JPH09155188A - 金属触媒およびその製造方法 - Google Patents

金属触媒およびその製造方法

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JPH09155188A
JPH09155188A JP7344357A JP34435795A JPH09155188A JP H09155188 A JPH09155188 A JP H09155188A JP 7344357 A JP7344357 A JP 7344357A JP 34435795 A JP34435795 A JP 34435795A JP H09155188 A JPH09155188 A JP H09155188A
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metal particles
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茂樹 星野
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理ガスと金属粒子との接触を密にして反
応効率を高める。 【構成】 担体11上に遷移金属からなる金属粒子12
とこれに近接した炭素粒子13とを担持させる。この触
媒は、含浸法により担体11上に金属粒子12を付着さ
せた後、反応管内に装着しメタンなどの炭化水素ガスを
流し熱分解させて炭素粒子13を担体上に付着させるこ
とにより作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、炭酸ガス還元や
悪臭除去などの環境浄化に有用な金属触媒およびその製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】通常、環境浄化用に用いられる一般的な
触媒材料は含浸法等の方法により担体上に金属粒子を担
持させたものが用いられる。すなわち、金属塩を溶かし
た溶液中に担体である金属酸化物(たとえばアルミナや
シリカ等)を入れ、適当な条件の下に反応させて担体上
に金属粒子を担持させたものである。従来、炭素を担体
とすることはあっても炭素粒子を金属粒子とともに担持
させることは行われてこなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】地球温暖化の主要原因
である二酸化炭素の還元や悪臭物質の分解にはNiやP
d−Rhなどの一種若しくは複数種の遷移金属が用いら
れるが、効率は必ずしも高くはなくより効率の高い触媒
が求められていた。本発明者は、これら触媒金属の近傍
に炭素粒子を担持させるならば、炭素粒子が二酸化炭素
などの被処理ガスをよく吸収することができるため、触
媒金属と被処理ガスとの接触を密にして反応を促進させ
ることができ、効率の向上を図ることができるものと考
えた。
【0004】金属粒子と炭素粒子とを同一担体上に担持
させようとするとき、有機物を金属粒子を担持した材料
に付着させ、それを加熱して有機物を炭素にする方法が
考えられるが、その場合には炭素の付着位置はランダム
にならざるをえない。また、炭素が先に担持した金属粒
子を覆って触媒性能を低下させる可能性も高い。もう1
つの方法として、金属粒子を担持させる前に担体に有機
物を付着させ、加熱して炭素粒子を作成した後に金属粒
子を担持させるという方法も考えられるが、その場合に
も金属粒子と炭素粒子の位置はランダムな配置とならざ
るをえない。よって、このような方法で炭素粒子を付着
させた場合には金属粒子と炭素粒子が近傍に存在するこ
とによる反応促進効果は得られないことになる。したが
って、本発明の目的とするところは、より反応効率の高
い金属触媒を提供しうるようにすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による金属触媒は、1種乃至複数種の遷移金
属粒子と炭素粒子とが担体上に担持されていることを特
徴とするものである。そして、好ましくは、炭素粒子は
金属粒子の近傍に担持される。
【0006】上記の目的を達成するための本発明による
金属触媒の製造方法は、(1)担体上に1種乃至複数種
の遷移金属粒子を担持させる過程と、(2)金属粒子を
担持した担体を反応室内に配置して炭化水素を含むガス
を導入し、炭化水素を分解して担体上に炭素粒子を担持
させる過程と、を含むものである。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態を説
明するための断面図である。同図に示されるように、本
発明による金属触媒においては、アルミナあるいはシリ
カなどからなる担体11上に、触媒作用のある金属粒子
12が担持されており、さらにこの金属粒子12に近接
して炭素粒子が担持されている。
【0008】本発明による金属触媒では、金属粒子に近
接して炭素粒子が付着せしめられており、そして炭素粒
子は、活性であって二酸化炭素や悪臭ガスをよく吸収す
ることができるので、本発明による触媒は金属粒子と被
処理ガスとの接触を密にすることができ、反応を促進し
て効率を高めることができる。
【0009】図2は、本発明による金属触媒の製造方法
を説明するための反応システム図である。まず、通常の
含浸法を用いて、担体11上に1種類以上の遷移金属の
金属粒子12を担持せしめた触媒材料23を用意し、反
応管21内に入れた後、電気加熱手段22により加熱す
る。温度が安定したら、バルブ24を開いて炭化水素
(例えばメタン)ガスを反応管21中に流し、所定の時
間経ったら炭化水素ガスを止める。金属粒子12の触媒
作用により担体上に炭素が付着するので、この方法によ
り、図1に示されるように、炭素粒子13を金属粒子1
2に隣接して担体11上に担持せしめることができる。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について詳しく説明す
る。 [実施例1]2.00gの硝酸ニッケル六水和物を60
mlの水に溶かし、0.9mlの濃硝酸を加えてよく攪
拌し、これを予め脱気処理した市販のアルミナを加え、
80℃で24時間、その後40℃で48時間放置して金
属イオンを含浸させた。金属イオン吸着アルミナを濾別
によって回収した後、アルゴン気流下120℃で6時間
乾燥し、さらに水素気流下440℃で8時間還元して、
金属担持量5wt%のNi/Al23 触媒材料を得
た。
【0011】この触媒材料を1g、直径20mmφ、長
さ50cmの反応管内に装着し、まず、触媒表面の汚染
を除去して活性化するために、500℃程度に加熱し、
100ml/minの流量で水素を流して2時間の処理
を行った。その後、ガスをメタンガス(流量20ml/
min)に素早く切り替え、500℃のままで10分間
反応させた。この状態で試料の一部を取り出し電子顕微
鏡で観察したところ、金属粒子の近傍にそれと同程度か
それより幾分大きい炭素粒子が付着していることが確認
できた。
【0012】触媒材料に炭素粒子を付着させたのち、温
度を400℃に下げ、H2 とCO2の混合ガス(4:
1)を100ml/minの流量で流し、反応させた。
これにより、58%のCO2 をCH4 (99%)とCO
(1%)に変換することができた。
【0013】[比較例1]実施例1の方法で得たNi/
Al23 の触媒材料に炭素粒子を付着させることなく
反応管に装着し、実施例1と同様の方法でH2 とCO2
の混合ガス(4:1)を流して反応させたところ、50
%のCO2 をCH4 (98%)とCO(2%)に変換し
た。
【0014】[実施例2]塩化パラジウム2.36gと
塩化ロジウム三水和物2.70gを60mlの水に溶か
し、全ての結晶が溶けるまで濃塩酸を滴下した。得られ
た溶液をよく攪拌しながら、予め脱気処理した市販のア
ルミナを加え、80℃で24時間、その後40℃で48
時間放置して金属イオンを含浸させた。金属イオン吸着
アルミナを濾別によって回収した後、アルゴン気流下1
20℃で6時間乾燥し、さらに水素気流下440℃で8
時間還元して、金属担持量5wt%のPd−Rh/Al
23 触媒材料を得た。
【0015】この触媒材料を1g、直径20mmφ、長
さ50cmの反応管内に装着し、まず、500℃程度に
加熱し、100ml/minの流量で水素を流して2時
間の処理を行った(触媒表面の汚染除去処理)。その
後、ガスをエタンと窒素の混合ガス(流量20ml/m
in、エタン濃度30%)に素早く切り替え、500℃
のままで5分間反応させた。この状態で試料の一部を取
り出し電子顕微鏡で観察したところ、金属粒子の近傍に
それと同程度かそれより幾分大きい炭素粒子が付着して
いることが確認できた。すなわち、不活性ガスを混合し
たガスを用いても炭化水素のみのガスを用いた場合と同
様の反応が得られることが分かった。
【0016】触媒材料に炭素粒子を付着させたのち、温
度を300℃に下げ、H2 とCOの混合ガス(4:1)
を100ml/minの流量で流し、反応させた。反応
後のガスからはCOを観測することができない程度にC
Oを除去することができた。すなわち、ほぼ100%の
COをCH4 に変換することができた。
【0017】[比較例2]実施例2の方法で得たPd−
Rh/Al23 の触媒材料に炭素粒子を付着させるこ
となく反応管に装着し、実施例2と同様の方法(但し、
温度を可変にして)でH2 とCOの混合ガス(4:1)
を流して反応させたところ、COを100%除去するに
は反応温度を320℃にまで上げる必要があった。
【0018】[実施例3]ヘキサクロロ白金酸の5%溶
液に、予め脱気処理した市販のルチル型の酸化チタンを
加え、80℃で24時間、その後40℃で48時間放置
して金属イオンを含浸させた。金属イオン吸着酸化チタ
ンを濾別によって回収した後、アルゴン気流下120℃
で6時間乾燥し、さらに水素気流下440℃で8時間還
元して、金属担持量5wt%のPt/TiO2 触媒材料
を得た。
【0019】このPt/TiO2 触媒材料を1g、直径
20mmφ、長さ50cmの反応管内に装着し、まず、
触媒表面の汚染を除去して活性化するために、500℃
程度に加熱し、100ml/minの流量で水素を流し
て2時間の処理を行った。その後、ガスをメタンガス
(流量20ml/min)に素早く切り替え、500℃
のままで10分間反応させた。この状態で試料の一部を
取り出し電子顕微鏡で観察したところ、金属粒子の近傍
にそれと同程度かそれより幾分大きい炭素粒子が付着し
ていることが確認できた。
【0020】触媒材料に炭素粒子を付着させたのち、温
度を室温に下げ、反応管より電気加熱手段を取り外し、
紫外線照射装置をセッティングした。その後、メチルメ
ルカプタンを含んだ空気を反応管内に封印した。300
Wの紫外光を照射したところ20分でほぼ完全にメチル
メルカプタンを除去することができた。
【0021】[比較例3]実施例3の方法で得たPt/
TiO2 触媒材料に炭素粒子を付着させることなく反応
管に装着し、実施例3と同様の方法でメチルメルカプタ
ンを反応させたところ、ほぼ完全に除去するには30分
以上を要した。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属触媒
は、担体上に金属粒子に近接させて炭素粒子を付着させ
たものであるので、本発明によれば、触媒金属と被処理
ガスとの接触を密にすることができ、反応効率を高める
ことができる。また、本発明による金属触媒の製造方法
は、金属粒子を担持した担体を装着した反応管内にメタ
ン等の炭化水素を導入し分解させて炭素を担体上に付着
させるものであるので、金属粒子のもつ触媒作用を利用
して炭素粒子を金属粒子に近接させて付着させることが
できる。したがって、本発明の製造方法によれば、効率
よく反応を起こさせる金属触媒を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための断面図。
【図2】本発明による金属触媒の製造方法を説明するた
めの反応システムの断面図。
【符号の説明】
11 担体 12 金属粒子 13 炭素粒子 21 反応管 22 電気加熱装置 23 触媒材料 24 バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/16 B01J 23/42 M 23/38 23/46 311M 23/42 23/70 M 23/46 311 C01B 31/18 A 23/70 6958−4H C07C 1/12 23/755 6958−4H 9/04 C01B 31/18 C07B 61/00 300 C07C 1/12 B01D 53/36 G 9/04 ZABH // C07B 61/00 300 B01J 23/74 321M

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1種乃至複数種の遷移金属粒子と炭素粒
    子とが担体上に担持されていることを特徴とする金属触
    媒。
  2. 【請求項2】 炭素粒子が金属粒子に隣接して担持され
    ていることを特徴とする請求項1記載の金属触媒。
  3. 【請求項3】 (1)担体上に1種乃至複数種の遷移金
    属粒子を担持させる過程と、 (2)金属粒子を担持した担体を反応室内に配置して炭
    化水素を含むガスを導入し、炭化水素を分解して担体上
    に炭素粒子を担持させる過程と、を含むことを特徴とす
    る金属触媒の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第(2)の過程における炭化水素の
    分解が熱分解であることを特徴とする請求項3記載の金
    属触媒の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第(1)の過程と前記第(2)の過
    程との間に、金属粒子を担持した担体を水素ガス雰囲気
    中にて熱処理する工程が付加されていることを特徴とす
    る請求項3記載の金属触媒の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記炭化水素を含むガスが、メタンガス
    またはこれと不活性ガスとの混合ガスであることを特徴
    とする請求項3記載の金属触媒の製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02107339A (ja) * 1988-10-14 1990-04-19 Hitachi Ltd 触媒構造体及びその製造方法と装置
JPH07114924A (ja) * 1993-08-27 1995-05-02 Kyocera Corp 固体電解質型燃料電池セル

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