Group 4 or Group 5 atoms) on ceria (first inorganic support), in this step, The desired component may be added in the desired amount. At this time, the desired component may be added to the solvent in the form of a metal salt and dissolved by stirring as necessary.

その後、上記で調製した白金溶液に溶解している白金原子を、上記で準備したセリア(第1の無機担体)に担持させ、必要に応じて乾燥させる。担持や乾燥の具体的な手法や条件について特に制限はなく、銅触媒粉末について上記の[銅触媒粉末調製工程]の欄で説明した形態が同様に採用されうる。このため、ここでは説明を省略する。   Thereafter, platinum atoms dissolved in the platinum solution prepared above are supported on the ceria (first inorganic carrier) prepared above and dried as necessary. There are no particular limitations on the specific methods and conditions for supporting and drying, and the form described in the above section of “Copper Catalyst Powder Preparation Step” for the copper catalyst powder can be similarly employed. For this reason, explanation is omitted here.

かような形態によれば、白金原子に加えて、白金原子以外の金属原子が同時にセリア(第1の無機担体)に担持される。これにより、白金−セリア界面が大きく得られるという効果が得られる。ただし、かような形態のみには制限されない。例えば、白金原子以外の金属原子(例えば、第4族または第5族原子)を担持させた後に白金原子を担持させてもよい。   According to such a form, in addition to platinum atoms, metal atoms other than platinum atoms are simultaneously supported on ceria (first inorganic carrier). Thereby, the effect that a platinum-ceria interface is obtained largely is acquired. However, it is not limited only to such a form. For example, a platinum atom may be supported after a metal atom other than a platinum atom (for example, a Group 4 or Group 5 atom) is supported.

続いて、白金原子が担持されたセリア(第1の無機担体)を焼成する。これにより、セリア(第1の無機担体)の表面において白金成分が成長し、白金触媒粉末が得られる。   Subsequently, ceria (first inorganic support) on which platinum atoms are supported is fired. Thereby, a platinum component grows on the surface of ceria (first inorganic support), and a platinum catalyst powder is obtained.

焼成の具体的な手法や焼成条件についても特に制限はなく、上記の[銅触媒粉末調製工程]の欄で説明した形態が同様に採用されうる。このため、ここでは説明を省略する。   There is no restriction | limiting in particular also about the specific method and baking conditions of baking, The form demonstrated in the column of said [copper catalyst powder preparation process] can be employ | adopted similarly. For this reason, explanation is omitted here.

必要であれば、焼成後に、得られた白金触媒粉末を粉砕し、篩分けすることで、所望の粒子径を有する粉末のみを選別してもよい。   If necessary, after the calcination, the obtained platinum catalyst powder may be pulverized and sieved to select only the powder having a desired particle diameter.

[混合工程]
続いて、上記で調製した銅触媒粉末と、白金触媒粉末とを混合する。これにより、本発明のシフト触媒が完成する。
[Mixing process]
Subsequently, the copper catalyst powder prepared above and the platinum catalyst powder are mixed. Thereby, the shift catalyst of the present invention is completed.

本工程においては、まず、上記で調製した銅触媒粒子と、白金触媒粉末とを準備する。準備される銅触媒粉末および白金触媒粉末の好ましい構成については、上記の[構成]の欄において既に説明した通りであるため、ここでも説明を省略する。   In this step, first, the copper catalyst particles prepared above and a platinum catalyst powder are prepared. The preferred configurations of the prepared copper catalyst powder and platinum catalyst powder are the same as those already described in the above [Configuration] section, and thus the description thereof is omitted here.

混合の具体的な手法は特に制限されず、粉末の混合について従来公知の知見が適宜参照されうる。この際、混合される銅触媒粉末および白金触媒粉末の量は、得られる触媒中の銅原子および白金原子(さらには、セリウム原子)の最終的な含有量を考慮することにより、適宜調節されうる。以下、混合の手法の一例としては、例えば、それぞれの触媒粉末を1:1の質量比で、φ5mmのアルミナボールを入れたポットミルに仕込み、加振により混合する手法が例示される。   The specific method of mixing is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to regarding powder mixing. At this time, the amounts of the copper catalyst powder and the platinum catalyst powder to be mixed can be appropriately adjusted by considering the final content of copper atoms and platinum atoms (and further cerium atoms) in the obtained catalyst. . Hereinafter, as an example of the mixing method, for example, a method in which each catalyst powder is charged in a pot mill containing φ5 mm alumina balls at a mass ratio of 1: 1 and mixed by vibration is exemplified.

以上、第2の無機担体に銅成分を担持させて銅触媒粉末を調製し、セリウム原子を含む第1の無機担体に白金成分を担持させて白金触媒粉末を調製し、さらにこれらの両触媒粉末を混合することにより本発明のシフト触媒を製造する手法について詳細に説明したが、かような形態のみには制限されず、その他の手法により製造しても、勿論よい。   As described above, a copper catalyst powder is prepared by supporting the copper component on the second inorganic carrier, and a platinum catalyst powder is prepared by supporting the platinum component on the first inorganic carrier containing cerium atoms. Although the method for producing the shift catalyst of the present invention by mixing the above has been described in detail, the present invention is not limited to such a form, and it may of course be produced by other methods.

上述した手法以外の製造方法としては、例えば、銅触媒粉末として、銅原子を含有する無機酸化物を採用する形態が例示される。ここで、銅触媒粉末として「銅原子を含有する無機酸化物」を採用すること以外は、上記で詳細に説明した手法が同様に用いられうる。   As a manufacturing method other than the method described above, for example, a form in which an inorganic oxide containing a copper atom is employed as the copper catalyst powder is exemplified. Here, the method described in detail above can be similarly used except that “inorganic oxide containing a copper atom” is employed as the copper catalyst powder.

[シフト反応装置]
本発明のシフト触媒は、例えば、シフト反応装置に配置される。本発明のシフト触媒が配置されたシフト反応装置は、例えば、固体高分子型燃料電池に供給される水素リッチガス中のCOを選択的に酸化除去するために用いられうる。よって、本願では、上記で説明した本発明のシフト触媒が配置されてなる、固体高分子型燃料電池用シフト反応装置が提供される。なお、本発明のシフト触媒がシフト反応装置に配置される際の形態は特に制限されず、従来公知の技術やその改良技術が適宜採用されうる。例えば、本発明のシフト触媒を含むスラリーを調製し、このスラリーを例えばハニカム担体に塗布して得られる形態が例示される。ハニカム担体の具体的な形態は特に制限されず、従来公知の形態が採用されうる。一例を挙げると、セラミックハニカム、メタルハニカム、セラミックフォーム、メタルフォームなどが採用されうる。また、例えばシフト反応装置が熱交換器と一体化しているような場合には、当該熱交換器のフィンに本発明のシフト触媒を塗布してもよい。
[Shift reactor]
The shift catalyst of this invention is arrange | positioned at a shift reaction apparatus, for example. The shift reaction apparatus in which the shift catalyst of the present invention is disposed can be used, for example, to selectively oxidize and remove CO in a hydrogen-rich gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell. Therefore, the present application provides a shift reactor for a polymer electrolyte fuel cell in which the shift catalyst of the present invention described above is disposed. In addition, the form in particular when the shift catalyst of this invention is arrange | positioned in a shift reaction apparatus is not restrict | limited, A conventionally well-known technique and its improvement technique can be employ | adopted suitably. For example, the form obtained by preparing a slurry containing the shift catalyst of the present invention and applying the slurry to, for example, a honeycomb carrier is exemplified. The specific form of the honeycomb carrier is not particularly limited, and a conventionally known form can be adopted. For example, a ceramic honeycomb, a metal honeycomb, a ceramic foam, a metal foam, or the like can be employed. For example, when the shift reaction apparatus is integrated with the heat exchanger, the shift catalyst of the present invention may be applied to the fins of the heat exchanger.

以下、本発明のシフト反応装置について、図面を用いて詳細に説明する。図2は、本発明のシフト触媒が配置されたシフト反応装置が用いられている燃料電池システム100の概略図である。   Hereinafter, the shift reaction apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic diagram of a fuel cell system 100 in which a shift reaction apparatus in which the shift catalyst of the present invention is disposed is used.

まず、燃料改質触媒が配置された燃料改質装置110に炭化水素などの燃料を供給する。燃料改質装置110においては、通常は水蒸気を用いた水蒸気改質によって、燃料は水素リッチな改質ガスへと改質される。また、水蒸気に加えて、酸素を含むガスを同時に供給し、部分酸化反応を併発させたオートサーマル改質によっても、水素リッチな改質ガスが得られる。   First, a fuel such as hydrocarbon is supplied to the fuel reformer 110 in which the fuel reforming catalyst is arranged. In the fuel reformer 110, the fuel is reformed into a hydrogen-rich reformed gas, usually by steam reforming using steam. A hydrogen-rich reformed gas can also be obtained by autothermal reforming in which a gas containing oxygen is simultaneously supplied in addition to water vapor and a partial oxidation reaction is simultaneously performed.

次いで、燃料改質装置110において得られた改質ガスを、本発明のシフト触媒10が配置されたシフト反応装置120に送り、改質ガス中のCO濃度を1体積%程度にまで低減させる。CO濃度が1体積%程度にまで低減された改質ガスは、CO選択酸化触媒が配置されたCO選択酸化反応装置130に送られ、CO濃度がppmオーダーにまで低減される。   Next, the reformed gas obtained in the fuel reformer 110 is sent to the shift reactor 120 in which the shift catalyst 10 of the present invention is arranged, and the CO concentration in the reformed gas is reduced to about 1% by volume. The reformed gas whose CO concentration is reduced to about 1% by volume is sent to the CO selective oxidation reactor 130 in which the CO selective oxidation catalyst is arranged, and the CO concentration is reduced to the ppm order.

CO選択酸化反応装置130においてCO濃度がppmオーダーにまで低減された改質ガスと、酸化剤(通常は空気)とを用いて、固体高分子型燃料電池140において発電反応が進行する。固体高分子型燃料電池140からは使用済み燃料および酸化剤が排出される。燃焼装置150を設けてこの使用済み燃料および酸化剤を燃焼させ、蒸発装置160においてその燃焼熱を利用して水を蒸発させ、燃料改質装置110において用いられる水蒸気を発生させることによって、系全体のエネルギ効率を向上させうる。燃焼装置150および蒸発装置160には、必要に応じて炭化水素などを供給してもよい。   The power generation reaction proceeds in the polymer electrolyte fuel cell 140 using the reformed gas whose CO concentration is reduced to the ppm order in the CO selective oxidation reactor 130 and the oxidizing agent (usually air). From the polymer electrolyte fuel cell 140, spent fuel and oxidant are discharged. The combustion system 150 is provided to burn the spent fuel and oxidant, and the evaporation system 160 uses the heat of combustion to evaporate water, thereby generating water vapor used in the fuel reformer 110, thereby generating the entire system. Energy efficiency can be improved. You may supply a hydrocarbon etc. to the combustion apparatus 150 and the evaporator 160 as needed.

上述したように、本発明のシフト触媒は、低温領域においても優れたCO除去性能を示し、さらに耐久性にも優れる。このような触媒を用いて改質ガス中の微量のCOを酸化除去することによって、燃料電池に供給される燃料ガス中のCO濃度が効率的に低減されうる。その結果、燃料電池に用いられる白金電極の寿命を延ばすことが可能となり、燃料電池自動車の実用化に大きく寄与しうる。   As described above, the shift catalyst of the present invention exhibits excellent CO removal performance even in a low temperature region, and is also excellent in durability. By oxidizing and removing a small amount of CO in the reformed gas using such a catalyst, the CO concentration in the fuel gas supplied to the fuel cell can be efficiently reduced. As a result, the lifetime of the platinum electrode used in the fuel cell can be extended, which can greatly contribute to the practical application of the fuel cell vehicle.

以上、本発明のシフト触媒の好ましい用途として、固体高分子型燃料電池用シフト反応装置に配置されて燃料電池システムに用いられる場合を例に挙げて説明したが、本発明のシフト触媒の用途はこれに制限されず、シフト反応を促進することにより微量のCOを酸化除去するためのあらゆる用途に適用されうる。本発明のシフト触媒についての上記以外の用途としては、例えば、トンネルのような密閉空間内におけるCO除去、エンジンや燃焼器からの排気中のCO除去等が挙げられる。   As described above, as a preferred application of the shift catalyst of the present invention, the case where it is used in a fuel cell system by being disposed in a shift reactor for a polymer electrolyte fuel cell has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any use for oxidizing and removing trace amounts of CO by promoting a shift reaction. Applications other than those described above for the shift catalyst of the present invention include, for example, CO removal in a closed space such as a tunnel, CO removal in exhaust from an engine or a combustor, and the like.

以下、実施例を用いて本発明の実施の形態をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の実施例のみには制限されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.

<実施例>
白金原子の供給源として、8.451質量%の白金を含有するジニトロジアミン白金錯塩を準備した。また、助触媒原子である銅原子の供給源として、硝酸銅を準備した。これらを溶媒である水にそれぞれ所定量添加し、白金溶液および銅溶液をそれぞれ調製した。
<Example>
A dinitrodiamine platinum complex salt containing 8.451% by mass of platinum was prepared as a source of platinum atoms. Moreover, copper nitrate was prepared as a supply source of copper atoms which are promoter atoms. A predetermined amount of each of these was added to water as a solvent to prepare a platinum solution and a copper solution, respectively.

一方、無機担体として、セリウム酸化物(BET比表面積:100m/g)を準備した。 On the other hand, cerium oxide (BET specific surface area: 100 m 2 / g) was prepared as an inorganic carrier.

上記で調製した白金溶液および銅溶液を、同じく上記で準備した無機担体にそれぞれ含浸させて、前記無機担体に白金原子、および銅原子をそれぞれ担持させた。この際、白金原子、および銅原子の担持量は、得られるシフト触媒粉末の全量に対していずれも10質量%(それぞれ金属換算)となるように調節した。各触媒原子が担持された無機担体を、それぞれ150℃にて10時間乾燥後、電気炉中で400℃にて1時間焼成し、白金触媒粉末および銅触媒粉末をそれぞれ調製した。   The platinum solution and the copper solution prepared above were impregnated in the inorganic carrier similarly prepared above, and platinum atoms and copper atoms were supported on the inorganic carrier, respectively. At this time, the supported amounts of platinum atoms and copper atoms were adjusted to 10% by mass (respectively in terms of metals) with respect to the total amount of the shift catalyst powder obtained. Each inorganic support carrying each catalyst atom was dried at 150 ° C. for 10 hours and then calcined in an electric furnace at 400 ° C. for 1 hour to prepare a platinum catalyst powder and a copper catalyst powder, respectively.

上記で調製した白金触媒粉末および銅触媒粉末を同質量ずつ混合して、混合触媒粉末を調製した。   The platinum catalyst powder and copper catalyst powder prepared above were mixed by the same mass to prepare a mixed catalyst powder.

得られた混合触媒粉末(200g)に、塗布助剤であるアルミナゾル(アルミナ換算で4g)、および水(200mL)を添加し、ボールミル中で1時間分散させて、混合触媒粉末スラリーを調製した。   To the obtained mixed catalyst powder (200 g), alumina sol (4 g in terms of alumina) as a coating aid and water (200 mL) were added and dispersed in a ball mill for 1 hour to prepare a mixed catalyst powder slurry.

120mLのコージェライト製ハニカムモノリス担体(400セル/インチ)に、上記で調製した混合触媒粉末スラリーをコーティングし、150℃にて10時間乾燥後、空気中で500℃にて1時間焼成することにより、実施例のモノリス担持シフト触媒を完成させた。なお、前記モノリス担体への触媒粉末スラリーのコーティング量は、混合触媒粉末換算で24g(200g/L)であった。 120 mL of cordierite honeycomb monolith support (400 cells / inch 2 ) is coated with the mixed catalyst powder slurry prepared above, dried at 150 ° C. for 10 hours, and then fired in air at 500 ° C. for 1 hour. Thus, the monolith-supported shift catalyst of the example was completed. The coating amount of the catalyst powder slurry on the monolith support was 24 g (200 g / L) in terms of mixed catalyst powder.

<比較例1>
混合触媒粉末に代えて、上記の実施例1で得た白金触媒粉末をハニカムモノリス担体にコーティングしたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、比較例1のモノリス担持シフト触媒を完成させた。
<Comparative Example 1>
A monolith-supported shift catalyst of Comparative Example 1 was completed in the same manner as in Example 1 except that the honeycomb catalyst was coated with the platinum catalyst powder obtained in Example 1 above instead of the mixed catalyst powder. I let you.

<比較例2>
混合触媒粉末の調製に代えて、ジニトロジアミン白金錯塩および硝酸銅を溶媒である水に同時に溶解させて白金−銅溶液を調製し、この溶液を無機担体に含浸させて、前記無機担体に白金原子および銅原子を同時に担持させて共含浸触媒を得た。この際、白金原および銅原子の担持量は、得られるシフト触媒粉末の全量に対していずれも5質量%(それぞれ金属換算)となるように調節した。そして、混合触媒粉末に代えて、この共含浸触媒をハニカムモノリス担体にコーティングしたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、比較例3のモノリス担持シフト触媒を完成させた。
<Comparative example 2>
Instead of preparing the mixed catalyst powder, a dinitrodiamine platinum complex salt and copper nitrate are simultaneously dissolved in water as a solvent to prepare a platinum-copper solution. This solution is impregnated into an inorganic support, and the inorganic support is subjected to platinum atoms. And a co-impregnation catalyst was obtained by simultaneously supporting copper atoms. At this time, the supported amounts of platinum raw material and copper atoms were adjusted to 5% by mass (respectively in metal conversion) with respect to the total amount of the shift catalyst powder obtained. Then, the monolith-supported shift catalyst of Comparative Example 3 was completed by the same method as in Example 1 except that the co-impregnated catalyst was coated on the honeycomb monolith support instead of the mixed catalyst powder.

<比較例3>
上記の比較例1で得られた白金触媒コーティングモノリス担持シフト触媒(18mL)を、改質ガスの流通方向に対して上流側に配置し、上記の実施例1で得られた銅触媒粉末を上記の実施例1と同様の手法によりハニカムモノリス担体にコーティングして得られたモノリス担持シフト触媒(18mL)を、上流側に配置された触媒に隣接するように、改質ガスの流通方向に対して下流側に配置して、比較例4のモノリス担持シフト触媒を完成させた。
<Comparative Example 3>
The platinum catalyst-coated monolith-supported shift catalyst (18 mL) obtained in Comparative Example 1 was placed upstream with respect to the flow direction of the reformed gas, and the copper catalyst powder obtained in Example 1 was used as the above The monolith-supported shift catalyst (18 mL) obtained by coating the honeycomb monolith support by the same method as in Example 1 of the above was arranged with respect to the flow direction of the reformed gas so as to be adjacent to the catalyst arranged on the upstream side. Arranged downstream, the monolith-supported shift catalyst of Comparative Example 4 was completed.

<比較例4>
上記の比較例3で得られた銅触媒コーティングモノリス担持シフト触媒(18mL)を、改質ガスの流通方向に対して上流側に配置し、上記の比較例1で得られた白金触媒コーティングモノリス担持シフト触媒(18mL)を、上流側に配置された触媒に隣接するように、改質ガスの流通方向に対して下流側に配置して、比較例5のモノリス担持シフト触媒を完成させた。
<Comparative example 4>
The copper catalyst-coated monolith-supported shift catalyst (18 mL) obtained in the above Comparative Example 3 is disposed upstream with respect to the flow direction of the reformed gas, and the platinum catalyst-coated monolith supported in the above Comparative Example 1 is supported. The shift catalyst (18 mL) was arranged downstream with respect to the flow direction of the reformed gas so as to be adjacent to the catalyst arranged on the upstream side, and the monolith-supported shift catalyst of Comparative Example 5 was completed.

<触媒性能評価試験>
上記の実施例および比較例1〜4で得られたモノリス担持シフト触媒を用いて、以下の手法により、シフト反応に対する触媒性能を評価した。
<Catalyst performance evaluation test>
Using the monolith-supported shift catalysts obtained in the above Examples and Comparative Examples 1 to 4, the catalyst performance for the shift reaction was evaluated by the following method.

反応前処理として、各シフト触媒(36mL)に対し、2%水素含有窒素雰囲気下、400℃にて1時間活性化処理を施した。   As pre-reaction treatment, each shift catalyst (36 mL) was subjected to an activation treatment at 400 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere containing 2% hydrogen.

次いで、各シフト触媒を窒素雰囲気下で200℃まで冷却し、昇温しながらガスクロマトグラフィにより出口ガスを分析した。なお、全ての評価試験において、投入ガス組成は、CO/HO/H/CO/N=2.5/24/35/15/23.5体積%であり、反応ガスの流速は30L/minであった。よって、本試験における触媒サンプルに対するガス空間速度(GHSV)は、50000h−1であった。 Next, each shift catalyst was cooled to 200 ° C. under a nitrogen atmosphere, and the outlet gas was analyzed by gas chromatography while raising the temperature. In all the evaluation tests, the input gas composition was CO / H 2 O / H 2 / CO 2 / N 2 = 2.5 / 24/35/15 / 23.5% by volume, and the flow rate of the reaction gas Was 30 L / min. Therefore, the gas space velocity (GHSV) for the catalyst sample in this test was 50000 h −1 .

試験中には、出口ガスを分析することにより、下記数式1によりCO転化率を算出した。すなわち、CO転化率が高いほど、触媒活性に優れるシフト触媒であるといえる。   During the test, the CO conversion was calculated by the following formula 1 by analyzing the outlet gas. That is, it can be said that the higher the CO conversion rate, the better the shift catalyst.

Figure 2007007531
Figure 2007007531

ここで、本試験においては、各シフト触媒が示す最大のCO転化率を測定した。ここで、シフト触媒が最大のCO転化率を示す温度を「Tmax(℃)」とも称する。また、低温活性を評価するために、Tmaxよりも25℃低い温度(以下、「Tmax−25(℃)」とも称する)におけるCO転化率をも測定した。 Here, in this test, the maximum CO conversion rate exhibited by each shift catalyst was measured. Here, the temperature at which the shift catalyst exhibits the maximum CO conversion is also referred to as “T max (° C.)”. In order to evaluate low-temperature activity, the CO conversion rate at a temperature 25 ° C. lower than T max (hereinafter also referred to as “T max −25 (° C.)”) was also measured.

さらに、各シフト触媒の耐久性を評価するために、上記の性能評価試験を30時間継続して行い、その後のTmax(℃)およびTmax−25(℃)におけるCO転化率を測定した。また、Tmax−25(℃)における比活性として、初期のCO転化率に対する30時間継続後のCO転化率の割合(%)を算出した。得られた結果を下記の表1に示す。 Further, in order to evaluate the durability of each shift catalyst, the above performance evaluation test was continuously performed for 30 hours, and the CO conversion rate at T max (° C.) and T max −25 (° C.) was measured. Further, as a specific activity at T max -25 (° C.), the ratio (%) of the CO conversion rate after 30 hours from the initial CO conversion rate was calculated. The obtained results are shown in Table 1 below.

Figure 2007007531
Figure 2007007531

表1に示す結果から、本発明のシフト触媒は、従来のシフト触媒と比較して、低温条件下における触媒活性に優れるばかりか、比活性が高値に維持されていることから、長時間使用後にもその触媒活性が低下しにくいことが示される。   From the results shown in Table 1, the shift catalyst of the present invention is not only superior in catalytic activity under low temperature conditions but also has a high specific activity as compared with conventional shift catalysts, and thus after a long period of use. It is also shown that the catalytic activity is difficult to decrease.

よって、本発明の触媒はより低温条件下において使用が可能であるために、熱力学的な平衡に支配されるシフト反応を効率的に進行させうる。それに加えて、耐久性にも優れることから、搭載後には一定の使用期間が想定される自動車などに搭載される燃料電池システムなどにおけるCOシフト反応装置として好ましく用いられうる。その結果、本発明は最終的には、燃料電池システムの実用化に大きく貢献しうることが期待される。   Therefore, since the catalyst of the present invention can be used under a lower temperature condition, the shift reaction governed by thermodynamic equilibrium can efficiently proceed. In addition, since it is excellent in durability, it can be preferably used as a CO shift reaction device in a fuel cell system or the like mounted on an automobile or the like that is expected to have a certain period of use after mounting. As a result, it is expected that the present invention can greatly contribute to the practical application of the fuel cell system in the end.

本発明のシフト触媒の一実施形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing one embodiment of the shift catalyst of the present invention. 本発明のシフト触媒が配置されたシフト反応装置が用いられている燃料電池システムの概略図である。1 is a schematic view of a fuel cell system in which a shift reaction apparatus in which a shift catalyst of the present invention is arranged is used.

符号の説明Explanation of symbols

10 シフト触媒、
20 白金触媒粉末、
22 白金成分、
24 第1の無機担体、
30 銅触媒粉末、
32 銅成分、
34 第2の無機担体、
100 燃料電池システム、
110 燃料改質装置、
120 シフト反応装置、
130 CO選択酸化反応装置、
140 固体高分子型燃料電池、
150 燃焼装置、
160 蒸発装置。
10 shift catalyst,
20 platinum catalyst powder,
22 Platinum component,
24 first inorganic carrier,
30 Copper catalyst powder,
32 Copper component,
34 second inorganic carrier,
100 fuel cell system,
110 Fuel reformer,
120 shift reactor,
130 CO selective oxidation reactor,
140 polymer electrolyte fuel cell,
150 combustion equipment,
160 Evaporator.

Claims (15)

一酸化炭素および水を含有するガスとの接触により、シフト反応を選択的に促進しうるシフト触媒であって、
白金原子およびセリウム原子を含む白金触媒粉末と、銅原子を含む銅触媒粉末と、が混合されてなることを特徴とする、シフト触媒。
A shift catalyst capable of selectively promoting a shift reaction by contact with a gas containing carbon monoxide and water,
A shift catalyst comprising a platinum catalyst powder containing a platinum atom and a cerium atom and a copper catalyst powder containing a copper atom.
前記白金触媒粉末が、セリウム原子を含む無機担体に白金成分が担持されてなる構成を有する、請求項1に記載のシフト触媒。   The shift catalyst according to claim 1, wherein the platinum catalyst powder has a structure in which a platinum component is supported on an inorganic carrier containing a cerium atom. 前記白金触媒粉末が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選択される1種または2種以上の原子をさらに含む、請求項1またはに記載のシフト触媒。   The shift catalyst according to claim 1 or 2, wherein the platinum catalyst powder further contains one or more atoms selected from the group consisting of titanium, zirconium, vanadium, niobium, and tantalum. 前記銅触媒粉末が希土類原子をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のシフト触媒。   The shift catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the copper catalyst powder further contains a rare earth atom. 触媒単位体積あたりの前記白金原子の含有量が、0.1〜20mg/mLである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のシフト触媒。   The shift catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the platinum atom content per catalyst unit volume is 0.1 to 20 mg / mL. 触媒単位体積あたりの前記セリウム原子の含有量が、50〜500mg/mLである、請求項1〜5のいずれか1項に記載のシフト触媒。   The shift catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein a content of the cerium atom per catalyst unit volume is 50 to 500 mg / mL. 触媒単位体積あたりの前記銅原子の含有量が、0.1〜80mg/mLである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のシフト触媒。   The shift catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein a content of the copper atom per catalyst unit volume is 0.1 to 80 mg / mL. 前記銅触媒粉末の含有量が、前記白金触媒粉末の含有量1質量部に対して0.1〜10質量部である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のシフト触媒。   The shift catalyst according to any one of claims 1 to 7, wherein the content of the copper catalyst powder is 0.1 to 10 parts by mass with respect to 1 part by mass of the platinum catalyst powder. ケイ素、アルミニウム、チタン、セリウムおよびジルコニウムからなる群から選択される1種または2種以上の原子を含む無機酸化物がさらに混合されてなる、請求項1〜8のいずれか1項に記載のシフト触媒。   The shift according to any one of claims 1 to 8, wherein an inorganic oxide containing one or more atoms selected from the group consisting of silicon, aluminum, titanium, cerium and zirconium is further mixed. catalyst. 一酸化炭素および水を含有するガスとの接触により、シフト反応を選択的に促進しうるシフト触媒の製造方法であって、
銅原子を含有する銅触媒粉末を準備する銅触媒粉末準備工程と、
セリウム原子を含有する無機酸化物に白金原子を担持させて、白金触媒粉末を調製する白金触媒粉末調製工程と、
前記銅触媒粉末と前記白金触媒粉末とを混合する混合工程と、
を有する、シフト触媒の製造方法。
A method for producing a shift catalyst, which can selectively promote a shift reaction by contact with a gas containing carbon monoxide and water,
A copper catalyst powder preparation step of preparing a copper catalyst powder containing copper atoms;
A platinum catalyst powder preparation step of preparing a platinum catalyst powder by supporting platinum atoms on an inorganic oxide containing cerium atoms;
A mixing step of mixing the copper catalyst powder and the platinum catalyst powder;
A process for producing a shift catalyst.
前記白金触媒粉末調製工程において、前記無機酸化物に白金原子を担持させるのと同時に、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選択される1種または2種以上の原子をさらに担持させる、請求項10に記載の製造方法。   In the platinum catalyst powder preparation step, simultaneously with supporting platinum atoms on the inorganic oxide, one or more atoms selected from the group consisting of titanium, zirconium, vanadium, niobium and tantalum are further supported. The manufacturing method according to claim 10. 前記白金触媒粉末調製工程が、前記無機酸化物に白金原子を担持させた後に、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選択される1種または2種以上の原子をさらに担持させる工程をさらに有する、請求項10または11に記載の製造方法。   The step of preparing the platinum catalyst powder further comprises supporting one or more atoms selected from the group consisting of titanium, zirconium, vanadium, niobium and tantalum after the inorganic oxide supports the platinum atom. The manufacturing method according to claim 10 or 11, further comprising: 前記白金触媒粉末調製工程が、前記無機酸化物に白金原子を担持させる前に、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選択される1種または2種以上の原子を担持させる工程をさらに有する、請求項10〜12のいずれか1項に記載の製造方法。   The step of preparing the platinum catalyst powder comprises supporting one or more atoms selected from the group consisting of titanium, zirconium, vanadium, niobium and tantalum before the inorganic oxide supports platinum atoms. Furthermore, the manufacturing method of any one of Claims 10-12 which has. 前記銅触媒粉末準備工程が、銅原子を実質的に含有しない無機酸化物に銅原子を担持する工程を含む、請求項10〜13のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claims 10-13 in which the said copper catalyst powder preparation process includes the process of carry | supporting a copper atom on the inorganic oxide which does not contain a copper atom substantially. 前記銅触媒粉末が、銅原子を含有する無機酸化物である、請求項10〜13のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claims 10-13 whose said copper catalyst powder is an inorganic oxide containing a copper atom.
JP2005190232A 2005-06-29 2005-06-29 Shift reaction catalyst and its manufacturing method Pending JP2007007531A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005190232A JP2007007531A (en) 2005-06-29 2005-06-29 Shift reaction catalyst and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005190232A JP2007007531A (en) 2005-06-29 2005-06-29 Shift reaction catalyst and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007007531A true JP2007007531A (en) 2007-01-18

Family

ID=37746688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005190232A Pending JP2007007531A (en) 2005-06-29 2005-06-29 Shift reaction catalyst and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007007531A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012005277A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-12 株式会社ルネッサンス・エナジー・リサーチ Apparatus and process for carbon monoxide shift conversion, and hydrogen production equipment

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012005277A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-12 株式会社ルネッサンス・エナジー・リサーチ Apparatus and process for carbon monoxide shift conversion, and hydrogen production equipment
CN102971252A (en) * 2010-07-06 2013-03-13 株式会社新生能源研究 Apparatus and process for carbon monoxide shift conversion, and hydrogen production equipment
EP2592046A1 (en) * 2010-07-06 2013-05-15 Renaissance Energy Research Corporation Apparatus and process for carbon monoxide shift conversion, and hydrogen production equipment
EP2592046A4 (en) * 2010-07-06 2014-01-29 Renaissance Energy Res Corp Apparatus and process for carbon monoxide shift conversion, and hydrogen production equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006346598A (en) Steam reforming catalyst
JP5702910B2 (en) Treatment conditions for Pt-Re bimetallic water gas shift catalyst
Azad et al. Development of ceria-supported sulfur tolerant nanocatalysts: Rh-based formulations
JP2007000703A (en) Reforming catalyst, method of manufacturing reforming catalyst and fuel cell system
JP2005169236A (en) Fuel reforming catalyst
AU2004224919B2 (en) Modifying catalyst for partial oxidation and method for modification
JP2010279911A (en) Catalyst for manufacturing hydrogen, manufacturing method of the catalyst, and manufacturing method of hydrogen using the catalyst
JP2006341206A (en) Carbon monoxide selective oxidation catalyst and its manufacturing method
JP2004196646A (en) Fuel reforming apparatus
US7842634B2 (en) Blended catalyst with improved performance
JP2005238025A (en) Fuel reforming catalyst and fuel reforming system using the same
JP2007007531A (en) Shift reaction catalyst and its manufacturing method
JP5494910B2 (en) Hydrogen production catalyst and production method thereof
JP2008272614A (en) Co removing catalyst, fuel reforming apparatus, fuel cell system and co removing method
JP2007160254A (en) Catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide and its manufacturing method
JP2005034682A (en) Co modification catalyst and its production method
JP4514419B2 (en) Hydrocarbon partial oxidation catalyst, method for producing the same, and method for producing hydrogen-containing gas
JP2007160255A (en) Catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide and its manufacturing method
JP2006167606A (en) Carbon monoxide selective oxidation catalyst
JP2006314870A (en) Shift catalyst
JP2005067917A (en) Co removal catalyst system and method for selective removal of co
JP2006181482A (en) Carbon monoxide selective oxidation catalyst and its manufacturing method
JP4875295B2 (en) Reforming catalyst for partial oxidation and reforming method
JP2006043608A (en) Shift catalyst and method for producing it
JP2004244246A (en) Inorganic material and shift reaction catalyst using the same