JPS6178421A - 窒素酸化物の除去方法 - Google Patents

窒素酸化物の除去方法

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JPS6178421A
JPS6178421A JP59202583A JP20258384A JPS6178421A JP S6178421 A JPS6178421 A JP S6178421A JP 59202583 A JP59202583 A JP 59202583A JP 20258384 A JP20258384 A JP 20258384A JP S6178421 A JPS6178421 A JP S6178421A
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JP
Japan
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gas
voltage
electrodes
treated
nitrogen oxides
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JP59202583A
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English (en)
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Yoshiyasu Fujitani
藤谷 義保
Hideaki Muraki
村木 秀昭
Koji Yokota
幸治 横田
Hirobumi Shinjo
博文 新庄
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405Purification or separation processes
    • C01B21/0433Physical processing only

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関や硝酸製造工場等布ら排出される排
気ガス中の窒素酸化物を効率良く浄化することができる
方法に関する。
〔従来の技術〕
近年、自動車の内燃機関、 fil!酸製造工場等より
排出される排気ガス中には、窒素酸化物の有害成分が含
まれ、大り、汚染の要因となっている。そのため、Cの
排気中の窒素酸化物の除去が種々な方面で検討されてい
る。
従来、この窒素酸化物の除去方法として、触媒により行
なう触媒除去法がある。この方法においては、触媒表面
上で窒素酸化物を吸着すると同時に還元して窒素と酸素
とに分解し、該酸素は、−酸化炭素、水素、アンモニア
ガス等の還元物質と反応するCとにより、窒素酸化物を
除去するものである。この窒素酸化物を除去する触媒と
しては。
アルミナ等の多孔質体から成る担体にパラジウム。
白金、ロジウム等の貴金属を担持された触媒が用いられ
ている。
しかし、この触媒除去法において、−酸化炭素。
水素、アンモニアガス等の還元物質が含trtない状態
、あるいは、過剰な酸素が含まれる状態、即ち、1s!
化雰囲気では、窒素酸化物の除去率は低い。
これは、窒素陶化物の解離圧より生成した酸素が。
T1元物質が含まれない状態においては、1元されず、
また、還元物質が含まれていても、過剰の酸素が含まれ
る状態では、その還元物質と過剰の酸素とが優先的に反
応してしまい、窒素酸化物の除去が進行しないためであ
る。
例えば、自動車の排気ガス中において、燃料に対する空
気の割合(空燃比)が高くなると、未燃焼成分を完全f
&焼させるに必要な量よりも過剰な酸素が含まれるよう
になり、このような酸素の多い状態は、前記のごとき、
窒素酸化物の除去は促進されない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、上記従来の間硼点を解消し、酸化雰囲気にお
いても、効率良く窒素酸化物を除去する方法を提供しよ
うとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本願Kかかる第1の発明(以下第1発明という)の室!
酸化物の除去方法は、固体電解質体の表面に正電極を設
け、該正電極の反対表面に負電極を設けてなる窒素酸化
物分解装置を、該負電極が窒素酸化物を含有する被処理
ガスに面するように配置し、上記上及び負電極間KII
流電圧電圧加することを特徴とするものである。
本願Kかかる第2の発明(以下第2発明という)の窒素
酸化物の除去方法は、固体電解質体の両表面に一対の?
It極を設けてなる窒素酸化物分解装置を窒素酸化物を
含有する被処理ガス中に配置し。
上記一対の電極間に直流または交流電圧を印加すること
を特徴とするものである。
以下1本願にかかる第1及び第2発明を更に詳しく説明
する。
水弟1及び第2発明において、固体電解質体は。
窒素酸化物の解@ t’cよって生じた酸素を透過させ
て、除去するものである。なお、一方の窒素は被処理ガ
ス中に残り、被処理ガスと共に排出される。
Cの固体電解質体としては、ジルコニア、トリア。
セリア、セリアeランタニア、セリアートリアーランタ
ニア、WI化ビスマス等の粉末を焼結した多孔質体を用
いる。また、好1しくけ、ジルコニア(Zr02)にイ
ツトリウム(Y)、カルシウム(Caλ マグネシウム
(Mgλ イッテルビウム(Yb >、セリウム(Ca
λスカンジウム(Scλ ランタン(La)、ストロン
チウム(Sr)  等の酸化物を添加したものを使用す
る。
該固体電解質体の厚さは、1μm〜0.5αの範囲内が
望ましい。該厚さが1μm未満の場合、竹に密な構造体
を作ることができない。池方、厚さが0.51を越える
場合、@素イオン透過の抵抗が増大し、窒素酸化物の除
去率が低下するおそれがある。
二の固体電解質体の両表面に正電極と負電極となる一対
の電極を形成して、冨素酸化物分解装置を形成する。な
お、Cの一対の1極は、直接接触しないように配置する
。電極としては、白金、ノ(ラジウム、ロジウム、ルテ
ニウム、イリジウム等の貴金属が望ましく、これら貴金
属のうちの1111もしくは2種以上の混合物で使用し
てもよい。CのWL極上で、窒素酸化物が吸着し、解離
される。
また、電極の厚さは、0.2〜5μmの範囲内が望了し
い。
このt極の形成は、′f!L極形成尾形成用化合物スト
を固体電解質体の表面に塗布ないし印刷し焼成する。あ
るいはスパッタリング、蒸着、メッキ等の方法九より行
なう。
上記のごとくして窒素酸化物分解装@を形成する。なお
9.窒素酸化物の解離を促進させるため。
アルミナ等の多孔質担体に貴金属や希土類元素等を担持
させた触媒から成る触媒層を、窒素酸化物含有ガスに面
する′遇他上に設けてもよい。この触媒層の厚さは、0
.1〜1000μmの範囲内が望ましい。
また、窒素酸化物との接触率を高めるために。
窒素酸化物含有ガスに面する電極の表面積を大きくする
のがよい。表面時を大きくするためには。
窒素酸化物分解装置自体を大きくするCと、或いは該装
置を多数、被処理ガス流通路に配設する(実施例e照)
次に、上記窒素酸化物分解装置を、窒素酸化物含有の被
処理ガスと接触するように設置する。
水温1発明の場合、上記分解装置を、負電極のみが被処
理ガス圧面し、正電極が被処理ガス以外の大気あるいは
減圧ガスに面するように配置する。
その−例を実施例1(第1文)に示す。その後。
上記正及び負電極間に直流電圧を印加する。これにより
、負電極上で窒素酸化物(NOx)が解離し。
′N素(N++)と酸素(02)が生成し、02け解離
イオンの形で電気的に固体電解質体を透過して、正電極
側に移動し、大気あるいは減圧ガス中に放出される。一
方、N2は負極側に残り、被処理ガス中(放出される。
このようにして、NOxの除去が促進される。
また9本第2発明の場合、上記分解装置を、正を極及び
負KMとも被処理ガスに面するように配置する。その−
例を実施例4(第4ないし6図)に示す。その後、正及
び負電極間に直流または交流電圧を印加する。直流電圧
の印加により、負電極上でNOxが解離し、N!と02
が生成し、O!  は固体電解質体を透過して正電極側
に移動し、被処理ガス中に放出される。また、N2は負
電極側圧残り被処理ガス中に放出される。Cのように、
N2と02とが分離感れることにより、NOxの除去が
促進される。また、直流電圧に代えて交流電圧を印加す
る場合には、上記02の移動が交互に開化して。
NOxの除去が促進される。
水弟1及び第2発明において、直流または交流電圧は、
正及び負電極単位面積当り5〜3 Q Q+nA/ c
dの電流密度の電流が流れるように印加するのが望フし
い。該電流密度が5 ad’v’cd未満の場合。
酸素の透過力が小さくなり、池方、 300 rnlV
c*を越える場合、固体′4解質体が還元され、劣化し
やすくなる。なお、電流密度が300 mA/d以下で
あっても、電圧の大きさによっては、固体電解質体が還
元されることがあり、印加する電圧は1.5V以下にす
るのが望ましい。
交流電圧の場合、その周波数は1000Hz以下とする
のが望ましい。該周波数が1000Hzを越える場合、
 NOxの解離が不十分となるおそれがある。
なお、被処理ガスが低温の場合には、固体″m解質体を
透過する酸素イオンの速度が小さく 、 NOx加熱温
度f′i、  400〜1000″Cの範囲内が望まし
い。
〔作 用〕
第1発明の窒素酸化物除去方法は、前記窒素酸化物分l
yi′装置の負電極上でNOxを解離し、生成した02
ij解離イオンの杉で電気的に固体電解質体を介して、
圧電匝へ移動し、被処理ガス外へ放出されるものである
。負電極上で生成したN2 は被処理ガス中圧移動して
、被処理ガスと共に廃棄される。
また、第2発明の窒素酸化物除去方法は、室米酸化物分
’!f装着の負電極上でN0xt−解離し、生成した0
2は電気的に正電極へ移動し、N2は負電極側に残存し
、02とN2とに分離されて、その後は。
それぞれ被処理ガス中に移動して廃棄される。
〔発明の効果〕
本第1.第2発明によれば、高能率で窒素酸化物を浄化
することができる。また、還元物質が含まれない、ある
いは酸素が過剰に存在する酸化雰囲気においても窒素酸
化物を高能率で浄化することができる。
なお9本第1.第2発明Kかかる窒素酸化物除去方法は
、自動車等の内e、機関、硝酸製造工場などからの排気
ガス中の窒素ぼ化物の浄化に利用することができる。
〔実施例〕
以下、第1発明の実施例を実施例工ないし3により、第
2発明の実施例を実施例4により説明する。
実施例 1゜ 本例における全体の装置の断面図を第1図に示す。即ち
、全体装置としては、窒素酸化物分解装置1を被処理ガ
ス流通函6内に突設したものである。
該窒素酸化物分解装置1は、有底円筒状の固体電解質体
2と、該固体電解質体2の両表面に設けた白金電極31
.32とから成る。しかして、固体電解質体1の外表面
の電極31は負電極とし。
内表面の[極32け正?I!極として、銅リード線51
.52により直流電源5に接続しである。また、固体電
解質体2の筒内には、加熱用ヒーター4が挿入しである
。固体電解質体2は、ジルコニア(ZrO2) 92.
5モル%とイツトリア(YgOs )7.5モル%の混
合粉末を焼結して厚さ0.2CMに成彩したものである
。1だ、自他電極31.32は白金メッキ法により厚さ
1μ77fK形成した。
被処理ガス流a函6は、ノズル61.62を有する箱体
である。被処理ガスは、吸気ノズル61より入り、上記
分解装置!tlと接触して、排気ノズル62より排出さ
れるようKなっている。
次に1本装置1を用いて窒素酸化物の浄化を行なった具
体例を示す。
即ち、加熱ヒーター4により分解装置lを700°Cに
加熱し、吸気ノズル61より850 ppmの一酸化窒
素(NO)を含む窒素(N2)ガスを0.61/脳で流
入させるとともに、第1表に示すような電流密度(正と
負の電極屯位面檀当り)で直流電圧を印加した。排気ノ
ズル62より排出される被処理ガス中のNoの量を測定
して、本例によるNOの分解量を調べた。その結果を同
表に示す(なお。
表中のNo分解量は、外側電極31の晰位面積当りの分
解量を表わす)。
また、比較例として、vL圧を印加しない場合について
も同様に測定し、同表に示した([C1)。
第1表より明らかなように、第1発明の方法によれば、
還元物質が存在しない酸化雰囲気においても、窒素酸化
物を効率良く除去でさるCとがわかる。
第  1  表 実用例 2゜ 本例においては、酸化雰囲気に、おける浄化の例を示す
実用例1に示した窒素酸化物分解装置lの外側電極31
0表面に、アルミナ(γ−AI 201 ) LI体に
ロジウム(Rh )をO,1Rffi%(アルミナ担体
に対する)担持させた触媒層(厚さ0.05ffi)を
被覆し、被処理ガスとしてNoを11000pp 、酸
素(02ンガスを1%(N2ガスに対する〕を含むN2
ガスを使用した以外は、実施例1と同様にして。
NOの分解量を測定した。なお、第2表に示すような電
流密度で直流電圧を印加した。
その結果を同表に示す(No分分解上、外側電極31の
it位面積当9の分解量を表わす)。また。
比較例として電圧を印加しない場合についても同表の当
C2に示した。
第2表より明らかなように、第1発明の方法によれば、
酸化′!!、囲気においても、窒素−化物を効率良く除
去できることがわかる。
第2表 実施例 3゜ 本例における。全体の装置の一部欠截断面図を第2図に
、第2図の11に沿う断面図を第3図に示す。
全体装置としては、窒素酸化物分解装e7を多数、被処
理ガス流通函10内に上下左右の四方より突設したもの
である。
該窒素酸化物分解装置7は、実棒例1の分解装置と同様
なものである。即ち、有底円筒状の固体電解質体71と
、該固体電解質体71の両表面に設けた白金電極81.
82とから成るものである。
各固体電解質体71の外表面の各電極81同志は銅リー
ド線91により接続し、内表面の各電極82]司志は鋼
リード線92により接続し、それぞれ負電極、正電極と
して直流電源(図示せず)に接続しである。
被処理ガス流通函10は9円筒状であり1両端にノズル
101,102を有している。被処理ガスは、吸気ノズ
ル101より入り9分解装!!i7と接触して、排気ノ
ズル102より排出される。
次に本分解装置7を用いて窒素酸化物の浄化を行なった
例を示す。
即ち9分解装置7を含む被処理ガス流通函10を電気炉
内に配置し、流通ガスが700°CKなるように加熱し
、850ppmのNoを含むN2 ガスf0.61/−
inで吸気ノズル101より流入させるとともに、第3
表に示すようなML流密度で直流電圧を印加した。
本実施例によるNoの分解量を同表に示す(なお、 N
O分解量は、外表面のWL極81の逝位面積当りの分解
量を表わす)。また、比較例として電圧を印加しない場
合についても同表のNnC5に示した。
第3表より明らかなように、第1発明の方法によれば、
酸化雰囲気においても、窒素酸化物を効率良く除去でき
ることがわかる。
第  3  表 実施例 4゜ 本例は、前記第1及び第3実施例に示した窒素酸化物分
解装置とは異なり、ハニカム状の分解装置の例を示すも
のである。
本例における全体の装置の斜視図金弟4図に示す。全体
装置としては、窒素酸化物分解装置11を被処理ガス流
通函14内に配置したものである。
ま7と、該分解量#、11の斜視1てを第5図に、その
端面図を第6図に示す。
核窒嚢酸化物分解装置11は、ハニカム構造の固体電解
質体12と、該ハニカム構造の各室の内面に設けられた
白金電、障131,132とからなる。なお、ハニカム
構滑の外周縁内面には白金1諏は設けられていない。ハ
ニカム構造の室は、内面に白金?11f@131を設け
たA室と、白金[極132を設けたB室とを1画室が互
いに隣り合うように構成する。しかして、これら各電極
はそれぞれ鋼リード線により交流i!源(図示せず)K
接続しである。しかして、電圧印加時には上記A室。
B室の白金電極131,132が互いに対極となる。
被処理ガス流通函14は、ノズル141,142を有し
ている。被処理ガスは、@気ノズル141より入り0分
解装置11と接触して、排気ノズル142より排出され
るようになついる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例IKおける窒素酸化物分解装置及びガス
流a函からなる全体装置の断面図、第2及び3図は実施
例3を示し、第2図は全体装置の一部欠截断面図、第3
図は第2図のト1に沿う断面図、第4図ないし6図は実
施例4を示し。 第4図は全体装置の斜視図、第5及び6図は窒素酸化物
分解装置の斜視図及び端面図である。 1.7.11  ・・・・・・ 窒素酸化物分解装置6
.10.14  ・・・ ガス流通函2.71.12 
 ・・・ 固体電解質体31.32,81.82,13
1,132・・・・・・ 白金電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)固体電解質体の表面に正電極を設け、該正電極の
    反対表面に負電極を設けてなる窒素酸化物分解装置を、
    該負電極が窒素酸化物を含有する被処理ガスに面するよ
    うに配置し、上記正及び負電極間に直流電圧を印加する
    ことを特徴とする窒素酸化物の除去方法。
  2. (2)直流電圧は、正及び負電極単位面積当り5ないし
    300mA/cm^2の電流が通電するように印加する
    特許請求の範囲第(1)項記載の窒素酸化物の除去方法
  3. (3)固体電解質体の両表面に一対の電極を設けてなる
    窒素酸化物分解装置を、窒素酸化物を含有する被処理ガ
    ス中に配置し、上記一対の電極間に直流または交流電圧
    を印加することを特徴とする窒素酸化物の除去方法。
  4. (4)直流または交流電圧は、一対の電極単位面積当り
    5ないし300mA/cm^2の電流が通電するように
    印加する特許請求の範囲第(3)項記載の窒素酸化物の
    除去方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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