JP2009189911A - Catalyst body selectively oxidizing carbon monoxide, filter using it and device for selectively removing carbon monoxide - Google Patents

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一志 藤岡
Yoshiro Yamamoto
義朗 山本
Emi Hijiguro
恵美 肱黒
Keita Hara
圭太 原
Tsunehisa Kawada
倫久 川田
Atsushi Kudo
淳 工藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst body selectively oxidizing carbon monoxide removing by oxidation carbon monoxide, prior to hydrogen, contained in a reforming gas (hydrogen rich gas) which is used as the fuel of a fuel cell, and to provide a filter and a device for selectively removing carbon monoxide. <P>SOLUTION: The catalyst body selectively oxidizing carbon monoxide possesses a catalyst material catalyzing the oxidation reaction of carbon monoxide prior to the oxidation reaction of hydrogen in the presence of steam in a hydrogen rich gas at least containing carbon monoxide, and a water feeding body carried in contact with the catalyst material and feeding steam to the vicinity of the catalyst material. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素ガス中に含まれる一酸化炭素を、選択的に酸化除去する一酸化炭素選択酸化触媒体に関し、とくに、燃料電池に好適な一酸化炭素選択酸化触媒体及びそれを用いたフィルタ,一酸化炭素選択除去装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon monoxide selective oxidation catalyst body that selectively oxidizes and removes carbon monoxide contained in hydrogen gas, and in particular, a carbon monoxide selective oxidation catalyst body suitable for a fuel cell and a filter using the same. Therefore, it relates to carbon monoxide selective removal equipment.

一次電池や二次電池とは異なり、水素などの燃料と酸素などの酸化剤を供給し続けることで継続的に電力を取り出せるエネルギー源として水素−酸素燃料電池が注目されている。これは、水素と酸素を化学反応させて、直接「電気」を発生する装置である。この水素を燃料とする水素−酸素燃料電池には以下のような特徴がある。   Unlike primary batteries and secondary batteries, hydrogen-oxygen fuel cells are attracting attention as energy sources that can continuously extract power by continuously supplying a fuel such as hydrogen and an oxidant such as oxygen. This is a device that directly generates "electricity" by chemically reacting hydrogen and oxygen. This hydrogen-oxygen fuel cell using hydrogen as a fuel has the following characteristics.

(1)燃料電池は熱機関(エンジンや火力発電など)とは違って、直接電気エネルギー に変換できるため、理論効率が高い。
(2)低温で作動するため、熱機関と異なり有害物質である窒素酸化物(NOx)や硫化 物(SOx)などを発生しない。
(3)燃料となる「水素」は、様々なものから作ることができる。
(石油や石炭、天然ガス、メタノールなどの化石燃料の他にも水を電気分解する など)
(1) Unlike a heat engine (such as an engine or thermal power generation), a fuel cell can be converted directly into electrical energy, so it has high theoretical efficiency.
(2) Because it operates at low temperatures, it does not generate harmful substances such as nitrogen oxides (NOx) and sulfides (SOx) unlike heat engines.
(3) “Hydrogen” as fuel can be made from various materials.
(In addition to fossil fuels such as oil, coal, natural gas, and methanol, water is electrolyzed)

水素−酸素燃料電池の燃料となる水素は、水素ガス(そのまま燃料電池の燃料となる状態)ではほとんど存在しない。水素は、熱や電気などのエネルギーを投入して、化石燃料や水、バイオマス等から製造できるが、他の原料より簡単で、低コストに作れるという理由から、現在水素の大半は化石燃料(主に天然ガス)から製造されている。   Hydrogen used as a fuel for a hydrogen-oxygen fuel cell hardly exists in hydrogen gas (a state used as a fuel for a fuel cell as it is). Hydrogen can be produced from fossil fuel, water, biomass, etc. by applying energy such as heat and electricity, but because it is simpler than other raw materials and can be produced at low cost, most of hydrogen is currently fossil fuel (mainly Natural gas).

例えば、天然ガスから水素を製造(合成)する工程は、天然ガスの水蒸気改質,部分酸化,およびそれに続くシフト反応からなる。ここで、「シフト反応」とは、一酸化炭素の酸化(CO+O2→CO2)または水素の酸化(O2+H2→H2O)以外に起こりうる反応(CO+H2O→CO2+H2)をいう。 For example, the process of producing (synthesizing) hydrogen from natural gas consists of steam reforming of natural gas, partial oxidation, and subsequent shift reaction. Here, the “shift reaction” is a reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ) that can occur other than the oxidation of carbon monoxide (CO + O 2 → CO 2 ) or the oxidation of hydrogen (O 2 + H 2 → H 2 O). ).

この工程で得られる水素(水素リッチガス)には、平衡論的に不可避な1〜2%の一酸化炭素が残留し、当該一酸化炭素は、燃料電池の燃料極として用いられる白金系触媒の被毒を引き起こす。   Hydrogen (hydrogen-rich gas) obtained in this step contains 1-2% of carbon monoxide, which is inevitable in equilibrium, and the carbon monoxide is covered by a platinum-based catalyst used as a fuel electrode of a fuel cell. Causes poison.

さらに、家庭用の燃料電池などでは、都市ガスなどの燃料ガスを改質することで水素を合成し、この水素を燃料電池の燃料極として採用する、改質ガス型燃料電池が一般的である。この改質ガス型燃料電池でも、上記と同じように都市ガスから水素を合成しているので、平衡論的に不可避な1〜2%の一酸化炭素が残留する。そのため水素中の不純物である、一酸化炭素の濃度を数十ppmレベル以下に下げる酸化除去技術が求められ、一酸化炭素除去法の開発が活発に行われている。   Furthermore, in a fuel cell for home use, a reformed gas type fuel cell is generally used that synthesizes hydrogen by reforming a fuel gas such as city gas and uses this hydrogen as a fuel electrode of the fuel cell. . Even in this reformed gas fuel cell, hydrogen is synthesized from city gas in the same manner as described above, so that 1-2% of carbon monoxide, which is inevitable in equilibrium, remains. Therefore, an oxidation removal technique for reducing the concentration of carbon monoxide, which is an impurity in hydrogen, to a level of several tens of ppm or less is demanded, and a carbon monoxide removal method is actively developed.

現在開発中の一酸化炭素除去法のなかで最も有望視されているのは、改質ガス(水素リッチガス)中に酸素を添加してPt,Pd,Ru,Rh,Au等の貴金属触媒により一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し除去する方法であり、様々な検討結果が報告されている。   Among the carbon monoxide removal methods currently under development, the most promising method is to add oxygen to the reformed gas (hydrogen-rich gas) and use a precious metal catalyst such as Pt, Pd, Ru, Rh, or Au. This is a method of removing carbon dioxide by oxidizing it to carbon dioxide, and various investigation results have been reported.

しかし、この手法には、一酸化炭素の酸化と同時に水素の酸化も進行し、その分の水素が減少するので、水素が無駄に消費されるという問題があった。   However, this method has a problem in that hydrogen is wasted because hydrogen oxidation proceeds simultaneously with the oxidation of carbon monoxide, and the amount of hydrogen is reduced accordingly.

この問題を解決するには、水素と一酸化炭素の酸化のうち、水素に優先して、一酸化炭素を選択的に酸化させることが望ましい。それにより、水素が酸化してしまうという水素の無駄な消費をせずに効率的に一酸化炭素を除去することができるからである。   In order to solve this problem, it is desirable to selectively oxidize carbon monoxide in preference to hydrogen among the oxidation of hydrogen and carbon monoxide. This is because carbon monoxide can be efficiently removed without wasteful consumption of hydrogen such that hydrogen is oxidized.

ここで、一酸化炭素を水素に優先して酸化させる一酸化炭素選択酸化触媒に関する技術としては、下記特許文献1、2が提案されている。
特開平11-347414号公報 特開2002-263501号公報
Here, the following Patent Documents 1 and 2 have been proposed as techniques relating to a carbon monoxide selective oxidation catalyst that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-347414 JP 2002-263501 A

特許文献1は、多孔質を有するゼオライトの細孔の中で、一酸化炭素を酸化させて除去する技術を開示している。水素は、酸素や一酸化炭素よりも小さく、ゼオライトの細孔をすばやく通過するので、細孔内での滞在時間の長い、酸素と一酸化炭素とが細孔の中で反応し易い事を利用している。   Patent Document 1 discloses a technique for oxidizing and removing carbon monoxide in the pores of a porous zeolite. Since hydrogen is smaller than oxygen and carbon monoxide and quickly passes through the pores of the zeolite, it takes advantage of the fact that oxygen and carbon monoxide easily react in the pores because of the long residence time in the pores. is doing.

特許文献2も、同じように細孔内で一酸化炭素を酸化して除去する技術である。Ptと酸素との結びつきを強めることで、細孔内でより一酸化炭素と酸素とを結合させ易くしている。   Similarly, Patent Document 2 is a technique for oxidizing and removing carbon monoxide in pores. By strengthening the bond between Pt and oxygen, carbon monoxide and oxygen are more easily bonded in the pores.

上記の技術は、細孔内で一酸化炭素を酸化させるものであり、水素内に水分が存在する場合に効果が明確ではなく、特にどの程度の酸素分子が一酸化炭素を選択的に酸化したかを示すCO選択率に関しては、十分な開示がなされていない。   The above technique oxidizes carbon monoxide in the pores, and the effect is not clear when water is present in hydrogen, especially how many oxygen molecules selectively oxidized carbon monoxide. There is not enough disclosure regarding CO selectivity.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行ったところ、水素リッチガス中において、PtやAu等の触媒物質の一酸化炭素酸化除去能力を高め、且つ、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進するには、触媒物質近傍に積極的に水分を存在させるのが良いことを見出した。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, in the hydrogen-rich gas, the carbon monoxide oxidation removal ability of a catalyst substance such as Pt or Au is enhanced, and the hydrogen is prioritized. In order to promote the selective oxidation reaction that oxidizes carbon oxide, it has been found that moisture should be actively present in the vicinity of the catalyst substance.

その理由として推測されるのは、触媒物質近傍に多量の水分が存在すると、(1)シフト反応が生じやすくなり一酸化炭素の酸化除去に伴い水素が生成されることや、(2)触媒担体上に活性水酸基が形成され、その水酸化基が一酸化炭素と反応し一酸化炭素の酸化除去に伴い水素が生成されることなどである。   The reason is presumed that if a large amount of water is present in the vicinity of the catalyst substance, (1) a shift reaction is likely to occur, and hydrogen is generated as a result of oxidation removal of carbon monoxide. For example, an active hydroxyl group is formed thereon, and the hydroxyl group reacts with carbon monoxide to generate hydrogen as the carbon monoxide is oxidized and removed.

したがって、上記の触媒物質近傍に水分があると、触媒が活性化され、酸素が一酸化炭素と結合して酸化する反応の活性化エネルギーの方を下げる。これにより酸素が水素と結合して酸化する反応よりも酸素が一酸化炭素と結合して酸化する反応の方を生じさせる。よって、水素リッチガス中の酸素は、水素より優先して、一酸化炭素と結合する酸化反応の方を優先的に選択する。   Therefore, if there is moisture in the vicinity of the catalyst material, the catalyst is activated, and the activation energy of the reaction in which oxygen is combined with carbon monoxide and oxidized is lowered. This produces a reaction in which oxygen combines with carbon monoxide and oxidizes rather than a reaction in which oxygen combines with hydrogen and oxidizes. Therefore, oxygen in the hydrogen-rich gas preferentially selects an oxidation reaction that combines with carbon monoxide in preference to hydrogen.

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであって、改質ガス(水素リッチガス)中の一酸化炭素を水素に優先して、選択的に酸化して低減することにより、良好な燃料利用効率や発電効率を実現する水素ガスを得る、一酸化炭素選択酸化触媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been completed on the basis of the above-described knowledge, and it is preferable to selectively oxidize and reduce carbon monoxide in the reformed gas (hydrogen-rich gas) in preference to hydrogen. An object of the present invention is to provide a carbon monoxide selective oxidation catalyst body that obtains hydrogen gas that achieves utilization efficiency and power generation efficiency.

上記課題を解決するための第一の発明は、少なくとも一酸化炭素を含む水素リッチガスの中で、水蒸気の存在下、水素の酸化反応より優先して、一酸化炭素の酸化反応を触媒する触媒物質と、前記触媒物質と接触保持され、前記触媒物質近傍に水蒸気を供給する水分供給体と、を有する一酸化炭素選択酸化触媒体に関するものである。   A first invention for solving the above problem is a catalytic substance that catalyzes an oxidation reaction of carbon monoxide in the presence of water vapor in a hydrogen rich gas containing at least carbon monoxide in preference to an oxidation reaction of hydrogen. And a water supply body that is kept in contact with the catalyst material and supplies water vapor in the vicinity of the catalyst material.

本発明の一酸化炭素酸化触媒体の一例を図1に示す。本発明の触媒体3は、触媒物質2が水分供給体3に保持された構成となっている。   An example of the carbon monoxide oxidation catalyst of the present invention is shown in FIG. The catalyst body 3 of the present invention has a configuration in which the catalyst substance 2 is held by the moisture supply body 3.

上記の水分供給体は、水素を主成分とする、水素リッチガスなどの気体中に含まれる微量水分を吸収する性質があるものから選択される。その水分供給体が、触媒物質と接触して配置されているため、触媒物質の近傍に常に水分が存在する状態を作り出す。触媒物質の近傍に存在する水分は、触媒物質の一酸化炭素の酸化除去活性を高め、且つ、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進するので、改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化して水素の無駄な消費を高効率に低減できる。     The water supply body is selected from those having a property of absorbing a trace amount of water contained in a gas such as hydrogen-rich gas containing hydrogen as a main component. Since the moisture supply body is disposed in contact with the catalyst material, a state in which moisture is always present in the vicinity of the catalyst material is created. Moisture present in the vicinity of the catalyst material enhances the carbon monoxide oxidation removal activity of the catalyst material, and promotes a selective oxidation reaction that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen, so that one part of the reformed gas is Carbon oxide can be selectively oxidized to reduce wasteful consumption of hydrogen with high efficiency.

上記の構成において水素リッチガスには、酸素を含む構成であってもよい。この構成であれば、前記触媒物質が一酸化炭素と酸素との酸化反応も触媒する。   In the above configuration, the hydrogen rich gas may include oxygen. If it is this structure, the said catalyst substance will also catalyze the oxidation reaction of carbon monoxide and oxygen.

細孔を有する触媒体での一酸化炭素除去は、当該細孔内において反応を促進させるのが一般的な方法である。たとえば、細孔内における水素と一酸化炭素と酸素の滞在時間の違いを利用して、細孔を滞在する時間の短い水素を酸化することなく、選択的に一酸化炭素を酸化する触媒体が知られている。この方法では、当該細孔が水分で詰まってしまうと、水素、酸素、一酸化炭素は細孔を通過できないので、酸化反応を起こすことができなくなってしまう。したがって、細孔を有する物質として疎水性の物質を使用したり、水素ガスから水分を除去してから触媒体を使用する等で細孔内を詰まらせないことが必要となる。しかし、本発明の構成では、触媒物質近傍に水分を存在させることで、触媒物質の活性を高めて一酸化炭素を除去するので、細孔内は水分で詰まっていても構わない。   In general, removal of carbon monoxide by the catalyst body having pores promotes the reaction in the pores. For example, a catalyst body that selectively oxidizes carbon monoxide without oxidizing hydrogen with a short residence time in the pores by utilizing the difference in residence time of hydrogen, carbon monoxide, and oxygen in the pores. Are known. In this method, when the pores are clogged with moisture, hydrogen, oxygen, and carbon monoxide cannot pass through the pores, and thus an oxidation reaction cannot be caused. Therefore, it is necessary not to clog the inside of the pores by using a hydrophobic substance as the substance having pores or by using the catalyst body after removing moisture from the hydrogen gas. However, in the configuration of the present invention, the presence of moisture in the vicinity of the catalyst substance increases the activity of the catalyst substance and removes carbon monoxide, so the pores may be clogged with moisture.

水分子は、水素リッチガスに最初から存在する水分子であっても、又は外部から水分供給体に水分を吸収させておいてもよい。酸素も、水素リッチガスに最初から存在する酸素でも、水素リッチガスに外部から注入してもよい。   The water molecules may be water molecules originally present in the hydrogen-rich gas, or moisture may be absorbed into the moisture supply body from the outside. Oxygen, oxygen that is present in the hydrogen-rich gas from the beginning, or hydrogen-rich gas may be injected from the outside.

特に天然ガス等から改質した水素リッチガスには水蒸気が含まれているので、この水蒸気を使うと、水分供給体に外界から水分を吸収させる必要がない。   In particular, since the hydrogen-rich gas reformed from natural gas or the like contains water vapor, if this water vapor is used, it is not necessary for the water supply body to absorb water from the outside.

上記の構成において、前記触媒物質は、表面の一部が外部に露出した状態で前記水分供給体に保持されている、ことを特徴とする構成とすることができる。   In the above configuration, the catalyst substance may be held by the moisture supply body with a part of the surface exposed to the outside.

この構成であると、触媒物質が一酸化炭素と直接接触でき、且つ触媒物質は水分供給体から水分を得ることができるので、効率よく触媒作用が発揮される。   With this configuration, the catalytic substance can be in direct contact with carbon monoxide, and the catalytic substance can obtain moisture from the moisture supply body, so that the catalytic action is efficiently exhibited.

上記の構成において、前記触媒物質が、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ag、Ni及びAuからなる群より選択される少なくとも一種以上の平均粒径が1nm以上10nm以下である金属の微粒子であるとすることができる。平均粒径が10nmを超えると触媒物質の表面積(反応面積)が小さくなるため、反応効率が悪くなる。また1nm未満では、微細すぎて取り扱いが不便になるので好ましくない。   In the above-described configuration, the catalyst substance is metal fine particles having an average particle size of at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Ag, Ni, and Au of 1 nm to 10 nm. There can be. When the average particle diameter exceeds 10 nm, the surface area (reaction area) of the catalyst substance is reduced, and the reaction efficiency is deteriorated. On the other hand, if it is less than 1 nm, it is not preferable because it is too fine to handle.

上記の構成において、前記水分供給体が、吸湿性物質を有してなるものであり、前記触媒物質が、前記吸湿性物質に直接接触している、ことを特徴とする構成とすることができる。   In the above configuration, the moisture supply body includes a hygroscopic substance, and the catalyst substance is in direct contact with the hygroscopic substance. .

水分供給体は、吸湿性物質を有するのみで組成されていてもよく、吸湿性物質と他の物質とで組成されていてもよい。後者の場合触媒物質を吸湿性物質に直接接触させる構成とすることで、この吸湿性物質が水素リッチガス中の水分を吸湿し、触媒物質に水分を確実に供給することができるので、好ましい。   The moisture supply body may be composed only of having a hygroscopic substance, or may be composed of a hygroscopic substance and another substance. In the latter case, it is preferable that the catalyst material is brought into direct contact with the hygroscopic material because the hygroscopic material absorbs moisture in the hydrogen-rich gas and can reliably supply moisture to the catalyst material.

本発明においては、前記吸湿物質の構成材料として、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、親水性ゼオライト、シリカゲル、珪酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸メチル、セルロース系樹脂などが使用できる。このうち特にシリカが、平均細孔径や比表面積の異なるものが容易に作製でき、かつ吸湿力が強いので好ましい。   In the present invention, the constituent material of the hygroscopic substance includes porous silica, porous alumina, hydrophilic zeolite, silica gel, sodium silicate, polyvinyl alcohol, polyamide, sodium polyacrylate, polymethyl methacrylate, cellulose resin and the like. Can be used. Of these, silica is particularly preferable because silica having different average pore diameters and specific surface areas can be easily produced and has high hygroscopicity.

上記の構成において、前記吸湿性物質が、平均細孔径が2nm〜50nm以下の多孔質シリカである、ことを特徴とする構成とすることができる。   In the above-described configuration, the hygroscopic substance may be porous silica having an average pore diameter of 2 nm to 50 nm or less.

また上記の構成において、前記吸湿性物質が、平均細孔径が2nm〜20nmであり、比表面積が100m2/g〜500m2/gの多孔質シリカである、ことを特徴とする構成とすることができる。 In the above configuration, the said hygroscopic material has an average pore diameter of 2 nm to 20 nm, a specific surface area of porous silica of 100m 2 / g~500m 2 / g, it is configured to, wherein Can do.

平均細孔径が2〜50nmのものは、一般にメソ孔と呼ばれ、高湿度時に吸着した水分を低湿度時に放出する性質を有する。また、この範囲の細孔径であると、細孔内に微粒子状の触媒微粒子(およそ1〜10nm)を存在させ易い。   Those having an average pore diameter of 2 to 50 nm are generally called mesopores and have the property of releasing moisture adsorbed at high humidity at low humidity. Further, when the pore diameter is within this range, fine catalyst particles (approximately 1 to 10 nm) are likely to be present in the pores.

また上記の構成において、前記吸湿性物質が、平均細孔径が0.5nm〜2nmであり、比表面積が500m2/g〜1000m2/gの多孔質シリカである、ことを特徴とする構成とすることができる。
平均細孔径が0.5〜2nmのものは、一般にミクロ孔と呼ばれ、水分吸着能が極めて高い。
Also in the above-described structure, the hygroscopic material has an average pore diameter of 0.5 nm to 2 nm, specific surface area of porous silica of 500m 2 / g~1000m 2 / g, the structure, characterized in that can do.
Those having an average pore diameter of 0.5 to 2 nm are generally called micropores and have extremely high moisture adsorption ability.

上記の構成において、前記吸湿性物質が、親水性ゼオライトである、ことを特徴とする構成とすることができる。   In the above structure, the hygroscopic substance may be a hydrophilic zeolite.

親水性ゼオライトは、吸湿性に優れるので、吸湿性物質として好適である。ゼオライトの親水性は当該ゼオライト中のSiO2/Al23のモル比と関係があり、SiO2/Al23のモル比(ケイバン比)が高くなるにしたがって、水分の吸着度が低くなることが知られている。この比が1〜2のものを低シリカゼオライト、比が、5以上を高シリカゼオライトと呼んでいる。アルミニウム濃度が低くなるにつれ、親水性から疎水性へと表面の性質が変化する。これらゼオライトは2種以上含まれていてもよい。
例えば、A型ゼオライトは、低シリカゼオライトの代表であり、フェリエライト、ZSM−5は高シリカゼオライトの代表である。
Since hydrophilic zeolite is excellent in hygroscopicity, it is suitable as a hygroscopic substance. The hydrophilicity of zeolite is related to the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 in the zeolite, and as the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 (Kayban ratio) increases, the degree of moisture adsorption decreases. It is known to be. Those having this ratio of 1-2 are called low silica zeolite, and those having a ratio of 5 or more are called high silica zeolite. As the aluminum concentration is lowered, the surface properties change from hydrophilic to hydrophobic. Two or more kinds of these zeolites may be contained.
For example, type A zeolite is representative of low silica zeolite, and ferrierite, ZSM-5 is representative of high silica zeolite.

上記課題を解決する第二の発明は、一酸化炭素選択酸化触媒体を用いたフィルタに関するものである。そのフィルタは、基体と、前記基体の表面に直接又は下地層を介して塗着された上記の第一の発明に係る一酸化炭素選択酸化触媒体と、を有する一酸化炭素選択酸化フィルタである。   A second invention for solving the above-mentioned problems relates to a filter using a carbon monoxide selective oxidation catalyst body. The filter is a carbon monoxide selective oxidation filter having a substrate and the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to the first aspect of the present invention, which is applied to the surface of the substrate directly or via an underlayer. .

上記基体としては、様々なものが使用できる。例としては、ハニカム構造、粉末状、球状、粒状、発泡体状、繊維状、布状、又はリング状構造のものが挙げられる。本発明では、ハニカム構造体の基体を用いることが好ましい。   Various substrates can be used as the substrate. Examples include honeycomb structures, powders, spheres, granules, foams, fibers, cloths, or ring structures. In the present invention, it is preferable to use a substrate having a honeycomb structure.

ハニカム基体は、壁面の総表面積が大きいので吸湿性コート層の面積を大きくでき、よって、より多くの触媒物質を配置でき、かつ水素リッチガス通過の際の圧力損失が小さいので、水素リッチガスを円滑に通過させることができる。このため、水素リッチガス中に含まれる一酸化炭素が触媒物質に極めて効率よく接触する。これにより、一酸化炭素と酸素との酸化反応が高効率で進む結果、一酸化炭素を一層確実に除去できることになる。   Since the honeycomb substrate has a large total surface area of the wall surface, the area of the hygroscopic coating layer can be increased, so that more catalyst substance can be disposed and the pressure loss when passing through the hydrogen rich gas is small, so that the hydrogen rich gas can be smoothly flown. Can be passed. For this reason, carbon monoxide contained in the hydrogen-rich gas comes into contact with the catalyst material very efficiently. As a result, the oxidation reaction between carbon monoxide and oxygen proceeds with high efficiency, so that carbon monoxide can be more reliably removed.

ここで、圧力損失の観点から、ハニカム基体のハニカムチャネル径は、好ましくは30
0μm以上とするのがよい。
Here, from the viewpoint of pressure loss, the honeycomb channel diameter of the honeycomb substrate is preferably 30.
It should be 0 μm or more.

上記のハニカム基体は、金属製が好ましい。金属製であると製造が容易であり、製造コストを下げることができる。ただし、金属製のハニカム基体は、表面に凹凸が少なく、多孔質シリカからなる水分供給体との接着性が悪いため、より好ましくは金属ハニカム基体と多孔質シリカ層との間に、微細な凹凸のある下地層を形成するのが好ましい。これにより、多孔質シリカからなる吸湿性コート層の接着性が向上する。   The honeycomb substrate is preferably made of metal. If it is made of metal, it is easy to manufacture and the manufacturing cost can be reduced. However, since the metal honeycomb substrate has less unevenness on the surface and poor adhesion to the moisture supply body made of porous silica, more preferably fine unevenness is provided between the metal honeycomb substrate and the porous silica layer. It is preferable to form an underlying layer. Thereby, the adhesiveness of the hygroscopic coating layer which consists of porous silica improves.

上記下地層としては、製造の容易さ、コスト面からアルミナからなる層とすることが好ましい。さらにアルミナは親水性なので、当該アルミナが触媒物質近傍に水分を与える役割も担っている。   The underlayer is preferably a layer made of alumina from the viewpoint of ease of production and cost. Furthermore, since alumina is hydrophilic, the alumina also plays a role of providing moisture near the catalyst material.

上記の構成において、上記のアルミナの表面ラフネス値が、0.5μm〜3.0μmであることを特徴とする構成とすることができる。この範囲であれば、多孔質シリカ層と基体との接着性がより高まるので好ましい。   In the above configuration, the alumina may have a surface roughness value of 0.5 μm to 3.0 μm. If it is this range, since the adhesiveness of a porous silica layer and a base | substrate will improve more, it is preferable.

上記課題を解決する第三の発明は、上記第二の発明にかかる一酸化炭素選択酸化フィルタを組み込んだ一酸化炭素選択除去装置に関するものである。その装置は、一酸化炭素を含む水素リッチガスよりなる水素ガス供給部と、前記水素ガスに酸素を含むガスを混合するための酸素ガス供給部と、上記の第二の発明にかかる一酸化炭素酸化フィルタを備えた触媒反応部と、前記触媒反応部の一酸化炭素選択酸化フィルタの温度を制御する温度制御部と、を備えるものである。   3rd invention which solves the said subject is related with the carbon monoxide selective removal apparatus incorporating the carbon monoxide selective oxidation filter concerning said 2nd invention. The apparatus includes a hydrogen gas supply unit made of a hydrogen rich gas containing carbon monoxide, an oxygen gas supply unit for mixing the hydrogen gas with a gas containing oxygen, and the carbon monoxide oxidation according to the second aspect of the invention. A catalyst reaction unit including a filter; and a temperature control unit configured to control a temperature of the carbon monoxide selective oxidation filter of the catalyst reaction unit.

本装置は、前記水素ガス供給部より導入した水素を主成分とする水素リッチガスに前記酸素ガス供給部より導入した酸素とを混合して混合ガスにし、かつ前記温度制御部で前記触媒反応部の一酸化炭素選択酸化フィルタを温度制御して、当該混合ガスを一酸化炭素選択酸化フィルタに通すことで水素リッチガス中に含まれる一酸化炭素を選択的に除去することを特徴とする。   This apparatus mixes hydrogen introduced from the hydrogen gas supply unit with hydrogen-rich gas mainly composed of hydrogen and oxygen introduced from the oxygen gas supply unit to form a mixed gas, and the temperature control unit uses the catalyst reaction unit. The temperature of the carbon monoxide selective oxidation filter is controlled, and the mixed gas is passed through the carbon monoxide selective oxidation filter to selectively remove carbon monoxide contained in the hydrogen-rich gas.

混合ガスが通過するときの触媒反応部内の温度は、25℃〜125℃に保つことが好ましい。この温度範囲であれば、一酸化炭素の選択除去効率を最適にすることが出来る。   The temperature in the catalytic reaction section when the mixed gas passes is preferably maintained at 25 ° C to 125 ° C. Within this temperature range, the selective removal efficiency of carbon monoxide can be optimized.

上記の触媒反応部内の好ましい温度領域は、固体高分子型燃料電池の動作温度である50℃〜120℃を含むものである。したがって、上記の構成を備えた一酸化炭素選択除去装置であれば、固体高分子型の燃料電池のガス改質部に用いることもできる。とくに当該燃料電池の燃料極に水素を供給する直前でその水素ガスから一酸化炭素を除去することができる。   A preferable temperature range in the catalytic reaction part includes 50 ° C. to 120 ° C. which is the operating temperature of the polymer electrolyte fuel cell. Therefore, any carbon monoxide selective removal apparatus having the above-described configuration can be used for a gas reforming section of a solid polymer fuel cell. In particular, carbon monoxide can be removed from the hydrogen gas immediately before supplying hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell.

さらに上記の構成では、水蒸気は水素リッチガスに含まれる水蒸気を使用するが、水素リッチガス中に水蒸気が存在しない場合には、水蒸気を供給するための水蒸気供給部をさらに備えることもできる。   Further, in the above configuration, the water vapor uses the water vapor contained in the hydrogen-rich gas. However, when no water vapor exists in the hydrogen-rich gas, a water vapor supply unit for supplying water vapor can be further provided.

以上説明したように、第一の発明によると、水素リッチガス(改質ガス)中の一酸化炭素を選択して水素より優先的に酸化して除去し、良好な燃料利用効率や発電効率を実現する水素ガスを得る、一酸化炭素選択酸化触媒体を提供できる。
またこの触媒体を構成要素とする、第二の発明によると、一酸化炭素を優先的に酸化除去するフィルタを提供できる。
またこのフィルタを構成要件とする第三の発明によると、一酸化炭素除去能力に優れた燃料電池の一酸化炭素選択除去装置を提供することができる。
As explained above, according to the first invention, carbon monoxide in the hydrogen-rich gas (reformed gas) is selected and oxidized with priority over hydrogen to achieve good fuel utilization efficiency and power generation efficiency. Thus, it is possible to provide a carbon monoxide selective oxidation catalyst body that obtains hydrogen gas.
Further, according to the second invention comprising this catalyst body as a constituent element, a filter that preferentially oxidizes and removes carbon monoxide can be provided.
In addition, according to the third invention having this filter as a constituent element, it is possible to provide a selective carbon monoxide removal device for a fuel cell that is excellent in carbon monoxide removal capability.

(実施の形態1)
実施の形態1は、本発明にかかる一酸化炭素選択触媒の1つの態様を示すものである。図1〜図3を参照して、本発明における触媒体の構造について説明する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 shows one aspect of the carbon monoxide selective catalyst according to the present invention. With reference to FIGS. 1-3, the structure of the catalyst body in this invention is demonstrated.

本実施の形態1にかかる一酸化炭素選択酸化触媒体は、図1に示すように、触媒物質2と、その触媒物質を吸着保持する水分供給層3とからなる。   As shown in FIG. 1, the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to the first embodiment includes a catalyst material 2 and a moisture supply layer 3 that adsorbs and holds the catalyst material.

上記の触媒物質2は、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ag、Ni及びAu等から選択される金属の平均粒径10nm以下の微粒子から選択される。   The catalyst material 2 is selected from fine particles having an average particle diameter of 10 nm or less selected from Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Ag, Ni, Au, and the like.

また、水分供給層3は、多孔質シリカからなり、微量水分を含有する水素リッチガス中の水分を吸着保持し、且つ触媒物質の周囲に水分を供給することによって、水分供給層3上に担持された触媒物質の一酸化炭素の除去活性を高め、且つ、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進できるように機能する。   Further, the moisture supply layer 3 is made of porous silica and is supported on the moisture supply layer 3 by adsorbing and holding moisture in the hydrogen-rich gas containing a trace amount of moisture and supplying moisture around the catalyst substance. It functions to enhance the carbon monoxide removal activity of the catalyst material and to promote a selective oxidation reaction that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen.

多孔質シリカ3の触媒物質2への水分供給のメカニズムは、多孔質シリカ3の平均平均細孔径と触媒物質2の平均粒径との違いにより、異なるものとなる。   The mechanism of water supply to the catalyst material 2 of the porous silica 3 differs depending on the difference between the average average pore diameter of the porous silica 3 and the average particle diameter of the catalyst material 2.

多孔質シリカの平均細孔径が、触媒物質2の平均粒径よりも小さい場合には、図2に示すように、多孔質シリカの細孔近傍に触媒物質2を担持している。特に平均細孔径が2nm以下のミクロ孔と呼ばれる細孔を有する多孔質シリカは、水分吸着能が極めて高い。このため、雰囲気ガス中の水分を多孔質シリカ表面付近に引き寄せることが可能である。この結果、図2に示すように、触媒物質2の周囲には常に水分(H2O)が存在し、この水分によって触媒物質の一酸化炭素の除去活性を高め、且つ、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進できる。 When the average pore diameter of the porous silica is smaller than the average particle diameter of the catalyst substance 2, the catalyst substance 2 is supported in the vicinity of the pores of the porous silica as shown in FIG. In particular, porous silica having pores called micropores having an average pore diameter of 2 nm or less has an extremely high moisture adsorption capacity. For this reason, it is possible to draw the moisture in the atmospheric gas near the porous silica surface. As a result, as shown in FIG. 2, moisture (H 2 O) is always present around the catalyst material 2, and this moisture enhances the carbon monoxide removal activity of the catalyst material and gives priority to hydrogen. A selective oxidation reaction for oxidizing carbon monoxide can be promoted.

多孔質シリカの平均細孔径が、触媒物質2の平均粒径よりも大きい場合には、図3に示すように、多孔質シリカの細孔内及び細孔近傍に触媒物質2を担持している。特に平均細孔径が2〜50nm以下のメソ孔と呼ばれる細孔を有する多孔質シリカは、水分吸着能はミクロ孔よりは劣るものの、高湿時に吸着した水分を低湿時に放出する性質を有する。この結果、図3に示すように、細孔内に担持された触媒物質2の周囲には常に水分(H2O)が存在し、また細孔近傍に担持された触媒物質2の周囲にはメソ孔内の水分が放出されて供給され、この水分によって触媒物質2の一酸化炭素の除去活性を高め、且つ、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進できる。 When the average pore diameter of the porous silica is larger than the average particle diameter of the catalyst substance 2, the catalyst substance 2 is supported in and near the pores of the porous silica as shown in FIG. . In particular, porous silica having pores called mesopores having an average pore diameter of 2 to 50 nm or less has a property of releasing moisture adsorbed at high humidity when the moisture is low, although the moisture adsorption ability is inferior to that of micropores. As a result, as shown in FIG. 3, moisture (H 2 O) always exists around the catalyst material 2 supported in the pores, and around the catalyst material 2 supported in the vicinity of the pores. Moisture in the mesopores is released and supplied. This moisture enhances the carbon monoxide removal activity of the catalyst substance 2 and promotes a selective oxidation reaction that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen.

すなわち、ミクロ孔シリカ、メソ孔シリカどちらを用いても、水素リッチガス中の水分を積極的に利用するため、水分の飽和によって触媒活性が低下することがなく、長期間にわたって一酸化炭素を酸化除去できる。   In other words, regardless of whether microporous silica or mesoporous silica is used, water in the hydrogen-rich gas is actively used, so that catalytic activity does not decrease due to water saturation, and carbon monoxide is oxidized and removed over a long period of time. it can.

この一方で、ミクロ孔の場合、ミクロ孔内における分子拡散速度が遅いので、一酸化炭素除去プロセス全体の効率化には不向きとなる可能性がある。また、メソ孔の場合、比表面積がミクロ孔よりも小さくなるため、一酸化炭素除去反応場が少なくなり、反応効率が悪くなる可能性がある。   On the other hand, in the case of micropores, the molecular diffusion rate in the micropores is slow, which may be unsuitable for improving the efficiency of the entire carbon monoxide removal process. In the case of mesopores, since the specific surface area is smaller than that of micropores, the carbon monoxide removal reaction field is reduced, and the reaction efficiency may be deteriorated.

これらのことから、実際の使用環境に応じて、適宜多孔質シリカの平均細孔径及び比表面積、触媒物質の平均粒径を設定することが好ましい。   From these, it is preferable to appropriately set the average pore diameter and specific surface area of the porous silica and the average particle diameter of the catalyst substance according to the actual use environment.

次に、実施の形態1にかかる触媒体の具体的製造方法を説明する。
(ケイ酸ナトリウム溶液の調整)
まず、ビーカに脱イオン化した蒸留水を入れ、これにケイ酸ナトリウム溶液(和光純薬工業社製)を溶解させ、濃度CSが0.8〜1.5mol/Lのケイ酸ナトリウム水溶液を作成する。この時の水溶液の温度は20〜30℃であることが好ましい。
Next, a specific method for producing the catalyst body according to the first embodiment will be described.
(Preparation of sodium silicate solution)
First, put the distilled water was de-ionized beaker, to which is dissolved the sodium silicate solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), creates a sodium silicate aqueous solution having a concentration C S is 0.8~1.5mol / L To do. The temperature of the aqueous solution at this time is preferably 20 to 30 ° C.

(強酸性イオン交換樹脂の添加)
上記ケイ酸ナトリウム水溶液に、pHがpH1(2.68〜5.4)になるまで、H+型強酸性イオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製アンバーライトIR120−H−AG)を加える。このH+型強酸性イオン交換樹脂としては、蒸留水に24時間以上浸したH+型強酸性イオン交換樹脂を使用することが好ましく、蒸留水に浸したH+型強酸性イオン交換樹脂を60メッシュ以下のふるいにかけて分別し、ふるいを通ったものを使用することがより好ましい。
(Addition of strong acidic ion exchange resin)
H + type strongly acidic ion exchange resin (Amberlite IR120-H-AG manufactured by Rohm and Haas) is added to the aqueous sodium silicate solution until the pH reaches pH 1 (2.68 to 5.4). . As the H + type strongly acidic ion exchange resin, it is preferred to use 24 hours or more soaked H + -type strongly acidic ion exchange resin in distilled water, soaked in distilled water H + -type strongly acidic ion exchange resin 60 It is more preferable to use a sieve that is separated through a sieve of mesh or less and passed through the sieve.

(強酸性イオン交換樹脂の酸化除去)
pHが2.68〜5.4にした時点で、H+型強酸性イオン交換樹脂を加えるのを止め、ふるいでビーカ中の強酸性イオン交換樹脂を取り除く。
(Oxidation removal of strongly acidic ion exchange resins)
When the pH is adjusted to 2.68 to 5.4, the addition of the H + type strongly acidic ion exchange resin is stopped, and the strongly acidic ion exchange resin in the beaker is removed by sieving.

(重合)
強酸性イオン交換樹脂を取り除くと、重合(ゲル化)が進行し、これに伴いpHは少しずつ増加する。
(polymerization)
When the strongly acidic ion exchange resin is removed, polymerization (gelation) proceeds, and the pH gradually increases accordingly.

(アンモニアの添加)
次に、このケイ酸ナトリウム水溶液に、pHがpH2(7.98〜8.24)になるまで、NH3水溶液を加える。pHが7.98〜8.24になった時点で、NH3水溶液を加えるのを止めて、シリカゾル溶液を調製する。
(Addition of ammonia)
Then, the aqueous sodium silicate solution, until a pH of pH 2 (7.98 to 8.24), add aqueous NH 3 solution. When the pH reaches 7.98 to 8.24, the addition of the NH 3 aqueous solution is stopped to prepare a silica sol solution.

上記溶液を放置し沈殿物が生成した段階で、沈殿物を濾別し乾燥させると、バルク状のメソポーラスシリカが得られた。   When the above solution was allowed to stand and a precipitate was formed, the precipitate was filtered and dried to obtain bulk mesoporous silica.

(触媒物質の担持)
上記のようにして作成したシリカ(水分供給体3)の上に、平均粒径が3nmの白金(Pt)の超微粒子を2.0g/Lの割合で担持させる。担持方法は、Pt等の触媒物質を水に分散し、この分散液に上記水分供給体を浸漬した。担持量の調整は、Pt等の超微粒子を含んだ溶液のPt等の濃度を変更することにより行う。このときの溶媒としては、水、アルコール等を用いることができる。
(Supporting catalyst material)
On the silica (water supply body 3) prepared as described above, platinum (Pt) ultrafine particles having an average particle diameter of 3 nm are supported at a rate of 2.0 g / L. In the loading method, a catalyst substance such as Pt was dispersed in water, and the water supply body was immersed in this dispersion. The carrying amount is adjusted by changing the concentration of Pt or the like in a solution containing ultrafine particles such as Pt. As the solvent at this time, water, alcohol or the like can be used.

上記浸漬の後、約400℃で乾燥・焼成・還元処理を行ない、一酸化炭素選択酸化触媒体を作製した。   After the immersion, drying, firing, and reduction treatment were performed at about 400 ° C. to prepare a carbon monoxide selective oxidation catalyst body.

上記における乾燥・焼成・還元処理温度としては、通常、250℃を超え700℃以下の温度とし、300〜500℃の温度が、触媒活性が顕著に向上するので好ましい。他方、250℃以下の温度であると、焼成・還元が不十分になり、700℃を超える温度であると、触媒物質粒子の集合凝結が生じて、触媒機能が低下するので好ましくない。   The drying / calcination / reduction treatment temperature is usually higher than 250 ° C. and not higher than 700 ° C., and a temperature of 300 to 500 ° C. is preferable because the catalyst activity is remarkably improved. On the other hand, if the temperature is 250 ° C. or lower, calcination / reduction is insufficient, and if it is higher than 700 ° C., aggregated aggregation of the catalyst material particles occurs and the catalyst function is lowered.

(実施の形態2)
実施の形態2は、上記の一酸化炭素選択酸化触媒体を基体の表面に塗付して一酸化炭素選択酸化フィルタとするものである。本形態のフィルタの具体的な製造方法については、以下の通りである。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the carbon monoxide selective oxidation catalyst is applied to the surface of a substrate to form a carbon monoxide selective oxidation filter. A specific manufacturing method of the filter of the present embodiment is as follows.

上記実施の形態1の(ケイ酸ナトリウム溶液の調製)、(強酸性イオン交換樹脂の添加)及び(強酸性イオン交換樹脂の酸化除去)と同様にしてケイ酸ナトリウム水溶液を調製する。   A sodium silicate aqueous solution is prepared in the same manner as in (Preparation of sodium silicate solution), (Addition of strong acid ion exchange resin) and (Oxidation removal of strong acid ion exchange resin) in the first embodiment.

(アルミナコート金属ハニカムの準備)
上記作業と並行して、粉末アルミナ(大明化学工業社製高純度アルミナ粉体)を水、アルコール等に拡散させ、アルミナゾルを調製する。そのアルミナゾルに、金属製ハニカム5(SUS(ステンレススチール)ハニカム(ハニカムチャネル径:300μm以上))を浸漬し、これを乾燥、焼成して、金属ハニカム基体5上にアルミナ層4を形成する。
好ましくは、金属ハニカムにコーティングされた粉末アルミナの表面ラフネスの値を0.5〜3.0μmとし、平均細孔径を50nm以上とする。
表面ラフネスの値は、原子間力顕微鏡(Digital Instruments社製 Nano Scope IIIa)を用いて像を観測し、その像を付属の画像処理ソフトを用いて処理することにより求めることができる。
(Preparation of alumina coated metal honeycomb)
In parallel with the above operation, powdered alumina (high purity alumina powder manufactured by Daimei Chemical Industry Co., Ltd.) is diffused in water, alcohol, etc. to prepare an alumina sol. A metal honeycomb 5 (SUS (stainless steel) honeycomb (honeycomb channel diameter: 300 μm or more)) is immersed in the alumina sol, dried and fired to form an alumina layer 4 on the metal honeycomb substrate 5.
Preferably, the value of the surface roughness of the powdered alumina coated on the metal honeycomb is 0.5 to 3.0 μm, and the average pore diameter is 50 nm or more.
The surface roughness value can be determined by observing an image using an atomic force microscope (Nano Scope IIIa manufactured by Digital Instruments) and processing the image using attached image processing software.

(シリカ溶液への浸漬)
上記で調製したシリカゾルの調製溶液に、上記で作製した粉体アルミナ層が形成された金属ハニカムを、5〜25℃の条件で5〜10秒間浸漬し、この後水分を乾燥酸化除去する。この浸漬・乾燥サイクルを10〜20回繰り返す。
(Immersion in silica solution)
The metal honeycomb formed with the powder alumina layer prepared above is immersed in the silica sol preparation solution prepared above for 5 to 10 seconds at 5 to 25 ° C., and then moisture is removed by dry oxidation. This immersion / drying cycle is repeated 10 to 20 times.

(シリカの細孔の拡大)
飽和させた濃度d(10%以上)のNH3水溶液にシリカを温度T1(20℃〜60℃)でtNH3(5〜50時間)浸漬させることにより、シリカの細孔径を拡大させる。この工程は、主にメソ孔を有するシリカ層を作成する場合に必要であり、ミクロ孔を有するシリカを作成する場合には、省略してよい。
(Expansion of silica pores)
By immersing silica in a saturated NH 3 aqueous solution having a concentration d (10% or more) at a temperature T 1 (20 ° C. to 60 ° C.) for t NH 3 (5 to 50 hours), the pore diameter of silica is expanded. This step is mainly necessary when creating a silica layer having mesopores, and may be omitted when creating silica having micropores.

(シリカ層の作製)
この後、20℃〜30℃、湿度30〜60%の雰囲気中にTpri(0.1〜1時間)放置する。放置後、T℃(100〜130℃)の恒温糟の中にTsec(1〜2時間)放置してエージングして、アルミナ層4の上にシリカからなる水分供給体層3を形成する。
(Preparation of silica layer)
Then, T pri (0.1 to 1 hour) is left in an atmosphere of 20 ° C. to 30 ° C. and a humidity of 30 to 60%. After standing, the moisture supply layer 3 made of silica is formed on the alumina layer 4 by aging by leaving T sec (1 to 2 hours) in a constant temperature bath at T ° C. (100 to 130 ° C.).

(触媒物質の担持)
この様にして作成したシリカ層(水分供給体3)の上に、平均粒径が1〜10nmのPt、Au、Rh、Ag、Pd、Ir等の超微粒子4を0.5g/L〜2g/Lの割合で担持させる。担持方法は、Pt等の超微粒子を含んだ溶液に、シリカ層コーティング後のハニカム体を浸漬し、約400℃で乾燥・焼成・還元処理することにより行う。担持量の調整は、Pt等の超微粒子を含んだ溶液のPt等の濃度を変更することにより行う。このときの溶媒としては、水、アルコール等を用いることができる。
(Supporting catalyst material)
On the silica layer (water supply body 3) thus prepared, 0.5 g / L to 2 g of ultrafine particles 4 such as Pt, Au, Rh, Ag, Pd, and Ir having an average particle diameter of 1 to 10 nm are formed. It is supported at a ratio of / L. The supporting method is performed by immersing the honeycomb body after the silica layer coating in a solution containing ultrafine particles such as Pt, and drying, firing, and reducing at about 400 ° C. The carrying amount is adjusted by changing the concentration of Pt or the like in a solution containing ultrafine particles such as Pt. As the solvent at this time, water, alcohol or the like can be used.

上記のようにして一酸化炭素選択酸化触媒体を基体に塗付することで、一酸化炭素選択酸化フィルタを作製した。このものは、図2に示すように、金属製のハニカム基体5と、金属製のハニカム基体5の壁面に形成された凹凸を有する下地層(アルミナ層)4と、アルミナ層4の上に形成された触媒体1とを備える。触媒体1は、水分供給体3としての平均細孔径が50nm以下の多孔質シリカと、水分供給体3中にPt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ag、Ni及びAu等からなる平均粒径10nm以下の触媒物質2とで形成されている。   The carbon monoxide selective oxidation filter was produced by applying the carbon monoxide selective oxidation catalyst body to the substrate as described above. As shown in FIG. 2, this is formed on a metal honeycomb substrate 5, an underlayer (alumina layer) 4 having irregularities formed on the wall surface of the metal honeycomb substrate 5, and the alumina layer 4. The catalyst body 1 is provided. The catalyst body 1 is porous silica having an average pore diameter of 50 nm or less as the water supply body 3, and an average particle diameter of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Ag, Ni, Au, etc. in the water supply body 3 It is formed with the catalyst substance 2 of 10 nm or less.

上記における乾燥・焼成・還元処理温度としては、通常、250℃を超え700℃以下の温度とする。特に、300〜500℃の温度であると、触媒活性が顕著に向上するので好ましい。他方、250℃以下の温度であると、焼成・還元が不十分になり、700℃を超える温度であると、触媒物質粒子の集合凝結が生じて、触媒機能が低下するので好ましくない。   The drying / calcination / reduction treatment temperature in the above is usually a temperature exceeding 250 ° C. and 700 ° C. or less. In particular, a temperature of 300 to 500 ° C. is preferable because the catalytic activity is remarkably improved. On the other hand, if the temperature is 250 ° C. or lower, calcination / reduction is insufficient, and if it is higher than 700 ° C., aggregated aggregation of the catalyst material particles occurs and the catalyst function is lowered.

〔作製条件とシリカの物性との関係〕
下記表1に、上記実施の形態に記載の方法に従って作製した一酸化炭素選択酸化フィルタの作製条件と、吸湿性コート層である、シリカのBET比表面積及び平均細孔径との関係を示す。
BET比表面積SBET(m2/g)は、自動ガス吸着装置(日本ベル社製、BELSORP MINI)を用いて窒素吸脱着等温線を測定し、得られた吸脱着等温線に対しBETプロットを適用して解析し、算出した。
平均細孔径dpは窒素吸脱着曲線にt−plot法を適用してメソ細孔容積Vmesを求め、次の数式により求めた。
[Relationship between fabrication conditions and physical properties of silica]
Table 1 below shows the relationship between the production conditions of the carbon monoxide selective oxidation filter produced according to the method described in the above embodiment, and the BET specific surface area and average pore diameter of silica, which is a hygroscopic coating layer.
The BET specific surface area S BET (m 2 / g) is measured by measuring the nitrogen adsorption / desorption isotherm using an automatic gas adsorption device (BELSORP MINI, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.), and the BET plot is plotted against the obtained adsorption / desorption isotherm. Applied, analyzed and calculated.
The average pore diameter d p was obtained by applying the t-plot method to the nitrogen adsorption / desorption curve to obtain the mesopore volume V mes , and the following formula.

なお、具体的な作製条件は、ケイ酸ナトリウム溶液としては、和光純薬工業社製ケイ酸ナトリウム溶液を用い、H+型強酸性イオン交換樹脂としては、ローム・アンド・ハース社製アンバーライトIR120−H−AGを用い、粉体アルミナとしては、大明化学工業社製高純度アルミナ粉体を用い、金属ハニカムとしてはSUS(ステンレススチール)ハニカム(ハニカムチャネル径:300μm以上)を用いた。また、SUSハニカムはシリカゾル溶液に25℃条件で5秒漬け、その後乾燥させるというサイクルを10回繰り返した。 The specific production conditions were as follows: sodium silicate solution manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as the sodium silicate solution, and Amberlite IR120 manufactured by Rohm and Haas Co., Ltd. as the H + type strongly acidic ion exchange resin. -H-AG was used, high-purity alumina powder manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd. was used as the powder alumina, and SUS (stainless steel) honeycomb (honeycomb channel diameter: 300 μm or more) was used as the metal honeycomb. Further, the cycle in which the SUS honeycomb was immersed in a silica sol solution at 25 ° C. for 5 seconds and then dried was repeated 10 times.

上記表1において、Csはケイ酸ナトリウム水溶液の濃度、pH1は強酸性イオン交換樹脂によるイオン交換終了時の水溶液のpHであり、pH2はNH3水溶液添加後の水溶液のpHである。tpriはSUSハニカムをシリカゾルに浸漬した後にアンモニア水に浸漬することなく恒温槽に投入するまでのエージング時間、dはSUSハニカムをシリカゾルに浸漬した後に浸漬する水溶液のNH3濃度、T1はNH3水溶液に浸漬するときの温度、tNH3はNH3水溶液に浸漬する時間、T2は恒温槽の温度、tsecは恒温槽中でのエージング時間である。 In Table 1 above, C s is the concentration of the aqueous sodium silicate solution, pH 1 is the pH of the aqueous solution at the end of ion exchange with the strongly acidic ion exchange resin, and pH 2 is the pH of the aqueous solution after addition of the NH 3 aqueous solution. t pri is the aging time from when the SUS honeycomb is immersed in the silica sol until it is put into the thermostat without being immersed in ammonia water, d is the NH 3 concentration of the aqueous solution immersed in the silica sol after being immersed in the SUS honeycomb, and T 1 is NH 3 Temperature when immersed in an aqueous solution, t NH3 is the time of immersion in an NH 3 aqueous solution, T 2 is the temperature of the thermostat, and t sec is the aging time in the thermostat.

一酸化炭素選択酸化フィルタにおけるシリカ層のシリカの平均細孔径dpは、1.00〜7.60nmであり、BET比表面積SBETは、117〜794m2/gであった。 The average pore diameter d p of the silica of the silica layer in the carbon monoxide selective oxidation filter was 1.00 to 7.60 nm, and the BET specific surface area S BET was 117 to 794 m 2 / g.

(実施例1)
上記実施の形態2に記載の方法に従って、実施例1にかかるフィルタを作製した。具体的な水分供給体(シリカ層)の作製条件は、上記表1の(a)に示されるものを用いた。触媒としてはPtを用い、Ptの平均粒径は3nmとし、Pt含有量は2.0g/Lとした。
Ptの触媒物質の粒径は、走査透過型電子顕微鏡(FEI製、Tecnai F20)による直接観察により測定した。
Example 1
A filter according to Example 1 was manufactured according to the method described in the second embodiment. The specific water supply body (silica layer) production conditions used were those shown in (a) of Table 1 above. Pt was used as the catalyst, the average particle size of Pt was 3 nm, and the Pt content was 2.0 g / L.
The particle size of the catalyst material of Pt was measured by direct observation with a scanning transmission electron microscope (manufactured by FEI, Tecnai F20).

(実施例2)
水分供給体(シリカ層)を、上記表1の(g)の条件で作製したこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例2にかかるフィルタを作製した。
(Example 2)
A filter according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the moisture supplier (silica layer) was produced under the conditions of (g) in Table 1 above.

(比較例1)
アルミナ層上に水分供給体(シリカ層)を形成しなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1にかかるフィルタを作製した。
(Comparative Example 1)
A filter according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the water supply body (silica layer) was not formed on the alumina layer.

(実験1)
上記触媒体の性能評価をガラス製常圧固定床流通反応器で行った。微量水分を含有する水素リッチ反応ガスを流通し、所定温度まで加熱し、定常活性になった後、オンラインGC(GLサイエンス社製GC3200)を用いて出口ガスの濃度分析を行った。フィルタに通す前の水素リッチ反応ガスの組成は、CO:1%,O2:1%,CO2:20%,H2O:2%,H2:バランスであった。空間速度(SV値)は10000/hr、検出器はTCD、カラムはPorapak Q,Molecular Sieve 13Xとした。この結果を下記表2に示す。
尚、CO転化率=CO減少濃度/CO導入濃度=(COin−COout)/COin、
CO選択率=CO減少濃度/O2減少濃度/2=(COin−COout)/((O2in−O2out)/2)と定義する。
(Experiment 1)
The performance of the catalyst body was evaluated in a glass normal pressure fixed bed flow reactor. A hydrogen-rich reaction gas containing a trace amount of water was circulated, heated to a predetermined temperature, and after becoming steady-state active, the concentration analysis of the outlet gas was performed using online GC (GC Science, GC3200). The composition of the front of the hydrogen-rich reaction gas passed through the filter, CO: 1%, O 2 : 1%, CO 2: 20%, H 2 O: 2%, H 2: was balanced. The space velocity (SV value) was 10,000 / hr, the detector was TCD, the column was Porapak Q, Molecular Sieve 13X. The results are shown in Table 2 below.
CO conversion rate = CO decrease concentration / CO introduction concentration = (COin-COout) / COin,
CO selectivity = CO decreasing concentration / O2 decreasing concentration / 2 = (COin−COout) / ((O2in−O2out) / 2).

今回使用した水素リッチガスには、水分、酸素とも含有しているが、水分、酸素がない水素リッチガスを使用する場合は、外界から入れても良い。例えば、シリカに水分を吸収させ、酸素を水素リッチガスに注入してもよい。   The hydrogen-rich gas used this time contains both moisture and oxygen, but when a hydrogen-rich gas without moisture and oxygen is used, it may be introduced from the outside. For example, moisture may be absorbed by silica and oxygen may be injected into the hydrogen rich gas.

上記表2からわかるように、実施例のほうが、比較例よりも、CO転化率及びCO選択率共に優れていることが分かる。特にCO選択率はほぼ100%となっており、これほど高い選択率をしめす選択触媒はこれまで報告された例はない。   As can be seen from Table 2 above, it can be seen that the Examples are superior to the Comparative Examples in both CO conversion and CO selectivity. In particular, the CO selectivity is almost 100%, and there has been no report on a selective catalyst showing such a high selectivity.

このことは、次のように考えられる。Ptの周囲に水分が多いほど、一酸化炭素酸化酸化除去触媒活性は高まり、且つ、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進できる。実施例では、Ptは吸湿性のシリカ層内に担持されており、このシリカ層が形成されていない比較例よりもPtの周囲の水分量が多い。よって、実施例のほうが、比較例よりも高いPt触媒活性及び一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進するため、CO酸化除去率及びCO選択率が高まる。   This is considered as follows. The more water around Pt, the higher the carbon monoxide oxidation removal catalytic activity, and the selective oxidation reaction that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen can be promoted. In the examples, Pt is supported in a hygroscopic silica layer, and the amount of water around Pt is larger than that of the comparative example in which this silica layer is not formed. Therefore, since the Example promotes a higher Pt catalyst activity and a selective oxidation reaction for oxidizing carbon monoxide than the comparative example, the CO oxidation removal rate and the CO selectivity increase.

なお、Ptに代えて、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ag、Ni及びAuを用いた場合にも、上記と同様の結果が得られた。   Even when Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Ag, Ni, and Au were used in place of Pt, the same results as above were obtained.

また、ミクロ孔を有するシリカを用いた実施例1と、メソ孔を有するシリカを用いた実施例2との間に、CO酸化除去率及びCO選択率について有意な差がないことがわかる。メソ孔において、細孔径が20nmまで確認を行ったが、酸化除去能力に差が見られなかった。   It can also be seen that there is no significant difference in CO oxidation removal rate and CO selectivity between Example 1 using silica having micropores and Example 2 using silica having mesopores. In the mesopores, the pore diameter was confirmed to 20 nm, but no difference was observed in the oxidation removal ability.

上記実施例では、温度領域が25℃から125℃であるが、この温度領域は、固体高分子型燃料電池の作動温度(50℃〜120℃)を含んでいるので、上記のフィルタを固体高分子型の燃料電池のガス改質部に用いることもできる。とくに当該燃料電池の燃料極に水素を供給する直前でその水素ガスから一酸化炭素を除去することができるので、有益である。   In the above embodiment, the temperature range is 25 ° C. to 125 ° C. This temperature range includes the operating temperature (50 ° C. to 120 ° C.) of the polymer electrolyte fuel cell. It can also be used in a gas reforming section of a molecular fuel cell. In particular, carbon monoxide can be removed from the hydrogen gas immediately before supplying hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell, which is beneficial.

(実験2)
実施例1及び2にかかるフィルタを用いて、実験1にて用いた水素リッチガスを同条件で30日間流し続けた後、実験1と同様に性能評価したが、全く劣化は認められなかった。
(Experiment 2)
Using the filters according to Examples 1 and 2, the hydrogen-rich gas used in Experiment 1 was allowed to flow for 30 days under the same conditions, and then the performance was evaluated in the same manner as in Experiment 1. However, no deterioration was observed.

このことより、実施例1及び2にかかるフィルタは、長時間使用しても劣化を起こすことなく、高効率で一酸化炭素を酸化除去できることがわかる。   This shows that the filters according to Examples 1 and 2 can oxidize and remove carbon monoxide with high efficiency without causing deterioration even when used for a long time.

(実施例3)
平均細孔径が0.4nmである親水性ゼオライト(東ソー社製ゼオラムA−4)と、触媒物質としての平均粒径が2nmであるPt粒子とを質量比10:1で混合し、上記実施の形態と同様の方法で、実施例3にかかる一酸化炭素選択酸化触媒体を塗付した一酸化炭素選択酸化フィルタを作製した。
(比較例2)
疎水性ゼオライト(東ソー社製ハイシリカゼオライトHSZ−900)と、触媒物質としての平均粒径が2nmであるPt粒子とを質量比10:1で混合し、実施例3と同様にして比較例2にかかる触媒体からなるフィルタを作製した。
(実験3)
上記触媒体の性能評価をガラス製常圧固定床流通反応器で行った。評価方法は実験1と同様の実験条件にて行った。
(Example 3)
Hydrophilic zeolite having an average pore diameter of 0.4 nm (Zeolam A-4 manufactured by Tosoh Corporation) and Pt particles having an average particle diameter of 2 nm as a catalyst substance were mixed at a mass ratio of 10: 1. A carbon monoxide selective oxidation filter coated with the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to Example 3 was produced in the same manner as in the embodiment.
(Comparative Example 2)
Hydrophobic zeolite (high silica zeolite HSZ-900 manufactured by Tosoh Corporation) and Pt particles having an average particle diameter of 2 nm as a catalyst material were mixed at a mass ratio of 10: 1, and Comparative Example 2 was performed in the same manner as in Example 3. The filter which consists of a catalyst body concerning this was produced.
(Experiment 3)
The performance of the catalyst body was evaluated in a glass normal pressure fixed bed flow reactor. The evaluation method was performed under the same experimental conditions as in Experiment 1.

上記表3からわかるように、実施例3のほうが、比較例2よりも、CO転化率及びCO選択率共に優れていることが分かる。特にCO選択率はどの反応温度においても95%以上となっており、これほど高い選択率をしめす選択触媒はこれまで報告された例はない。   As can be seen from Table 3 above, Example 3 is superior to Comparative Example 2 in both CO conversion and CO selectivity. In particular, the CO selectivity is 95% or higher at any reaction temperature, and there has been no report on a selective catalyst showing such a high selectivity.

このことは、次のように考えられる。Ptの周囲に水分が多いほど、一酸化炭素酸化触媒活性は高まり、且つ、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進できる。実施例では、Ptは吸湿性の親水性ゼオライト内に担持されており、疎水性ゼオライトよりもPtの周囲の水分量が多い。よって、実施例のほうが、比較例よりも高いPt触媒活性及び一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を促進するため、CO酸化除去率及びCO選択率が高まる。   This is considered as follows. As the moisture around Pt increases, the carbon monoxide oxidation catalytic activity increases, and the selective oxidation reaction that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen can be promoted. In the examples, Pt is supported in a hygroscopic hydrophilic zeolite, and the amount of water around Pt is larger than that of the hydrophobic zeolite. Therefore, since the Example promotes a higher Pt catalyst activity and a selective oxidation reaction for oxidizing carbon monoxide than the comparative example, the CO oxidation removal rate and the CO selectivity increase.

なお、Ptに代えて、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ag、Ni及びAuを用いた場合にも、上記と同様の結果が得られた。   Even when Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Ag, Ni, and Au were used in place of Pt, the same results as above were obtained.

上記の触媒体は、試験ホルダのような適切な容器に充填してもよい。   The catalyst body may be filled in a suitable container such as a test holder.

(実施の形態3)
実施の形態3は、上記実施の形態2(図2に記載の一酸化炭素選択酸化フィルタ)を用いた一酸化炭素除去装置に関する。以下、図5に基づいて、実施の形態3にかかる一酸化炭素除去装置を説明する。図5は、実施の形態3にかかる一酸化炭素除去装置の概略図である。
(Embodiment 3)
The third embodiment relates to a carbon monoxide removal apparatus using the second embodiment (carbon monoxide selective oxidation filter described in FIG. 2). Hereinafter, based on FIG. 5, the carbon monoxide removal apparatus concerning Embodiment 3 is demonstrated. FIG. 5 is a schematic diagram of the carbon monoxide removing apparatus according to the third embodiment.

図5に示すように、一酸化炭素除去装置は、一酸化炭素を含んだ水素を取り入れる水素ガス供給部と、酸素を取り入れる酸素ガス供給部と、水素ガスに水蒸気を取り入れる水蒸気供給部と、上記の水素ガス、酸素、水蒸気の混合ガスに触媒体を接触させる触媒反応部と、を備える。   As shown in FIG. 5, the carbon monoxide removal apparatus includes a hydrogen gas supply unit that takes in hydrogen containing carbon monoxide, an oxygen gas supply unit that takes in oxygen, a water vapor supply unit that takes water vapor into hydrogen gas, And a catalytic reaction section for bringing the catalyst body into contact with a mixed gas of hydrogen gas, oxygen, and water vapor.

一酸化炭素選択酸化フィルタとしては、上記実施の形態2で作製した一酸化炭素選択酸化フィルタが使用されている。   As the carbon monoxide selective oxidation filter, the carbon monoxide selective oxidation filter produced in the second embodiment is used.

さらに、表2及び3に示すように混合ガスが通過するときの触媒反応部内の温度を25℃から125℃に保つことにより、一酸化炭素の選択除去効率を最適にすることが出来る。   Furthermore, as shown in Tables 2 and 3, the selective removal efficiency of carbon monoxide can be optimized by keeping the temperature in the catalytic reaction section when the mixed gas passes from 25 ° C. to 125 ° C.

一酸化炭素ガスが除去された水素ガスは、触媒反応部の出口から排出される。この装置を動作させたところ、好適に機能することが確認された。   The hydrogen gas from which the carbon monoxide gas has been removed is discharged from the outlet of the catalytic reaction section. When this apparatus was operated, it was confirmed that it functions properly.

本発明によると、改質ガス(水素リッチガス)中の一酸化炭素を選択的に酸化して低減することにより、水素の無駄な消費を抑制し、良好な燃料利用効率や発電効率を実現する水素ガスを得る一酸化炭素選択酸化触媒体、一酸化炭素選択酸化フィルタ、一酸化炭素除去装置を提供できる。よって、産業上の利用性は大きい。   According to the present invention, hydrogen that reduces wasteful consumption of hydrogen by selectively oxidizing and reducing carbon monoxide in the reformed gas (hydrogen-rich gas), and realizes good fuel utilization efficiency and power generation efficiency. It is possible to provide a carbon monoxide selective oxidation catalyst body, a carbon monoxide selective oxidation filter, and a carbon monoxide removal apparatus that obtain gas. Therefore, industrial applicability is great.

実施の形態1における触媒体の概略図である。1 is a schematic diagram of a catalyst body in Embodiment 1. FIG. 実施の形態2における触媒体のハニカム壁面の構造を示す概略図である。6 is a schematic diagram showing a structure of a honeycomb wall surface of a catalyst body in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2において、多孔質シリカの平均細孔径が、触媒物質の平均粒径よりも小さい場合の、多孔質シリカの細孔の動作を示す概念図である。In Embodiment 2, it is a conceptual diagram which shows the operation | movement of the pore of porous silica when the average pore diameter of porous silica is smaller than the average particle diameter of a catalyst substance. 実施の形態2において、多孔質シリカの平均細孔径が、触媒物質の平均粒径よりも大きい場合の、多孔質シリカの細孔の動作を示す概念図である。In Embodiment 2, it is a conceptual diagram which shows the operation | movement of the pore of porous silica when the average pore diameter of porous silica is larger than the average particle diameter of a catalyst substance. 実施の形態3における一酸化炭素選択除去装置の概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram of a carbon monoxide selective removal device in a third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 触媒体
2 触媒物質(Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ag、Ni、Au)
3 水分供給体(多孔質シリカ層)
4 アルミナ層
5 金属製のハニカム基体
10 水素ガス供給部
11 酸素ガス供給部
12 水蒸気供給部
13 触媒反応部
14 一酸化炭素選択酸化フィルタ
15 温度制御部
20 一酸化炭素選択除去装置
1 catalyst body 2 catalyst substance (Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Ag, Ni, Au)
3 Moisture supply body (porous silica layer)
4 Alumina layer 5 Metal honeycomb substrate 10 Hydrogen gas supply unit 11 Oxygen gas supply unit 12 Water vapor supply unit 13 Catalytic reaction unit 14 Carbon monoxide selective oxidation filter 15 Temperature control unit 20 Carbon monoxide selective removal device

Claims (15)

少なくとも一酸化炭素を含む水素リッチガスの中で、水蒸気の存在下、水素の酸化反応より優先して一酸化炭素の酸化反応を触媒する触媒物質と、
前記触媒物質と接触保持され、前記触媒物質近傍に水蒸気を供給する水分供給体と、
を有する一酸化炭素選択酸化触媒体。
A catalytic substance that catalyzes the oxidation reaction of carbon monoxide in preference to the oxidation reaction of hydrogen in the presence of water vapor in a hydrogen-rich gas containing at least carbon monoxide;
A moisture supplier that is held in contact with the catalyst material and supplies water vapor in the vicinity of the catalyst material;
A carbon monoxide selective oxidation catalyst body comprising:
請求項1に記載の一酸化炭素選択酸化触媒体において、
前記触媒物質は、表面の一部が外部に露出した状態で前記水分供給体に保持されている、ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化触媒体。
In the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to claim 1,
The carbon monoxide selective oxidation catalyst body, wherein the catalyst substance is held by the moisture supply body with a part of the surface exposed to the outside.
請求項1または2のいずれかに記載の一酸化炭素選択酸化触媒体において、
前記触媒物質が、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ag、Ni及びAuからなる群より選択される少なくとも一種以上の金属の微粒子であり、且つその平均粒径が1nm以上10nm以下である、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化触媒体。
In the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to claim 1 or 2,
The catalyst material is fine particles of at least one metal selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Ag, Ni, and Au, and the average particle size thereof is 1 nm or more and 10 nm or less.
A carbon monoxide selective oxidation catalyst characterized by the above.
請求項1から3のいずれかに記載の一酸化炭素選択酸化触媒体において、
前記水分供給体が、吸湿性物質を有してなるものであり、前記触媒物質が、前記吸湿性物質に直接接触している、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化触媒体。
In the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to any one of claims 1 to 3,
The moisture supplier comprises a hygroscopic substance, and the catalytic substance is in direct contact with the hygroscopic substance;
A carbon monoxide selective oxidation catalyst characterized by the above.
請求項4に記載の一酸化炭素選択酸化触媒体において、
前記吸湿性物質が、平均細孔径が0.5nm〜2nmであり、比表面積が500m2/g〜1000m2/gの多孔質シリカである、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化触媒体。
In the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to claim 4,
It said hygroscopic material has an average pore diameter of 0.5 nm to 2 nm, specific surface area of porous silica of 500m 2 / g~1000m 2 / g,
A carbon monoxide selective oxidation catalyst characterized by the above.
請求項4に記載の一酸化炭素選択酸化触媒体において、
前記吸湿性物質が、平均細孔径が2nm〜50nm以下の多孔質シリカである、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化触媒体。
In the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to claim 4,
The hygroscopic substance is porous silica having an average pore diameter of 2 nm to 50 nm or less.
A carbon monoxide selective oxidation catalyst characterized by the above.
請求項4に記載の一酸化炭素選択酸化触媒体において、
前記吸湿性物質が、平均細孔径が2nm〜20nmであり、比表面積が100m2/g〜500m2/gの多孔質シリカである、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化触媒体。
In the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to claim 4,
It said hygroscopic material has an average pore diameter of 2 nm to 20 nm, a specific surface area of porous silica of 100m 2 / g~500m 2 / g,
A carbon monoxide selective oxidation catalyst characterized by the above.
請求項4に記載の一酸化炭素選択酸化触媒体において、
前記吸湿性物質が、親水性ゼオライトである、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化触媒体。
In the carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to claim 4,
The hygroscopic substance is a hydrophilic zeolite,
A carbon monoxide selective oxidation catalyst characterized by the above.
基体と、
前記基体の表面に直接又は下地層を介して塗着された請求項1から9の何れかに記載の一酸化炭素選択酸化触媒体と、
を有する一酸化炭素選択酸化フィルタ
A substrate;
The carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon monoxide selective oxidation catalyst body is applied directly or through an underlayer to the surface of the substrate.
Carbon monoxide selective oxidation filter having
ハニカム構造を有するハニカム基体と、
前記ハニカム基体の壁面に直接又は下地層を介して塗着された請求項1から9の何れかに記載の一酸化炭素選択酸化触媒体と、
を有する一酸化炭素選択酸化フィルタ。
A honeycomb substrate having a honeycomb structure;
The carbon monoxide selective oxidation catalyst body according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon monoxide selective oxidation catalyst body is applied directly or via an underlayer to the wall surface of the honeycomb substrate.
A carbon monoxide selective oxidation filter having:
請求項10に記載の一酸化炭素選択酸化フィルタにおいて、
前記ハニカム基体が、金属製のハニカム基体である、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化フィルタ。
The carbon monoxide selective oxidation filter according to claim 10,
The honeycomb substrate is a metal honeycomb substrate;
The carbon monoxide selective oxidation filter characterized by the above-mentioned.
請求項8から11何れかに記載の一酸化炭素選択酸化フィルタにおいて、
前記下地層が、アルミナである、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化フィルタ。
The carbon monoxide selective oxidation filter according to any one of claims 8 to 11,
The underlayer is alumina;
The carbon monoxide selective oxidation filter characterized by the above-mentioned.
請求項12に記載の一酸化炭素選択酸化フィルタにおいて、
前記アルミナが、その表面ラフネス値が0.5μm〜3.0μmである、
ことを特徴とする一酸化炭素選択酸化フィルタ。
The carbon monoxide selective oxidation filter according to claim 12,
The alumina has a surface roughness value of 0.5 μm to 3.0 μm.
The carbon monoxide selective oxidation filter characterized by the above-mentioned.
一酸化炭素を含む水素リッチガスよりなる水素ガス供給部と、
前記水素ガスに酸素を含むガスを混合するための酸素ガス供給部と、
請求項8から13のいずれかに記載の一酸化炭素酸化フィルタを備えた触媒反応部と、
前記触媒反応部の一酸化炭素選択酸化フィルタの温度を制御する温度制御部と、
を備える、
ことを特徴とする一酸化炭素選択除去装置。
A hydrogen gas supply unit comprising a hydrogen-rich gas containing carbon monoxide,
An oxygen gas supply unit for mixing a gas containing oxygen with the hydrogen gas;
A catalytic reaction section comprising the carbon monoxide oxidation filter according to any one of claims 8 to 13,
A temperature control unit for controlling the temperature of the carbon monoxide selective oxidation filter of the catalytic reaction unit;
Comprising
The carbon monoxide selective removal apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項14に記載の一酸化炭素選択除去装置において、
前記水素ガスに水蒸気を混合するための水蒸気供給部をさらに備える、
ことを特徴とする一酸化炭素選択除去装置。
In the carbon monoxide selective removal apparatus according to claim 14,
A water vapor supply unit for mixing water vapor with the hydrogen gas;
The carbon monoxide selective removal apparatus characterized by the above-mentioned.
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