JPH09299748A - Exhaust gas purifying element, production thereof and method for purifying nitrogen oxides - Google Patents

Exhaust gas purifying element, production thereof and method for purifying nitrogen oxides

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JPH09299748A
JPH09299748A JP8139551A JP13955196A JPH09299748A JP H09299748 A JPH09299748 A JP H09299748A JP 8139551 A JP8139551 A JP 8139551A JP 13955196 A JP13955196 A JP 13955196A JP H09299748 A JPH09299748 A JP H09299748A
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Japan
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conductive oxide
exhaust gas
electrode
solid electrolyte
oxide
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JP8139551A
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Japanese (ja)
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Yuji Ozeki
雄治 尾関
Hisashi Matsuyoshi
寿 松好
Kazuyoshi Iwayama
一由 岩山
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SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER
Japan Petroleum Energy Center JPEC
Original Assignee
SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER
Petroleum Energy Center PEC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an exhaust gas purifying element capable of efficiently removing nitrogen oxides from the exhaust gas of combustion, etc., containing excessive oxygen by constituting the element of an electrode containing conductive oxide and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. SOLUTION: This exhaust gas purifying element consists of both the electrode containing the conductive oxide and the solid electrolyte having oxygen ion conductivity. The electrode is constituted of a cathode electrode containing the conductive oxide and an anode electrode consisting of at least either one of Ag, Au, Pt and Pd. The conductive oxide is preferably defined as <=1.0×1.0<-2> Ω.cm at 300k relative resistance, RuO2 , WO2 , Fe3 O4 , MnO2 and ReO2 are exemplified therefor. Stabilized zirconia having high conductivity and especially high strength is preferably used as the solid electrolyte having oxygen ion conductivity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は排ガス浄化用素子お
よびその製造方法、さらに、酸素を含む燃焼ガスから大
気汚染物質である窒素酸化物を効率的に浄化する窒素酸
化物の浄化方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying element, a method for manufacturing the same, and a method for purifying nitrogen oxides, which is an atmospheric pollutant nitrogen oxides from a combustion gas containing oxygen. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】環境保全の観点から、大気汚染物質の浄
化は大きな社会的な課題である。とりわけ産業活動の拡
大に伴う燃焼排ガスの浄化は現在緊急の課題である。
2. Description of the Related Art From the viewpoint of environmental protection, purification of air pollutants is a major social issue. In particular, purification of combustion exhaust gas accompanying the expansion of industrial activities is currently an urgent issue.

【0003】固定発生源である工場や移動発生源である
自動車から排出される燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化
物は、光化学スモッグの原因といわれ、また人体に有害
なガスである。特に一酸化窒素(NO)は浄化が難し
く、最も重要な検討課題となっている。これまでにも燃
焼排ガス中の窒素酸化物を浄化するいくつかの方法が提
案されている。例えばアンモニア等の還元剤を用いて触
媒上でNOxをN2 とH2 Oにして分解する方法であ
る。しかしながら、この方法は還元剤を用いるためコス
トの点で高くつき、また還元剤の保管に関する安全性や
未反応還元剤の回収漏れの対策が必要となる。このよう
なことからこの方法は規模が大きな固定発生源について
は有効であるが、自動車のような移動発生源には適さな
い。これまで理論空燃比付近で運転されるガソリンエン
ジンの排ガスの浄化には貴金属系成分を活性成分とする
三元触媒装置が一般に使用されている。しかしながらこ
れらの触媒装置は過剰な酸素共存下では窒素酸化物を浄
化できないのでディーゼルエンジンや希薄燃焼方式のガ
ソリンエンジンの排ガス処理には用いることができな
い。最近、炭化水素を還元剤として用いて新たな触媒装
置で除去する方法が提案されているが、炭化水素のNO
x還元効率が低いことおよび触媒の耐久性が十分でない
ことなどの多くの問題を抱えている。このため新しい除
去方法の開発が望まれている。
Nitrogen oxides contained in combustion exhaust gas discharged from factories, which are fixed sources, and automobiles, which are mobile sources, are said to be the cause of photochemical smog and are gases harmful to the human body. In particular, nitric oxide (NO) is difficult to purify, and has become the most important subject for study. Several methods for purifying nitrogen oxides in combustion exhaust gas have been proposed so far. For example, it is a method of decomposing NOx into N 2 and H 2 O on a catalyst using a reducing agent such as ammonia. However, this method is expensive in terms of cost because it uses a reducing agent, and it is necessary to take measures for safety regarding storage of the reducing agent and recovery leakage of unreacted reducing agent. Therefore, this method is effective for large-scale fixed sources, but is not suitable for mobile sources such as automobiles. Up to now, a three-way catalyst device using a noble metal-based component as an active component has been generally used for purifying exhaust gas of a gasoline engine operated near the stoichiometric air-fuel ratio. However, these catalyst devices cannot purify nitrogen oxides in the presence of excess oxygen, and therefore cannot be used for exhaust gas treatment of diesel engines and lean-burn gasoline engines. Recently, a method of removing hydrocarbons using a new catalyst device by using them as a reducing agent has been proposed.
There are many problems such as low x reduction efficiency and insufficient catalyst durability. Therefore, development of a new removal method is desired.

【0004】ところで還元剤を用いずにNOを直接N2
とO2 に分解する方法は排ガスを処理装置に通じるだけ
で済み、理想的な処理方法である。しかし、これまで提
案されている触媒を用いた方法ではNOxの分解により
生成した酸素が触媒表面から脱離しないために、失活し
ていた。近年、酸素イオン導電性を有する固体電解質か
らなる素子を用いて窒素酸化物を電気化学的に分解除去
する方法が Jounal ofElectrochemical Society, 122,
896,(1975) に開示されている。すなわち酸化スカンジ
ウム安定化ジルコニアの両側に多孔質のPt電極を被覆
し、その一方側に酸素を含まない窒素酸化物を含有する
ガスを供給するとともに、この電極がカソード極になる
ように両電極に直流電圧を印加する。これにより電極上
で窒素酸化物を窒素と酸素に分解し、生成した酸素をイ
オン化し、これを印加電圧を駆動力としてこの電極上か
ら固体電解質を通して対極側に移動させ、反応系から排
除する(この際、酸素イオンが固体電解質中を流れるこ
とにより、素子内に電流が流れ、電気エネルギーが消費
される)。この結果、窒素酸化物の分解を促進させるこ
とができることを示している。
By the way, NO is directly added to N 2 without using a reducing agent.
The method of decomposing into O 2 and O 2 is an ideal treatment method since it requires only passing the exhaust gas through the treatment equipment. However, in the method using a catalyst that has been proposed so far, oxygen generated by decomposition of NOx is not desorbed from the surface of the catalyst, and thus deactivated. In recent years, a method of electrochemically decomposing and removing nitrogen oxides using an element composed of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity has been reported in Jounal of Electrochemical Society, 122,
896, (1975). That is, a porous Pt electrode is coated on both sides of scandium oxide-stabilized zirconia, and a gas containing nitrogen oxide containing no oxygen is supplied to one side of the electrode, and both electrodes are formed so that this electrode becomes the cathode electrode. Apply DC voltage. As a result, nitrogen oxides are decomposed into nitrogen and oxygen on the electrode, and the generated oxygen is ionized, and this is moved from the electrode to the counter electrode side through the solid electrolyte from the electrode using the applied voltage as a driving force, and is eliminated from the reaction system ( At this time, oxygen ions flow in the solid electrolyte, so that a current flows in the element and electric energy is consumed). As a result, it is shown that the decomposition of nitrogen oxide can be promoted.

【0005】しかしながら上記方法では燃焼排ガスのよ
うに過剰の酸素が含まれている場合、上記素子では窒素
酸化物の分解反応は進行せず、過剰に共存している酸素
のみがイオン化し、固体電解質中を流れてしまう課題が
あった。
However, in the above method, when excess oxygen is contained as in the combustion exhaust gas, the decomposition reaction of nitrogen oxides does not proceed in the above element, and only the oxygen that is present in excess is ionized, resulting in solid electrolyte. There was a problem of flowing inside.

【0006】最近、Chemistry Letters P.927(1994) に
700℃で固体電解質の両側に多孔質のPd電極を形成さ
せた素子を用いると酸素共存下でも窒素酸化物の分解除
去ができることが開示された。しかしながら窒素酸化物
を分解除去するには電流密度500mA/cm2 以上の
大きな電流を通電する必要があった。すなわち上記素子
では窒素酸化物の分解除去は酸素過剰下でも可能である
が、分解反応とは関係ない排ガスに過剰に含まれる共存
酸素が同時に固体電解質中をイオン化して流れてしまう
ため、窒素酸化物を分解するには多量の電流を流す必要
があった。つまり素子中を流れる電流量に対する窒素酸
化物の分解除去効率は極めて低いものであった。
Recently, it was disclosed in Chemistry Letters P.927 (1994) that nitrogen oxides can be decomposed and removed even in the presence of oxygen by using a device in which a porous Pd electrode is formed on both sides of a solid electrolyte at 700 ° C. It was However, in order to decompose and remove nitrogen oxides, it was necessary to apply a large current having a current density of 500 mA / cm 2 or more. That is, in the above element, the nitrogen oxides can be decomposed and removed even in the presence of excess oxygen, but the coexisting oxygen excessively contained in the exhaust gas, which is not related to the decomposition reaction, is ionized and flows in the solid electrolyte at the same time. It was necessary to apply a large amount of electric current to decompose the object. That is, the decomposition and removal efficiency of nitrogen oxides with respect to the amount of current flowing through the element was extremely low.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従って酸素過剰存在下
でも効率よく窒素酸化物を分解できる装置の開発が望ま
れている。すなわち本発明の目的は酸素共存下で窒素酸
化物分解反応を進行させ、分解生成した酸素をイオン化
して固体電解質中を透過させるとともに、共存する酸素
の透過を抑制することで、少ない電流量で効率よく除去
できる排ガス浄化用素子および窒素酸化物の浄化方法を
提供することにある。
Therefore, it is desired to develop an apparatus capable of efficiently decomposing nitrogen oxides even in the presence of excess oxygen. That is, the object of the present invention is to promote a nitrogen oxide decomposition reaction in the coexistence of oxygen, ionize the decomposed and generated oxygen to permeate the solid electrolyte, and suppress permeation of coexisting oxygen, thereby reducing the amount of current. An object is to provide an exhaust gas purifying element that can be efficiently removed and a method for purifying nitrogen oxides.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するためのものであり、本発明者らは導電性酸化物を含
む電極、および酸素イオン導電性を有する固体電解質か
らなる排ガス浄化用素子を用い導電性酸化物を含む電極
側がカソード極になるように直流電圧を印加すると酸素
を含む排ガス中の窒素酸化物を少ない電流量で効率よく
除去できることを見いだした。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems, and the present inventors have proposed an exhaust gas purification method comprising an electrode containing a conductive oxide and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. It has been found that nitrogen oxide in the exhaust gas containing oxygen can be efficiently removed with a small amount of current by applying a DC voltage so that the electrode side containing the conductive oxide becomes the cathode electrode using the device.

【0009】すなわち本発明は導電性酸化物を含む電
極、および酸素イオン導電性を有する固体電解質からな
る排ガス浄化用素子に関するものであり、また、導電性
酸化物を含む電極および酸素イオン導電性を有する固体
電解質からなる排ガス浄化用素子において、導電性酸化
物を構成する金属元素を含むペーストを固体電解質に塗
り付け、酸素雰囲気下で焼成することにより導電性酸化
物を含む電極を作製することを特徴とする排ガス浄化用
素子の製造方法に関するものであり、さらには酸素イオ
ン伝導性を有する固体電解質の両面に電極を持ち、少な
くとも一方の電極が導電性酸化物を含む排ガス浄化用素
子の導電性酸化物を含む電極側に窒素酸化物を含むガス
を流通させ、かつ該電極がカソード電極となるように電
圧を印加することを特徴とする窒素酸化物の浄化方法に
関するものである。
That is, the present invention relates to an exhaust gas purification element comprising an electrode containing a conductive oxide and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and also to an electrode containing a conductive oxide and oxygen ion conductivity. In an exhaust gas purifying element comprising a solid electrolyte having, a paste containing a metal element that constitutes a conductive oxide is applied to the solid electrolyte, and an electrode containing a conductive oxide is prepared by firing in an oxygen atmosphere. The present invention relates to a method for producing an exhaust gas purifying element, which further has electrodes on both sides of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and at least one of the electrodes has conductivity of an exhaust gas purifying element containing a conductive oxide. A gas containing nitrogen oxide is circulated to the electrode side containing oxide, and a voltage is applied so that the electrode becomes a cathode electrode. It relates purification method of nitrogen oxides to symptoms.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明は、導電性酸化物を含む電
極、および酸素イオン導電性を有する固体電解質からな
る排ガス浄化用素子に関するものである。本発明で用い
る導電性酸化物とは、金属的または半導体的な導電性を
示す酸化物のことであり、その組成は特に限定されるも
のではない。導電性酸化物と、銀、金、白金、およびパ
ラジウムから選ばれる少なくとも一つの金属の複合化法
は特に限定されない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to an exhaust gas purifying element comprising an electrode containing a conductive oxide and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. The conductive oxide used in the present invention is an oxide exhibiting metallic or semiconducting conductivity, and its composition is not particularly limited. The method for forming a composite of the conductive oxide and at least one metal selected from silver, gold, platinum, and palladium is not particularly limited.

【0011】また、該素子の電極の構成に関し、カソー
ド電極としては、(a)導電性酸化物、(b)導電性酸
化物と、銀、金、白金、およびパラジウムから選ばれる
少なくとも一つの金属を複合化したもの、のいずれかで
あれば良く、アノード電極としては、(a)導電性酸化
物、(b)導電性酸化物と、銀、金、白金、およびパラ
ジウムから選ばれる少なくとも一つの金属を複合化した
もの、(c)銀、金、白金、およびパラジウムから選ば
れる少なくとも一つの金属、のいずれかであれば良い。
Further, regarding the constitution of the electrode of the device, the cathode electrode has (a) a conductive oxide, (b) a conductive oxide, and at least one metal selected from silver, gold, platinum, and palladium. Or (a) a conductive oxide, and (b) a conductive oxide, and at least one selected from silver, gold, platinum, and palladium. It may be any one of a composite of metals and (c) at least one metal selected from silver, gold, platinum and palladium.

【0012】また、本発明は、導電性酸化物を含むカソ
ード電極と、銀、金、白金、およびパラジウムのうち少
なくとも一つを含むアノード電極、および酸素イオン導
電性を有する固体電解質からなる排ガス浄化用素子に関
するものである。すなわち、カソード電極としては、
(a)導電性酸化物、(b)導電性酸化物と、銀、金、
白金、およびパラジウムから選ばれる少なくとも一つの
金属を複合化したもの、のいずれかであれば良く、アノ
ード電極は、(c)銀、金、白金、およびパラジウムか
ら選ばれる少なくとも一つの金属であれば良い。
The present invention is also directed to exhaust gas purification comprising a cathode electrode containing a conductive oxide, an anode electrode containing at least one of silver, gold, platinum and palladium, and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. It relates to a device for use. That is, as the cathode electrode,
(A) conductive oxide, (b) conductive oxide, and silver, gold,
Any one of platinum and a composite of at least one metal selected from palladium may be used, and the anode electrode may be (c) at least one metal selected from silver, gold, platinum, and palladium. good.

【0013】また、本発明は、導電性酸化物からなるカ
ソード電極と、銀、金、白金、およびパラジウムのうち
少なくとも一つを含むアノード電極、および酸素イオン
導電性を有する固体電解質からなる排ガス浄化用素子に
関するものである。すなわち、カソード電極は、(a)
導電性酸化物であり、アノード電極は、(c)銀、金、
白金、およびパラジウムから選ばれる少なくとも一つの
金属であれば良い。
The present invention is also directed to exhaust gas purification comprising a cathode electrode made of a conductive oxide, an anode electrode containing at least one of silver, gold, platinum and palladium, and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. It relates to a device for use. That is, the cathode electrode is (a)
It is a conductive oxide, and the anode electrode is (c) silver, gold,
At least one metal selected from platinum and palladium may be used.

【0014】また、本発明は、銀、金、白金、およびパ
ラジウムのうち少なくとも一つを含む電極上に導電性酸
化物を担持した排ガス浄化用素子に関するものである。
該素子においては、NOx分解能に優れた導電性酸化物
を、導電性に優れた貴金属電極上に担持することで、電
極を構成する導電性酸化物部全体の通電性を向上するこ
とができる。
The present invention also relates to an exhaust gas purifying element in which a conductive oxide is carried on an electrode containing at least one of silver, gold, platinum and palladium.
In the device, by carrying a conductive oxide having excellent NOx resolution on a noble metal electrode having excellent conductivity, it is possible to improve the electrical conductivity of the entire conductive oxide portion forming the electrode.

【0015】また、本発明は、銀、金、白金、およびパ
ラジウムのうち少なくとも一つを含む電極中に導電性酸
化物が複合化された排ガス浄化用素子に関するものであ
る。該素子においては、NOx分解能に優れた導電性酸
化物を、導電性に優れた貴金属電極中に複合化すること
で、電極を構成する導電性酸化物部全体の通電性を向上
することができる。
The present invention also relates to an exhaust gas purifying element in which a conductive oxide is compounded in an electrode containing at least one of silver, gold, platinum and palladium. In this element, by compounding a conductive oxide having excellent NOx resolution in a noble metal electrode having excellent conductivity, it is possible to improve the electrical conductivity of the entire conductive oxide portion forming the electrode. .

【0016】また本発明では、300Kで比抵抗が1.
0×10-2Ω・cm以下である導電性酸化物を用いるこ
とが好ましい。300Kで比抵抗が1.0×10-2Ω・
cm以下である導電性酸化物であればその組成は特に限
定されるものではない。例えば、酸化ルテニウム(Ru
2 ) 、酸化タングステン(WO2 ) 、酸化鉄(Fe3
4 ) 、酸化モリブデン(MoO2 ) 、および酸化レニ
ウム(ReO2 ) が好んで用いられる。
Further, in the present invention, the specific resistance is 1.
It is preferable to use a conductive oxide having a density of 0 × 10 −2 Ω · cm or less. Specific resistance of 1.0 × 10 -2 Ω at 300K
The composition is not particularly limited as long as it is a conductive oxide having a size of cm or less. For example, ruthenium oxide (Ru
O 2 ), tungsten oxide (WO 2 ), iron oxide (Fe 3
O 4 ), molybdenum oxide (MoO 2 ), and rhenium oxide (ReO 2 ) are preferably used.

【0017】本発明で用いる導電性酸化物電極の作製方
法としては、(1)導電性酸化物を構成する金属元素を
含むペーストを固体電解質に塗り付け、酸素雰囲気下で
焼成する、(2)導電性酸化物を構成する金属元素を含
む水溶液を固体電解質に塗り付け、酸素雰囲気下で焼成
する、(3)導電性酸化物を構成する金属元素を固体電
解質または電極上にメッキし、酸素雰囲気下で焼成す
る、方法が挙げられるが、特に限定されるものではな
い。
As the method for producing the conductive oxide electrode used in the present invention, (1) a paste containing a metal element forming a conductive oxide is applied to a solid electrolyte and baked in an oxygen atmosphere (2) An aqueous solution containing a metal element forming a conductive oxide is applied to a solid electrolyte and baked in an oxygen atmosphere, (3) a metal element forming a conductive oxide is plated on a solid electrolyte or an electrode, and an oxygen atmosphere is formed. A method of firing below is mentioned, but the method is not particularly limited.

【0018】本発明で用いる酸素イオン導電性を有する
固体電解質は特に限定されない。酸素イオン導電性を有
する固体電解質の例としては蛍石型構造を有する金属酸
化物で、安定化ジルコニア、安定化酸化ビスマスおよび
安定化セリアが挙げられる。これらのうち高い導電性と
強度を有することが好ましく、特に高い強度を有する安
定化ジルコニアが好ましく用いられる。安定化ジルコニ
アとしては (a)Y2 3 安定化ZrO2 (但し、Y2 3 濃度:
8〜15モル%) (b)CaO安定化ZrO2 (但し、CaO濃度:5〜
10モル%) (c)MgO安定化ZrO2 (但し、MgO濃度:5〜
10モル%) (d)CeO2 安定化ZrO2 (但し、CeO2 濃度:
15〜35モル%)があるが特に限定されない。
The solid electrolyte having oxygen ion conductivity used in the present invention is not particularly limited. Examples of solid electrolytes having oxygen ion conductivity include metal oxides having a fluorite structure, such as stabilized zirconia, stabilized bismuth oxide, and stabilized ceria. Among these, it is preferable to have high conductivity and strength, and particularly preferably to use stabilized zirconia having high strength. Examples of the stabilized zirconia include (a) Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 (however, Y 2 O 3 concentration:
8-15 mol%) (b) CaO-stabilized ZrO 2 (however, CaO concentration: 5-
10 mol%) (c) MgO-stabilized ZrO 2 (however, MgO concentration: 5
10 mol%) (d) CeO 2 stabilized ZrO 2 (however, CeO 2 concentration:
15 to 35 mol%), but is not particularly limited.

【0019】固体電解質の形状は特に限定されないが、
通常板状、チューブ状、あるいはハニカム状に成型され
て用いられるが、その厚みは強度および導電性の点から
1μm〜5mmで、好ましくは10μmから2mmであ
る。1μm以下の厚みでは十分な強度のあるものが得ら
れず、一方5mm以上の厚みでは酸素の移動速度が遅く
なってしまう。
The shape of the solid electrolyte is not particularly limited,
Usually, it is used after being molded into a plate shape, a tube shape, or a honeycomb shape, and the thickness thereof is 1 μm to 5 mm, preferably 10 μm to 2 mm from the viewpoint of strength and conductivity. When the thickness is 1 μm or less, a material having sufficient strength cannot be obtained, while when the thickness is 5 mm or more, the moving speed of oxygen becomes slow.

【0020】これらの製造方法を以下に述べる。まず所
定の濃度のY2 3 、 CaO、MgO、あるいはCeO
2 安定化剤を含むジルコニア粉末を粉末混合法、中和共
沈法、加水分解法、熱分解法、水熱分解法、あるいはア
ルコキシド法のいずれかにより調製する。この安定化ジ
ルコニア粉末をプレス成型、あるいは押し出し成型によ
り目的の形状を得る。但し、成型を容易にするために有
機系のバインダーあるいはさらに水を加えて良く混合し
てから成型を行ってもよい。成型体はバインダーを脱脂
後、例えば1400〜1600℃にて2〜3時間焼成す
ることにより、気孔の無い緻密な焼結体を得ることがで
きる。
The manufacturing method of these is described below. First, a predetermined concentration of Y 2 O 3 , CaO, MgO, or CeO
(2) Zirconia powder containing a stabilizer is prepared by any of a powder mixing method, a neutralization coprecipitation method, a hydrolysis method, a thermal decomposition method, a hydrothermal decomposition method, or an alkoxide method. This stabilized zirconia powder is press-molded or extrusion-molded to obtain a desired shape. However, in order to facilitate the molding, the organic binder or water may be added and mixed well before molding. After degreasing the binder, the molded body can be fired at, for example, 1400 to 1600 ° C. for 2 to 3 hours to obtain a dense sintered body having no pores.

【0021】本発明の素子の構造として、板状の固体電
解質の両面に金属電極を持つもの、チューブ状固体電解
質の外側と内側に電極を持つもの、あるいはハニカム状
に成型された固体電解質に両電極を含むもののそれぞれ
の電極の一部または全てが導電性酸化物であるものが挙
げられるが特に限定されるものではない。
As the structure of the device of the present invention, a plate-shaped solid electrolyte having metal electrodes on both sides, a tube-shaped solid electrolyte having electrodes on the outer and inner sides, or a solid electrolyte molded in a honeycomb shape can be used. Examples thereof include those including electrodes, but some or all of the respective electrodes are conductive oxides, but are not particularly limited.

【0022】本発明の処理方法は該素子の両電極間に直
流電圧が印加できるように電源に接続し、導電性酸化物
を含む電極側に酸素と窒素酸化物を含有する排ガスを流
通させ、該電極がカソード極になるように両電極間に直
流電圧を印加することにより窒素酸化物を窒素と酸素に
分解し、生成した酸素を電源より印加した電圧を駆動力
として該電極上から固体電解質を通してアノード電極側
に移動させ、アノード電極から酸素分子として気相へ排
出されるものである。これにより窒素酸化物の分解を促
進しようとするものである。
In the treatment method of the present invention, a power source is connected so that a DC voltage can be applied between both electrodes of the device, and an exhaust gas containing oxygen and nitrogen oxides is circulated to the electrode side containing conductive oxides. By applying a DC voltage between both electrodes so that the electrode becomes a cathode electrode, nitrogen oxides are decomposed into nitrogen and oxygen, and the generated oxygen is applied as a driving force to the solid electrolyte from above the electrodes. Through to the anode electrode side and is discharged from the anode electrode to the gas phase as oxygen molecules. This is intended to accelerate the decomposition of nitrogen oxides.

【0023】印加する電圧の範囲はジルコニアの厚みに
対して0.5〜7.0V/mmであり、好ましくは1.0〜
5.0V/mmである。印加電圧が0.5V/mmより低い場合
は酸素の移動が遅すぎて窒素酸化物の分解反応が十分進
行しない。一方、7.0V/mmより高くなると気相からの
酸素の拡散が追いつかず、代わりに固体電解質自身の酸
素が移動してしまい、最後には固体電解質が破壊され
る。
The range of applied voltage is 0.5 to 7.0 V / mm with respect to the thickness of zirconia, preferably 1.0 to
It is 5.0 V / mm. When the applied voltage is lower than 0.5 V / mm, the migration of oxygen is too slow and the decomposition reaction of nitrogen oxide does not proceed sufficiently. On the other hand, when the voltage is higher than 7.0 V / mm, diffusion of oxygen from the gas phase cannot catch up, oxygen of the solid electrolyte itself moves instead, and finally the solid electrolyte is destroyed.

【0024】反応温度の範囲は300〜1200℃で、
好ましくは500〜1000℃である。300℃より低
温では窒素酸化物の分解反応の速度が遅く、しかも固体
電解質中の酸素移動速度も極めて小さいため、十分な窒
素酸化物の分解除去は行えない。一方、1200℃を越
えるとN2 +O2 →2NOの逆反応が起こり易くなり、
電極で生成したN2 が再びO2 と反応して窒素酸化物に
戻ってしまう。
The reaction temperature range is 300 to 1200 ° C.
It is preferably 500 to 1000 ° C. At a temperature lower than 300 ° C., the decomposition reaction rate of nitrogen oxides is slow, and the oxygen transfer rate in the solid electrolyte is extremely low, so that sufficient decomposition and removal of nitrogen oxides cannot be performed. On the other hand, when the temperature exceeds 1200 ° C, the reverse reaction of N 2 + O 2 → 2NO easily occurs,
N 2 generated at the electrode reacts with O 2 again and returns to nitrogen oxide.

【0025】[0025]

【実施例】以下実施例にしたがって説明する。 (安定化ジルコニア管作製)8mol%イットリア添加の安
定化ジルコニア粉末に有機系バインダーおよび蒸留水を
添加し十分混合後、混練り成型機を用いて管状に押しだ
した。これを乾燥後、1600℃で2時間焼成すること
で、外径3.8mmφ、内径2.5mmφの緻密な安定化ジ
ルコニア管を得た。
EXAMPLES Examples will be described below. (Preparation of Stabilized Zirconia Tube) An organic binder and distilled water were added to stabilized zirconia powder with 8 mol% yttria added, and the mixture was thoroughly mixed and then extruded into a tubular shape using a kneading molding machine. This was dried and then baked at 1600 ° C. for 2 hours to obtain a dense stabilized zirconia tube having an outer diameter of 3.8 mmφ and an inner diameter of 2.5 mmφ.

【0026】実施例1 安定化ジルコニア管の内側にパラジウムペーストを用い
てアノード電極を形成した。これを1300℃で焼成し
た。次にアノード電極に対極するようにジルコニア管の
外側の中央部の外周25mmの長さにルテニウムペースト
を均一に筆塗りし、カソード電極(電極面積3cm2 ) を
形成した(RuO2 の300Kでの比抵抗は4×10-5
Ωcm)。これを800℃、酸素雰囲気中で焼成した。そ
の後、カソード電極に白金線をリード線として固定し、
直流電源に接続した。カソード側にNO1000pp
m、O2 2%、Heバランスのモデルガス50ml/min.
を流し、アノード側にはHe50ml/min. を流した。そ
して、素子中の電流密度が43.9mA/cm2 となる
ように直流電圧を印加した。なお性能評価は反応温度7
00℃で行い、カソード側から出てきたガス中に存在す
る窒素の量をガスクロマトグラフィーを用いて分析し、
窒素酸化物が窒素に転化した割合を窒素酸化物の除去率
として求めた。この評価結果を表1に示す。
Example 1 An anode electrode was formed inside a stabilized zirconia tube using a palladium paste. This was baked at 1300 ° C. Next, a ruthenium paste was evenly brushed on the outer periphery of the zirconia tube to a length of 25 mm around the outer periphery of the zirconia tube to form a cathode electrode (electrode area of 3 cm 2 ) (RuO 2 at 300 K The specific resistance is 4 × 10 -5
Ωcm). This was baked at 800 ° C. in an oxygen atmosphere. Then, fix the platinum wire to the cathode electrode as a lead wire,
Connected to DC power supply. NO 1000pp on the cathode side
m, O 2 2%, He balance model gas 50 ml / min.
And He 50 ml / min. Was flown on the anode side. Then, a DC voltage was applied so that the current density in the element was 43.9 mA / cm 2 . The reaction temperature is 7 for performance evaluation.
It was carried out at 00 ° C., and the amount of nitrogen present in the gas discharged from the cathode side was analyzed using gas chromatography,
The conversion rate of nitrogen oxides to nitrogen was determined as the removal rate of nitrogen oxides. Table 1 shows the evaluation results.

【0027】実施例2 実施例1のアノード側のパラジウムペーストの変わり
に、ルテニウムペーストを用いてアノード電極を作製し
た。これを用いて実施例1と同様に評価を行った。
Example 2 An anode electrode was prepared by using a ruthenium paste instead of the palladium paste on the anode side of Example 1. Using this, evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

【0028】実施例3 実施例1のルテニウムペーストの変わりに、タングステ
ンペースト(WO2 の300Kでの比抵抗は2.9×1
-3Ωcm)を用い、酸素雰囲気中、800℃で焼成し、
これを用いて実施例1と同様に評価を行った。
Example 3 Instead of the ruthenium paste of Example 1, a tungsten paste (the specific resistance of WO 2 at 300K was 2.9 × 1) was used.
0 -3 Ωcm) and baked at 800 ° C in an oxygen atmosphere,
Using this, evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

【0029】実施例4 実施例1のルテニウムペーストの変わりに、パラジウム
ペーストを用いて同様な操作を行い、アノード、カソー
ドともにパラジウム電極を作製した。このカソード電極
上にルテニウムペーストを塗り付け、酸素雰囲気中、8
00℃で焼成した。この酸化ルテニウム/パラジウム二
層電極をカソード電極とする素子を用いて実施例1と同
様に評価を行った。
Example 4 Instead of the ruthenium paste of Example 1, the same operation was carried out using a palladium paste to prepare a palladium electrode for both the anode and the cathode. Ruthenium paste was applied on this cathode electrode, and the
Fired at 00 ° C. Using the element having the ruthenium oxide / palladium bilayer electrode as the cathode electrode, evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

【0030】実施例5 実施例1のルテニウムペーストの変わりに、パラジウム
/ルテニウム混合ペースト(Pd:Ru=1:1(重量
比))を用いて同様な操作を行い、酸素雰囲気中、80
0℃で焼成した。この酸化ルテニウム/パラジウム混合
電極をカソード電極とする素子を用いて実施例1と同様
に評価を行った。
Example 5 A palladium / ruthenium mixed paste (Pd: Ru = 1: 1 (weight ratio)) was used in place of the ruthenium paste of Example 1, and the same operation was performed.
Baking at 0 ° C. Using the element having the ruthenium oxide / palladium mixed electrode as a cathode electrode, evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

【0031】比較例1 安定化ジルコニア管に実施例1の方法でパラジウムペー
ストを用いてアノード、カソード両電極を作製した。こ
れを用いて実施例1と同様に評価を行った。
Comparative Example 1 Both the anode and cathode electrodes were prepared by using the palladium paste in the stabilized zirconia tube by the method of Example 1. Using this, evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

【0032】比較例2 実施例1のルテニウムペーストの変わりに、ニッケルペ
ースト(NiOの300Kでの比抵抗は104 Ωcm以
上)を用いて同様な操作を行い、これを用いて実施例1
と同様に評価を行った。
Comparative Example 2 A nickel paste (having a specific resistance of NiO at 300 K of 10 4 Ωcm or more) was used in place of the ruthenium paste of Example 1, and the same operation was performed.
The evaluation was made in the same manner as in

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の素子を用いれば過剰の酸素を含
む燃焼等の排ガスから窒素酸化物を効率よく除去でき
る。
By using the element of the present invention, nitrogen oxides can be efficiently removed from exhaust gas such as combustion containing excess oxygen.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導電性酸化物を含む電極、および酸素イオ
ン導電性を有する固体電解質からなる排ガス浄化用素
子。
1. An exhaust gas purification element comprising an electrode containing a conductive oxide and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity.
【請求項2】電極が、導電性酸化物を含むカソード電極
と、銀、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも一
つからなるアノード電極からなる請求項1記載の排ガス
浄化用素子。
2. The exhaust gas purifying element according to claim 1, wherein the electrode comprises a cathode electrode containing a conductive oxide and an anode electrode made of at least one of silver, gold, platinum and palladium.
【請求項3】アノード電極上に導電性酸化物を担持した
請求項2記載の排ガス浄化用素子。
3. The exhaust gas purifying element according to claim 2, wherein a conductive oxide is supported on the anode electrode.
【請求項4】アノード電極中に導電性酸化物が複合化さ
れた請求項2記載の排ガス浄化用素子。
4. The exhaust gas purifying element according to claim 2, wherein a conductive oxide is compounded in the anode electrode.
【請求項5】導電性酸化物の比抵抗が300Kで、1.
0×10-2Ω・cm以下である請求項1〜4のいずれか
1項記載の排ガス浄化用素子。
5. The specific resistance of the conductive oxide is 300 K and 1.
The exhaust gas-purifying element according to any one of claims 1 to 4, which has a density of 0 × 10 -2 Ω · cm or less.
【請求項6】導電性酸化物として酸化ルテニウム(Ru
2 ) 、酸化タングステン(WO2 ) 、酸化鉄(Fe3
4 )、酸化モリブデン(MoO2 ) 、および酸化レニ
ウム(ReO2 ) のうち少なくとも一つを含む請求項1
〜5のいずれか1項記載の排ガス浄化用素子。
6. Ruthenium oxide (Ru) as a conductive oxide
O 2 ), tungsten oxide (WO 2 ), iron oxide (Fe 3
O 4 ), molybdenum oxide (MoO 2 ), and rhenium oxide (ReO 2 ).
5. The exhaust gas purifying element according to any one of 5 to 10.
【請求項7】導電性酸化物を含む電極および酸素イオン
導電性を有する固体電解質からなる排ガス浄化用素子に
おいて、導電性酸化物を構成する金属元素を含むペース
トを固体電解質に塗り付け、酸素雰囲気下で焼成するこ
とにより導電性酸化物を含む電極を作製することを特徴
とする排ガス浄化用素子の製造方法。
7. An exhaust gas purifying element comprising an electrode containing a conductive oxide and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, wherein a paste containing a metal element forming the conductive oxide is applied to the solid electrolyte to form an oxygen atmosphere. A method for producing an exhaust gas purifying element, comprising manufacturing an electrode containing a conductive oxide by firing below.
【請求項8】導電性酸化物を含む電極および酸素イオン
導電性を有する固体電解質からなる排ガス浄化用素子に
おいて、導電性酸化物を構成する金属元素を含む水溶液
を固体電解質に塗り付け、酸素雰囲気下で焼成すること
により導電性酸化物を含む電極を作製することを特徴と
する排ガス浄化用素子の製造方法。
8. An exhaust gas purifying element comprising an electrode containing a conductive oxide and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, wherein an aqueous solution containing a metal element constituting the conductive oxide is applied to the solid electrolyte to form an oxygen atmosphere. A method for producing an exhaust gas purifying element, comprising manufacturing an electrode containing a conductive oxide by firing below.
【請求項9】電極および酸素イオン導電性を有する固体
電解質からなる排ガス浄化用素子において、導電性酸化
物を構成する金属元素を固体電解質または電極上にメッ
キし、酸素雰囲気下で焼成することにより導電性酸化物
を含む電極を作製することを特徴とする排ガス浄化用素
子の製造方法。
9. An exhaust gas purification element comprising an electrode and a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, wherein a metal element forming a conductive oxide is plated on the solid electrolyte or the electrode and baked in an oxygen atmosphere. A method for producing an exhaust gas purification element, which comprises producing an electrode containing a conductive oxide.
【請求項10】酸素イオン伝導性を有する固体電解質の
両面に電極を持ち、少なくとも一方の電極が導電性酸化
物を含む排ガス浄化用素子の導電性酸化物を含む電極側
に窒素酸化物を含むガスを流通させ、かつ該電極がカソ
ード電極となるように電圧を印加することを特徴とする
窒素酸化物の浄化方法。
10. A solid electrolyte having oxygen ion conductivity has electrodes on both sides, and at least one of the electrodes contains nitrogen oxide on the electrode side containing the conductive oxide of the exhaust gas purifying element containing the conductive oxide. A method for purifying nitrogen oxides, characterized in that a gas is circulated and a voltage is applied so that the electrode serves as a cathode electrode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6703175B2 (en) 2001-09-27 2004-03-09 Fuji Xerox Co., Ltd. Color toner containing less conductive particles that have appropriate electrical resistance and can produce clear color images
CN105169900A (en) * 2014-05-30 2015-12-23 通用电气公司 Oxynitride decomposition method and device

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US6703175B2 (en) 2001-09-27 2004-03-09 Fuji Xerox Co., Ltd. Color toner containing less conductive particles that have appropriate electrical resistance and can produce clear color images
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