JP2006181475A - Carbon monoxide selective oxidation catalyst and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一酸化炭素(以下、「CO」とも称する)を選択的に酸化するための、CO選択酸化触媒に関する。詳細には、本発明は、低温においても高いCO選択酸化活性を示すCO選択酸化触媒に関する。 The present invention relates to a CO selective oxidation catalyst for selectively oxidizing carbon monoxide (hereinafter also referred to as “CO”). Specifically, the present invention relates to a CO selective oxidation catalyst that exhibits high CO selective oxidation activity even at low temperatures.
近年、種々の水素−酸素燃料電池が開発されており、中でも、低温(通常100℃以下)で作動可能な固体高分子型燃料電池が注目を集め、自動車用低公害動力源としての実用化が検討されている。 In recent years, various hydrogen-oxygen fuel cells have been developed. Among them, polymer electrolyte fuel cells that can operate at low temperatures (usually below 100 ° C.) have attracted attention, and have been put to practical use as a low-pollution power source for automobiles. It is being considered.
固体高分子型燃料電池は、純粋な水素を燃料源として用いることがエネルギー効率の観点からは好ましいが、安全性やインフラの普及等を考慮すると、アルコール、ガソリン、軽油等の液体を燃料源として用い、これらを改質装置において水素リッチな改質ガスに転換する方法も有望な候補である。 In the polymer electrolyte fuel cell, it is preferable from the viewpoint of energy efficiency to use pure hydrogen as a fuel source. However, in consideration of safety and the spread of infrastructure, liquids such as alcohol, gasoline, and light oil are used as fuel sources. A method that uses them and converts them to hydrogen-rich reformed gas in a reformer is also a promising candidate.
炭化水素系液体燃料を燃料源として用いて改質ガスに転換すると、改質ガス中にはある程度の量のCOが残存する。ところが、このCOは、燃料電池の電極に用いられている白金系触媒に対し、触媒毒として作用する。このため、このCOを例えばCO2に転化するなどして除去し、白金系電極触媒に対する被毒を防止する必要がある。具体的には、まずシフト反応(CO+H2O→CO2+H2)を利用し、改質ガス中に含まれるCO濃度を1体積%程度にまで低減する。そして、貴金属等が無機担体に担持されてなるCO選択酸化触媒を用い、COを酸化除去(CO2に転化)する方法が提案されている。 When a hydrocarbon-based liquid fuel is used as a fuel source and converted to reformed gas, a certain amount of CO remains in the reformed gas. However, this CO acts as a catalyst poison for the platinum-based catalyst used for the electrode of the fuel cell. For this reason, it is necessary to remove this CO, for example, by converting it to CO 2 to prevent poisoning of the platinum-based electrode catalyst. Specifically, first, a shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ) is used to reduce the CO concentration contained in the reformed gas to about 1% by volume. A method of oxidizing and removing CO (converting to CO 2 ) using a CO selective oxidation catalyst in which a noble metal or the like is supported on an inorganic carrier has been proposed.
この場合、CO選択酸化触媒においては、酸化反応の進行に伴い触媒温度が上昇する。その結果、逆シフト反応(CO2+H2→CO+H2O)によるCO濃度の増加や、メタン化反応(CO+3H2→CH4+H2O、CO2+4H2→CH4+2H2O)による水素の消費、といった問題が生じる。このため、熱交換器などを用いてCO選択酸化触媒の温度を比較的低い温度範囲に維持し、上記の好ましくない反応を抑制する工夫が施されるのが一般的である。 In this case, in the CO selective oxidation catalyst, the catalyst temperature rises as the oxidation reaction proceeds. As a result, the increase in CO concentration by the reverse shift reaction (CO 2 + H 2 → CO + H 2 O) and the hydrogenation by the methanation reaction (CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O, CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O) The problem of consumption occurs. For this reason, it is common practice to use a heat exchanger or the like to maintain the temperature of the CO selective oxidation catalyst in a relatively low temperature range and to suppress the above undesirable reactions.
上記の好ましくない反応は、低温条件ほど効果的に抑制されうる。このため、低温活性に優れる触媒が望まれている。また、自動車に搭載する改質装置を考えると、頻繁な起動停止や激しい負荷変動があることから、雰囲気変動に強い触媒が望まれる。以上の観点からは、貴金属系、とりわけ白金系の触媒が有望である。反面、白金系触媒の欠点として、低温条件下では白金原子にCOが強く吸着するという吸着被毒現象により、COの除去効率が低下するという問題がある。 The above unfavorable reactions can be suppressed more effectively at lower temperature conditions. For this reason, a catalyst excellent in low temperature activity is desired. Further, considering a reformer mounted on an automobile, a catalyst that is resistant to atmospheric fluctuations is desired because of frequent start / stop and severe load fluctuations. From the above viewpoints, noble metal-based catalysts, particularly platinum-based catalysts are promising. On the other hand, as a drawback of the platinum-based catalyst, there is a problem that CO removal efficiency decreases due to an adsorption poisoning phenomenon in which CO is strongly adsorbed to platinum atoms under low temperature conditions.
かような問題に鑑み、白金原子の他に、コバルト原子や銅原子などの遷移金属原子を低温活性化成分としてさらに添加して、低温領域におけるCO選択酸化活性を向上させる試みがなされている(例えば、特許文献1を参照)。
ここで、前記文献1には、含浸や蒸発乾固といった手段を用いてコバルト原子や銅原子などの低温活性化成分と白金成分とを担体に同時に担持させることにより、CO選択酸化触媒を調製することが好ましい旨が記載されている。 Here, in the above-mentioned document 1, a CO selective oxidation catalyst is prepared by simultaneously supporting a low-temperature activation component such as a cobalt atom or a copper atom and a platinum component on a support using means such as impregnation or evaporation to dryness. It is described that it is preferable.
しかしながら、かような手法により触媒を調製すると、場合によっては、白金成分と低温活性化成分とのいずれか一方の成分が他方の成分により被覆されてしまう虞がある。その結果、被覆された成分がその作用を充分に発揮できず、CO選択酸化活性が充分に改善されないという問題がある。 However, when the catalyst is prepared by such a method, in some cases, either one of the platinum component and the low-temperature activation component may be covered with the other component. As a result, there is a problem that the coated component cannot sufficiently exert its action and the CO selective oxidation activity is not sufficiently improved.
そこで本発明は、白金原子を含有するCO選択酸化触媒において、低温活性化成分の作用を充分に発揮させ、低温条件におけるCO選択酸化活性を充分に改善しうる手段を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a means capable of sufficiently exerting the action of a low temperature activation component in a CO selective oxidation catalyst containing a platinum atom and sufficiently improving the CO selective oxidation activity under low temperature conditions. .
本発明は、白金原子を含有するCO選択酸化触媒であって、コバルト原子をコバルトアルミネートの形態で含有することを特徴とする、CO選択酸化触媒である。 The present invention is a CO selective oxidation catalyst containing a platinum atom, which contains a cobalt atom in the form of cobalt aluminate.
また本発明は、コバルトアルミネートを含有する無機担体を準備する工程と、前記無機担体に白金粒子を担持させる工程とを有する、CO選択酸化触媒の製造方法である。 Moreover, this invention is a manufacturing method of the CO selective oxidation catalyst which has the process of preparing the inorganic support | carrier containing a cobalt aluminate, and the process of making a platinum particle carry | support on the said inorganic support | carrier.
本発明のCO選択酸化触媒にあっては、白金成分とコバルト成分が互いに被覆されることが防止されるため、各成分が充分に作用を発揮し、低温条件におけるCO選択酸化活性が充分に改善されうる。 In the CO selective oxidation catalyst of the present invention, the platinum component and the cobalt component are prevented from being coated with each other, so that each component exhibits a sufficient effect, and the CO selective oxidation activity under low temperature conditions is sufficiently improved. Can be done.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
上述したように、従来、貴金属原子である白金原子を含有するCO選択酸化触媒において、鉄原子などの遷移金属原子をさらに添加すると、低温領域におけるCO選択酸化活性が向上することが知られている。本発明者は、これらの遷移金属原子のなかでもコバルト原子に着目し、CO選択酸化触媒の触媒活性のさらなる向上を図るべく、鋭意研究を行った。 As described above, conventionally, in a CO selective oxidation catalyst containing a platinum atom which is a noble metal atom, it is known that CO selective oxidation activity in a low temperature region is improved by further adding a transition metal atom such as an iron atom. . The present inventor paid attention to cobalt atoms among these transition metal atoms, and conducted earnest research in order to further improve the catalytic activity of the CO selective oxidation catalyst.
なお、コバルト原子の添加によりCO選択酸化活性が向上するメカニズムはいまだ明らかとはなっていない。ただし、コバルト原子が存在することで、反応ガス中の酸素や水などが活性化されて何らかの活性種が生成し、この活性種がCOのCO2への酸化に何らかの関与をしているものと推測される。また、コバルト原子の存在によって白金原子からコバルト原子へと電子が吸引され、これにより白金原子のCO吸着力が低下し、COがCO2へと酸化されやすくなるというメカニズムも推定されている。ただし、その他のメカニズムが関与していたとしても、本発明の技術的範囲は何ら影響を受けない。 Note that the mechanism by which the CO selective oxidation activity is improved by the addition of cobalt atoms has not yet been clarified. However, the presence of cobalt atoms activates oxygen, water, etc. in the reaction gas to generate some active species, and this active species has some involvement in the oxidation of CO to CO 2 . Guessed. In addition, it has been estimated that a mechanism in which electrons are attracted from a platinum atom to a cobalt atom due to the presence of a cobalt atom, thereby reducing the CO adsorption power of the platinum atom and facilitating the oxidation of CO to CO 2 . However, even if other mechanisms are involved, the technical scope of the present invention is not affected at all.
ここで、前記文献1に好ましい調製方法として記載されているように、白金成分とコバルト成分とを同時に無機担体に担持させることによって、白金原子およびコバルト原子を含有するCO選択酸化触媒を製造する場合を考えてみる。かような調製方法によれば、白金原子は、白金金属の粒子または白金酸化物の粒子として無機担体の表面に担持される。一方、コバルト原子も同様に、コバルト原子の金属粒子または酸化物(例えば、コバルト酸化物(Co3O4)など)の粒子として無機担体の表面に担持される。この際、無機担体の1個の粒子に着目すると、この無機担体粒子の表面には、白金成分とコバルト成分とが共存している。多くの場合には、白金金属の粒子と、コバルト酸化物とが、無機担体粒子の表面に同時に存在していると考えられる。 Here, as described in the above-mentioned Document 1 as a preferable preparation method, a CO selective oxidation catalyst containing a platinum atom and a cobalt atom is produced by simultaneously supporting a platinum component and a cobalt component on an inorganic carrier. Think about it. According to such a preparation method, platinum atoms are supported on the surface of the inorganic carrier as platinum metal particles or platinum oxide particles. On the other hand, cobalt atoms are similarly supported on the surface of the inorganic carrier as metal particles of cobalt atoms or particles of oxides (eg, cobalt oxide (Co 3 O 4 )). At this time, focusing on one particle of the inorganic carrier, a platinum component and a cobalt component coexist on the surface of the inorganic carrier particle. In many cases, platinum metal particles and cobalt oxide are considered to be simultaneously present on the surface of the inorganic carrier particles.
従って、場合によっては、無機担体に担持された白金成分がコバルト酸化物などのコバルト成分により被覆されてしまう虞がある。あるいは逆に、無機担体に担持されたコバルト成分が白金成分により被覆されてしまう虞もある。その結果、被覆された成分が活性を充分に発揮できず、最終的なCO選択酸化活性が低下してしまうという問題がある。 Accordingly, in some cases, the platinum component supported on the inorganic carrier may be covered with a cobalt component such as cobalt oxide. Or conversely, the cobalt component supported on the inorganic carrier may be coated with the platinum component. As a result, there is a problem that the coated component cannot sufficiently exhibit the activity and the final CO selective oxidation activity is lowered.
本発明者は、CO選択酸化触媒の触媒活性を向上させるためのアプローチとして、白金成分およびコバルト成分の無機担体表面における存在状態を制御することを試みた。具体的には、コバルト原子をコバルトアルミネートの形態で含有させることで、白金成分とコバルト成分とが無機担体上に同時に担持されることを防止し、上述した被覆による問題の解決を図った。 As an approach for improving the catalytic activity of the CO selective oxidation catalyst, the present inventor has attempted to control the existence state of the platinum component and the cobalt component on the surface of the inorganic carrier. Specifically, by containing cobalt atoms in the form of cobalt aluminate, the platinum component and the cobalt component were prevented from being simultaneously supported on the inorganic carrier, and the above-described problems due to the coating were solved.
すなわち、本発明の第1は、白金原子を含有する一酸化炭素選択酸化触媒であって、コバルト原子をコバルトアルミネートの形態で含有することを特徴とする、CO選択酸化触媒である。なお、本願において「CO選択酸化触媒」とは、少なくともCOおよびO2を含有するガスに接触することにより、前記ガス中のCOのCO2への酸化反応を選択的に促進する触媒をいう。また、本願において「低温」とは、例えば、200℃程度以下の温度を指し、より詳細には、100〜180℃程度の温度を指す。 That is, the first of the present invention is a carbon monoxide selective oxidation catalyst containing platinum atoms, which is a CO selective oxidation catalyst characterized by containing cobalt atoms in the form of cobalt aluminate. In the present application, the “CO selective oxidation catalyst” refers to a catalyst that selectively promotes an oxidation reaction of CO in the gas to CO 2 by contacting with a gas containing at least CO and O 2 . Moreover, in this application, "low temperature" refers to the temperature of about 200 degreeC or less, for example, and points out the temperature of about 100-180 degreeC in detail.
本発明のCO選択酸化触媒は、白金原子を含有する。そして、コバルト原子がコバルトアルミネートの形態で含有される点に特徴を有する。以下、図面を参照しながら、本発明のCO選択酸化触媒の好ましい形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下に記載する形態のみには制限されない。 The CO selective oxidation catalyst of the present invention contains a platinum atom. And it has the characteristics in the point in which a cobalt atom is contained with the form of cobalt aluminate. Hereinafter, preferred embodiments of the CO selective oxidation catalyst of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to only the forms described below.
(第1形態)
[構成]
図1は、本発明のCO選択酸化触媒の好ましい一形態(本明細書中、「第1形態」とも称する)を示す模式断面図である。
(First form)
[Constitution]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a preferred embodiment (also referred to as “first embodiment” in the present specification) of the CO selective oxidation catalyst of the present invention.
図1に示すように、第1形態のCO選択酸化触媒10は、無機担体20の表面に白金粒子30が担持された構成を有する。前記無機担体20は、アルミナ22を主成分として含む。さらに、無機担体20は、その表層に、コバルトアルミネートからなるコバルトアルミネート層24を有する。なお、説明の便宜上、図1に示すCO選択酸化触媒の各構成成分の寸法比率は誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、多くの場合、無機担体20の表面には多数の微細孔が形成されているが、この微細孔は図1においては省略されている。 As shown in FIG. 1, the first embodiment of the CO selective oxidation catalyst 10 has a configuration in which platinum particles 30 are supported on the surface of an inorganic carrier 20. The inorganic carrier 20 contains alumina 22 as a main component. Furthermore, the inorganic support | carrier 20 has the cobalt aluminate layer 24 which consists of cobalt aluminate in the surface layer. For convenience of explanation, the dimensional ratio of each component of the CO selective oxidation catalyst shown in FIG. 1 is exaggerated and may be different from the actual ratio. In many cases, a large number of micropores are formed on the surface of the inorganic carrier 20, but these micropores are omitted in FIG.
白金粒子30は、白金原子のみからなる粒子である。ただし、白金粒子30は白金原子のみからなる粒子に限られず、例えば、白金酸化物(一酸化白金(PtO)、二酸化白金(PtO2)など)からなる粒子、白金と白金酸化物との混合物からなる粒子、白金合金からなる粒子などであってもよい。白金合金としては、後述する他の貴金属原子や遷移金属原子と白金との合金が例示される。 The platinum particle 30 is a particle composed of only platinum atoms. However, the platinum particles 30 are not limited to particles composed only of platinum atoms, and for example, from particles composed of platinum oxide (platinum monoxide (PtO), platinum dioxide (PtO 2 ), etc.), a mixture of platinum and platinum oxide. Or a particle made of a platinum alloy. Examples of the platinum alloy include alloys of other noble metal atoms and transition metal atoms described later and platinum.
第1形態において、無機担体20は、上述したように主成分がアルミナ22であり、その表層にコバルトアルミネート層24を有する。無機担体20の主成分としてアルミナ22を用いると、触媒活性が向上し、原料の入手、担体の製造および取扱いが容易であるため、好ましい。 In the first embodiment, the inorganic carrier 20 is mainly composed of alumina 22 as described above, and has a cobalt aluminate layer 24 on its surface layer. It is preferable to use alumina 22 as the main component of the inorganic carrier 20 because the catalytic activity is improved and it is easy to obtain raw materials and to produce and handle the carrier.
「コバルトアルミネート」とは、アルミニウムとコバルトとの複合酸化物であり、その組成はAl2CoO4で示される。なお、触媒中のコバルトアルミネートの存在は、X線回折により確認されうるが、ライトブルーの色調を呈するため、目視でも判断可能である。 “Cobalt aluminate” is a composite oxide of aluminum and cobalt, and its composition is represented by Al 2 CoO 4 . The presence of cobalt aluminate in the catalyst can be confirmed by X-ray diffraction, but since it exhibits a light blue color tone, it can also be judged visually.
図1に示す形態においては、無機担体20の表層の全面にコバルトアルミネート層24が形成されているが、かような形態のみには制限されない。例えば、無機担体20の表層の一部にコバルトアルミネート層24が形成され、アルミナ22の表面の一部が露出する形態もまた、採用されうる。 In the form shown in FIG. 1, the cobalt aluminate layer 24 is formed on the entire surface of the inorganic carrier 20. However, the form is not limited to such a form. For example, a form in which the cobalt aluminate layer 24 is formed on a part of the surface layer of the inorganic carrier 20 and a part of the surface of the alumina 22 is exposed can also be adopted.
アルミナ22の種類は特に制限されず、触媒用の無機担体として従来公知のものが用いられうる。アルミナ22としては、例えば、αアルミナ、θアルミナ、γアルミナ、δアルミナ、βアルミナ等が例示される。なお、これらは1種のみが単独で用いられてもよく、これらの混合物が用いられてもよい。ここで、アルミナの混合物には、2種以上のアルミナが物理的に混合された形態のほか、結晶構造のある部分と他の部分とで結晶性の異なるアルミナも含まれる。かような形態としては、例えば、ある部分がα型で他の部分がθ型のアルミナが挙げられる。 The kind in particular of alumina 22 is not restrict | limited, A conventionally well-known thing can be used as an inorganic support | carrier for catalysts. Examples of the alumina 22 include α alumina, θ alumina, γ alumina, δ alumina, β alumina, and the like. In addition, these may be used individually by 1 type and these mixtures may be used. Here, the mixture of alumina includes not only a form in which two or more kinds of alumina are physically mixed, but also alumina having different crystallinity between a portion having a crystal structure and another portion. As such a form, for example, alumina in which a part is α-type and the other part is θ-type can be mentioned.
無機担体20の比表面積についても特に制限はないが、好ましくは35〜150m2/g、より好ましくは50〜110m2/gである。無機担体20の比表面積が小さすぎると、触媒を製造する際の白金粒子30およびコバルトアルミネートの分散性が悪化し、触媒活性が低下する虞がある。一方、無機担体20の比表面積が大きすぎると、場合によっては無機担体20の表層に存在するコバルトアルミネート層24上に白金粒子30が充分に担持されず、同じく触媒活性が低下する虞がある。なお、本明細書に記載の「比表面積」は、例えば、窒素吸着によるBET比表面積を測定することにより算出されうる。 Although there is no restriction | limiting in particular also about the specific surface area of the inorganic support | carrier 20, Preferably it is 35-150 m < 2 > / g, More preferably, it is 50-110 m < 2 > / g. If the specific surface area of the inorganic carrier 20 is too small, the dispersibility of the platinum particles 30 and the cobalt aluminate during the production of the catalyst may deteriorate, and the catalytic activity may decrease. On the other hand, if the specific surface area of the inorganic carrier 20 is too large, the platinum particles 30 may not be sufficiently supported on the cobalt aluminate layer 24 present on the surface layer of the inorganic carrier 20 in some cases, and the catalytic activity may similarly decrease. . The “specific surface area” described in the present specification can be calculated, for example, by measuring the BET specific surface area by nitrogen adsorption.
無機担体20の平均粒子径も特に制限されない。ただし、好ましくは0.8〜3.5μm程度であり、より好ましくは1.5〜2.5μmである。無機担体20の平均粒子径が小さすぎると、飛散性が上昇して取扱いが煩雑となる虞がある。一方、無機担体20の平均粒子径が大きすぎると、触媒の成形性が悪化し、例えばハニカム担体に塗布した場合に剥離しやすくなる虞がある。また、触媒の比表面積が相対的に減少し、触媒性能が低下する虞がある。 The average particle size of the inorganic carrier 20 is not particularly limited. However, it is preferably about 0.8 to 3.5 μm, more preferably 1.5 to 2.5 μm. If the average particle size of the inorganic carrier 20 is too small, the scattering property may be increased and the handling may be complicated. On the other hand, if the average particle diameter of the inorganic carrier 20 is too large, the moldability of the catalyst is deteriorated, and there is a possibility that it will be easily peeled off when applied to a honeycomb carrier, for example. Further, the specific surface area of the catalyst is relatively reduced, and the catalyst performance may be deteriorated.
無機担体20の表層に形成されるコバルトアルミネート層24の厚さは、特に制限されないが、数nm〜0.5μm程度であることが好ましい。コバルトアルミネート層24の厚さは、コバルト原子の含有量、コバルト水溶液の濃度やpHなどを調節することにより、適宜制御されうる。 The thickness of the cobalt aluminate layer 24 formed on the surface layer of the inorganic carrier 20 is not particularly limited, but is preferably about several nm to 0.5 μm. The thickness of the cobalt aluminate layer 24 can be appropriately controlled by adjusting the cobalt atom content, the concentration and pH of the cobalt aqueous solution, and the like.
図1に示す形態においては、無機担体20の表層にのみコバルトアルミネートが存在している。しかしながら、かような形態のみには制限されず、場合によっては、無機担体20の内部のアルミナ22中にコバルトアルミネートが存在してもよい。 In the form shown in FIG. 1, cobalt aluminate exists only on the surface layer of the inorganic carrier 20. However, it is not limited only to such a form, and in some cases, cobalt aluminate may be present in the alumina 22 inside the inorganic carrier 20.
無機担体20の表面積に占める、コバルトアルミネート層24が形成された部位の面積比は、例えば、50〜100%程度である。なお、図1に示す形態(第1形態)においては無機担体20の全表面にコバルトアルミネート層24が形成されていることから、この面積比は100%となる。ここで、この面積比が小さすぎると、コバルト原子を含有させたことによる効果が充分に得られない虞がある。 The area ratio of the site where the cobalt aluminate layer 24 is formed, which occupies the surface area of the inorganic carrier 20, is, for example, about 50 to 100%. In addition, in the form (1st form) shown in FIG. 1, since the cobalt aluminate layer 24 is formed in the whole surface of the inorganic support | carrier 20, this area ratio will be 100%. Here, when this area ratio is too small, there is a possibility that the effect due to the inclusion of cobalt atoms cannot be sufficiently obtained.
以上、無機担体20の主成分がアルミナ22である場合を例に挙げて説明したが、表面にコバルトアルミネート層24を形成することが可能であれば、アルミナ以外の化合物が無機担体20の主成分として用いられてもよい。無機担体20として用いられうるアルミナ以外の成分としては、例えば、チタニア、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ゼオライトなどの金属酸化物が例示される。これらは1種のみが単独で用いられてもよく、これらの混合物が用いられてもよい。さらに、これらの金属酸化物とアルミナとの混合物が用いられても、勿論よい。なお、アルミナ以外の金属酸化物が無機担体20の主成分として用いられる場合であっても、無機担体20の比表面積や平均粒子径その他の好ましい形態としては、アルミナを例に挙げて上述した形態が同様に採用されうる。 As described above, the case where the main component of the inorganic carrier 20 is the alumina 22 has been described as an example. However, if the cobalt aluminate layer 24 can be formed on the surface, a compound other than alumina is the main component of the inorganic carrier 20. It may be used as a component. Examples of components other than alumina that can be used as the inorganic carrier 20 include metal oxides such as titania, silica, silica alumina, zirconia, magnesia, and zeolite. Only one of these may be used alone, or a mixture thereof may be used. Furthermore, it goes without saying that a mixture of these metal oxides and alumina may be used. Note that, even when a metal oxide other than alumina is used as the main component of the inorganic carrier 20, the specific surface area, average particle diameter, and other preferred modes of the inorganic carrier 20 are described above by taking alumina as an example. Can be adopted as well.
本発明のCO選択酸化触媒は、COを吸着するための白金原子と、白金原子上に吸着されたCOのCO2への酸化を促進するコバルト原子とを含有しており、この両原子の含有量のバランスが良好に保たれると、触媒のCO選択酸化活性の向上に寄与しうる。かような観点から、本発明のCO選択酸化触媒において、白金原子とコバルト原子との合計量に対する、前記コバルト原子の質量比は、好ましくは70質量%超100質量%未満であり、より好ましくは80〜90質量%であり、さらに好ましくは80〜85質量%である。また、別の表現を用いれば、本発明のCO選択酸化触媒において、白金原子の含有量に対する、コバルト原子の含有量のモル比(Co/Pt)は、好ましくは8〜65であり、より好ましくは11〜20である。これらの値が上記の範囲内であると、白金原子によるCO吸着効果とコバルト原子によるCO酸化促進効果とのバランスが良好に保たれ、その結果、触媒のCO除去性能が向上しうる。また、従来のCO選択酸化触媒よりも白金原子の含有量が比較的少ないため、コストの面でも有利である。 The CO selective oxidation catalyst of the present invention contains a platinum atom for adsorbing CO and a cobalt atom that promotes the oxidation of CO adsorbed on the platinum atom to CO 2 . If the amount balance is kept good, it can contribute to the improvement of the CO selective oxidation activity of the catalyst. From such a viewpoint, in the CO selective oxidation catalyst of the present invention, the mass ratio of the cobalt atom to the total amount of the platinum atom and the cobalt atom is preferably more than 70% by mass and less than 100% by mass, more preferably. It is 80-90 mass%, More preferably, it is 80-85 mass%. In other words, in the CO selective oxidation catalyst of the present invention, the molar ratio of the cobalt atom content to the platinum atom content (Co / Pt) is preferably 8 to 65, more preferably. Is 11-20. When these values are within the above range, the balance between the CO adsorption effect by the platinum atoms and the CO oxidation promoting effect by the cobalt atoms can be maintained well, and as a result, the CO removal performance of the catalyst can be improved. Further, since the platinum atom content is relatively smaller than that of the conventional CO selective oxidation catalyst, it is advantageous in terms of cost.
本発明のCO選択酸化触媒における白金原子およびコバルト原子のそれぞれの含有量についても、上記と同様に特に制限はないが、白金原子の含有量は、触媒の全量に対して、好ましくは0.2〜2.5質量%程度、より好ましくは0.4〜2.0質量%である。同様に、コバルト原子の含有量は、触媒の全量に対して、好ましくは0.6〜12.0質量%程度、より好ましくは1.5〜10質量%である。これらの原子の含有量が少なすぎると、触媒活性が充分に得られない虞がある。一方、これらの原子の含有量が多すぎると、含有量の増加に見合った触媒活性が得られなくなり、触媒の製造コストが高騰する虞がある。 Similarly to the above, the content of each of the platinum atom and the cobalt atom in the CO selective oxidation catalyst of the present invention is not particularly limited, but the content of the platinum atom is preferably 0.2 with respect to the total amount of the catalyst. It is about -2.5 mass%, More preferably, it is 0.4-2.0 mass%. Similarly, the cobalt atom content is preferably about 0.6 to 12.0 mass%, more preferably 1.5 to 10 mass%, based on the total amount of the catalyst. If the content of these atoms is too small, the catalyst activity may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the content of these atoms is too large, catalyst activity commensurate with the increase in content cannot be obtained, and the production cost of the catalyst may increase.
ここで、本発明のCO選択酸化触媒が用いられる際の空間速度条件に応じて、必要とされる白金原子およびコバルト原子の含有量は変動しうる。上記の含有量の好ましい値には一定の幅があるが、例えば、自動車に搭載される場合のように100000h−1を超えるような高空間速度条件下において用いられる場合の好ましい含有量は、触媒の全量に対して白金原子が0.4〜2.0質量%程度、コバルト原子が1.5〜10.0質量%程度である。これに対し、民生用機器に用いられる場合のように10000h−1を下回るようなそれほど高くない空間速度条件下で用いられる場合の好ましい含有量は、触媒の全量に対して白金原子が0.08〜1.0質量%程度、コバルト原子が0.5〜5.0質量%程度あれば充分である。なお、本願において白金原子およびコバルト原子の含有量とは、特に断りのない限り、金属原子に換算した量をいう。なお、白金およびコバルトの含有量に関連する上述した種々の値は、触媒を製造する際に用いられる白金原料およびコバルト原料の量から算出され、これらの原料の量を調節することにより制御されうる。 Here, depending on the space velocity condition when the CO selective oxidation catalyst of the present invention is used, the required content of platinum atoms and cobalt atoms may vary. The preferred value of the above content has a certain range. For example, the preferred content when used under high space velocity conditions exceeding 100,000 h −1 as in the case of being mounted on an automobile is the catalyst. The platinum atom is about 0.4 to 2.0% by mass and the cobalt atom is about 1.5 to 10.0% by mass with respect to the total amount. On the other hand, a preferable content when used under a space velocity condition that is not so high as less than 10000 h −1 as in a consumer device is 0.08 platinum atoms relative to the total amount of the catalyst. It is sufficient that about -1.0 mass% and cobalt atoms are about 0.5-5.0 mass%. In addition, in this application, content of a platinum atom and a cobalt atom means the quantity converted into a metal atom unless there is particular notice. The various values described above relating to the platinum and cobalt contents are calculated from the amounts of the platinum raw material and the cobalt raw material used in producing the catalyst, and can be controlled by adjusting the amounts of these raw materials. .
ここで、本発明の作用および効果が損なわれないのであれば、白金原子およびコバルト原子以外の金属原子が触媒金属として含有されてもよい。例えば、白金原子以外にも、ルテニウム、ロジウム、パラジウムなどの他の貴金属原子が含有されうる。これらの貴金属原子は、図1に示す白金粒子30と同様の粒子、または白金との合金の粒子として、無機担体20に担持されうる。さらに、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムなどの希土類原子や、マンガン、ニッケル、銅、鉄などの遷移金属原子が含有されてもよい。これらの原子は、白金粒子30を被覆しない形態で含有されることが好ましい。さらに、例えば白金との合金の粒子として無機担体20に担持されてもよく、また、ペロブスカイトのような複合酸化物といった形態で含有されてもよい。なお、白金原子およびコバルト原子以外の金属原子の無機担体20への担持量は、特に制限されないが、金属原子換算で0.05〜3.0質量%程度が適当である。 Here, a metal atom other than a platinum atom and a cobalt atom may be contained as a catalyst metal as long as the function and effect of the present invention are not impaired. For example, in addition to platinum atoms, other noble metal atoms such as ruthenium, rhodium and palladium can be contained. These noble metal atoms can be supported on the inorganic carrier 20 as particles similar to the platinum particles 30 shown in FIG. 1 or particles of an alloy with platinum. Furthermore, rare earth atoms such as lanthanum, cerium, praseodymium, and neodymium, and transition metal atoms such as manganese, nickel, copper, and iron may be contained. These atoms are preferably contained in a form that does not cover the platinum particles 30. Further, for example, it may be supported on the inorganic carrier 20 as particles of an alloy with platinum, or may be contained in the form of a complex oxide such as perovskite. The amount of metal atoms other than platinum atoms and cobalt atoms supported on the inorganic carrier 20 is not particularly limited, but about 0.05 to 3.0% by mass in terms of metal atoms is appropriate.
[作用および効果]
図1に示す第1形態のCO選択酸化触媒においては、上述したように、無機担体20の表層に形成されたコバルトアルミネート層24上に、白金粒子30が担持されている。かような構成によれば、白金粒子30が他の成分によって被覆されてしまうことがない。このため、白金粒子30がCOを充分に吸着しうる。また、コバルト原子は、コバルトアルミネート層24を構成するコバルトアルミネートとして、無機担体20の表面に存在している。このため、白金原子に吸着されたCOのCO2への酸化を充分に促進しうる。
[Action and effect]
In the CO selective oxidation catalyst of the first embodiment shown in FIG. 1, platinum particles 30 are supported on the cobalt aluminate layer 24 formed on the surface layer of the inorganic carrier 20 as described above. According to such a configuration, the platinum particles 30 are not covered with other components. For this reason, the platinum particles 30 can sufficiently adsorb CO. Further, cobalt atoms are present on the surface of the inorganic carrier 20 as cobalt aluminate constituting the cobalt aluminate layer 24. For this reason, the oxidation of CO adsorbed by platinum atoms to CO 2 can be sufficiently promoted.
従って、第1形態のCO選択酸化触媒によれば、白金原子によるCOの吸着と、コバルト原子によるCO酸化の促進との双方の機構が効率よく進行しうる。その結果、触媒活性に優れるCO選択酸化触媒が提供されうる。 Therefore, according to the first embodiment of the CO selective oxidation catalyst, both the mechanism of CO adsorption by platinum atoms and the promotion of CO oxidation by cobalt atoms can proceed efficiently. As a result, a CO selective oxidation catalyst having excellent catalytic activity can be provided.
[製造方法]
本発明の第2は、CO選択酸化触媒の製造方法に関する。具体的には、本発明の第2は、コバルトアルミネートを含有する無機担体を準備する工程と、前記無機担体に白金粒子を担持させる工程とを有する、一酸化炭素選択酸化触媒の製造方法である。図1に示す形態(第1形態)のCO選択酸化触媒は、この製造方法によって製造可能である。以下、工程順に説明する。
[Production method]
The second of the present invention relates to a method for producing a CO selective oxidation catalyst. Specifically, the second of the present invention is a method for producing a carbon monoxide selective oxidation catalyst, comprising the steps of preparing an inorganic support containing cobalt aluminate and supporting the platinum particles on the inorganic support. is there. The CO selective oxidation catalyst of the form shown in FIG. 1 (first form) can be produced by this production method. Hereinafter, it demonstrates in order of a process.
[無機担体準備工程]
まず、コバルトアルミネートを含有する無機担体を準備する。この工程において準備される無機担体の好ましい形態については、既に説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。
[Inorganic carrier preparation step]
First, an inorganic carrier containing cobalt aluminate is prepared. Since the preferable form of the inorganic carrier prepared in this step is as already described, the description is omitted here.
コバルトアルミネートを含有する無機担体としては、自ら調製したものを用いてもよいし、商品が市販されている場合には、その商品を購入して用いてもよい。 As the inorganic carrier containing cobalt aluminate, one prepared by itself may be used, and when a product is commercially available, the product may be purchased and used.
コバルトアルミネートを含有する無機担体を自ら調製する場合には、例えば、アルミナ原料にコバルト原子を担持させ、焼成することにより、表面にコバルトアルミネートが生成したアルミナを得るとよい。以下、かような手法により無機担体を調製する具体的な方法を説明する(後述する実施例1も参照)。ただし、その他の手法により無機担体を調製しても、勿論よい。 When an inorganic carrier containing cobalt aluminate is prepared by itself, for example, it is preferable to obtain alumina having cobalt aluminate formed on the surface by supporting cobalt atoms on an alumina raw material and firing. Hereinafter, a specific method for preparing the inorganic carrier by such a method will be described (see also Example 1 described later). However, it is of course possible to prepare the inorganic carrier by other methods.
まず、コバルト原子を担持させるためのアルミナ原料を準備する。アルミナ原料は、焼成によりアルミナとなりうる原料であれば特に制限されない。アルミナ原料としては、例えば、ベーマイトアルミナ、ギブサイトなどの水酸化アルミニウムのほか、γアルミナなどが挙げられる。新たに開発された材料がアルミナ原料として用いられてもよい。 First, an alumina raw material for supporting cobalt atoms is prepared. The alumina raw material is not particularly limited as long as it is a raw material that can become alumina by firing. Examples of the alumina raw material include γ-alumina in addition to aluminum hydroxide such as boehmite alumina and gibbsite. A newly developed material may be used as the alumina raw material.
続いて、コバルトイオンが溶解した溶液(以下、単に「コバルト溶液」とも称する)を調製する。このコバルト溶液は、コバルト原子を上記で準備したアルミナ原料に担持させる目的で、後述する担持工程において用いられる。 Subsequently, a solution in which cobalt ions are dissolved (hereinafter also simply referred to as “cobalt solution”) is prepared. This cobalt solution is used in a supporting process described later for the purpose of supporting cobalt atoms on the alumina raw material prepared above.
このコバルト溶液を調製する工程では、まず、コバルト原料であるコバルト化合物を準備する。さらに、このコバルト化合物を溶解させるための溶媒を準備する。その後、準備した溶媒にコバルト原料であるコバルト化合物を添加し、必要に応じて撹拌して、コバルト溶液を調製する。 In the step of preparing the cobalt solution, first, a cobalt compound that is a cobalt raw material is prepared. Furthermore, a solvent for dissolving the cobalt compound is prepared. Then, the cobalt compound which is a cobalt raw material is added to the prepared solvent, and it stirs as needed, and prepares a cobalt solution.
コバルト原料であるコバルト化合物としては、金属塩の形態の化合物が挙げられ、例えば、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、アンモニウム塩、塩化物等の形態の化合物が挙げられる。これらの化合物は、入手が容易で触媒調製時の原料として広く用いられており、アルミナ原料へ担持する際の取扱いも簡便である。 Examples of the cobalt compound that is a cobalt raw material include compounds in the form of metal salts, and examples include compounds in the form of nitrates, acetates, carbonates, ammonium salts, chlorides, and the like. These compounds are easily available, are widely used as raw materials for preparing catalysts, and are easy to handle when supported on alumina raw materials.
コバルト溶液の調製に用いられる溶媒としては、水やエタノール等が例示されるが、これらに制限されることはない。 Examples of the solvent used for the preparation of the cobalt solution include water and ethanol, but are not limited thereto.
コバルト溶液中のコバルトの濃度は特に制限されず、上記で準備したアルミナ原料の量や得られる触媒におけるコバルト原子の所望の含有量、担持方法などを考慮して、適宜調節されうる。 The concentration of cobalt in the cobalt solution is not particularly limited, and can be appropriately adjusted in consideration of the amount of the alumina raw material prepared above, the desired content of cobalt atoms in the resulting catalyst, the loading method, and the like.
得られる触媒において、コバルト原子以外の金属原子を無機担体中に含有させたい場合には、本工程において、コバルト溶液中に所望の成分を所望の量だけ添加するとよい。この際、所望の成分は、やはり金属塩の形態で溶媒中に添加し、必要に応じて撹拌して、溶解させるとよい。 In the obtained catalyst, when it is desired to contain a metal atom other than cobalt atom in the inorganic support, a desired component may be added to the cobalt solution in a desired amount in this step. At this time, the desired component may be added to the solvent in the form of a metal salt and dissolved by stirring as necessary.
その後、上記で調製したコバルト溶液に溶解しているコバルト原子を、上記で準備したアルミナ原料に担持させる。 Thereafter, cobalt atoms dissolved in the cobalt solution prepared above are supported on the alumina raw material prepared above.
担持させるための具体的な手法としては、例えば、含浸法、共沈法、競争吸着法などの触媒調製分野において従来公知の手法が採用されうる。処理条件は、採用される手法に応じて適宜選択されうるが、通常は、常温〜80℃にて0.5〜8時間程度、アルミナ原料とコバルト溶液とを接触させればよい。 As a specific method for supporting, a conventionally known method in the field of catalyst preparation such as an impregnation method, a coprecipitation method, and a competitive adsorption method can be employed. The treatment conditions can be appropriately selected according to the method employed, but usually the alumina raw material and the cobalt solution may be brought into contact at room temperature to 80 ° C. for about 0.5 to 8 hours.
アルミナ原料にコバルト原子を担持させた後、必要に応じてこれを乾燥させる。乾燥させるための具体的な手法としては、例えば、自然乾燥、蒸発乾固のほか、ロータリーエバポレータや送風乾燥機等を用いた乾燥などが採用されうる。乾燥時間は、採用される手法に応じて適宜設定されうる。場合によっては、この乾燥段階を省略し、後述する焼成工程において乾燥させることとしてもよい。 After cobalt atoms are supported on the alumina raw material, it is dried as necessary. As a specific method for drying, for example, natural drying, evaporation to dryness, drying using a rotary evaporator, an air dryer, or the like can be employed. The drying time can be appropriately set according to the method employed. In some cases, this drying step may be omitted, and drying may be performed in a baking step described later.
続いて、コバルト原子が担持されたアルミナ原料を焼成する。これにより、コバルトアルミネートを含有する無機担体、具体的には、表面にコバルトアルミネートが生成したアルミナが得られる。 Subsequently, the alumina raw material carrying cobalt atoms is fired. Thereby, the inorganic support | carrier containing a cobalt aluminate, specifically the alumina which the cobalt aluminate produced | generated on the surface is obtained.
焼成の具体的な手法や焼成条件については特に制限はなく、触媒調製分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。焼成条件について一例を挙げると、焼成温度は、好ましくは700〜900℃、より好ましくは750〜800℃であり、焼成時間は、好ましくは1〜6時間、より好ましくは2〜4時間である。場合によっては、異なる温度で2回以上焼成を行ってもよい。焼成雰囲気についても特に制限はなく、例えば、空気雰囲気や窒素雰囲気の下で焼成が行われうる。焼成条件を調節することによって、得られる無機担体の比表面積や結晶状態を制御可能である。例えば、焼成温度を低くするか、または焼成時間を短くすることによって、比表面積が比較的大きい無機担体が得られる。一方、焼成温度を高くするか、または焼成時間を長くすることによって、比表面積が比較的小さい無機担体が得られる。 There are no particular limitations on the specific method of firing and firing conditions, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to in the field of catalyst preparation. Taking an example of the firing conditions, the firing temperature is preferably 700 to 900 ° C., more preferably 750 to 800 ° C., and the firing time is preferably 1 to 6 hours, more preferably 2 to 4 hours. In some cases, the baking may be performed twice or more at different temperatures. There is no restriction | limiting in particular also about baking atmosphere, For example, baking can be performed under an air atmosphere or nitrogen atmosphere. By adjusting the firing conditions, the specific surface area and crystal state of the resulting inorganic carrier can be controlled. For example, an inorganic carrier having a relatively large specific surface area can be obtained by lowering the firing temperature or shortening the firing time. On the other hand, an inorganic carrier having a relatively small specific surface area can be obtained by raising the firing temperature or lengthening the firing time.
必要であれば、焼成後に、得られた無機担体を粉砕し、篩分けすることで、所望の粒子径を有する無機担体のみを選別してもよい。 If necessary, only the inorganic carrier having a desired particle size may be selected by pulverizing and sieving the obtained inorganic carrier after firing.
[白金担持工程]
次に、上述した無機担体準備工程において準備した無機担体に、白金粒子を担持させる。これにより、図1に示す本発明の第1形態のCO選択酸化触媒が得られる。
[Platinum loading process]
Next, platinum particles are supported on the inorganic carrier prepared in the above-described inorganic carrier preparing step. As a result, the CO selective oxidation catalyst according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is obtained.
まず、白金イオンが溶解した溶液(以下、単に「白金溶液」とも称する)を調製する。この白金溶液は、白金粒子を無機担体に担持させる目的で、後述する担持工程において用いられる。 First, a solution in which platinum ions are dissolved (hereinafter also simply referred to as “platinum solution”) is prepared. This platinum solution is used in a supporting step described later for the purpose of supporting platinum particles on an inorganic carrier.
この白金溶液を調製する工程では、まず、白金原料である白金化合物を準備する。さらに、この白金化合物を溶解させるための溶媒を準備する。その後、準備した溶媒に白金原料である白金化合物を添加し、必要に応じて撹拌して、白金溶液を調製する。 In the step of preparing the platinum solution, first, a platinum compound as a platinum raw material is prepared. Furthermore, a solvent for dissolving the platinum compound is prepared. Then, the platinum compound which is a platinum raw material is added to the prepared solvent, and it stirs as needed, and prepares a platinum solution.
白金原料である白金化合物としては、金属塩の形態の化合物が挙げられ、例えば、ジニトロジアンミン白金、塩化白金酸などが挙げられる。これらの化合物は、入手が容易で触媒調製時の原料として広く用いられており、無機担体へ担持する際の取扱いも簡便である。 Examples of platinum compounds that are platinum raw materials include compounds in the form of metal salts, such as dinitrodiammine platinum and chloroplatinic acid. These compounds are easy to obtain, are widely used as raw materials for catalyst preparation, and are easy to handle when supported on an inorganic carrier.
白金溶液の調製に用いられる溶媒としては、水やエタノール等が例示されるが、これらに制限されることはない。 Examples of the solvent used for preparing the platinum solution include water and ethanol, but are not limited thereto.
白金溶液中の白金の濃度は特に制限されず、上記で準備した無機担体の量や得られる触媒における所望の含有量、担持方法などを考慮して、適宜調節されうる。 The concentration of platinum in the platinum solution is not particularly limited, and can be appropriately adjusted in consideration of the amount of the inorganic carrier prepared above, the desired content in the resulting catalyst, the loading method, and the like.
得られる触媒において、白金原子以外の金属原子(特に、貴金属原子)を無機担体に担持させたい場合には、本工程において、白金溶液中に所望の成分を所望の量だけ添加するとよい。この際、所望の成分は、やはり金属塩の形態で溶媒中に添加し、必要に応じて撹拌して、溶解させるとよい。 In the obtained catalyst, when it is desired to support a metal atom (particularly a noble metal atom) other than a platinum atom on an inorganic support, a desired amount of a desired component may be added to the platinum solution in this step. At this time, the desired component may be added to the solvent in the form of a metal salt and dissolved by stirring as necessary.
その後、上記で調製した白金溶液に溶解している白金原子を、上記で準備した無機担体に担持させる。担持の具体的な手法や担持条件については、アルミナ原料へのコバルト原子の担持について上述した形態が同様に採用されうる。また、この際に用いられる白金溶液および無機担体の量は、得られる触媒中の白金原子およびコバルト原子の最終的な含有量を考慮することにより、適宜調節されうる。 Thereafter, the platinum atoms dissolved in the platinum solution prepared above are supported on the inorganic carrier prepared above. As for the specific method and conditions for loading, the above-described embodiment for loading cobalt atoms on the alumina raw material can be similarly adopted. In addition, the amount of the platinum solution and the inorganic carrier used at this time can be appropriately adjusted in consideration of the final content of platinum atoms and cobalt atoms in the obtained catalyst.
無機担体に白金原子を担持させた後、必要に応じてこれを乾燥させる。乾燥の具体的な手法についても、上述した形態が同様に採用されうる。 After carrying | supporting a platinum atom on an inorganic support | carrier, this is dried as needed. The form mentioned above can be similarly adopted also about the specific method of drying.
続いて、白金原子が担持された無機担体を焼成する。これにより、無機担体の表面において白金粒子が成長し、本発明の第1形態のCO選択酸化触媒が完成する。 Subsequently, the inorganic carrier carrying platinum atoms is baked. Thereby, platinum particles grow on the surface of the inorganic carrier, and the CO selective oxidation catalyst according to the first embodiment of the present invention is completed.
焼成の具体的な手法や焼成条件については特に制限はなく、触媒調製分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。焼成条件について一例を挙げると、焼成温度は、好ましくは400〜600℃、より好ましくは450〜550℃であり、焼成時間は、好ましくは0.5〜4時間、より好ましくは1〜3時間である。場合によっては、異なる温度で2回以上焼成を行ってもよい。焼成雰囲気についても特に制限はなく、例えば、空気雰囲気や窒素雰囲気の下で焼成が行われうる。 There are no particular limitations on the specific method of firing and firing conditions, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to in the field of catalyst preparation. As an example of the firing conditions, the firing temperature is preferably 400 to 600 ° C., more preferably 450 to 550 ° C., and the firing time is preferably 0.5 to 4 hours, more preferably 1 to 3 hours. is there. In some cases, the baking may be performed twice or more at different temperatures. There is no restriction | limiting in particular also about baking atmosphere, For example, baking can be performed under an air atmosphere or nitrogen atmosphere.
必要であれば、焼成後に、得られた触媒粉末を粉砕し、篩分けすることで、所望の粒子径を有する触媒粉末のみを選別してもよい。 If necessary, after the calcination, the obtained catalyst powder may be pulverized and sieved to select only the catalyst powder having a desired particle size.
以上、図1に示す形態(第1形態)のCO選択酸化触媒の好ましい形態について説明したが、以下に示すその他の形態もまた、採用されうる。 The preferred form of the CO selective oxidation catalyst of the form shown in FIG. 1 (first form) has been described above, but other forms shown below can also be adopted.
(第2形態)
[構成]
図2は、本発明のCO選択酸化触媒の他の好ましい形態(本明細書中、「第2形態」とも称する)を示す模式断面図である。第2形態は、上記の第1形態と比較して、白金原子およびコバルト原子(コバルトアルミネート)の含有形態が異なる。
(Second form)
[Constitution]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another preferred embodiment of the CO selective oxidation catalyst of the present invention (also referred to as “second embodiment” in the present specification). The 2nd form differs in the containing form of a platinum atom and a cobalt atom (cobalt aluminate) compared with said 1st form.
図2に示すように、第2形態のCO選択酸化触媒10は、無機担体20の表面にコバルトアルミネート粒子40が担持され、さらに、前記コバルトアルミネート粒子40の表面に白金粒子30が担持された構成を有する。なお、説明の便宜上、図2に示すCO選択酸化触媒の各構成成分の寸法比率は誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、多くの場合、無機担体20の表面には多数の微細孔が形成されているが、この微細孔は図2においては省略されている。さらに、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様の形態が採用される場合には、重複する説明を省略する。 As shown in FIG. 2, in the CO selective oxidation catalyst 10 of the second embodiment, cobalt aluminate particles 40 are supported on the surface of the inorganic carrier 20, and further, platinum particles 30 are supported on the surface of the cobalt aluminate particles 40. Have a configuration. For convenience of explanation, the dimensional ratio of each component of the CO selective oxidation catalyst shown in FIG. 2 is exaggerated and may be different from the actual ratio. In many cases, a large number of micropores are formed on the surface of the inorganic carrier 20, but these micropores are omitted in FIG. Furthermore, when the form similar to the form described in the description column of the first form is adopted, a duplicate description is omitted.
本発明の第2形態における白金粒子30の好ましい形態は、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様である。 The preferable form of the platinum particles 30 in the second embodiment of the present invention is the same as that described in the description of the first embodiment.
上述したように、第2形態において、白金粒子30は、コバルトアルミネート粒子40の表面に担持されている。このコバルトアルミネート粒子40は、コバルトアルミネート(Al2CoO4)からなる粒子である。ただし、場合によっては、Co3O4などの他の物質が、1〜10質量%程度、コバルトアルミネート粒子40中に含まれてもよい。 As described above, in the second embodiment, the platinum particles 30 are supported on the surface of the cobalt aluminate particles 40. The cobalt aluminate particles 40 are particles made of cobalt aluminate (Al 2 CoO 4 ). However, in some cases, other materials such as Co 3 O 4 may be included in the cobalt aluminate particles 40 in an amount of about 1 to 10% by mass.
コバルトアルミネート粒子40の平均粒子径については、特に制限はない。ただし、通常は0.1〜2μm程度であり、好ましくは0.1〜1μmであり、より好ましくは0.5〜1μmである。コバルトアルミネート粒子40の平均粒子径が小さすぎると、凝集しやすくなる場合があり、白金の分散性の低下を招く虞がある。一方、コバルトアルミネート粒子40の平均粒子径が大きすぎると、分散性が悪化し、同様に白金が凝集して、充分な性能が発揮されない虞がある。 There is no particular limitation on the average particle size of the cobalt aluminate particles 40. However, it is usually about 0.1 to 2 μm, preferably 0.1 to 1 μm, and more preferably 0.5 to 1 μm. If the average particle size of the cobalt aluminate particles 40 is too small, the cobalt aluminate particles 40 may be easily aggregated, which may cause a decrease in the dispersibility of platinum. On the other hand, if the average particle size of the cobalt aluminate particles 40 is too large, the dispersibility is deteriorated, and similarly, the platinum aggregates and there is a possibility that sufficient performance may not be exhibited.
上記の第1形態においては、無機担体の主成分がアルミナである場合を例に挙げて説明したが、第2形態において、無機担体20の形態は特に制限されず、触媒調製分野において従来公知の無機担体が好ましく用いられる。無機担体20としては、例えば、上述した種々のアルミナのほか、チタニア、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ゼオライトなどの金属酸化物が例示される。これらは1種のみが単独で用いられてもよく、これらの混合物が用いられてもよい。なかでも、触媒活性や原料の入手、担体の製造および取扱いの容易さの観点からは、無機担体20の主成分はアルミナであることが好ましい。なお、無機担体20の比表面積や平均粒子径その他の好ましい形態は、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様である。 In the first embodiment, the case where the main component of the inorganic carrier is alumina has been described as an example. However, in the second embodiment, the form of the inorganic carrier 20 is not particularly limited, and is conventionally known in the catalyst preparation field. An inorganic carrier is preferably used. Examples of the inorganic carrier 20 include metal oxides such as titania, silica, silica alumina, zirconia, magnesia, and zeolite in addition to the various aluminas described above. Only one of these may be used alone, or a mixture thereof may be used. Among these, from the viewpoint of catalyst activity, availability of raw materials, ease of production and handling of the support, the main component of the inorganic support 20 is preferably alumina. In addition, the specific surface area, average particle diameter, and other preferable forms of the inorganic carrier 20 are the same as the forms described in the description of the first form.
白金原子およびコバルト原子のそれぞれの含有量、およびこれらの含有量の比の好ましい形態は、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様である。 The preferable form of each content of platinum atom and cobalt atom and the ratio of these contents is the same as the form described in the column of the explanation of the first form.
第2形態においても、第1形態と同様に、白金原子およびコバルト原子以外の金属原子が触媒金属として含有されうる。白金原子およびコバルト原子に加えて含有される金属原子の種類や量についても、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様である。これらの金属原子は、白金との合金の形態でコバルトアルミネート粒子40に担持されてもよく、コバルトアルミネート粒子40に含まれてもよい。 Also in the second form, similarly to the first form, metal atoms other than platinum atoms and cobalt atoms can be contained as catalyst metals. The types and amounts of metal atoms contained in addition to platinum atoms and cobalt atoms are the same as those described in the description of the first embodiment. These metal atoms may be supported on the cobalt aluminate particles 40 in the form of an alloy with platinum, or may be included in the cobalt aluminate particles 40.
なお、場合によっては、白金担持コバルトアルミネート粒子を、無機担体に担持させずにそのままCO選択酸化触媒として用いてもよい。 In some cases, the platinum-supported cobalt aluminate particles may be directly used as a CO selective oxidation catalyst without being supported on an inorganic carrier.
[作用および効果]
図2に示す第2形態のCO選択酸化触媒においては、上述したように、無機担体20の表面に担持されたコバルトアルミネート粒子40上に、白金粒子30がさらに担持されている。かような構成により、白金粒子30が他の成分によって被覆されてしまうことがない。このため、白金粒子30がCOを充分に吸着しうる。また、コバルト原子は、コバルトアルミネート粒子40として、無機担体20の表面に存在している。このため、白金原子に吸着されたCOのCO2への酸化を充分に促進しうる。
[Action and effect]
In the CO selective oxidation catalyst of the second form shown in FIG. 2, platinum particles 30 are further supported on the cobalt aluminate particles 40 supported on the surface of the inorganic carrier 20 as described above. With such a configuration, the platinum particles 30 are not covered with other components. For this reason, the platinum particles 30 can sufficiently adsorb CO. Further, cobalt atoms are present on the surface of the inorganic carrier 20 as cobalt aluminate particles 40. For this reason, the oxidation of CO adsorbed by platinum atoms to CO 2 can be sufficiently promoted.
従って、第2形態のCO選択酸化触媒によっても、白金原子によるCOの吸着と、コバルト原子によるCO酸化の促進との双方の機構が効率よく進行しうる。その結果、触媒活性に優れるCO選択酸化触媒が提供されうる。 Therefore, both the mechanisms of CO adsorption by platinum atoms and promotion of CO oxidation by cobalt atoms can proceed efficiently even by the second form of the CO selective oxidation catalyst. As a result, a CO selective oxidation catalyst having excellent catalytic activity can be provided.
[製造方法]
第2形態のCO選択酸化触媒は、例えば、コバルトアルミネート粒子の表面に白金粒子を担持させ、得られた白金担持コバルトアルミネート粒子を無機担体の表面に分散させることにより、製造されうる。以下、かような製造方法につき、工程順に説明する。
[Production method]
The CO selective oxidation catalyst of the second form can be produced, for example, by supporting platinum particles on the surface of cobalt aluminate particles and dispersing the obtained platinum-supported cobalt aluminate particles on the surface of an inorganic support. Hereinafter, such a manufacturing method will be described in the order of steps.
[コバルトアルミネート粒子準備工程]
まず、コバルトアルミネート粒子を準備する。この工程において準備されるコバルトアルミネート粒子の好ましい形態については、既に説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。
[Cobalt aluminate particle preparation process]
First, cobalt aluminate particles are prepared. Since the preferable form of the cobalt aluminate particles prepared in this step is as already described, the description is omitted here.
コバルトアルミネート粒子としては、自ら調製したものを用いてもよいし、商品が市販されている場合には、その商品を購入して用いてもよい。 As the cobalt aluminate particles, those prepared by themselves may be used, and when the product is commercially available, the product may be purchased and used.
コバルトアルミネート粒子を自ら調製する場合には、例えば、共沈法が用いられうる。以下、共沈法によりコバルトアルミネート粒子を調製する具体的な方法を説明する(後述する実施例2も参照)。ただし、その他の手法によりコバルトアルミネート粒子を調製しても、勿論よい。 When cobalt aluminate particles are prepared by themselves, for example, a coprecipitation method can be used. Hereinafter, a specific method for preparing cobalt aluminate particles by a coprecipitation method will be described (see also Example 2 described later). Of course, cobalt aluminate particles may be prepared by other methods.
まず、コバルト原料であるコバルト化合物、およびアルミニウム原料であるアルミニウム化合物を準備する。さらに、これらの化合物を溶解させるための溶媒を準備する。その後、準備した溶媒に前記コバルト化合物およびアルミニウム化合物を添加し、必要に応じて撹拌して、コバルト−アルミニウム溶液を調製する。 First, a cobalt compound that is a cobalt raw material and an aluminum compound that is an aluminum raw material are prepared. Furthermore, a solvent for dissolving these compounds is prepared. Thereafter, the cobalt compound and the aluminum compound are added to the prepared solvent and stirred as necessary to prepare a cobalt-aluminum solution.
コバルト原料であるコバルト化合物としては、コバルトアルミネートを含有する無機担体の調製の欄において上述した化合物が同様に用いられうる。また、アルミニウム原料であるアルミニウム化合物についても、コバルト原料と同様に、金属塩の形態の化合物が挙げられ、例えば、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムなどが例示される。 As a cobalt compound which is a cobalt raw material, the compound mentioned above in the column of preparation of the inorganic support | carrier containing cobalt aluminate can be used similarly. Moreover, the aluminum compound which is an aluminum raw material also includes a compound in the form of a metal salt similarly to the cobalt raw material, and examples thereof include aluminum nitrate, aluminum sulfate, and aluminum chloride.
コバルト−アルミニウム溶液の調製に用いられる溶媒としては、水やエタノール等が例示されるが、これらに制限されることはない。 Examples of the solvent used for the preparation of the cobalt-aluminum solution include water and ethanol, but are not limited thereto.
コバルト−アルミニウム溶液中のコバルトおよびアルミニウムの濃度は特に制限されないが、触媒の調製に用いられる無機担体や白金粒子の量、担持方法を勘案することにより、適宜調節されうる。なお、コバルトアルミネートの組成(Al2CoO4)を考慮すると、コバルト−アルミニウム溶液中のコバルト原子とアルミニウム原子とのモル比は約1:2に調節されることが、製造コスト等の点で好ましい。 The concentration of cobalt and aluminum in the cobalt-aluminum solution is not particularly limited, but can be appropriately adjusted by taking into consideration the amount of inorganic carrier and platinum particles used for preparing the catalyst and the loading method. In consideration of the composition of cobalt aluminate (Al 2 CoO 4 ), it is possible to adjust the molar ratio of cobalt atoms to aluminum atoms in the cobalt-aluminum solution to about 1: 2, from the viewpoint of manufacturing cost and the like. preferable.
ここで、コバルト原子以外の金属原子を触媒金属としてコバルトアルミネート粒子中に含有させたい場合には、本工程において、コバルト−アルミニウム溶液中に所望の成分を所望の量だけ添加するとよい。この際、所望の成分は、やはり金属塩の形態で溶媒中に添加するとよい。 Here, when it is desired to contain a metal atom other than cobalt atom as a catalyst metal in the cobalt aluminate particles, a desired component may be added to the cobalt-aluminum solution in a desired amount in this step. At this time, the desired component may be added to the solvent in the form of a metal salt.
次いで、上記で調製したコバルト−アルミニウム溶液に適当な沈殿剤を添加し、コバルトおよびアルミニウムを含む沈殿物を得る。 Next, a suitable precipitant is added to the cobalt-aluminum solution prepared above to obtain a precipitate containing cobalt and aluminum.
沈殿剤としては、例えば、塩基性化合物が挙げられる。塩基性化合物としては、例えば、アンモニア、尿素、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウムなどが例示される。これらは1種のみが単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 Examples of the precipitating agent include basic compounds. Examples of the basic compound include ammonia, urea, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
沈殿剤は粒状や粉末状の固体の形態でコバルト−アルミニウム溶液に添加されてもよいが、水溶液の形態で添加すると、操作が簡便である。沈殿剤が水溶液の形態で添加される場合、沈殿剤水溶液中の上記の塩基性化合物の濃度は特に制限されない。また、コバルト−アルミニウム溶液への沈殿剤の添加量についても特に制限はなく、所望の沈殿物の量に応じて、適宜調節されうる。必要であれば、上記の沈殿物を濾過し、洗浄することにより、精製してもよい。またさらに、必要に応じて、得られた沈殿物を乾燥させてもよい。乾燥の具体的な手法としては、上述した形態が同様に採用されうる。 The precipitant may be added to the cobalt-aluminum solution in the form of a granular or powdery solid, but if added in the form of an aqueous solution, the operation is simple. When the precipitant is added in the form of an aqueous solution, the concentration of the basic compound in the aqueous precipitant solution is not particularly limited. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the addition amount of the precipitant to a cobalt-aluminum solution, According to the quantity of the desired deposit, it can adjust suitably. If necessary, the precipitate may be purified by filtration and washing. Furthermore, you may dry the obtained precipitate as needed. As a specific method of drying, the above-described form can be similarly adopted.
その後、上記で得られた沈殿物を焼成する。これにより、コバルトアルミネート粒子が得られる。 Thereafter, the precipitate obtained above is fired. Thereby, cobalt aluminate particles are obtained.
焼成の具体的な手法や焼成条件については特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。焼成条件について一例を挙げると、焼成温度は、好ましくは700〜900℃、より好ましくは750〜800℃であり、焼成時間は、好ましくは1〜6時間、より好ましくは2〜4時間である。場合によっては、異なる温度で2回以上焼成を行ってもよい。焼成雰囲気についても特に制限はなく、例えば、空気雰囲気や窒素雰囲気の下で焼成が行われうる。 There is no restriction | limiting in particular about the specific method and baking conditions of baking, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably. Taking an example of the firing conditions, the firing temperature is preferably 700 to 900 ° C., more preferably 750 to 800 ° C., and the firing time is preferably 1 to 6 hours, more preferably 2 to 4 hours. In some cases, the baking may be performed twice or more at different temperatures. There is no restriction | limiting in particular also about baking atmosphere, For example, baking can be performed under an air atmosphere or nitrogen atmosphere.
必要であれば、焼成後に、得られたコバルトアルミネート粒子を粉砕し、篩分けすることで、所望の粒子径を有する粒子のみを選別してもよい。 If necessary, after firing, the obtained cobalt aluminate particles may be pulverized and sieved to select only particles having a desired particle diameter.
[白金担持工程]
次に、上記の[コバルトアルミネート粒子準備工程]において準備したコバルトアルミネート粒子の表面に、白金粒子を担持させる。これにより、コバルトアルミネート粒子の表面に白金粒子が担持された白金担持コバルトアルミネート粒子が得られる。
[Platinum loading process]
Next, platinum particles are supported on the surface of the cobalt aluminate particles prepared in the above [Cobalt aluminate particle preparation step]. Thereby, the platinum carrying | support cobalt aluminate particle by which the platinum particle was carry | supported on the surface of the cobalt aluminate particle is obtained.
本工程の詳細については、無機担体に代えて上記で準備したコバルトアルミネート粒子が用いられること以外は、本発明の第1形態のCO選択酸化触媒の製造方法の[白金担持工程]の欄で説明した形態と同様である。 About the detail of this process, it replaces with an inorganic support | carrier, and the cobalt aluminate particle prepared above is used, In the column of [Platinum support process] of the manufacturing method of the CO selective oxidation catalyst of 1st form of this invention. It is the same as that of the form demonstrated.
[白金担持コバルトアルミネート粒子分散工程]
続いて、上記の[白金担持工程]で得られた白金担持コバルトアルミネート粒子を、無機担体の表面に分散させる。これにより、本発明の第2形態のCO選択酸化触媒が完成する。
[Platinum-supported cobalt aluminate particle dispersion process]
Subsequently, the platinum-supported cobalt aluminate particles obtained in the above [Platinum support step] are dispersed on the surface of the inorganic support. Thereby, the CO selective oxidation catalyst of the second embodiment of the present invention is completed.
本工程においては、上記で得られた白金担持コバルトアルミネート粒子および無機担体を準備する。準備される無機担体の好ましい形態については、既に説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。 In this step, the platinum-supported cobalt aluminate particles and inorganic support obtained above are prepared. Since the preferable form of the prepared inorganic carrier is as already described, the description is omitted here.
分散の具体的な手法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。この際、用いられる白金担持コバルトアルミネート粒子および無機担体の量は、得られる触媒中の白金原子およびコバルト原子の最終的な含有量を考慮することにより、適宜調節されうる。分散の手法の一例としては、例えば、白金担持コバルトアルミネート粒子と無機担体粒子とを混合し、乾式または水を加えて湿式で直径5mm程度のアルミナボールとともにポットミル容器内に仕込み、振動により粉砕混合する手法が例示される。 A specific method of dispersion is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately employed. Under the present circumstances, the quantity of the platinum carrying | support cobalt aluminate particle and inorganic support | carrier used can be suitably adjusted by considering the final content of the platinum atom and cobalt atom in the catalyst obtained. As an example of the dispersion method, for example, platinum-supported cobalt aluminate particles and inorganic carrier particles are mixed, dry or added with water and wetted with an alumina ball having a diameter of about 5 mm in a pot mill container, and pulverized and mixed by vibration The technique to do is illustrated.
(第3形態)
[構成]
図3は、本発明のCO選択酸化触媒のさらに他の好ましい形態(本明細書中、「第3形態」とも称する)を示す模式断面図である。第3形態もまた、上記の第1形態および第2形態と比較して、白金原子およびコバルト原子(コバルトアルミネート)の含有形態が異なる。
(Third form)
[Constitution]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing still another preferred form (also referred to as “third form” in the present specification) of the CO selective oxidation catalyst of the present invention. The 3rd form also differs in the containing form of a platinum atom and a cobalt atom (cobalt aluminate) compared with said 1st form and 2nd form.
図3に示すように、第3形態のCO選択酸化触媒10は、無機担体20の表面に白金粒子30が担持された白金触媒粒子50と、コバルトアルミネート粒子40とが混合された構成を有する。なお、説明の便宜上、図3に示すCO選択酸化触媒の各構成成分の寸法比率は誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、多くの場合、無機担体20の表面には多数の微細孔が形成されているが、この微細孔は図3においては省略されている。さらに、上記の第1形態および第2形態の説明の欄において記載した形態と同様の形態が採用される場合には、重複する説明を省略する。 As shown in FIG. 3, the CO selective oxidation catalyst 10 of the third embodiment has a configuration in which platinum catalyst particles 50 in which platinum particles 30 are supported on the surface of an inorganic carrier 20 and cobalt aluminate particles 40 are mixed. . For convenience of explanation, the dimensional ratio of each component of the CO selective oxidation catalyst shown in FIG. 3 is exaggerated and may be different from the actual ratio. In many cases, a large number of micropores are formed on the surface of the inorganic carrier 20, but these micropores are omitted in FIG. Furthermore, when the form similar to the form described in the description column of the first form and the second form is adopted, the overlapping explanation is omitted.
本発明の第3形態における白金粒子30の好ましい形態も、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様である。 The preferable form of the platinum particles 30 in the third form of the present invention is also the same as the form described in the description of the first form.
図3に示すように、第3形態において、白金粒子30は、無機担体20の表面に担持されて、白金触媒粒子50を構成している。白金粒子30が担持される無機担体20の好ましい形態は、上記の第2形態の説明の欄において記載した形態と同様である。ただし、第3形態において、無機担体20の平均粒子径は、好ましくは1〜4μm、より好ましくは2〜3μmである。 As shown in FIG. 3, in the third embodiment, platinum particles 30 are supported on the surface of the inorganic carrier 20 to constitute platinum catalyst particles 50. A preferred form of the inorganic carrier 20 on which the platinum particles 30 are supported is the same as the form described in the description of the second form. However, in the third embodiment, the average particle size of the inorganic carrier 20 is preferably 1 to 4 μm, more preferably 2 to 3 μm.
なお、場合によっては、上記の第1形態の説明の欄において記載したような表層にコバルトアルミネート層を有する無機担体が、第3形態の無機担体20として用いられてもよい。かような形態は、換言すれば、本発明の第1形態のCO選択酸化触媒が、さらにコバルトアルミネート粒子と混合された形態であるといえる。 In some cases, an inorganic carrier having a cobalt aluminate layer on the surface as described in the description of the first embodiment may be used as the inorganic carrier 20 of the third embodiment. In other words, such a form can be said to be a form in which the CO selective oxidation catalyst of the first aspect of the present invention is further mixed with cobalt aluminate particles.
第3形態において、白金触媒粒子50と混合されるコバルトアルミネート粒子40の好ましい形態は、上記の第2形態の説明の欄において記載した形態と同様である。ここで、第3形態において、白金触媒粒子50とコバルトアルミネート粒子40との混合性を考慮すると、第2形態と比較してコバルトアルミネート粒子40の平均粒子径をより小さくするとよく、好ましくは0.1〜1.5μm、より好ましくは0.1〜1μm、さらに好ましくは0.5〜1μmである。ただし、かような粒子径を有する形態のみに本発明の技術的範囲が限定されるわけではない。 In the third form, the preferred form of the cobalt aluminate particles 40 mixed with the platinum catalyst particles 50 is the same as the form described in the description of the second form. Here, in the third embodiment, in consideration of the mixing properties of the platinum catalyst particles 50 and the cobalt aluminate particles 40, the average particle diameter of the cobalt aluminate particles 40 may be made smaller than that of the second embodiment, preferably It is 0.1-1.5 micrometers, More preferably, it is 0.1-1 micrometer, More preferably, it is 0.5-1 micrometer. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the form having such a particle size.
白金原子およびコバルト原子のそれぞれの含有量、およびこれらの含有量の比の好ましい形態は、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様である。 The preferable form of each content of platinum atom and cobalt atom and the ratio of these contents is the same as the form described in the column of the explanation of the first form.
第3形態においても、第1形態と同様に、白金原子およびコバルト原子以外の金属原子が含有されうる。白金およびコバルトに加えて含有される金属原子の種類や量についても、上記の第1形態の説明の欄において記載した形態と同様である。これらの金属原子は、白金との合金の形態で無機担体20に担持されてもよく、コバルトアルミネート粒子40に含まれてもよい。 In the third form, similarly to the first form, metal atoms other than platinum atoms and cobalt atoms may be contained. The types and amounts of metal atoms contained in addition to platinum and cobalt are the same as those described in the description of the first embodiment. These metal atoms may be supported on the inorganic carrier 20 in the form of an alloy with platinum or may be included in the cobalt aluminate particles 40.
[作用および効果]
図3に示す第3形態のCO選択酸化触媒において、白金粒子30は、上述したように、コバルト成分とは別に無機担体20の表面に担持されて、白金触媒粒子50を構成している。かような構成により、白金粒子30が他の成分によって被覆されてしまうことがない。このため、白金粒子30がCOを充分に吸着しうる。また、コバルト原子も、コバルトアルミネート粒子40の形態で、白金触媒粒子50とは別に存在している。このため、白金原子に吸着されたCOのCO2への酸化を充分に促進しうる。
[Action and effect]
In the third embodiment of the CO selective oxidation catalyst shown in FIG. 3, the platinum particles 30 are supported on the surface of the inorganic carrier 20 separately from the cobalt component to constitute the platinum catalyst particles 50 as described above. With such a configuration, the platinum particles 30 are not covered with other components. For this reason, the platinum particles 30 can sufficiently adsorb CO. Cobalt atoms are also present separately from the platinum catalyst particles 50 in the form of cobalt aluminate particles 40. For this reason, the oxidation of CO adsorbed by platinum atoms to CO 2 can be sufficiently promoted.
従って、第3形態のCO選択酸化触媒によっても、白金原子によるCOの吸着と、コバルト原子によるCO酸化の促進との双方の機構が効率よく進行しうる。その結果、触媒活性に優れるCO選択酸化触媒が提供されうる。 Therefore, both the mechanisms of CO adsorption by platinum atoms and promotion of CO oxidation by cobalt atoms can proceed efficiently even by the third embodiment of the CO selective oxidation catalyst. As a result, a CO selective oxidation catalyst having excellent catalytic activity can be provided.
[製造方法]
第3形態のCO選択酸化触媒は、例えば、無機担体の表面に白金粒子を担持させて白金触媒粒子を調製し、得られた白金触媒粒子とコバルトアルミネート粒子とを混合することにより、製造されうる。以下、かような製造方法につき、工程順に説明する。
[Production method]
The CO selective oxidation catalyst of the third form is produced by, for example, preparing platinum catalyst particles by supporting platinum particles on the surface of an inorganic carrier, and mixing the obtained platinum catalyst particles and cobalt aluminate particles. sell. Hereinafter, such a manufacturing method will be described in the order of steps.
[白金担持工程]
まず、無機担体の表面に白金粒子を担持させる。これにより、白金触媒粒子が調製される。
[Platinum loading process]
First, platinum particles are supported on the surface of an inorganic carrier. Thereby, platinum catalyst particles are prepared.
本工程の詳細については、無機担体として、上記の[構成]の欄において説明したものが用いられること以外は、本発明の第1形態のCO選択酸化触媒の製造方法の[白金担持工程]の欄で説明した形態と同様である。 The details of this step are those of [Platinum supporting step] of the method for producing a CO selective oxidation catalyst according to the first embodiment of the present invention, except that the inorganic carrier is the one described in the above [Configuration] column. This is the same as the form described in the column.
[混合工程]
続いて、上記で調製した白金触媒粒子と、コバルトアルミネート粒子とを混合する。これにより、本発明の第3形態のCO選択酸化触媒が完成する。
[Mixing process]
Subsequently, the platinum catalyst particles prepared above and cobalt aluminate particles are mixed. Thereby, the CO selective oxidation catalyst according to the third embodiment of the present invention is completed.
本工程においては、まず、上記で調製した白金触媒粒子と、コバルトアルミネート粒子とを準備する。 In this step, first, the platinum catalyst particles prepared above and cobalt aluminate particles are prepared.
本工程において準備されるコバルトアルミネート粒子の好ましい形態は、上記の本発明の第2形態の[製造方法]の[コバルトアルミネート粒子準備工程]において説明した形態と同様である。 The preferred form of the cobalt aluminate particles prepared in this step is the same as the form described in [Cobalt aluminate particle preparation step] in [Manufacturing method] of the second aspect of the present invention.
混合の具体的な手法は特に制限されず、粉末の混合について従来公知の知見が適宜参照されうる。この際、混合される白金触媒粒子およびコバルトアルミネート粒子の量は、得られる触媒中の白金原子およびコバルト原子の最終的な含有量を考慮することにより、適宜調節されうる。混合の手法の一例としては、上記第2形態の例と同様な手法が例示されるため、ここでは詳細な説明を省略する。 The specific method of mixing is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to regarding powder mixing. At this time, the amounts of the platinum catalyst particles and cobalt aluminate particles to be mixed can be appropriately adjusted by considering the final content of platinum atoms and cobalt atoms in the obtained catalyst. As an example of the mixing method, a method similar to the example of the second embodiment is illustrated, and thus detailed description thereof is omitted here.
(CO濃度低減装置)
本発明のCO選択酸化触媒は、例えば、CO濃度低減装置に配置される。本発明のCO選択酸化触媒が配置されたCO濃度低減装置は、例えば、固体高分子型燃料電池に供給される水素リッチガス中のCOを選択的に酸化除去するために用いられうる。よって、本願では、上記で説明した本発明のCO選択酸化触媒が配置されてなる、固体高分子型燃料電池用CO濃度低減装置が提供される。なお、本発明のCO選択酸化触媒がCO濃度低減装置に配置される際の形態は特に制限されず、従来公知の技術やその改良技術が適宜採用されうる。例えば、本発明のCO選択酸化触媒を含むスラリーを調製し、このスラリーを例えばハニカム担体に塗布して得られる形態が例示される。ハニカム担体の具体的な形態は特に制限されず、従来公知の形態が採用されうる。一例を挙げると、セラミックハニカム、メタルハニカム、セラミックフォーム、メタルフォームなどが採用されうる。また、例えばCO濃度低減装置が熱交換器と一体化しているような場合には、当該熱交換器のフィンに本発明のCO選択酸化触媒を塗布してもよい。
(CO concentration reduction device)
The CO selective oxidation catalyst of the present invention is disposed, for example, in a CO concentration reduction device. The CO concentration reduction apparatus in which the CO selective oxidation catalyst of the present invention is disposed can be used, for example, to selectively oxidize and remove CO in a hydrogen-rich gas supplied to a solid polymer fuel cell. Therefore, the present application provides a CO concentration reduction device for a polymer electrolyte fuel cell, in which the CO selective oxidation catalyst of the present invention described above is disposed. In addition, the form in particular at the time of arrange | positioning the CO selective oxidation catalyst of this invention in a CO concentration reduction apparatus is not restrict | limited, A conventionally well-known technique and its improvement technique can be employ | adopted suitably. For example, the form obtained by preparing a slurry containing the CO selective oxidation catalyst of the present invention and applying the slurry to, for example, a honeycomb carrier is exemplified. The specific form of the honeycomb carrier is not particularly limited, and a conventionally known form can be adopted. For example, a ceramic honeycomb, a metal honeycomb, a ceramic foam, a metal foam, or the like can be employed. For example, when the CO concentration reduction apparatus is integrated with the heat exchanger, the CO selective oxidation catalyst of the present invention may be applied to the fins of the heat exchanger.
以下、本発明のCO濃度低減装置について、図面を用いて詳細に説明する。図4は、本発明のCO選択酸化触媒が配置されたCO濃度低減装置が用いられている燃料電池システム100の概略図である。 Hereinafter, the CO concentration reducing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic diagram of a fuel cell system 100 in which a CO concentration reducing device in which the CO selective oxidation catalyst of the present invention is disposed is used.
まず、改質部110に炭化水素などの燃料を供給する。改質部110においては、通常は水蒸気を用いた水蒸気改質によって、燃料は水素リッチな改質ガスへと改質される。また、水蒸気に加えて、酸素を含むガスを同時に供給し、部分酸化反応を併発させたオートサーマル改質によっても、水素リッチな改質ガスが得られる。 First, a fuel such as a hydrocarbon is supplied to the reforming unit 110. In the reforming unit 110, the fuel is reformed into a hydrogen-rich reformed gas, usually by steam reforming using steam. A hydrogen-rich reformed gas can also be obtained by autothermal reforming in which a gas containing oxygen is simultaneously supplied in addition to water vapor and a partial oxidation reaction is simultaneously performed.
次いで、改質部110において得られた改質ガスをシフト反応部120に送り、改質ガス中のCO濃度を1体積%程度にまで低減させる。CO濃度が1体積%程度にまで低減された改質ガスは、続いて本発明のCO選択酸化触媒10が配置された、本発明の固体高分子型燃料電池用CO濃度低減装置130に送られ、CO濃度がppmオーダーにまで低減される。 Next, the reformed gas obtained in the reforming unit 110 is sent to the shift reaction unit 120 to reduce the CO concentration in the reformed gas to about 1% by volume. The reformed gas whose CO concentration has been reduced to about 1% by volume is then sent to the CO concentration reducing device 130 for a polymer electrolyte fuel cell of the present invention, in which the CO selective oxidation catalyst 10 of the present invention is disposed. , CO concentration is reduced to the order of ppm.
CO濃度低減装置130においてCO濃度がppmオーダーにまで低減された改質ガスと、酸化剤(通常は空気)とを用いて、固体高分子型燃料電池140において発電反応が進行する。固体高分子型燃料電池140からは使用済み燃料および酸化剤が排出される。燃焼部150を設けてこの使用済み燃料および酸化剤を燃焼させ、蒸発部160においてその燃焼熱を利用して水を蒸発させ、改質器110において用いられる水蒸気を発生させることによって、系全体のエネルギー効率を向上させうる。燃焼部150および蒸発部160には、必要に応じて炭化水素などを供給してもよい。 The power generation reaction proceeds in the polymer electrolyte fuel cell 140 using the reformed gas whose CO concentration is reduced to the order of ppm in the CO concentration reducing device 130 and the oxidizing agent (usually air). From the polymer electrolyte fuel cell 140, spent fuel and oxidant are discharged. The combustion unit 150 is provided to burn the spent fuel and the oxidant, and the evaporation unit 160 uses the combustion heat to evaporate water, thereby generating water vapor used in the reformer 110, thereby generating the entire system. Energy efficiency can be improved. You may supply a hydrocarbon etc. to the combustion part 150 and the evaporation part 160 as needed.
上述したように、本発明のCO選択酸化触媒は、低温領域においても優れたCO除去性能を示す。このような触媒を用いて改質ガス中の微量のCOを酸化除去することによって、燃料電池に供給される燃料ガス中のCO濃度が効率的に低減されうる。その結果、燃料電池に用いられる白金電極の寿命を延ばすことが可能となり、燃料電池自動車の実用化に大きく寄与しうる。 As described above, the CO selective oxidation catalyst of the present invention exhibits excellent CO removal performance even in a low temperature region. By oxidizing and removing a small amount of CO in the reformed gas using such a catalyst, the CO concentration in the fuel gas supplied to the fuel cell can be efficiently reduced. As a result, the lifetime of the platinum electrode used in the fuel cell can be extended, which can greatly contribute to the practical application of the fuel cell vehicle.
以上、本発明のCO選択酸化触媒の好ましい用途として、固体高分子型燃料電池用CO濃度低減装置に配置されて燃料電池システムに用いられる場合を例に挙げて説明したが、本発明のCO選択酸化触媒の用途はこれに制限されず、微量のCOを酸化除去するためのあらゆる用途に適用されうる。本発明のCO選択酸化触媒についての上記以外の用途としては、例えば、トンネルのような密閉空間内におけるCO除去、エンジンや燃焼器からの排気中のCO除去等が挙げられる。 As described above, the preferred use of the CO selective oxidation catalyst of the present invention has been described by taking as an example the case where the CO selective oxidation catalyst of the present invention is used in a fuel cell system arranged in a CO concentration reducing device for a polymer electrolyte fuel cell. The use of the oxidation catalyst is not limited to this, and can be applied to any use for oxidizing and removing trace amounts of CO. Applications other than those described above for the CO selective oxidation catalyst of the present invention include, for example, CO removal in a sealed space such as a tunnel, CO removal in exhaust from an engine or a combustor, and the like.
以下、実施例を用いて本発明の実施の形態をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の実施例によって何ら制限されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited by the following examples.
(実施例1:第1形態)
以下の手法により、図1に示す形態(第1形態)のCO選択酸化触媒を調製した。
(Example 1: 1st form)
A CO selective oxidation catalyst having the form shown in FIG. 1 (first form) was prepared by the following method.
[無機担体準備工程]
アルミナ原料として、ベーマイトアルミナの未焼成粉末を準備した。また、コバルト原料である硝酸コバルトの所定量を溶媒である蒸留水に添加し、撹拌して、コバルト溶液を調製した。次いで、準備したベーマイトアルミナの粉末を、前記コバルト溶液に含浸させて、ベーマイトアルミナにコバルト原子を担持させた。さらに、コバルト原子を担持させたベーマイトアルミナを120℃にて24時間以上乾燥させた後、電気炉中で800℃にて5時間焼成し、無機担体(表面にコバルトアルミネートが生成したアルミナ)を調製した。なお、得られた無機担体の平均粒子径は約5μmであった。また、コバルトアルミネートの生成は、得られた無機担体の表面がライトブルーの色調を呈していることにより確認した。
[Inorganic carrier preparation step]
An unfired powder of boehmite alumina was prepared as an alumina raw material. Further, a predetermined amount of cobalt nitrate as a cobalt raw material was added to distilled water as a solvent and stirred to prepare a cobalt solution. Next, the prepared boehmite alumina powder was impregnated in the cobalt solution, and cobalt atoms were supported on the boehmite alumina. Further, after boehmite alumina supporting cobalt atoms was dried at 120 ° C. for 24 hours or more, it was baked at 800 ° C. for 5 hours in an electric furnace to form an inorganic carrier (alumina with cobalt aluminate formed on the surface). Prepared. The average particle size of the obtained inorganic carrier was about 5 μm. Moreover, the production | generation of cobalt aluminate was confirmed by the surface of the obtained inorganic support | carrier exhibiting the light blue color tone.
[白金担持工程]
白金原料として、ジニトロジアンミン白金を準備し、その所定量を溶媒である蒸留水に添加し、撹拌して、白金溶液を調製した。次いで、上記で調製した無機担体の粉末を、前記白金溶液に含浸させて、無機担体に白金原子を担持させた。さらに、白金原子を担持させた無機担体を120℃にて24時間以上乾燥させた後、電気炉中で460℃にて2時間焼成し、無機担体の表面に白金粒子を成長させて、本発明の第1形態のCO選択酸化触媒を得た。なお、白金原料およびコバルト原料の量を調節することにより、得られる触媒の全量に対する白金原子およびコバルト原子の含有量を制御した。また、得られた触媒についてBET法により比表面積の測定を行った。
[Platinum loading process]
Dinitrodiammine platinum was prepared as a platinum raw material, and a predetermined amount thereof was added to distilled water as a solvent and stirred to prepare a platinum solution. Next, the inorganic carrier powder prepared above was impregnated in the platinum solution, and platinum atoms were supported on the inorganic carrier. Further, after drying an inorganic carrier carrying platinum atoms at 120 ° C. for 24 hours or more, it is fired in an electric furnace at 460 ° C. for 2 hours to grow platinum particles on the surface of the inorganic carrier, and the present invention Thus, a CO selective oxidation catalyst of the first form was obtained. In addition, content of the platinum atom and cobalt atom with respect to the whole quantity of the catalyst obtained was controlled by adjusting the quantity of a platinum raw material and a cobalt raw material. The specific surface area of the obtained catalyst was measured by the BET method.
上記の白金原子およびコバルト原子の含有量の値とともに、上記で測定した触媒の比表面積の値を、下記の表1に示す。また、これらの値から算出される、白金原子とコバルト原子との合計量に対する、コバルト原子の質量比(Co/Pt+Co)の値、および、白金原子の含有量に対する、コバルト原子の含有量のモル比(Co/Pt)の値についても、同様に下記の表1に示す。 The values of the specific surface area of the catalyst measured above are shown in Table 1 below together with the content values of the platinum atoms and cobalt atoms. Further, the value of the mass ratio of cobalt atoms (Co / Pt + Co) to the total amount of platinum atoms and cobalt atoms, calculated from these values, and the mole of cobalt atom content to the platinum atom content The value of the ratio (Co / Pt) is similarly shown in Table 1 below.
(実施例2:第2形態)
以下の手法により、図2に示す形態(第2形態)のCO選択酸化触媒を調製した。
(Example 2: Second embodiment)
A CO selective oxidation catalyst having the form shown in FIG. 2 (second form) was prepared by the following method.
[コバルトアルミネート粒子準備工程]
共沈法により、コバルトアルミネート粒子を調製した。まず、コバルトアルミネートの原料として、コバルト原料である硝酸コバルトおよびアルミニウム原料である硝酸アルミニウムを準備した。これらの所定量を溶媒である蒸留水に同時に添加し、撹拌して、コバルト−アルミニウム溶液を調製した。次いで、このコバルト−アルミニウム溶液に2.5%アンモニア水溶液を徐々に滴下し、沈殿物を生成させた。得られた沈殿物を濾過し、蒸留水で洗浄した。この沈殿物を120℃にて24時間以上乾燥させた後、電気炉中で780℃にて5時間焼成し、ライトブルーの色調を呈するコバルトアルミネートを調製した。なお、得られたコバルトアルミネートの平均粒子径は2.3μmであった。
[Cobalt aluminate particle preparation process]
Cobalt aluminate particles were prepared by a coprecipitation method. First, as raw materials for cobalt aluminate, cobalt nitrate as a cobalt raw material and aluminum nitrate as an aluminum raw material were prepared. These predetermined amounts were simultaneously added to distilled water as a solvent and stirred to prepare a cobalt-aluminum solution. Next, a 2.5% aqueous ammonia solution was gradually added dropwise to the cobalt-aluminum solution to form a precipitate. The resulting precipitate was filtered and washed with distilled water. The precipitate was dried at 120 ° C. for 24 hours or more and then baked in an electric furnace at 780 ° C. for 5 hours to prepare cobalt aluminate exhibiting a light blue color tone. In addition, the average particle diameter of the obtained cobalt aluminate was 2.3 μm.
[白金担持工程]
実施例1と同様に白金溶液を調製した。次いで、上記で調製したコバルトアルミネートの粉末を、前記白金溶液に含浸させて、コバルトアルミネートに白金原子を担持させた。さらに、白金原子を担持させたコバルトアルミネートを120℃にて8時間乾燥させた後、電気炉中で460℃にて2時間焼成し、コバルトアルミネート粒子の表面に白金粒子を成長させて、白金担持コバルトアルミネートを得た。
[Platinum loading process]
A platinum solution was prepared in the same manner as in Example 1. Next, the cobalt aluminate powder prepared above was impregnated in the platinum solution, and platinum atoms were supported on the cobalt aluminate. Furthermore, after the cobalt aluminate supporting platinum atoms was dried at 120 ° C. for 8 hours, the cobalt aluminate was baked in an electric furnace at 460 ° C. for 2 hours to grow platinum particles on the surface of the cobalt aluminate particles, A platinum-supported cobalt aluminate was obtained.
[白金担持コバルトアルミネート粒子分散工程]
無機担体原料として、実施例1と同様のベーマイトアルミナの未焼成粉末を準備した。この無機担体原料を、コバルト原子を担持させないこと以外は実施例1と同様の手法により焼成し、無機担体(アルミナ)を調製した。なお、得られた無機担体の平均粒子径は4.4μmであった。
[Platinum-supported cobalt aluminate particle dispersion process]
As an inorganic carrier material, an unfired boehmite alumina powder similar to that in Example 1 was prepared. This inorganic carrier raw material was fired by the same method as in Example 1 except that no cobalt atom was supported, to prepare an inorganic carrier (alumina). The average particle size of the obtained inorganic carrier was 4.4 μm.
上記で調製した白金担持コバルトアルミネートを、同じく上記で調製した無機担体の表面に分散させて、CO選択酸化触媒を調製した。具体的には、直径5mmのアルミナ製ボールミルを用いた湿式粉砕混合により分散させて、本発明の第2形態のCO選択酸化触媒を得た。なお、白金原料およびコバルト原料の量を調節することにより、得られる触媒の全量に対する白金およびコバルトの含有量を制御した。また、得られた触媒についてBET法により比表面積の測定を行った。これらの値とともに、実施例1と同様に算出されるパラメータを、下記の表1に示す。 The platinum-supported cobalt aluminate prepared above was dispersed on the surface of the inorganic support prepared as above to prepare a CO selective oxidation catalyst. Specifically, it was dispersed by wet pulverization mixing using an alumina ball mill having a diameter of 5 mm to obtain a CO selective oxidation catalyst according to the second embodiment of the present invention. In addition, the platinum and cobalt content with respect to the total amount of the obtained catalyst was controlled by adjusting the amount of the platinum raw material and the cobalt raw material. The specific surface area of the obtained catalyst was measured by the BET method. Along with these values, parameters calculated in the same manner as in Example 1 are shown in Table 1 below.
(実施例3〜7:第1形態)
無機担体を調製する際の焼成温度、並びに白金原子およびコバルト原子の含有量を、下記の表1に示す値としたこと以外は、実施例1と同様の手法を用いて、本発明の第1形態のCO選択酸化触媒を調製した。また、実施例1と同様に、BET法による比表面積の測定を行った。なお、これらの値とともに、実施例1と同様に算出されるパラメータを、下記の表1に示す。
(Examples 3-7: 1st form)
The first method of the present invention was performed using the same method as in Example 1 except that the firing temperature at the time of preparing the inorganic support and the contents of platinum atoms and cobalt atoms were set to the values shown in Table 1 below. A form of CO selective oxidation catalyst was prepared. Further, as in Example 1, the specific surface area was measured by the BET method. In addition to these values, parameters calculated in the same manner as in Example 1 are shown in Table 1 below.
(比較例1)
無機担体として、実施例2で調製した無機担体(アルミナ)を用いたこと以外は、実施例1と同様の手法を用いて、CO選択酸化触媒を調製した。また、実施例1と同様に、BET法による比表面積の測定を行った。算出可能なパラメータについて、下記の表1に示す。
(Comparative Example 1)
A CO selective oxidation catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the inorganic carrier (alumina) prepared in Example 2 was used as the inorganic carrier. Further, as in Example 1, the specific surface area was measured by the BET method. The parameters that can be calculated are shown in Table 1 below.
(比較例2)
コバルト原子および白金原子を逐次含浸法によって無機担体に担持させることにより、CO選択酸化触媒を調製した。
(Comparative Example 2)
A CO selective oxidation catalyst was prepared by supporting cobalt atoms and platinum atoms on an inorganic support by a sequential impregnation method.
具体的には、まず、アルミナ原料であるベーマイトアルミナを、実施例1と同様のコバルト溶液に含浸させ、120℃にて24時間以上乾燥させて、ベーマイトアルミナにコバルト原子を担持させた。次いで、得られたコバルト担持ベーマイトアルミナを、実施例1と同様の白金溶液に含浸させ、120℃にて24時間以上乾燥させて、コバルト担持ベーマイトアルミナに白金原子をさらに担持させた。その後、電気炉中で500℃にて2時間焼成し、CO選択酸化触媒を得た。なお、得られた触媒はライトブルーの色調を呈さなかったことから、本比較例においてはコバルトアルミネートが生成していないことを確認した。また、白金原料およびコバルト原料の量を調節することにより、得られる触媒の全量に対する白金およびコバルトの含有量を制御した。さらに、得られた触媒についてBET法により比表面積の測定を行った。これらの値とともに、実施例1と同様に算出されるパラメータを、下記の表1に示す。 Specifically, first, boehmite alumina, which is an alumina raw material, was impregnated in the same cobalt solution as in Example 1, and dried at 120 ° C. for 24 hours or more to support cobalt atoms on boehmite alumina. Next, the obtained cobalt-supported boehmite alumina was impregnated with the same platinum solution as in Example 1 and dried at 120 ° C. for 24 hours or more to further support platinum atoms on the cobalt-supported boehmite alumina. Then, it baked at 500 degreeC for 2 hours in the electric furnace, and obtained the CO selective oxidation catalyst. In addition, since the obtained catalyst did not exhibit light blue color tone, it was confirmed that no cobalt aluminate was produced in this comparative example. Moreover, the platinum and cobalt content with respect to the total amount of the obtained catalyst was controlled by adjusting the amount of the platinum raw material and the cobalt raw material. Furthermore, the specific surface area of the obtained catalyst was measured by the BET method. Along with these values, parameters calculated in the same manner as in Example 1 are shown in Table 1 below.
(試験例)
前記実施例1において調製したCO選択酸化触媒の粉末を、30〜45ASTMメッシュを用いて篩分けし、その0.04gを秤量した。一方、ケイ砂を18〜35ASTMメッシュを用いて篩分けし、その0.21gを秤量した。
(Test example)
The powder of the CO selective oxidation catalyst prepared in Example 1 was sieved using a 30 to 45 ASTM mesh, and 0.04 g thereof was weighed. On the other hand, silica sand was sieved using 18-35 ASTM mesh, and 0.21 g thereof was weighed.
上記で篩分けおよび秤量した触媒粉末およびケイ砂を混合し、石英反応管(内径:4mm)に充填して、触媒サンプルとした。 The catalyst powder and silica sand sieved and weighed above were mixed and filled in a quartz reaction tube (inner diameter: 4 mm) to obtain a catalyst sample.
上記で得られた触媒サンプルに対し、モデルガス(H2:32体積%、CO2:15体積%、H2O:33体積%、CO:0.9体積%、O2:1.0体積%、He:残り)をガス空間速度(ガスの総流量(cm3/h)/触媒サンプル体積(cm3))が100000h−1となるように供給し、CO除去試験を行った。反応温度は170℃に維持し、触媒サンプルの出口ガス中のCO濃度を測定した。それをもとに、下記数式1により、CO転化率を算出した。 To catalyst sample obtained above, the model gas (H 2: 32 vol%, CO 2: 15 vol%, H 2 O: 33 vol%, CO: 0.9 vol%, O 2: 1.0 vol %, He: remaining) was supplied so that the gas space velocity (total gas flow rate (cm 3 / h) / catalyst sample volume (cm 3 )) was 100,000 h −1, and a CO removal test was performed. The reaction temperature was maintained at 170 ° C., and the CO concentration in the outlet gas of the catalyst sample was measured. Based on this, the CO conversion was calculated by the following formula 1.
すなわち、CO転化率が高いほど、CO除去性能に優れる触媒であるといえる。 That is, it can be said that the higher the CO conversion rate, the better the CO removal performance.
なお、本実施例においては、触媒粉末による反応管中での目詰まりを防止する目的で、触媒粉末をケイ砂で希釈している。 In this embodiment, the catalyst powder is diluted with silica sand for the purpose of preventing clogging of the catalyst powder in the reaction tube.
上記の実施例2〜7、並びに比較例1および2において調製したCO選択酸化触媒についても、上記と同様に触媒サンプルを調製し、CO除去試験を行って、CO転化率を算出した。各実施例および各比較例について算出されたCO転化率の値を、下記の表2に示す。 For the CO selective oxidation catalysts prepared in Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, a catalyst sample was prepared in the same manner as described above, a CO removal test was performed, and the CO conversion rate was calculated. The values of CO conversion calculated for each example and each comparative example are shown in Table 2 below.
表2の結果から、白金原子に加えて、コバルト原子をコバルトアルミネートの形態で添加することで、CO転化率が向上しうることが示される。また、図1に示す第1形態、および図2に示す第2形態のいずれの形態のCO選択酸化触媒によっても、優れたCO転化率が発現しうることがわかる。 From the results in Table 2, it is shown that the CO conversion can be improved by adding cobalt atoms in the form of cobalt aluminate in addition to platinum atoms. It can also be seen that an excellent CO conversion rate can be exhibited by the CO selective oxidation catalyst of any of the first form shown in FIG. 1 and the second form shown in FIG.
10 CO選択酸化触媒、
20 無機担体、
22 アルミナ、
24 コバルトアルミネート層、
30 白金粒子、
40 コバルトアルミネート粒子、
50 白金触媒粒子、
100 燃料電池システム、
110 改質部、
120 シフト反応部、
130 固体高分子型燃料電池用CO濃度低減装置、
140 固体高分子型燃料電池、
150 燃焼部、
160 蒸発部。
10 CO selective oxidation catalyst,
20 inorganic carrier,
22 Alumina,
24 cobalt aluminate layer,
30 platinum particles,
40 cobalt aluminate particles,
50 platinum catalyst particles,
100 fuel cell system,
110 reforming section,
120 shift reaction part,
130 CO concentration reduction device for polymer electrolyte fuel cell,
140 polymer electrolyte fuel cell,
150 combustion section,
160 Evaporation part.
Claims (9)
コバルト原子をコバルトアルミネートの形態で含有することを特徴とする、一酸化炭素選択酸化触媒。 A carbon monoxide selective oxidation catalyst containing a platinum atom,
A carbon monoxide selective oxidation catalyst comprising cobalt atoms in the form of cobalt aluminate.
前記無機担体に白金粒子を担持させる工程と、
を有する、一酸化炭素選択酸化触媒の製造方法。 Preparing an inorganic carrier containing cobalt aluminate;
A step of supporting platinum particles on the inorganic carrier;
The manufacturing method of the carbon monoxide selective oxidation catalyst which has these.
アルミナ原料にコバルト原子を担持させる工程と、
前記コバルト原子が担持された前記アルミナ原料を焼成することにより、表面にコバルトアルミネートが生成したアルミナを得る工程と、
を有する、請求項8に記載の製造方法。 Preparing an inorganic support containing the cobalt aluminate,
A step of supporting cobalt atoms on the alumina raw material;
Firing the alumina material carrying the cobalt atoms to obtain alumina with cobalt aluminate formed on the surface;
The manufacturing method of Claim 8 which has these.
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