JP4560621B2 - Particulate catalyst, the alloy particulate catalyst or a composite oxide particulate catalyst manufacturing method and apparatus, and methods of use thereof - Google Patents

Particulate catalyst, the alloy particulate catalyst or a composite oxide particulate catalyst manufacturing method and apparatus, and methods of use thereof Download PDF

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Description

本発明は、微粒子触媒、合金微粒子触媒又は複合酸化物微粒子触媒の製造方法及び製造装置、並びにその使用方法である水蒸気の改質方法、一酸化炭素の転化方法に関し、特に、アルコール、メタン、灯油等の炭化水素燃料を水蒸気改質することにより水素を製造する際に用いる改質触媒、及び一酸化炭素と水蒸気とを反応させ一酸化炭素を転化する際に使用する一酸化炭素転化触媒の製造方法、製造装置、及びその使用方法に関するものである。 The present invention, particulate catalyst, manufacturing method and apparatus of the alloy particulate catalyst or a composite oxide particulate catalyst, and method for modifying the water vapor is its use relates to process for the conversion of carbon monoxide, in particular, alcohols, methane, kerosene producing a hydrocarbon fuel carbon monoxide conversion catalyst for use in the conversion of the reforming catalyst, and carbon monoxide by reacting carbon monoxide and steam to be used in producing hydrogen by steam reforming of equal mETHOD, manufacturing equipment, and to a use thereof.

従来、触媒の製造法は沈殿法、共沈法に代表される液相沈殿法やアルミナ担体などに活性成分を含浸する含浸法あるいはコージェライト製ハニカムやセラミック製板状の基材にアルミナ等の多孔性物質をコーティングして活性成分を担持する方法が一般的に用いられている。 Conventionally, the catalyst preparation processes precipitation method, such as alumina impregnation or cordierite honeycomb or a ceramic plate-shaped base material to impregnate the active ingredient in such liquid phase precipitation method or an alumina carrier typified by coprecipitation method of supporting the active ingredient by coating the porous material is generally used.

液相沈殿法の場合、通常、沈殿時のpH調整により沈殿物を得るが、pH調整剤の混入による性能低下、あるいはこの除去に大量の洗浄水を使用するという問題がある。 For liquid-phase precipitation method, usually obtain a precipitate by pH adjustment during precipitation, there is a problem of using a large amount of washing water in performance degradation, or the removal by incorporation of a pH adjusting agent. また、2種類以上の触媒活性成分(多成分系ともいう。)を製造するには、成分毎に沈殿pHが異なるため、必ずしも製造された触媒の組成が意図した組成にならないという問題がある。 Further, (also referred to as a multi-component system.) Two or more catalytically active components to produce, since the precipitation pH for each component is different, there is a problem that necessarily composition of the prepared catalyst not select the desired composition. 更に、大量生産する場合にあっては、十分に攪拌を行わないと不均一な組成となり、十分な触媒活性が得られないという問題がある。 Furthermore, in the case of mass production, sufficiently not to perform stirring becomes non-uniform composition, there is a problem that sufficient catalytic activity can not be obtained.

一方、コーティング法は上述したように基材にアルミナ等の多孔質物質をコーティングした後、触媒活性成分の溶液に浸漬し、多孔質物質の吸水性を利用して触媒活性成分を担持するわけであるが、この場合、吸水率が常に一定ではないため触媒活性成分の分布が不均一となり、製造するロット間によって触媒性能にバラツキが生じるという問題がある。 On the other hand, the coating method after coating a porous material such as alumina on the substrate as described above, was immersed in a solution of the catalytic active component, not carrying a catalytically active component by utilizing the water-absorbing porous material there is, in this case, the distribution of the catalytically active components for water absorption is not always constant becomes non-uniform, there is a problem that variations in catalyst performance by the lot-to-lot manufacturing. 更に工業的大量生産において、上記沈殿法や含浸法はその工程が多いため装置の種類が多くなることや、通常はバッチ式であるため連続的な製造が困難であるという問題がある。 Furthermore in the industrial mass production, the precipitation method and the impregnation method and the type of equipment for the process often increases, there is a problem that usually it is difficult to continuously manufacture because it is batchwise.

上述した液相沈殿法やコーティング法の欠点に鑑み、近年では湿式法ではなく乾式法による触媒製造が試みられている。 In view of the drawbacks of the above-mentioned liquid phase precipitation method or a coating method, the catalyst preparation has been attempted by a dry method instead of a wet process in recent years. 例えば特開平10−80636では一定の組成を持つ合金を減圧下で酸素を含む不活性ガス中でアーク放電により蒸発させ、微粒子触媒を製造する技術が開示されている。 For example the alloy having the Hei 10-80636 constant the composition is evaporated by arc discharge in an inert gas containing oxygen under reduced pressure, a technique for producing a particulate catalyst.

また特開平10−80637は、2種類の金属を酸化性ガスを含む不活性ガス雰囲気中でアーク溶解し、蒸発した金属を酸化性ガスと反応させ、それぞれの成分の酸化物の微粒子を製造する技術を開示している。 Also JP-A 10-80637, the two kinds of metal arc melting in an inert gas atmosphere containing an oxidizing gas, the evaporated metal is reacted with the oxidizing gas, to produce fine particles of oxide of each component It discloses a technique.

更に特開平2−172801は、 プラズマ溶射機に金属粉末を粉末供給管に供給して、SUS板状にプラズマ溶射して触媒とする技術を開示している。 Further JP-A 2-172801 is a metal powder into the plasma spray gun is supplied to the powder supply tube, discloses a technique for the catalyst is plasma sprayed to SUS plate.
特開平10−80636 JP-A-10-80636 特開平10−80637 JP-A-10-80637 特開平2−172801 JP-A-2-172801

しかし、これらの方法は、触媒成分である金属を蒸発させる必要があることから、金属の沸点まで温度をあげることが必要である。 However, these methods, it is necessary to evaporate the metal as a catalyst component, it is necessary to raise the temperature up to the boiling point of the metal. しかし、金属の沸点は金属毎に異なるため、 However, since the boiling point of the metal it is different for each metal,
合金触媒の組成比を目的とする組成比に制御することは容易でないという問題がある。 Controlling the composition ratio for the purpose of the composition ratio of the alloy catalyst has a problem that not easy.

また、上述した技術はいずれもバッチ処理で触媒を製造するものであり、連続的に触媒を製造することができないという問題がある。 Moreover, none of the techniques described above are intended to prepare the catalyst in a batch process, it is impossible to produce a continuous catalyst. 更に、金属の沸点まで温度を上昇する必要があり、装置材料の制限やコストが高くなるという問題がある。 Furthermore, it is necessary to raise the temperature up to the boiling point of the metal, there is a problem in that limitations and cost of the apparatus material is increased.

また、合金触媒や複合酸化物触媒を製造する場合、触媒活性成分である金属の入手は必ずしも容易でなく入手できても高価であること、合金、複合酸化物触媒の種類が限定されるという問題がある。 In the production of an alloy catalyst or the composite oxide catalyst, that availability of the metal is a catalytically active component is expensive even available not always easy, alloy, that the type of the composite oxide catalyst is limited problem there is. これに加え、従来の触媒製造装置により製造される触媒の粒径が、10μm程度であり、必ずしも十分な触媒性能が発揮されないという問題がある。 Additionally, the particle size of the catalysts prepared by the conventional catalyst manufacturing apparatus, is about 10 [mu] m, there is a problem that is always sufficient catalytic performance is not exhibited.

上記課題を解決するために、本発明は、 In order to solve the above problems, the present invention is,
(1)触媒活性成分及び/又は担体成分を含む触媒成分の微細水溶液滴を、不活性キャリアガスによって、ギガヘルツオーダのマイクロ波により形成した大気圧プラズマ空間に導入して反応させ微粒子触媒を製造することを特徴とする。 Fine aqueous droplets of the catalyst component comprising (1) a catalytically active component and / or carrier component, by an inert carrier gas, to produce the atmospheric particulate catalyst reacted by introducing into the plasma space formed by microwave gigahertz order it is characterized in.

(2)前記(1)において、不活性キャリアガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスから選ばれた1種以上であることを特徴とする。 (2) In the above (1), an inert carrier gas, characterized in that it is an argon gas, helium gas, one or more selected from nitrogen gas. ガスはプラズマの発生に寄与するとともに、微細な液滴のキャリアガスとしての役割を果たす。 With gas contributes to the generation of plasma, it acts as a carrier gas for fine droplets.

(3)(1)及び(2)において、不活性キャリアガスに酸化性ガス又は還元性ガスを含ませることを特徴とする。 (3) In (1) and (2), characterized in that the inclusion of oxidizing gas or reducing gas in an inert carrier gas. 製造される微粒子触媒を酸化する場合は、酸化性ガスとしては空気、O 2 、N 2 Oを不活性ガスに混合することを特徴とする。 When oxidizing the particulate catalyst to be produced, the oxidizing gas characterized by mixing air, O 2, N 2 O in an inert gas. また、還元する場合は、還元性ガスとして、例えばH 2 、H 2 S、NH 3 、CH 4を不活性ガスに混合することは好ましい。 In the case of reduction, the reducing gas, for example H 2, H 2 S, it is preferable to mix NH 3, CH 4 in the inert gas.

(4)(1)ないし(3)において、前記大気圧プラズマ空間を通過して得られた反応生成物である微粒子触媒を水溶液中に沈殿させ捕集することを特徴とする。 In to (4) (1) to (3), characterized in that said particulate catalyst is precipitated in the aqueous solution is a reaction product obtained through the atmospheric pressure plasma space to collect.

(5)本発明は、 触媒活性成分及び/又は担体成分を含む触媒成分の水溶液を微細な液滴にする微細水溶液滴化手段と、ギガヘルツオーダのマイクロ波により大気圧プラズマを形成する手段と、該液滴を該大気圧プラズマ空間に不活性ガスにより導入する手段と、製造した反応生成物を水溶液中に捕集する微粒子触媒捕集手段とを備えた微粒子触媒の製造装置である。 (5) The present invention includes a fine aqueous droplet forming means for the aqueous solution of the catalyst components containing the catalytically active component and / or carrier ingredients into fine droplets, and means for forming an atmospheric pressure plasma by microwaves gigahertz order, means for introducing an inert gas the droplets in the large pressure plasma space, an apparatus for manufacturing a particulate catalyst comprising a particulate catalyst collecting means for collecting the reaction product prepared in an aqueous solution.

以上、本発明によれば、従来の触媒製造法に比べ、触媒性能の優れた微粒子触媒を製造することができる。 As described above, according to the present invention, compared with the conventional catalyst preparation method, it is possible to manufacture an excellent particulate catalyst of catalytic performance.

また、連続的かつ簡単に微粒子触媒を製造できる結果、低コストで触媒を製造できる。 Furthermore, results can be produced continuously and easily particulate catalyst may produce a catalyst at a low cost. 更に、組成比が一定な合金触媒又は複合酸化物触媒を製造ロット間のばらつきなく製造できる。 Furthermore, it can be produced without variation between the composition ratio of the production lot a constant alloy catalyst or the composite oxide catalyst.

図1は本発明における触媒活性成分が溶解した溶液を微細液滴とする装置として超音波霧化器、熱分解装置として大気圧プラズマ装置、熱分解した微粒子触媒の捕集装置として微粒子触媒沈殿装置を用いた場合の微粒子触媒の製造装置の構成の一例を示したものである。 Figure 1 is an ultrasonic atomizer the solution catalytically active component is dissolved in the present invention as an apparatus for fine droplets, atmospheric pressure plasma apparatus as pyrolyzer, particulate catalyst precipitation device as a collecting device for the pyrolysis particulate catalyst It illustrates an example of a configuration of an apparatus for producing a particulate catalyst when used. なお、本発明はこれに限定されるものではない。 The present invention is not limited thereto.

一般に粒子は最小単位の一次粒子が凝集して二次粒子を形成するが、本発明において微粒子触媒とはこの二次粒子を指し、粒子径は電子顕微鏡で測定できる。 Generally the particles are primary particles of the minimum unit is aggregated to form secondary particles, the particulate catalyst in the present invention refers to the secondary particles, the particle size can be measured by an electron microscope. また一次粒子の粒子径はX線回折装置で求めることが出来る(以後この一次粒子径を結晶子径と呼ぶ)。 The particle diameter of the primary particles can be determined by X-ray diffraction apparatus (hereinafter referred to as the primary particle size and crystallite size).

不活性ガス、例えば大気圧でプラズマを発生することができるアルゴンガスをガス導入管1から導入し、流量計3により所定の流量に調整し、原料溶液用容器16に導入する。 Inert gas, argon gas capable of generating plasma, for example, atmospheric pressure is introduced from the gas introduction pipe 1, the flow meter 3 is adjusted to a predetermined flow rate, introducing the raw material solution container 16. なお、必要に応じて酸素などの酸化性ガスあるいは水素などの還元性ガスをガス導入管2から導入し、流量計4により所定の流量に調整した後、ガス混合器5により、不活性ガスと混合した後、原料溶液用容器16に導入してもよい。 Incidentally, a reducing gas such as an oxidizing gas or hydrogen, such as oxygen is introduced from gas introduction pipe 2 as necessary, after adjusting to a predetermined flow rate by the flow meter 4, a gas mixer 5, and an inert gas after mixing, it may be introduced into the raw material solution container 16.

触媒成分が溶解している原料溶液用容器16に充填された原料溶液6は、水槽内に設置された超音波霧化器7により、霧状の微細液滴8となり、不活性ガスに同伴されてプラズマ発生部14に送られる。 Raw catalyst component is filled in the raw material solution container 16 which is dissolved the solution 6, the ultrasonic atomizer 7 installed in the water tank, entrained atomized next microdroplet 8, the inert gas It is sent to the plasma generating portion 14 Te.

プラズマ発生部14に送られた微細液滴8は、ここで熱分解され微粒子触媒18となり、水で充填された微粒子トラップ容器22内に沈殿し捕集される。 Microdroplet 8 sent to the plasma generating section 14, wherein the pyrolyzed next particulate catalyst 18, is precipitated and collected in the particulate trap container 22 filled with water. 水は循環ポンプ15により微粒子トラップ容器22内を循環するような構造とすることは好適である。 Water It is preferable that such a structure that circulating in the particulate trap container 22 by the circulating pump 15. また、循環水出口19をシャワー形式にすることにより、循環水と微粒子触媒の接触効率が高まることにより微粒子触媒18の集塵効率が高めることが出来る。 Further, the circulating water outlet 19 by a shower form, it is possible to enhance dust collection efficiency of the particulate catalyst 18 by contact efficiency of the circulating water and particulate catalyst is increased. なお、プラズマによる微細液滴8の分解により、微粒子触媒以外にガス状製造物が発生するが、このガス状製造物は、水に吸収され大気中には放出されない。 Incidentally, the decomposition of microdroplets 8 by plasma, although gaseous products are generated in addition to particulate catalyst, this gaseous product is not released to be absorbed by water in the atmosphere. 微粒子触媒18は、バルブ17を開き回収し、回収後、水洗乾燥を行い製造する。 Particulate catalyst 18 is recovered by opening the valve 17 and, after collection, to produce followed by washing with water drying.

本装置を用いて連続的に微粒子触媒を製造する場合、図1に示すように原料溶液用容器 When continuously manufacturing the particulate catalyst with the device, the container raw material solution as shown in FIG. 1
16内の原料溶液6が充填されている触媒原料タンク23をポンプ24により連続的に送液し、更に微粒子トラップ容器22のバルブ17を開放したまま循環水が充填されている循環水タンク25からポンプ26により循環水を補充する。 The catalyst material tank 23 to the raw material solution 6 is filled in 16 continuously feeding by the pump 24, the circulating water tank 25, further still circulating water was opening the valve 17 of the particulate trap container 22 is filled replenishing the circulating water by a pump 26. 以上の装置及び運転方法により連続製造が可能である。 It is possible to continuously prepared by the method above apparatus and operation.

熱分解装置として大気圧プラズマ装置を用いることは、真空や減圧状態を作る必要がないことから、装置構成を大幅に簡略化することができる。 The use of the atmospheric pressure plasma apparatus as a thermal cracker, it is not necessary to make a vacuum or reduced pressure state, it is possible to greatly simplify the device configuration. また、大気圧プラズマ装置による熱分解以外に、電気加熱炉、高周波加熱炉、そしてバーナ加熱などを用いても良い。 Besides the thermal decomposition by atmospheric pressure plasma apparatus, an electric heating furnace, high-frequency heating furnace, and the like may be used burner heating.

触媒活性成分が溶解した溶液を微細液滴とする手段としては、超音波以外の噴霧装置により溶液を霧状に噴霧し微粒液滴としてよい。 As a means for the solution catalytically active component is dissolved and the fine droplets may as spraying fine droplets of the solution atomized by spray device other than ultrasound. また、加圧スプレー方式など任意に選ぶことが出来る。 In addition, it is possible to choose, such as in any pressurized spray system. また製造した微粒子触媒の捕集には上記水スプレー方式以外にも電気集塵方式やフィルター方式による捕集も可能である。 Also for collecting particulate catalyst prepared is also possible collection by electrostatic precipitation method and filter system in addition to the water spray system. この場合後段に排ガス除去装置の設置が必要である。 In this case it is necessary to install an exhaust gas removing apparatus in the subsequent stage.

触媒活性成分としては、貴金属、遷移金属、希土類、アルカリ金属、アルカリ土類など触媒活性成分として作用する金属があげられる。 The catalytically active component, a noble metal, transition metal, rare earth, alkali metal, a metal which acts as a catalyst active component such as an alkaline earth and the like. これらの金属の金属塩である硝酸塩、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩、臭化物、リン酸塩、シュウ酸塩、有機金属錯体などを溶液にして用いる。 Nitrate is these metal of the metal salt, chloride, sulfate, carbonate, sulfate, acetate, bromide, phosphate, oxalate, used in solution such as an organic metal complex. 例えばニッケルの場合、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、臭化ニッケル、ヘキサアンミンニッケル塩化物などを用いることが出来る。 For example, in the case of nickel, nickel nitrate, nickel chloride, nickel sulfate, nickel bromide, or the like can be used hexamminenickel chloride.

触媒活性成分を含む微細液滴を大気圧プラズマ発生装置に導入する手段として、キャリアガスを用いることは好適である。 As a means of introducing fine droplets containing a catalytically active component to the atmospheric pressure plasma generating apparatus, the use of the carrier gas is preferred. キャリアガスとしては不活性ガスが望ましい。 As the carrier gas inert gas is desirable. 例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム等である。 For example, argon, nitrogen, helium, or the like.

熱分解する際に触媒成分を酸化したいときは、キャリアガスに酸化性ガスを混入して用いることは好適である。 If you want to oxidizing catalyst components during pyrolysis, it is preferable to use by mixing the oxidizing gas to the carrier gas. 例えば、酸化性ガスとしては空気、O 2 、N 2 O等である。 For example, as the oxidizing gas is air, O 2, N 2 O or the like. 水蒸気だけでは十分酸化状態になりにくい触媒活性成分の場合に、これらの酸化性ガスをキャリアガスに混合することは特に有効である。 In the case of hard catalytically active ingredient becomes sufficiently oxidized state only water vapor, it is particularly effective to mix these oxidizing gases in a carrier gas.

触媒成分を還元したい場合は、還元性ガスとして、例えばH 2 、H 2 S、NH 3 、CH 4などを添加すれば良い。 If you wish to reduce the catalyst component, as a reducing gas, for example H 2, H 2 S, NH 3, CH 4 , etc. may be added. この場合水蒸気により酸化されるのを防止するか又はプラズマ内で一旦酸化もされても、還元性ガスにより直ぐに還元される。 In this case also it is also once oxidized in or plasma prevented from being oxidized by water vapor, is reduced immediately by the reducing gas.

触媒成分が2種類以上の場合、それぞれの成分が単独で存在する、又は複合化して存在するかは、プラズマ分解する際の製造条件により決まる。 When the catalyst component is 2 or more, each of the components is present alone, or whether there are complexed, determined by the production conditions at the time of plasma decomposition. 例えば金属同士が結合する合金触媒や酸化物同士が結合する複合酸化物は前者は還元性ガス、後者は酸化性ガスを使用し、プラズマ温度を調節(プラズマ電源やキャリアガスを調節)することにより可能である。 For example a composite oxide alloy catalyst or oxide between the metal are bonded to each other to bind the former reducing gas, by the latter using an oxidizing gas, to adjust the plasma temperature (adjusting the plasma power source and a carrier gas) possible it is. 勿論それぞれを単独物質で存在させることも可能である。 It is also possible to present course of singly material. 単独で存在させるか、合金又は複合酸化物にするかは触媒活性の観点から決定される。 Alone or be present, or an alloy or composite oxide is determined from the viewpoint of catalytic activity.

例えばNi溶液とAlの溶液の場合、NiOとAl 2 O 3とが存在する場合とこれらが結合して複合酸化物NiAl 2 O 4を形成する、あるいは実施例で示したようにPtとRuのように金属同士が結合してPt-Ru合金を形成させることが可能である。 For example, in the case of a solution of Ni solution and Al, NiO and Al 2 O 3 and they form a composite oxide NiAl 2 O 4 attached to the case where there is, or the Pt and Ru, as shown in Example metal each other it is possible to form a Pt-Ru alloy bonded to.

キャリアガス、酸化性ガス、還元性ガスのうちプラズマ状態になるガスを少なくとも1種以上含むことが必要であり、最も効果的なのは上記キャリアガスをプラズマ発生ガスとし、これに酸化性ガスまたは還元性ガスを混合して用いるのが良い。 Carrier gas, oxidizing gas, and the gas into a plasma state of the reducing gas is necessary to include at least one or more, most effective is the carrier gas and the plasma generating gas, an oxidizing gas or a reducing thereto good use a mixture of gases. 但し、酸化あるいは還元が不要で分解のみ行う場合は上記キャリアガスのみで良い。 However, if the oxidation or reduction performed only decomposition unnecessary or only the carrier gas.

キャリアガスとしては、プラズマが安定していることからアルゴンガスが好適である。 As the carrier gas, argon gas is preferred because the plasma is stable. また、コスト面からは窒素ガスが好適である。 Further, nitrogen gas is preferred from the cost. キャリアガスに酸化性ガスあるいは還元性ガスを混合して用いるときの濃度は、触媒原料の濃度、霧化した微細液滴の流量等を考慮し、最適な条件を選ぶことができる。 Concentration when used as a mixture oxidizing gas or reducing gas in the carrier gas, the concentration of the catalyst raw material, the flow rate, etc. of the atomized fine droplets into account, it is possible to choose the best conditions.

更に酸化性ガスや還元性ガスの代わりに、水溶性の酸化剤、還元剤を図1に示す触媒成分が入っている原料溶液用容器16に添加し、原料と同時に微細液滴として、プラズマ発生部に導入しても良い。 Further, instead of the oxidizing gas and reducing gas, water-soluble oxidizing agent, a reducing agent is added to the raw material solution container 16 that contains the catalyst components shown in FIG. 1, at the same time as fine droplets as a raw material, the plasma generating it may be introduced into the part. 酸化剤としては、例えば過酸化水素、オキソ酸(硝酸、塩素酸)等、また還元剤としてはアルコール、ギ酸、アンモニア水等である。 Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, etc. oxo acid (nitric, chloric acid), and as the reducing agent is an alcohol, formic acid, ammonia water or the like.

従来の触媒活性成分である金属をプラズマにより蒸発させ析出させる方法と、本発明とを比較した場合、本発明は、触媒活性成分を微細な液滴とすることから温度の上昇が抑えられ、結晶子径の増大を抑制できる大きな利点がある。 A method of precipitating causes the conventional metal is catalytically active component is evaporated by plasma, when comparing the present invention, the present invention is the increase in temperature is suppressed because of the catalytic active component fine droplets, crystals it has the advantage of being able to suppress an increase in the child size. 即ち、従来の金属をプラズマにより蒸発させた場合、溶融した金属同士が凝縮し、触媒活性成分の結晶子径が大きくなってしまうという問題があるが、本発明はかかる問題が少ない。 That is, when the conventional metal evaporated by the plasma, the molten metal each other condensed, there is a problem that the crystallite size of the catalytically active ingredient increases, the present invention is such a problem is small. また、液滴中の原料濃度を調整することにより、製造する微粒子触媒の一次、二次粒子径を制御することが出来る。 Further, by adjusting the raw material concentration in the droplets, the primary particulate catalyst to be produced, it is possible to control the secondary particle diameter. 例えば原料濃度を低くすることにより製造する微粒子触媒のこれらの径を小さくすることができる。 For example it is possible to reduce these diameters of particulate catalyst to produce by reducing the raw material concentration.

微細液滴をプラズマ分解する場合の液滴の粒径は、100ミクロン以下、望ましくは1ミクロン前後が好適である。 The particle size of the droplets in the case of plasma decomposition microdroplets are 100 microns or less, preferably 1 micron longitudinal is preferred. これは100ミクロン以上の液滴の場合、熱分解により製造される微粒子触媒の結晶子径がナノメートル・オーダとならないからである。 This is the case of more droplets 100 microns, since the crystallite size of the fine catalysts prepared by pyrolysis is not a nanometer-order.

熱分解により製造した微粒子触媒の捕集方法として、溶液中に微粒子触媒を沈殿する方式を用いた。 As collecting method of particulate catalyst prepared by pyrolysis, using a method of precipitating the particulate catalyst in solution. 図1に示すように製造した微粒子触媒18を循環水11中に沈殿させ、沈殿した微粒子触媒をバルブ17から取り出す方式である。 The particulate catalyst 18 prepared as shown in FIG. 1 precipitated in the circulating water 11, the precipitated particulate catalyst is a method of taking out from the valve 17. なお、溶液は、循環ポンプ15により、循環水出口19からシャワー状にスプレーされ、微粒子トラップ容器22に溜まり、循環ポンプ15により循環する。 Incidentally, the solution by the circulation pump 15, is sprayed from the circulation water outlet 19 like a shower, accumulated in the particulate trap container 22, circulated by the circulation pump 15. なお、この方式に代えて、電気集塵機あるいはろ過機等よる捕集方法を用いても良い。 Instead of this method, it may be used collecting method by the electrostatic precipitator or a filtration machine or the like.

以上説明したように触媒活性成分となる金属塩を含む溶液を微細な液滴とし、この液滴をキャリアガスと共にプラズマ状態にある反応部に導入し熱分解し、これにより製造した微粒子触媒を捕集することより、触媒活性成分の結晶子径がナノメートル・オーダで連続的に製造できることを確認した。 To a solution of fine droplets containing a metal salt comprising a catalytically active component as described above, the droplet was introduced pyrolysis reaction unit in a plasma state with a carrier gas, capturing this by particulate catalyst prepared than to focusing, the crystallite size of the catalytically active component was confirmed to be continuously produced at a nanometer-order.

(微粒子触媒の使用方法) (How to use particulate catalyst)
次に、上述した実施形態で製造した微粒子触媒の使用方法を以下に説明する。 Next, a method using a particulate catalyst prepared in the above embodiments below. 後述するように本発明により得られる微粒子触媒の結晶子径(X線回折装置から求めた粒子径)は、数十nmであり、これが凝集して数μmの微粒子(二次粒子)を形成している。 Crystallite size of particulate catalyst obtained by the present invention as described below (the particle diameter determined from the X-ray diffraction apparatus) is several tens of nm, which forms a fine particle (secondary particle) having agglomerated μm ing. 従って、噴流層反応器に用いる場合は、このままの触媒形状で使用することができる。 Accordingly, if used in the spouted bed reactor can be used in catalytic shape of the leave.

固定床反応器では、得られた微粒子触媒をプレス成型機や打錠機を用いて所望の形状にして用いれば良い。 In a fixed bed reactor, the resulting particulate catalyst with a press molding machine or a tableting machine may be used in the desired shape. また、圧力損失を減少させるとともに、粉塵等の析出を抑制することが必要な場合には、ハニカム状や板状の基材に微粒子触媒をコーティングして用いれば良い。 Further, the reducing pressure loss, when it is necessary to suppress the precipitation of dust or the like, a honeycomb or a plate-like base material may be used to coat the particulate catalyst.

この場合、ハニカム基材としてはコージェライト、アルミナ等の酸化物系やステンレス系の金属ハニカム等が好適である。 In this case, the honeycomb substrate as cordierite, oxide or stainless steel-based metal honeycomb such as alumina is preferred. 更に三次元網目構造などの基材にコーティングして使用することも可能である。 It is also possible to further use by coating a substrate, such as a three-dimensional network structure. この場合アルミナゾルの如きバインダーと微粒子触媒を混合してスラリーとし、該スラリーをハニカム基材や三次元網目構造体に浸漬してコーティングすれば良い。 In this case a mixture of such binder and particulate catalyst alumina sol to form a slurry, may be coated by immersing the slurry on the honeycomb substrate and the three-dimensional network structure.

[微粒子触媒を使用する化学反応] Chemical reaction using the particulate catalyst]
以上のように所望の構造体にした微粒子触媒を用いる化学反応について以下説明する。 It will be described below chemical reaction using a particulate catalyst in a desired structure as described above.

近年燃料電池で使用する水素を製造するための触媒として特に有効である。 It is particularly effective as a catalyst for producing hydrogen for use in recent years the fuel cell.

即ち、灯油やメタノール等の液体燃料やメタン、天然ガスなどの気体燃料を改質して水素を得るが、例えばメタンの場合、次式に示す3工程の触媒反応で水素を製造する。 That is, the liquid fuel or methane such as kerosene and methanol, but obtaining hydrogen by reforming gaseous fuel, such as natural gas, for example, in the case of methane, to produce hydrogen in a catalytic reaction of 3 steps shown in the following equation.

1)水蒸気改質反応 1) steam reforming reaction
CH 4 +2H 2 O=4H 2 +CO 2 CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2
CH 4 +H 2 O=3H 2 +CO CH 4 + H 2 O = 3H 2 + CO
2)CO転化反応 2) CO conversion reaction
CO+H 2 O=CO 2 +H 2 CO + H 2 O = CO 2 + H 2
3)CO除去反応 3) CO removing reaction
CO+1/2O 2 =CO 2 CO + 1 / 2O 2 = CO 2
上記3工程からなる反応に対して本願発明の噴霧プラズマ分解法による微粒子触媒は有効である。 Particulate catalyst by spray plasma decomposition method of the present invention to the reaction comprising the above three steps is effective. この場合、1)の水蒸気改質反応に使用する微粒子触媒としては、 触媒活性成分として、Ni、Co、Fe、及び又はPt、Ru、Rh、Pd等の貴金属元素の1種以上と触媒担体としてAl、Ti、Zr、Siからなる担体を選択することが好適である。 In this case, the particulate catalyst for use in the steam reforming reaction of 1), as catalytically active component, Ni, Co, Fe, and or Pt, Ru, Rh, as one or more catalyst carrier of the noble metal element such as Pd al, Ti, Zr, to select a carrier consisting of Si are preferred.
2)CO転化反応に使用する微粒子触媒としては、Fe、Cr、Cu、Zn、Ce、Mn及び又はPt、Ru、Rh、Pdなどの貴金属元素の1種以上含む触媒が望ましい。 2) The particulate catalyst used in the CO shift reaction, Fe, Cr, Cu, Zn, Ce, Mn and or Pt, Ru, Rh, a catalyst comprising at least one noble metal element such as Pd is preferable. また必要であれば触媒担体としてAl、Ti、Zr、Si、Ba、Mg、Laの1種以上含む触媒担体を使用しても良い。 Further, if necessary Al as a catalyst support, Ti, Zr, Si, Ba, Mg, may be used a catalyst support comprising one or more La.
3)CO選択酸化反応に使用する微粒子触媒としては、Pt、Ru、Rh、Pd、Fe、Cu、Mn、Ag、Co、Zn、Niなどの1種以上含む触媒が望ましい。 3) The particulate catalyst used in the CO selective oxidation reaction, Pt, Ru, Rh, Pd, Fe, Cu, Mn, Ag, Co, Zn, catalysts comprising one or more such as Ni is preferable.

本発明の微粒子触媒を用いる他の例として次式で示すような酸化反応あるいは燃焼反応に使用することが出来る。 It can be used in the oxidation reaction or the combustion reaction shown as another example of using the microparticle catalyst of the present invention by the following equation.

COの酸化反応;CO+1/2O 2 =CO 2 Oxidation of CO; CO + 1 / 2O 2 = CO 2
水素の燃焼反応:H 2 +1/2O 2 =H 2 O Combustion reaction of hydrogen: H 2 + 1 / 2O 2 = H 2 O
アルコールの燃焼反応:CH 3 OH+3/2O 2 =CO 2 +2H 2 O Alcohol combustion reaction: CH 3 OH + 3 / 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
炭化水素の燃焼反応:CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O Combustion reaction of a hydrocarbon: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
これらの反応に対して本発明の微粒子触媒としてPt、Pdなどの貴金属またはFe、Ni、Co、Mn等の遷移元素の1種以上の活性成分とアルミナ又はチタニア、シリカなどを担体として用いることが望ましい。 It is used Pt as fine particles catalyst of the present invention to these reactions, noble metal or Fe such as Pd, Ni, Co, 1 or more active ingredients and alumina or titania transition elements such as Mn, silica or the like as a carrier desirable.

本発明の触媒を還元反応に適用することも出来る。 It is also possible to apply the catalyst of the present invention to a reduction reaction. 例えば次式で示すNOのN 2 への還元反応にも有効である。 For example it is effective in reduction of NO to N 2 indicated by the following equation.

2NO+2NH 3 +1/2O 2 =N 2 +3H 2 O 2NO + 2NH 3 + 1 / 2O 2 = N 2 + 3H 2 O
還元反応に対する微粒子触媒の成分としては、各種の貴金属、Mo、V、Wなどの多価金属をアルミナ、チタニア、ジルコニアなどの担体に担持した触媒が望ましい。 The components of the particulate catalyst to a reduction reaction, various noble metals, Mo, V, polyvalent metal alumina such as W, titania, catalyst supported on a carrier such as zirconia desirable.
以上の反応以外に分解反応例えばフロンやダイオキシン等の塩素化合物を含む環境汚染物質の分解反応、更に水素化反応、脱水素反応、メタン化反応等にも適用出来る。 More decomposition of environmental contaminants including chlorine compounds of the decomposition reaction for example freon and dioxins in addition reaction, further hydrogenation reaction, the dehydrogenation reaction, can also be applied to a methanation reaction and the like.

図1に示した大気圧プラズマ分解装置を用いて触媒微粒子を製造し、その性能を調べた結果を以下に示す。 Using an atmospheric pressure plasma decomposition apparatus shown in FIG. 1 to produce fine catalyst particles, show the results of examining the performance as follows. 尚、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the following examples.
(第1実施例) (First Embodiment)
第1実施例は、熱分解に大気圧プラズマを用いて、メタン( CH 4 )の水蒸気改質触媒を製造した。 The first embodiment uses the atmospheric pressure plasma pyrolysis, to produce a steam reforming catalyst of methane (CH 4). 触媒活性成分として硝酸ニッケルNi(NO 3 ) 2 ・6H 2 Oを0.47gと、硝酸アルミニウムAl(NO 3 ) 2 ・9H 2 Oとを1.77gの水100ccに溶解し、十分混合した後、図1に示す原料溶液用容器6に入れた。 And 0.47g of nickel nitrate Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O as a catalyst active ingredient is dissolved and aluminum nitrate Al (NO 3) 2 · 9H 2 O in water 100cc of 1.77 g, was thoroughly mixed, Figure It was placed in a raw material solution container 6 shown in 1. 次いでガス導入管1からアルゴンガスを流量計3で5リッター/分に設定して系内に導入した。 Then introduced into the system by setting the gas inlet pipe 1 to 5 liter / min of argon gas at a flow rate meter 3.

大気圧プラズマ装置の電源を投入し(アリオス社製大気圧プラズマ装置、マイクロ波出力約1kW、2.5GHz)アルゴンプラズマを発生させた。 Power on atmospheric pressure plasma apparatus (Arios Co. atmospheric pressure plasma apparatus, a microwave output of about 1 kW, 2.5 GHz) was generated argon plasma. 次いで循環ポンプ15の電源を入れ、微粒子トラップ内に水をシャワー方式で滴下するようにした。 Then turn on the circulating pump 15 and the water in the particulate trap to be dropped in the shower system. 最後に超音波霧化器7(周波数2.4MHz、(株)テックジャム製UD-200)の電源を投入し、触媒成分が溶解した溶液を微細液滴とした。 Finally ultrasonic atomizer 7 (frequency 2.4 MHz, (Ltd.) Tech jam manufactured UD-200) Power on, a solution catalyst component is dissolved and the fine droplets. 1時間、大気圧プラズマにより熱分解する。 1 hour, heat decomposed by atmospheric pressure plasma. 分解終了後、微粒子トラップ容器22内に捕集された微粒子触媒をバルブ17を開いて採取し、ろ過、乾燥してNi-Alから成る完成触媒0.5gを得た。 After decomposition is complete, the particulate catalyst which is collected in the particulate trap vessel 22 was collected by opening the valve 17, filtered and dried to give a finished catalyst 0.5g consisting Ni-Al.

このようにして製造した微粒子触媒の電子顕微鏡写真を図2に示した。 Thus an electron micrograph of particulate catalyst, prepared as shown in FIG. 尚、後述する従来の含浸法で製造した比較例1の触媒についても示した。 Incidentally, also shown for a conventional catalyst of Comparative Example 1 was prepared by an impregnation method to be described later. 本結果から明らかなように第1実施例の触媒の粒子径(二次粒子)は5μm以下であるのに対し、比較例1の触媒粒子径は数十μmであることがわかる。 As it is clear from these results the particle size of the catalyst of the first embodiment (secondary particles) Whereas it is 5μm or less, it can be seen that the catalyst particle size of Comparative Example 1 is several tens [mu] m.

(第2実施例) (Second Embodiment)
第2実施例では第1実施例と同様、メタンの水蒸気改質触媒を製造したが、キャリアガスとしてアルゴンに加え、酸化ガスである酸素をこれに混合した。 As with the Second Embodiment In the first embodiment, it was produced methane steam reforming catalyst, in addition to argon as a carrier gas, was mixed with oxygen as an oxidizing gas thereto. ガス導入管1からアルゴンガス、ガス導入管2から酸素ガスを導入し、第1実施例と同様にしてNi-Alから成る微粒子触媒を得た。 Argon gas from the gas introducing pipe 1, oxygen gas was introduced from the gas introduction pipe 2, to obtain a particulate catalyst consisting of Ni-Al in the same manner as in the first embodiment. 尚、酸素濃度は10%とした。 The oxygen concentration was 10%.

(比較例1) (Comparative Example 1)
比較例として従来の含浸触媒を製造した。 It was prepared conventional impregnated catalyst as a comparative example. Ni(NO 3 ) 2・6H 2 Oの20gを水20ccに溶解した。 Ni a (NO 3) 2 · 6H 2 O in 20g was dissolved in water 20 cc. この溶液2.7ccを十分乾燥したアルミナ粉末3gに含浸し、一晩放置した後150℃の乾燥器中で乾燥した。 The solution 2.7cc was impregnated sufficiently dried alumina powder 3g, and dried in a dryer at 0.99 ° C. After standing overnight. 次いで700℃の電気炉中で2時間焼成し完成触媒を得た。 Then was obtained 2 hours calcined finished catalyst in an electric furnace at 700 ° C..

第1実施例、第2実施例と比較例1で調製した微粒子触媒について、代表的な反応例としてメタンの水蒸気改質反応に対する性能評価を行った。 First embodiment, the particulate catalyst prepared in Comparative Example 1 and the second embodiment, the performance was evaluated for typical methane steam reforming reaction as the reaction examples. メタンの水蒸気改質反応は次式で示される。 Steam reforming reaction of methane is represented by the following formula.

CH 4 +2H 2 O=4H 2 +CO 2 CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2
この反応について一定温度におけるメタンの転化率を求め、触媒活性の指標とした。 Calculated methane conversion rate at a given temperature for the reaction, was used as an index of catalytic activity. 転化率は一定温度において、反応管入口・出口のメタン濃度を測定し、以下の式から転化率を求めた。 In conversion constant temperature, the methane concentration of the reaction tube inlet and outlet was measured to determine the conversion rate from the following equation.

転化率=(反応管入口CH 4 量−反応管出口CH 4 量)/反応管入口CH 4 量 反応装置は通常の固定床式常圧流通反応装置を用いて行った。 Conversion = (reaction tube inlet CH 4 amount - the reaction tube outlet CH 4 amount) / reaction tube inlet CH 4 amount reactor was carried out using a conventional fixed bed atmospheric pressure flowing reactor. 図3に装置図を示す。 It shows a device diagram in FIG.

先ず、本発明からなる微粒子触媒あるいは比較例1の含浸触媒70mgを直径6mmの石英製反応管40に充填し、熱電対37を反応管の外壁に固定し、電気炉39にセットした。 First, the impregnated catalyst 70mg of particulate catalyst or Comparative Example 1 consisting of the present invention was packed in a quartz reaction tube 40 having a diameter of 6 mm, the thermocouple 37 is fixed to the outer wall of the reaction tube was set in an electric furnace 39. 窒素ガス30を流しながら600℃に昇温し、次いで水素ガス29を1時間導入して触媒を還元した。 Temperature to 600 ° C. under a stream of nitrogen gas 30 was raised, and then reducing the catalyst with hydrogen gas 29 is introduced for one hour. 還元後、反応ガスであるメタンボンベ27及び窒素ボンベ28をメタン濃度10%、 流量70ml/minになるよう流量調整する。 After the reduction, the Metanbonbe 27 and nitrogen cylinder 28 which is a reaction gas methane concentration of 10% to the flow rate adjusted to a flow rate 70 ml / min. このガスをマントルヒーター34で60℃に加温されている水35にバブリングすることにより水蒸気を触媒36に導入した。 The gas was introduced steam to the catalyst 36 by bubbling in the water 35 which is heated to 60 ° C. with a mantle heater 34. 反応後のガスを水トラップ器41で水分を除いた後、ガスクロマトグラフィー42で分析し、製造した水素、一酸化炭素の量及びメタンの入口、出口量からメタン転化率を求め、触媒活性の評価を行った。 After the gas after the reaction to remove water with water trap 41, and analyzed by gas chromatography 42, hydrogen was produced, the quantity and the methane carbon monoxide inlet, determine the methane conversion rate from the outlet amount of the catalyst activity evaluation was carried out.

表1にその結果を示す。 Table 1 shows the results. 尚、反応温度は500℃、600℃である。 The reaction temperature is 500 ° C., is 600 ° C.. 表1はメタン転化率が大きい程触媒活性は優れていること示している。 Table 1 shows that superior catalytic activity as methane conversion rate is high. また、平衡到達率とは、熱力学データーからメタン転化率を理論的に求めた値に対する実験値の割合を示し、これが1であれば理論値に達していることを示す。 Moreover, the equilibrium arrival rate represents a ratio of the experimental values ​​of methane conversion rate from thermodynamic data for the theoretical value obtained indicates that it has reached the theoretical value if 1.

表1に示すように、第1実施例、第2実施例の触媒は、比較例1の触媒に比べ、メタン転化率は高く且つ平衡到達率は1に近いことが分かる。 As shown in Table 1, the first embodiment, the catalyst of the second embodiment, compared with the catalyst of Comparative Example 1, the methane conversion rate is high and the equilibrium arrival rate is seen to be close to 1. この結果、本発明の触媒は従来触媒に比べ高活性を示すことは明らかとなった。 As a result, the catalyst of the present invention was found to exhibit high activity compared with conventional catalysts.
(第3実施例) (Third Embodiment)
第2実施例で調製した微粒子触媒を用いて、一酸化炭素(CO)転化反応を行った場合の適用例を以下に説明する。 Using a particulate catalyst prepared in the second embodiment will be described an application example in the case of performing carbon monoxide (CO) conversion reaction below. CO転化反応は次式で示すように一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素にする反応である。 CO conversion reaction is a reaction which carbon monoxide is reacted with steam as shown in the following formula to hydrogen and carbon dioxide.

CO+H 2 O=CO 2 +H 2 CO + H 2 O = CO 2 + H 2
第3実施例に用いた装置は、第1実施例及び第2実施例で用いた図3の装置と同じであり、ガス種をCOにした以外は基本的に同様である。 Apparatus used in the third embodiment is the same device of Figure 3 used in the first and second embodiments, except that the gas species CO is basically the same. 性能評価はCOの転化率で示した。 Performance evaluation was shown by the conversion of CO. 即ち、一定温度におけるCOの転化率を求め、触媒活性の指標とした。 That is, determine the conversion of CO at a constant temperature, was used as an index of catalytic activity. 転化率は一定温度において、反応管入口・出口のCO量を測定し、以下の式から転化率を求めた。 In conversion constant temperature, the amount of CO in the reaction tube inlet and outlet was measured to determine the conversion rate from the following equation.

転化率=(反応管入口CO量―反応管出口CO量)/反応管入口CO量 反応ガスは15%一酸化炭素-窒素混合ガスを70ml/minで50℃に加温してある水にバブリングして水蒸気を反応器に導入した。 Conversion = bubbling nitrogen mixed gas into water are warmed to 50 ° C. In 70 ml / min - (reactor inlet CO content - the reaction tube exit CO amount) / reaction tube inlet CO content reaction gas 15% carbon monoxide It was introduced into the reactor water vapor and. 尚、反応温度は350℃、400℃とした。 The reaction temperature is 350 ° C., was 400 ° C.. その結果、反応後のガス組成は350℃で一酸化炭素5.3%、400℃で1.2%でありCO転化率はそれぞれ65%、92%であった。 As a result, carbon monoxide 5.3% at 350 ° C. The gas composition after the reaction, was 1.2% at 400 ° C. CO conversion was 65%, respectively, was 92%. また製造物である水素、二酸化炭素を確認した。 Hydrogen is a product, was confirmed carbon dioxide.
このように大気圧プラズマにより製造した微粒子触媒は、CO転化反応においても高活性を示すことが明らかとなった。 Thus particulate catalyst prepared by the atmospheric pressure plasma, was found to exhibit high activity in CO conversion reaction.

一般に触媒活性成分としての金属は、その粒子径が小さいほど高分散され、活性は優れていることが知られている。 Generally, metals as catalytically active components, as the particle diameter is smaller is highly dispersed, activity is known to be excellent. 従って触媒としての性能を向上させるためには、如何に触媒活性成分である金属の粒子径を小さくし、高分散させるかがポイントである。 To improve the performance of the catalyst thus, how to reduce the particle size of the metal is a catalytically active component, a or to highly dispersed points. かかる観点から、以下に本発明による微粒子触媒の製造方法が、微粒子触媒を調整する上で優れているかを以下に示す。 From this point of view, the production method of the particulate catalyst according to the present invention are shown below, but the one shown below is excellent in adjusting the particulate catalyst.

(第4実施例) (Fourth Embodiment)
第4実施例では酸化触媒や燃焼触媒としてよく用いられる貴金属系触媒の一つである白金触媒について、図1に示した大気圧プラズマによる熱分解で微粒子触媒を製造した。 For platinum catalyst is one of noble metal catalysts often used as an oxidation catalyst and combustion catalyst in the fourth embodiment was prepared particulate catalyst in thermal decomposition by atmospheric pressure plasma as shown in FIG. 白金(Pt)を5%含むテトラアンミン白金ジクロライド([Pt(NH 3 ) 4 ]Cl 2 )を溶液に溶解し、この溶液を微細液滴とし、これを大気圧プラズマにより熱分解し白金微粒子触媒を製造した。 Tetraammineplatinum dichloride containing 5% platinum (Pt) and ([Pt (NH 3) 4 ] Cl 2) was dissolved in a solution, the solution was fine droplets, platinum particulate catalyst is thermally decomposed by atmospheric pressure plasma this It was produced.
第4実施例で得た白金微粒子触媒の結晶構造を、粉末X線回折装置で測定した。 The crystal structure of platinum particulate catalyst obtained in the fourth embodiment was measured by powder X-ray diffractometer. 図4はその結果を示したものである。 Figure 4 shows the results. この結果から、白金は金属状であり、その結晶子径をSherrerの式を用いて算出した結果24.7nmであった。 This result, platinum is a metal-like, was 24.7nm result was calculated using the formula of Sherrer the crystallite size. 第4実施例からナノサイズの結晶子径を持つ白金微粒子が製造できることが確認された。 That platinum particles having the crystallite size of the nano-sized from the fourth embodiment can be manufactured was confirmed.

(比較例2 ) (Comparative Example 2)
従来技術である、白金溶液を高温に加熱し水分を蒸発させて白金触媒を製造する方法で製造し、実施例触媒と比較した。 Is a prior art, the platinum solution was evaporated moisture is heated to a high temperature produced by the process for manufacturing a platinum catalyst, was compared to Example catalyst. 第4実施例で用いたテトラアンミン白金ジクロライド([Pt(NH 3 ) 4 ]Cl 2 )溶液を、120℃の乾燥機中で蒸発乾固した後、600℃で焼成した。 After the fourth tetraamine platinum dichloride used in Example ([Pt (NH 3) 4 ] Cl 2) solution, and evaporated to dryness in a 120 ° C. oven and calcined at 600 ° C.. この試料をX線回折装置で測定した結果、結晶構造は金属状白金であり第4実施例と同じであったが、その結晶子径を求めた結果43.8nmであった。 Results The sample was measured by X-ray diffractometer, the crystal structure was the same as the fourth embodiment is a metal like platinum, was the result 43.8nm obtained the crystallite size.

第4実施例及び比較例2で製造した白金の結晶子径を比較すると、本発明からなる第4実施例により製造された白金触媒は、従来の熱分解法で作製した比較例2の白金に比べその結晶子径は著しく小さいことが明らかとなった。 Comparing the crystallite size of the platinum produced in the fourth embodiment and the comparative example 2, a platinum catalyst produced by the fourth embodiment composed of the invention, the platinum of Comparative Example 2 was produced by the conventional thermal decomposition method crystallite size was found to be significantly less than that.

(第5実施例) (Fifth Embodiment)
第5実施例は、白金とルテニウム(Ru)の2種類の成分を含む触媒活性成分を、図1に示す大気圧プラズマ法により熱分解し、微粒子触媒を製造した。 The fifth embodiment is a catalytic active ingredient comprising two components of platinum and ruthenium (Ru), it is thermally decomposed by an atmospheric pressure plasma method illustrated in FIG. 1 were produced particulate catalyst. 先ず、白金を15%含む塩化白金酸(H 2 PtCl 6 )溶液と8.5%塩化ルテニウム(RuCl 2 )溶液を1:1で混合した。 First, platinum 15% containing chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6) solution and 8.5% ruthenium chloride (RuCl 2) solution was mixed 1: 1. また、本実施例では還元ガスとして水素ガスを用い、キャリアガスであるアルゴンガスに混合した。 Moreover, the use of hydrogen gas as a reducing gas in this example was mixed into argon gas as a carrier gas.

図1に示すガス導入管1からアルゴンガスを、ガス導入管2からの水素ガス(濃度5%)、を導入し、これらが混合したガスを、触媒成分が溶解している溶液が入っている原料溶液用容器16に導入した。 Argon gas from the gas inlet pipe 1 shown in FIG. 1, the hydrogen gas from the gas inlet pipe 2 (concentration 5%), was introduced and these are mixed gas, filled with a solution of the catalyst component is dissolved It was introduced into the raw material solution container 16.

第1実施例と同様にして、白金とルテニウムの合金微粒子を得た。 In the same manner as in the first embodiment, to obtain an alloy fine particles of platinum and ruthenium. 図5は製造された合金微粒子触媒粉末の結晶構造をX線回折装置で調べた結果を示す。 Figure 5 shows the results of the crystal structure of the alloy particulate catalyst powder produced was examined by X-ray diffraction apparatus. ルテニウムやルテニウム酸化物のピークはいずれも認められず、白金(III)の回折ピークが標準ピークに比べ0.86°高角度側へシフトしていることが確認された。 Peak of ruthenium and ruthenium oxide are all not observed, it was confirmed that the diffraction peak of the platinum (III) is shifted to the 0.86 ° high-angle side compared to the standard peak. これは白金とルテニウムが合金化していることを示している。 This indicates that platinum and ruthenium are alloyed. また、Sherrerの式を用いて算出した白金の結晶子径は、還元ガスとして水素を用いた場合29.7nmであった。 Further, the crystallite size of the platinum which was calculated using the formula of Sherrer was 29.7nm When hydrogen is used as reducing gas.

第5実施例で明らかなように、白金とルテニウムは単に混合しているのではなく合金を形成していることが分かった。 As is apparent in the fifth embodiment, it was found that the platinum and ruthenium forms a instead of simply being mixed alloys. 従って、本発明によれば微粒子合金触媒を容易に製造できることが分かった。 Therefore, it was found that it is possible to easily manufacture the particulate alloy catalyst according to the present invention.

(第6実施例) (Sixth Embodiment)
第6実施例では白金とルテニウムの2種類の触媒活性成分を溶解した溶液を、微細液滴とし、これをプラズマにより熱分解し微粒子触媒を製造したが、その際、還元剤としてメタノールを用いた。 The solution in the sixth embodiment obtained by dissolving two catalytically active components of platinum and ruthenium, and fine droplets, but which were produced particulate catalyst is thermally decomposed by the plasma, in which methanol is used as the reducing agent . その他は第4実施例と同様である。 Others are the same as in the fourth embodiment.

還元剤であるメタノールは予め白金とルテニウムの混合溶液に添加しておき、超音波により微細液滴とし、大気圧プラズマにより熱分解し製造した。 A reducing agent methanol possible to add to a mixed solution of pre-platinum and ruthenium, and fine droplets by ultrasound, it was prepared by thermal decomposition by atmospheric pressure plasma. 図6は製造した微粒子触媒の粉末をX線回折装置で測定した結果を示したものである。 6 shows the results of a powder of particulate catalyst prepared was measured by X-ray diffraction apparatus.

第5実施例と同様にルテニウムやルテニウム酸化物のピークはいずれも認められず、白金(III)のピークは標準ピークに比べ0.46°高角度側シフトしており合金化していることが分かった。 Peak of the fifth embodiment as well as ruthenium or ruthenium oxide is neither observed, the peak of platinum (III) was found to be alloyed has 0.46 ° high-angle side shift than the standard peak. また、Sherrerの式を用いて算出した白金の結晶子径は23.0nmであり、水素を還元剤として使った第4実施例に比べ更に微粒子である合金触媒が得られた。 Further, the crystallite size of the platinum which was calculated using the formula of Sherrer is 23.0 nm, the alloy catalyst was obtained a further fine compared with the fourth embodiment using hydrogen as a reducing agent.

本発明にかかる微粒子触媒、合金微粒子触媒の製造方法及びその装置により製造させる微粒子触媒を用いれば、アルコール、メタン、灯油等の炭化水素燃料を効率的に水蒸気改質し、水素を製造することができる。 Particulate catalyst according to the present invention, by using the particulate catalysts that produced by the method and apparatus of the alloy particulate catalyst, alcohol, methane, hydrocarbon fuels efficiently steam reforming, such as kerosene, is possible to produce hydrogen it can. また、一酸化炭素と水蒸気とを反応させ水素を製造する改質触媒として用いることができる。 It can also be used as a reforming catalyst for producing hydrogen by reacting carbon monoxide and water vapor.

本発明の一実施の形態である微粒子触媒製造装置のブロック図である。 It is a block diagram of a particulate catalyst production apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明からなる微粒子触媒の電子顕微鏡写真である。 It is an electron micrograph of particulate catalyst composed of the invention. 触媒の活性評価装置のブロック図である。 It is a block diagram of an active evaluation device of the catalyst. 白金触媒の粉末のX線回折図である。 It is an X-ray diffraction diagram of powders of platinum catalyst. 還元ガスとして水素ガスをアルゴンガスに混合し製造した白金−ルテニウム合金触媒の粉末のX線回折図である。 Platinum hydrogen gas as the reducing gas produced by mixing the argon gas - an X-ray diffraction pattern of powder of ruthenium alloy catalyst. 還元剤としてメタノールを用いて製造した白金−ルテニウム合金触媒の粉末のX線回折図である。 Platinum was prepared using methanol as the reducing agent - an X-ray diffraction pattern of powder of ruthenium alloy catalyst.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、2 ガス導入管 1, 2 gas inlet tube
3、4 流量計 3, 4 flow meter
5 ガス混合器 5 gas mixer
6 原料溶液 6 raw material solution
7 超音波霧化器 7 Ultrasonic atomizer
8 微細液滴 8 fine droplets
9 石英製反応管 9 quartz reaction tube
10 ガス出口 10 gas outlet
11 循環水 11 circulating water
12、13 電極 12, 13 electrode
14 プラズマ発生部 14 plasma generating unit
15 循環ポンプ 15 circulation pump
16 原料溶液用容器 16 raw material solution for container
17 バルブ 17 valve
18 微粒子触媒 18 particulate catalyst
19 循環水出口 19 circulating water outlet
20 プラズマ発生器 20 plasma generator
21 水槽 21 water tank
22 微粒子トラップ容器 22 particulate trap container
23 触媒原料タンク 23 catalyst raw material tank
24、26 ポンプ 24, 26 pump
25 循環水タンク 25 circulating water tank
27、28、29、30 ガスボンベ 27, 28, 29 and 30 gas cylinders
31,32,33 マスフローコントローラー 31, 32, and 33 mass flow controller
34 マントルヒーター 34 mantle heater
35 水 35 water
36 触媒 36 catalyst
37 熱電対 37 Thermocouple
38 温度調節器 38 Temperature Controller
39 電気炉 39 electric furnace
40 石英製反応管 40 quartz reaction tube
41 水トラップ器 41 water trap device
42 ガスクロマトグラフィー 42 Gas Chromatography
43 排ガス 43 exhaust gas

Claims (5)

  1. 触媒活性成分及び/又は担体成分を含む触媒成分の微細水溶液滴を、不活性キャリアガスによって、ギガヘルツオーダのマイクロ波により形成した大気圧プラズマ空間に導入して反応させることを特徴とする微粒子触媒の製造方法。 Fine aqueous droplets of the catalyst component containing the catalytically active component and / or carrier component, by an inert carrier gas, the particulate catalyst which comprises reacting by introducing the atmospheric pressure plasma space formed by microwave gigahertz order Production method.
  2. 請求項1において、不活性キャリアガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスから選ばれた1種以上であることを特徴とする微粒子触媒の製造方法。 In claim 1, the inert carrier gas The method of manufacturing a particulate catalyst, characterized in that it is an argon gas, helium gas, one or more selected from nitrogen gas.
  3. 請求項1及び2において、不活性キャリアガスに酸化性ガス又は還元性ガスを含ませることを特徴とする微粒子触媒の製造方法。 In claims 1 and 2, the manufacturing method of the particulate catalyst characterized by the inclusion of oxidizing gas or reducing gas in an inert carrier gas.
  4. 請求項1ないし3において、前記大気圧プラズマ空間を通過して得られた反応生成物を水溶液中に沈殿捕集することを特徴とする微粒子触媒の製造方法。 In claims 1 to 3, the manufacturing method of the particulate catalyst, which comprises precipitating collecting the resulting reaction product through said atmospheric pressure plasma space in an aqueous solution.
  5. 触媒活性成分及び/又は担体成分を含む触媒成分の水溶液を微細な液滴にする微細水溶液滴化手段と、 A fine solution droplet forming means for an aqueous solution of fine droplets of the catalyst component containing the catalytically active component and / or carrier component,
    ギガヘルツオーダのマイクロ波により大気圧プラズマを形成する手段と、 It means for forming an atmospheric pressure plasma by microwaves gigahertz order,
    該液滴を該大気圧プラズマ空間に不活性ガスにより導入する手段と、 It means for introducing an inert gas the droplets in the large pressure plasma space,
    製造した反応生成物を水溶液中に捕集する微粒子触媒捕集手段とを備えたことを特徴とする微粒子触媒の製造装置。 Apparatus for producing a particulate catalyst which is characterized in that a particulate catalyst collecting means for collecting the reaction product prepared in an aqueous solution.
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