JP2010137131A - Co酸化触媒 - Google Patents
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Abstract
本願発明は、貴金属や希少金属を使用せず、一般に得やすいNiとAlを用いて、CO酸化機能を発現する触媒を提供することを特徴とする。
【解決手段】
発明1の触媒は、 Ni−Al金属間化合物のナノ粒子からなることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
これら貴金属の使用は、CO酸化によるCO2回収作業を困難とし地球温暖化防止の活動を阻害する要因の一つとなっていた。
さらに空気中でも安定なので、従来のラネーNi触媒より取り扱いが簡単である。
Ni−Alの重量比の好ましい範囲は、Niは76−95重量%、Alは5−24重量%である。Ni−Alの2元状態図により、この範囲では、Ni3AlとNiAlの金属間化合物相は存在する。
この金属間化合物ナノ粒子の相構造が、Ni3Al,NiAl,Ni,NiO及びAl2O3相のすべてを有する必要がなく、触媒活性を有するNi3Al,NiAl,Niの中の1つ又1つ以上の相があれば良い。
Ni(ニッケル)とAl(アルミニウム)をアーク溶解炉で以下の組成の合金インゴットを作製した。
上記のNiAl合金インゴットを用いて、真空アークプラズマ蒸着法により、表2に示すように各組成のナノ粒子試料を作製した。粉末X線回折測定によりこれらのナノ粒子試料の相の構成を確認したところ、図1に示すように、これらのナノ粒子試料は、Ni3Al,NiAl,Ni,NiO及びAl2O3相を主相とするものであった。
なお、図中の略称は、原材料とした合金の略称を示すものである。
窒素ガス吸着により比表面積を測定した。これらのナノ粒子試料の比表面積(BET法)は、50から112m2/gであることが分かった(表2)。これは、従来のラネーNi触媒に匹敵する大きな比表面積(50−100m2/g)である。
さらに、本ナノ粒子触媒はラネーNiより安定であるという大きなメリットがある。ラネーNi触媒は空気中で強烈に酸化・燃焼するため、水などの液体中に保存する必要がある。そのため、主に液体反応にしか適用できない。これに対して、本ナノ粒子触媒は空気中でも安定で燃えることはないので、取扱いが簡単で、高温ガス反応にも応用できる。
2CO + O2 → 2CO2
反応装置システム
触媒反応は固定床流通式触媒反応装置により行った。5〜20mg程度のナノ粒子試料を内径8mmの石英反応管に導入し、試料層の上下に石英ウールを10mm厚さ程度詰めて、試料層を固定する。反応管を電気炉により加熱し、所定の温度で触媒反応を行った。温度制御は試料層に接触する熱電対により行った。反応管上部にCO+O2+Heの混合ガスのラインに接続した。反応管下部にガスクロマトグラフィ及びガス流量計に接続し、反応物の組成と生成量を測定した。図3は反応装置システムを示す。
組成Ni22.4Al、Ni25Al及びNi27Alのナノ粒子試料をそれぞれに用いて、COの酸化反応を行った。CO,O2,Heの混合ガス(体積比CO:O2:He=1:2:97)を100 ml/minの流量で反応管に導入して、室温から575℃の温度範囲でガスクロマトグラフィにより反応管出口のCO, O2, CO2, He各ガス成分の濃度を測定した。比較のため、市販の純Pt粉末試料(フルヤ金属(株))及び回転アトマイズ法で作製したNi−25原子%Al粉末試料(高純度化学(株)作製)を用いて、同じ触媒反応を行った。Pt粉末の場合、篩で集めて粒径150μm以下の粉末0.15gを反応管に導入した。アトマイズNi3Al粉末の場合、篩で得られた粒径32〜75μmの粉末0.40gを反応管に導入した。測定した各温度でのCO、CO2の濃度から、次の式でCOの転化率を求めた。
COの転化率(%)= CO2の濃度/(COの濃度+CO2の濃度)×102
図4はこれらのCO転化率を反応温度の関数としてグラフで示したものである。Ni22.4Al、Ni25AlとNi27Alは、250℃から活性が出始め、温度の上昇に伴い、転化率が増加し、400℃では約100%のCO転化率が得られた。
これらのNi−Alナノ粒子の触媒活性は純Pt粉末の触媒活性(図4に示す)とほぼ同じである。
一方、アトマイズで作製したNi25Alは375℃から活性が出始め、CO転化率は温度の上昇に伴い上昇するが、575℃の高温でも86%しか得られなかった。よって、本技術のナノNiAl粒子はアトマイズ法で作製したNiAl粉末より高い活性を持つことを示す。さらに、この結果から、貴金属元素を含まないNiとAlからなるナノ粒子触媒がCO酸化反応に純Pt粉末並みの活性を示すことが分かった。
Claims (4)
- COを酸化してCO2にする触媒であって、Ni−Al金属間化合物のナノ粒子からなることを特徴とする触媒。
- 請求項1に記載の触媒において、その金属間化合物は、Ni3Al, NiAl, Ni相の少なくとも1つ以上の相を有することを特徴とする触媒。
- 請求項1又は2に記載の触媒において、ナノ粒子のBET比表面積が50m2/g以上であることを特徴とすることを特徴とする触媒。
- 請求項1から3のいずれかに記載の触媒において、NiAl合金インゴットを真空アークプラズマ蒸着法によりナノ粒子化されたものであることを特徴とする触媒。
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