JPH03146131A - 触媒装置及び全有機炭素測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は触媒装置及び全有機炭素測定装置に関する。

さらに詳しくは、還元反応、酸化反応等気体、液体の触
媒反応を伴う装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、例えばＮｏ、−Ｎｏ還元反応やＮＯ，→ＮＯ酸化
反応等を伴う装置に用いられている還元触媒や酸化触媒
等の形状は多種多様であり、担体を有する場合と有しな
い場合に大別されろ。いずれの場合ら触媒面積を増加さ
せて反応効率を向上させるために多孔性、無定形などに
する場合が多く、その形状ら粒状（又は円柱状、円筒状
等）や粉状で用いられている。

これらの触媒が用いられた装置において、反応流体と触
媒の接触は、流体の流れ方向に対してうシダムな状態で
充填されている触媒間を反応流体が圧送又は吸引送され
る乙のであり、触媒間の物理現象は考慮されていない乙
のである。

上記触媒装置を利用した一例としては、公害における有
機汚濁指標、超純水、注射用水、原子力冷却水等の純度
管理、バイオ分野における微生物測定等に用いられろ全
有機炭素（ＴＯＣ）測定装置が挙げられる。このＴＯＣ
測定装置は、湿式酸化法と燃焼酸化法とに大別されろが
、酸化効率が高く操作が簡便等の利点から湿式酸化法よ
りは燃焼酸化法によるしのが汎用されている。

上記燃焼酸化方式のＴＯＣ測定装置は、キャリアガス供
給部、全炭素（Ｔ　Ｃ）反応部、無機炭素（ＩＣ）反応
部および二酸化炭素検出部をこの順に接続する分析流路
から主として構成されている。

そして上記全炭素（ＴＣ）反応部には、白金、四三酸化
コバルト等の金属、金属酸化物が触媒として用いられて
いる。これらの触媒は単独又は適当な担体にコーティン
グされる等の影響で使用されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 流体を高１で触媒反応さける場合、従来の粒状（又は円
柱状、円筒状）触媒は、担体の熱容量が大きいので反応
速度は速いが、反応流体か液体の場合；よその気化時に
突沸を起こし易く、一方粉状触媒は熱容量が小さいので
反応速度か遅くかつ流体の流路抵抗を大きくする等の欠
点を有している。

一方、上述したＴＯＣ測定装置によるＴＯＣ高感度分叶
の場合、炭素量を増やして感度向上を図る手法が一般的
であるが、４００μｅの試料注入が限度である。これ以
上の試料注入は、気化圧が急増してＴＣ反応部の破損を
招く虞れがある。

しかしながら超純水のＴＯＣ測定等においては１〜２肩
Ｑの試料注入が必要とされろが、この注入量に対するＴ
Ｃ反応部の実用的燃焼管構造が設計できていないのが現
状である。

そこで、上記大量の試料注入量においてら気化圧の急増
を緩和できるＴＣ反応部の構成の点からら、それに用い
る酸化触媒構造に一考を要していた。

この発明はかかる状況に鑑み為されたものであり、流体
との接触において、接触面積を十分に稼ぎ、気化圧の急
激な増加を押さえかつ流路抵抗か押さえられる構造を有
オろ触媒が用いられた触媒装置支び全有機炭素測定装置
を提供しようとするしのである。

（ニ）課題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、流体導入口と流体排出口と
を宵して流体流路が構成された筒状体と、該筒状体内に
収納される触媒体とからなり、上記触媒体が、セラミッ
ク繊維束からなる担体に触媒活性を有する物質を担持さ
せたしのから構成されろと共に、そのｗ＆椎輪軸方向前
記筒状体内を流れろ流体の流線方向に沿うように配置さ
れてなる触媒装置が提供されろ。

この発明の触媒装置に用いられる触媒体は、セラミック
繊維束からなる担体と該担体に担持される触媒活性を何
する物質とからなる。上記担体を構成するセラミック繊
維の材質としては、耐熱性、耐酸化性、耐酸性、耐アル
カリ性を有するものが適し、ことに高温での耐酸性、耐
アルカリ性を有するしのが好ましく、ＡｌｔＯｚ、５ｉ
ｆｔ等が挙げられる。上記セラミック繊維の繊維径は、
０．１〜１０００ｇｍが適しており、　１〜５０μｍが
好ましい。またその長さは適用される場所の大きさに応
じて適宜選択される。なお、上記繊維には毛細管現象が
発現されろものであれば炭素繊維、窒化繊維等の高機能
繊維を使用することもできろ。

上記セラミック繊維は所定量でかつ毛細管現象が発現さ
れるように束ねられる。上記セラミック繊維束は、下記
する触媒活性を有する物質の担持と同時に形成しても良
く、該物質の担持の前に予め形成されていてもよい。前
者の方法が好ましい方法である。上記形成される＊＊束
の大きさは、適用される場所の大きさに応じて適宜選択
される。

例えば全有機炭素（ＴＯＣ）測定装置の全炭素（ＴＣ）
反応部に用いる酸化触媒用の担体としては、繊維１ｌ−
１０μ■、長さ４０〜３００−のセラミック繊維を上記
方法により束ねて、直径的５〜３Ｇ＋ａｍの繊維束とす
ることが好ましい。

上記セラミック繊維束には、所定の触媒活性を有する物
質か担持される。この担持は例えば所定の触媒活性を付
与しうろ物質の溶液に、上記セラミック繊維束または繊
維束を浸、責して、その後乾燥及び必要により加熱して
所定の活性成分を定着させろことにより行われる。上記
溶液には定着剤が含有されるものであってもよいが、得
られる触媒体には毛細管現象が発現されろことか必要で
あるため概して不要とされる。上記触媒体が例えば酸化
触媒を担持さ仕たらのである例としては、酢酸マンガン
の水溶液に所定量のセラミック繊維又はその繊維束を浸
漬した後加熱乾燥させ、さらに所定１変で加熱処理する
ことにより二酸化マンガンとしてＷ＆碓上に固着させる
、また塩化白金酸に該繊維又は繊維束を浸漬しｆこ後加
熱乾燥させ、さらに所定Ａｒｊｔで加熱処理することに
より白金黒として繊維上に固着させる等が挙げられる。

この発明の触媒装置において、流体導入口と流体排出口
とを有して流体流路が構成された筒状体に、上記触媒体
が、そのＩ＆錐輪軸方向該筒状体内を流れる流体の流線
方向に沿うように配置される。

この発明において、上記触媒装置が前述したごとき酸化
触媒体を有してなるものは、全有機炭素測定装置の全炭
素（ＴＣ）反応部に好適に用いられる。従ってこの発明
はまたキャリアガス供給部、全炭素反応部、無機炭素反
応部および二酸化炭素検出部をこの順に接続する分析流
路を備えてなる全有機炭素測定装置であって、上記全炭
素反応部か、キャリアガス導入口及びキャリアガス排出
口を有してキャリアガス流路を構成する筒状体と、この
筒状体内に収納されかつキャリアガス流の流線方向に沿
うように各繊維軸方向が配置されたセラミック繊維束を
担体とする酸化触媒体とからなる酸化触媒装置及び該酸
化触媒装置を加熱する加熱部とから構成されてなる全有
機炭素測定装置をも提供するものである。

上記この発明の全有機炭素測定装置は、ＴＣ反応部に上
述した特定の酸化触媒装置を用いる以外は当該分野で通
常用いられるものをそのまま用いることができる。

（ホ）作用 この発明の触媒装置によれば、筒状体の流体導入口より
導入された流体は、該筒状体内に配置されたセラミック
繊維束に沿ってその流線が乱雑に乱されることなく流体
排出口に向かってスムースに流動されると共にこの流動
の間に該セラミック繊維束に担持された触媒活性を有す
る物質と効率良く接触して所定の触媒反応か進行される
。

またこの発明の全有機炭素測定装置によれば、キャリア
ガス流路途中に設けられたＴＣ反応管において、該反応
管のキャリアガス導入口からキャリアガス流と共に導入
された試料は、該反応管内に配置されかつ加熱された酸
化触媒担持セラミック繊維束に沿ってキャリアガス排出
口に向かって流動する間に、熱容量の大きいセラミック
繊維束からなる加熱酸化触媒と接触して効率良く酸化反
応が行われ、かつこの反応に伴う体積変化は流線方向に
直ちに吸収されて急激な圧力変動が押さえられ、酸化反
応及びキャリアガス流動がスムースに進行することとな
る。

以下実施例によりこの発明の詳細な説明するが、これに
よりこの発明は限定されるものではない。

（へ）実施例 実施例１ セラミック繊維（主成分：ＡｌｔＯｓ、繊維径＝１７μ
ｆｆ１）を６０ａｍに調整して束ね、これを１ｇ／ｌｌ
Ｑの酢酸マンガンの溶液約３１ＫＱ中に浸漬し、約８０
”Ｃ，３時間加熱して水分を蒸発させ、さらに約６００
’Ｃで３時間空気中で加熱し、二酸化マンガンが焼成担
持されたセラミック繊維束（束径：１５１１ＩＩｍ）を
得た。

上記得られた二酸化マンガン担持セラミック繊維束を、
第１図に示すごとき寸法を何する石英製のＴＣ燃焼管（
１１）に、繊維軸方向が該燃焼管内での流体の流れ方向
になるように挿入充填して、酸化反応用の触媒装置（１
）を作製した。

上記作製した触媒装置（１）を、第２図に示す全有機炭
素測定装置（ＴＯＣ計という）（２）の全炭素（ＴＣ）
反応部に用いて以下に示す測定を行った。なお同図にお
けるＴＯＣ計（２）の構成について若干説明する。該Ｔ
ＯＣ計（２）は、キャリアガス供給部（３）、全炭素（
ＴＣ）反応部（４）、ドレンセパレータ（５）、無機炭
素（ＩＣ）反応部（６）、電子ターラ（７）及び二酸化
炭素検出部（８）をこの頓に接続する分析流路（ａ）と
、制御部（９）とから主として構成されている。

ＩＣ反応部（４）は、上記触媒装置（１）と該触媒装置
を加熱する加熱炉（４１）とを具備している。

ＩＣ反応部（６）は、上部に試料注入口が設けられたＩ
Ｃ反応管と、該反応管内に保持されたＩＣ用反応触媒と
、ＩＣ反応管を加熱する加熱炉（６【）を有している。

上記ＩＣ用反応触媒には強酸性溶液が用いられている。

二酸化炭素検出部（８）は、キャリアガスに歯打される
二酸化炭素の１度の変化をマイクロホンコンデンサ容量
の変化として検出する検出器、試料セル、比較セル及び
光源を有する非分散型赤外分光計（ＮＤＩＲ）から構成
されている。

制御部（９）は、Ｍ　Ｐ　Ｕ　（図示しない）、記憶部
（図示しない）、信号増幅部（９１）、信号処理部（９
２）及びプリンタ（９３）を有し、二酸化炭素検出器（
８）で得られる二酸化炭素検出信号を認識し、その二酸
化炭素濃度を算出することを主たる機能とするものであ
る。

上記ＴＯＣ計（２）において、ＩＣ反応部（４）を約４
８０℃に、ＩＣ反応部（６）を約１５０℃にそれぞれ加
熱し、フタル酸水素カリウム５ｐｐｍ、の標準液を用い
て、この標準液の注入量とＴＯＣ計出力出力−ク面積）
との相関関係について調べたところ、第３図に示す結果
を得た。同図に示されるごとく良好な直線性が得られた
。

実施例２ セラミック繊維（実施例１と同様）を束ね、これをＩｇ
／ｉ＆の塩化白金酸の溶液約３ｚＱ中に浸漬し、約８０
℃、３時間加熱して水分を蒸発させ、さらに約８００℃
で１時間空気中で加熱し、白金黒が焼成担持されたセラ
ミック繊維束（束径：　１５ｓｕａ）を得た。

上記得られた白金黒担持セラミック繊維束を、実施例１
と同様にして酸化反応用の触媒装置を作製した。

この触媒装置を用いて実施例１と同様にＴＯＣ計（２０
）を構成した。

上記ＴＯＣ計（２０）において、ＩＣ反応部を約６８０
℃に、ＩＣ反応部を約１５０℃にそれぞれ加熱し、フタ
ル酸水素カリウム５ｐｐｍ、の標準液を用いて、この標
準液の注入量とＴＯＣ計出力出力−ク面積）との相関関
係について調べたところ、上記第３図と同様な良好な直
線性が得られた。

実施例３ 上記実施例ｔＦＪｃび２で使用したＴＯＣ計を用いて、
下記〔表１〕に示す数種の成分についてＴ。

Ｃ測定したところ、いずれの場合ら気化圧による急激な
圧増加はみられず酸化効率ら良好であった。

（ト）発明の効果 この発明によれば、大量の試料液を供すことができろ。

また反応に伴う体積変動による急激な圧力変化を吸収で
き、反応部の構造を簡略にすることができろ。触媒面積
を大きくでき反応効率を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の触媒装置の一例の構成説明図、第２
図は第１図の触媒装置を用いたＴＯＣ計の一例の構成説
明図、第３図は第２図のＴＯＣ計における試料注入量と
ＴＯＣ計出力出力相関関係を示すグラフ図である。 ■・・・・・・触媒装置、　　２・・・・・・ＴＯＣ計
、３・・・・・・キャリアガス供給部、 ４・・・・・・ＩＣ反応部、　６・・・・・・ＩＣ反応
部、７・・・・・・二酸化炭素検出部、 ４１．６１・・・・・・加熱炉、 ａ・・・・・・分析流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体導入口と流体排出口とを有して流体流路が構成
   された筒状体と、該筒状体内に収納される触媒体とから
   なり、 上記触媒体が、セラミック繊維束からなる担体に触媒活
   性を有する物質を担持させたものから構成されると共に
   、その繊維軸方向が前記筒状体内を流れる流体の流線方
   向に沿うように配置されてなる触媒装置。 ２、キャリアガス供給部、全炭素反応部、無機炭素反応
   部および二酸化炭素検出部をこの順に接続する分析流路
   を備えてなる全有機炭素測定装置であって、 上記全炭素反応部が、キャリアガス導入口及びキャリア
   ガス排出口を有してキャリアガス流路を構成する筒状体
   と、この筒状体内に収納されかつキャリアガス流の流線
   方向に沿うように各繊維軸方向が配置されたセラミック
   繊維束を担体とする酸化触媒とからなる酸化触媒装置及
   び該酸化触媒装置を加熱する加熱部とから構成されてな
   る全有機炭素測定装置。