JP2010029796A - Carbon removal apparatus and method for removing carbon - Google Patents

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Atsuko Tomita
衷子 冨田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon removal apparatus showing a good carbon removal characteristic in a lower temperature range. <P>SOLUTION: The carbon removal apparatus comprises an anode 120, a cathode 130, and a proton conductive film 110 installed between both electrodes and having proton conductivity and is enabled to remove carbon by sticking carbon to the anode 120, applying electric current or voltage between both electrodes in a state that the anode 120 is exposed to environments containing steam, and thereby oxidizing carbon stuck to the anode 120 by oxygen dissociated from steam. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、カーボンを除去する装置に関する。特に本発明は、電気化学的手法を用いてカーボンを酸化除去する装置、およびそのような方法に関する。   The present invention relates to an apparatus for removing carbon. In particular, the present invention relates to an apparatus for oxidizing and removing carbon using an electrochemical technique, and such a method.

一般に、車両等のディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、粒子状物質と呼ばれるカーボンを主体とした有害物質が含まれる。そこで、このような粒子状物質が、外界へ放出されることを抑制するため、排気ガスの排出流路には、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)のようなフィルタ等が設置される。その後、このDPFに捕集された粒子状物質は、高温処理等、各種方法で除去される。   In general, exhaust gas discharged from a diesel engine such as a vehicle contains a harmful substance mainly composed of carbon called particulate matter. Therefore, in order to prevent such particulate matter from being released to the outside, a filter such as a diesel particulate filter (DPF) is installed in the exhaust gas exhaust passage. Thereafter, the particulate matter collected in the DPF is removed by various methods such as high-temperature treatment.

最近、このようなDPFのようなフィルタを用いた技術とは別に、電気化学的な方法を用いて、カーボンのような粒子状物質を除去する方法が検討されている。例えば、2つの電極に挟まれた酸素イオン導電体を使用し、この酸素イオン導電体を通る酸素イオンを利用して、カーボンを酸化除去させることが提案されている(特許文献1、2)。
特開2008−110277号公報 特開2008−119618号公報
Recently, apart from such a technique using a filter such as DPF, a method of removing particulate matter such as carbon using an electrochemical method has been studied. For example, it has been proposed to use an oxygen ion conductor sandwiched between two electrodes and to oxidize and remove carbon using oxygen ions passing through the oxygen ion conductor (Patent Documents 1 and 2).
JP 2008-110277 A JP 2008-119618 A

しかしながら、従来のようなカーボンを酸化除去させる技術では、カーボンの酸化反応を発生させるためには、酸素イオン導電体を介して、カソード電極からアノード電極まで、酸素イオンを流通させる必要がある。一般に、酸素イオン導電体が酸素イオン導電性を示すには、500〜600℃以上の高温が必要となる。しかしながら、例えばディーゼルエンジンからの排気ガスの温度は、通常約400℃以下である。このため、従来の技術をそのままディーゼルエンジンの排気ガスの環境に適用しても、カーボンの酸化反応を適正に生じさせることは、極めて難しい。従って、従来の技術の場合、カーボンの酸化反応を適正に生じさせるためには、外部からエネルギーを投与して、反応装置を加熱する必要が生じる。このように、従来の対応策では、エネルギー消費が増大するとともに、追加の加熱装置が必要となり、装置が複雑化、高コスト化してしまうという問題がある。   However, in the conventional technology for removing carbon by oxidation, oxygen ions need to be circulated from the cathode electrode to the anode electrode through the oxygen ion conductor in order to generate an oxidation reaction of carbon. Generally, in order for an oxygen ion conductor to exhibit oxygen ion conductivity, a high temperature of 500 to 600 ° C. or higher is required. However, for example, the temperature of exhaust gas from a diesel engine is usually about 400 ° C. or lower. For this reason, even if the conventional technology is applied as it is to the exhaust gas environment of a diesel engine, it is extremely difficult to cause the carbon oxidation reaction properly. Therefore, in the case of the conventional technique, in order to appropriately cause the oxidation reaction of carbon, it is necessary to heat the reaction apparatus by applying energy from the outside. As described above, the conventional countermeasures have a problem that the energy consumption increases and an additional heating device is required, which complicates and increases the cost of the device.

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、より低温の温度域で、良好なカーボン除去特性を示すカーボン除去装置を提供することを目的とする。また、そのようなカーボン除去の方法を提供する方法を目的とする。   This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at providing the carbon removal apparatus which shows a favorable carbon removal characteristic in a lower temperature range. Another object of the present invention is to provide such a method for removing carbon.

本発明では、
アノード電極と、
カソード電極と、
前記両電極の間に設置されたプロトン導電性を有するプロトン導電膜と、
を有するカーボン除去装置が提供される。
In the present invention,
An anode electrode;
A cathode electrode;
A proton conductive film having proton conductivity disposed between the electrodes;
A carbon removal apparatus having the following is provided:

ここで、本発明によるカーボン除去装置は、さらに、前記アノード電極が曝される環境と、前記カソード電極が曝される環境とを分離することが可能な分離部材を有しても良い。   Here, the carbon removing apparatus according to the present invention may further include a separation member capable of separating an environment to which the anode electrode is exposed and an environment to which the cathode electrode is exposed.

また、本発明によるカーボン除去装置において、前記プロトン導電膜は、ペロブスカイト型材料または金属リン酸塩を含んでいても良い。   In the carbon removing apparatus according to the present invention, the proton conductive film may contain a perovskite type material or a metal phosphate.

特に、前記ペロブスカイト型材料は、BaCe1−x3−α、SrCe1−xYb3−α、BaZr1−x3−α、およびSrZr1−x3−αからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有していても良い(ただし、Xおよびαは、それぞれ、0≦X≦1、0≦α≦1の範囲である)。 In particular, the perovskite type materials include BaCe 1-x Y x O 3 -α , SrCe 1-x Yb x O 3 -α , BaZr 1-x Y x O 3 -α , and SrZr 1-x Y x O 3. It may have at least one material selected from the group consisting of (where X and α are in the range of 0 ≦ X ≦ 1 and 0 ≦ α ≦ 1, respectively).

あるいは前記金属リン酸塩は、In3+またはAl3+がドープされた、SnP、SiP、TiPおよびZrPからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有していても良い。 Alternatively, the metal phosphate is made of at least one material selected from the group consisting of SnP 2 O 7 , SiP 2 O 7 , TiP 2 O 7 and ZrP 2 O 7 doped with In 3+ or Al 3+. You may have.

また、本発明によるカーボン除去装置において、前記アノード電極は、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、カーボンおよびこれらの合金からなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有していても良い。   In the carbon removing apparatus according to the present invention, the anode electrode may be platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni), iron (Fe), You may have at least 1 material selected from the group which consists of carbon and these alloys.

あるいは前記アノード電極は、当該カーボン除去装置の使用中に前記アノード電極上に付着されるカーボンで構成されても良い。   Alternatively, the anode electrode may be made of carbon deposited on the anode electrode during use of the carbon removal device.

また、本発明によるカーボン除去装置において、前記カソード電極は、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、カーボンおよびこれらの合金からなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有していても良い。   In the carbon removing apparatus according to the present invention, the cathode electrode may be platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni), iron (Fe), You may have at least 1 material selected from the group which consists of carbon and these alloys.

また、本発明によるカーボン除去装置において、前記プロトン導電膜は、0.1mm〜10mmの範囲の厚さを有しても良い。   In the carbon removing apparatus according to the present invention, the proton conductive film may have a thickness in the range of 0.1 mm to 10 mm.

さらに本発明では、カーボンを除去する方法であって、
(a)アノード電極、カソード電極、および前記両電極の間に設置されたプロトン導電性を有するプロトン導電膜、を有するカーボン除去装置を準備するステップと、
(b)前記カーボン除去装置のアノード電極に、カーボンを付着させるステップと、
(c)前記アノード電極が水蒸気を含む環境に曝された状態で、前記両電極を介して、前記カーボン除去装置に電流または電圧を印加するステップと、
(d)前記水蒸気により、前記アノード電極に付着したカーボンが酸化されるステップと、
を有するカーボンを除去する方法が提供される。
Furthermore, the present invention is a method for removing carbon,
(A) preparing a carbon removal device having an anode electrode, a cathode electrode, and a proton conductive film having proton conductivity installed between the two electrodes;
(B) attaching carbon to the anode electrode of the carbon removal device;
(C) applying a current or voltage to the carbon removal device via the both electrodes while the anode electrode is exposed to an environment containing water vapor;
(D) the carbon adhering to the anode electrode is oxidized by the water vapor;
There is provided a method of removing carbon having

ここで、本発明による方法において、前記ステップ(c)、(d)は、室温〜500℃の温度範囲で実施されても良い。   Here, in the method according to the present invention, the steps (c) and (d) may be performed in a temperature range of room temperature to 500 ° C.

また、本発明による方法において、前記ステップ(c)の水蒸気を含む環境は、0.01vol%〜90vol%の水蒸気分圧を有しても良い。   Moreover, in the method according to the present invention, the environment containing water vapor in the step (c) may have a water vapor partial pressure of 0.01 vol% to 90 vol%.

また、本発明による方法において、前記カーボン除去装置は、さらに、前記アノード電極が曝される環境と、前記カソード電極の曝される環境とを分離することが可能な分離部材を有しても良い。   In the method according to the present invention, the carbon removal device may further include a separation member capable of separating an environment to which the anode electrode is exposed and an environment to which the cathode electrode is exposed. .

また、本発明による方法において、前記カーボン除去装置の前記アノード電極は、前記ステップ(b)により形成されても良い。   In the method according to the present invention, the anode electrode of the carbon removing device may be formed by the step (b).

本発明では、より低温の温度域で、良好なカーボン除去特性を示すカーボン除去装置を提供することが可能となる。また、そのようなカーボン除去の方法を提供する方法が提供される。   According to the present invention, it is possible to provide a carbon removal apparatus that exhibits good carbon removal characteristics in a lower temperature range. Also provided is a method for providing such a carbon removal method.

本発明によるカーボン除去装置および方法について説明する前に、本発明の特徴および効果をより良く理解するため、従来のカーボン除去装置についてまず説明する。   Before describing the carbon removal apparatus and method according to the present invention, a conventional carbon removal apparatus will first be described in order to better understand the features and effects of the present invention.

図1には、従来のカーボン除去装置の作動原理の概略図を示す。従来のカーボン除去装置1は、アノード電極20と、酸素イオン導電性を有する固体電解質膜10と、カソード電極30とを、この順に積層することにより構成される。   FIG. 1 shows a schematic diagram of the operating principle of a conventional carbon removal apparatus. The conventional carbon removing apparatus 1 is configured by laminating an anode electrode 20, a solid electrolyte membrane 10 having oxygen ion conductivity, and a cathode electrode 30 in this order.

従来のカーボン除去装置1を電源V1に接続した場合、カソード電極30では、

1/2O+2e → O2− 式(1)

の反応が生じる。カソード電極30で生じたO2−イオンは、固体電解質膜10を通り、アノード電極20に到達する。アノード電極20では、

2−+C → CO+2e 式(2)

の反応が生じる。従って、アノード電極上で、該アノード電極上に付着したカーボンを酸化除去することができる。
When the conventional carbon removing device 1 is connected to the power source V1, the cathode electrode 30

1 / 2O 2 + 2e → O 2 Formula (1)

Reaction occurs. O 2− ions generated at the cathode electrode 30 pass through the solid electrolyte membrane 10 and reach the anode electrode 20. In the anode electrode 20,

O 2- + C → CO 2 + 2e - Formula (2)

Reaction occurs. Therefore, carbon adhering to the anode electrode can be removed by oxidation on the anode electrode.

しかしながら、一般に、固体電解質膜10が酸素イオン導電性を示すのは、例えば約500℃以上のような極めて高温の温度域である。これに対して、一般のディーゼルエンジンの排気ガス温度は、約400℃以下である。このため、従来のカーボン除去装置1をそのままそのような環境に設置しても、付着したカーボンを適正に除去することは、極めて難しい。従って、このような方法では、カーボンの酸化反応を適正に生じさせるため、外部からエネルギーを投与して、装置を加熱する必要が生じる。このような対処では、エネルギー消費が増大するとともに、追加の加熱装置が必要となり、装置が複雑化、高コスト化してしまうという問題がある。   However, in general, the solid electrolyte membrane 10 exhibits oxygen ion conductivity in an extremely high temperature range such as about 500 ° C. or higher. On the other hand, the exhaust gas temperature of a general diesel engine is about 400 ° C. or less. For this reason, even if the conventional carbon removal apparatus 1 is installed in such an environment as it is, it is extremely difficult to properly remove the attached carbon. Therefore, in such a method, it is necessary to heat the apparatus by applying energy from the outside in order to appropriately generate the oxidation reaction of carbon. Such measures have problems that energy consumption increases and an additional heating device is required, which complicates and increases the cost of the device.

以上の問題に鑑み、本願発明者は、より低温で効率よくカーボンを酸化除去することが可能なカーボン除去装置を開発することを目的として、鋭意研究を積み重ねた。その結果、本願発明者は、プロトン導電体を使用することにより、低温域においてもカーボンを適正に酸化させることが可能であることを見出し、本願発明に至ったものである。   In view of the above problems, the inventor of the present application has earnestly studied for the purpose of developing a carbon removing apparatus capable of oxidizing and removing carbon efficiently at a lower temperature. As a result, the inventors of the present application have found that carbon can be appropriately oxidized even in a low temperature range by using a proton conductor, and the present invention has been achieved.

以下、図面を用いて、本発明によるカーボン除去装置について説明する。   Hereinafter, a carbon removing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図2には、本発明によるカーボン除去装置の一例の概略的な断面図を示す。また図3には、本発明によるカーボン除去装置の作動原理を示す。なお、両図において、各部材の寸法は、正確ではなく、各部材およびその相対寸法は、誇張して示されていることに留意する必要がある。   FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an example of the carbon removing apparatus according to the present invention. FIG. 3 shows the operating principle of the carbon removing apparatus according to the present invention. In both figures, it should be noted that the dimension of each member is not accurate, and each member and its relative dimension are exaggerated.

図2に示すように、本発明によるカーボン除去装置100は、プロトン導電性を有するプロトン導電膜110と、このプロトン導電膜110の両表面に設置された、アノード電極120およびカソード電極130とを有する。カーボン除去装置100は、アノード電極120、プロトン導電膜110およびカソード電極130がこの順に積層されて構成される。アノード電極120は、該アノード電極に付着したカーボンを酸化除去させる役割を有する。カソード電極130は、プロトン導電膜110を通ってカソード電極に到達するHイオンを還元する役割を有する。なお、後述のように、アノード電極120は、装置製作直後の段階では、プロトン導電膜110上に形成されていなくても良い。 As shown in FIG. 2, the carbon removing apparatus 100 according to the present invention includes a proton conductive film 110 having proton conductivity, and an anode electrode 120 and a cathode electrode 130 installed on both surfaces of the proton conductive film 110. . The carbon removing apparatus 100 is configured by laminating an anode electrode 120, a proton conductive film 110, and a cathode electrode 130 in this order. The anode electrode 120 has a role of oxidizing and removing carbon adhering to the anode electrode. The cathode electrode 130 has a role of reducing H + ions that reach the cathode electrode through the proton conductive film 110. As will be described later, the anode electrode 120 may not be formed on the proton conductive film 110 immediately after the device is manufactured.

次に、図3を用いて、本発明によるカーボン除去装置100の作動原理について説明する。本発明によるカーボン除去装置100を、図3のように電源Vに接続させると、アノード電極120は、アノード分極され、カソード電極130は、カソード分極される。   Next, the operation principle of the carbon removing apparatus 100 according to the present invention will be described with reference to FIG. When the carbon removing apparatus 100 according to the present invention is connected to the power source V as shown in FIG. 3, the anode electrode 120 is anode-polarized and the cathode electrode 130 is cathode-polarized.

アノード電極120では、周囲に水蒸気がある場合、以下の式(3)で示すように、水蒸気が水素イオンと酸素に分解する酸化反応が生じる:

2HO → 4H+O+4e 式(3)

ここで、Oの添え字の「」は、生成する酸素が活性な状態にあることを表すために付記されている。
In the anode electrode 120, when water vapor is present in the surroundings, an oxidation reaction occurs in which the water vapor is decomposed into hydrogen ions and oxygen as shown in the following formula (3):

2H 2 O → 4H + + O * + 4e - Equation (3)

Here, the subscript “ * ” of O * is added to indicate that the generated oxygen is in an active state.

式(3)の反応により生じた水素イオンは、プロトン導電膜110を通り、カソード130まで移動する。カソード電極130上では、水素イオンは、環境中の酸素と反応して、水蒸気になる:

+4H+4e → 2HO 式(4)

ここで、アノード電極120上に、カーボンが付着している場合、このカーボンは、式(3)で生じた活性な酸素により酸化されて、二酸化炭素(CO)となり、電極上から放出される:

C+2O* → CO 式(5)

従って、本発明によるカーボン除去装置100により、カーボンを酸化除去することができる。
Hydrogen ions generated by the reaction of formula (3) move to the cathode 130 through the proton conductive film 110. On the cathode electrode 130, the hydrogen ions react with oxygen in the environment to become water vapor:

O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O Formula (4)

Here, when carbon adheres on the anode electrode 120, this carbon is oxidized by the active oxygen generated in the formula (3) to become carbon dioxide (CO 2 ) and is released from the electrode. :

C + 2O * → CO 2 formula (5)

Therefore, the carbon can be oxidized and removed by the carbon removing apparatus 100 according to the present invention.

このような本発明によるカーボン除去装置100は、従来の装置に比べて、以下の特徴および利点を有する:
(1)本発明では、カーボン除去装置内にプロトン導電膜が設置される。プロトン導電膜のプロトン導電性は、固体電解質膜の酸素イオン導電性に比べて、より低い温度で得ることができる。従って、本発明によるカーボン除去装置100は、従来の酸素イオン導電性を有する固体電解質膜に比べて、より低温で使用することができる。
(2)本発明では、カーボンを酸化させる酸化源として、活性な酸素が使用される。従来の酸素イオン導電性を有する固体電解質膜を使用する装置では、カーボンを酸化させる酸素源は、固体電解質膜内を移動してアノードに到達する酸素イオンである(図1参照)。この酸素イオンの反応性は、比較的弱いため、カーボンの酸化反応速度もそれ程大きくはない。これに対して、本発明では、カーボンの酸化反応に、極めて反応性の高い活性な酸素が使用されるため、カーボンの酸化速度が大きく、比較的速やかにカーボンを酸化させることができる。
(3)カーボンの酸化源となる酸素(活性な酸素)は、水蒸気の分解により提供される。これは、本発明によるカーボン除去装置のカーボン除去特性は、使用環境の酸素分圧には、ほとんど依存しないことを意味する。一般に、ディーゼルエンジンの排気ガス中の酸素分圧は、運転モードにより大きく変動し、例えばリッチ燃焼運転モードのような還元性雰囲気では、排気ガス中の酸素分圧は、著しく小さくなる。従って、酸素イオン導電性を有する固体電解質膜を用いた従来のカーボン除去装置では、カーボン除去の特性が酸素分圧に依存し、常に良好なカーボン除去特性を発揮することは難しい。一方、水蒸気は、いかなる運転モードでも、ディーゼルエンジンの排気ガス環境中には、常にある程度の分圧で含まれている。従って、カーボンの酸化源となる酸素が水蒸気の分解により供給される本発明では、環境条件に影響されることなく、常に良好なカーボン除去特性を発揮することができる。
Such a carbon removal apparatus 100 according to the present invention has the following features and advantages over the conventional apparatus:
(1) In the present invention, a proton conductive film is installed in the carbon removing device. The proton conductivity of the proton conductive film can be obtained at a lower temperature than the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte membrane. Therefore, the carbon removing apparatus 100 according to the present invention can be used at a lower temperature than a conventional solid electrolyte membrane having oxygen ion conductivity.
(2) In the present invention, active oxygen is used as an oxidation source for oxidizing carbon. In a conventional apparatus using a solid electrolyte membrane having oxygen ion conductivity, an oxygen source that oxidizes carbon is oxygen ions that move through the solid electrolyte membrane and reach the anode (see FIG. 1). Since the reactivity of oxygen ions is relatively weak, the oxidation reaction rate of carbon is not so high. In contrast, in the present invention, active oxygen having extremely high reactivity is used for the oxidation reaction of carbon, so that the oxidation rate of carbon is large and the carbon can be oxidized relatively quickly.
(3) Oxygen (active oxygen) serving as a carbon oxidation source is provided by decomposition of water vapor. This means that the carbon removal characteristics of the carbon removal apparatus according to the present invention hardly depend on the oxygen partial pressure of the use environment. In general, the oxygen partial pressure in the exhaust gas of a diesel engine varies greatly depending on the operation mode. For example, in a reducing atmosphere such as the rich combustion operation mode, the oxygen partial pressure in the exhaust gas becomes extremely small. Therefore, in the conventional carbon removal apparatus using the solid electrolyte membrane having oxygen ion conductivity, the carbon removal characteristics depend on the oxygen partial pressure, and it is difficult to always exhibit good carbon removal characteristics. On the other hand, water vapor is always included in the exhaust gas environment of a diesel engine at a certain partial pressure in any operation mode. Therefore, in the present invention in which oxygen as a carbon oxidation source is supplied by decomposition of water vapor, it is possible to always exhibit good carbon removal characteristics without being affected by environmental conditions.

以下、本発明のカーボン除去装置100を構成する各部材について、より詳しく説明する。   Hereinafter, each member which comprises the carbon removal apparatus 100 of this invention is demonstrated in detail.

(プロトン導電膜110)
本発明のカーボン除去装置100において、プロトン導電膜110は、プロトン導電性を有するものであれば、いかなる膜も使用できる。プロトン導電膜110は、例えば、BaCe1−x3−α、SrCe1−xYb3−α、BaZr1−x3−α、SrZr1−x3−α、のようなペロブスカイト型材料で構成されても良い。ここで、Xおよびαは、それぞれ、0≦X≦1、0≦α≦1の範囲であり、例えば、X=0.1であっても良い。一般に、ペロブスカイト型材料で構成されたプロトン導電膜110において、極めて良好なプロトン導電性が得られる温度範囲は、300℃〜800℃程度である。勿論、これ以外の温度域で使用しても良いことは、当業者には明らかである。
(Proton conductive film 110)
In the carbon removing apparatus 100 of the present invention, the proton conductive film 110 can be any film as long as it has proton conductivity. Proton conductive film 110 is, for example, BaCe 1-x Y x O 3-α, SrCe 1-x Yb x O 3-α, BaZr 1-x Y x O 3-α, SrZr 1-x Y x O 3- It may be made of a perovskite type material such as α . Here, X and α are ranges of 0 ≦ X ≦ 1 and 0 ≦ α ≦ 1, respectively, and may be, for example, X = 0.1. Generally, in the proton conductive film 110 made of a perovskite type material, the temperature range in which extremely good proton conductivity is obtained is about 300 ° C. to 800 ° C. Of course, it is obvious to those skilled in the art that it may be used in other temperature ranges.

あるいはプロトン導電膜110は、例えば、金属リン酸塩であっても良い。金属リン酸塩としては、In3+もしくはAl3+をドープしたSnP、SiP、TiPまたはZrPであっても良く、例えば、In3+またはAl3+をドープしたSnPである。なお、In3+およびAl3+のドープ量は、特に限られないが、おおよそ5mol%〜20mol%の範囲であっても良く、例えば10mol%である。なお、ドープ量が20mol%を超えると、相分離が生じて2相になる場合がある。一般に、金属リン酸塩材料で構成されたプロトン導電膜110において、極めて良好なプロトン導電性が得られる温度範囲は、100℃〜400℃程度である。勿論、これ以外の温度域で使用しても良いことは、当業者には明らかである。 Alternatively, the proton conductive film 110 may be a metal phosphate, for example. As the metal phosphate, SnP 2 O 7 doped with In 3+ or Al 3+, SiP 2 O 7, TiP 2 O 7 or ZrP may be a 2 O 7, for example, doped with In 3+ or Al 3+ SnP 2 O 7 . The doping amount of In 3+ and Al 3+ is not particularly limited, but may be in the range of approximately 5 mol% to 20 mol%, for example, 10 mol%. In addition, when the dope amount exceeds 20 mol%, phase separation may occur and there may be two phases. Generally, in the proton conductive film 110 made of a metal phosphate material, the temperature range in which extremely good proton conductivity is obtained is about 100 ° C. to 400 ° C. Of course, it is obvious to those skilled in the art that it may be used in other temperature ranges.

プロトン導電膜110は、ガス透過性の少ない緻密な膜であっても、ガス透過性が大きな多孔質膜であっても良い。なお、プロトン導電膜110の厚さは、特に限られないが、例えば、0.1mmから10mmの範囲であっても良く、例えば1mmである。   The proton conductive film 110 may be a dense film with little gas permeability or a porous film with high gas permeability. The thickness of the proton conductive film 110 is not particularly limited, but may be in the range of 0.1 mm to 10 mm, for example, 1 mm.

(アノード電極120)
本発明のカーボン除去装置100において、アノード電極120は、導電性のある部材であれば、いかなる材料、形態および寸法であっても良い。アノード電極120の材質は、例えば、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)のような金属またはこれらの合金である。さらに、カーボンを電極材料として使用しても良い。
(Anode electrode 120)
In the carbon removing apparatus 100 of the present invention, the anode electrode 120 may be of any material, form and size as long as it is a conductive member. The material of the anode electrode 120 is, for example, a metal such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni), iron (Fe) or the like. It is an alloy. Furthermore, carbon may be used as an electrode material.

また、別の態様では、アノード電極120は、装置製作直後の段階では、「積極的に」設置されていなくても良い。すなわち、本発明によるカーボン除去装置では、使用中にアノード電極上に付着する、酸化除去の対象となるカーボン自身をアノード電極として使用することもできる。この場合、カーボンは、装置の使用中にアノード電極に付着されるので、装置の使用前の段階では、「積極的に」設置しておく必要はない。   In another aspect, the anode electrode 120 may not be “positively” installed immediately after the device is manufactured. That is, in the carbon removing apparatus according to the present invention, carbon itself that is attached to the anode electrode during use and is subject to oxidation removal can be used as the anode electrode. In this case, since carbon is attached to the anode electrode during use of the apparatus, it is not necessary to install it "actively" before the apparatus is used.

なお、プロトン導電膜110上に、アノード電極120を「積極的に」設置しておく場合、アノード電極120の厚さは、特に限られない。アノード電極120の厚さは、例えば、0.01mmから1mmの範囲であっても良く、例えば50μmである。   In addition, when the anode electrode 120 is installed “positively” on the proton conductive film 110, the thickness of the anode electrode 120 is not particularly limited. The thickness of the anode electrode 120 may be, for example, in the range of 0.01 mm to 1 mm, for example, 50 μm.

(カソード電極130)
本発明のカーボン除去装置100において、カソード電極130には、基本的にアノード電極120と同様の材質、形態、寸法のものを使用することができる。ただし、カソード電極130にカーボンを使用する場合は、アノード電極のカーボンとは異なり、そのようなカーボン電極を予め設置しておく必要がある。
(Cathode electrode 130)
In the carbon removing apparatus 100 of the present invention, the cathode electrode 130 can be basically made of the same material, shape and dimensions as the anode electrode 120. However, when carbon is used for the cathode electrode 130, it is necessary to install such a carbon electrode in advance, unlike the carbon of the anode electrode.

なお、図2には示していないが、本発明によるカーボン除去装置は、プロトン導電膜110、アノード電極120およびカソード電極130の他、追加の部材を有しても良い。例えば、アノード電極120および/またはカソード電極130の上に、さらに金属メッシュのような集電部材を設置しても良い。これにより、それぞれの電極で電気化学反応により生じた電子または電流を、より確実に回収することができる。また、両電極またはそれぞれの電極上の金属メッシュから、リード線を外部に導出しておき、これらのリード線を利用して、外部電源と本発明によるカーボン除去装置とを接続することにより、各電極での電気化学反応を生じさせても良い。   Although not shown in FIG. 2, the carbon removing apparatus according to the present invention may have additional members in addition to the proton conductive film 110, the anode electrode 120, and the cathode electrode 130. For example, a current collecting member such as a metal mesh may be further disposed on the anode electrode 120 and / or the cathode electrode 130. As a result, electrons or current generated by the electrochemical reaction at each electrode can be recovered more reliably. Further, lead wires are led out from the metal mesh on both electrodes or the respective electrodes, and by using these lead wires, an external power source and the carbon removing apparatus according to the present invention are connected to each other. An electrochemical reaction at the electrode may be caused.

(第2のカーボン除去装置)
次に、本発明による別のカーボン除去装置について説明する。図4には、本発明による第2のカーボン除去装置200の一例の概略的な断面図を示す。第2のカーボン除去装置200は、前述の図2に示したカーボン除去装置100と同様の構成部材を有する。従って、図4において、図2と同じ部材には、同じ参照符号が付されている。
(Second carbon removal device)
Next, another carbon removing apparatus according to the present invention will be described. FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of an example of the second carbon removing apparatus 200 according to the present invention. The second carbon removing device 200 has the same components as the carbon removing device 100 shown in FIG. Therefore, in FIG. 4, the same reference numerals are given to the same members as those in FIG.

第2のカーボン除去装置200は、プロトン導電膜110と、この両表面に設置されたアノード電極120およびカソード電極130を有する。なお、前述のように、装置の使用前の段階では、アノード電極120は、設置されていなくても良い。   The second carbon removing apparatus 200 includes a proton conductive film 110 and an anode electrode 120 and a cathode electrode 130 installed on both surfaces thereof. As described above, the anode electrode 120 may not be installed at a stage before the use of the apparatus.

第2のカーボン除去装置200は、さらに、カソード電極130の上部に設置された管状部材250を有する。管状部材250は、開放された一端が、カソード電極130と接するように配置されており、他端は、ゴム栓のような封止部材255で封止されている。封止部材255には、2つの貫通孔が設けられており、その一つには、入口管260が挿入され、別の一つには、出口管270が挿入されている。入口管260は、一方の先端が、出口管270に比べて、カソード電極130の表面に、より近接するように設置されることが好ましい。これにより、反応に必要なガス(例えば空気)をより確実にカソード電極表面に供給することが可能となる。なお、入口管260および出口管270の材質は、特に限られない。これに対して、管状部材250は、カソード電極130と直接接触するため、絶縁性材料で構成される。これらの管状部材250、入口管260および出口管270は、例えばアルミナ等のセラミック部材で構成されても良い。また、管状部材250とカソード電極130の固定方法は、特に限られない。両者は、図の状態とは異なるが、例えば、管状部材250の内径に沿って、カソード電極130を管状部材250の先端に挿嵌することにより固定されても良い。   The second carbon removing apparatus 200 further includes a tubular member 250 installed on the upper part of the cathode electrode 130. The tubular member 250 is arranged so that one end opened is in contact with the cathode electrode 130, and the other end is sealed with a sealing member 255 such as a rubber plug. The sealing member 255 has two through holes, one of which has an inlet pipe 260 inserted therein and the other of which has an outlet pipe 270 inserted therein. The inlet tube 260 is preferably installed so that one end thereof is closer to the surface of the cathode electrode 130 than the outlet tube 270. This makes it possible to more reliably supply a gas (for example, air) necessary for the reaction to the surface of the cathode electrode. The material of the inlet pipe 260 and the outlet pipe 270 is not particularly limited. On the other hand, since the tubular member 250 is in direct contact with the cathode electrode 130, the tubular member 250 is made of an insulating material. The tubular member 250, the inlet pipe 260, and the outlet pipe 270 may be made of a ceramic member such as alumina. The method for fixing the tubular member 250 and the cathode electrode 130 is not particularly limited. For example, both may be fixed by inserting the cathode electrode 130 into the tip of the tubular member 250 along the inner diameter of the tubular member 250, although they are different from the state shown in the figure.

このように構成された第2のカーボン除去装置200では、アノード電極120が曝される環境と、カソード電極130が曝される環境を分離することができる。従って、例えば、アノード電極120の側を、カーボンの酸化除去が必要な環境に曝されるようにした状態のまま、カソード電極130の側に、別個の制御されたガスを供給することが可能となる。   In the second carbon removing apparatus 200 configured in this way, the environment to which the anode electrode 120 is exposed and the environment to which the cathode electrode 130 is exposed can be separated. Thus, for example, it is possible to supply a separate controlled gas to the cathode electrode 130 side while leaving the anode electrode 120 side exposed to an environment that requires oxidative removal of carbon. Become.

なお、図4の例では、アノード電極120が曝される環境と、カソード電極130が曝される環境を分離するため、管状部材250を設置したが、この管状部材は、一例に過ぎない。すなわち、本発明による第2のカーボン除去装置は、図4に示すような構成に限られるものではなく、両電極を分離する別の分離部材を使用しても良いことは、当業者には明らかである。   In the example of FIG. 4, the tubular member 250 is installed to separate the environment to which the anode electrode 120 is exposed and the environment to which the cathode electrode 130 is exposed. However, this tubular member is only an example. That is, the second carbon removing apparatus according to the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 4, and it is obvious to those skilled in the art that another separating member for separating both electrodes may be used. It is.

(カーボンを酸化除去する方法)
次に、カーボンを酸化除去する方法について、より詳しく説明する。図5には、カーボンを酸化除去する方法のフローチャートを示す。
(Method of oxidizing and removing carbon)
Next, a method for oxidizing and removing carbon will be described in more detail. FIG. 5 shows a flowchart of a method for oxidizing and removing carbon.

本発明によるカーボンを酸化除去する方法は、アノード電極、カソード電極および両電極に挟まれたプロトン導電膜からなるカーボン除去装置を準備するステップ(ステップS110)と、アノード電極にカーボンを付着させるステップ(ステップS120)と、アノード電極が水蒸気を含む環境に曝された状態で、カーボン除去装置の両電極に、電流または電圧を印加するステップ(ステップS130)と、前記水蒸気により、アノード電極に付着したカーボンを酸化するステップ(ステップS140)とにより実施される。   In the method for oxidizing and removing carbon according to the present invention, a step of preparing a carbon removing device comprising an anode electrode, a cathode electrode, and a proton conductive film sandwiched between both electrodes (step S110), and a step of attaching carbon to the anode electrode (step S110) Step S120), applying an electric current or voltage to both electrodes of the carbon removing device in a state where the anode electrode is exposed to an environment containing water vapor (Step S130), and carbon adhering to the anode electrode by the water vapor Is performed by the step of oxidizing (step S140).

まず、ステップS110では、前述の図2または図4に示したような、アノード電極、カソード電極およびプロトン導電膜を有するカーボン除去装置が準備される。   First, in step S110, a carbon removing apparatus having an anode electrode, a cathode electrode, and a proton conductive film as shown in FIG. 2 or FIG. 4 is prepared.

次に、ステップS120では、例えば、カーボン除去装置がカーボン除去の必要な環境に設置され、アノード電極上に、カーボンが付着される。   Next, in step S120, for example, a carbon removal device is installed in an environment that requires carbon removal, and carbon is deposited on the anode electrode.

なお、当然のことながら、アノード電極が設置される環境は、通常のディーゼルエンジンの排気ガスの環境であっても良い。   As a matter of course, the environment in which the anode electrode is installed may be an environment of exhaust gas of a normal diesel engine.

次に、ステップS130では、アノード電極が水蒸気を含む環境に曝された状態で、カーボン除去装置の両電極に、電流または電圧が印加される。なお、このステップは、前述のステップS120と逆の順番にしても良い。   Next, in step S130, a current or voltage is applied to both electrodes of the carbon removal device in a state where the anode electrode is exposed to an environment containing water vapor. Note that this step may be performed in the reverse order of step S120 described above.

アノード電極が曝される環境に含まれるHO分圧は、特に限られないが、例えば0.01vol%〜90%の範囲であっても良い。HO分圧は、例えば1vol%〜10vol%である。なお、当然のことながら、この環境は、通常のディーゼルエンジンの排気ガスの環境であっても良い。 The H 2 O partial pressure contained in the environment to which the anode electrode is exposed is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 0.01 vol% to 90%. The H 2 O partial pressure is, for example, 1 vol% to 10 vol%. As a matter of course, this environment may be an environment of exhaust gas of a normal diesel engine.

次のステップS140では、ステップS130によって印加された電流または電圧により、アノード電極上では、前述の式(3)および(5)の反応が生じ、カソード電極上では、前述の式(4)の反応が生じる。これにより、アノード電極上に付着しているカーボンが酸化され、カーボンがCOとなって除去される。 In the next step S140, the reaction of the above formulas (3) and (5) occurs on the anode electrode by the current or voltage applied in step S130, and the reaction of the above formula (4) occurs on the cathode electrode. Occurs. Thereby, carbon adhering on the anode electrode is oxidized, and carbon is removed as CO 2 .

前述のように、本発明では、カーボンの酸化源となる酸素(活性)は、水蒸気の分解により提供されるため、使用環境中に存在する酸素は、反応にはほとんど関与しない。通常、水蒸気は、ディーゼルエンジンの排気ガス環境中には、常にある程度の分圧で含まれている。従って、カーボンの酸化源となる酸素が水蒸気の分解により供給される本発明では、ディーゼルエンジンの排気ガス環境中においても、エンジンの作動条件に影響されることなく、常に良好なカーボン除去特性を発揮することができる。   As described above, in the present invention, oxygen (activity), which is a carbon oxidation source, is provided by decomposition of water vapor, so oxygen present in the use environment hardly participates in the reaction. Normally, water vapor is always included in the exhaust gas environment of a diesel engine at a certain partial pressure. Therefore, in the present invention in which oxygen as a carbon oxidation source is supplied by decomposition of water vapor, even in the exhaust gas environment of a diesel engine, it always exhibits good carbon removal characteristics without being affected by engine operating conditions. can do.

また前述のように、従来の酸素イオン導電性を有する固体電解質膜を使用する方法では、カーボンを酸化させる酸素源は、酸素イオンである。従って、カーボンの酸化反応速度は、それ程大きくはない。これに対して、本発明では、カーボンの酸化反応に、極めて反応性の高い活性な酸素が使用されるため、カーボンの酸化速度が大きく、比較的速やかにカーボンの酸化反応を生じさせることができる。   Further, as described above, in the conventional method using a solid electrolyte membrane having oxygen ion conductivity, the oxygen source for oxidizing carbon is oxygen ions. Therefore, the oxidation reaction rate of carbon is not so great. On the other hand, in the present invention, since highly reactive oxygen is used for the oxidation reaction of carbon, the oxidation rate of carbon is large and the oxidation reaction of carbon can be caused relatively quickly. .

さらに本発明では、両電極の間には、酸素イオン導電性を有する固体電解質の代わりに、プロトン導電膜が設置される。このため、本発明の方法では、カーボンの除去は、室温〜800℃の広い温度範囲で実施することができる。処理温度は、例えば、室温〜500℃の範囲であっても良く、これは、従来のカーボン除去の使用温度に比べて有意に低い温度域である。   Further, in the present invention, a proton conductive film is installed between the electrodes instead of the solid electrolyte having oxygen ion conductivity. For this reason, in the method of the present invention, carbon removal can be carried out in a wide temperature range from room temperature to 800 ° C. The treatment temperature may be, for example, in the range of room temperature to 500 ° C., which is a temperature range that is significantly lower than the use temperature for conventional carbon removal.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
(プロトン導電膜の調製)
SnO粉末(純度98%、和光純薬工業製)13.6g、In粉末(純度99.9%、和光純薬工業製)1.39g、およびHPO(純度85%、和光純薬工業製)31.1gを混合し、この混合粉末を蒸留水80mlに加え、300℃で撹拌した。得られたスラリー状混合物をアルミナ坩堝に移し、大気焼成炉内に650℃で2.5時間保持し、スラリー状混合物を焼成した。次に、得られた仮焼体を乳鉢を用いて粉砕し、これを型(直径14mm)に入れてペレットを作製した。その後、このペレットをビニールで真空包装し、静水圧プレスを用いて1000kgfcm−2の圧力で加圧し、Sn0.9In0.1プロトン導電膜を得た。このプロトン導電膜の寸法は、直径13mm、厚さ1.0mmであった。
Example 1
(Preparation of proton conductive film)
SnO 2 powder (purity 98%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 13.6 g, In 2 O 3 powder (purity 99.9%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 1.39 g, and H 3 PO 4 (purity 85%, 31.1 g of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was mixed, and this mixed powder was added to 80 ml of distilled water and stirred at 300 ° C. The obtained slurry-like mixture was transferred to an alumina crucible and kept in an atmospheric firing furnace at 650 ° C. for 2.5 hours to fire the slurry-like mixture. Next, the obtained calcined body was pulverized using a mortar, and this was put into a mold (diameter 14 mm) to produce a pellet. Then, this pellet was vacuum-packed with vinyl and pressurized with a pressure of 1000 kgfcm −2 using an isostatic press, and an Sn 0.9 In 0.1 P 2 O 7 proton conductive film was obtained. The proton conductive film had a diameter of 13 mm and a thickness of 1.0 mm.

(カーボン除去装置サンプルの作製)
次に、前述の方法で調製したSn0.9In0.1プロトン導電膜を用いて、カーボン除去装置のサンプルを作製した。まず、プロトン導電膜の一方の表面に、アノード電極を設置した。アノード電極には、白金黒とカーボンの混合粉末を使用した(カーボンは、本装置の除去対象ともなるものである)。まず、2mgの白金黒粉末(和光純薬工業製)と、5mgのカーボン粉末(ブラックパール)を、十分に混合し、混合粉末を調製した。
(Production of carbon removal equipment sample)
Next, a sample of a carbon removal apparatus was produced using the Sn 0.9 In 0.1 P 2 O 7 proton conductive film prepared by the above-described method. First, an anode electrode was installed on one surface of the proton conductive film. For the anode electrode, a mixed powder of platinum black and carbon was used (carbon is also an object to be removed by this apparatus). First, 2 mg of platinum black powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 5 mg of carbon powder (black pearl) were sufficiently mixed to prepare a mixed powder.

次に、この混合粉末をプロトン導電膜上に、実質的に均一に分散させた。次に、これらの混合粉末の上から、手で押圧を加え、混合粉末とプロトン導電膜を圧着させた。これにより、プロトン導電膜上にアノード電極が設置された。またカソード電極には、前述の白金黒粉末(和光純薬工業製)を使用した。この粉末を、前述のアノード電極の場合と同様の方法により、プロトン導電膜の他方の表面上に圧着させることにより、カソード電極を形成した。各電極面積は、0.5cmとした。 Next, this mixed powder was dispersed substantially uniformly on the proton conductive film. Next, pressure was applied by hand from above the mixed powder, and the mixed powder and the proton conductive film were pressure bonded. Thereby, the anode electrode was installed on the proton conductive film. Further, the above-described platinum black powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used for the cathode electrode. The powder was pressed on the other surface of the proton conductive film in the same manner as in the case of the anode electrode described above to form a cathode electrode. Each electrode area was 0.5 cm 2 .

次に、それぞれの電極上に、集電体として金メッシュ(メッシュ#100)を配置し、それぞれの金メッシュに接続された金線(直径0.2mmφ)を、通電用のリード線として使用した。このような方法で、カーボン除去装置サンプルを作製した。   Next, a gold mesh (mesh # 100) was placed on each electrode as a current collector, and a gold wire (diameter 0.2 mmφ) connected to each gold mesh was used as a lead wire for energization. . A carbon removal device sample was prepared by such a method.

(カーボン除去特性測定用の測定装置の構成)
前述の方法により作製したサンプルを用いて、サンプルのカーボン除去特性の評価を行うための測定装置を構成した。図6には、測定装置の概略的な構成を示す。
(Configuration of measuring device for measuring carbon removal characteristics)
A measurement apparatus for evaluating the carbon removal characteristics of the sample was configured using the sample prepared by the above-described method. FIG. 6 shows a schematic configuration of the measuring apparatus.

図6に示すように、測定装置600は、前述の方法で作製したサンプル605と、該サンプル605のアノード電極605A側に設置された外側および内側アルミナ管610Aおよび615Aと、サンプル605のカソード電極605C側に設置された外側および内側アルミナ管610Cおよび615Cと、を有する。外側アルミナ管610Aおよび610Cは、それぞれ、内側アルミナ管615Aおよび615Cを取り囲むようにして設置される。なお、外側アルミナ管610Aは、サンプル605に接触するように設置されるのに対して、内側アルミナ管615Aは、サンプル605に接触しないように設置される。同様に、外側アルミナ管610Cは、サンプル605に接触するように設置され、内側アルミナ管615Cは、サンプル605に接触しないように設置される。これらのアルミナ管の設置により、外側アルミナ管610Aと内側アルミナ管615Aの間には、アノード供給ガス流路630Aが形成され、内側アルミナ管615Aの内側には、アノード排出ガス流路635Aが形成される。同様に、外側アルミナ管610Cと内側アルミナ管615Cの間には、カソード供給ガス流路630Cが形成され、内側アルミナ管615Cの内側には、カソード排出ガス流路635Cが形成される。   As shown in FIG. 6, the measuring apparatus 600 includes a sample 605 manufactured by the above-described method, outer and inner alumina tubes 610A and 615A installed on the anode electrode 605A side of the sample 605, and a cathode electrode 605C of the sample 605. And outer and inner alumina tubes 610C and 615C installed on the side. The outer alumina tubes 610A and 610C are installed so as to surround the inner alumina tubes 615A and 615C, respectively. The outer alumina tube 610A is installed so as to contact the sample 605, whereas the inner alumina tube 615A is installed so as not to contact the sample 605. Similarly, the outer alumina tube 610C is installed so as to contact the sample 605, and the inner alumina tube 615C is installed so as not to contact the sample 605. By installing these alumina pipes, an anode supply gas flow path 630A is formed between the outer alumina pipe 610A and the inner alumina pipe 615A, and an anode exhaust gas flow path 635A is formed inside the inner alumina pipe 615A. The Similarly, a cathode supply gas channel 630C is formed between the outer alumina tube 610C and the inner alumina tube 615C, and a cathode exhaust gas channel 635C is formed inside the inner alumina tube 615C.

このような測定装置600において、アノード供給ガス流路630Aに、外部から混合ガス(本実施例では、3vol%の水蒸気を含むアルゴンガス)が供給されると、この混合ガスは、サンプル605のアノード電極605A上に供給された後、反応により二酸化炭素ガス(CO)が生じた場合は、このCOガスとともに、アノード排出ガス流路635Aを介して排出される。一方、カソード供給ガス流路630Cに、外部から混合ガス(本実施例では、空気)が供給されると、この混合ガスは、サンプル605のカソード電極605C上に供給された後、反応により水(または水蒸気)が生じた場合は、この水(または水蒸気)とともに、カソード排出ガス流路635Cを介して排出される。従って、アノード排出ガス流路635Aを介して排出される混合ガスを、ガスクロマトグラフィ装置(CP2002;Varian社製)に導入することにより、サンプル605から排出されるCO量を測定することができる。 In such a measuring apparatus 600, when a mixed gas (argon gas containing 3 vol% of water vapor in this embodiment) is supplied to the anode supply gas flow path 630A from the outside, this mixed gas becomes the anode of the sample 605. When carbon dioxide gas (CO 2 ) is generated by the reaction after being supplied onto the electrode 605A, it is discharged together with the CO 2 gas through the anode exhaust gas flow path 635A. On the other hand, when a mixed gas (air in this embodiment) is supplied to the cathode supply gas flow path 630C from the outside, this mixed gas is supplied onto the cathode electrode 605C of the sample 605, and then water ( When the water vapor (or water vapor) is generated, the water (or water vapor) is discharged through the cathode exhaust gas flow path 635C. Therefore, the amount of CO 2 discharged from the sample 605 can be measured by introducing the mixed gas discharged through the anode exhaust gas flow path 635A into a gas chromatography device (CP2002; manufactured by Varian).

(サンプルのカーボン除去特性の測定:実験1)
このような測定装置600を用いて、以下の方法で、アノード排出ガス流路635Aから排出される混合ガス中のCO濃度を測定した。なおサンプル605は、25℃に設定した。アノードおよびカソード供給ガス流路630A、630Cに供給するそれぞれの混合ガス流速は、30ml/minとした。
(Measurement of carbon removal characteristics of sample: Experiment 1)
Using such a measuring apparatus 600, the CO 2 concentration in the mixed gas discharged from the anode exhaust gas flow path 635A was measured by the following method. Sample 605 was set at 25 ° C. The respective mixed gas flow rates supplied to the anode and cathode supply gas flow paths 630A and 630C were 30 ml / min.

まず、サンプルから導出されている2本のリード線を、ガルバノスタット(HA501;北斗電工社製)に接続する。サンプル605のアノード電極605Aがアノード側に分極されるように、ガルバノスタットからサンプル605に電流を供給する。最初に印加する電流密度は、3mA/cm程度である。電流印加後、アノード排出ガス流路635Aから排出される混合ガス中のCO濃度が安定するまで、その状態を維持する。安定になった際のCO濃度の値を求める。次に、電流密度を上昇させ、同様の測定を実施する。このような測定を電流密度が最大10mA/cmとなるまで継続した。 First, two lead wires derived from the sample are connected to a galvanostat (HA501; manufactured by Hokuto Denko). A current is supplied from the galvanostat to the sample 605 so that the anode electrode 605A of the sample 605 is polarized to the anode side. The current density applied first is about 3 mA / cm 2 . After the current application, the state is maintained until the CO 2 concentration in the mixed gas discharged from the anode exhaust gas flow path 635A is stabilized. Obtain the value of the CO 2 concentration when it becomes stable. Next, the current density is increased and the same measurement is performed. Such measurement was continued until the current density reached a maximum of 10 mA / cm 2 .

測定の結果、印加電流密度の上昇とともに、排出されるCO濃度は、直線的に増加することがわかった。 As a result of the measurement, it was found that the concentration of CO 2 discharged increases linearly as the applied current density increases.

次に、得られた結果から、以下の(i)〜(iii)により、それぞれの電流でのカーボン除去の電流効率ηeffを求めた。 Next, from the obtained results, the current efficiency η eff of carbon removal at each current was obtained by the following (i) to (iii).

(i)サンプルのアノード電極で生じる正味のアノード反応は、前述の式(3)と式(5)の和により表され、

C+2HO → CO+4H+4e 式(6)

となる。
(I) The net anodic reaction occurring at the anode electrode of the sample is represented by the sum of the above formulas (3) and (5),

C + 2H 2 O → CO 2 + 4H + + 4e - formula (6)

It becomes.

この反応による理論上のCO生成量n(mol)は、

n(mol)=I(A)×t(sec)
/{z×F(C/mol)} 式(7)

で表される。ここで、I(A)は電流であり、t(sec)は時間、F(C/mol)は、ファラデー定数である。zは、電気化学反応(すなわち式(6))の電子数であり、4である。
The theoretical amount of CO 2 produced by this reaction n (mol) is

n (mol) = I (A) x t (sec)
/ {Z × F (C / mol)} Formula (7)

It is represented by Here, I (A) is a current, t (sec) is time, and F (C / mol) is a Faraday constant. z is the number of electrons in the electrochemical reaction (ie, formula (6)), and is 4.

(ii)一例として、電流Iを10mAとすると、ガス流速は、30ml/minであるので、1分当たりの理論上のCO生成量nは、式(7)より、n(mol/min)=1.554μmolと見積もられる。 (Ii) As an example, assuming that the current I is 10 mA, the gas flow rate is 30 ml / min. Therefore, the theoretical CO 2 production amount n per minute is n (mol / min) from the equation (7). = 1.554 μmol.

この値をガス濃度C(vol%)に変換すると、単位面積当たりでは、

C(vol%)=n(mol/min)×2.24×10(mL/mol)/30(ml/min)×100=0.116(vol%) 式(8)

となる。
When this value is converted into gas concentration C (vol%), per unit area,

C (vol%) = n (mol / min) × 2.24 × 10 4 (mL / mol) / 30 (ml / min) × 100 = 0.116 (vol%) Formula (8)

It becomes.

(iii)そこで、測定によって得られたCO濃度の測定結果P(vol%)により、以下の式(9)から、電流効率ηeffが求められる。

ηeff(%)=(測定結果P(vol%)/C(vol%))×100 式(9)

この式(9)を用いて算出された電流効率ηeffは、42%であった。(なお、算出された電流効率ηeffは、いずれの電流における測定結果を用いても同様であった。)このことから、本発明によるカーボン除去装置では、室温レベルにおいても、良好なカーボン除去特性が得られることがわかった。
(Iii) Therefore, the current efficiency η eff is obtained from the following equation (9) from the measurement result P (vol%) of the CO 2 concentration obtained by the measurement.

η eff (%) = (measurement result P (vol%) / C (vol%)) × 100 Formula (9)

The current efficiency η eff calculated using this equation (9) was 42%. (The calculated current efficiency η eff was the same regardless of the measurement result at any current.) From this, the carbon removal apparatus according to the present invention has good carbon removal characteristics even at room temperature level. Was found to be obtained.

(サンプルのカーボン除去特性の測定:実験2〜7)
次に、サンプルの温度を50℃〜300℃の範囲で変化させて、実験1と同様の実験2〜7を行った。実験2では、サンプル温度を50℃とし、実験3では、サンプル温度を100℃とし、実験4では、サンプル温度を150℃とし、実験5では、サンプル温度を200℃とし、実験6では、サンプル温度を250℃とし、実験7では、サンプル温度を300℃とした。なお、実験3では、測定の最大電流密度を30mA/cm程度とし、実験4では、測定の最大電流密度を40mA/cm程度とし、実験5〜7では、最大電流密度を50mA/cm程度とした。
(Measurement of carbon removal characteristics of sample: Experiments 2 to 7)
Next, Experiments 2 to 7 similar to Experiment 1 were performed by changing the temperature of the sample in the range of 50 ° C to 300 ° C. In Experiment 2, the sample temperature was 50 ° C., in Experiment 3, the sample temperature was 100 ° C., in Experiment 4, the sample temperature was 150 ° C., in Experiment 5, the sample temperature was 200 ° C., and in Experiment 6, the sample temperature was Was 250 ° C., and in Experiment 7, the sample temperature was 300 ° C. In Experiment 3, the maximum current density measured as 30 mA / cm 2 or so, in Experiment 4, the maximum current density measured as 40 mA / cm 2 or so, in Experiment 5-7, the maximum current density 50 mA / cm 2 The degree.

実験の結果、いずれのサンプル温度でも、印加電流と発生CO濃度は、比例関係にあることが確認された。 As a result of the experiment, it was confirmed that the applied current and the generated CO 2 concentration were in a proportional relationship at any sample temperature.

表1には、実験1〜7におけるサンプル温度と、カーボン除去の電流効率ηeffの測定結果をまとめて示す。また、図7には、サンプルの温度とカーボン除去の電流効率ηeffの関係を示す。 Table 1 shows the sample temperature in Experiments 1 to 7 and the measurement results of the current efficiency η eff for removing carbon. FIG. 7 shows the relationship between the temperature of the sample and the current efficiency η eff for removing carbon.

Figure 2010029796
表1および図7から明らかなように、サンプル温度の上昇とともに、カーボン除去の電流効率ηeffは、上昇した。特に、サンプル温度が200℃を超えると、カーボン除去の電流効率ηeffは、100%となり(実験5〜7)、投与したエネルギーがカーボン除去に有効に利用されていることがわかった。
Figure 2010029796
As is apparent from Table 1 and FIG. 7, the current efficiency η eff of carbon removal increased with increasing sample temperature. In particular, when the sample temperature exceeded 200 ° C., the current efficiency η eff of carbon removal became 100% (Experiments 5 to 7), and it was found that the administered energy was effectively used for carbon removal.

(実施例2)
実施例1と同様の方法により、Sn0.9In0.1プロトン導電膜を有するカーボン除去装置のサンプルを作製した。ただし、この実施例2では、サンプルのアノード電極に含まれるカーボンとして、ブラックパール粉末に代えて、アセチレンブラック粉末(DENKA社製)を設置した。アセチレンブラックの設置量は、5mgとした。
(Example 2)
A sample of a carbon removal device having a Sn 0.9 In 0.1 P 2 O 7 proton conductive film was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 2, acetylene black powder (manufactured by DENKA) was installed as carbon contained in the anode electrode of the sample instead of black pearl powder. The installation amount of acetylene black was 5 mg.

このサンプルを用いて、実施例1と同様の方法により、カーボン除去特性の評価を行った(実験8とする)。なお、サンプルの測定温度は、200℃とした。   Using this sample, the carbon removal characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1 (referred to as Experiment 8). In addition, the measurement temperature of the sample was 200 degreeC.

(実施例3)
実施例1と同様の方法により、Sn0.9In0.1プロトン導電膜を有するカーボン除去装置のサンプルを作製した。ただし、この実施例3では、サンプルのアノード電極に含まれるカーボンとして、ブラックパール粉末に代えて、カーボンブラック粉末(シグマアルドリッチジャパン社製)を設置した。カーボンブラックの設置量は、5mgとした。
(Example 3)
A sample of a carbon removal device having a Sn 0.9 In 0.1 P 2 O 7 proton conductive film was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 3, carbon black powder (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) was installed as carbon contained in the anode electrode of the sample, instead of black pearl powder. The installation amount of carbon black was 5 mg.

このサンプルを用いて、実施例1と同様の方法により、カーボン除去特性の評価を行った(実験9とする)。なお、サンプルの測定温度は、200℃とした。   Using this sample, the carbon removal characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1 (referred to as Experiment 9). In addition, the measurement temperature of the sample was 200 degreeC.

実験8および9の結果を、前述の図7および表1にまとめて示す。これらの結果から、アノード電極に設置されるカーボンの種類を、アセチレンブラック(実施例2)またはカーボンブラック(実施例3)に変更しても、カーボン除去の電流効率ηeffに変化は生じず、200℃では、いずれも100%の高い電流効率ηeffが得られることがわかった。 The results of Experiments 8 and 9 are summarized in FIG. 7 and Table 1 described above. From these results, even if the type of carbon installed in the anode electrode is changed to acetylene black (Example 2) or carbon black (Example 3), the current efficiency η eff of carbon removal does not change, It was found that at 200 ° C., a high current efficiency η eff of 100% can be obtained.

(実施例4)
実施例1と同様の方法により、Sn0.9In0.1プロトン導電膜を有するカーボン除去装置のサンプルを作製した。ただし、この実施例4では、サンプルのアノード電極として、ブラックパール粉末のみを使用し、白金黒は使用しなかった。従ってこの実施例では、アノード電極の構成材料自身が被除去対象となる。ブラックパール粉末の設置量は、5mgとした。
Example 4
A sample of a carbon removal device having a Sn 0.9 In 0.1 P 2 O 7 proton conductive film was produced in the same manner as in Example 1. However, in Example 4, only black pearl powder was used as the anode electrode of the sample, and platinum black was not used. Therefore, in this embodiment, the constituent material of the anode electrode itself is the object to be removed. The installation amount of black pearl powder was 5 mg.

このサンプルを用いて、サンプル温度を25℃〜300℃の範囲で変化させて、実施例1と同様の方法により、カーボン除去特性の評価を行った(それぞれ、実験10〜16とする)。   Using this sample, the sample temperature was changed in the range of 25 ° C. to 300 ° C., and the carbon removal characteristics were evaluated by the same method as in Example 1 (respectively, Experiments 10 to 16).

(実施例5)
実施例4と同様の方法により、Sn0.9In0.1プロトン導電膜を有するカーボン除去装置のサンプルを作製した。ただし、この実施例5では、サンプルのアノード電極として、ブラックパール粉末の代わりに、アセチレンブラック粉末(DENKA社製)を使用した。アセチレンブラックの設置量は、5mgである。
(Example 5)
A sample of a carbon removal device having a Sn 0.9 In 0.1 P 2 O 7 proton conductive film was produced in the same manner as in Example 4. However, in Example 5, acetylene black powder (manufactured by DENKA) was used as the anode electrode of the sample instead of black pearl powder. The installation amount of acetylene black is 5 mg.

このサンプルを用いて、実施例1と同様の方法により、カーボン除去特性の評価を行った(実験17とする)。なお、サンプルの測定温度は、200℃とした。   Using this sample, the carbon removal characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1 (referred to as Experiment 17). In addition, the measurement temperature of the sample was 200 degreeC.

(実施例6)
実施例4と同様の方法により、Sn0.9In0.1プロトン導電膜を有するカーボン除去装置のサンプルを作製した。ただし、この実施例6では、アノード電極として、ブラックパール粉末の代わりに、カーボンブラック粉末(シグマアルドリッチジャパン社製)を使用した。カーボンブラックの設置量は、5mgである。
(Example 6)
A sample of a carbon removal device having a Sn 0.9 In 0.1 P 2 O 7 proton conductive film was produced in the same manner as in Example 4. However, in Example 6, carbon black powder (manufactured by Sigma Aldrich Japan) was used as the anode electrode instead of black pearl powder. The installation amount of carbon black is 5 mg.

このサンプルを用いて、実施例1と同様の方法により、カーボン除去特性の評価を行った(実験18とする)。なお、サンプルの測定温度は、200℃とした。   Using this sample, the carbon removal characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1 (referred to as Experiment 18). In addition, the measurement temperature of the sample was 200 degreeC.

実験10〜18の結果を、表2にまとめて示す。また、図8には、実施例4〜6に係るサンプルの温度とカーボン除去効率ηeffの関係を示す。 The results of Experiments 10 to 18 are summarized in Table 2. Moreover, in FIG. 8, the relationship between the temperature of the sample which concerns on Examples 4-6 and carbon removal efficiency (eta) eff is shown.

Figure 2010029796
表2の実験10の結果から、前述の実施例1の実験1の場合と同様、アノード電極としてカーボンのみを使用したサンプルにおいても、25℃の低温域において、39%の高い電流効率ηeffが得られることがわかった。
Figure 2010029796
From the results of Experiment 10 in Table 2, as in the case of Experiment 1 of Example 1 described above, even in the sample using only carbon as the anode electrode, a high current efficiency η eff of 39% was obtained at a low temperature range of 25 ° C. It turns out that it is obtained.

また、表2の実験10〜16および図8の結果から、サンプル温度の上昇とともに電流効率は増大し、200℃以上では、電流効率が100%となり、良好なカーボン除去特性が得られることがわかった。さらに、実験17(実施例5)および18(実施例6)の結果から、除去対象となるカーボンの種類を、アセチレンブラックまたはカーボンブラックに変えても、200℃における電流効率は、100%を示すことがわかった。   Further, from the results of Experiments 10 to 16 in Table 2 and FIG. 8, it is understood that the current efficiency increases as the sample temperature increases, and at 200 ° C. or higher, the current efficiency becomes 100%, and good carbon removal characteristics can be obtained. It was. Further, from the results of Experiments 17 (Example 5) and 18 (Example 6), the current efficiency at 200 ° C. shows 100% even when the carbon to be removed is changed to acetylene black or carbon black. I understood it.

本発明は、例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれる粒子状物質が外界へ放出されることを抑制する、排気ガス浄化装置等に利用することができる。   The present invention can be used, for example, in an exhaust gas purification device that suppresses release of particulate matter contained in exhaust gas discharged from a diesel engine to the outside.

従来のカーボン除去装置の作動原理を示した図である。It is the figure which showed the principle of operation of the conventional carbon removal apparatus. 本発明によるカーボン除去装置の一例の概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing of an example of the carbon removal apparatus by this invention. 本発明によるカーボン除去装置の作動原理を示した図である。It is the figure which showed the operating principle of the carbon removal apparatus by this invention. 本発明による別のカーボン除去装置の一例の概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing of an example of another carbon removal apparatus by this invention. 本発明によるカーボン除去方法のフローチャートである。3 is a flowchart of a carbon removal method according to the present invention. カーボン除去特性を評価するための測定装置を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the measuring apparatus for evaluating a carbon removal characteristic. 実施例1〜3に係るサンプルの温度とカーボン除去の電流効率の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the temperature of the sample which concerns on Examples 1-3, and the current efficiency of carbon removal. 実施例4〜6に係るサンプルの温度とカーボン除去の電流効率の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the temperature of the sample which concerns on Examples 4-6, and the current efficiency of carbon removal.

符号の説明Explanation of symbols

V1、V 電源
1 従来のカーボン除去装置
10 固体電解質膜
20 アノード電極
30 カソード電極
100 本発明によるカーボン除去装置
110 プロトン導電膜
120 アノード電極
130 カソード電極
200 本発明による別のカーボン除去装置
250 管状部材
255 封止部材
260 入口管
270 出口管
600 測定装置
605 サンプル
605A アノード電極
605C カソード電極
610A 外側アルミナ管
615A 内側アルミナ管
610C 外側アルミナ管
615C 内側アルミナ管
630A アノード供給ガス流路
635A アノード排出ガス流路
630C カソード供給ガス流路
635C カソード排出ガス流路。
V1, V Power supply 1 Conventional carbon removal device 10 Solid electrolyte membrane 20 Anode electrode 30 Cathode electrode 100 Carbon removal device according to the present invention 110 Proton conductive film 120 Anode electrode 130 Cathode electrode 200 Another carbon removal device according to the present invention 250 Tubular member 255 Sealing member 260 Inlet tube 270 Outlet tube 600 Measuring device 605 Sample 605A Anode electrode 605C Cathode electrode 610A Outer alumina tube 615A Inner alumina tube 610C Outer alumina tube 615C Inner alumina tube 630A Anode supply gas channel 635A Anode exhaust gas channel 630C Cathode Supply gas flow path 635C Cathode exhaust gas flow path.

Claims (14)

アノード電極と、
カソード電極と、
前記両電極の間に設置されたプロトン導電性を有するプロトン導電膜と、
を有するカーボン除去装置。
An anode electrode;
A cathode electrode;
A proton conductive film having proton conductivity disposed between the electrodes;
A carbon removing device having
さらに、前記アノード電極が曝される環境と、前記カソード電極が曝される環境とを分離することが可能な分離部材を有することを特徴とする請求項1に記載のカーボン除去装置。   The carbon removing apparatus according to claim 1, further comprising a separation member capable of separating an environment to which the anode electrode is exposed and an environment to which the cathode electrode is exposed. 前記プロトン導電膜は、ペロブスカイト型材料または金属リン酸塩を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のカーボン除去装置。   The carbon removing apparatus according to claim 1, wherein the proton conductive film includes a perovskite type material or a metal phosphate. 前記ペロブスカイト型材料は、BaCe1−x3−α、SrCe1−xYb3−α、BaZr1−x3−α、およびSrZr1−x3−αからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有することを特徴とする請求項3に記載のカーボン除去装置(ただし、Xおよびαは、それぞれ、0≦X≦1、0≦α≦1の範囲である)。 The perovskite type materials include BaCe 1-x Y x O 3-α , SrCe 1-x Yb x O 3-α , BaZr 1-x Y x O 3-α , and SrZr 1-x Y x O 3-α. The carbon removing apparatus according to claim 3, wherein X and α are 0 ≦ X ≦ 1 and 0 ≦ α ≦ 1, respectively, comprising at least one material selected from the group consisting of Range). 前記金属リン酸塩は、In3+またはAl3+がドープされた、SnP、SiP、TiPおよびZrPからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有することを特徴とする請求項3に記載のカーボン除去装置。 The metal phosphate has at least one material selected from the group consisting of SnP 2 O 7 , SiP 2 O 7 , TiP 2 O 7 and ZrP 2 O 7 doped with In 3+ or Al 3+. The carbon removing apparatus according to claim 3. 前記アノード電極は、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、カーボンおよびこれらの合金からなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載のカーボン除去装置。   The anode electrode is selected from the group consisting of platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni), iron (Fe), carbon, and alloys thereof. The carbon removing apparatus according to claim 1, comprising at least one material. 前記アノード電極は、当該カーボン除去装置の使用中に前記アノード電極上に付着されるカーボンで構成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載のカーボン除去装置。   6. The carbon removing apparatus according to claim 1, wherein the anode electrode is made of carbon deposited on the anode electrode during use of the carbon removing apparatus. 前記カソード電極は、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、カーボンおよびこれらの合金からなる群から選定された、少なくとも一つの材料を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載のカーボン除去装置。   The cathode electrode is selected from the group consisting of platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni), iron (Fe), carbon, and alloys thereof. The carbon removing apparatus according to claim 1, comprising at least one material. 前記プロトン導電膜は、0.1mm〜10mmの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載のカーボン除去装置。   The carbon removing apparatus according to claim 1, wherein the proton conductive film has a thickness in a range of 0.1 mm to 10 mm. カーボンを除去する方法であって、
(a)アノード電極、カソード電極、および前記両電極の間に設置されたプロトン導電性を有するプロトン導電膜、を有するカーボン除去装置を準備するステップと、
(b)前記カーボン除去装置のアノード電極に、カーボンを付着させるステップと、
(c)前記アノード電極が水蒸気を含む環境に曝された状態で、前記両電極を介して、前記カーボン除去装置に電流または電圧を印加するステップと、
(d)前記水蒸気により、前記アノード電極に付着したカーボンが酸化されるステップと、
を有するカーボンを除去する方法。
A method of removing carbon,
(A) preparing a carbon removal device having an anode electrode, a cathode electrode, and a proton conductive film having proton conductivity installed between the two electrodes;
(B) attaching carbon to the anode electrode of the carbon removal device;
(C) applying a current or voltage to the carbon removal device via the both electrodes while the anode electrode is exposed to an environment containing water vapor;
(D) the carbon adhering to the anode electrode is oxidized by the water vapor;
A method for removing carbon having a surface.
前記ステップ(c)、(d)は、室温〜500℃の温度範囲で実施されることを特徴とする請求項10に記載のカーボンを除去する方法。   The method for removing carbon according to claim 10, wherein the steps (c) and (d) are performed in a temperature range of room temperature to 500 ° C. 前記ステップ(c)の水蒸気を含む環境は、0.01vol%〜90vol%の水蒸気分圧を有することを特徴とする請求項10または11に記載のカーボンを除去する方法。   The method for removing carbon according to claim 10 or 11, wherein the environment containing water vapor in step (c) has a water vapor partial pressure of 0.01 vol% to 90 vol%. 前記カーボン除去装置は、さらに、前記アノード電極が曝される環境と、前記カソード電極の曝される環境とを分離することが可能な分離部材を有することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一つに記載のカーボンを除去する方法。   The carbon removal apparatus further includes a separation member capable of separating an environment to which the anode electrode is exposed and an environment to which the cathode electrode is exposed. The method of removing carbon as described in any one. 前記カーボン除去装置の前記アノード電極は、前記ステップ(b)により形成されることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一つに記載のカーボンを除去する方法。   The method for removing carbon according to claim 10, wherein the anode electrode of the carbon removing device is formed by the step (b).
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