JP7511427B2 - Electrode catalyst manufacturing system and manufacturing method - Google Patents

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本発明は、電極用触媒の製造システムおよび製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing system and method for electrode catalysts.

いわゆる固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:以下、必要に応じて「PEFC」という)は、作動温度が室温から80℃程度である。また、PEFCは、燃料電池本体を構成する部材に安価な汎用プラスチック等を採用することができるので、軽量化が可能となる。さらに、PEFCは、固体高分子電解質膜の薄膜化が可能であり、電気抵抗を小さくすることができ、発電ロスを比較的容易に少なくすることができる。このようにPEFCは、多くの利点を有しているので、燃料電池自動車、家庭用コジェネレーションシステム等への応用が可能となっている。 So-called solid polymer electrolyte fuel cells (hereinafter referred to as "PEFC" as necessary) have an operating temperature of about room temperature to 80°C. In addition, PEFCs can be made lightweight because inexpensive general-purpose plastics can be used for the components that make up the fuel cell body. Furthermore, PEFCs can have a thin solid polymer electrolyte membrane, which reduces electrical resistance and makes it relatively easy to reduce power generation losses. As such, PEFCs have many advantages, making them suitable for use in fuel cell vehicles, home cogeneration systems, and the like.

PEFC用の電極用触媒としては、例えば担体であるカーボンに電極用触媒成分である白金(Pt)又は白金(Pt)合金が担持された電極用触媒が知られている。こうした電極用触媒を燃料電池用の電極用触媒として使用する場合、電極用触媒に、その原料に由来する不純物やその製造設備から混入する不純物の含有量が多いと、十分な触媒活性を得ることができなかったり、触媒層の腐食が発生し、燃料電池の寿命が短縮してしまったりする。そのため、電極用触媒の不純物の含有量、特に塩素含有量を低く抑えることが好ましい。ここで、不純物としては、ハロゲンに属する化学種(イオンやその塩など)、有機物(有機酸、その塩、有機酸の縮合物)などが挙げられる。 As an electrode catalyst for PEFC, for example, an electrode catalyst in which platinum (Pt) or a platinum (Pt) alloy is supported on a carbon carrier is known. When using such an electrode catalyst as an electrode catalyst for a fuel cell, if the electrode catalyst contains a large amount of impurities derived from the raw materials or impurities mixed in from the manufacturing equipment, sufficient catalytic activity cannot be obtained, the catalyst layer may corrode, and the life of the fuel cell may be shortened. For this reason, it is preferable to keep the impurity content of the electrode catalyst, especially the chlorine content, low. Here, examples of impurities include chemical species belonging to halogens (ions and their salts, etc.), organic substances (organic acids, their salts, condensates of organic acids), etc.

こうした理由から、電極用触媒の原料である電極用触媒前駆体の製造後に、塩素を除去する工程が行われる場合があり、その場合は、洗浄工程後の電極用触媒前駆体を乾燥する工程が行われる。例えば、特許文献1および2には、洗浄後の乾燥方法に関して、棚式乾燥機、回転乾燥機、気流乾燥機、噴霧乾燥機 撹拌乾燥機、凍結乾燥機などを使用することができると記載されている。 For these reasons, a process for removing chlorine may be carried out after the production of the electrode catalyst precursor, which is the raw material for the electrode catalyst. In such cases, a process for drying the electrode catalyst precursor after the washing process is carried out. For example, Patent Documents 1 and 2 state that a shelf dryer, rotary dryer, flash dryer, spray dryer, stirring dryer, freeze dryer, etc. can be used as a drying method after washing.

特開2013-158674号公報JP 2013-158674 A 特開2014-42910号公報JP 2014-42910 A

例えば、棚式乾燥機を用いて電極用触媒前駆体を乾燥する場合は、乾燥を効率的に行うために、湿った電極用触媒前駆体の塊を細かく解砕してから棚式乾燥機に入れて乾燥し、乾燥後も、乾燥した電極用触媒前駆体の塊を細かく粉砕する工程が行われることがあった。この従来の電極用触媒前駆体の乾燥方法では、洗浄後の湿った電極用触媒前駆体を解砕する専用の解砕機と、乾燥させた電極用触媒前駆体を粉砕するハンマーミルとを必要とし、解砕機から乾燥機、乾燥機からハンマーミルへと、電極用触媒前駆体を移すための作業が必要とされていた。しかし電極用触媒前駆体を構成する白金は高い活性を有し、急激に空気中の酸素に触れると燃焼する恐れがあるため、慎重な作業が要求されていた。また棚式乾燥機で電極用触媒前駆体を乾燥する方法では、電極用触媒前駆体を静置して輻射伝熱により乾燥する方式のため乾燥速度が遅く長時間を費やしてしまうという問題もあった。特許文献1および2では、燃料電池用触媒の乾燥に撹拌乾燥機を用いることができることが記載されているが、撹拌乾燥機の具体的構成、運転条件の記載はない。 For example, when drying the electrode catalyst precursor using a shelf dryer, in order to perform drying efficiently, the wet electrode catalyst precursor lumps are crushed into small pieces and then placed in the shelf dryer for drying, and even after drying, a process of crushing the dried electrode catalyst precursor lumps into small pieces is sometimes performed. This conventional method of drying the electrode catalyst precursor requires a dedicated crusher for crushing the wet electrode catalyst precursor after washing and a hammer mill for crushing the dried electrode catalyst precursor, and the electrode catalyst precursor needs to be transferred from the crusher to the dryer and from the dryer to the hammer mill. However, platinum, which constitutes the electrode catalyst precursor, has high activity and may burn if it suddenly comes into contact with oxygen in the air, so careful work is required. In addition, the method of drying the electrode catalyst precursor using a shelf dryer has the problem that the drying speed is slow and takes a long time because the electrode catalyst precursor is left stationary and dried by radiant heat transfer. Patent documents 1 and 2 describe that an agitator dryer can be used to dry the fuel cell catalyst, but do not describe the specific configuration or operating conditions of the agitator dryer.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、作業者による電極用触媒前駆体を移すための作業をなくし、且つ、電極用触媒前駆体の乾燥時間を短縮することで、電極用触媒を製造するための手間と時間を大幅に低減することができる電極用触媒の製造システムおよび製造方法を提供する。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and provides a manufacturing system and manufacturing method for electrode catalysts that can significantly reduce the effort and time required to manufacture electrode catalysts by eliminating the need for workers to transfer electrode catalyst precursors and shortening the drying time of the electrode catalyst precursors.

本発明はかかる課題を解決するため、
電極用触媒の原料である電極用触媒前駆体を製造する電極用触媒前駆体製造装置と、
前記電極用触媒前駆体を洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置により洗浄された前記電極用触媒前駆体を、不連続な傾斜パドル翼を有する攪拌羽根を備えた攪拌処理装置により乾燥する乾燥装置とを有する、電極用触媒を製造するための製造システムであって、
前記乾燥装置は、
前記電極用触媒前駆体を前記攪拌処理装置の容器本体に導入する導入工程と、
前記容器本体を加熱すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を乾燥させる乾燥工程と、
前記容器本体を冷却すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を冷却させる冷却工程と、
前記容器本体内に空気を供給し、前記電極用触媒前駆体を徐酸化処理する徐酸化工程と、
前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を取り出す取出し工程とを実行する手段を備える電極用触媒の製造システムを提供する。
In order to solve such problems, the present invention provides:
an electrode catalyst precursor manufacturing apparatus for manufacturing an electrode catalyst precursor, which is a raw material for an electrode catalyst;
a cleaning device for cleaning the electrode catalyst precursor;
a drying device that dries the electrode catalyst precursor washed by the washing device using an agitation treatment device equipped with an agitation blade having discontinuous inclined paddle blades,
The drying device is
an introduction step of introducing the electrode catalyst precursor into a vessel body of the stirring treatment device;
a drying step of heating the container body while reducing the pressure, and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade, thereby drying the electrode catalyst precursor;
a cooling step of cooling the electrode catalyst precursor by cooling and reducing the pressure of the container body and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade;
a gradual oxidation step of supplying air into the container body and subjecting the electrode catalyst precursor to a gradual oxidation treatment;
and a removal step of removing the electrode catalyst precursor from the container body.

前記電極用触媒の製造システムは、
前記攪拌羽根は、駆動装置により回転することで当該攪拌羽根を回転させる回転主軸と、前記容器本体内で前記電極用触媒前駆体を攪拌混合する前記傾斜パドル翼と、前記回転主軸および前記傾斜パドル翼を接続する回転翼支柱とを備え、
前記回転主軸および前記回転翼支柱は中空の管状に形成され、
前記回転翼支柱は、先端部の下側にガス噴出孔が設けられ、
前記回転主軸は、ガスの流路に接続される場合がある。
The electrode catalyst manufacturing system includes:
the stirring blade includes a main shaft that is rotated by a drive device to rotate the stirring blade, the inclined paddle blade that stirs and mixes the electrode catalyst precursor in the container body, and a rotor support that connects the main shaft and the inclined paddle blade,
The rotor shaft and the rotor support are formed in a hollow tubular shape,
The rotor support has a gas outlet hole on the lower side of the tip,
The rotating shaft may be connected to a gas flow path.

また、本発明は、
電極用触媒の原料である電極用触媒前駆体を製造する電極用触媒前駆体製造ステップと、
前記電極用触媒前駆体を洗浄する洗浄ステップと、
前記洗浄ステップで洗浄された洗浄後の前記電極用触媒前駆体を、不連続な傾斜パドル翼を有する攪拌羽根を備えた攪拌処理装置により乾燥する乾燥ステップとを含む、電極用触媒を製造するための製造方法であって、
前記乾燥ステップは、
前記攪拌処理装置の容器本体を加熱すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を乾燥させる乾燥工程と、
前記容器本体を冷却すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を冷却させる冷却工程と、
前記容器本体内に空気を供給し、前記電極用触媒前駆体を徐酸化処理する徐酸化工程とを含む電極用触媒の製造方法を提供する。
The present invention also provides a method for producing a method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
an electrode catalyst precursor producing step of producing an electrode catalyst precursor which is a raw material for the electrode catalyst;
a washing step of washing the electrode catalyst precursor;
a drying step of drying the electrode catalyst precursor after the washing step by using an agitation treatment device equipped with an agitation blade having discontinuous inclined paddle blades,
The drying step comprises:
a drying step of drying the electrode catalyst precursor by heating and reducing the pressure of a container body of the stirring treatment device and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade;
a cooling step of cooling the electrode catalyst precursor by cooling and reducing the pressure of the container body and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade;
and a gradual oxidation step of supplying air into the container body and subjecting the electrode catalyst precursor to a gradual oxidation treatment.

前記電極用触媒の製造方法において、
前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を取り出す取出し工程を更に含み、
前記電極用触媒の製造方法において、前記取出し工程は、前記傾斜パドル翼を支持する回転翼支柱の先端に設けられたガス噴出孔から下向きにガスを噴出させるスクレーパー工程を含む場合がある。
In the method for producing an electrode catalyst,
The method further includes a removal step of removing the electrode catalyst precursor from the container body,
In the method for producing an electrode catalyst, the removal step may include a scraper step of ejecting gas downward from gas ejection holes provided at the tip of a rotor support that supports the inclined paddle blades.

前記電極用触媒の製造方法において、
前記乾燥ステップを経て得られる前記電極用触媒前駆体の物性分析を実施する第1分析工程と、
前記乾燥ステップを経て得られる前記電極用触媒前駆体とイオン交換水とを混合して再びスラリーを調製するリスラリーステップと、
前記リスラリーステップを経て得られる前記スラリーを乾燥させ、所定の範囲の含水率に調節された複数の固体状の触媒ケーキを調製する触媒ケーキ調製ステップと、
を更に含む場合がある。
In the method for producing an electrode catalyst,
a first analysis step of performing a physical property analysis of the electrode catalyst precursor obtained through the drying step;
a reslurry step of mixing the electrode catalyst precursor obtained through the drying step with ion-exchanged water to prepare a slurry again;
A catalyst cake preparation step of drying the slurry obtained through the reslurry step to prepare a plurality of solid catalyst cakes having a moisture content adjusted to a predetermined range;
It may further include.

前記電極用触媒の製造方法において、前記触媒ケーキ調製ステップにおいて使用する撹拌式乾燥装置が、前記攪拌処理装置である場合がある。 In the manufacturing method of the electrode catalyst, the stirring drying device used in the catalyst cake preparation step may be the stirring treatment device.

前記電極用触媒の製造方法において、前記リスラリーステップにおいて撹拌装置を具備する反応器を使用する場合がある。 In the method for producing an electrode catalyst, a reactor equipped with a stirring device may be used in the reslurry step.

前記電極用触媒の製造方法において、前記反応器が前記攪拌処理装置である場合がある。 In the method for producing an electrode catalyst, the reactor may be the stirring treatment device.

前記電極用触媒の製造方法において、前記触媒ケーキの含水率が80wt%未満である場合がある。 In the manufacturing method of the electrode catalyst, the water content of the catalyst cake may be less than 80 wt%.

前記電極用触媒の製造方法において、前記触媒ケーキ調製ステップを経て得られる前記触媒ケーキの含水率を測定する第2分析工程を更に含む場合がある。 The manufacturing method of the electrode catalyst may further include a second analysis step of measuring the moisture content of the catalyst cake obtained through the catalyst cake preparation step.

本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法によれば、作業者による電極用触媒前駆体を移すための作業をなくし、且つ、電極用触媒前駆体の乾燥時間を短縮することで、ハロゲン含有量、特に塩素含有量を低く抑えた電極用触媒を製造するための手間と時間を大幅に低減することができる。 The electrode catalyst manufacturing system and manufacturing method of the present invention eliminates the need for workers to transfer electrode catalyst precursors and shortens the drying time of the electrode catalyst precursors, significantly reducing the effort and time required to manufacture electrode catalysts with low halogen content, particularly low chlorine content.

本発明の電極用触媒の製造システムの好適な一実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a preferred embodiment of a system for producing an electrode catalyst according to the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法の乾燥装置の好適な一実施形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of a drying device in a production system and a production method for an electrode catalyst of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法の乾燥装置の攪拌羽根の好適な一実施形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of an agitating blade of a drying device in a production system and a production method for an electrode catalyst of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法の乾燥ステップにおける乾燥装置の動作状態の好適な一実施形態を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of an operating state of a drying device in a drying step of a production system and a production method for an electrode catalyst according to the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法で製造できる電極用触媒(コア・シェル触媒)の構造の一例を示す模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of an electrode catalyst (core-shell catalyst) that can be produced by the electrode catalyst production system and production method of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法で製造できる電極用触媒(コア・シェル触媒)の構造の別の一例を示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the structure of an electrode catalyst (core-shell catalyst) that can be produced by the electrode catalyst production system and production method of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法で製造できる電極用触媒(コア・シェル触媒)の構造の別の一例を示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the structure of an electrode catalyst (core-shell catalyst) that can be produced by the electrode catalyst production system and production method of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法で製造できる電極用触媒(コア・シェル触媒)の構造の別の一例を示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the structure of an electrode catalyst (core-shell catalyst) that can be produced by the electrode catalyst production system and production method of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造方法の流れの好適な一実施形態を示すフロー図である。FIG. 1 is a flow chart showing a preferred embodiment of the flow of a method for producing an electrode catalyst of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造方法の乾燥ステップの流れの好適な一実施形態を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow chart showing a preferred embodiment of the flow of a drying step in the method for producing an electrode catalyst of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造システムの好適なさらなる実施形態を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a further preferred embodiment of the electrode catalyst manufacturing system of the present invention. 本発明の電極用触媒の製造方法のリスラリーステップの流れの好適な一実施形態を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow chart showing a preferred embodiment of the flow of the reslurry step in the method for producing an electrode catalyst of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法の好ましい実施形態について説明する。 Below, a preferred embodiment of the electrode catalyst manufacturing system and manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings.

<電極用触媒の製造システム>
図1は、第1の実施形態に係る電極用触媒の製造システムの概略を示すブロック図である。電極用触媒の製造システム10は、電極用触媒1(図5を参照)の原料である電極用触媒前駆体を製造する電極用触媒前駆体製造装置12と、電極用触媒前駆体を洗浄する洗浄装置13と、洗浄装置13により洗浄された洗浄後の電極用触媒前駆体41(図10を参照)を、不連続な傾斜パドル翼を有する攪拌羽根を備えた攪拌処理装置により乾燥する乾燥装置14とを有する。
<Electrode catalyst manufacturing system>
Fig. 1 is a block diagram showing an outline of an electrode catalyst manufacturing system according to the first embodiment. The electrode catalyst manufacturing system 10 includes an electrode catalyst precursor manufacturing apparatus 12 for manufacturing an electrode catalyst precursor, which is a raw material for an electrode catalyst 1 (see Fig. 5), a washing apparatus 13 for washing the electrode catalyst precursor, and a drying apparatus 14 for drying an electrode catalyst precursor 41 (see Fig. 10) after washing in the washing apparatus 13, by an agitation treatment apparatus equipped with an agitation blade having discontinuous inclined paddle blades.

(電極用触媒前駆体製造装置)
電極用触媒前駆体製造装置12は、電極用触媒1の原料である電極用触媒前駆体を製造する。電極用触媒前駆体製造装置12は、電極用触媒前駆体を製造するための反応工程を実行する反応工程実行手段21を含む。反応工程では、電極用触媒1の原料である電極用触媒前駆体が、電極用触媒1の触媒成分(コア部4、シェル部5)を担体2に担持させることにより製造される(図5を参照)。電極用触媒前駆体の製造方法は、担体2に電極用触媒1の触媒成分を担持させることができる方法であれば、特に制限されるものではない。例えば、担体2に電極用触媒1の触媒成分を含有する溶液を接触させ、担体2に触媒成分を含浸させる含浸法、電極用触媒1の触媒成分を含有する溶液に還元剤を投入して行う液相還元法、アンダーポテンシャル析出(UPD)法等の電気化学的析出法、化学還元法、吸着水素による還元析出法、合金触媒の表面浸出法、置換めっき法、スパッタリング法、真空蒸着法等を採用した製造方法を例示することができる。
(Electrode catalyst precursor manufacturing equipment)
The electrode catalyst precursor manufacturing apparatus 12 manufactures an electrode catalyst precursor, which is a raw material for the electrode catalyst 1. The electrode catalyst precursor manufacturing apparatus 12 includes a reaction process execution means 21 that executes a reaction process for manufacturing an electrode catalyst precursor. In the reaction process, an electrode catalyst precursor, which is a raw material for the electrode catalyst 1, is manufactured by supporting the catalyst components (core part 4, shell part 5) of the electrode catalyst 1 on the carrier 2 (see FIG. 5). The manufacturing method of the electrode catalyst precursor is not particularly limited as long as it is a method that can support the catalyst components of the electrode catalyst 1 on the carrier 2. For example, there can be mentioned an impregnation method in which a solution containing the catalyst components of the electrode catalyst 1 is contacted with the carrier 2 to impregnate the carrier 2 with the catalyst components, a liquid phase reduction method in which a reducing agent is added to a solution containing the catalyst components of the electrode catalyst 1, an electrochemical deposition method such as an underpotential deposition (UPD) method, a chemical reduction method, a reduction deposition method using adsorbed hydrogen, a surface leaching method of an alloy catalyst, a displacement plating method, a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like.

(洗浄装置)
洗浄装置13は、上記の電極用前駆体製造装置12で製造された電極用触媒前駆体を洗浄する。洗浄装置13では、電極用前駆体製造装置で製造された電極用触媒前駆体を洗浄およびろ過するための洗浄工程を実行する洗浄工程実行手段22を含む。洗浄工程における洗浄方法およびろ過方法としては、従来の遠心分離機(図示せず)等の他、フィルタープレス(図示せず)を使用した洗浄方法およびろ過方法を採用することができる。
(Cleaning device)
The washing device 13 washes the electrode catalyst precursor produced in the electrode precursor production apparatus 12. The washing device 13 includes a washing step execution means 22 that executes a washing step for washing and filtering the electrode catalyst precursor produced in the electrode precursor production apparatus. As the washing method and filtering method in the washing step, a conventional centrifuge (not shown) or a washing method and filtering method using a filter press (not shown) can be used.

(乾燥装置)
図2は本発明に係る乾燥装置14の概略構成を示している。乾燥装置14は、上記の洗浄装置13で洗浄された電極用触媒前駆体を、攪拌羽根104を備えた攪拌処理装置101により乾燥する。乾燥装置としての攪拌処理装置101は、逆円錐形の中空容器状の容器本体102と、容器本体102の内部を減圧する減圧機構103と、攪拌羽根104と、を主に備えている。容器本体102は、上部が、容器本体102に着脱可能に設けられる蓋105で覆われており、周壁には、容器本体102の内部を加熱する加熱媒体としてのスチームSを流すジャケット106が設けられ、外側面に容器本体102を支持する支持部110,110が設けられている。支持部110,110の下面には重量変化が確認可能なロードセル112,112が設けられており、ロードセル112,112を介して支持部110,110を設置場所に設置することで、容器本体102が設置場所に吊設されるようになっている。また容器本体102の内部を攪拌するように攪拌羽根104が設けられ、攪拌羽根104の駆動装置107が容器本体102上部の蓋105に設けられ、容器本体102の下端である円錐頂部に、容器本体102内の電極用触媒前駆体を取り出す開口部108が形成される。この開口部108には取出バルブ109が設けられ、当該取出バルブ109を操作して開口することにより容器本体102内の電極用触媒前駆体を取り出す構成となっている。そして、供給口111が容器本体102上部の蓋105に設けられ、この供給口111に投入口としてのマンホール115が設けられて、当該マンホール115を操作して開口することにより電極用触媒前駆体を容器本体102に供給するようになっている。またジャケット106には、スチームSを注入する加熱媒体注入口113と、スチームSを排出する加熱媒体排出口114とが設けられている。そして容器本体102には、温度指示調節計116が設けられており、これにより容器本体102内の電極用触媒前駆体の温度の監視を行ない、加熱媒体注入口113に供給されるスチームSの量と加熱媒体排出口114から排出されるスチームSの量とを調節することにより、容器本体102内の電極用触媒前駆体の温度を調節できるようになっている。また、加熱媒体注入口113は加熱媒体に加えて冷却媒体Cも注入できるように構成されており、加熱媒体排出口114は加熱媒体に加えて冷却媒体Cも排出できるように構成されている。
(Drying device)
2 shows a schematic configuration of the drying device 14 according to the present invention. The drying device 14 dries the electrode catalyst precursor cleaned by the above-mentioned cleaning device 13 using an agitation processing device 101 equipped with an agitation blade 104. The agitation processing device 101 as a drying device mainly comprises a container body 102 in the form of an inverted cone-shaped hollow container, a decompression mechanism 103 for decompressing the inside of the container body 102, and the agitation blade 104. The upper part of the container body 102 is covered with a lid 105 that is detachably attached to the container body 102, a jacket 106 is provided on the peripheral wall through which steam S flows as a heating medium for heating the inside of the container body 102, and supports 110, 110 for supporting the container body 102 are provided on the outer surface. Load cells 112, 112 capable of checking weight changes are provided on the undersides of the supports 110, 110, and the container body 102 is suspended at the installation location by installing the supports 110, 110 at the installation location via the load cells 112, 112. A stirring blade 104 is provided to stir the inside of the container body 102, and a drive device 107 for the stirring blade 104 is provided on a lid 105 at the top of the container body 102, and an opening 108 for taking out the electrode catalyst precursor in the container body 102 is formed at the conical apex, which is the lower end of the container body 102. A take-out valve 109 is provided at this opening 108, and the electrode catalyst precursor in the container body 102 is taken out by operating and opening the take-out valve 109. A supply port 111 is provided on the lid 105 at the top of the container body 102, and a manhole 115 is provided at the supply port 111 as an inlet, and the electrode catalyst precursor is supplied to the container body 102 by operating and opening the manhole 115. The jacket 106 is provided with a heating medium inlet 113 for injecting steam S and a heating medium outlet 114 for discharging steam S. The container body 102 is provided with a temperature indicating regulator 116, which monitors the temperature of the electrode catalyst precursor in the container body 102 and adjusts the amount of steam S supplied to the heating medium inlet 113 and the amount of steam S discharged from the heating medium outlet 114, thereby adjusting the temperature of the electrode catalyst precursor in the container body 102. The heating medium inlet 113 is configured to be able to inject a cooling medium C in addition to the heating medium, and the heating medium outlet 114 is configured to be able to discharge the cooling medium C in addition to the heating medium.

図3Aは攪拌羽根104の概略図を示している。攪拌羽根104は、蓋105の中心を貫通して延びている回転主軸122と、この回転主軸122に多段に配置されるように接続され、回転主軸122と共に回転する複数の攪拌翼123および複数の補助翼124と、リボン翼125と、を備えており、回転主軸122、攪拌翼123、複数の補助翼124およびリボン翼125が一体に構成されている。 Figure 3A shows a schematic diagram of the agitator blade 104. The agitator blade 104 includes a rotating main shaft 122 that extends through the center of the lid 105, a plurality of agitator blades 123 and auxiliary blades 124 that are connected to the rotating main shaft 122 so as to be arranged in multiple stages and rotate together with the rotating main shaft 122, and a ribbon blade 125, and the rotating main shaft 122, the agitator blade 123, the auxiliary blades 124, and the ribbon blade 125 are integrally configured.

回転主軸122は、シールユニット121(図2参照)を介して駆動装置107に組み込まれており、この駆動装置107を駆動させることにより回転主軸122が回転し、それに伴い、回転主軸122と一体に構成された攪拌翼123、補助翼124およびリボン翼125を回転させる。したがって駆動装置107により回転主軸122が回転することで、回転主軸122が攪拌羽根104を回転させる構成となっている。また回転主軸122は中空の管状に形成されており、同じく中空の管状に形成された、後述するアーム128と流通可能に連結されている。そして回転主軸122の駆動装置107側の端部が、スクレーパー用の気体Gの流路、例えば窒素ガス、常圧空気、窒素ガスと酸素ガスとを任意の割合で混合し酸素ガス濃度を調製した混合ガス、窒素ガスと空気とを任意の割合で混合し酸素ガス濃度を調製した混合ガス、高圧空気の流路に流通可能に接続され、例えば後述する徐酸化工程実行手段34や取出し工程実行手段35により、当該気体Gを回転主軸122に注入するように構成されている。 The rotating main shaft 122 is incorporated into the driving device 107 via a seal unit 121 (see FIG. 2). Driving the driving device 107 rotates the rotating main shaft 122, which in turn rotates the stirring blade 123, auxiliary blade 124, and ribbon blade 125 that are integral with the rotating main shaft 122. Thus, the rotating main shaft 122 rotates the stirring blade 104 as the rotating main shaft 122 is rotated by the driving device 107. The rotating main shaft 122 is formed in a hollow tubular shape, and is connected to an arm 128, which is also formed in a hollow tubular shape and will be described later, so that it can flow freely. The end of the rotating shaft 122 on the drive unit 107 side is connected to a flow path for the gas G for the scraper, such as nitrogen gas, normal pressure air, a mixed gas in which nitrogen gas and oxygen gas are mixed at an arbitrary ratio to adjust the oxygen gas concentration, a mixed gas in which nitrogen gas and air are mixed at an arbitrary ratio to adjust the oxygen gas concentration, or a high pressure air flow path, and is configured to inject the gas G into the rotating shaft 122, for example, by the gradual oxidation process execution means 34 or the extraction process execution means 35 described below.

図2を参照すると、駆動装置107はギアドモータ等を使用しており、回転数を所定の値に調整して攪拌羽根104を回転させるようになっている。また駆動装置107は攪拌羽根104の回転及び位置を検出する位置検出装置(図示せず)を備えている。シールユニット121は、例えばドライシールおよびメカニカルシールを装着しており、容器本体102内が高真空または高圧の時でも処理の対応ができるように構成されている。 Referring to FIG. 2, the driving device 107 uses a geared motor or the like, and is adapted to rotate the stirring blade 104 by adjusting the rotation speed to a predetermined value. The driving device 107 also includes a position detection device (not shown) that detects the rotation and position of the stirring blade 104. The sealing unit 121 is equipped with, for example, a dry seal and a mechanical seal, and is configured to be able to handle processing even when the inside of the container body 102 is at a high vacuum or high pressure.

図3Aに戻って説明すると、攪拌翼123は、不連続な傾斜パドル翼としての羽根板127と、この羽根板127および回転主軸122を接続する回転翼支柱としてのアーム128とから構成される。アーム128は、回転主軸122の軸方向の上方から下方に行くにつれて、徐々にその長さが短くなるように形成されており、容器本体102に攪拌羽根104が配置されたときに、各羽根板127が円錐形状の容器本体102の内壁面に沿って、僅かなクリアランスを保って配置されるように構成されている。また図3Bに示されるように、それぞれのアーム128は、上下のアーム128に対して均等な角度αをなした位置に設けられている。本実施例では、前記均等な角度αは120°を採用しているが、他の角度を採用してもよい。また各アーム128の先端部の下側にはスクレーパー用のガス噴出孔129が設けられており、上述した気体Gの流路から気体Gが回転主軸122に注入されると、回転主軸122内および各アーム128内を通って各ガス噴出孔129から気体Gが噴射するように構成されており、後述する取出し工程S35のときに電極用触媒前駆体の滞留を防止するようになっている。 Returning to FIG. 3A, the agitator blade 123 is composed of a blade plate 127 as a discontinuous inclined paddle blade, and an arm 128 as a rotor support that connects the blade plate 127 and the main shaft 122. The arm 128 is formed so that its length gradually shortens from the top to the bottom in the axial direction of the main shaft 122, and is configured so that when the agitator blade 104 is placed in the container body 102, each blade plate 127 is placed along the inner wall surface of the conical container body 102 with a small clearance. Also, as shown in FIG. 3B, each arm 128 is provided at a position that forms an equal angle α with respect to the upper and lower arms 128. In this embodiment, the equal angle α is 120°, but other angles may be used. In addition, a gas ejection hole 129 for the scraper is provided on the underside of the tip of each arm 128, and when gas G is injected into the rotating main shaft 122 from the gas G flow path described above, the gas G is ejected from each gas ejection hole 129 through the rotating main shaft 122 and each arm 128, preventing the electrode catalyst precursor from stagnation during the removal step S35 described below.

羽根板127はパドル形状であり、一定幅を有する短辺と、容器本体102の内壁面に対して平行な曲線からなる長辺とで形成される平板形状で構成されている。各羽根板127は、所定の傾きを有して各アーム128に接続され、図3Aにおいて、容器本体102内で各羽根板127が矢印の方向Aに回転することで、電極用触媒前駆体が容器本体102の内壁面に沿って上昇するように構成されている。前記所定の傾きは、15°~45°とすることが好ましい。 The vane 127 is paddle-shaped and is configured as a flat plate formed of short sides with a constant width and long sides that are curved parallel to the inner wall surface of the container body 102. Each vane 127 is connected to each arm 128 with a predetermined inclination, and is configured so that the electrode catalyst precursor rises along the inner wall surface of the container body 102 by each vane 127 rotating in the direction of the arrow A in FIG. 3A inside the container body 102. The predetermined inclination is preferably 15° to 45°.

図3Aおよび図3Bに示されるように、補助翼124は矩形状の平板であり、回転主軸122において回転軸に沿って攪拌翼123の上方もしくは下方に設けられている。そのため攪拌翼123と同様に、それぞれの補助翼124は上下の補助翼124に対して均等な角度αをなした位置に設けられる。図3Aにおいて、容器本体102内で補助翼124が矢印の方向Aに回転することで、容器本体102中心部の混合不良を解消すると共に、回転主軸122やアーム128に電極用触媒前駆体が付着することを抑制する。 As shown in Figures 3A and 3B, the auxiliary blades 124 are rectangular flat plates and are provided above or below the agitating blades 123 along the rotation axis of the rotating main shaft 122. Therefore, like the agitating blades 123, each auxiliary blade 124 is provided at an equal angle α to the upper and lower auxiliary blades 124. In Figure 3A, the auxiliary blades 124 rotate in the direction of the arrow A inside the container body 102, eliminating poor mixing in the center of the container body 102 and suppressing adhesion of the electrode catalyst precursor to the rotating main shaft 122 and arm 128.

リボン翼125は、回転主軸122の下方に設けられ、アーム141により回転主軸122に確実に固定されている。このリボン翼125は螺旋状に形成されており、この螺旋の内側にセンターシャフトを設ける代わりに、補強部142,143により螺旋同士を補強している。このように構成することで、回転主軸122が容器本体102の中心を貫通している構成と比較して、密な構成を緩和させることができるため、取出し工程で開口部108から容器本体102内の電極用触媒前駆体を取り出すときに、電極用触媒前駆体がリボン翼125の中央を通り抜けることができ、取り出すときの抵抗を少なくして取出し時間を短縮させることができ、また、容器本体102の下部における電極用触媒前駆体の付着も抑制することができる。図3Aにおいて、容器本体102内でリボン翼125が矢印の方向Aに回転することで、電極用触媒前駆体が容器本体102の内壁面に沿って上昇するように構成され、容器本体102の下部における電極用触媒前駆体の攪拌を促進させる。 The ribbon blade 125 is provided below the rotating main shaft 122 and is securely fixed to the rotating main shaft 122 by the arm 141. The ribbon blade 125 is formed in a spiral shape, and instead of providing a center shaft inside the spiral, the spirals are reinforced by the reinforcing parts 142, 143. By configuring in this way, it is possible to alleviate the dense configuration compared to a configuration in which the rotating main shaft 122 penetrates the center of the container body 102, so that when the electrode catalyst precursor in the container body 102 is taken out from the opening 108 in the removal process, the electrode catalyst precursor can pass through the center of the ribbon blade 125, reducing the resistance during removal and shortening the removal time, and also suppressing adhesion of the electrode catalyst precursor to the lower part of the container body 102. In FIG. 3A, the ribbon blade 125 is configured to rotate in the direction of the arrow A inside the container body 102 so that the electrode catalyst precursor rises along the inner wall surface of the container body 102, promoting the stirring of the electrode catalyst precursor in the lower part of the container body 102.

図2に戻って、減圧機構103について説明すると、131はバグフィルタであり、蓋105の排気孔132に設けられ、このバグフィルタ131を介して、容器本体102内で電極用触媒前駆体から蒸発した液体や気体が排出される。また133は凝縮器であるコンデンサであり、バグフィルタ131から流れてきた液体を凝縮するものである。このコンデンサ133と蓋105の排気孔132とは、バグフィルタ131を介して接続配管135により接続される。そして134は真空ポンプであり、吸引配管136によりコンデンサ133と接続しており、この真空ポンプ134を駆動することにより、容器本体102内からバグフィルタ131およびコンデンサ133に、電極用触媒前駆体から蒸発した液体や気体が流れるように構成されている。また接続配管135には、減圧乾燥を行なう場合に容器本体102内の圧力を調節するように、圧力指示調節計137が設けられている。圧力指示調節計137の調節信号により、吸引配管136に設けられた調節弁138を調節し、真空ポンプ134で吸引する真空度を調節するようになっている。なお接続配管135によりバグフィルタ131から流れてきた気体および蒸気はコンデンサ133で凝縮処理され、凝縮しやすい成分は凝縮液として気体と分離される。分離された気体が吸引配管136により真空ポンプ134に吸気されて、この真空ポンプ134から排気される。なお、容器本体102下部にエアブローノズル(図示せず)を設け、このエアブローノズルにより不活性ガスや空気を入れることにより、容器本体102を減圧状態から常圧状態に戻すように構成してもよい。 Returning to FIG. 2, the decompression mechanism 103 is described below. 131 is a bag filter that is provided in the exhaust hole 132 of the lid 105, and liquid and gas evaporated from the electrode catalyst precursor in the container body 102 are discharged through the bag filter 131. 133 is a condenser that condenses the liquid flowing from the bag filter 131. The condenser 133 and the exhaust hole 132 of the lid 105 are connected by a connecting pipe 135 through the bag filter 131. 134 is a vacuum pump that is connected to the condenser 133 by a suction pipe 136, and is configured so that liquid and gas evaporated from the electrode catalyst precursor flow from the container body 102 to the bag filter 131 and the condenser 133 by driving the vacuum pump 134. A pressure indicator regulator 137 is provided in the connecting pipe 135 to adjust the pressure in the container body 102 when performing reduced pressure drying. The adjustment signal from the pressure indicator regulator 137 adjusts the adjustment valve 138 on the suction pipe 136 to adjust the degree of vacuum sucked by the vacuum pump 134. The gas and steam flowing from the bag filter 131 via the connection pipe 135 is condensed in the condenser 133, and the components that are easy to condense are separated from the gas as condensed liquid. The separated gas is sucked into the vacuum pump 134 via the suction pipe 136 and exhausted from the vacuum pump 134. An air blow nozzle (not shown) may be provided at the bottom of the container body 102, and the container body 102 may be configured to return from a reduced pressure state to a normal pressure state by introducing an inert gas or air through the air blow nozzle.

乾燥装置14は、図1のブロック図および図10のフローチャートに示すように、導入工程S31と、乾燥工程S32と、冷却工程S33と、徐酸化工程S34と、取出し工程S35とをそれぞれ実行する手段である、導入工程実行手段31と、乾燥工程実行手段32と、冷却工程実行手段33と、徐酸化工程実行手段34と、取出し工程実行手段35とを備えている。各工程S31~S35について以下に説明する。 As shown in the block diagram of FIG. 1 and the flow chart of FIG. 10, the drying device 14 is equipped with an introduction process execution means 31, a drying process execution means 32, a cooling process execution means 33, a gradual oxidation process execution means 34, and a removal process execution means 35, which are means for respectively executing an introduction process S31, a drying process S32, a cooling process S33, a gradual oxidation process S34, and a removal process S35. Each of the processes S31 to S35 is described below.

[導入工程]
導入工程S31は、洗浄された電極用触媒前駆体を乾燥装置14内に導入する工程であり、導入工程実行手段31により実行される。図4Aを参照して説明すると、導入工程実行手段31は、攪拌処理装置101のマンホール115を操作して開口させ、所定の含水率の電極用触媒前駆体を供給口111から容器本体102に導入する。電極用触媒前駆体の前記含水率は事前に計測されていることが好ましい。この電極用触媒前駆体を導入する方法は、図4Aに示すように、漏斗などを用いて人の手による作業で導入されてもよく、電極用触媒前駆体が移送される管やベルトコンベア等から、人の手を介さずに直接導入されてもよい。ここで、導入された電極用触媒前駆体の重量がロードセル112,112により計測される。なお、この導入工程S31の前に、ジャケット106にスチームSを注入して容器本体102内を所定の温度に予熱する予熱工程が行なわれてもよい。その後、導入工程実行手段31は、マンホール115を操作して閉口させて容器本体102を密閉し、導入工程S31が完了する。
[Introduction process]
The introduction step S31 is a step of introducing the washed electrode catalyst precursor into the drying device 14, and is executed by the introduction step execution means 31. Explaining with reference to FIG. 4A, the introduction step execution means 31 operates and opens the manhole 115 of the stirring processing device 101, and introduces the electrode catalyst precursor having a predetermined moisture content into the container body 102 from the supply port 111. It is preferable that the moisture content of the electrode catalyst precursor is measured in advance. As shown in FIG. 4A, the method of introducing the electrode catalyst precursor may be by manual operation using a funnel or the like, or may be directly introduced without human hands from a pipe or belt conveyor through which the electrode catalyst precursor is transported. Here, the weight of the introduced electrode catalyst precursor is measured by the load cells 112, 112. Note that, before this introduction step S31, a preheating step may be performed in which steam S is injected into the jacket 106 to preheat the inside of the container body 102 to a predetermined temperature. Thereafter, the introduction step execution means 31 operates the manhole 115 to close it, sealing the container body 102, and the introduction step S31 is completed.

[乾燥工程]
乾燥工程S32は、容器本体102内に導入された電極用触媒前駆体を乾燥させる工程(いわゆる真空乾燥を実施する工程)であり、乾燥工程実行手段32により実行される。図4Bに図2等を併せて参照して説明すると、乾燥工程実行手段32は、駆動装置107を駆動させて攪拌羽根104を回転させると共に、真空ポンプ134を駆動させて容器本体102内を排気及び減圧し、圧力指示調節計137により操作圧力を所定の圧力に調整して電極用触媒前駆体を攪拌混合する。前記攪拌羽根104の回転速度は、毎分50~100回転とすることが好ましく、また前記操作圧力は、5~20kPa(ゲージ圧)とすることが好ましい。また乾燥工程実行手段32は、温度指示調節計116により加熱媒体注入口113からジャケット106にスチームSを注入し、当該スチームSの伝導伝熱により容器本体102を加熱することで容器本体102内の電極用触媒前駆体を所定の温度(乾燥温度)に調節して乾燥させる。前記乾燥温度は、50~150℃の範囲から選択される値とすることが好ましい。なお、操作圧力及び加熱温度は、電極用触媒前駆体の温度(品温)を測定し当該品温の変化の度合いをみて乾燥時間の調節のために乾燥工程の最中に変更してもよい。
[Drying process]
The drying step S32 is a step of drying the electrode catalyst precursor introduced into the container body 102 (a step of performing so-called vacuum drying), and is executed by the drying step execution means 32. Explained with reference to Fig. 4B together with Fig. 2 etc., the drying step execution means 32 drives the drive device 107 to rotate the stirring blade 104, drives the vacuum pump 134 to evacuate and reduce the pressure inside the container body 102, and adjusts the operating pressure to a predetermined pressure with the pressure indicating regulator 137 to stir and mix the electrode catalyst precursor. The rotation speed of the stirring blade 104 is preferably 50 to 100 revolutions per minute, and the operating pressure is preferably 5 to 20 kPa (gauge pressure). Furthermore, the drying process execution means 32 injects steam S from the heating medium inlet 113 into the jacket 106 using the temperature indicating regulator 116, and heats the container body 102 by conductive heat transfer of the steam S, thereby adjusting the electrode catalyst precursor in the container body 102 to a predetermined temperature (drying temperature) and drying it. The drying temperature is preferably a value selected from the range of 50 to 150° C. The operating pressure and heating temperature may be changed during the drying process to adjust the drying time by measuring the temperature (product temperature) of the electrode catalyst precursor and observing the degree of change in the product temperature.

乾燥工程S32における容器本体102内の電極用触媒前駆体の循環流について、さらに詳細に説明すると、攪拌羽根104が回転することで、リボン翼125により、電極用触媒前駆体が容器本体102下部の内側壁面に沿って上昇し、羽根板127により電極用触媒前駆体が容器本体102の内側壁面に沿ってさらに上昇する。このとき、多段に配置され、不連続な傾斜パドル翼である羽根板127の先端部が電極用触媒前駆体にせん断力を与え、電極用触媒前駆体を分散混合して凝集物の発生を抑制する。また羽根板127は翼が連続していないため、電極用触媒前駆体の転動作用を小さくすることができ、凝集物の発生を抑制することができる。
そして、電極用触媒前駆体が容器本体102周辺で高い位置までかき上げられる一方で、容器本体102中心部分で深く落ち込むような現象である「ボルテックス」の発生を、不連続な傾斜パドル翼である羽根板127は少なくすることができ、偏析の発生を抑制することができる。その後、電極用触媒前駆体は、容器本体102の上部で折り返して回転主軸122の回転軸中心部に吸い込まれて下方に移動する流れを形成するが、回転軸中心部では、補助翼124により電極用触媒前駆体へ攪拌作用が付加され、回転主軸122周辺の電極用触媒前駆体を流動化させて、回転主軸122やアーム128に電極用触媒前駆体が付着することが抑制される。
To explain in more detail the circulating flow of the electrode catalyst precursor in the container body 102 in the drying step S32, the stirring blade 104 rotates, causing the ribbon blade 125 to raise the electrode catalyst precursor along the inner wall surface of the lower part of the container body 102, and the blade plate 127 causes the electrode catalyst precursor to rise further along the inner wall surface of the container body 102. At this time, the tip of the blade plate 127, which is a discontinuous inclined paddle blade arranged in multiple stages, applies a shear force to the electrode catalyst precursor, dispersing and mixing the electrode catalyst precursor and suppressing the generation of agglomerates. In addition, since the blade of the blade plate 127 is not continuous, the rotation action of the electrode catalyst precursor can be reduced, and the generation of agglomerates can be suppressed.
The blades 127, which are discontinuous inclined paddle blades, can reduce the occurrence of a "vortex," a phenomenon in which the electrode catalyst precursor is stirred up to a high position around the container body 102 while dropping deep in the center of the container body 102, and can suppress the occurrence of segregation. The electrode catalyst precursor then turns back at the top of the container body 102 and is sucked into the center of the rotating shaft of the rotating main shaft 122, forming a flow that moves downward, but at the center of the rotating shaft, a stirring effect is applied to the electrode catalyst precursor by the auxiliary blades 124, which fluidizes the electrode catalyst precursor around the rotating main shaft 122 and suppresses adhesion of the electrode catalyst precursor to the rotating main shaft 122 and the arm 128.

また電極用触媒前駆体から蒸発した蒸気や気体は真空ポンプ134により吸引され、バグフィルタ131により粉塵が濾過捕集される。その後、接続配管135を通ってコンデンサ133に流れ、コンデンサ133により冷却され凝縮液化されて凝縮液が回収されると共に、真空ポンプ134により気体が排気される。このようにして電極用触媒前駆体から蒸気や気体が蒸発することで、電極用触媒前駆体の重量が変化する。このときの容器本体102内の電極用触媒前駆体の重量はロードセル112,112により計測されており、導入時の電極用触媒前駆体の重量及び含水率、および現在の電極用触媒前駆体の重量から、現在の電極用触媒前駆体の含水率が算出される。容器本体102内の電極用触媒前駆体が所定の含水率以下になったときに乾燥工程S32が完了する。前記所定の含水率は3wt%とすることが好ましい。 The vapor and gas evaporated from the electrode catalyst precursor are sucked by the vacuum pump 134, and dust is filtered and collected by the bag filter 131. After that, it flows through the connecting pipe 135 to the condenser 133, where it is cooled and condensed and liquefied, and the condensed liquid is collected, and the gas is exhausted by the vacuum pump 134. In this way, the weight of the electrode catalyst precursor changes as the vapor and gas evaporates from the electrode catalyst precursor. The weight of the electrode catalyst precursor in the container body 102 at this time is measured by the load cells 112, 112, and the current moisture content of the electrode catalyst precursor is calculated from the weight and moisture content of the electrode catalyst precursor at the time of introduction and the current weight of the electrode catalyst precursor. The drying step S32 is completed when the electrode catalyst precursor in the container body 102 becomes equal to or less than a predetermined moisture content. The predetermined moisture content is preferably 3 wt%.

[冷却工程]
冷却工程S33は、容器本体102内で乾燥させた電極用触媒前駆体を冷却させる工程であり、冷却工程実行手段33により実行される。図4Cに図2等を併せて参照して説明すると、冷却工程実行手段33は温度指示調節計116により加熱媒体排出口114からジャケット106内のスチームSを排出する。ここで冷却工程実行手段33は駆動装置107および真空ポンプ134の駆動を継続させ、攪拌羽根104を回転させると共に容器本体102内を排気及び減圧して、電極用触媒前駆体の攪拌混合を継続する。この時の前記攪拌羽根104の回転速度は、毎分50~100回転とすることが好ましく、また前記減圧時の圧力は、大気圧とすることが好ましい。また冷却工程実行手段33は、温度指示調節計116により加熱媒体注入口113からジャケット106へ冷却媒体Cを注入させ、冷却媒体の伝導伝熱により容器本体102を冷却することで容器本体102内の電極用触媒前駆体を所定の温度に冷却する。冷却媒体Cの温度は10~30℃とすることが好ましく、前記所定の温度は、40℃以下、好ましくは10~40℃の範囲から選択される値とすることが好ましい。冷却工程実行手段33が温度指示調節計116により、電極用触媒前駆体が前記所定の温度になったことを検出したときに冷却工程が完了する。
[Cooling process]
The cooling step S33 is a step of cooling the electrode catalyst precursor dried in the vessel body 102, and is executed by the cooling step execution means 33. Explaining this with reference to Fig. 4C together with Fig. 2 etc., the cooling step execution means 33 discharges the steam S in the jacket 106 from the heating medium discharge port 114 by the temperature indicating regulator 116. Here, the cooling step execution means 33 continues to drive the drive device 107 and the vacuum pump 134, rotates the stirring blade 104, and evacuates and reduces the pressure inside the vessel body 102, thereby continuing the stirring and mixing of the electrode catalyst precursor. At this time, the rotation speed of the stirring blade 104 is preferably 50 to 100 revolutions per minute, and the pressure during the reduction is preferably atmospheric pressure. Furthermore, the cooling process execution means 33 injects the cooling medium C from the heating medium inlet 113 into the jacket 106 using the temperature indicating regulator 116, and cools the vessel body 102 by conductive heat transfer of the cooling medium, thereby cooling the electrode catalyst precursor in the vessel body 102 to a predetermined temperature. The temperature of the cooling medium C is preferably 10 to 30° C., and the predetermined temperature is preferably a value not higher than 40° C., and more preferably selected from the range of 10 to 40° C. The cooling process is completed when the cooling process execution means 33 detects through the temperature indicating regulator 116 that the electrode catalyst precursor has reached the predetermined temperature.

[徐酸化工程]
徐酸化工程S34は、容器本体102内で冷却された電極用触媒前駆体を徐酸化処理する工程であり、徐酸化工程実行手段34により実行される。徐酸化工程実行手段34は、加熱媒体排出口114からジャケット106内の冷却媒体Cを排出し、駆動装置107および真空ポンプ134を停止し、マンホール115を操作して容器本体102内の圧力を少しずつ常圧に戻すことにより、乾燥した電極用触媒前駆体の徐酸化を行なう。なお、スクレーパー用の気体Gが高圧空気の場合は、徐酸化工程実行手段34が高圧空気をスクレーパー用の気体Gの流路から回転主軸122に注入し、各ガス噴出孔126から高圧空気を噴射させることにより容器本体102内の圧力を少しずつ常圧に戻すように構成してもよい。また容器本体102下部にエアブローノズルが設けられている場合は、徐酸化工程実行手段34が当該エアブローノズルにより容器本体102内の圧力を少しずつ常圧に戻すように構成してもよい。容器本体102内の電極用触媒前駆体の徐酸化処理が完了したときに徐酸化工程が完了する。
なお、徐酸化工程S34では、容器本体102内の圧力を少しずつ常圧に戻し、容器本体102内を最終的に常圧の空気の雰囲気に戻す際に、各ガス噴出孔126から窒素ガスと酸素ガスとを任意の割合で混合し酸素ガス濃度を調製した混合ガス、又は、窒素ガスと空気とを任意の割合で混合し酸素ガス濃度を調製した混合ガスを噴出させ、容器本体102内の酸素ガス濃度を本工程中で電極用触媒前駆体が発火しないよう予め実験的に求められた数値範囲に制御しながら経時的に増加させ、最終的に空気と同じ酸素濃度にすることが好ましい。
[Slow oxidation process]
The gradual oxidation step S34 is a step of subjecting the electrode catalyst precursor cooled in the container body 102 to a gradual oxidation treatment, and is executed by the gradual oxidation step execution means 34. The gradual oxidation step execution means 34 discharges the cooling medium C in the jacket 106 from the heating medium outlet 114, stops the driving device 107 and the vacuum pump 134, and operates the manhole 115 to gradually return the pressure in the container body 102 to normal pressure, thereby gradually oxidizing the dried electrode catalyst precursor. In addition, when the gas G for the scraper is high-pressure air, the gradual oxidation step execution means 34 may be configured to inject the high-pressure air from the flow path of the gas G for the scraper into the rotating main shaft 122 and spray the high-pressure air from each gas ejection hole 126 to gradually return the pressure in the container body 102 to normal pressure. In addition, when an air blow nozzle is provided at the bottom of the container body 102, the gradual oxidation step execution means 34 may be configured to gradually return the pressure in the container body 102 to normal pressure by the air blow nozzle. When the gradual oxidation treatment of the electrode catalyst precursor in the container body 102 is completed, the gradual oxidation step is completed.
In addition, in the gradual oxidation step S34, when the pressure inside the container body 102 is gradually returned to normal pressure and the inside of the container body 102 is finally returned to an air atmosphere at normal pressure, a mixed gas in which nitrogen gas and oxygen gas are mixed in an arbitrary ratio to adjust the oxygen gas concentration, or a mixed gas in which nitrogen gas and air are mixed in an arbitrary ratio to adjust the oxygen gas concentration, is ejected from each gas ejection hole 126, and the oxygen gas concentration inside the container body 102 is increased over time while being controlled within a numerical range experimentally determined in advance so that the electrode catalyst precursor does not ignite during this step, and finally the oxygen concentration is made the same as that of the air.

[取出し工程]
取出し工程S35は、容器本体102内で冷却された電極用触媒前駆体を取出す工程であり、取出し工程実行手段35により実行される。図4Dに図2等を併せて参照して説明すると、取出し工程実行手段35は、取出バルブ109を操作して開口することにより、開口部108から容器本体102内の電極用触媒前駆体を取り出す。攪拌処理装置101は容器本体102の内部構造がシンプルであり、また螺旋状に形成されたリボン翼125はセンターシャフトを有しない構成であるため、取出し工程S35のときに電極用触媒前駆体の残粉を少なくすることができる。また、このとき取出し工程実行手段35は、スクレーパー用の気体Gの流路から気体Gを回転主軸122に注入させ、各ガス噴出孔126から気体Gを下向きに噴射させるスクレーパー工程を実施することにより、容器本体102内壁や攪拌羽根104に付着した電極用触媒前駆体を下方に吹き飛ばし、電極用触媒前駆体の回収率を高める。容器本体102内の電極用触媒前駆体を全て取り出したときに取出し工程が完了する。
[Removal process]
The removal step S35 is a step of removing the electrode catalyst precursor cooled in the container body 102, and is executed by the removal step execution means 35. Explaining FIG. 4D with reference to FIG. 2 and the like, the removal step execution means 35 operates and opens the removal valve 109 to remove the electrode catalyst precursor from the container body 102 through the opening 108. Since the internal structure of the container body 102 of the stirring processing device 101 is simple, and the ribbon blade 125 formed in a spiral shape is configured not to have a center shaft, it is possible to reduce the amount of remaining powder of the electrode catalyst precursor in the removal step S35. In addition, at this time, the removal step execution means 35 performs a scraper step in which gas G is injected from the passage of the gas G for the scraper into the rotating main shaft 122 and gas G is sprayed downward from each gas ejection hole 126, thereby blowing the electrode catalyst precursor attached to the inner wall of the container body 102 and the stirring blade 104 downward, and increasing the recovery rate of the electrode catalyst precursor. The removal step is completed when all of the electrode catalyst precursor inside the container body 102 has been removed.

<電極用触媒>
本実施形態で製造する電極用触媒の構造は特に限定されず、導電性担体(導電性カーボン担体、導電性金属酸化物担体など)の担体に貴金属触媒粒子が担持された構造を有していればよい。例えば、いわゆるPt触媒、Pt合金触媒(PtCo触媒、PtNi触媒など)及びコア・シェル構造を有するいわゆるコア・シェル触媒であってもよい。
例えば、コア部4の構成元素としてパラジウム、シェル部5の構成元素として白金を採用した構成のコア・シェル触媒は、白金(Pt)の塩化物塩、パラジウム(Pd)の塩化物塩などの塩素(Cl)種を含む材料が原料として使用される場合が多い。本実施形態に係る電極用触媒の製造システムおよび製造方法によれば、これらの塩素(Cl)種の含有量を低減した電極用触媒を製造することができる。
<Electrode catalyst>
The structure of the electrode catalyst produced in this embodiment is not particularly limited, and may be a structure in which precious metal catalyst particles are supported on a conductive support (conductive carbon support, conductive metal oxide support, etc.). For example, it may be a so-called Pt catalyst, a Pt alloy catalyst (PtCo catalyst, PtNi catalyst, etc.), or a so-called core-shell catalyst having a core-shell structure.
For example, in a core-shell catalyst having a configuration in which palladium is used as a constituent element of the core portion 4 and platinum is used as a constituent element of the shell portion 5, a material containing chlorine (Cl) species such as a chloride salt of platinum (Pt) or a chloride salt of palladium (Pd) is often used as a raw material. According to the manufacturing system and manufacturing method of the electrode catalyst of this embodiment, an electrode catalyst having a reduced content of these chlorine (Cl) species can be manufactured.

電極用触媒の構造の一例について図を参照してより詳しく説明すると、コア・シェル構造を有する電極用触媒1は、図5に示すように、担体2と、当該担体2上に担持された触媒粒子3とを含む。触媒粒子3は、コア部4と、コア部4の少なくとも一部を被覆するように形成されたシェル部5とを備える。触媒粒子3はコア部4とコア部4上に形成されるシェル部5とを含むいわゆるコア・シェル構造を有する。 An example of the structure of an electrode catalyst will be described in more detail with reference to the figures. As shown in FIG. 5, an electrode catalyst 1 having a core-shell structure includes a carrier 2 and a catalyst particle 3 supported on the carrier 2. The catalyst particle 3 includes a core portion 4 and a shell portion 5 formed so as to cover at least a portion of the core portion 4. The catalyst particle 3 has a so-called core-shell structure including the core portion 4 and the shell portion 5 formed on the core portion 4.

すなわち、電極用触媒1は、担体2に担持された触媒粒子3を有しており、この触媒粒子3は、コア部4を核(コア)とし、シェル部5がシェルとなってコア部4の表面を被覆する構造を備える。また、コア部4の構成元素(化学組成)と、シェル部5の構成元素(化学組成)は異なる構成となっている。 That is, the electrode catalyst 1 has catalyst particles 3 supported on a carrier 2, and the catalyst particles 3 have a structure in which a core portion 4 serves as a nucleus (core) and a shell portion 5 serves as a shell that covers the surface of the core portion 4. In addition, the constituent elements (chemical composition) of the core portion 4 and the constituent elements (chemical composition) of the shell portion 5 have different compositions.

コア・シェル構造の具体例をさらに例示すると、図6では、電極用触媒1Aが、コア部4と、コア部4の表面の一部を被覆するシェル部5aおよびコア部4の他の表面の一部を被覆するシェル部5bから構成される触媒粒子3aを有する。また図7では、電極用触媒1Bが、コア部4と、コア部4の表面の略全域を被覆するシェル部5から構成される触媒粒子3を有し、シェル部5が第1シェル部6と第2シェル部7とを備えた二層構造である。さらに図8では、電極用触媒1Cが、コア部4と、コア部4の表面の一部を被覆するシェル部5a、およびコア部4の他の表面の一部を被覆するシェル部5bから構成される触媒粒子3aを有し、シェル部5aが第1シェル部6aと第2シェル部7aとを備えた二層構造であり、シェル部5bが第1シェル部6bと第2シェル部7bとを備えた二層構造である。 To further illustrate a specific example of the core-shell structure, in FIG. 6, the electrode catalyst 1A has a catalyst particle 3a composed of a core portion 4, a shell portion 5a covering a part of the surface of the core portion 4, and a shell portion 5b covering a part of the other surface of the core portion 4. Also, in FIG. 7, the electrode catalyst 1B has a catalyst particle 3 composed of a core portion 4 and a shell portion 5 covering almost the entire surface of the core portion 4, and the shell portion 5 has a two-layer structure comprising a first shell portion 6 and a second shell portion 7. Furthermore, in FIG. 8, the electrode catalyst 1C has a catalyst particle 3a composed of a core portion 4, a shell portion 5a covering a part of the surface of the core portion 4, and a shell portion 5b covering a part of the other surface of the core portion 4, and the shell portion 5a has a two-layer structure comprising a first shell portion 6a and a second shell portion 7a, and the shell portion 5b has a two-layer structure comprising a first shell portion 6b and a second shell portion 7b.

本実施形態において、塩素(Cl)種とは、構成成分元素として塩素を含む化学種をいう。具体的には、塩素を含む化学種には、塩素原子(Cl)、塩素分子(Cl)、塩素化物イオン(Cl)、塩素ラジカル(Cl・)、多原子塩素イオン、塩素化合物(X-Cl等、ここで、Xは対イオン)が含まれる。 In this embodiment, the chlorine (Cl) species refers to a chemical species containing chlorine as a constituent element. Specifically, the chemical species containing chlorine include chlorine atoms (Cl), chlorine molecules (Cl 2 ), chloride ions (Cl ), chlorine radicals (Cl.), polyatomic chlorine ions, and chlorine compounds (such as X—Cl, where X is a counter ion).

本実施形態において、臭素(Br)種とは、構成成分元素として臭素を含む化学種をいう。具体的には、臭素を含む化学種には、臭素原子(Br)、臭素分子(Br)、臭素化物イオン(Br)、臭素ラジカル(Br・)、多原子臭素イオン、臭素化合物(X-Br等、ここで、Xは対イオン)が含まれる。 In this embodiment, the term "bromine (Br) species" refers to chemical species that contain bromine as a constituent element, specifically, chemical species that contain bromine include bromine atoms (Br), bromine molecules (Br 2 ), bromide ions (Br ), bromine radicals (Br.), polyatomic bromine ions, and bromine compounds (such as X—Br, where X is a counter ion).

<電極用触媒の製造方法>
図9に示すように、本実施形態に係る電極用触媒の製造方法は、電極用触媒の原料である電極用触媒前駆体を製造する電極用触媒前駆体製造ステップS1と、電極用触媒前駆体製造ステップS1で製造された電極用触媒前駆体を洗浄する洗浄ステップS2と、洗浄ステップS2で洗浄された電極用触媒前駆体を、羽根板127を有する攪拌羽根104を備えた攪拌処理装置101により乾燥する乾燥ステップS3とを含む。各ステップS1,S2,S3は、上述の電極用触媒の製造システム10の電極用触媒前駆体製造装置12、洗浄装置13、および、攪拌処理装置101でそれぞれ実行されることができる。
<Method of manufacturing electrode catalyst>
9, the electrode catalyst manufacturing method according to this embodiment includes an electrode catalyst precursor manufacturing step S1 for manufacturing an electrode catalyst precursor, which is a raw material for an electrode catalyst, a cleaning step S2 for cleaning the electrode catalyst precursor manufactured in the electrode catalyst precursor manufacturing step S1, and a drying step S3 for drying the electrode catalyst precursor cleaned in the cleaning step S2 by an agitation processing device 101 equipped with an agitation blade 104 having a blade plate 127. Each of steps S1, S2, and S3 can be performed by the electrode catalyst precursor manufacturing device 12, the cleaning device 13, and the agitation processing device 101, respectively, of the electrode catalyst manufacturing system 10 described above.

乾燥ステップS3は、図10に示すように、導入工程S31と、乾燥工程S32と、冷却工程S33と、徐酸化工程S34と、取出し工程S35とを含む。乾燥ステップS3では、洗浄ステップS1で洗浄された電極用触媒前駆体を乾燥することにより、乾燥後の電極用触媒前駆体41を得ることができる。各工程S31~S35の構成は上述の<電極用触媒の製造システム>(乾燥装置)で説明した通りである。 As shown in FIG. 10, the drying step S3 includes an introduction step S31, a drying step S32, a cooling step S33, a gradual oxidation step S34, and a removal step S35. In the drying step S3, the electrode catalyst precursor washed in the washing step S1 is dried to obtain the dried electrode catalyst precursor 41. The configuration of each step S31 to S35 is as described above in the <Electrode catalyst manufacturing system> (drying device).

ここに記述される実施例は本発明の実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。 The examples described herein are illustrative of embodiments of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

<電極用触媒前駆体の製造(反応工程、電極用触媒前駆体製造ステップ)>
(製造例1)
[電極用触媒前駆体を含む液(原液)の調製]
電極用触媒として、Pt粒子担持カーボン触媒(以下、「Pt/C触媒」という。N.E.CHEMCAT社製、Pt担持率50wt%、商品名:「SA50BK」)を使用した。まずその前駆体を含む液を調製した。
この前駆体の担体には、市販の導電性中空カーボン担体{ライオン株式会社製、商品名「カーボンECP」(登録商標)(ケッチェンブラックEC300J)、比表面積750~800m/g}を使用した。
この担体と水溶性Pt塩とを水中に分散させた。次に、担体と水溶性Pt塩を含む分散液に水溶性還元剤を添加し所定の温度でPt成分の還元反応を進行させた。これにより、本実施形態で使用する電極用触媒前駆体を含む液を調製した。
<Production of electrode catalyst precursor (reaction process, electrode catalyst precursor production step)>
(Production Example 1)
[Preparation of liquid (stock solution) containing electrode catalyst precursor]
A Pt particle-supported carbon catalyst (hereinafter referred to as "Pt/C catalyst", manufactured by N.E. CHEMCAT, Pt support rate 50 wt %, product name: "SA50BK") was used as the electrode catalyst. First, a liquid containing its precursor was prepared.
As the carrier for this precursor, a commercially available conductive hollow carbon carrier (manufactured by Lion Corporation, trade name "Carbon ECP" (registered trademark) (Ketjen Black EC300J), specific surface area 750 to 800 m 2 /g) was used.
The carrier and the water-soluble Pt salt were dispersed in water. Next, a water-soluble reducing agent was added to the dispersion containing the carrier and the water-soluble Pt salt, and the reduction reaction of the Pt component was allowed to proceed at a predetermined temperature. In this way, a liquid containing the electrode catalyst precursor used in this embodiment was prepared.

上述のようにして得られた電極用触媒前駆体の粉体を乾燥させずにケトルに分散させて、洗浄装置で処理する原液として使用した。 The electrode catalyst precursor powder obtained as described above was dispersed in a kettle without drying and used as the stock solution to be treated in the cleaning device.

<電極用触媒の製造>
(実施例1)
[洗浄装置による処理(洗浄ステップ)]
製造例1で得られた電極用触媒前駆体を含む液を洗浄装置に導入して洗浄処理を行い、電極用触媒前駆体を含むケーキを得た。
<Production of electrode catalyst>
Example 1
[Treatment by cleaning device (cleaning step)]
The liquid containing the electrode catalyst precursor obtained in Production Example 1 was introduced into a washing device and subjected to washing treatment, thereby obtaining a cake containing the electrode catalyst precursor.

(実施例1)
[乾燥装置による処理(乾燥ステップ)]
洗浄装置による処理後に得られた電極用触媒前駆体を含むケーキを乾燥装置としての攪拌処理装置101に導入し、乾燥ステップS3を行った。
なお、本実施例1では、撹拌機構を有する攪拌処理装置101を使用した電極用触媒前駆体を含むケーキの乾燥を実施するため、後述の比較例1で実施する電極用触媒前駆体を含むケーキの解砕(棚段真空乾燥機に導入する前のケーキの粗粉砕)は不要である。即ち、後述の比較例1における解砕工程は不要になる。
攪拌処理装置101における各工程の処理時間を表1に示す。
導入工程S31においてケーキ52kgを仕込むときの攪拌処理装置101の容器本体102内の粉面高さを基に攪拌処理装置101の容量を選定し、容器本体102の有効容量が100Lで羽根板127が不連続な傾斜パドル翼の攪拌処理装置101を採用した。
まず導入工程S31で含水率が約82のケーキ52kgを容器本体102内に仕込むケーキ仕込を行なった。
その後、乾燥工程S32、冷却工程S33、徐酸化工程S34と順に行ない、取出し工程S35でケーキの取出しを行ない、含水率が3wt%以下の電極用触媒を得るために必要とする時間を測定した。
また、攪拌乾燥に伴う「摩擦」が製品に影響を与えないか確認するために、冷却工程S33では攪拌羽根104を回転させると共に、加熱媒体注入口113からジャケット106へ冷却媒体Cを注入し、冷却しながら電極用触媒前駆体での攪拌試験を実施した。
Example 1
[Treatment by drying device (drying step)]
The cake containing the electrode catalyst precursor obtained after the treatment by the washing device was introduced into the stirring treatment device 101 as a drying device, and the drying step S3 was carried out.
In this Example 1, since the cake containing the electrode catalyst precursor is dried using the stirring treatment device 101 having a stirring mechanism, there is no need to crush the cake containing the electrode catalyst precursor (coarsely crushing the cake before introducing it into the tray vacuum dryer) which is performed in Comparative Example 1 described later. That is, the crushing step in Comparative Example 1 described later is not necessary.
The processing time for each step in the agitation processing device 101 is shown in Table 1.
In the introduction step S31, the capacity of the agitation device 101 was selected based on the powder surface height in the container body 102 of the agitation device 101 when 52 kg of cake was charged, and an agitation device 101 was adopted in which the effective capacity of the container body 102 was 100 L and the blade plate 127 had discontinuous inclined paddle blades.
First, in the introduction step S31, 52 kg of cake having a moisture content of about 82 % was charged into the container body 102 to charge the cake.
Thereafter, the drying step S32, the cooling step S33, and the gradual oxidation step S34 were carried out in this order, and the cake was taken out in the removal step S35, and the time required to obtain an electrode catalyst with a moisture content of 3 wt % or less was measured.
Furthermore, in order to confirm whether or not "friction" caused by the stirring and drying would have any effect on the product, in the cooling step S33, the stirring blade 104 was rotated while the cooling medium C was injected into the jacket 106 from the heating medium injection port 113, and a stirring test was performed with the electrode catalyst precursor while cooling.

Figure 0007511427000001
Figure 0007511427000001

(比較例1)
洗浄装置による処理後に得られた電極用触媒前駆体を含むケーキについて、専用の解砕機、棚段真空乾燥機およびハンマーミルを用いて、乾燥ステップを行った。
まずケーキを専用の解砕機で解砕する解砕工程で、含水率が約80~82%の電極用触媒前駆体52kgを得た。
この解砕工程では、ケーキを洗浄装置から取出し、電極用触媒前駆体を含むケーキの解砕(棚段真空乾燥機に導入する前のケーキの粗粉砕)を行う。実施例1の攪拌処理装置101と異なり、本比較例1で使用する棚段真空乾燥機には撹拌機構が装備されていないので解砕機を使用して棚段真空乾燥機に導入する前のケーキの粗粉砕を行い、棚にケーキの解砕物を略均等に配分して配置する必要がある。
その後の導入工程で、この電極用触媒前駆体を、幅600mm、長さ780mm、高さ20mmのパット20枚に配膳するケーキ配膳を行ない、電極用触媒前駆体が配膳されたパットを棚段真空乾燥機に設置して扉を閉め、減圧下で電極用触媒前駆体を乾燥させる乾燥工程、および減圧下で電極用触媒前駆体を冷却させる冷却工程を行なった。
冷却工程の後、扉をゆっくりと開く徐酸化工程を行ない、その後の取出し工程で、棚段真空乾燥機からパットを取り出して電極用触媒前駆体を取り出した。
その後、この取り出した電極用触媒前駆体をハンマーミルで粉砕する粉砕工程を行なって、含水率が3wt%以下の電極用触媒を得るために必要とする時間を測定した。
実施例1の攪拌処理装置101と異なり、本比較例1で使用する棚段真空乾燥機には撹拌機構が装備されていないので、ハンマーミルを使用した電極用触媒前駆体の粉体の塊を粉砕することが必要になる。また、ハンマーミルの粉砕前に棚段真空乾燥機から電極用触媒前駆体の粉体の塊を取り出す必要が生じる。
(Comparative Example 1)
The cake containing the electrode catalyst precursor obtained after the treatment with the washing device was subjected to a drying step using a dedicated crusher, a tray vacuum dryer, and a hammer mill.
First, the cake was crushed in a dedicated crusher in a crushing process to obtain 52 kg of an electrode catalyst precursor with a moisture content of about 80 to 82%.
In this crushing step, the cake is removed from the cleaning device and crushed (coarsely crushing the cake before introduction into the tray vacuum dryer) containing the electrode catalyst precursor. Unlike the stirring treatment device 101 in Example 1, the tray vacuum dryer used in this Comparative Example 1 is not equipped with a stirring mechanism, so a crusher is used to roughly crush the cake before introduction into the tray vacuum dryer, and the crushed cake must be distributed approximately evenly on the shelves.
In the subsequent introduction step, this electrode catalyst precursor was arranged in a cake arrangement onto 20 pads measuring 600 mm in width, 780 mm in length, and 20 mm in height. The pads on which the electrode catalyst precursor was arranged were placed in a shelf vacuum dryer, the door was closed, and a drying step in which the electrode catalyst precursor was dried under reduced pressure and a cooling step in which the electrode catalyst precursor was cooled under reduced pressure were performed.
After the cooling step, a gradual oxidation step was carried out by slowly opening the door, and in the subsequent removal step, the pad was removed from the tray vacuum dryer to remove the electrode catalyst precursor.
Thereafter, the extracted electrode catalyst precursor was subjected to a pulverization step in which it was pulverized with a hammer mill, and the time required to obtain an electrode catalyst having a water content of 3 wt % or less was measured.
Unlike the stirring treatment device 101 of Example 1, the tray vacuum dryer used in this Comparative Example 1 is not equipped with a stirring mechanism, and therefore it is necessary to pulverize the lumps of electrode catalyst precursor powder using a hammer mill. In addition, it becomes necessary to remove the lumps of electrode catalyst precursor powder from the tray vacuum dryer before pulverization with the hammer mill.

<評価結果>
表1に示すように、実施例1において、導入工程S31では電極用触媒前駆体を配膳する必要が無く、容器本体102に電極用触媒前駆体を仕込むだけなので、比較例1では2時間必要とするところを0.4時間まで短縮できた。
また実施例1において、乾燥工程S32および冷却工程S33では、高い混合能力とジャケット106からの伝熱により、棚段真空乾燥機と比較して乾燥速度が向上しており、比較例1では24時間必要とするところを6.3時間まで短縮できた。
ここで、得られた電極用触媒は比較例1と殆ど遜色なく、攪拌乾燥に伴う「摩擦」が製品品質に殆ど影響を与えないことが確認できた。更に、実施例1において、徐酸化工程S34、取出し工程S35では比較例1と比較して時間の短縮は確認できなかった一方で、実施例1では解砕工程および粉砕工程を省略できた。
<Evaluation Results>
As shown in Table 1, in Example 1, there was no need to arrange the electrode catalyst precursor in the introduction step S31, and the electrode catalyst precursor was simply charged into the container body 102, so that the time required was reduced from 2 hours in Comparative Example 1 to 0.4 hours.
In Example 1, the drying speed in the drying step S32 and the cooling step S33 was improved compared to the tray vacuum dryer due to the high mixing capacity and heat transfer from the jacket 106, and the drying time was reduced from 24 hours required in Comparative Example 1 to 6.3 hours.
Here, it was confirmed that the obtained electrode catalyst was almost comparable to that of Comparative Example 1, and that the "friction" caused by the stirring and drying had almost no effect on the product quality. Furthermore, in Example 1, no reduction in time was confirmed in the gradual oxidation step S34 and the extraction step S35 compared to Comparative Example 1, while in Example 1, the crushing step and the pulverization step could be omitted.

したがって、本実施形態の電極用触媒の製造システムおよび製造方法によれば、乾燥装置14による処理(乾燥ステップS3)に要する時間を略1/4程度に大幅に短縮することができる。さらに、本実施形態に係る乾燥装置14としての攪拌処理装置101は乾燥工程S32、冷却工程S33、徐酸化工程S34および取出し工程S35を全て自動で行なうことができるため、手間も大幅に低減することができ、可能な限り人の手による作業を介さない電極用触媒の製造方法及び製造システムを提供することができる。 Therefore, according to the manufacturing system and manufacturing method of the electrode catalyst of this embodiment, the time required for processing by the drying device 14 (drying step S3) can be significantly reduced to about 1/4. Furthermore, since the stirring processing device 101 as the drying device 14 of this embodiment can automatically perform the drying step S32, the cooling step S33, the gradual oxidation step S34, and the removal step S35, the labor required can be significantly reduced, and it is possible to provide a manufacturing method and manufacturing system for electrode catalysts that involves as little manual work as possible.

<電極用触媒の製造システム>
図11は、第2の実施形態に係る電極用触媒の製造システムの概略を示すブロック図である。電極用触媒の製造システム150は、第1の実施形態で説明した電極用触媒前駆体製造装置12、洗浄装置13および乾燥装置14に加えて、乾燥後の電極用触媒1や触媒ケーキ調製後のWET品を物性分析する分析装置151と、乾燥後の電極用触媒1にイオン交換水を混合させてリスラリー化する反応器152とをさらに有している。
<Electrode catalyst manufacturing system>
11 is a block diagram showing an outline of an electrode catalyst manufacturing system according to the second embodiment. In addition to the electrode catalyst precursor manufacturing apparatus 12, cleaning apparatus 13, and drying apparatus 14 described in the first embodiment, the electrode catalyst manufacturing system 150 further includes an analyzer 151 for analyzing the physical properties of the electrode catalyst 1 after drying and a wet product after preparing a catalyst cake, and a reactor 152 for mixing ion-exchanged water with the electrode catalyst 1 after drying to reslurry it.

従来、粉末状の電極用触媒の出荷時の梱包作業や、顧客による電極用触媒使用時の計量作業において、粉末状の触媒の発火、消失の懸念が課題となっており、この電極用触媒の発火、消失対策や将来的な梱包、納入形態において、電極用触媒の紛体を純水で濡らした状態であるWET品での供給が想定され、今後、需要が増大することが見込まれている。しかしながら、例えば重量比で電極用触媒:水を1:4にすると、WET品が固体状とならず液状になってしまう。電極用触媒は高価であるため可能な限り回収する必要があるが、装置や電極用触媒を収容する容器にWET品が粘着してしまま乾燥し容器内壁に付着してしまっていた。また第1の実施形態の乾燥工程S32で電極用触媒:水を所望の重量比のWET品にして取り出す方法も考案されるが、この場合、徐酸化工程S34を経ていない状態のWET品となり、電極用触媒の触媒粒子表面の酸化状態を大気中で十分に安定な状態とできなくなる恐れ、ひいては水素酸化反応、酸素還元反応に対する初期活性が異なる電極用触媒となってしまう恐れがある。またこの場合、洗浄ステップS2では電極用触媒前駆体を洗浄およびろ過するだけであるので、WET品の水分量の均一性にムラが出てしまう可能性があった。このような理由により、WET品での供給は製造元、顧客への供給先の双方で取扱い性、回収性に難があった。 Conventionally, concerns about the ignition and loss of powdered electrode catalysts have been an issue when packaging powdered electrode catalysts for shipment and when weighing them when used by customers. As a measure against ignition and loss of electrode catalysts and in future packaging and delivery forms, it is expected that electrode catalyst powders will be supplied as wet products in which they are wetted with pure water, and demand is expected to increase in the future. However, for example, if the weight ratio of electrode catalyst to water is 1:4, the wet product will not become solid but will become liquid. Electrode catalysts are expensive and need to be recovered as much as possible, but the wet product would stick to the device or the container that holds the electrode catalyst, and would dry out and adhere to the inner walls of the container. A method has also been devised in which the electrode catalyst:water is extracted as a wet product with a desired weight ratio in the drying step S32 of the first embodiment, but in this case, the wet product is in a state that has not undergone the gradual oxidation step S34, and there is a risk that the oxidation state of the catalyst particle surface of the electrode catalyst cannot be made sufficiently stable in the atmosphere, and thus the electrode catalyst may have a different initial activity for the hydrogen oxidation reaction and the oxygen reduction reaction. In this case, since the electrode catalyst precursor is simply washed and filtered in the cleaning step S2, there is a possibility that the uniformity of the moisture content of the wet product may become uneven. For these reasons, supplying the wet product is difficult to handle and recover both at the manufacturer and the customer.

そこで本実施形態では、洗浄後の電極用触媒前駆体を乾燥させ、電極用触媒の触媒粒子表面の酸化状態を大気中で十分に安定な状態とさせる。また、乾燥後の電極用触媒1にイオン交換水を混合させ、電極用触媒を含むスラリーの水分量を均一にしてから固体状(ペレット状、ケーキ状)とできる水準まで乾燥させる。これにより、狙いとなる数値範囲までWET品の水分量を調節して複数の固体状の触媒ケーキに調製しており、所望の重量比のWET品で供給することにより、粉末状の触媒の発火、消失の恐れを確実に防止し、また上記した製造元、顧客への供給先の双方で取扱い性、回収性を向上させている。なお固体状の触媒ケーキについては、触媒の合成プロセスの中で、その触媒担体の表面は、合成に使用される各試薬、各合成反応で生成する生成物、副生成物、不純物から様々な化学作用を受ける。その結果、触媒担体の表面官能基の種類、総量、単位面積当たりの存在量が異なってくる。これにより、触媒の種類(担体の種類)、採用する合成反応プロセスの種類により、触媒の水に対する親和性(濡れ性)は変化する。したがって、取扱い性・回収性に優れた固体状とできる含水率(含水率の範囲)は、各触媒毎に予め実験的に求められるものである。 Therefore, in this embodiment, the electrode catalyst precursor after cleaning is dried to make the oxidation state of the catalyst particle surface of the electrode catalyst sufficiently stable in the atmosphere. In addition, ion exchange water is mixed with the electrode catalyst 1 after drying, and the water content of the slurry containing the electrode catalyst is made uniform, and then it is dried to a level where it can be made into a solid (pellet-like, cake-like). As a result, the water content of the WET product is adjusted to the target numerical range to prepare multiple solid catalyst cakes, and by supplying the powdered catalyst with a desired weight ratio, the risk of ignition and loss is reliably prevented, and the handling and recovery are improved at both the manufacturer and the customer destination. In addition, for the solid catalyst cake, during the catalyst synthesis process, the surface of the catalyst carrier is subjected to various chemical actions from each reagent used in the synthesis, and the products, by-products, and impurities generated in each synthesis reaction. As a result, the type, total amount, and amount per unit area of the surface functional groups of the catalyst carrier differ. As a result, the affinity (wettability) of the catalyst to water changes depending on the type of catalyst (type of carrier) and the type of synthesis reaction process used. Therefore, the moisture content (moisture content range) that will result in a solid that is easy to handle and recover must be determined experimentally in advance for each catalyst.

(分析装置)
分析装置151は、第1の実施形態の乾燥ステップS3を経て得られる電極用触媒1を物性分析する。分析装置151では、第1の実施形態の取出し工程S35で取出された電極用触媒1の第1の物性分析ステップS36を実行する第1の物性分析実行手段153を含む。この第1の物性分析ステップS36では、少なくとも電極用触媒1の触媒担持量、含水率(wt%)、および触媒粒子径を分析することが好ましい。なお本実施形態では、取出し工程S35で取出された電極用触媒1の粉体の一部を抜き取り、分析装置151で物性分析する方法を採用しているが、他の分析方法でもよい。
(Analysis equipment)
The analyzer 151 analyzes the physical properties of the electrode catalyst 1 obtained through the drying step S3 of the first embodiment. The analyzer 151 includes a first physical property analysis execution means 153 that executes a first physical property analysis step S36 of the electrode catalyst 1 taken out in the taking-out step S35 of the first embodiment. In this first physical property analysis step S36, it is preferable to analyze at least the catalyst loading amount, water content (wt%), and catalyst particle size of the electrode catalyst 1. Note that in this embodiment, a method is adopted in which a portion of the powder of the electrode catalyst 1 taken out in the taking-out step S35 is sampled and the physical properties are analyzed by the analyzer 151, but other analysis methods may be used.

(反応器)
反応器152は、第1の物性分析ステップS36の後に、上記の乾燥装置14で乾燥された電極用触媒1をリスラリー化する。本実施形態では反応器152を使用して電極用触媒1をリスラリー化しており、必要とする設備が1つ多くなる一方で、電極用触媒1のリスラリー化をより迅速、確実に実行している。反応器152では、取出し工程S35で取出された電極用触媒1をリスラリー化するためのリスラリーステップS40を実行するリスラリーステップ実行手段154を含む。リスラリーステップS40におけるリスラリー化の方法としては、撹拌装置を具備する反応器、例えば撹拌器の付いたケトルを使用したリスラリー化の方法を採用することができる。
(Reactor)
The reactor 152 reslurries the electrode catalyst 1 dried in the drying device 14 after the first physical property analysis step S36. In this embodiment, the electrode catalyst 1 is reslurried using the reactor 152, and while this requires one more piece of equipment, it more quickly and reliably reslurries the electrode catalyst 1. The reactor 152 includes a reslurry step executing means 154 that executes a reslurry step S40 for reslurrying the electrode catalyst 1 removed in the removal step S35. As a method for reslurrying in the reslurry step S40, a reslurry method using a reactor equipped with a stirring device, for example a kettle equipped with a stirrer, can be adopted.

リスラリーステップ実行手段154は、図11のブロック図および図12のフローチャートに示すように、導入工程S41と、混合工程S42と、取出し工程S43とをそれぞれ実行する手段である、導入工程実行手段156と、混合工程実行手段157と、取出し工程実行手段158とを備えている。本実施形態では、使用する電極用触媒の触媒粒子表面の酸化状態を大気中で安定な状態に保持するため、各工程S41~S43を常温、大気圧、大気中で実行しており、窒素などの特別なガス雰囲気としていない。各工程S41~S43について以下に説明する。 As shown in the block diagram of FIG. 11 and the flowchart of FIG. 12, the reslurry step execution means 154 includes an introduction step execution means 156, a mixing step execution means 157, and an extraction step execution means 158, which respectively execute the introduction step S41, the mixing step S42, and the extraction step S43. In this embodiment, in order to keep the oxidation state of the catalyst particle surface of the electrode catalyst used stable in the atmosphere, each step S41 to S43 is performed at room temperature, at atmospheric pressure, and in the atmosphere, rather than in a special gas atmosphere such as nitrogen. Each step S41 to S43 is described below.

[導入工程]
導入工程S41は、乾燥装置14で乾燥された電極用触媒1と、混合用のイオン交換水とを反応器152内に導入する工程であり、導入工程実行手段156により実行される。電極用触媒1やイオン交換水を導入する方法は、導入工程S31と同様に、漏斗などを用いて人の手による作業で導入されてもよく、電極用触媒1やイオン交換水が移送される管やベルトコンベア等を反応器152に設けて、人の手を介さずに直接導入されてもよい。
[Introduction process]
The introduction step S41 is a step of introducing the electrode catalyst 1 dried in the drying device 14 and ion-exchanged water for mixing into the reactor 152, and is executed by the introduction step execution means 156. The method of introducing the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water may be manual introduction using a funnel or the like, as in the introduction step S31, or the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water may be directly introduced without human intervention by providing the reactor 152 with a pipe or a belt conveyor for transporting the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water.

イオン交換水については純水を使用することができ、「超純水」を使用することが好ましい。「超純水」は、
R=1/ρ・・・(1)
の式で表される比抵抗R(JIS規格試験法(JIS K0552)により測定される電気伝導率の逆数)が3.0MΩ・cm以上である水である。なお上記式(1)において、Rは比抵抗を表し、ρはJIS規格試験法(JIS K0552)により測定される電気伝導率を表す。また「超純水」は、JIS K0557「用水・排水の試験に用いる水」に規定されている「A3」のに相当する水質又はそれ以上の清浄な水質を有していることが好ましいが、この式(1)で表される関係を満たす電気伝導率を有している水であれば、特に限定されず、例えば、この「超純水」として、「Milli Qシリーズ」(メルク株式会社製)や「Elix UV シリーズ」(日本ミリポア株式会社製)の超純水製造装置を使用して 製造される超純水を使用してもよい。なおイオン交換水については、必ずしも純水でなくてもよく、例えばpH6~8であって、JIS規格試験法(JIS K0522)により測定される電気伝導率ρiが10μS/cm未満のイオン交換水等も使用することができる。
As for the ion-exchanged water, pure water can be used, and it is preferable to use "ultrapure water.""Ultrapurewater" is defined as:
R = 1 / ρ (1)
The resistivity R (the reciprocal of the electrical conductivity measured by the JIS standard test method (JIS K0552)) represented by the formula is 3.0 MΩ cm or more. In the above formula (1), R represents resistivity, and ρ represents electrical conductivity measured by the JIS standard test method (JIS K0552). The "ultrapure water" preferably has a water quality equivalent to or higher than "A3" as specified in JIS K0557 "Water used for testing water and wastewater", but is not particularly limited as long as it has an electrical conductivity that satisfies the relationship represented by this formula (1). For example, ultrapure water produced using an ultrapure water production apparatus such as "Milli Q series" (manufactured by Merck Ltd.) or "Elix UV series" (manufactured by Nihon Millipore K.K.) may be used as the "ultrapure water". The ion-exchanged water does not necessarily have to be pure water, and for example, ion-exchanged water having a pH of 6 to 8 and an electrical conductivity ρi of less than 10 μS/cm as measured according to the JIS standard test method (JIS K0522) can be used.

導入工程S41で導入される電極用触媒1とイオン交換水との重量比は、電極用触媒1とイオン交換水と混合物が液状のスラリーになるくらいの比率であることが好ましく、例えば重量比で電極用触媒:イオン交換水が1:2~1:3.5の範囲の中から触媒種に応じて実験的に最適な比率を定める。本実施形態では、物性分析工程で物性分析された電極用触媒1の触媒担持量や含水率などの結果と、導入される電極用触媒1の分量と、から導入されるイオン交換水の分量が算出され、決定される。なお導入される電極用触媒1の分量は、人の手による作業で計測してもよく、第1の実施形態の取出し工程S35の開始時および終了時において電極用触媒1の重量をロードセル112,112により計測し、その結果を使用して電極用触媒1の分量を算出してもよい。 The weight ratio of the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water introduced in the introduction step S41 is preferably such that the mixture of the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water becomes a liquid slurry. For example, the weight ratio of the electrode catalyst:ion-exchanged water is experimentally determined to be optimal depending on the catalyst type from within a range of 1:2 to 1:3.5. In this embodiment, the amount of ion-exchanged water to be introduced is calculated and determined from the results of the physical property analysis of the electrode catalyst 1, such as the catalyst loading amount and water content, and the amount of the electrode catalyst 1 to be introduced. The amount of the electrode catalyst 1 to be introduced may be measured manually, or the weight of the electrode catalyst 1 may be measured by the load cells 112, 112 at the start and end of the removal step S35 in the first embodiment, and the amount of the electrode catalyst 1 may be calculated using the results.

[混合工程]
混合工程S42は、導入された電極用触媒1とイオン交換水とを反応器152内で混合する工程であり、混合工程実行手段157により実行される。混合工程実行手段157は、反応器152の撹拌装置を駆動させ、常温、大気圧で電極用触媒1とイオン交換水とを撹拌混合する。本実施形態では、電極用触媒1とイオン交換水と混合物が液状のスラリーになるくらいの比率であるため、常温、大気圧でも混合中に電極用触媒1が発火、消失する恐れがなく、また、より均一に前記混合物を撹拌混合することができる。電極用触媒1とイオン交換水が混合されて均一になり、電極用触媒を含むスラリー159が調製されたときに混合工程S42が完了する。なお撹拌装置の駆動時間や回転数については、反応器152の容量や種類、導入された電極用触媒1およびイオン交換水の分量等により異なるため、ここでは詳述しない。
[Mixing process]
The mixing step S42 is a step of mixing the introduced electrode catalyst 1 and ion-exchanged water in the reactor 152, and is executed by the mixing step execution means 157. The mixing step execution means 157 drives the agitator of the reactor 152 to agitate and mix the electrode catalyst 1 and ion-exchanged water at room temperature and atmospheric pressure. In this embodiment, the ratio of the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water is such that the mixture becomes a liquid slurry, so that the electrode catalyst 1 is not likely to ignite or disappear during mixing even at room temperature and atmospheric pressure, and the mixture can be agitated and mixed more uniformly. The mixing step S42 is completed when the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water are mixed uniformly and a slurry 159 containing the electrode catalyst is prepared. The driving time and rotation speed of the agitator will not be described in detail here because they vary depending on the capacity and type of the reactor 152, the amount of the introduced electrode catalyst 1 and ion-exchanged water, etc.

[取出し工程]
取出し工程S43は、反応器152内で調製された電極用触媒を含むスラリー159を取出す工程であり、取出し工程実行手段158により実行される。その後、取出された電極用触媒を含むスラリー159は乾燥装置14に再度導入される。そのため、乾燥装置14に人の手による作業で導入される場合は、電極用触媒を含むスラリー159が一旦別の容器等に取出されてもよい。また乾燥装置14に人の手を介さずに直接導入される場合は、乾燥装置14に管等が連結され、この管等を介して反応器152から乾燥装置14に電極用触媒を含むスラリー159が移送されてもよい。反応器152内の電極用触媒を含むスラリー159を全て取り出したときに取出し工程S43が完了する。なお取出し工程実行手段158については、反応器152の種類等により異なるため、ここでは詳述しない。
[Removal process]
The removal step S43 is a step of removing the electrode catalyst-containing slurry 159 prepared in the reactor 152, and is performed by the removal step execution means 158. Thereafter, the removed electrode catalyst-containing slurry 159 is introduced again into the drying device 14. Therefore, when the electrode catalyst-containing slurry 159 is introduced into the drying device 14 by manual work, the electrode catalyst-containing slurry 159 may be temporarily removed into another container or the like. When the electrode catalyst-containing slurry 159 is directly introduced into the drying device 14 without manual work, a pipe or the like may be connected to the drying device 14, and the electrode catalyst-containing slurry 159 may be transferred from the reactor 152 to the drying device 14 through the pipe or the like. The removal step S43 is completed when all of the electrode catalyst-containing slurry 159 in the reactor 152 is removed. The removal step execution means 158 differs depending on the type of the reactor 152, and will not be described in detail here.

(乾燥装置)
乾燥装置14は、リスラリーステップS40でリスラリー化された電極用触媒を含むスラリー159を、攪拌羽根104を備えた攪拌処理装置101で乾燥させ、複数の固体状の触媒ケーキを調製する。この工程で使用する乾燥装置14は、第1の実施形態の乾燥ステップS3で使用した乾燥装置14でもよく、他の乾燥装置14でもよい。乾燥装置としての攪拌処理装置101の構造については第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
(Drying device)
The drying device 14 dries the slurry 159 containing the electrode catalyst reslurried in the reslurry step S40 with an agitation processing device 101 equipped with an agitation blade 104 to prepare a plurality of solid catalyst cakes. The drying device 14 used in this step may be the drying device 14 used in the drying step S3 in the first embodiment, or may be another drying device 14. The structure of the agitation processing device 101 as a drying device is similar to that in the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.

固体状の触媒ケーキを調製する触媒ケーキ調製ステップS50は、第1の実施形態の乾燥ステップS3と同様に、導入工程S31’と、乾燥工程S32’と、冷却工程S33’と、冷却されたWET品を徐酸化処理する徐酸化工程S34’と、徐酸化処理されたWET品を取出す取出し工程S35’とを含む。各工程S31’~S35’の動作条件は第1の実施形態の乾燥ステップS3の各工程S31~S35と同様にしており、そのため各工程S31’~S35’の主な作用については、第1の実施形態の乾燥ステップS3の各工程S31~S35の主な作用と同様である。 The catalyst cake preparation step S50 for preparing a solid catalyst cake includes, like the drying step S3 in the first embodiment, an introduction step S31', a drying step S32', a cooling step S33', a gradual oxidation step S34' for subjecting the cooled wet product to a gradual oxidation treatment, and an unloading step S35' for unloading the wet product that has been subjected to the gradual oxidation treatment. The operating conditions of each step S31' to S35' are the same as those of each step S31 to S35 in the drying step S3 in the first embodiment, and therefore the main actions of each step S31' to S35' are the same as those of each step S31 to S35 in the drying step S3 in the first embodiment.

乾燥工程S32’で、容器本体102内のスラリー159から蒸気や気体が蒸発することで、スラリー159の重量が変化する。このときの容器本体102内のスラリー159の重量はロードセル112,112により計測されており、導入時のスラリー159の重量及び導入工程S41で決定された電極用触媒1とイオン交換水との重量比、及び現在のスラリー159の重量から、現在のスラリー159の含水率が算出される。容器本体102内のスラリー159が所定の含水率以下になり、固体状(ペレット状、ケーキ状)のWET品となったときに乾燥工程S32’が完了する。このように、水分量が均一であるスラリー159を乾燥させて触媒ケーキのWET品を調製することにより、このWET品の水分量を均一にすることができる。ここで、前記所定の含水率は80wt%未満であることが好ましく、容器本体102や攪拌羽根104にWET品が粘着しない。 In the drying step S32', steam and gas evaporate from the slurry 159 in the container body 102, causing the weight of the slurry 159 to change. The weight of the slurry 159 in the container body 102 at this time is measured by the load cells 112, 112, and the current moisture content of the slurry 159 is calculated from the weight of the slurry 159 at the time of introduction, the weight ratio of the electrode catalyst 1 to the ion-exchanged water determined in the introduction step S41, and the current weight of the slurry 159. The drying step S32' is completed when the slurry 159 in the container body 102 becomes a solid (pellet-like, cake-like) wet product with a predetermined moisture content or less. In this way, the slurry 159 with a uniform moisture content is dried to prepare a wet product of the catalyst cake, thereby making the moisture content of the wet product uniform. Here, the predetermined moisture content is preferably less than 80 wt%, so that the wet product does not stick to the container body 102 or the stirring blade 104.

徐酸化工程S34’で、乾燥ステップS3の時と同様に、加熱媒体排出口114からジャケット106内の冷却媒体Cを排出し、駆動装置107および真空ポンプ134を停止し、供給バルブ115を操作して容器本体102内の圧力を少しずつ常圧に戻すことにより、触媒ケーキのWET品の徐酸化を行なう。そのため、従来の箱型棚式真空乾燥機と比較して、作業時間を大幅に短縮・自動化できる。さらに徐酸化工程S34’も自動化できるため、より確実に徐酸化工程を実施できる。容器本体102内の触媒ケーキのWET品の徐酸化処理が完了したときに徐酸化工程が完了する。 In the gradual oxidation step S34', as in the drying step S3, the cooling medium C in the jacket 106 is discharged from the heating medium outlet 114, the drive unit 107 and vacuum pump 134 are stopped, and the supply valve 115 is operated to gradually return the pressure in the container body 102 to normal pressure, thereby gradually oxidizing the WET catalyst cake. Therefore, compared to conventional box-type shelf vacuum dryers, the operation time can be significantly shortened and automated. Furthermore, since the gradual oxidation step S34' can also be automated, the gradual oxidation step can be carried out more reliably. The gradual oxidation step is completed when the gradual oxidation treatment of the WET catalyst cake in the container body 102 is completed.

(分析装置)
分析装置151は、触媒ケーキ調製ステップS50を経て得られるWET品を物性分析する。分析装置151では、取出し工程S35’で取出されたWET品の第2の物性分析ステップS60を実行する第2の物性分析実行手段161を含む。この第2の物性分析ステップS60では、少なくともWET品の含水率(wt%)を分析することが好ましい。なお本実施形態では、取出し工程S35’で取出されたWET品の一部を抜き取り、分析装置151で物性分析する方法を採用しているが、他の分析方法でもよい。
(Analysis equipment)
The analysis device 151 performs a physical property analysis on the wet product obtained through the catalyst cake preparation step S50. The analysis device 151 includes a second physical property analysis execution means 161 that executes a second physical property analysis step S60 of the wet product taken out in the take-out step S35'. In this second physical property analysis step S60, it is preferable to analyze at least the water content (wt%) of the wet product. Note that, in this embodiment, a method is adopted in which a portion of the wet product taken out in the take-out step S35' is sampled and the physical properties are analyzed by the analysis device 151, but other analysis methods may be used.

[第1収容工程]
第1収容工程は、取出し工程S35’で取出された触媒ケーキのWET品を容器または袋に収容する工程である。この第1収容工程で使用する、収容する容器または袋はプラスチック製であり、内側に帯電防止剤が塗工されている。第2の物性分析工程の実行後、取出し工程S35’で取出されたWET品がこのプラスチック製の包装容器または包装袋に収容される。この第1収容工程は大気中で実行され、WET品を大気に慣らしながら包装容器または包装袋に収容している。この工程では、取出し工程S35’でプラスチック製の包装容器または包装袋を開口部108の下方に予め設置しておき、容器本体102内からこの包装容器内または包装袋内にWET品を落下させるように直接収容するように実行してもよく、取出し工程S35’で一旦取出してから、プラスチック製の包装容器または包装袋に収容するように実行してもよい。
[First storage step]
The first accommodation step is a step of accommodating the wet catalyst cake taken out in the take-out step S35' in a container or bag. The container or bag used in this first accommodation step is made of plastic and has an antistatic agent applied to the inside. After the second physical property analysis step is performed, the wet product taken out in the take-out step S35' is accommodated in this plastic packaging container or packaging bag. This first accommodation step is performed in the atmosphere, and the wet product is accommodated in the packaging container or packaging bag while acclimatizing to the atmosphere. In this step, the take-out step S35' may be performed such that a plastic packaging container or packaging bag is placed below the opening 108 in advance, and the wet product is dropped from inside the container body 102 into the packaging container or packaging bag to be directly accommodated, or the take-out step S35' may be performed such that the wet product is once taken out and then accommodated in the plastic packaging container or packaging bag.

その後、触媒ケーキのWET品を収容したプラスチック製の包装容器または包装袋をさらに容器に収容する。この時に使用する容器はステンレス製のUN缶(国際基準に伴い日本船用品検定協会が行う容器性能試験に合格した“UN検査証(UNマーク)”が表示されている容器:危険物運搬容器)であり、内側に帯電防止剤が塗工されている。このUN缶はSUS316製であることが好ましく、国連番号:3178、品名:その他の可燃性物質、国連分類:4.1に区分される物質を収容可能で、容器等級が2又は3であることが好ましい。第2収容工程の完了後に、このUN缶が移送され、顧客へと供給される。 Then, the plastic packaging container or packaging bag containing the wet catalyst cake is further placed in a container. The container used here is a stainless steel UN can (a container that displays a "UN inspection certificate (UN mark)" that has passed the container performance test conducted by the Japan Ship Equipment Inspection Association in accordance with international standards: a dangerous goods transport container), with an antistatic coating on the inside. This UN can is preferably made of SUS316, and is preferably capable of containing substances classified as UN number 3178, product name: other flammable substances, and UN classification: 4.1, with a container class of 2 or 3. After the second placement process is completed, this UN can is transported and supplied to the customer.

[第2収容工程]
第2収容工程では、別の態様として、第1収容工程のプラスチック製の包装容器または包装袋の代わりに上記のUN缶を使用している。この場合、使用されるUN缶はWET品を密閉収容できるように構成される。
[Second storage step]
In the second storage step, as another embodiment, the UN can is used instead of the plastic packaging container or packaging bag in the first storage step. In this case, the UN can used is configured to be able to hermetically store the wet product.

以上、本発明を実施形態および実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。特に、電極用触媒前駆体製造装置12(反応工程、電極用触媒前駆体製造装置ステップS1)、および、洗浄装置13(洗浄ステップS2)については、特に限定されず、種々の変形例を採用することができる。 Although the present invention has been described above based on the embodiment and examples, the present invention can be implemented in various modified forms. In particular, the electrode catalyst precursor manufacturing apparatus 12 (reaction process, electrode catalyst precursor manufacturing apparatus step S1) and the cleaning apparatus 13 (cleaning step S2) are not particularly limited, and various modified forms can be adopted.

またリスラリーステップについては、反応器152を使用せずに乾燥装置14で実行してもよい。この場合、乾燥ステップS3の取出し工程S35およびリスラリーステップの取出し工程S43を省略することができるため、作業時間を大幅に短縮できる。また乾燥装置14の1ポットのみで乾燥工程、リスラリーステップS40および触媒ケーキ調製ステップS50を実行できるため、電極用触媒1や電極用触媒を含むスラリー159を移送する必要がないため、乾燥ステップS3、リスラリーステップS40および触媒ケーキ調製ステップS50を人の手による作業を介することなく自動化でき、より確実に各工程を実施できる。 The reslurry step may also be performed in the drying device 14 without using the reactor 152. In this case, the removal step S35 of the drying step S3 and the removal step S43 of the reslurry step can be omitted, which allows for a significant reduction in work time. In addition, since the drying step, the reslurry step S40, and the catalyst cake preparation step S50 can be performed using only one pot of the drying device 14, there is no need to transport the electrode catalyst 1 or the slurry 159 containing the electrode catalyst, so the drying step S3, the reslurry step S40, and the catalyst cake preparation step S50 can be automated without manual work, allowing each step to be performed more reliably.

リスラリーステップS50を乾燥装置14で実行する場合、乾燥ステップS3の徐酸化工程S34の完了後に物性分析工程に移行し、容器本体102内の電極用触媒1の一部を抜き取り、上記と同様に物性分析実行手段153によりこの電極用触媒1の物性分析を実行する。前記物性分析が完了したらリスラリーステップS40の導入工程S41に移行する。 When the reslurry step S50 is performed in the drying device 14, the process proceeds to the physical property analysis process after the completion of the gradual oxidation process S34 of the drying step S3, where a portion of the electrode catalyst 1 in the container body 102 is extracted, and the physical property analysis of this electrode catalyst 1 is performed by the physical property analysis execution means 153 in the same manner as described above. When the physical property analysis is completed, the process proceeds to the introduction process S41 of the reslurry step S40.

導入工程S41では、導入工程実行手段156により混合用のイオン交換水を容器本体102内に導入する。本実施形態では、イオン交換水が移送される管などのイオン交換水供給ライン(図示せず)が乾燥装置14に設けられており、このイオン交換水供給ラインにより、イオン交換水が人の手を介さずに直接導入される。なおイオン交換水を導入する方法は、導入工程S31と同様に、漏斗などを用いて人の手による作業で導入されてもよい。 In the introduction step S41, the ion-exchanged water to be mixed is introduced into the container body 102 by the introduction step execution means 156. In this embodiment, an ion-exchanged water supply line (not shown), such as a pipe through which the ion-exchanged water is transported, is provided in the drying device 14, and the ion-exchanged water is directly introduced through this ion-exchanged water supply line without human intervention. Note that the method of introducing the ion-exchanged water may be introduced manually using a funnel or the like, similar to the introduction step S31.

混合工程S42では、混合工程実行手段157により駆動装置107を駆動させ、攪拌羽根104を回転させて常温、大気圧で電極用触媒1とイオン交換水とを撹拌混合する。電極用触媒1とイオン交換水が混合されて均一になり、電極用触媒を含むスラリー159が調製されたときに混合工程S42が完了し、触媒ケーキ調製ステップの乾燥工程S32’に移行する。その後の工程は反応器152を使用した場合と同様である。 In the mixing step S42, the driving device 107 is driven by the mixing step execution means 157, and the stirring blade 104 is rotated to stir and mix the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water at room temperature and atmospheric pressure. When the electrode catalyst 1 and the ion-exchanged water are mixed uniformly and a slurry 159 containing the electrode catalyst is prepared, the mixing step S42 is completed and the process moves to the drying step S32' of the catalyst cake preparation step. The subsequent steps are the same as when the reactor 152 is used.

そして乾燥装置14においても、その構造は図2に示すものに限定されず、容器本体102の構造も図2~図4に示すものに限定されるものではなく、本実施形態に係る乾燥ステップS3の各工程S31~S35において同様の作用効果を得られる構造のものであれば、種々の変形例を採用することができる。 The structure of the drying device 14 is not limited to that shown in FIG. 2, and the structure of the container body 102 is not limited to that shown in FIGS. 2 to 4. Various modified examples can be used as long as they provide similar effects in each of steps S31 to S35 of the drying step S3 according to this embodiment.

1 電極用触媒
2 担体
3 触媒粒子
4 コア部
5 シェル部
10 電極用触媒の製造システム
12 電極用触媒前駆体製造装置
13 洗浄装置
14 乾燥装置
101 攪拌処理装置
102 容器本体
104 攪拌羽根
122 回転主軸
127 羽根板(傾斜パドル翼)
128 アーム(回転翼支柱)
129 ガス噴出孔
152 反応器
S1 電極用触媒前駆体製造ステップ
S2 洗浄ステップ
S3 乾燥ステップ
S31 導入工程
S32 乾燥工程
S33 冷却工程
S34 徐酸化工程
S35 取出し工程
S36 第1の物性分析ステップ(第1分析工程)
S40 リスラリーステップ
S50 触媒ケーキ調製ステップ
S60 第2の物性分析ステップ(第2分析工程)
REFERENCE SIGNS LIST 1 Electrode catalyst 2 Support 3 Catalyst particle 4 Core portion 5 Shell portion
10. Electrode catalyst manufacturing system
12. Electrode catalyst precursor manufacturing equipment
13 Cleaning equipment
14 Drying equipment
101 Mixing treatment device
102 Container body
104 Stirring blade
122 Rotating shaft
127 Slat (inclined paddle blade)
128 Arm (rotor support)
129 Gas Vents
152 Reactor S1 Electrode catalyst precursor production step S2 Cleaning step S3 Drying step S31 Introduction step S32 Drying step S33 Cooling step S34 Gradual oxidation step S35 Removal step S36 First physical property analysis step (first analysis step)
S40 Reslurry step S50 Catalyst cake preparation step S60 Second physical property analysis step (second analysis step)

本発明の電極用触媒の製造システムおよび製造方法によれば、作業者による電極用触媒前駆体を移すための作業をなくし、且つ、電極用触媒前駆体の乾燥時間を短縮することで、ハロゲン含有量、特に塩素含有量を低く抑えた電極用触媒を製造するための手間と時間を大幅に低減することができる。 The electrode catalyst manufacturing system and manufacturing method of the present invention eliminates the need for workers to transfer electrode catalyst precursors and shortens the drying time of the electrode catalyst precursors, significantly reducing the effort and time required to manufacture electrode catalysts with low halogen content, particularly low chlorine content.

したがって、本発明は、燃料電池や燃料電池自動車、携帯モバイル等の電機機器産業のみならず、エネファームやコジェネレーションシステム等に適用することができる電極用触媒の製造システムおよび製造方法であり、エネルギー産業や環境技術関連の発達に寄与する。 The present invention is therefore a manufacturing system and method for electrode catalysts that can be applied not only to the electrical equipment industry, such as fuel cells, fuel cell vehicles, and portable mobile devices, but also to ENE-FARM and cogeneration systems, and contributes to the development of the energy industry and environmental technologies.

Claims (10)

電極用触媒の原料である電極用触媒前駆体を製造する電極用触媒前駆体製造装置と、
前記電極用触媒前駆体を洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置により洗浄された前記電極用触媒前駆体を、不連続な傾斜パドル翼を有する攪拌羽根を備えた攪拌処理装置により乾燥する乾燥装置とを有する、電極用触媒を製造するための製造システムであって、
前記乾燥装置は、
前記電極用触媒前駆体を前記攪拌処理装置の容器本体に導入する導入工程と、
前記容器本体を加熱すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を乾燥させる乾燥工程と、
前記容器本体を冷却すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を冷却させる冷却工程と、
前記容器本体内に空気を供給し、前記電極用触媒前駆体を徐酸化処理する徐酸化工程と、
前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を取り出す取出し工程とを実行する手段を備える電極用触媒の製造システム。
an electrode catalyst precursor manufacturing apparatus for manufacturing an electrode catalyst precursor, which is a raw material for an electrode catalyst;
a cleaning device for cleaning the electrode catalyst precursor;
a drying device that dries the electrode catalyst precursor washed by the washing device using an agitation treatment device equipped with an agitation blade having discontinuous inclined paddle blades,
The drying device is
an introduction step of introducing the electrode catalyst precursor into a vessel body of the stirring treatment device;
a drying step of heating the container body while reducing the pressure, and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade, thereby drying the electrode catalyst precursor;
a cooling step of cooling the electrode catalyst precursor by cooling and reducing the pressure of the container body and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade;
a gradual oxidation step of supplying air into the container body and subjecting the electrode catalyst precursor to a gradual oxidation treatment;
and removing the electrode catalyst precursor from the container body.
前記攪拌羽根は、駆動装置により回転することで当該攪拌羽根を回転させる回転主軸と、前記容器本体内で前記電極用触媒前駆体を攪拌混合する前記傾斜パドル翼と、前記回転主軸および前記傾斜パドル翼を接続する回転翼支柱とを備え、
前記回転主軸および前記回転翼支柱は中空の管状に形成され、
前記回転翼支柱は、先端部の下側にガス噴出孔が設けられ、
前記回転主軸は、ガスの流路に接続されることを特徴とする請求項1に記載の電極用触媒の製造システム。
the stirring blade includes a main shaft that is rotated by a drive device to rotate the stirring blade, the inclined paddle blade that stirs and mixes the electrode catalyst precursor in the container body, and a rotor support that connects the main shaft and the inclined paddle blade,
The rotor shaft and the rotor support are formed in a hollow tubular shape,
The rotor support has a gas outlet hole on the lower side of the tip,
2. The system for manufacturing an electrode catalyst according to claim 1, wherein the rotating shaft is connected to a gas flow path.
電極用触媒の原料である電極用触媒前駆体を製造する電極用触媒前駆体製造ステップと、
前記電極用触媒前駆体を洗浄する洗浄ステップと、
前記洗浄ステップで洗浄された洗浄後の前記電極用触媒前駆体を、不連続な傾斜パドル翼を有する攪拌羽根を備えた攪拌処理装置により乾燥する乾燥ステップとを含む、電極用触媒を製造するための製造方法であって、
前記乾燥ステップは、
前記攪拌処理装置の容器本体を加熱すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を乾燥させる乾燥工程と、
前記容器本体を冷却すると共に減圧し、前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を前記攪拌羽根により攪拌混合することにより、前記電極用触媒前駆体を冷却させる冷却工程と、
前記容器本体内に空気を供給し、前記電極用触媒前駆体を徐酸化処理する徐酸化工程とを含む電極用触媒の製造方法。
an electrode catalyst precursor producing step of producing an electrode catalyst precursor which is a raw material for the electrode catalyst;
a washing step of washing the electrode catalyst precursor;
a drying step of drying the electrode catalyst precursor after the washing step by using an agitation treatment device equipped with an agitation blade having discontinuous inclined paddle blades,
The drying step comprises:
a drying step of drying the electrode catalyst precursor by heating and reducing the pressure of a container body of the stirring treatment device and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade;
a cooling step of cooling the electrode catalyst precursor by cooling and reducing the pressure of the container body and stirring and mixing the electrode catalyst precursor in the container body with the stirring blade;
and a gradual oxidation step of supplying air into the container body and subjecting the electrode catalyst precursor to a gradual oxidation treatment.
前記容器本体内の前記電極用触媒前駆体を取り出す取出し工程を更に含み、
前記取出し工程は、前記傾斜パドル翼を支持する回転翼支柱の先端に設けられたガス噴出孔から下向きにガスを噴出させるスクレーパー工程を含む請求項3に記載の電極用触媒の製造方法。
The method further includes a removal step of removing the electrode catalyst precursor from the container body,
4. The method for producing an electrode catalyst according to claim 3, wherein the removing step includes a scraper step of ejecting gas downward from gas ejection holes provided at the tip of a rotor support supporting the inclined paddle blades.
前記乾燥ステップを経て得られる前記電極用触媒前駆体の物性分析を実施する第1分析工程と、
前記乾燥ステップを経て得られる前記電極用触媒前駆体とイオン交換水とを混合して再びスラリーを調製するリスラリーステップと、
前記リスラリーステップを経て得られる前記スラリーを乾燥させ、所定の範囲の含水率に調節された複数の固体状の触媒ケーキを調製する触媒ケーキ調製ステップと、
を更に含む請求項3に記載の電極用触媒の製造方法。
a first analysis step of performing a physical property analysis of the electrode catalyst precursor obtained through the drying step;
a reslurry step of mixing the electrode catalyst precursor obtained through the drying step with ion-exchanged water to prepare a slurry again;
A catalyst cake preparation step of drying the slurry obtained through the reslurry step to prepare a plurality of solid catalyst cakes having a moisture content adjusted to a predetermined range;
The method for producing an electrode catalyst according to claim 3 , further comprising:
前記触媒ケーキ調製ステップにおいて使用する撹拌式乾燥装置が、前記攪拌処理装置である請求項5に記載の電極用触媒の製造方法。 The method for producing an electrode catalyst according to claim 5, wherein the stirring-type drying device used in the catalyst cake preparation step is the stirring treatment device. 前記リスラリーステップにおいて撹拌装置を具備する反応器を使用する請求項5又は6に記載の電極用触媒の製造方法。 The method for producing an electrode catalyst according to claim 5 or 6, in which a reactor equipped with a stirring device is used in the reslurry step. 前記反応器が前記攪拌処理装置である請求項7に記載の電極用触媒の製造方法。 The method for producing an electrode catalyst according to claim 7, wherein the reactor is the stirring treatment device. 前記触媒ケーキの含水率が80wt%未満である請求項5~8の何れか1項に記載の電極用触媒の製造方法。 The method for producing an electrode catalyst according to any one of claims 5 to 8, wherein the water content of the catalyst cake is less than 80 wt%. 前記触媒ケーキ調製ステップを経て得られる前記触媒ケーキの含水率を測定する第2分析工程を更に含む請求項5~9の何れか1項に記載の電極用触媒の製造方法。 The method for producing an electrode catalyst according to any one of claims 5 to 9, further comprising a second analysis step of measuring the water content of the catalyst cake obtained through the catalyst cake preparation step.
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