JPH0397612A - 金属触媒支承体としての有効性を改善するための新しい或は古いグラファイト粉末の処理方法 - Google Patents

金属触媒支承体としての有効性を改善するための新しい或は古いグラファイト粉末の処理方法

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JPH0397612A
JPH0397612A JP2219140A JP21914090A JPH0397612A JP H0397612 A JPH0397612 A JP H0397612A JP 2219140 A JP2219140 A JP 2219140A JP 21914090 A JP21914090 A JP 21914090A JP H0397612 A JPH0397612 A JP H0397612A
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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】 (技術分野) 本発明はグラファイト粉末の処理方法、ことに金属触媒
支承体としての有効性を改善するための新しい或は古い
グラファイト粉末の処理方法に関するものである。
金属触媒を製造するためには、その担体材料を種々の技
術及び方法により予備処理しなければならない。この予
備処理法は、担体の物理的及び/或は化学的特性の改変
を含む。触媒は、一般的にこの処理済担体に金属触媒を
戊降させ或は含浸させて形成される。得られる触媒の特
性は、しばしばこの担体予備処理により著しく影響され
る。
(従来技術) Stuct.Surf.Sci.Catal.31 (
Prep Catal, IV) 71−81頁におけ
るD.リチャードらによる論槁″Preparatio
n  of  Highly  Dispersed 
 .  Carbon  Supported+ Pl
atinus Catalysts”には(1)グラフ
デイト或はプレグラファイトの面を強酸化剤、例えばI
IN03B.as、NaOClにより活性化し、■グラ
ファイト縁辺部分を白金錯イオンで含浸させる工程を有
する、高比表面積グラファイトに担持された高分赦白金
触媒の製造方法が開示されている。このグラファイト支
承体に固定された白金の量は酸化により増大せしめられ
る。
米国特許4028274号において、タンスは(1)グ
ラファイl・化された炭素粒子を、金属酸化触媒、こと
に鉄、鉛、銅、銀或は白金の塩水溶液で酸化させ、■処
理された粒子をその酸化に十分な高い温度の酸化雰囲ス
(約500℃の純酸素給送)中に置き、(3)酸化阻止
のため窒素中で冷却し、(4)50%11NO,溶液で
洗浄し、110℃、真空下に乾燥させる各工程をffす
る、炭素粉末の部分的グラファイト化による、ことに電
気化学的セルに有用な白金触媒の製造方法を開示してい
る。
また米国特許4122040号において、マッカーロル
は、(l)不活性雰囲気中にわいてグラファイト含有炭
素をまず900から3,300℃の温度で加熱し、次い
で冷却し、■1 ,000℃から3 .000℃の温度
で汀加熱することにより酸化させ、(3)これに金属触
媒を含浸させる各工程を有する、白金グループ金属担体
触媒の製造方法を開示している。
(発明の要約) しかるに、硝酸と硫酸の混合物を使用し、必要に応じて
選択的に制御加熱することにより、上記従来技術におけ
るPi雑な処理をする必要tx < , Mしく増大さ
れた表面%1を有する金属触媒用担体を製造し得ること
が本発明者らにより見出された。
このようにして予備処理された担体に含浸せしめられ或
は沈降せしめられた触媒は非処理担体で製造された触媒
に比し著しく増大せしめられた触媒表面積を有し、また
著しく高い活性及び特異性を示す。本発明方法にわいて
、グラファイトは鞘酸と硫酸の混合物と接触せしめられ
てから加熱することにより増大せしめられた表面積を有
する触媒担体が得られる。酸の使用量、加熱の温度及び
時間は、あらかじめ選定された条件下における最適効果
をもたらすために必要な、あらかじめ選択された表面積
を有するそれぞれの支承体を製造するため種々に変えら
れる。
触媒製造の従来方法においては、大量のグラファイト出
発材料を消費する共通の欠点があった。
これは470℃以上の非制御酸化雰囲気中でグラファイ
トを加熱する場合にしばしば生じた。本発明の利点は、
大母の材料を消費することなく、グラフデイトが予備処
理により著しい高温に加熱され1リることである。例え
ば本発明により予備処理されたグラファイトは、出発材
料の本質的部分を消費することなく、6時間にわたり7
00℃まで加熱することができた。本発明の他の利点は
、これまでに得られなかった古いグラファイトに対比し
得るBET表面積をもたらすように新しいグラファイト
の処理が可能な点である。本発明はまた触媒作用を最適
ならしめるようにあらかじめ設定された増大表面桔を有
し、従って担体上の非活性部分における非活性触媒の量
を低減し得るグラファイト支承体を製造し得る利点を有
する。上記の、及びその他の利点が何故もたらされ得る
かは、以下の詐細な説明から明らかになるであろう。
(允明の構成) 本発明の好ましい実施態様によれば、(1) 10 :
 90から90:10の量割合の硝酸と硫酸の混合物に
よりグラファイトを処理し、■このグラフ1イトを酸素
含有気体流の存在下に約+00゜Cから約1200℃の
温度に加熱する工程を有する、金属触媒用担体として使
用され得るグラファイトの処理方法が提供される。
本方法において使用されるグラファイトは新しいもので
あっても古いものであってもよい。すなわち、このグラ
フデイトは、すでに製造されたグラファイト担体金属触
媒から再生されたグラファイトを含む。できればこのグ
ラファイトは河粉砕されるのが望ましい。このようにし
て粉砕されたばかりのグラフγイト粉末は、1.5 m
2/gから3.5園2/g1こと{こ約31/gのBE
T (ブノレナウアー/エメット/テーラー)表面積を
有する。この比較的大きい表面積が本発明方法により実
に26.8 m2/g程度まで増大せしめられる。本発
明方法は、新しいグラファイトを処理して、酸化剤の存
在下に何年間にもわたって保持された古いグラファイト
に比肩し得る。BET表面積を持たせるために使用され
ることができる。適当に粉砕されたグラファイトは、例
えばニュジャージーのアズベリーミルズ社(^sbur
ry Mills)から得られる。一般的には古いグラ
ファイト15)末は、5m”/gからIlm2/g1 
ことに約7m”/HのBET表面積を打する。この表面
情は木発明により26 m2/g程度にまで増大せしめ
られる。この比表面積の著しい増大に作ってもたらされ
た驚くべき現象は、処理されたグラファイト扮末の平均
粒径がほぼ同じに維持され得ることである。変性グラフ
ァイトを担体材料として使用した触媒も、非処理材料の
場合に比し同様に増大せしめられた触媒表面積を有する
に至る。
本発明予備処理法において、出発材料グラファイトは、
すでに述べたように鞘酸と硫酸の混合物に接触せしめら
れるが、この混合物はその全量に対して約IOから約9
0容量%、好ましくは約IOから約60容量%、ことに
約lOから30容量%の硝酸を含有する。混合物はこれ
に対して約10から約90容量%、好ましくは約40か
ら約90容量%、ことに約70から約90容量%の硫酸
を含有する。請求の範囲及びここに述べられ、また実施
例において述べられるべき両酸の使用蚤割合は、使用さ
れる鞘酸が70%/ff IIJ 、使用される硫酸が
約97%濃度のものであることを前提としている。上述
したところと相違する鞘酸及び硫酸の濃度の場合には、
これを念頭に置いて補正された容m%が前述した容量%
と相違したとしてもなお本発明の範囲に属するべきであ
る。グラファイト処理のために使用される酸混合物のm
は、被処理グラファイト250g当たり、約100aL
から約1.52、ことに約2 0 0 mLから約50
0Jである。グラファイトと酸混合物との接触は、約1
0分から約4時間、ことに約0.5時間から約1.5時
間にわたり行われる。酸とグラファイトf5)末との混
合物は約25℃から約110℃、ことに95℃まで加熱
され、安定的なスラリーになされる。
この酸と接触せしめられたグラファイトとは、処理のた
めに安全な温度まで伶却され、好ましくは濾過されて過
剰溶液を除き、フィルターケーキとして湿潤グラファイ
トになされる。
次いで湿潤グラファイトは、好ましくは環状炉において
、約100℃から約1200℃、好ましくは約500℃
から約1200℃、ことに約1000℃に加熱される。
この加熱処理温度は2分から3時間、好ましくは5分か
ら2時間、ことに約5分の間維持される。この環状炉は
制御された加熱及びグラファイト酸化をもたらし、処理
されたグラファイト担体の特性を馨しく変化させ{クる
点でことに好ましい。気体流中の酸素の量は約1%から
約1009A,好ましくは約2%から2θ%、ことに約
5%である。気体流の流mは、被処理グラファイト50
gに対して、毎分約1 0 0 cm”から約700c
−ff、好ましくは約3 0 0 am3から約5 0
 0 cm’、ことに約5 0 0 cws”である。
次いで金属触媒、ことに白金触媒を上述のようにして予
備処理されたグラファイト粉末に含浸させ或は沈降させ
る。
この沈降乃至含浸処理法は当業者には周知のものであっ
て、例えば米国特許4028274号、4122040
号及び3060133号明細書に記載されている。
以下の実施例において本発明方法を具体的に説明するが
、これは例示的のものであって本発明範囲がこれに限定
されるものではない。
実施例1 本実施例においては、約2.5m”/gのBET表面積
を存する約2θOgの新しいグラフ1イトを、l12s
04及び■NO.,の種々の量割合の酸混合物により1
00℃で1時間予備処理した。この予備処理グラファイ
トを環状炉により空気雰囲気中において5分間1000
℃に加熱した。グラファイトのBET表面積を酸混合物
による予備処理後と加熱処理後に測定した。各データを
以下の表Iに示す。
4.3 IO.2 ti .2 17.6 l5.6 21.0 23.8 25。8 261 25.6 5.3 20.7 l9.8 l5.6 25.6 26.8 21.0 本実施例によりグラファイト表面積は■2504/Hl
l03混合物処理により増大せしめられ得ること、この
増大はH2 S 04のHNO3に対する使用量割合に
応じて変化することが示される。被処理グラファイト表
面稍は加熱処理によりさらに増大せしめられることもこ
の実施例から明らかである。
実施例■ 本実施例においては、約2.5 m2/gのBET表面
積を有する約20gの新しいグラフ1イトを、hs04
及びHll03の種々の量割合の酸混合物により100
゜Cで1時間予備処理した。こ.のグラファイトを環状
炉により空気雰囲気中において5分間300゜C,70
0及び1000℃に加熱した。各試料のBE丁表面積を
下表■に示す。
本実施例により酸混合物で処理されたグラファイトを加
熱する場合の温度が、被処理グラファイトの表面積増大
に影響を与えることが実証される。
実施例■ 本実施例においては、約2。5 m”/gのBET表面
桔を有する約200gの新しいグラファイトを、lI2
s04/[IN03の50/50(容量%)混合物によ
り100゜Cで1時間処理した。このグラファイト試料
を次いで環状炉により空気雰囲気中においてIO00℃
で5分、30分、60分及び120分にわたり加熱した
。各試料のBET表面桔を下表■に示す。
表■ 本実施例により酸混合物で予備処理されたグラファイト
の加熱処理時間がグラファイトのBET表而41増大に
i?Wを及ぼすが、5分を超える加熱処理■、シ間はB
ET表面積増大と逆比例することが示される。
実施例■ 本実施例においては処理されないグラフγイトと処理さ
れたグラファイトで製造された触媒の対比を行った。ま
ず約2.5 m’/gのBET表面積を有する新しいグ
ラファイト試料約200gを、lI.s0.90容鼠%
と}lNO310容m%の酸混合物により!00℃で1
時間処理した。この第1試料は処理後11.5 m”/
HのBET表面る7を示した。この処理された第1試料
と、約2.5■2/gのBET表面積を有する新しい非
処理グラファイトの第2試料200gとを使用してそれ
ぞれヒドロキシルアミン触媒を調製した。この沈降法に
よる触媒製造は、前述の米国特許4028274号、4
122040号及び3060 133号明細書に記載さ
れている周知方法により行われた。これら両触媒による
触媒作用の対比が下表■に示される。
表■ 新しいグラファイト  7.21     fl.62
   77.84   ±9.0酸処理グラフ1イト 
 9,74     ±1.18   87.72  
 ±2.4本実施例によりIt2S O4とIINO,
lの混合物で処理されたグラファイトにより製造された
触媒は、処理されていないグラファイトにより製造され
た触媒に比し、高い反応速度及び高い特異性を示すこと
が実証される。
実施例■ 本実施例にわいては、熱処理温度の漸次的上昇法により
グラファイトを予備処理する。
約200 gのグラファイトを60容量%の硝酸と40
容皿%の硫酸の混合物約11と接触させた。使用された
硝酸の′ci度は約70%、硫酸の濃度は約97%であ
った。このグラファイト粉末と酸の混合物を丸底フラス
コにより95℃で約3分間加熱した。次いで取扱が安全
となるまで冷却(約1時11)L,た。フリットフィル
ター漏斗を使用して濾別し、フィルターケーキとして湿
潤グラファイトをmた。混合物の洗浄は行わなかった。
約50gの酸処f!I!rlA潤グラフ1イトをフィル
ターから250℃の環状炉に移し、流量毎分500c一
の空気流下に約20分間保持した。この環状炉の温度を
800℃に上げ、同じく流措毎分500cm”の空気流
下に約40分間保持して、グラファイト粉末乾燥塊を?
’Jた。次いで環状炉及び内容物の温度を室温まで下げ
た。グラ7Tイト乾燥塊を取山し、微粉砕した。このグ
ラファイト粉末を800℃の環状炉まで加熱し、流m 
500cm′]/ l i nの空気流下約40分保持
した。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)グラファイトを硝酸及び硫酸の混合物に接
    触させる行程と、(b)この接触グラファイトを酸素含
    有気体流の存在下に約100℃から約1200℃の温度
    に加熱する工程とを有する、金属触媒支承体として使用
    されるべきグラファイトの予備処理方法。 2(a)グラファイトを硝酸及び硫酸の混合物に接触さ
    せる行程と、(b)この接触グラファイトを酸素含有気
    体流の存在下に約100℃から約1200℃の温度に加
    熱する工程とを有する方法により調製されたグラファイ
    ト支承体。
JP2219140A 1989-08-29 1990-08-22 金属触媒支承体としての有効性を改善するための新しい或は古いグラファイト粉末の処理方法 Expired - Lifetime JP3053414B2 (ja)

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KR0168846B1 (ko) 1999-01-15
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