JP4120332B2 - Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and oxidation method - Google Patents

Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and oxidation method Download PDF

Info

Publication number
JP4120332B2
JP4120332B2 JP2002276667A JP2002276667A JP4120332B2 JP 4120332 B2 JP4120332 B2 JP 4120332B2 JP 2002276667 A JP2002276667 A JP 2002276667A JP 2002276667 A JP2002276667 A JP 2002276667A JP 4120332 B2 JP4120332 B2 JP 4120332B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
carbon monoxide
zeolite
oxidation
mordenite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002276667A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003175339A (en
Inventor
雅博 井ノ原
正人 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2002276667A priority Critical patent/JP4120332B2/en
Publication of JP2003175339A publication Critical patent/JP2003175339A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4120332B2 publication Critical patent/JP4120332B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

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

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一酸化炭素を選択的に酸化する触媒に関するものであり、特に固体高分子型燃料電池で水素の供給源として用いられる改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去するための改質ガス酸化触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より白金系の電極触媒を用いた高分子電解質型燃料電池(以下、「PEFC」と称する。)は、その燃料として、メタン等のガスを改質して得た水素ガスが広く用いられている。このような改質ガスを用いるのは、コスト的な面を考慮してのことである。
【0003】
ところが、この改質ガス中には、改質途中で不可避的に生ずる一酸化炭素が含まれている。この一酸化炭素の含有量自体約1%程度と少量ではあるが、この少量の一酸化炭素は白金系の電極触媒の触媒毒として作用し、PEFCの白金系の電極触媒の被毒による深刻な性能低下を引き起こすことが知られていた。
【0004】
この問題を解決するため、改質ガス中のこのような一酸化炭素の量を、1/100以下に低減することが求められた。この要求を満たすために燃料電池へ供給する改質ガスに2%程度の酸素ガスを混合し、「白金担持のγ−アルミナ触媒により共存する一酸化炭素を予め酸化して二酸化炭素とする方法」、「燃料電池の電極触媒上で共存する一酸化炭素を酸化して二酸化炭素とする方法」がGottesfeld等により提唱されてきた。
【0005】
このGottesfeld等の提唱する方法では、一酸化炭素を酸化して二酸化炭素とする際に、燃料であるはずの水素ガスも同時に多量に酸化消費されるため、燃料の利用効率を引き下げる結果となっていた。これは、γ−アルミナ又は電極触媒であるカーボンブラックに担持した触媒粒子が、担体表面上に露出しており、一酸化炭素と共に燃料であるはずの水素も同時に吸着し酸化するためと考えられてきた。吸着の速度は、ガス分圧に比例する。即ち、改質ガスの主成分である水素は高い分圧を持つため水素の消費速度が高くなるのである。
【0006】
このような問題を解決するため、渡辺は燃料電池用燃料である改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し、水素ガスの酸化損失を抑制することのできる触媒であって、分子サイズレベルの細孔を有する担体に触媒が担持されている改質ガス酸化触媒を提唱した(特許文献1参照。)。この中で、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト又は鉄より選ばれる一種又は2種以上の混合物若しくは合金を触媒として用いることが好適であることを開示している。更に、特開平11−347414号公報にはゼオライト系の担体に白金合金触媒を担持した触媒において、担体にはモルデナイトを用い、担持した白金合金中の白金以外の合金金属を20〜50原子%としたことを特徴とする改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化するための改質ガス酸化触媒が開示されている。
【0007】
ここで述べた改質ガスを燃料として用いるPEFCは、窒素酸化物等の有害物質の排出が全くないZEV(Zero Emittion Vehicle)の主流となるであろう電気自動車の実用化に大きく寄与できるものでもある。従来の鉛蓄電池を使用した電気自動車に比べれば、走行距離を飛躍的に上昇させることが可能である。また、この走行距離の問題をある程度解決したニッケル−水素蓄電池を用いた電気自動車が普及したとしても膨大な充電電力が必要であり、最終的には火力発電による二酸化炭素及び窒素酸化物の排出量を増加させることになり、トータルでの環境配慮が十分ではないということにもなり得る。
【0008】
これに対し、高発電効率でしかも二酸化炭素の排出を低減できるPEFCは、燃料の出発物質としてメタノール等を用い、これを水素に代えて燃料(改質ガス)として用いるものである。このメタノールから水素を得ることは、現在の技術では困難なことではなく、十分に車載可能な装置により行える。この技術を電気自動車に応用することで、既存のガソリンスタンドの設備の転用使用が可能で、しかも長距離走行の可能な電気自動車の提供が可能となるのである。
【0009】
また、電気自動車にPEFCを用いることを考えると、燃料である水素ガスの流速の変化により電池性能の変動のないことが求められる。もし、電気自動車の加速時及び減速時の、水素ガスの流速を変化させた際に、十分に改質ガス中の一酸化炭素を除去ができていないと、電気自動車の走行性能に悪影響を及ぼすことになる。
【0010】
【特許文献1】
特開平7−256112号公報
【特許文献2】
特開平11−347414号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
PEFCの性能を変動させないためには、燃料となる改質ガス中の一酸化炭素の酸化処理を行い、一酸化炭素による被毒を無くすことが必要である。この問題を解決することのできる可能性を秘めた触媒担体としてゼオライト特にモルデナイト、また触媒元素として白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト又は鉄より選ばれる一種又は2種以上の混合物若しくは合金が一酸化炭素の選択酸化用触媒として用いられることは公知であったが、この中でもどのようなモルデナイトが、優れた性能を出すかは不明であった。
【0012】
特に、この改質ガス酸化触媒に求められる触媒性能は、一般的な触媒とは全く異なり、一酸化炭素の選択酸化を目的とするものであるから、適正な触媒元素の選択と併せて、担体の持つ構造又は性質が非常に重要となってくる。従来、担体のゼオライトの構造のみが注目され、ゼオライト形態の影響については不明であった。
【0013】
また、従来公知のゼオライトを担体とした一酸化炭素選択酸化用触媒は、一酸化炭素濃度が低いところでは、良好な性能を示すものの、一酸化炭素濃度が1%を越える濃度においては、あるいは二酸化炭素共存下では活性・選択性共に満足のいく結果は得られていなかった。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、結晶の小さいゼオライトを担体として用いることによって、水素中の一酸化炭素を選択酸化する際の選択性、活性共に向上することを見出し、本発明に至った。
【0015】
理由は明らかではないが、酸化反応は主にゼオライトの細孔の中で行われるため、反応分子の拡散が良いほど、効率よく選択的に触媒反応を進行させることができるものと考えられる。すなわち、一酸化炭素が細孔内に入って二酸化炭素になって出てくるのに時間がかかると、次の一酸化炭素が細孔内に入ることができない。そのような場合、分子径の小さい水素が細孔内に入りやすく、選択性を下げてしまうと考えられる。
【0016】
本発明は、以下の構成を有する。すなわち、「粉末X線回折法で求めた結晶子径が120nm以下であるモルデナイト型ゼオライトと酸化能を有する金属を含有することを特徴とする一酸化炭素選択酸化用触媒。」「上記触媒と一酸化炭素を含有するガス及び酸素を接触させることを特徴とする一酸化炭素の酸化方法。」
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に記述する。
【0018】
本発明における第1の発明は、「粉末X線回折法で求めた結晶子径が120nm以下であるモルデナイト型ゼオライトと酸化能を有する金属を含有することを特徴とする一酸化炭素選択酸化用触媒。」である。
【0019】
本発明におけるゼオライトの種類は特に限定されないが、一酸化炭素の分子サイズ(0.376nm)よりも大きい細孔を有するゼオライトが好ましい。例えば、MFI型ゼオライト、FAU型ゼオライト、β型ゼオライト、モルデナイト型ゼオライト、MEL型ゼオライト、MTW型ゼオライト、MWW型ゼオライトなどが挙げられる。なかでも、モルデナイト構造のゼオライトが、選択酸化性の点で最も優れ好ましい。しかしながら、ゼオライトが一酸化炭素の分子径より大きい細孔を有する限り、水素よりは一酸化炭素を選択的に吸着するので、どのような構造のゼオライトであっても結晶子が小さい効果は発現する。ゼオライトは、結晶性アルミノシリケートだけでなく、アルミニウム以外の金属の入った結晶性鉄シリケート等のメタロシリケートであってもかまわない。
【0020】
本発明におけるゼオライトの結晶子径は120nm以下であることが必須であるが、これは粉末X線回折法で求めることができる。以下モルデナイトを例に取り、その求め方を説明する。
【0021】
ゼオライトがモルデナイト構造かどうかを調べる方法として最も簡便な方法は、粉末X線回折である。粉末X線回折を行ったとき、既知のモルデナイトと同じ位置にピークがあるかどうかで判断できる。測定条件としては、例えば、管球(X線源)=CuKα線(λ=0.15418nm)、管電圧=34kV、管電流=40mA、広角ゴニオメーター、サンプリング幅=0.020度、スキャンスピード2度/分発散スリット=1度、受光スリット=0.15mmである。
【0022】
本発明においては、結晶子径が120nm以下であることが必須である。結晶子の大きさは粉末X線回折で容易に調べることができる。本発明の結晶子径は次の方法で測定したものをいう。(200)結晶面のピークから求めた半値幅をシエラーの式(I)に代入し計算することにより、結晶子径を算出する。(200
)結晶面のピークとは格子面間隔d=0.90±0.02nmのピークであり、ピーク強度が大きく、かつ他のピークとの重なりがほとんどないことからこのピークを使用して結晶子径を算出する。
【0023】
結晶子径=K×λ/(β1×cosθ) ・・・(I)
(ここで、K:定数(0.9)、λ:X線の波長(0.15418nm)、θ:回折角の1/2、β1:装置補正を行った(200)結晶面ピークの半値幅(rad)。)
【0024】
また、(I)式中の半値幅の補正β1は次の(II),(III)式を用いて行う。
β2 2=βm2−βo2 ・・・(II)
β1=β2×π/180 ・・・(III)
(ここで、βm:(200)結晶面ピークの半値幅の実測値(度)、βo:標準物質であるSiの(111)結晶面の半値幅の実測値(度)。)
本発明の触媒に用いられるモルデナイトはこの方法で決定した結晶子径が120nm以下のものであり、より好ましくは100nm以下のものである。
【0025】
また、モルデナイト以外のゼオライトでも同様に結晶子径を求めることができる。
【0026】
本発明においては、酸化能を有する金属を含むことも必須である。これらの金属としては、酸化能があれば、特に限定されないが、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト、銅、バナジウム、マンガン、モリブデン、銀、レニウム、金、オスミウム又は鉄より選ばれる一種又は2種以上の混合物若しくは合金である。さらに好ましいのは白金、パラジウム、ルテニウム、銅および鉄より選ばれる一種又は2種以上の混合物若しくは合金であり、特に好ましいのは白金および/またはパラジウムを含む金属である。
【0027】
金属の導入の仕方は、特に限定されないが、平衡吸着法又はイオン交換法が好ましい。なかでも、イオン交換法は最も好ましい方法である。
【0028】
イオン交換の方法は、特に限定されるものではなく、一般的に知られた方法でかまわない。また、後で述べるゼオライト合成中に混入する有機物の除去(焼き飛ばし)と、イオン交換を実施する順序は、どちらが先でもかまわないが、触媒をより高分散させ、白金などの高価な触媒の担持量を減らすことができるという目的のためには、イオン交換処理を先に実施した方が好ましい。
【0029】
本発明では結晶子の小さいゼオライトを用いることがポイントであり、粉末X線回折法で測定した結晶子径が120nm以下であることが必須であるが、ゼオライトの単結晶の大きさは、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察、測定することもできる。走査型電子顕微鏡(SEM)で単結晶の大きさを調べる場合、1万倍で測定したときに最小単位の粒子と認められるもの(1次粒子)を結晶子と定義する。本発明での好ましい結晶子のサイズは、長軸の長さが0.24μm以下であることであり、さらに好ましくは長軸の長さが0.20μm以下であることである。
【0030】
本発明では、結晶子の小さいゼオライトであることが必須である。従って、特別の方法で微結晶のゼオライトを作る必要がある。例えば、モルデナイトは天然品と合成品があるが、本発明には合成品が好ましい。モルデナイトの合成法にはこれまで種々の方法が開示されている。例えば、特公昭47−46677号公報、特開昭55−126529号公報、特開昭58−91032号公報等を挙げることができる。モルデナイトの結晶子の大きさは合成時の反応混合物組成、結晶化温度、結晶化時間、攪拌速度等により様々に変化するので一概には言えないが、一般的傾向としては反応混合物中にテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド等の含窒素塩基性有機化合物やポリエチレングリコール等の界面活性剤を存在させると結晶子が小さくなる傾向がある。又、反応混合物中の組成比についてはシリカやアルミナの濃度、アルカリの濃度により結晶子の大きさは複雑に変化するので適宜、最適組成比を選ぶ必要がある。結晶化条件では結晶化温度を低くしたり結晶化時間を短くするか、あるいは攪拌速度を速くすると結晶子が小さくなる傾向がある。
【0031】
ゼオライト合成時の反応混合物中に、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド等の含窒素塩基性有機化合物やポリエチレングリコール等の界面活性剤を存在させた場合、ゼオライトの細孔中にこれらの含窒素塩基性有機化合物や界面活性剤が取り込まれることがある。しかし、これら含窒素塩基性有機化合物等がゼオライト細孔を塞ぎ、触媒活性点と一酸化炭素の接触を阻害すると考えられるので、使用前に500℃以上で焼き飛ばすことが好ましい。
【0032】
焼き飛ばす方法は、あらかじめゼオライトの状態で焼いても良いし、触媒を調製してから焼いても良く、反応直前に反応管内で酸素と接触させて焼いても良い。
【0033】
さらに本発明は「触媒と一酸化炭素を含有するガス及び酸素を接触させることを特徴とする一酸化炭素の酸化方法。」である。一酸化炭素の酸化反応方式としては、固定床、移動床、流動床のいずれの方法も用いられるが、操作の容易さから固定床流通方式が特に好ましい。特に、自動車触媒とする場合、ハニカム状支持体の壁表面にゼオライト微結晶をコーティングしたものを触媒として用い、ハニカムの孔に反応ガスを送り込む方法をとることが、圧損が少ないという点で好ましい。またこの場合、ゼオライト結晶子が小さい方がコーティングが容易で、コーティング物の強度が高くなるので好ましい。さらに、触媒外表面積が大きくなるため、ハニカム面積は少なくても良いという利点があり、本発明触媒はハニカム状支持体にコーティングするときに特に効果を発する。
【0034】
反応温度は20〜250℃が好ましく、さらに好ましくは20〜150℃である。
【0035】
本発明は気相反応、液相反応のいずれでも良いが、気相反応のほうが好ましい。
【0036】
反応ガスの組成には、一酸化炭素と酸素が含まれていることが必須であるが、他にも、水素、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどの大気中に含まれるガスが含まれていても構わない。これまでに知られている一酸化炭素選択酸化用触媒では、二酸化炭素が共存する状況での性能は良く知られていないが、本発明の触媒では、二酸化炭素が共存していても高い活性を示している。
【0037】
また、本発明における反応時間は、空間速度(WHSV=時間あたりの重量空間速度)として、0.01〜30h-1、好ましくは0.05〜5h-1の範囲である。
【0038】
また、本発明における反応を行う直前に、触媒を高温で水素に接触させて触媒を活性化することが好ましい。接触させる温度は、200℃以上が好ましく、さらに好ましくは300℃以上、より好ましくは500℃以上が好ましい。
【0039】
【実施例】
以下に、本発明を実施例を持って説明するが、本発明は、これらによって規定されるものではない。
【0040】
(ゼオライト合成)
ゼオライト1
固形苛性ソーダ(NaOH含量96.0wt%,H2O含量4.0wt%、片山化学)1.28グラム、アルミン酸ソーダ溶液(Al23含量18.5wt%、NaOH含量26.1wt%、H2O含量55.4wt%、住友化学)9.38グラム、トリメチルベンジルアンモニウムハイドロオキサイド(以下”TMBAOH”と呼称)(TMBAOH含量10wt%,H2O含量90wt%、東京化成)54.86グラムを蒸留水186.07グラムに加え、均一な溶液とした。この混合液に含水ケイ酸(SiO2含量91.6wt%,Al23含量0.33wt%、NaOH含量0.27wt%、ニップシールVN−3、日本シリカ)29.53グラムを攪拌しながら徐々に加え、、均一なスラリー状水性反応混合物を調製した。この反応混合物の組成比(モル比)は次のとおりであった。
【0041】
SiO2/Al23=25
OH/SiO2=0.3
Q/(Q+Na)=0.305 (ただし、QはTMBAOH)
2O/SiO2=30
反応混合物は、400ml容のオートクレーブに入れ密閉し、その後250rpmで攪拌しながら160℃で10日間反応させた。
【0042】
反応終了後、蒸留水で5回水洗、濾過を繰り返し、約120℃で一晩乾燥した。得られた生成物のX線回折を行ったところ図1に示すようなX線回折図を示し、モルデナイトであることがわかった。X線回折の条件は、X線源は、Cu/34kV/40mAで、スキャンスピード2度/分であった。また、(200)結晶面のピークから求めた半値幅をもとに算出した結晶子径は、45nmであった。結晶の元素分析を蛍光X線で測定したところ、このモルデナイトのシリカ/アルミナモル比は19.5であった。
【0043】
ゼオライト2
固形苛性ソーダ(NaOH含量96.0wt%,H2O含量4.0wt%、片山化学)1.28グラム、アルミン酸ソーダ溶液(Al23含量18.5wt%、NaOH含量26.1wt%、H2O含量55.4wt%、住友化学)9.38グラム、トリエチルメチルアンモニウムハイドロオキサイド(以下”TEMAOH”と呼称)(TEMAOH含量20wt%,H2O含量80wt%、東京化成)27.43グラムを蒸留水213.50グラムに加え、均一な溶液とした。この混合液に含水ケイ酸(SiO2含量91.6wt%,Al23含量0.33wt%、NaOH含量0.27wt%、ニップシールVN−3、日本シリカ)29.53グラムを攪拌しながら徐々に加え、、均一なスラリー状水性反応混合物を調製した。この反応混合物の組成比(モル比)は次のとおりであった。
【0044】
SiO2/Al23=25
OH/SiO2=0.3
Q/(Q+Na)=0.305 (ただし、QはTEMAOH)
2O/SiO2=30
反応混合物は、400ml容のオートクレーブに入れ密閉し、その後250rpmで攪拌しながら160℃で10日間反応させた。
【0045】
反応終了後、蒸留水で5回水洗、濾過を繰り返し、約120℃で一晩乾燥した。得られた生成物のX線回折を行ったところ図2に示すようなX線回折図を示し、モルデナイトであることがわかった。X線回折の条件は、X線源は、Cu/34kV/40mAで、スキャンスピード2度/分であった。また、(200)結晶面のピークから求めた半値幅をもとに算出した結晶子径は、55nmであった。結晶の元素分析を蛍光X線で測定したところ、このモルデナイトのシリカ/アルミナモル比は19.1であった。
【0046】
ゼオライト3
固形苛性ソーダ(NaOH含量96.0wt%,H2O含量4.0wt%、片山化学)0.40グラム、アルミン酸ソーダ溶液(Al23含量18.5wt%、NaOH含量26.1wt%、H2O含量55.4wt%、住友化学)23.89グラム、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(以下”TEAOH”と呼称)(TEAOH含量20wt%,H2O含量80wt%、三洋化成)55.2グラムを蒸留水567グラムに加え、均一な溶液とした。この混合液に含水ケイ酸(SiO2含量91.6wt%,Al23含量0.33wt%、NaOH含量0.27wt%、ニップシールVN−3、日本シリカ)65.5グラムを攪拌しながら徐々に加え、、均一なスラリー状水性反応混合物を調製した。この反応混合物の組成比(モル比)は次のとおりであった。
【0047】
SiO2/Al23=22
OH/SiO2=0.245
Q/(Q+Na)=0.305 (ただし、QはTEAOH)
2O/SiO2=35
反応混合物は、1000ml容のオートクレーブに入れ密閉し、その後250rpmで攪拌しながら160℃で7日間反応させた。
【0048】
反応終了後、蒸留水で5回水洗、濾過を繰り返し、約120℃で一晩乾燥した。
【0049】
得られた生成物のX線回折を行ったところ図3に示すようなX線回折図を示し、モルデナイトであることがわかった。X線回折の条件は、X線源は、Cu/34kV/40mAで、スキャンスピード2度/分であった。また、(200)結晶面のピークから求めた半値幅をもとに算出した結晶子径は、100nmであった。結晶の元素分析を蛍光X線で測定したところ、このモルデナイトのシリカ/アルミナモル比は18.5であった。電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)でゼオライト粒子を観察した結果、結晶子の長軸は、0.12μmであった。
【0050】
(触媒調整)
触媒1
ゼオライト1を1g、80℃で30分間、5wt%テトラアンミンジクロロ白金1水和物(三津和化学薬品製)水溶液2gに浸した。その後、蒸留水で2回水洗、濾過を繰り返し、80℃で一晩乾燥した。
【0051】
得られた粉末を打錠成型したあと破砕し、粒径250〜425μmに整粒した。
【0052】
触媒2
ゼオライト1のかわりにゼオライト2を用い、触媒1と同様の方法で触媒2を調整した。
【0053】
触媒3
ゼオライト1のかわりにゼオライト3を用い、触媒1と同様の方法で触媒3を調整した。
【0054】
触媒4
ゼオライト1のかわりに東ソー製ゼオライト(モルデナイトHSZ−642NAA,Lot.6BAA9Y01)を用い、触媒1と同様の方法で触媒4を調整した。X線回折測定を行い、(200)結晶面のピークから求めた半値幅をもとに算出した結晶子径は、150nmであった。結晶の元素分析を蛍光X線で測定したところ、このモルデナイトのシリカ/アルミナモル比は19.5であった。電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)でゼオライト粒子を観察した結果、結晶子の長軸は、0.26μmであった。
【0055】
触媒5
昇温速度1℃/分、550℃で3時間焼成したゼオライト3を1g、80℃で30分間、5wt%テトラアンミンジクロロ白金1水和物(三津和化学薬品製)水溶液2gに浸した。その後、蒸留水で2回水洗、濾過を繰り返し、80℃で一晩乾燥した。
【0056】
得られた粉末を打錠成型したあと破砕し、粒径250〜425μmに整粒した。
【0057】
触媒6
ゼオライト3を1g、80℃で30分間、5wt%テトラアンミンジクロロ白金1水和物(三津和化学薬品製)水溶液0.6gと5wt%硝酸第二鉄(ナカライテスク製)水溶液0.2gと水1.2gの混合液に浸した。その後、蒸留水で2回水洗、濾過を繰り返し、80℃で一晩乾燥した。
【0058】
得られた粉末を打錠成型したあと破砕し、粒径250〜425μmに整粒した。
【0059】
実施例1
上記触媒1を0.2g反応管に取り、空気を20ml/minで流しながら500℃に昇温、30分保持した後、窒素を30ml/minで5分間流し、そのまま500℃の温度で水素を30ml/minで30分間流した。その後、水素を30ml/minで流しながら反応管温度を200℃にした後、改質ガス(酸素1.6%、一酸化炭素2.8%、窒素6.0%、二酸化炭素22.3%含有の水素ガス)を27ml/minで流して反応管出口側の酸素量、一酸化炭素量、窒素量をガスクロマトグラフィーで検出し、酸素転化率、一酸化炭素転化率、一酸化炭素選択率を求めた。結果を表1に示す。
【0060】
実施例2
実施例1において、触媒1の代わりに触媒2を用いた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。求めた酸素転化率、一酸化炭素転化率、一酸化炭素選択率を表1に示す。
【0061】
実施例3
実施例1において、触媒1の代わりに触媒3を用いた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。求めた酸素転化率、一酸化炭素転化率、一酸化炭素選択率を表1に示す。
【0062】
比較例1
実施例1において、触媒1の代わりに触媒4を用いた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。求めた酸素転化率、一酸化炭素転化率、一酸化炭素選択率を表1に示す。
【0063】
実施例4
実施例1において、触媒1の代わりに触媒5を用いた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。求めた酸素転化率、一酸化炭素転化率、一酸化炭素選択率を表1に示す。
【0064】
実施例5
実施例1において、触媒1の代わりに触媒6を用いた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。求めた酸素転化率、一酸化炭素転化率、一酸化炭素選択率を表1に示す。
【0065】
【表1】

Figure 0004120332
【0066】
この表中に示す酸素転化率とは、改質ガス中に存在する酸素分子のうち、何%の酸素分子が消費したかを示す指標であり、CO転化率とは、改質ガス中の一酸化炭素分子のうち、何%の一酸化炭素分子が消費されたかを示す指標である。
【0067】
【発明の効果】
一酸化炭素を選択的に酸化する方法において、結晶子の小さい触媒を用いることにより、触媒活性を大きく向上することが出来た。また、改質ガスの成分に含まれる一酸化炭素濃度が1%を越えていても、あるいは二酸化炭素濃度共存下においても活性の高い一酸化炭素選択酸化用触媒を得ることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例中にあるゼオライト1(モルデナイト)のX線回折図である。
【図2】実施例中にあるゼオライト2(モルデナイト)のX線回折図である。
【図3】実施例中にあるゼオライト3(モルデナイト)のX線回折図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide, and in particular, reforming for removing carbon monoxide contained in a reformed gas used as a hydrogen supply source in a polymer electrolyte fuel cell. The present invention relates to a gas oxidation catalyst.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) using a platinum-based electrode catalyst has widely used hydrogen gas obtained by reforming a gas such as methane as its fuel. Yes. Such a reformed gas is used in consideration of cost.
[0003]
However, the reformed gas contains carbon monoxide which is inevitably generated during the reforming. Although the carbon monoxide content itself is a small amount of about 1%, this small amount of carbon monoxide acts as a catalyst poison for the platinum-based electrode catalyst, and is serious due to the poisoning of the PEFC platinum-based electrode catalyst. It was known to cause performance degradation.
[0004]
In order to solve this problem, it has been required to reduce the amount of such carbon monoxide in the reformed gas to 1/100 or less. In order to satisfy this requirement, about 2% oxygen gas is mixed with the reformed gas supplied to the fuel cell, and “a method of previously oxidizing carbon monoxide coexisting with a platinum-supported γ-alumina catalyst into carbon dioxide”. , “Methods of oxidizing carbon monoxide coexisting on the electrode catalyst of a fuel cell to carbon dioxide” have been proposed by Gottsfeld et al.
[0005]
In the method proposed by Gottesfeld et al., When carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide, hydrogen gas that should be the fuel is also oxidized and consumed at the same time, resulting in a reduction in fuel utilization efficiency. It was. This is thought to be because catalyst particles supported on carbon black, which is γ-alumina or an electrode catalyst, are exposed on the surface of the carrier, and hydrogen that should be a fuel is simultaneously adsorbed and oxidized together with carbon monoxide. It was. The rate of adsorption is proportional to the gas partial pressure. That is, since hydrogen, which is the main component of the reformed gas, has a high partial pressure, the consumption rate of hydrogen increases.
[0006]
In order to solve such problems, Watanabe is a catalyst that can selectively oxidize carbon monoxide in reformed gas, which is a fuel for fuel cells, and suppress oxidation loss of hydrogen gas, and has a molecular size. A reformed gas oxidation catalyst is proposed in which a catalyst is supported on a carrier having level pores (see Patent Document 1). Among these, it is disclosed that it is preferable to use one or a mixture or alloy of two or more selected from platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, nickel, cobalt or iron as a catalyst. Further, JP-A-11-347414 discloses a catalyst in which a platinum alloy catalyst is supported on a zeolitic support, and mordenite is used as the support, and the alloy metal other than platinum in the supported platinum alloy is 20 to 50 atomic%. A reformed gas oxidation catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide in the reformed gas is disclosed.
[0007]
The PEFC that uses the reformed gas described above as a fuel can greatly contribute to the practical use of an electric vehicle that will become the mainstream of ZEV (Zero Emission Vehicle) that does not emit harmful substances such as nitrogen oxides at all. is there. Compared to conventional electric vehicles using lead-acid batteries, the travel distance can be dramatically increased. In addition, even if electric vehicles using nickel-hydrogen storage batteries that have solved this mileage problem to some extent have spread, enormous charging power is required, and ultimately carbon dioxide and nitrogen oxide emissions from thermal power generation It may also mean that the total environmental consideration is not sufficient.
[0008]
On the other hand, PEFC that can reduce carbon dioxide emissions with high power generation efficiency uses methanol or the like as a fuel starting material, and uses this as fuel (reformed gas) instead of hydrogen. Obtaining hydrogen from this methanol is not difficult with the current technology, and can be performed by a device that can be mounted on a vehicle. By applying this technology to an electric vehicle, it is possible to provide an electric vehicle that can be used for diversion of existing gas station equipment and that can travel long distances.
[0009]
In consideration of using PEFC in an electric vehicle, it is required that the battery performance does not vary due to a change in the flow rate of hydrogen gas as a fuel. If the hydrogen gas flow rate at the time of acceleration and deceleration of the electric vehicle is changed, if the carbon monoxide in the reformed gas is not sufficiently removed, the running performance of the electric vehicle will be adversely affected. It will be.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-256112 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-347414
[Problems to be solved by the invention]
In order not to fluctuate the performance of PEFC, it is necessary to oxidize carbon monoxide in the reformed gas as a fuel to eliminate poisoning by carbon monoxide. Zeolite, particularly mordenite, as a catalyst carrier having the potential to solve this problem, and one or a mixture of two or more selected from platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, nickel, cobalt, or iron as catalyst elements, or Although it has been known that the alloy is used as a catalyst for selective oxidation of carbon monoxide, it has been unclear what mordenite has excellent performance.
[0012]
In particular, the catalytic performance required for this reformed gas oxidation catalyst is completely different from that of a general catalyst and is intended for selective oxidation of carbon monoxide. The structure or nature of the is very important. Conventionally, only the structure of the support zeolite has attracted attention, and the influence of the zeolite form has not been known.
[0013]
In addition, the conventionally known catalyst for selective oxidation of carbon monoxide using zeolite as a carrier shows good performance at a low carbon monoxide concentration, but at a concentration of carbon monoxide exceeding 1% or carbon dioxide. In the presence of carbon, satisfactory results were not obtained for both activity and selectivity.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, it has been found that the selectivity and activity when selectively oxidizing carbon monoxide in hydrogen are improved by using zeolite with small crystals as a carrier. It came to.
[0015]
The reason is not clear, but since the oxidation reaction is mainly performed in the pores of the zeolite, it is considered that the better the diffusion of the reaction molecules, the more efficiently and selectively the catalytic reaction can proceed. That is, if it takes time for carbon monoxide to enter the pores and become carbon dioxide, the next carbon monoxide cannot enter the pores. In such a case, it is considered that hydrogen having a small molecular diameter easily enters the pores and lowers the selectivity.
[0016]
The present invention has the following configuration. That is, “a catalyst for selective oxidation of carbon monoxide characterized by containing a mordenite-type zeolite having a crystallite diameter of 120 nm or less determined by a powder X-ray diffraction method and a metal having oxidation ability.” A method for oxidizing carbon monoxide, comprising contacting a gas containing carbon oxide with oxygen. "
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is described in detail below.
[0018]
The first invention in the present invention is “a catalyst for selective oxidation of carbon monoxide characterized by containing a mordenite-type zeolite having a crystallite diameter of 120 nm or less determined by a powder X-ray diffraction method and a metal having oxidation ability” . "
[0019]
The type of zeolite in the present invention is not particularly limited, but a zeolite having pores larger than the carbon monoxide molecular size (0.376 nm) is preferable. Examples thereof include MFI type zeolite, FAU type zeolite, β type zeolite, mordenite type zeolite, MEL type zeolite, MTW type zeolite, MWW type zeolite and the like. Of these, zeolite with a mordenite structure is most preferable from the viewpoint of selective oxidation. However, as long as the zeolite has pores larger than the molecular diameter of carbon monoxide, carbon monoxide is selectively adsorbed over hydrogen, so the effect of small crystallites appears in any structure zeolite. . The zeolite may be not only a crystalline aluminosilicate but also a metallosilicate such as crystalline iron silicate containing a metal other than aluminum.
[0020]
The crystallite diameter of the zeolite in the present invention is essential to be 120 nm or less, and this can be determined by a powder X-ray diffraction method. Hereinafter, taking mordenite as an example, how to find it will be described.
[0021]
The simplest method for examining whether zeolite has a mordenite structure is powder X-ray diffraction. When powder X-ray diffraction is performed, it can be determined by whether there is a peak at the same position as known mordenite. As measurement conditions, for example, tube (X-ray source) = CuKα ray (λ = 0.15418 nm), tube voltage = 34 kV, tube current = 40 mA, wide-angle goniometer, sampling width = 0.020 degrees, scan speed 2 Degree / minute divergence slit = 1 degree, light receiving slit = 0.15 mm.
[0022]
In the present invention, it is essential that the crystallite diameter is 120 nm or less. The size of the crystallite can be easily examined by powder X-ray diffraction. The crystallite diameter of the present invention is measured by the following method. (200) The crystallite diameter is calculated by substituting the half-value width obtained from the peak of the crystal plane into the Sierra equation (I). (200
) The crystal plane peak is a peak with a lattice spacing d = 0.90 ± 0.02 nm, the peak intensity is large, and there is almost no overlap with other peaks. Is calculated.
[0023]
Crystallite diameter = K × λ / (β 1 × cos θ) (I)
(Where, K: constant (0.9), lambda: X-ray wavelength of (0.15418nm), θ: 1/ 2 of the diffraction angle, beta 1: device correcting was performed (200) crystal plane at half the Price range (rad).)
[0024]
Further, the half width correction β 1 in the equation (I) is performed using the following equations (II) and (III).
β 2 2 = βm 2 -βo 2 (II)
β 1 = β 2 × π / 180 (III)
(Where βm: actual value (degree) of half-value width of (200) crystal plane peak, βo: actual value (degree) of half-value width of (111) crystal plane of Si, which is a standard material)
The mordenite used in the catalyst of the present invention has a crystallite size determined by this method of 120 nm or less, more preferably 100 nm or less.
[0025]
In addition, the crystallite size can be similarly determined for zeolites other than mordenite.
[0026]
In the present invention, it is essential to include a metal having an oxidizing ability. These metals are not particularly limited as long as they have an oxidizing ability. For example, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, nickel, cobalt, copper, vanadium, manganese, molybdenum, silver, rhenium, gold, osmium or iron One kind or a mixture or alloy of two or more kinds selected from the above. More preferred is one or a mixture or alloy selected from platinum, palladium, ruthenium, copper and iron, and particularly preferred is a metal containing platinum and / or palladium.
[0027]
The method of introducing the metal is not particularly limited, but an equilibrium adsorption method or an ion exchange method is preferable. Among these, the ion exchange method is the most preferable method.
[0028]
The method of ion exchange is not particularly limited, and a generally known method may be used. In addition, the order of removing (burning off) organic substances mixed during zeolite synthesis, which will be described later, and ion exchange may be performed first, but the catalyst is more highly dispersed to support an expensive catalyst such as platinum. For the purpose of reducing the amount, it is preferable to perform the ion exchange treatment first.
[0029]
In the present invention, it is important to use a zeolite having a small crystallite, and it is essential that the crystallite diameter measured by the powder X-ray diffraction method is 120 nm or less. It can also be observed and measured with an electron microscope (SEM). When the size of a single crystal is examined with a scanning electron microscope (SEM), a crystallite is defined as a particle (primary particle) that is recognized as a minimum unit particle when measured at a magnification of 10,000 times. The preferred crystallite size in the present invention is that the length of the major axis is 0.24 μm or less, more preferably the length of the major axis is 0.20 μm or less.
[0030]
In the present invention, Ru essential der to be small zeolite crystallite. Therefore, it is necessary to make microcrystalline zeolite by a special method. For example, mordenite includes natural products and synthetic products, but synthetic products are preferred in the present invention. Various methods have been disclosed so far for the synthesis of mordenite. For example, JP-B-47-46677, JP-A-55-126529, JP-A-58-91032 and the like can be mentioned. The size of the mordenite crystallites varies depending on the composition of the reaction mixture at the time of synthesis, crystallization temperature, crystallization time, stirring speed, etc. When a nitrogen-containing basic organic compound such as hydroxide or a surfactant such as polyethylene glycol is present, the crystallite tends to be small. As for the composition ratio in the reaction mixture, the crystallite size varies in a complicated manner depending on the concentration of silica and alumina and the concentration of alkali, so it is necessary to select an optimum composition ratio as appropriate. Under crystallization conditions, crystallites tend to be smaller when the crystallization temperature is lowered, the crystallization time is shortened, or the stirring speed is increased.
[0031]
When a nitrogen-containing basic organic compound such as tetraethylammonium hydroxide or a surfactant such as polyethylene glycol is present in the reaction mixture during zeolite synthesis, these nitrogen-containing basic organic compounds and Surfactants may be incorporated. However, it is considered that these nitrogen-containing basic organic compounds and the like block the zeolite pores and inhibit the contact between the catalytic active site and carbon monoxide, and therefore it is preferable to burn them off at 500 ° C. or higher before use.
[0032]
The method of burning off may be pre-baked in a zeolite state, may be fired after preparing the catalyst, or may be fired by contacting with oxygen in the reaction tube immediately before the reaction.
[0033]
Furthermore, the present invention is “a method for oxidizing carbon monoxide, characterized by contacting a catalyst, a gas containing carbon monoxide, and oxygen”. As a carbon monoxide oxidation reaction system, any of a fixed bed, a moving bed, and a fluidized bed can be used, but a fixed bed flow system is particularly preferable in terms of ease of operation. In particular, in the case of an automobile catalyst, it is preferable from the viewpoint that pressure loss is small to use a method in which the surface of the honeycomb-shaped support is coated with zeolite microcrystals as a catalyst and the reaction gas is fed into the pores of the honeycomb. In this case, it is preferable that the zeolite crystallite is small because coating is easy and the strength of the coating becomes high. Further, since the outer surface area of the catalyst is increased, there is an advantage that the honeycomb area may be small, and the catalyst of the present invention is particularly effective when coated on the honeycomb-shaped support.
[0034]
The reaction temperature is preferably 20 to 250 ° C, more preferably 20 to 150 ° C.
[0035]
The present invention may be either a gas phase reaction or a liquid phase reaction, but a gas phase reaction is preferred.
[0036]
The composition of the reaction gas must contain carbon monoxide and oxygen, but it may contain other gases contained in the atmosphere such as hydrogen, nitrogen, carbon dioxide, and argon. I do not care. The carbon monoxide selective oxidation catalysts known so far are not well known for their performance in the situation where carbon dioxide coexists, but the catalyst of the present invention exhibits high activity even when carbon dioxide coexists. Show.
[0037]
The reaction time in the present invention, as the space velocity (WHSV = weight hourly space velocity per time), 0.01~30h -1, preferably in the range of 0.05~5h -1.
[0038]
Moreover, it is preferable to activate a catalyst by making a catalyst contact hydrogen at high temperature immediately before performing reaction in this invention. The contact temperature is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, and more preferably 500 ° C. or higher.
[0039]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with examples, but the present invention is not limited thereto.
[0040]
(Zeolite synthesis)
Zeolite 1
Solid caustic soda (NaOH content 96.0 wt%, H 2 O content 4.0 wt%, Katayama Chemical) 1.28 grams, sodium aluminate solution (Al 2 O 3 content 18.5 wt%, NaOH content 26.1 wt%, H 2 O content 55.4Wt%, Sumitomo chemical) 9.38 g, trimethylbenzylammonium hydroxide (hereinafter "TMBAOH" and designation) (TMBAOH content 10 wt%, H 2 O content of 90 wt%, Tokyo Kasei) 54.86 g A uniform solution was added to 186.07 grams of distilled water. The mixture in hydrated silicic acid (SiO2 content 91.6wt%, Al 2 O 3 content 0.33 wt%, NaOH content of 0.27 wt%, Nipseal VN-3, Japan Silica) 29.53 g slowly with stirring In addition, a uniform slurry aqueous reaction mixture was prepared. The composition ratio (molar ratio) of this reaction mixture was as follows.
[0041]
SiO 2 / Al 2 O 3 = 25
OH / SiO 2 = 0.3
Q / (Q + Na) = 0.305 (where Q is TMBAOH)
H 2 O / SiO 2 = 30
The reaction mixture was sealed in a 400 ml autoclave and then reacted at 160 ° C. for 10 days with stirring at 250 rpm.
[0042]
After completion of the reaction, washing with distilled water 5 times and filtration were repeated, followed by drying at about 120 ° C. overnight. When the obtained product was subjected to X-ray diffraction, an X-ray diffraction pattern as shown in FIG. 1 was shown, and it was found to be mordenite. The X-ray diffraction conditions were such that the X-ray source was Cu / 34 kV / 40 mA and the scan speed was 2 degrees / minute. The crystallite diameter calculated based on the half-value width obtained from the peak of the (200) crystal plane was 45 nm. When elemental analysis of the crystal was measured by fluorescent X-ray, the mordenite had a silica / alumina molar ratio of 19.5.
[0043]
Zeolite 2
Solid caustic soda (NaOH content 96.0 wt%, H 2 O content 4.0 wt%, Katayama Chemical) 1.28 grams, sodium aluminate solution (Al 2 O 3 content 18.5 wt%, NaOH content 26.1 wt%, H 2 O content 55.4Wt%, Sumitomo chemical) 9.38 g, triethyl methyl ammonium hydroxide (hereinafter "TEMAOH" and designation) (TEMAOH content 20 wt%, H 2 O content of 80 wt%, Tokyo Kasei) 27.43 g A uniform solution was added to 213.50 grams of distilled water. The mixture in hydrated silicic acid (SiO2 content 91.6wt%, Al 2 O 3 content 0.33 wt%, NaOH content of 0.27 wt%, Nipseal VN-3, Japan Silica) 29.53 g slowly with stirring In addition, a uniform slurry aqueous reaction mixture was prepared. The composition ratio (molar ratio) of this reaction mixture was as follows.
[0044]
SiO 2 / Al 2 O 3 = 25
OH / SiO 2 = 0.3
Q / (Q + Na) = 0.305 (where Q is TEMAOH)
H 2 O / SiO 2 = 30
The reaction mixture was sealed in a 400 ml autoclave and then reacted at 160 ° C. for 10 days with stirring at 250 rpm.
[0045]
After completion of the reaction, washing with distilled water 5 times and filtration were repeated, followed by drying at about 120 ° C. overnight. When the obtained product was subjected to X-ray diffraction, an X-ray diffraction pattern as shown in FIG. 2 was shown, and it was found to be mordenite. The X-ray diffraction conditions were such that the X-ray source was Cu / 34 kV / 40 mA and the scan speed was 2 degrees / minute. The crystallite diameter calculated based on the half width obtained from the peak of the (200) crystal plane was 55 nm. When elemental analysis of the crystal was measured by fluorescent X-ray, the mordenite had a silica / alumina molar ratio of 19.1.
[0046]
Zeolite 3
Solid caustic soda (NaOH content 96.0 wt%, H 2 O content 4.0 wt%, Katayama Chemical) 0.40 grams, sodium aluminate solution (Al 2 O 3 content 18.5 wt%, NaOH content 26.1 wt%, H 2 O content 55.4Wt%, Sumitomo chemical) 23.89 g tetraethyl ammonium hydroxide (hereinafter "TEAOH" and designation) (TEAOH content 20 wt%, H 2 O content of 80 wt%, Sanyo Kasei) 55.2 g distilled A homogeneous solution was added to 567 grams of water. The mixture in hydrated silicic acid (SiO2 content 91.6wt%, Al 2 O 3 content 0.33 wt%, NaOH content of 0.27 wt%, Nipseal VN-3, Japan Silica) 65.5 g slowly with stirring In addition, a uniform slurry aqueous reaction mixture was prepared. The composition ratio (molar ratio) of this reaction mixture was as follows.
[0047]
SiO 2 / Al 2 O 3 = 22
OH / SiO 2 = 0.245
Q / (Q + Na) = 0.305 (where Q is TEAOH)
H 2 O / SiO 2 = 35
The reaction mixture was sealed in a 1000 ml autoclave and then reacted at 160 ° C. for 7 days with stirring at 250 rpm.
[0048]
After completion of the reaction, washing with distilled water 5 times and filtration were repeated, followed by drying at about 120 ° C. overnight.
[0049]
When the obtained product was subjected to X-ray diffraction, an X-ray diffraction pattern as shown in FIG. 3 was obtained, and it was found to be mordenite. The X-ray diffraction conditions were such that the X-ray source was Cu / 34 kV / 40 mA and the scan speed was 2 degrees / minute. Further, the crystallite diameter calculated based on the half width obtained from the peak of the (200) crystal plane was 100 nm. When elemental analysis of the crystal was measured by fluorescent X-ray, the mordenite had a silica / alumina molar ratio of 18.5. As a result of observing the zeolite particles with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), the major axis of the crystallite was 0.12 μm.
[0050]
(Catalyst adjustment)
Catalyst 1
1 g of zeolite 1 was immersed in 2 g of a 5 wt% tetraamminedichloroplatinum monohydrate (manufactured by Mitsuwa Chemicals) aqueous solution at 80 ° C. for 30 minutes. Thereafter, washing with distilled water twice and filtration were repeated, followed by drying at 80 ° C. overnight.
[0051]
The obtained powder was tableted and then crushed and sized to a particle size of 250 to 425 μm.
[0052]
Catalyst 2
Instead of zeolite 1, zeolite 2 was used, and catalyst 2 was prepared in the same manner as catalyst 1.
[0053]
Catalyst 3
Instead of zeolite 1, zeolite 3 was used, and catalyst 3 was prepared in the same manner as catalyst 1.
[0054]
Catalyst 4
In place of zeolite 1, Tosoh zeolite (Mordenite HSZ-642NAA, Lot. 6BAA9Y01) was used, and catalyst 4 was prepared in the same manner as catalyst 1. X-ray diffraction measurement was performed, and the crystallite diameter calculated based on the half width obtained from the peak of the (200) crystal plane was 150 nm. When elemental analysis of the crystal was measured by fluorescent X-ray, the mordenite had a silica / alumina molar ratio of 19.5. As a result of observing the zeolite particles with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), the major axis of the crystallite was 0.26 μm.
[0055]
Catalyst 5
1 g of zeolite 3 calcined at 550 ° C. for 3 hours at a rate of temperature increase of 1 ° C./minute was immersed in 2 g of an aqueous solution of 5 wt% tetraamminedichloroplatinum monohydrate (manufactured by Mitsuwa Chemicals) for 30 minutes at 80 ° C. Thereafter, washing with distilled water twice and filtration were repeated, followed by drying at 80 ° C. overnight.
[0056]
The obtained powder was tableted and then crushed and sized to a particle size of 250 to 425 μm.
[0057]
Catalyst 6
1 g of zeolite 3 at 80 ° C. for 30 minutes, 0.6 g of 5 wt% tetraamminedichloroplatinum monohydrate (manufactured by Mitsuwa Chemicals) aqueous solution, 0.2 g of 5 wt% aqueous ferric nitrate (manufactured by Nacalai Tesque) and water 1 Soaked in 2 g of mixture. Thereafter, washing with distilled water twice and filtration were repeated, followed by drying at 80 ° C. overnight.
[0058]
The obtained powder was tableted and then crushed and sized to a particle size of 250 to 425 μm.
[0059]
Example 1
Take the catalyst 1 in a 0.2 g reaction tube, raise the temperature to 500 ° C. while flowing air at 20 ml / min, hold it for 30 minutes, then flow nitrogen at 30 ml / min for 5 minutes, and continue to add 30 ml of hydrogen at a temperature of 500 ° C. Flowed at / min for 30 minutes. Thereafter, the temperature of the reaction tube was raised to 200 ° C. while flowing hydrogen at 30 ml / min, and then the reformed gas (hydrogen gas containing 1.6% oxygen, 2.8% carbon monoxide, 6.0% nitrogen and 22.3% carbon dioxide) was added to 27 ml / The oxygen content, carbon monoxide content, and nitrogen content at the outlet side of the reaction tube were detected by gas chromatography, and the oxygen conversion rate, carbon monoxide conversion rate, and carbon monoxide selectivity were determined. The results are shown in Table 1.
[0060]
Example 2
In Example 1, the reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that catalyst 2 was used instead of catalyst 1. Table 1 shows the obtained oxygen conversion rate, carbon monoxide conversion rate, and carbon monoxide selectivity.
[0061]
Example 3
In Example 1, the reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that catalyst 3 was used instead of catalyst 1. Table 1 shows the obtained oxygen conversion rate, carbon monoxide conversion rate, and carbon monoxide selectivity.
[0062]
Comparative Example 1
In Example 1, the reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that catalyst 4 was used instead of catalyst 1. Table 1 shows the obtained oxygen conversion rate, carbon monoxide conversion rate, and carbon monoxide selectivity.
[0063]
Example 4
In Example 1, the reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that the catalyst 5 was used instead of the catalyst 1. Table 1 shows the obtained oxygen conversion rate, carbon monoxide conversion rate, and carbon monoxide selectivity.
[0064]
Example 5
In Example 1, the reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that catalyst 6 was used instead of catalyst 1. Table 1 shows the obtained oxygen conversion rate, carbon monoxide conversion rate, and carbon monoxide selectivity.
[0065]
[Table 1]
Figure 0004120332
[0066]
The oxygen conversion rate shown in this table is an index indicating how many percent of oxygen molecules in the reformed gas are consumed, and the CO conversion rate is one of the reformed gas. This is an index showing how many carbon monoxide molecules of the carbon oxide molecules are consumed.
[0067]
【The invention's effect】
In the method of selectively oxidizing carbon monoxide, the catalytic activity could be greatly improved by using a catalyst having a small crystallite. Moreover, even if the carbon monoxide concentration contained in the reformed gas component exceeds 1%, or even in the presence of carbon dioxide concentration, a highly active catalyst for selective oxidation of carbon monoxide could be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an X-ray diffraction pattern of zeolite 1 (mordenite) in Examples.
FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of zeolite 2 (mordenite) in Examples.
FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern of zeolite 3 (mordenite) in Examples.

Claims (3)

粉末X線回折法で求めた結晶子径が120nm以下であるモルデナイト型ゼオライトと酸化能を有する金属を含有することを特徴とする一酸化炭素選択酸化用触媒。A catalyst for selective oxidation of carbon monoxide, comprising a mordenite-type zeolite having a crystallite size of 120 nm or less determined by a powder X-ray diffraction method and a metal having oxidation ability. 酸化能を有する金属が白金、ルテニウム、及び鉄から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載の一酸化炭素選択酸化用触媒 The catalyst for selective oxidation of carbon monoxide according to claim 1, wherein the metal having oxidation ability is at least one selected from platinum, ruthenium, and iron . 請求項1または2記載の一酸化炭素選択酸化用触媒と一酸化炭素を含有するガス及び酸素を接触させることを特徴とする一酸化炭素の酸化方法。A method for oxidizing carbon monoxide, comprising contacting the catalyst for selective oxidation of carbon monoxide according to claim 1 or 2 with a gas containing carbon monoxide and oxygen.
JP2002276667A 2001-09-28 2002-09-24 Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and oxidation method Expired - Fee Related JP4120332B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002276667A JP4120332B2 (en) 2001-09-28 2002-09-24 Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and oxidation method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001-298708 2001-09-28
JP2001298708 2001-09-28
JP2002276667A JP4120332B2 (en) 2001-09-28 2002-09-24 Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and oxidation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003175339A JP2003175339A (en) 2003-06-24
JP4120332B2 true JP4120332B2 (en) 2008-07-16

Family

ID=26623185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002276667A Expired - Fee Related JP4120332B2 (en) 2001-09-28 2002-09-24 Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and oxidation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4120332B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101942884B (en) * 2009-07-09 2013-12-25 .贵州大学 Roof with approximately quadrate plane and super large space pre-stressed steel grid structure and manufacturing method thereof

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060229198A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Mccarthy Stephen J Noble metal alloy formation method to improve stability
KR102020445B1 (en) * 2018-09-21 2019-09-10 에스케이이노베이션 주식회사 Method for preparation of mordenite zeolite capable of particle size control

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101942884B (en) * 2009-07-09 2013-12-25 .贵州大学 Roof with approximately quadrate plane and super large space pre-stressed steel grid structure and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003175339A (en) 2003-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6573214B2 (en) Preferential oxidation catalyst
EP0764466B1 (en) Fuel cell device equipped with catalyst material for removing carbon monoxide
US6673742B2 (en) Method for producing a preferential oxidation catalyst
JP3447384B2 (en) Exhaust gas purification catalyst
JP5096712B2 (en) Carbon monoxide methanation method
US7700512B2 (en) Carbon monoxide selective oxidizing catalyst and manufacturing method for the same
JP2008155147A (en) Catalyst for methanating carbon monoxide and method for methanating carbon monoxide by using the same
JP4120332B2 (en) Catalyst for selective oxidation of carbon monoxide and oxidation method
US6482378B1 (en) Selective removing method of carbon monoxide and hydrogen refining method
EP1059263B1 (en) Selective removing method of carbon monoxide
US6528032B1 (en) Selective removing method of carbon monoxide
JP3606494B2 (en) Carbon monoxide removing catalyst body, fuel cell device equipped with the catalyst body, and method for removing carbon monoxide in reformed gas supplied to the fuel cell
JP4912706B2 (en) Carbon monoxide methanation method
US20040156771A1 (en) Method of reducing carbon monoxide concentration
JP2001224965A (en) Carbon monoxide selective oxidation catalyst and selective removal method for carbon monoxide
JP4961102B2 (en) Method for producing zeolite and adsorbent for removing sulfur compound containing the zeolite
KR100505032B1 (en) Catalyst for selectively removing carbon monoxide contained in reformate gas and process for removing carbon monoxide using the same
WO2006065138A1 (en) Catalyst of gold particles on a mixed support for selective oxidation of co in the presence of h2
JP4335505B2 (en) Dimethyl ether reforming catalyst and dimethyl ether reforming system
CN1216796C (en) Method of separating carbon monoxide from hydrogen-rich mixed gas through selective oxidation
JP2003047857A (en) Method of producing catalyst useful to selectively oxidize carbon monoxide
JPH119999A (en) Exhaust gas purifying catalyst
US20030108471A1 (en) Method for removing carbon monoxide from a hydrogen-rich gas mixture by selective oxidation
JP2006314870A (en) Shift catalyst
JP2001205095A (en) Co selective oxidation catalyst and method for decreasing concentration of co in methanol modified gas

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050401

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071225

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080401

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080414

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees