JP4555947B2

JP4555947B2 - 化学反応装置及び化学反応方法

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Publication number: JP4555947B2
Application number: JP2000214772A
Authority: JP
Inventors: 佑二林; 博明柳田; 武久福井; 達也山田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2002028500A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒調製装置及び方法と、化学反応装置及び方法に関する。より詳しく言えば、本発明は、プラズマの存在下に微粒子触媒の調製を行う装置と方法に関し、また、プラズマと触媒の時間的・空間的共存下にガスを原料として分解や合成等の種々の化学反応を行うための装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由に運動する正負両方の荷電粒子が電気的に中性を保って共存している物質の状態は、プラズマと呼ばれる。プラズマは、熱的に作り出すことができ、あるいは放射線や放電の作用により作りだすことができる。プラズマを利用する種々の技術が知られているが、例えば材料の加熱や、あるいは化学反応を利用した物質の製造（プラズマ重合等）などに利用されている。
【０００３】
従来のプラズマの応用例の一つとして、不活性ガス雰囲気且つ減圧下での金属材料の加熱を挙げることができる。この場合には、アルゴンとか窒素等の不活性ガスを減圧下で使用して、放電電極部で生成した不活性ガスのプラズマ励起状態の電子やイオンをビーム状に加速させ、処理対象金属材料にぶつけてこれを加熱・蒸発させる。金属材料の代わりにセラミック材料の加熱に用いることもできる。
【０００４】
上記の不活性ガスを反応性ガスに替えることで、化学反応が可能になる。例えば、反応性ガスとして水素を使用し、水素雰囲気で形成されたスパーク中で高温にされてプラズマ化した水素原子を溶融した金属中に溶かし込んで金属中で反応させて水素ガスを生成させると、水素ガスは溶融金属中から激しく放出され、この時に溶融金属の一部が微粒子化して、これが水素ガスと反応する条件があれば、両者が反応しながら反応生成物が超微粒子として放出される。窒化ガスを用いて窒化物の超微粒子を製造する方法も検討されている。
【０００５】
プラズマを利用した別の化学反応として、プラズマ重合が知られている。プラズマ重合では、減圧下で有機化合物モノマーのガスをプラズマ状態にして反応させ、反応生成物のポリマーを基板上に堆積させる。
【０００６】
色々な形態の被処理物の中で処理が一番困難なのが粉体である。その理由は、粉体は比表面積が非常に大きい上に、細かい方向性のない粒子１個１個の表面全体を均一に処理しなければならないからである。粉体をプラズマでもって処理しようとする場合には、プラズマは物質を透過する能力がない上に狭い空間に入りにくいという特性があるため、粉体表面をいかに均一にプラズマにさらすか、プラズマにさらされる表面積をいかに増すかが、重要な課題となる。両条件を満たす方法として、粉体の流動化が考えられ、比較的流動化が容易な粉体にプラズマガスを導入することで浮遊化が可能になる。一例として、下方よりプラズマガスを適当な流量で導入し、被処理粉体をプラズマ空間に浮遊化させる装置が知られている。この装置だと、回転や攪拌などの処理機構が不要なため装置構造を簡単にできる利点がある。反面、装置の大型化、連続化が困難な傾向にある。最近、米国ＰｌａｓｍａＣａｒｂ社開発のカスケードアークプラズマによる処理装置が注目されている。この装置では、高電流アーク放電を減圧下で実施し、ガス温度の上昇を抑えた低温プラズマを活用しており、ホッパーから導入された粉体が反応室に入ると同時に高速のキャリヤガス（Ａｒ）による衝撃で分解され、プラズマゾーンに飛散して均一な粉体となる。
【０００７】
化学反応系においては、プラズマとは別に、反応促進のために広く触媒が用いられている。触媒は、目的の化学反応に適したものを選んで使用される。各種の反応系に適した様々な触媒が知られているが、それらは一般に、反応物質と同じ相に共存して作用する均一系触媒と、反応物質とは異なる相に存在して作用する不均一系触媒に分類され、アルミナ、シリカ等に代表される固形触媒は後者に属する。
【０００８】
触媒の調製には、種々の手法が用いられている。特に微小な固形触媒の調製に有効なものとして、噴霧熱分解（燃焼）装置により超音波でミスト化した液からアルミナ小球を調製する技術が知られている（石川ら，耐熱性アルミナの調製，石油学会誌，３４巻，６号，４７７−４８５（１９９１））。この技術では、ベーマイトゾルに振動作用を加えてミスト化させ、これを空気とともに加熱した反応管に導入し、ミスト中の水や有機成分を瞬時に蒸発・分解させることで、球状アルミナ粒子を生成している。また、超音波でミスト化した液から微小固形物を作る技術が、Ｔ．Ｏｇａｗａｅｔａｌ．， “ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍｓｂｙＦｕｍｅＰｙｒｏｌｙｓｉｓ”，Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，Ｖｏｌ．６２，Ｎｏ．６，１８４４−１８５１（１９８９）に記載されている。
【０００９】
触媒とプラズマの双方の作用を相乗的に組み合わせて、大気汚染源となるガスを分解反応させて浄化するガス浄化装置が、特開平６−２６２０３２号公報（対応米国特許第５４７４７４７号明細書）に開示されている。この装置では、ケース内に収容された一対の対向する接点部を有する磁気感応リード（電極）を用い、これらの磁気感応リードの接点部の少なくとも近傍に触媒を担持させ、磁気感応リード間にグロー放電を発生させてプラズマを生じさせ、このプラズマの作用と触媒の作用の相乗効果により、常圧下で汚染ガスを構成元素分子又は無害ガス分子に分解している。
【００１０】
このように、触媒を担持した対向電極間にプラズマを誘発させ、プラズマ励起と触媒活性の両者の効果によって処理対象ガスの分解・改質を常圧で行わせる技術は、ＰＡＣＴ（ＰｌａｓｍａＡｓｓｉｓｔｅｄＣａｔａｌｙｔｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）として知られている。
【００１１】
特開平７−１８５２６６号公報及び特開平７−２０４４６９号公報（対応米国特許第５８０４１４９号明細書）には、このＰＡＣＴ技術を応用して、プラズマ発生機構と、ファンを内蔵するハウジングとを含み、ファンの表面及びハウジングの内壁面の少なくとも一方に触媒層が形成されており、回転するファンとハウジング内壁面との間にグロー放電によるプラズマを発生させて、このプラズマと触媒の両方の作用により汚染ガスを浄化する装置が記載されている。このようにファンを利用したＰＡＣＴ装置は、「ファン・モーター型」装置として分類される。
【００１２】
国際公開ＷＯ９６／２０７８３号パンフレット（対応米国特許第５８１７２１８号明細書）には、やはりＰＡＣＴ技術を応用して、ハウジング内に回転可能なプレートとこれと対向する静止プレートとを配置し、少なくとも一方のプレートに触媒を担持させ、プレート間にプラズマを発生させて、プラズマと触媒の両者の作用によりガスの分解・合成を行うガス反応器が記載されている。このタイプの装置は、「ディスク型」として分類される。また、回転可能なプレートにフィンを設けてファンタイプの反応器とすることも記載されている。
【００１３】
特開平１１−５５２号公報には、管状の誘電体容器、この容器内にその中心方向に沿って配置され、表面に触媒層を設けた第一の電極、及び誘電体容器の外壁を囲む第２の電極を含み、第一及び第二の電極間にＡＣ電力を印加して容器内に発生するグロー放電によりプラズマを生じさせ、プラズマと触媒の両方の作用によりガス合成を行うガス反応器が記載されている。このタイプの装置は、「チューブ型」と分類される。
【００１４】
これらの特許文献以外に、ＰＡＣＴ技術に関連した論文として、（１）Ｓ．Ｌ．Ｓｕｉｂｅｔａｌ．， “ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＣａｔａｌｙｔｉｃＰｌａｓｍａＡｃｔｉｖａｔｉｏｎｏｆＣＯ₂，ＮＯａｎｄＨ₂Ｏ”，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，Ｖｏｌ．１０２，Ｎｏ．４８，９６６１−９６６６（１９９８）、（２）Ｓ．Ｌ．Ｂｒｏｃｋｅｔａｌ．， “ＰｌａｓｍａＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＣＯ₂ｉｎｔｈｅＰｒｅｓｅｎｃｅｏｆＭｅｔａｌＣａｔａｌｙｓｔｓ”，Ｊ．ｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓ１８０，２２５−２３３（１９９８）、（３）Ｊ．Ｌｕｏｅｔａｌ．， “ＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＮＯ_x ｗｉｔｈＬｏｗ−ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＰｌａｓｍａｓａｔＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｒｅｓｓｕｒｅ：ＮｅａｔａｎｄｉｎＰｒｅｓｅｎｃｅｏｆＯｘｉｄａｎｔｓ，Ｒｅｄｕｃｔａｎｔｓ，Ｗａｔｅｒ，ａｎｄＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅ”，Ｊ．Ｐｈｙｓ．ＣｈｅｍＡ，Ｖｏｌ．１０２，Ｎｏ．４１，７９５４−７９６３（１９９８）、（４）Ｘ．Ｃｈｅｎｅｔａｌ．， “Ｈ₂ＯＳｐｌｉｔｔｉｎｇｉｎＴｕｂｕｌａｒＰｌａｓｍａＲｅａｃｔｏｒｓ”，Ｊ．ｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓ１７８，３７２−３７７（１９９８）、及び（５）Ｏ．Ｈ．Ｇｉｒａｌｄｏｅｔａｌ．， “ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＨａｌｏｇｅｎａｔｅｄＡｍｏｒｐｈｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎｖｉａａＮｏｖｅｌＧｌｏｗＤｉｓｃｈａｒｇｅＰｒｏｃｅｓｓ”，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．１，３６６−３７１（１９９８）、が挙げられる。（１）の論文には、ファン・モーター型を中心に、ＣＯ₂、ＮＯ、及びＨ₂Ｏの分解が記載されている。（２）の論文には、ファン・モーター型でのＣＯ₂の分解が記載されている。（３）及び（４）の論文には、チューブ型でのそれぞれＮＯ_x及びＨ₂Ｏの分解が記載されている。（５）の論文には、チューブ型でのアモルファスＳｉの生成が記載されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
微小な固形触媒の調製に有効とされる、前述の噴霧熱分解装置を使用した場合、得られる触媒微粉末粒径にバラツキが生じやすいのが難点である。また、生成された微粉末に他の物質をその場で担持させることはできない。
【００１６】
一方、触媒を担持した対向電極間にプラズマを誘発させて、プラズマ励起と触媒活性の両者の効果によりガスの分解・改質を行うこれまでのＰＡＣＴ技術では、触媒が電極表面に二次元的に配置されているので、触媒の利用効率が必ずしも高いとは言えないのが実情である。
【００１７】
そこで、本発明は、プラズマの作用を利用してより均一な粒径の微粒子触媒の調製を可能にし、また、粒状の担体に触媒物質をその場で担持するのをも可能にする、新しい触媒調製装置と方法を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明はまた、触媒の利用効率をこれまで以上に高めてガスの分解・改質等の種々の化学反応を行うことのできる、ＰＡＣＴ技術を利用した化学反応装置と方法を提供することを、もう一つの目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の触媒調製装置は、キャリヤガスとともに供給される触媒前駆物質の入口と調製した触媒の出口とを有するハウジングを含み、プラズマ発生用の電極の一方がハウジング内壁と所定の間隔をあけてハウジング内部に設けられているプラズマ処理部を備えてなることを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、本発明の触媒調製装置は、触媒前駆物質の入口に近い側に、触媒前駆物質とキャリヤガスを加熱する加熱部を含み、そしてこの加熱部の下流側、すなわち調製触媒の出口に近い側に、上記のプラズマ処理部を有することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、本発明の触媒調製装置は触媒前駆物質（好ましくはミスト状触媒前駆物質）の発生部と、発生した触媒前駆物質のためのキャリヤガスの導入口とを更に含み、触媒前駆物質入口がこの触媒前駆物質発生部に直結している。
【００２２】
本発明の触媒調製方法は、触媒前駆物質をキャリヤガスに同伴させて放電空間へ供給し、この放電空間においてキャリヤガスからプラズマ粒子を生じさせて触媒前駆物質に衝突させ、それにより触媒前駆物質から所定の触媒特性を備えた触媒を調製することを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、触媒前駆物質とこれを同伴するキャリヤガスを加熱してから放電空間へ供給する。
【００２４】
好ましくは、触媒前駆物質としてミスト状のものを使用する。
【００２５】
本発明の化学反応装置は、反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質の入口と、反応生成物及び使用済み触媒の出口とを有するハウジングを含み、プラズマ発生用の電極の一方がハウジング内壁と所定の間隔をあけてハウジング内部に設けられているプラズマ処理部を備えてなることを特徴とする。
【００２６】
好ましくは、本発明の化学反応装置は、反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質の入口に近い側に、反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質を加熱する加熱部を含み、そしてこの加熱部の下流側、すなわち反応生成物及び使用済み触媒の出口に近い側に、上記のプラズマ処理部を有することを特徴とする。
【００２７】
好ましくは、本発明の化学反応装置は触媒前駆物質（好ましくはミスト状触媒前駆物質）の発生部と、反応ガスの供給口とを更に含み、この供給口からの反応ガス及び触媒前駆物質発生部からの触媒前駆物質のハウジングへの入口が触媒前駆物質発生部に直結している。
【００２８】
本発明の化学反応方法は、反応ガス及び触媒を放電空間へ供給し、反応ガスをプラズマ化して化学反応させることを特徴とする。
【００２９】
好ましくは、前もって加熱した反応ガスと触媒を放電空間へ供給する。
【００３０】
好ましくは、反応ガスとともに触媒前駆物質を供給して放電空間の前でこれらを加熱し、それにより触媒前駆物質から所定の触媒特性を備えた触媒を調製して、反応ガス及びこの触媒を放電空間へ供給する。
【００３１】
好ましくは、触媒前駆物質はミスト状で供給する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の触媒調製装置と方法の第一の態様を示す。この図に示した触媒調製装置１０は、ハウジング１１を含み、このハウジング１１には触媒前駆物質とそのためのキャリヤガスとを供給する入口１２と、調製した触媒の出口１３が含まれている。ハウジング１１は、石英ガラス等の誘電体から製作してもよく、金属または合金等の導電体から製作してもよい。石英ガラス等の透明（あるいは光透過性）誘電体から製作したハウジング１１には、内部に発生させるプラズマを外部から観察するのを可能にするという利点がある。ハウジング１１の入口１２に近い側は、触媒前駆物質とキャリヤガスを所定の処理温度まで加熱するための加熱部を構成しており、ヒータ１４が設けられている。ヒータ１４は、後述のプラズマ処理部で発生させるプラズマが触媒前駆物質の処理に必要とされる高温をもたらすのに十分なエネルギーを供給可能な場合には、省くことが可能である。また、ヒータ１４は任意の方式のものでよく、例えばマントルヒータのような電熱式の加熱器でも、あるいはスチーム、ホットオイル等の熱媒を使用するジャケット式の加熱器でもよい。ハウジング１１の出口１３に近い側は、プラズマの作用を利用して触媒の調製を行うプラズマ処理部を構成しており、プラズマ発生用の電極（放電電極）１５、１６のうちの一方１５が、ハウジング１１の内壁と所定の間隔をあけて、ハウジング１１内に収容されている。この電極１５は、好ましくはハウジング１１の長さ方向（ハウジング１１内をキャリヤガスと触媒前駆物質あるいは調製触媒が流れる流動方向と一致する方向）の中心線と実質的に同心に配置されるので、中心電極とも称される。もう一方の電極１６は、ハウジング１１の内壁とハウジング内の中心電極１５との間隙を通過する触媒前駆物質を処理して所望の触媒とするためのプラズマを発生させるために、中心電極１５に対応してそれを取り囲むように、それより外側に設けられ、外側電極とも称される。外側電極１６は、ハウジング１１が例えば石英ガラス等の誘電体で作られている場合には、図１に示したようにハウジング１１の外部に設けられる。あるいは、ハウジング１１が金属等の導電体で作られている場合には、ハウジング１１自体の中心電極１５に対応する部分を外側電極として使用してもよい。中心電極１５と外側電極１６は、図示のように電源１７に接続される。後に説明する担体への触媒の担持を行う場合には、担持触媒の活性化のために所定の反応が必要とされることもあり、その活性化反応に必要な触媒（図示せず）を、中心電極１５の表面もしくはハウジング１１の中心電極１５に対向する内壁面、あるいはその両方に、付着させておくことができる。
【００３３】
この態様の触媒調製装置１０では、触媒前駆物質をキャリヤガスとともに入口１２からハウジング１１内へ供給する。触媒前駆物質は、一般に、ミスト状で供給してもよく、固形物として供給してもよい。キャリヤガスとしては、一般には不活性ガス（窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等）が使用されるが、触媒の調製において反応性のガスが必要とされる場合には、そのような反応性ガスを含んでも差し支えない。反応性ガスとしては、例えばメタンガスやアンモニアガスを挙げることができる。触媒前駆物質をミスト状で触媒調製装置１０へ供給する場合には、供給管路の途中でのミストの凝集の防止のために、管路に適当な加熱設備を設ける等の備えが必要なこともある。
【００３４】
キャリヤガスに同伴されてハウジング１１内へ導入された触媒前駆物質は、装置１０に加熱部が含まれる場合、まずこの加熱部でヒータ１４により所定の処理温度まで昇温される。触媒前駆物質が固形物として装置１０へ供給された場合には、触媒前駆物質は加熱により昇温した固形物になり、あるいは溶融して液滴状態にされる。触媒前駆物質がミスト（液滴）として装置１０へ供給された場合には、昇温されたミストとなり、あるいはミスト中に水や有機成分があれば加熱によりミスト中のそれが蒸発あるいは分解して失われ、触媒前駆物質の微小な液滴あるいは固形物が得られる。こうして、触媒前駆物質が装置１０へ固形物として供給される場合にもミスト状で供給される場合にも、昇温された固形又は液滴状の触媒前駆物質が、加熱部に続くプラズマ処理部に至り、プラズマの作用で触媒の調製がなされる。場合によっては、固形と液滴状の前駆物質が混在した状態でプラズマ処理部に至ることも可能である。
【００３５】
プラズマ処理部では、固形又は液滴状の触媒前駆物質（これは、装置１０が加熱部を含む場合そこで予め加熱されている）をプラズマにさらして、粒径のそろった所定寸法の触媒微粒子が得られる。プラズマ作用による触媒粒径の均一化は、十分に解明されているわけではなく、いかなる理論に拘束されるわけでもないが、プラズマ処理部でキャリヤガスから生じたプラズマ粒子が溶融した触媒前駆物質（加熱部からプラズマ処理部へ固形物として供給された前駆物質もプラズマ処理部の高温で溶融状態になるものと考えられる）中に入り込み、再びガスとなって前駆物質の外部へ放散されてくる際に、溶融前駆物質の一部がこの放散ガスに同伴されて飛散する現象が起き、それによって溶融前駆物質の一部は寸法の低下を受け、その一方飛散した溶融前駆物質どうしが集合して成長し、粒径のそろった溶融粒子となって、プラズマ処理部を出てからの冷却（自然冷却又は強制冷却）を経て、最終的に均一粒径の触媒微粒子が得られるものと解される。このほかに、プラズマ空間での触媒粒子の部分的な帯電化又は分極によって電気的に中性でなくなることが、均一粒径の触媒微粒子の生成に関与していることも考えられる。
【００３６】
プラズマは、中心電極１５と外側電極１６とに電源１７によって印加される電圧により中心電極１５とハウジング１１の内壁との空隙（以下、「プラズマ処理空隙」とも称する）に生じる放電の作用により、触媒前駆物質を同伴するキャリヤガスをプラズマ化させることで発生される。電極１５と１６間に直流電流を印加すると、電極材料のスパッタリングが起きるので、電源１７は交流電源とすべきである。プラズマは、プラズマ処理部の被処理物（触媒前駆物質とキャリヤガス）の通路に当たる中心電極１５とハウジング１１の内壁との間隙（すなわち「プラズマ処理空隙」）に、ハウジングの直径方向（あるいは被処理物の流動方向に対して直角の方向）に関して偏在することなく存在してこの間隙に閉じ込められることが、本発明における触媒の処理にとって有利であることから、中心電極１５は好ましくはハウジング１１の長手方向の中心線と同心に配置される。
【００３７】
もう一方の電極の外側電極１６は、ハウジング１１の材料が石英ガラス等の誘電体である場合には、図１に例示のようにハウジング１１の外側の中心電極１５に対応する位置に配置することができる。ハウジング１１の材料が金属等の導電性材料の場合には、ハウジング１１の中心電極１５に対向する部分を外側電極として利用することができる。更に、外側電極１６をハウジング外部に設ける場合には、これを可動式にして中心電極に対応する部分の長さを変えることでプラズマ発生部の長さを調節できるようにしてもよく、あるいは振動可能にしてハウジング内壁に触媒の一部が付着するのを防止するようにしてもよい。
【００３８】
プラズマ処理部での処理に必要な空間容積は、被処理物の種類と処理量、被処理物のプラズマ処理部への供給温度等の要件により決定される。そしてこの空間容積から、プラズマ処理部の長さ及び、中心電極１５とハウジング１１の内壁との空隙（プラズマ処理空隙）の寸法が決定される。この空隙には触媒微粒子（微粉末）が空隙を閉塞することなく流れる必要がある一方、この空隙が広くなるほどプラズマの発生と閉じ込めに必要な電圧が高くなるので、一般には、これらを考慮してまず最小のプラズマ処理空隙寸法を決定し、それに基づいてプラズマ処理部の長さを決定することになる。
【００３９】
中心電極１５と外側電極１６とに電源１７から印加する電圧は、上述のとおりプラズマ処理部におけるプラズマ処理空隙の寸法に左右され、空隙が広くなるほどプラズマの発生のために高い電圧が必要とされる。また、本発明における触媒調製のためには、プラズマを安定してプラズマ処理空隙に閉じ込めることが有利であり、グロ−放電によりプラズマを生じさせるのが好ましい。従って、電源１７から電極１５、１６へ供給する電流の電圧は、所定のプラズマ処理空隙寸法において安定したグロー放電を生じさせるように選定される。プラズマ処理空隙にプラズマを安定して閉じ込めるのには、印加する交流電流の周波数も関与しており、電源１７の周波数をそのために適切なものにすることも重要である。
【００４０】
プラズマ処理部で所定の形状寸法に調製された触媒は、出口１３から排出される。プラズマ処理部の高温で処理されてきた触媒とキャリヤガスを冷却する必要があれば、プラズマ処理部の下流側にそのための冷却手段（図示せず）を設けてもよい。例えば、出口１３の下流に冷却用の熱交換器（図示せず）を配置することができる。
【００４１】
出口１３から排出され、必要により冷却された触媒とキャリヤガスとの混合物は、図１に１８で示した触媒捕集手段により、触媒とキャリヤガスとに分離される。分離して集められた触媒は、これを必要とするプロセスで使用することができる。捕集手段１８としては、例えばバグフィルター等のフィルター類、あるいはサイクロン等の固体−気体分離装置を使用することができる。
【００４２】
次に、図２を参照して、本発明の触媒調製装置と方法の第二の態様を示す。この図に示した触媒調製装置２０は、図１で説明した装置１０と同様に、ハウジング１１を含み、このハウジング１１は調製した触媒の出口１３を有する。また、やはり図１の装置１０と同様に、ヒータ１４（これは、第一の態様の装置１０の場合と同様に必ずしも必要とは限らない）、中心電極１５、外側電極１６、電源１７、そして調製した触媒の捕集手段１８を備えている。また、必要があれば、プラズマ処理部の下流側に冷却手段（図示せず）を設けてもよいことも、上述の第一の態様の図１の装置１０の場合と同様である。装置２０についての以下の説明では、図１に示した装置１０について説明したものと同じものでよいこれらの構成要素についの解説は割愛することにする。
【００４３】
図２の装置２０が図１に示した装置１０と異なる点は、図２の装置２０はその下方に、触媒前駆物質の発生器２１を含む触媒前駆物質発生部を備え、ハウジング１１への触媒前駆物質入口２２がこの発生部に直結していること、そして、ここで発生したミスト状触媒前駆物質を上方の加熱部（これは、上述のとおり必ずしも必要とは限らないが、以下においては、ハウジング１１は加熱部を含むものとして説明することにする）及びプラズマ処理部へ搬送するためのキャリヤガスの導入口２３を有することである。
【００４４】
触媒前駆物質発生器２１は、触媒前駆物質が溶解した溶液又はそれが分散した分散液（ゾル）２５を収容する容器２４と、溶液又は分散液２５をミスト化するのに必要なエネルギーを供給するミスト発生手段２６を有する。このミスト発生手段２６は、例えば超音波発生器のような振動エネルギーを与える手段でもよく、あるいは熱エネルギーを与える手段でもよい。振動エネルギーを利用する場合は、与えられる振動エネルギーにより溶液又は分散液２５をミスト化する。振動の周波数は、ミスト化しようとする溶液又は分散液の種類や量に応じて、適宜選択することができる。熱エネルギーを利用する場合は、溶液又は分散液を煮沸によりミスト化するのに必要なエネルギーを与えることができるように、ミスト発生手段２６を設計する。
【００４５】
キャリヤガスの導入口２３は、発生器２１で発生したミスト状触媒前駆物質を容器２４内へ逆戻りさせずに加熱部及びプラズマ処理部へ有効に搬送することができるよう、発生器２１の近傍に設けるのが好ましい。発生したミスト状触媒前駆物質はハウジング１１の触媒前駆物質入口２２から、導入口２３より導入されたキャリヤガスに同伴されて、加熱部及びプラズマ処理部へ搬送され、そして先に図１で説明した態様におけるように触媒の調製に付される。
【００４６】
この態様においては、（１）触媒前駆物質をミスト状にして発生器２１から供給し、導入口２３からキャリヤガスを導入して、ミスト状触媒前駆物質とキャリヤガスとの混合物を入口２２からハウジング１１の加熱部へ供給するが、このほかに、（２）導入口２３からキャリヤガスに同伴させて固形の触媒担体を導入し、この触媒担体とキャリヤガスとの混合物を発生器２１からのミスト状触媒前駆物質と一緒にした３者の混合物を入口２２から加熱部へ供給して、プラズマ処理部において触媒物質を触媒担体に担持させることも可能であり、あるいは、（３）導入口２３からキャリヤガスに同伴させて固形の第一の触媒前駆物質を導入し、両者の混合物を発生器２１から供給されるミスト状の第二の触媒前駆物質と一緒にし、そして３者の混合物を入口２２から加熱部へ供給して、プラズマ処理部において触媒物質を触媒担体に担持させることも可能である。最後の（３）の場合、第一の触媒前駆物質が触媒担体、第二の触媒前駆物質が触媒担体に担持されるべき触媒作用を有する触媒物質の前駆物質（触媒担体に担持されて触媒作用を発揮する物質）であってもよく、その逆に、第一の触媒前駆物質が触媒担体に担持されるべき触媒作用を有する触媒物質の前駆物質、第二の触媒前駆物質が触媒担体であってもよい。
【００４７】
これから明らかなように、被処理物の観点からも、装置２０には図１の装置１０と異なる点があり、それは、装置１０では触媒前駆物質として上述のとおりプラズマ処理部での処理により触媒物質そのものとなる物質のみを使用しているのに対し、装置２０ではそのような物質に加えて、触媒担体をも併せて処理することができる点である。すなわち、この第二の態様の場合には、ミスト状の触媒前駆物質をハウジング１１の触媒前駆物質入口２２に直結したミスト状触媒前駆物質発生部から供給するが、供給されるミスト状触媒前駆物質は、上述の（１）と（２）の場合には触媒物質の前駆物質（触媒担体に担持されて触媒作用を発揮する物質）であり、（２）の場合には更に固形の触媒担体がキャリヤガスとともに導入口２３から導入される。また、上述の（３）の場合には、触媒前駆物質入口２２に直結したミスト状触媒前駆物質発生部から供給されるミスト状触媒前駆物質は触媒担体でも触媒物質の前駆物質でもよく、それに応じて、導入口２３から導入される固形物は触媒物質の前駆物質又は触媒担体となる。
【００４８】
ここまで、発生器２１はミスト状の触媒前駆物質を発生させるものとして説明してきたが、発生器２１により個体粒子状の触媒前駆物質を発生させることも可能である。この場合には、溶液又は分散液２５に代えて触媒前駆物質の粉体を容器２４に入れ、超音波発生器による振動エネルギー等により粉体を浮遊させ、これをガスに同伴させてハウジング１１のプラズマ処理部へ導入することができる。この個体粒子状の触媒前駆物質は、触媒担体として利用されるものであっても、あるいは触媒担体に担持されて触媒作用を発揮するもの（この場合、触媒担体となる別の個体物質を別に供給する必要がある）であってもよい。
【００４９】
上記の説明から理解されるように、ここで言う「触媒の調製」には、微粒子触媒の調製と、微粒子触媒担体への触媒物質の担持の両方が含まれる。微粒子触媒の調製とは、プラズマ処理部に導入された前駆物質から、プラズマの作用を利用して所定の均一な粒径と形状の触媒微粒子を得ることを意味する。これに相当するのは、図１で説明した第一の態様での処理であり、また図２で説明した第二の態様における（１）の場合である。一方、微粒子担体への触媒物質の担持とは、プラズマ処理部へ触媒物質又はその前駆物質のほかに触媒担体前駆物質（プラズマ処理により粒径や形状の変化を被る担体材料）又は触媒担体を一緒に導入して、プラズマの作用を利用して微粒子状の担体へ触媒物質を担持させることを意味する。これに相当するのは、図２で説明した第二の態様における（２）と（３）の場合であり、これらの場合においてはプラズマの作用を利用して微粒子状の担体へ触媒物質を担持させることに加えて更に、所定の均一な粒径と形状の触媒微粒子を得るようにすることも可能であり、すなわちこれらの場合においては、触媒担体（プラズマ処理によって粒径や形状の変化を実質的に被らずに触媒を担持するのに使われる担体材料）に触媒物質を担持すること、あるいは触媒担体前駆物質から得られた所定の粒径・形状の触媒担体に触媒物質を担持することも可能である。
【００５０】
また、このことから理解されるように、本発明で言う「触媒前駆物質」には、プラズマ処理部においてプラズマの作用を受けて触媒物質にされるものと、プラズマの作用を受けて触媒担体となるものの両方が包含される。言い換えれば、ここで言う「触媒前駆物質」には、プラズマの作用による化学変化などを受けて触媒作用のある触媒物質になる前駆物質と、プラズマの作用を受けて所定の粒径・形状の触媒担体を与える触媒担体の前駆物質の両方がある。
【００５１】
いかなる理論にも拘束されるものではないが、本発明における触媒の担持にあっては、担体の細孔空間に触媒物質が進入して吸着などにより固定されること、また、プラズマ空間において担体と触媒物質の双方がともに帯電し又は分極することにより担体に触媒物質が固定されることで、担持が行われるものと考えられる。担体と触媒物質の双方がともに帯電し又は分極している状況にあって、プラズマ空間中に反応性ガスが存在する場合には、その反応性ガスが活性化されて、担体と触媒物質との化学的結合に寄与し、あるいは担体に触媒物質が固定される際のエネルギー遷移の媒体となることも考えられる。
【００５２】
次に、図３を参照して、本発明の化学反応装置と方法の第一の態様を示す。この図に示した触媒調製装置３０は、基本的には図１で説明した触媒反応装置と同様の構成を採用していて、ハウジング３１を含み、このハウジング３１には反応ガスと触媒又は触媒前駆物質（化学反応領域に至る前に形態的変化を受けるもの）とを供給する入口３２と、反応生成物と使用済み触媒の出口３３が含まれている。ハウジング３１は、石英ガラス等の誘電体から製作してもよく、金属または合金等の導電体から製作してもよい。ハウジング３１の入口３２に近い側は、反応ガスと触媒又は触媒前駆物質を所定の化学反応のための温度まで加熱するための加熱部を構成しており、ヒータ３４が設けられている。ヒータ３４は、後述のプラズマ処理部で発生させるプラズマが反応ガスと触媒又は触媒前駆物質を化学反応に必要とされる温度まで昇温し、そして触媒前駆物質を使用する場合にはそれを触媒として有効な形態に変えるのに十分なエネルギーを供給可能な場合には、省くことが可能である。また、ヒータ３４は任意の方式のものでよく、例えばマントルヒータのような電熱式の加熱器でも、あるいはスチーム、ホットオイル等の熱媒を使用するジャケット式の加熱器でもよい。ハウジング３１の出口３３に近い側は、プラズマの作用を利用して化学反応を行い、そしてその一方で、化学反応のための触媒が前駆物質として供給される場合にはその前駆物質から触媒の調製を行うのに利用されることもある、プラズマ処理部を構成しており、プラズマ発生用の電極３５、３６のうちの一方３５が、ハウジング３１の内壁と所定の間隔をあけて、ハウジング３１内に収容されている。この電極３５は、好ましくはハウジング３１の長さ方向（ハウジング３１内を反応ガスと触媒又は触媒前駆物質が流れる流動方向と一致する方向）の中心線と実質的に同心に配置されるので、中心電極とも称される。もう一方の電極３６は、ハウジング３１の内壁とハウジング内の中心電極３５との間隙を通過する反応ガスを十分に反応させるため、中心電極３５に対応してそれを取り囲むように、それより外側に設けられ、外側電極とも称される。外側電極３６は、ハウジング３１が例えば石英ガラス等の誘電体で作られている場合には、図３に示したようにハウジング３１の外部に設けられ、ハウジング３１が金属等の導電体で作られている場合には、ハウジング３１自体の中心電極３５に対応する部分を外側電極として使用してもよい。中心電極３５と外側電極３６は、電源３７に接続される。中心電極３５の表面もしくはハウジング３１の中心電極３５に対向する内壁面、あるいはその両方に、反応の一層の促進を目的として、反応触媒（図示せず）を付着させておくこともできる。
【００５３】
この態様の化学反応装置３０では、反応ガスを、触媒又は触媒前駆物質とともに入口３２からハウジング３１内へ供給する。入口３２からは、これらの供給物のほかに、必要に応じて、不活性ガス（例として、Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ等）を、キャリヤガスあるいは希釈ガスとして供給することもできる。このような不活性ガスは、化学反応には直接関与しないが、プラズマ粒子を生じて、所定の化学反応の促進に寄与することが可能である。特に、反応生成物がガスでなくなる場合（例えばαシリコンの合成のような場合）には、反応生成物と触媒の装置３０外への排出を可能にするキャリヤガスは不可欠である。場合によっては、キャリヤガスあるいは希釈ガスは、ハウジング３１に設けた別の入口３９から供給してもよい。
【００５４】
化学反応に関連する態様を説明するここでの「触媒」は、化学反応装置３０における反応領域であるプラズマ処理部において所定の化学反応を促進するのに有効な物質であって、装置３０において形態的な変化を実質的に受けないもののことである。一方、ここでの「触媒前駆物質」は、プラズマ処理部において所定の化学反応を促進するのに有効な物質であって、プラズマ処理部の化学反応領域に至る前に実質的な形態的変化を受けるもののことである。
【００５５】
化学反応装置３０へ触媒を供給する場合には、固形物触媒として、反応ガスに同伴して入口３２から供給することができる。あるいは、固形物触媒を反応ガスとは別のキャリヤガスに同伴させて、入口３２とは別のもう一つの入口３９から、ハウジング３１へ供給してもよい。キャリヤガスとしては、一般には不活性ガス（Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ等）が使用される。触媒を同伴したキャリヤガスの流れを反応ガスの流れと合流させて、これらの三つの混合物を入口３２からハウジング３１へ導入することも可能であり、この場合にはもう一つの入口３９はなくてよい。その一方、入口３２から供給する反応ガスとは別の反応ガスを供給するような場合には、入口３２とは別の入口３９からそのようなもう一つの反応ガスを供給することも可能である。
【００５６】
化学反応装置３０へ触媒前駆物質を供給する場合には、一般にミスト状で供給する。この場合にも、触媒前駆物質は、反応ガスとともに入口３２から、又はキャリヤガスとともに別の入口３９から、供給することができ、反応ガスとキャリヤガスの混合物と一緒に供給してもよい。供給管路の途中でのミストの凝集の防止のために、管路に適当な加熱設備を設ける等の備えが必要なこともある。
【００５７】
ハウジング３１内へ導入された触媒又は触媒前駆物質は、装置３０に加熱部が含まれる場合、まずこの加熱部のヒータ３４により昇温される。ミストとして供給された触媒前駆物質は、ミスト中の水や有機成分が蒸発あるいは分解して失われ、粒径のそろった触媒微粒子を生じさせる。このようにして、反応ガスとともに所定の化学反応に適した温度又はその近くまで加熱された触媒が、プラズマ処理部へ導かれる。装置３０に加熱部がない場合には、反応ガスと触媒（又はその前駆物質）の加熱は、プラズマ処理部の最初の部分で行われる。
【００５８】
プラズマ処理部では、主として、反応ガスが、それとともに導入される触媒（ハウジング３１へ触媒前駆物質が供給された場合にも、上述のようにそれはプラズマ処理部における化学反応領域に至る以前に予め所定の微粒子触媒にされている）の作用、そしてプラズマの作用により促進される化学反応を起こし、所定の反応生成物を生成する。
【００５９】
プラズマは、図１と図２で説明した触媒調製装置の場合と同様に、中心電極３５と外側電極３６とに電源３７によって印加される電圧により中心電極３５とハウジング３１の内壁との空隙（「プラズマ処理空隙」）に生じる放電の作用により、反応ガス、そして場合によってはキャリヤガス、をプラズマ化させることで発生される。電源３７を交流電源とすべきことも、触媒調製の場合と同様である。また、中心電極３５はやはりハウジング３１の長手方向の中心線と同心に配置するのが好ましい。
【００６０】
外側電極３６は、ハウジング３１が石英ガラス等の誘電体で製作されている場合には、図３に例示のようにハウジング３１の外側の中心電極３５に対応する位置に配置することができる。ハウジング３１が金属等の導電性材料製の場合には、ハウジング３１の中心電極３５に対応する部分を外側電極として利用することができる。更に、外側電極３６をハウジング外部に設ける場合には、これを可動式にして中心電極に対応する部分の長さを変えることでプラズマ発生部の長さを調節できるようにしてもよく、あるいは振動可能にしてハウジング内壁に触媒や固形反応生成物の一部が付着するのを防止するようにしてもよい。
【００６１】
プラズマ処理部の空間容積は、ここでの反応ガスの化学反応に必要な空間容積、そしてプラズマ処理部で反応ガスと触媒の加熱が行われる場合にはそれに必要な分の空間容積により、決定される。そしてこの空間容積から、プラズマ処理部の長さ及びプラズマ処理空隙の寸法が決定される。この空隙を閉塞することなしに触媒微粒子（微粉末）がこの空隙を通過する必要がある一方、この空隙が広くなるほどプラズマの発生と閉じ込めに必要な電圧が高くなるので、一般には、これらを考慮してまず最小のプラズマ処理空隙寸法を決定し、それに基づいてプラズマ処理部の長さを決定することになる。
【００６２】
中心電極３５と外側電極３６とに電源３７から印加する電圧は、上述のとおりプラズマ処理部におけるプラズマ処理空隙の寸法に左右され、空隙が広くなるほどプラズマの発生のために高い電圧が必要とされる。また、安定した化学反応のためには、プラズマはグロ−放電により生じさせるのが好ましい。従って、電源３７から電極３５、３６へ供給する電流の電圧は、所定のプラズマ処理空隙寸法において安定したグロー放電を生じさせるように選定される。プラズマ処理空隙にプラズマを安定して閉じ込めるのには、印加する交流電流の周波数も関与しており、電源３７の周波数をそのために適切なものにすることも重要である。
【００６３】
プラズマ処理部での反応後、反応生成物と使用済み触媒の混合物が出口３３から排出される。この混合物は、未反応物、副生物及びキャリヤガスがあれば、それらを一緒に含む。高温の排出混合物を冷却する必要があれば、プラズマ処理部の下流側にそのための冷却手段（図示せず）を設けてもよい。例えば、出口３３の下流に冷却用の熱交換器（図示せず）を配置することができる。
【００６４】
出口３３から排出され、必要により冷却された混合物は、分離手段３８により、固形物とガスとに分離される。分離手段３８としては、例えばバグフィルター等のフィルター類、あるいはサイクロン等の固体−気体分離装置を使用することができる。ガスの反応生成物は、分離手段３８の後で未反応ガスや気体副生物とキャリヤガスから更に分離することができる。固体の反応生成物は、やはり分離手段３８の後で触媒から分離される。
【００６５】
次に、図４を参照して、本発明の化学反応装置と方法の第二の態様を示す。この図に示した触媒調製装置４０は、図３で説明した装置３０と同様に、ハウジング３１を含み、このハウジング３１は反応生成物と使用済み触媒の出口３３を有する。また、やはり図３の装置３０と同様に、ヒータ３４（これは、第一の態様の装置３０の場合と同様に必ずしも必要とは限らない）、中心電極３５、外側電極３６、電源３７、そして出口３３からの排出混合物の分離手段３８を備えている。また、必要があれば、プラズマ処理部の下流側に冷却手段（図示せず）を設けてよいことも、上述の第一の態様の図３の装置３０の場合と同様である。装置４０についての以下の説明では、図３に示した装置３０で説明したものと同じものでよいこれらの構成要素についの解説は割愛することにする。
【００６６】
図４の装置４０が図３に示した装置３０と異なる点は、図４の装置４０では、反応ガスを反応ガス供給口４３から供給し、触媒前駆物質を装置４０の下方に設けた、触媒前駆物質の発生器４１を含む触媒前駆物質発生部から供給し、そして、供給口４３からの反応ガスと発生器４１からの触媒前駆物質との混合物をハウジング３１へ導入する入口４２が、触媒前駆物質発生部に直結していることである。
【００６７】
この態様においても、反応ガスのほかに、キャリヤガス（又は希釈ガス）を導入することができ、この場合キャリヤガスは、反応ガスとともに供給口４３から導入してもよく、あるいはその全部又は一部を供給口４３とは別の導入口４９から導入してもよい。更に、２種類以上の反応ガスを使用する場合には、それらの混合物を供給口４３から供給してもよく、あるいは一つを供給口４３から供給し他のものを導入口４９から（キャリヤガスとともにあるいはキャリヤガスを同伴せずに）供給することも可能である。
【００６８】
触媒前駆物質発生器４１は、触媒前駆物質が溶解した溶液又はそれが分散した分散液（ゾル）４５を収容する容器４４と、溶液又は分散液４５をミスト化するのに必要なエネルギーを供給するミスト発生手段４６を有する。このミスト発生手段４６は、例えば超音波発生器のような振動エネルギーを与える手段でもよく、あるいは熱エネルギーを与える手段でもよい。振動エネルギーを利用する場合は、与えられる振動エネルギーにより溶液又は分散液４５をミスト化する。振動の周波数は、ミスト化しようとする溶液又は分散液の種類や量に応じて、適宜選択することができる。熱エネルギーを利用する場合は、溶液又は分散液を煮沸によりミスト化するのに必要なエネルギーを与えることができるように、ミスト発生手段４６を設計する。
【００６９】
供給口４３、そして導入口４９（これを使用する場合には）は、発生したミスト状触媒前駆物質を容器４４内へ逆戻りさせずに加熱部及びプラズマ処理部へ有効に搬送することができるよう、発生器４１の近傍に設けるのが好ましい。発生したミスト状触媒前駆物質は、反応ガスとキャリヤガス（以下の説明はキャリヤガスを使用するものとして行うことにする）に同伴されて、ハウジング３１の入口４２から加熱部（以下の説明は、ハウジング３１は加熱部を含むものとして行うことにする）へ導入される。加熱部において、触媒前駆物質は昇温されて、ミスト中の水や有機成分が蒸発あるいは分解して失われ、粒径のそろった触媒微粒子を生じさせる。このようにして、反応ガスとともに所定の化学反応に必要とされる温度又はその近くまで加熱された触媒が、プラズマ処理部へ導かれる。装置３０に加熱部がない場合には、反応ガスと触媒（又はその前駆物質）の加熱は、プラズマ処理部の最初の部分で行われる。
【００７０】
触媒調製の態様の場合と同じように、発生器２１により、ミスト状の触媒前駆物質ばかりでなく個体粒子状の触媒前駆物質を発生させることも可能である。この場合には、溶液又は分散液４５に代えて触媒前駆物質の粉体を容器４４に入れ、超音波発生器による振動エネルギー等により粉体を浮遊させ、これをガスに同伴させてハウジング３１のプラズマ処理部へ導入することができる。
【００７１】
加熱部に続くプラズマ処理部における化学反応、及び反応後の処理は、先に図３で説明したとおりである。
【００７２】
本発明の化学反応装置及び方法において可能な化学反応は、ガス状の反応物を使用する各種の分解反応、合成反応等の任意の反応でよい。それらの反応の例としては、ＮＯ_x、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏの分解、ＣＨ₄ダイマー、Ｃ₂Ｈ₆オリゴマー、ＣＨ₃Ｃｌ、ＣＨ₂Ｃｌ₂、ＣＨＣｌ₂Ｆ（Ｒ２１）、Ｃ₂Ｈ₃ＣｌＦ₂（Ｒ１４２）の分解、ＣＯ酸化、αシリコンの生成などを挙げることができ、それらの反応に有効な触媒の例としては、Ｆｅ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｔなどを挙げることができる。
【００７３】
既に説明したとおり、本発明で触媒調製を行う場合にも化学反応を行う場合にも使用することができるミスト状の触媒前駆物質は、触媒物質が溶解した溶液あるいは触媒物質が分散した分散液（ゾル）から、超音波エネルギーや熱エネルギー等を利用して容易に発生させることができる。触媒物質としては、適当な溶媒又は分散媒に溶解又は分散可能なものであれば、どのようなものでも使用可能である。
【００７４】
触媒調製の場合にも化学反応の場合にも、本発明は連続式に実施してもよく、バッチ式に実施してもよい。図２と図４を参照して説明したミスト状触媒前駆物質の発生器２１、４１に直結したハウジングを使用して、連続式に実施する場合には、前駆物質容器２４、４４へ溶液又は分散液の前駆物質を連続又は間欠的に補充しながら実施することができる。
【００７５】
同じく触媒調製の場合にも化学反応の場合にも、本発明ではグロ−放電によりプラズマを発生させることができ、そしてグロー放電は大気圧で発生させることができるので、本発明の触媒調製も化学反応も大気圧で行うことができる。そしてこれは、プラズマを真空下で利用するのと異なり、加熱器を使っての加熱の効率の向上に寄与するとともに、減圧装置を不要にする。
【００７６】
【実施例】
次に、実施例により本発明を更に説明する。言うまでもなく、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７７】
図２で説明した構成の装置を使用し、次のようにしてアルミナ触媒を調製した。
使用した装置のハウジングは、高さ５０ｃｍ、外径１０ｃｍ、内径９．５ｃｍの石英ガラス製であり、下方に同じく石英ガラス製の触媒前駆物質容器を備え、そしてこの容器内に超音波発振器（発振周波数１．５ＭＨｚ）を配置したものであった。触媒前駆物質容器内には、触媒前駆物質としてアルミナ小繊維（平均直径５μｍ、平均長さ１０μｍ）を１０ｍｌ入れた。加熱部を構成するため、ハウジングの触媒前駆物質容器近くの長さ１００ｍｍの部分に電気ヒータを取り付けた。プラズマ処理部を構成するため、加熱部の上部に上方から、プラズマの発生に有効な部分の長さが１００ｍｍとなるように、銅（Ｃｕ）製の電極（直径９０ｍｍ）を挿入し、これに対応するハウジングの外壁に隣接してもう一方の電極を配置し、そして両方の電極に交流電源を接続して、５ｋＶ、１ｋＨｚの交流を供給した。ハウジングからの出口の下流に、調製した触媒をキャリヤガスから分離するバグフィルターを用意した。
【００７８】
超音波の作用で発生させたアルミナ小繊維ゾルのミスト（約０．２５ｇ／ｍｉｎ）を、キャリヤガスとしての２リットル／ｍｉｎのヘリウムガス（あるいはアルゴンガスを使用してもよい）に同伴させ、ミストとキャリヤガスの混合物を加熱部で９００℃に加熱してプラズマ処理部へ供給した。キャリヤガスの供給圧力は１０１ｋＰａとした。プラズマでの処理を終えてハウジングから出てくる混合物をバグフィルターで分離して、粒状のアルミナ触媒を得た。
【００７９】
集めたアルミナ触媒粒子は０．５〜１μｍであったが、これは従来の噴霧燃焼法で得られた同様のアルミナ触媒粒子の１〜２μｍと比べて、均一に細かくなっていた。また、この例で得られた粒子が熱的に劣化する最高温度は約１３５０℃であり、これは従来の噴霧燃焼法で得られた同様のアルミナ触媒粒子の示す耐熱温度１２００℃よりも大きく向上していた。
【００８０】
本発明は、以上説明したとおりのものであるが、その種々の特徴を、特許請求の範囲に取り上げたものを含めて列挙すると、例えば以下のとおりである。
（１）キャリヤガスとともに供給される触媒前駆物質の入口と調製した触媒の出口とを有するハウジングを含み、プラズマ発生用の電極の一方がハウジング内壁と所定の間隔をあけてハウジング内部に設けられているプラズマ処理部を備えてなることを特徴とする触媒調製装置。
（２）触媒前駆物質の入口に近い側に、触媒前駆物質とキャリヤガスを加熱する加熱部を含み、そしてこの加熱部の下流側にプラズマ処理部を有することを特徴とする、上記（１）記載の触媒調製装置。
（３）触媒前駆物質の発生部と、発生した触媒前駆物質のためのキャリヤガスの導入口とを更に含み、触媒前駆物質入口がこの触媒前駆物質発生部に直結していることを特徴とする、上記（１）又は（２）記載の触媒調製装置。
（４）発生させる触媒前駆物質がミスト状である、上記（３）記載の触媒調製装置。
（５）触媒前駆物質をキャリヤガスに同伴させて放電空間へ供給し、この放電空間においてキャリヤガスからプラズマ粒子を生じさせて触媒前駆物質に衝突させ、それにより触媒前駆物質から所定の触媒特性を備えた触媒を調製することを特徴とする触媒調製方法。
（６）触媒前駆物質とこれを同伴するキャリヤガスを加熱してから放電空間へ供給することを特徴とする、上記（５）記載の触媒調製方法。
（７）ミスト状の触媒前駆物質を使用することを特徴とする、上記（５）又は（６）記載の触媒調製方法。
（８）反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質の入口と、反応生成物及び使用済み触媒の出口とを有するハウジングを含み、プラズマ発生用の電極の一方がハウジング内壁と所定の間隔をあけてハウジング内部に設けられているプラズマ処理部を備えてなることを特徴とする化学反応装置。
（９）反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質の入口に近い側に、反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質を加熱する加熱部を含み、そしてこの加熱部の下流側にプラズマ処理部を有することを特徴とする、上記（８）記載の化学反応装置。
（１０）触媒前駆物質の発生部と、反応ガスの供給口とを更に含み、この供給口からの反応ガス及び触媒前駆物質発生部からの触媒前駆物質のハウジングへの入口が触媒前駆物質発生部に直結していることを特徴とする、上記（８）又は（９）記載の化学反応装置。
（１１）発生させる触媒前駆物質がミスト状である、上記（１０）記載の化学反応装置。
（１２）反応ガス及び触媒を放電空間へ供給し、反応ガスをプラズマ化して化学反応させることを特徴とする化学反応方法。
（１３）前もって加熱した反応ガスと触媒を放電空間へ供給することを特徴とする、上記（１２）記載の化学反応方法。
（１４）反応ガスとともに触媒前駆物質を供給して放電空間の前でこれらを加熱し、それにより触媒前駆物質から所定の触媒特性を備えた触媒を調製して、反応ガス及びこの触媒を放電空間へ供給することを特徴とする、上記（１２）又は（１３）記載の化学反応方法。
（１５）触媒前駆物質をミスト状で供給することを特徴とする、上記（１２）〜（１４）のいずれか一つに記載の化学反応方法。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微粉末触媒の調製に際し、粒径のバラツキを抑制することができ、更にはそのような均一粒径の微粉末触媒を担体に担持させることもできる。
また、本発明によれば、これまでのＰＡＣＴ技術による以上に触媒とプラズマの相乗効果を高めて化学反応を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒調製装置と方法の一つの態様を説明する図である。
【図２】本発明の触媒調製装置と方法のもう一つの態様を説明する図である。
【図３】本発明の化学反応装置と方法の一つの態様を説明する図である。
【図４】本発明の化学反応装置と方法のもう一つの態様を説明する図である。
【符号の説明】
１０、２０…触媒調製装置
１１…ハウジング
１２、２２…触媒前駆物質及びキャリヤガス入口
１５、１６…電極
１７…電源
２１…触媒前駆物質発生器
２３…キャリヤガス入口
２４…前駆物質容器
２６…ミスト発生手段
３０、４０…化学反応装置
３１…ハウジング
３２、４２…反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質入口
３５、３６…電極
３７…電源
４１…触媒前駆物質発生器
４４…前駆物質容器
４６…ミスト発生手段

Claims

反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質の入口と、反応生成物及び使用済み触媒の出口とを有するハウジングを含み、プラズマ発生用の電極の一方がハウジング内壁と所定の間隔をあけてハウジング内部に設けられているプラズマ処理部を備えてなる化学反応装置であって、反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質の入口に近い側に、反応ガス及び触媒又は触媒前駆物質を加熱する加熱部を含み、そしてこの加熱部の下流側にプラズマ処理部を有することを特徴とする化学反応装置。
触媒前駆物質の発生部と、反応ガスの供給口とを更に含み、この供給口からの反応ガス及び触媒前駆物質発生部からの触媒前駆物質のハウジングへの入口が触媒前駆物質発生部に直結していることを特徴とする、請求項１記載の化学反応装置。
反応ガス及び触媒を放電空間へ供給し、反応ガスをプラズマ化して化学反応させる化学反応方法であって、前もって加熱した反応ガスと触媒を放電空間へ供給することを特徴とする化学反応方法。
反応ガスとともに触媒前駆物質を供給して放電空間の前でこれらを加熱し、それにより触媒前駆物質から所定の触媒特性を備えた触媒を調製して、反応ガス及びこの触媒を放電空間へ供給することを特徴とする、請求項３記載の化学反応方法。
触媒前駆物質をミスト状で供給することを特徴とする、請求項３又は４記載の化学反応方法。