(57)【要約】【課題】水素と酸素の直接混合を避けながら、水素と酸素から直接に高純度の過酸化水素を効率良く製造することが可能な過酸化水素の製造方法を提供すること。【解決手段】水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器を用いる過酸化水素の製造方法であって、水素透過性金属膜の一方の面は、分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面であり、水素透過性金属膜の他方の面は、周期表第１１族元素から選択される金属を有するマトリクスと、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属とを含む第二の面であり、反応室の第一の面側に分子状水素を含むガスを導入し、反応室の第二の面側に分子状酸素を含むガスを導入し、第一の面で解離された水素原子を第二の面側に透過させ、第二の面にて分子状酸素と反応させて、過酸化水素を製造することを特徴とする、過酸化水素の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器を用いる過酸化水素の製造方法であって、
前記水素透過性金属膜の一方の面は、分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面であり、
前記水素透過性金属膜の他方の面は、周期表第１１族元素から選択される金属を有するマトリクスと、前記マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属とを含む第二の面であり、
前記反応室の前記第一の面側に分子状水素を含むガスを導入し、
前記反応室の前記第二の面側に分子状酸素を含むガスを導入し、
前記第一の面で解離された水素原子を前記第二の面側に透過させ、前記第二の面にて分子状酸素と反応させて、過酸化水素を製造することを特徴とする、過酸化水素の製造方法。
【請求項２】
一方の面が分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面であり、他方の面が周期表第１１族元素から選択される金属を含有するマトリクスと、前記マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属とを含む第二の面である水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器と、
前記反応室の第一の面側に分子状水素を含むガスを導入する水素供給装置と、
前記反応室の第二の面側に分子状酸素を含むガスを導入する酸素供給装置と、
を備える、過酸化水素の製造装置。
【請求項３】
分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面と、
周期表第１１族元素から選択される金属を含有するマトリクス、及び、前記マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属を含む第二の面と、
を有し、
前記第一の面で解離された水素原子を前記第二の面側に透過する、水素透過性金属膜。
【請求項４】
請求項３に記載の水素透過性金属膜の製造方法であって、
周期表第１１族元素から選択される金属及び周期表第８〜１０族元素から選択される金属の同時スパッタリングにより、前記第二の面を形成する工程を備える、水素透過性金属膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過酸化水素の製造方法、過酸化水素の製造装置、水素透過性金属膜及び水素透過性金属膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過酸化水素は、漂白剤又は消毒剤として広く用いられているばかりでなく、有機化合物の選択的な酸化剤としても、その応用範囲を拡げている極めて重要な化学品である。過酸化水素の主な工業的製造方法としては、アントラキノン法及び電解法が知られている。
【０００３】
アントラキノン法は、アルキルアントラキノンをベンゼンのような水不溶性溶媒に溶かした状態で水素化してアルキルハイドロアントラキノンとし、次にこれを空気によって酸化することでアルキルアントラキノンと過酸化水素の混合物を得た後、この混合物から過酸化水素を水で抽出することで過酸化水素水溶液を得ると同時にアルキルアントラキノンを回収する方法である。しかし、本方法には、アルキルアントラキノンの劣化、製品への溶媒の混入などの技術的な課題の他、工程が複雑なため大規模な装置でなければ経済性の確保が困難であることなど多くの問題がある。
【０００４】
一方、電解法は、例えば、硫酸水溶液にアンモニアを加えて調製した酸性硫酸アンモニウム水溶液を電解酸化することで過硫酸アンモニウム水溶液を得て、続いてこれを真空蒸留することで加水分解させながら過酸化水素を得る方法である。この方法も、工程が多段になるので設備コストが大きくなる、さらに硫酸アンモニウム水溶液の回収・再生工程で膨大なエネルギーが必要となるなどの欠点を有する。
【０００５】
以上のような工業的製造法の問題点を解決するために、酸素ガスと水素ガスから直接過酸化水素を得るという提案がなされている。例えば特許文献１には、触媒としてＰｄ、ＡｕあるいはＰｄ−Ａｕ合金などを使用した方法が開示されている。しかし、この方法は水素と酸素の混合ガスという極めて危険なガスを扱わなければならないので、実用化は困難である。
【０００６】
そこで、水素と酸素の直接混合を避け得る方法として、少なくとも２種類の方法が提案されている。その一つの方法は、酸素還元用電極を用いた方法である（特許文献２、特許文献３）。この方法では、イオウで修飾した酸素還元用電極を陰極とし、イオン交換膜を隔壁として、陰極側に酸素含有ガスを供給し、酸素を電気化学的に還元することによって過酸化水素を製造することができる。
【０００７】
もう一つの方法は、水素透過膜を用いる方法である（特許文献４、特許文献５）。この方法では、水素透過膜の片方に水素、もう一方に酸素を供給すれば良く、水素ガスと酸素ガスを直接混合しないので安全性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１２８７２号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４４６６号公報
【特許文献３】特開２０００−２５６８８７号公報
【特許文献４】特開２００２−２０１００９号公報
【特許文献５】特開２００４−２６５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２又は特許文献３に記載の方法は、電気化学セルの構成が複雑であるので高コストの原因となること、さらに発生する過酸化水素が極めて強力な酸化剤であるため電極触媒や電解質膜など電極関連部材が劣化することなどの問題が存在していた。
【００１０】
また、特許文献４又は特許文献５に記載の方法は、従来Ｐｄ又はＰｄ合金を膜素材及び過酸化水素生成のための触媒として用いるのが一般的であったが、これらの素材は発生した過酸化水素の分解触媒としても機能してしまうため、過酸化水素の収量が不十分となる場合があった。
【００１１】
本発明は、これらの従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、水素と酸素の直接混合を避けながら、水素と酸素から直接に高純度の過酸化水素を効率良く製造することが可能な過酸化水素の製造方法を提供することである。また、本発明の他の課題は、上記製造方法を実施するための過酸化水素の製造装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、上記製造方法に用いる水素透過性金属膜及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面は、水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器を用いる過酸化水素の製造方法に関する。この製造方法において、水素透過性金属膜の一方の面は、分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面であり、水素透過性金属膜の他方の面は、周期表第１１族元素から選択される金属を含有するマトリクスと、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属とを含む第二の面である。この製造方法では、反応室の第一の面側に分子状水素を含むガスを導入し、反応室の第二の面側に分子状酸素を含むガスを導入し、第一の面で解離された水素原子を第二の面側に透過させ、第二の面にて分子状酸素と反応させて、過酸化水素を製造する。
【００１３】
本発明者らの知見によれば、従来のＰｄ膜では、Ｐｄ原子上に配位した過酸化水素が近傍にある他のＰｄ原子にも配位することで、２つのＰｄ原子が関与した分解反応が生じており、この分解反応が過酸化水素の収量低下の一因となっていると考えられる。
【００１４】
これに対して、上記製造方法では、過酸化水素が生じる側の水素透過性金属膜の面（すなわち、第二の面）が、周期表第１１族元素から選択される金属を含有するマトリクスと、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属とを含んでいる。本発明者らの知見によれば、周期表第１１族元素から選択される金属（以下、第一の金属種ともいう。）は、解離した水素原子の透過性に優れ、過酸化水素を生成する反応の反応活性を有しており、かつ、過酸化水素の分解反応に対する反応活性が極めて低い。一方、周期表第８〜１０族元素から選択される金属（以下、第二の金属種ともいう。）は、過酸化水素を生成する反応の反応活性に優れるが、第二の金属種だけで金属膜を構成した場合は過酸化水素の分解反応に対する反応活性が高くなってしまう。上記製造方法では、水素透過性金属膜の第二の面において第二の金属種を第一の金属種を含有するマトリクス中に分散させることで、過酸化水素を生成する反応に対する優れた反応活性と、過酸化水素の分解反応の抑制と、を両立している。
【００１５】
本発明の他の一側面は、水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器と、水素供給装置と、酸素供給装置と、を備える、過酸化水素の製造装置に関する。この製造装置において、水素透過性金属膜の一方の面は、分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面であり、他方の面は、周期表第１１族元素から選択される金属を含有するマトリクスと、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属とを含む第二の面である。また、水素供給装置は、反応室の第一の面側に分子状水素を含むガスを導入し、酸素供給装置は、反応室の第二の面側に分子状酸素を含むガスを導入する。
【００１６】
このような製造装置では、反応室を仕切る水素透過性金属膜の第二の面において、第二の金属種を第一の金属種を含有するマトリクス中に分散させている。これにより、上記製造装置では、過酸化水素を生成する反応に対する優れた反応活性と、過酸化水素の分解反応の抑制とを両立した過酸化水素の製造方法を実施できる。
【００１７】
本発明の更に他の一側面は、分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面と、周期表第１１族元素から選択される金属を含有するマトリクス、及び、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属を含む第二の面と、を有し、第一の面で解離された水素原子を第二の面側に透過する、水素透過性金属膜に関する。
【００１８】
このような水素透過性金属膜は、第二の面において第二の金属種が第一の金属種を含有するマトリクス中に分散されている。このため、上記水素透過性金属膜は、第二の面において、過酸化水素を生成する反応に対する優れた反応活性を有し、かつ、第二の面における過酸化水素の分解反応を十分に抑制できる。
【００１９】
本発明の更に他の一側面は、上記水素透過性金属膜の製造方法に関する。この製造方法は、周期表第１１族元素から選択される金属及び周期表第８〜１０族元素から選択される金属の同時スパッタリングにより、第二の面を形成する工程を備える。
【００２０】
このような製造方法では、第一の金属種を含有するマトリクス中に第二の金属種を原子単位で分散させることができる。このため、上記製造方法で製造される水素透過性金属膜は、過酸化水素を生成する反応に対する一層優れた反応活性を有し、また、第二の面における過酸化水素の分解反応がより顕著に抑制される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、水素と酸素の直接混合を避けながら、水素と酸素から直接に高純度の過酸化水素を効率良く製造することが可能な過酸化水素の製造方法が提供される。また、本発明によれば、上記製造方法を実施するための過酸化水素の製造装置が提供される。更に本発明によれば、上記製造方法に用いる水素透過性金属膜及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】過酸化水素の製造装置の一形態を説明するフロー図である。
【図２】過酸化水素の製造装置の他の一形態を説明するフロー図である。
【図３】過酸化水素の製造装置の更に他の一形態を説明するフロー図である。
【図４】過酸化水素の製造装置の反応室の一形態を示す模式断面図である。
【図５】水素透過性金属膜の一形態を示す模式断面図である。
【図６】水素透過性金属膜の他の一形態を示す模式断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、過酸化水素の製造装置の反応器の一形態を示す模式断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、過酸化水素の製造装置の反応器の他の一形態を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は理解を容易にするため一部を誇張して描いており、寸法比率等は図面に記載のものに限定されるものではない。
【００２４】
本実施形態に係る過酸化水素の製造方法は、水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器を用いて実施される。水素透過性金属膜の一方の面は、分子状水素を水素原子に解離する金属を含む第一の面であり、水素透過性金属膜の他方の面は、周期表第１１族元素から選択される金属（以下、第一の金属種ともいう。）を含有するマトリクスと、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属（以下、第二の金属種ともいう。）とを含む第二の面である。
【００２５】
本実施形態に係る製造方法では、反応室の上記第一の面側に分子状水素を含むガスを導入し、反応室の上記第二の面側に分子状酸素を含むガスを導入し、第一の面で解離された水素原子（以下、解離水素ともいう。）を第二の面側に透過させ、第二の面にて解離水素と分子状酸素とを反応させて、過酸化水素を製造する。
【００２６】
従来のＰｄ膜では、Ｐｄ原子上に配位した過酸化水素が近傍にある他のＰｄ原子にも配位することで、２つのＰｄ原子が関与した分解反応が生じており、この分解反応が過酸化水素の収量低下の一因となっていると考えられる。上記製造方法では、水素透過性金属膜の第二の面において第二の金属種を第一の金属種を含有するマトリクス中に分散されていることで、このような分解反応が抑制され、高純度の過酸化水素を効率良く得ることができる。
【００２７】
なお、本発明者らの知見によれば、周期表第１１族元素から選択される金属（第一の金属種）は、解離した水素原子の透過性に優れ、過酸化水素を生成する反応の反応活性を有しており、かつ、過酸化水素の分解反応に対する反応活性が極めて低い。一方、周期表第８〜１０族元素から選択される金属（第二の金属種）は、過酸化水素を生成する反応の反応活性に優れるが、第二の金属種だけで金属膜を構成した場合は過酸化水素の分解反応に対する反応活性が高くなってしまう。上記製造方法では、水素透過性金属膜の第二の面において第二の金属種を第一の金属種を含有するマトリクス中に分散させることで、過酸化水素を生成する反応に対する優れた反応活性と、過酸化水素の分解反応の抑制と、を両立している。
【００２８】
（水素透過性金属膜）
本実施形態に係る水素透過性金属膜は、第一の面側で生じた解離水素（すなわち、水素原子）を第二の面側に透過させることができる。本実施形態に係る水素透過性金属膜は、解離水素を透過させる膜としてだけでなく、過酸化水素の製造用触媒としても機能する。
【００２９】
水素透過性金属膜の第一の面は、分子状水素を水素原子に解離する金属、すなわち水素解離能を有する金属を含む。このような金属としては、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｐｔ、Ｗ等が挙げられる。第一の面は、これらのうち１種の金属を含むものであってよく、２種以上を含むものであってもよい。
【００３０】
第一の面の構成材料は、金属単体であってよく、合金であってもよい。合金は均一組成の合金に限定されず、例えばＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金のように、相分離した２種以上の合金の混合物であってもよい。
【００３１】
第一の面は、例えば、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｐｔ及びＷからなる群より選択される１種の金属、又は、上記群より選択される２種以上の金属の合金で構成された面であってよい。また、第一の面の構成材料は、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ合金、Ｐｄ−Ｃｕ合金、Ｎｉ又はＶであることが好ましく、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ合金又はＰｄ−Ｃｕ合金であることがより好ましい。
【００３２】
第一の面は、Ｐｄを含有することが好ましい。Ｐｄは水素解離能及び解離水素の透過能の双方に優れるため、第一の面がＰｄを含有すると解離水素の第二の面への供給がより速やかに進行する。第一の面を構成する構成材料におけるＰｄの含有割合は、構成材料中の金属原子の総数を基準として、１０モル％以上であることが好ましく、３０モル％以上であることがより好ましく、５０モル％以上であることが更に好ましく、６０モル％以上であってもよい。第一の面を構成する構成材料が合金であるとき、Ｐｄの含有割合は、例えば９０モル％以下であってよく、８０モル％以下であってもよい。
【００３３】
水素透過性金属膜の第二の面は、周期表第１１族元素から選択される金属（第一の金属種）を含有するマトリクスと、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属（第二の金属種）とを含む。すなわち、第二の面では、第二の金属種のモル数が第一の金属種のモル数より少なく、第二の面中に第二の金属種が分散して配置されている。
【００３４】
第一の金属種は、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる群より選択される少なくとも１種であってよく、Ａｕ及びＡｇからなる群より選択される少なくとも１種であることがより好ましい。また、第一の面は、第一の金属種として、少なくともＡｕ又はＡｇを含むことが好ましく、少なくともＡｕを含むことがより好ましい。
【００３５】
第二の金属種は、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ及びＰｔからなる群より選択される少なくとも１種であってよく、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ及びＰｔからなる群より選択される少なくとも１種であることがより好ましい。また、第二の面は、第二の金属種として、少なくともＰｄを含むことが更に好ましい。
【００３６】
第二の面において、第一の金属種に対する第二の金属種のモル比は、０．５％以上であることが好ましく、１％以上であることがより好ましい。これにより、過酸化水素を生成する反応に対する反応活性が一層向上する傾向がある。また、第一の金属種に対する第二の金属種のモル比は、１００％未満であり、７０％以下であることが好ましく、５０％以下であることが更に好ましい。これにより、過酸化水素の分解反応がより顕著に抑制される。
【００３７】
第一の金属種の主成分がＡｕであるとき、Ａｕに対する第二の金属種のモル比は、０．５％以上であることが好ましく、１％以上であることがより好ましい。また、Ａｕに対する第二の金属種のモル比は、１００％未満であり、７０％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、３０％以下であることが更に好ましく、２０モル％以下であってもよく、１０モル％以下であってもよく、５モル％以下であってもよい。なお、第一の金属種の主成分とは、第一の金属種のうち５０モル％以上（好ましくは７０％以上）を占めている金属を示す。
【００３８】
また、第一の金属種の主成分がＡｇであるとき、Ａｇに対する第二の金属種のモル比は、１％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましく、１０％以上であってもよく、２０％以上であってもよい。また、Ａｇに対する第二の金属種のモル比は、１００％未満であり、７０％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましい。
【００３９】
第二の金属種は第一の金属種のマトリクス中に分散しており、この分散度合いが大きいほど、過酸化水素の分解反応が抑制される傾向がある。このため、第二の面は、例えば、第一の金属種及び第二の金属種を同時にターゲットとした同時スパッタリング、又は、第一の金属種及び第二の金属種を含有する合金をターゲットとした同時スパッタリングによって形成された面であることが好ましい。これらの方法によれば、第二の金属種が第一の金属種のマトリクス中に高い分散度合いで分散された面を、容易に形成することができる。
【００４０】
なお、第二の面の形成方法は限定されるものではなく、例えば、第一の金属種及び第二の金属種を含む金属膜をアニーリングする方法で形成してもよい。この方法では金属膜のアニーリングによって膜表面の組成が均一化して、第一の金属種のマトリクス中に第二の金属種が分散した面が形成される。金属膜は、例えば、合金めっき、スパッタリング等の方法で形成してよい。なお、合金めっきとは、２種以上の金属を含む合金めっき膜を形成させる手法を意味し、溶融めっき、化学めっき、電気めっき等により実施できる。
【００４１】
水素透過性金属膜は、第一の面を構成する第一の金属層と、第二の面を構成する第二の金属層と、を備えるものであってよい。第一の金属層は、第一の面の構成材料で構成された層であり、第二の金属層は、第二の面の構成材料で構成された層であってよい。
【００４２】
第一の金属層の厚さは特に限定されず、例えば、１ｎｍ以上であってよく、１０ｎｍ以上であってよい。特に水素透過性金属膜が後述する中間層を有し、当該中間層が力学的強度及び水素透過性金属膜の両側に流通する水素ガス及び酸素ガスが混合しないだけのシール性を担保するものである場合、第一の金属層は表層のみに存在すれば足りる。また、この場合は、第一の金属層は、水素透過性金属膜の第一の面側の全部を覆う必要はなく、第一の面側に部分的に存在していてもよい。第一の金属層の厚さは、十分な水素透過速度を担保できる範囲で厚くしてよく、例えば１０００μｍ以下であってよく、好ましくは１００μｍ以下である。
【００４３】
第二の金属層の厚さも特に限定されず、例えば、１ｎｍ以上であってよく、１０ｎｍ以上であってよい。特に水素透過性金属膜が後述する中間層を有し、当該中間層が力学的強度及び水素透過性金属膜の両側に流通する水素ガス及び酸素ガスが混合しないだけのシール性を担保するものである場合、第二の金属層は表層のみに存在すれば足りる。またこの場合は、第二の金属層は、水素透過性金属膜の第二の面側の全部を覆う必要はなく、第二の面側に部分的に存在していてもよい。第二の金属層の厚さは、十分な水素透過速度を担保できる範囲で厚くしてよく、例えば１０００μｍ以下であってよく、好ましくは１００μｍ以下である。
【００４４】
水素透過性金属膜は、第一の金属層と第二の金属層とが直接積層された構造を有していてよく、第一の金属層と第二の金属層とが中間層を介して積層された構造を有していてもよい。
【００４５】
中間層は、第一の面で解離した水素原子を第二の面側に透過させることができる金属又は合金で構成されていればよい。例えば、中間層を構成する構成材料は、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｐｔ、Ａｕ及びＷからなる群より選択される１種の金属、又は、上記群より選択される２種以上の金属の合金であってよい。また、中間層の構成材料としては、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ合金、Ｐｄ−Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｎｂ合金を好適に用いることができる。中間層は、例えばＮｂ−Ｎｉ−Ｔｉ合金のように、相分離した２種類以上の合金の混合物であってもよい。また、中間層は、膜厚方向で組成が順次変化する傾斜組成を有する合金とすることも可能である。
【００４６】
中間層の厚さは特に限定されず、例えば１００ｎｍ以上であってよく、５００ｎｍ以上であってよい。また、中間層の厚さは、例えば１０００μｍ以下であってよく、１００μｍ以下であってもよい。
【００４７】
水素透過性金属膜は、多孔質の支持体上に配置されていてよい。この場合、支持体によって水素透過性金属膜の強度が補強され、取扱い性が向上する傾向がある。水素透過性金属膜は、第一の面側で支持体と接していてよく、第二の面側で支持体と接していてもよい。支持体は、ステンレス等の金属製の多孔質体であってよく、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ホウ化窒素等のセラミック製の多孔質体であってもよい。なお、支持体と接する第一の面又は第二の面に、分子状水素又は分子状酸素が十分に供されるように、支持体は多孔質となっている。多孔質体の平均孔径は、例えば０．１μｍ〜５０μｍ程度であることが好ましい。
【００４８】
水素透過性金属膜の作成方法は特に限定されない。作成方法としては、例えば鍛造法、延伸法、電解メッキ法、無電解メッキ法、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプランテーション法等の公知の方法を用いてよい。また、複数の方法を組み合わせてもよい。また、水素透過性金属膜は、２以上の金属膜を貼合して作成してもよい。
【００４９】
水素透過性金属膜の形状は特に限定されない。水素透過性金属膜は、例えば平面状、円筒状等の任意の形状を取ることができる。
【００５０】
水素透過性金属膜の厚さは、例えば０．０１μｍ以上であってよく、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以上であることがより好ましい。厚さが０．０１μｍ以上であると、水素透過性金属膜の強度が高くなり、破損が生じにくくなり、反応ガスの漏えいが起こりにくくなる。また、水素透過性金属膜の厚さは、例えば１００００μｍ以下であってよく、１０００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましい。厚さが１００００μｍ以下であると、解離水素の透過速度が高くなり、過酸化水素の生成速度がより増大する傾向がある。
【００５１】
上述のとおり、本実施形態に係る水素透過性金属膜は、第一の面と第二の面とが異なる組成を有していてよい。このため、水素透過性金属膜の内部組成は一定ではなく、第一の面から第二の面の間で変化していてよい。
【００５２】
（過酸化水素の製造方法）
本実施形態に係る製造方法では、水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器を用い、反応室の第一の面側に分子状水素を含むガス（以下、水素ガスともいう。）を導入し、反応室の第二の面側に分子状酸素を含むガス（以下、酸素ガスともいう。）を導入する。なお、以下では反応室の第一の面側を第一反応室といい、反応室の第二の面側を第二反応室という場合がある。
【００５３】
水素ガスとしては、分子状水素の純度が９９容量％以上の高純度ガスが好ましく用いられる。また、水素ガスとしては、分子状水素と、ＣＯ、ＣＯ２、水蒸気、ＣＨ４、Ｎ２、Ａｒ、ＮＨ３、トルエン、メチルシクロヘキサン等の他の成分との混合物を用いてもよい。水素ガスにおける分子状水素の純度は、好ましくは３０容量％以上であり、より好ましくは５０容量％以上である。水素ガスは、例えば、メタンの水蒸気改質反応、アンモニアの分解反応、メチルシクロヘキサンの脱水素反応等の水素を発生する反応により生成した生成ガスであってもよい。本実施形態では、これらの水素を発生する反応で水素を発生させつつ、反応室の第一の面側に水素ガスを供給してもよい。
【００５４】
酸素ガスとしては、分子状酸素の純度が９９容量％以上の高純度ガスを用いてよく、窒素、アルゴン、二酸化炭素、水蒸気等の他の気体との混合ガスを用いてもよい。酸素ガスとしては、例えば、空気を好適に用いることができる。
【００５５】
反応の急激な進行の抑制等の観点から、酸素ガスに水又は水蒸気を添加してもよい。水又は水蒸気の添加は、生成される過酸化水素の濃度を低下させるため、必ずしも添加しなくてもよい。水又は水蒸気の添加を選択した場合、その添加量は、好ましくは酸素供給量の５００モル％以下であり、より好ましくは１００モル％以下であり、さらに好ましくは５０モル％以下である。また、添加量は、酸素供給量の１モル％以上であってよく、１０モル％以上であってもよい。
【００５６】
酸素ガスは、高純度の酸素又は他の気体との混合ガスであってよく、任意の純度のものが使用できる。但し、酸素ガスは、過酸化水素を分解する恐れのある不純物を含まないことが望ましい。酸素ガスとしては、例えば、純酸素、空気などが好適に使用可能である。また、酸素の製造方法には全く制限は無い。例えば、深冷分離法、膜分離法あるいはＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）のような吸着分離法により空気などから一部あるいは全部の不純物を除去して得られる酸素ガスや、水の電気分解などの方法によって生成させた酸素ガスも使用することができる。さらに言えば反応に不活性な窒素、アルゴンなどのガスによって高濃度の酸素ガスを希釈して得られるガスも使用できる。
【００５７】
反応室に導入されるガスの圧力は、その酸素濃度又は水素濃度に依存して決定してよい。反応室に導入されるガスの圧量は、例えば０．００１ＭＰａ以上であってよく、好ましくは０．０１ＭＰａ以上である。０．００１ＭＰａ以上の圧力とすることで、反応速度が速くなり、十分な量の過酸化水素をより短時間で得られる傾向がある。また、反応室に導入されるガスの圧力は、例えば１０ＭＰａ以下であってよく、好ましくは１ＭＰａ以下である。１０ＭＰａ以下の圧力とすることで、反応器及び水素透過性金属膜に過度な負担が生じず、装置全体のコストを抑制することができる。なお、本明細書中、圧力は絶対圧力で示す。
【００５８】
反応室の温度は特に限定されず、第一の面で解離された水素原子が十分な速度で第二の面側に透過する温度範囲と、第二の面側において解離水素と分子状酸素とが反応して十分な過酸化水素が得られる温度範囲と、を鑑みて決定してよい。反応室の温度は、例えば０℃以上であってよく、好ましくは２０℃以上、より好ましくは５０℃以上である。０℃以上の温度とすることで、水素透過性金属膜を通過する解離水素の量を低下させることなく、反応の進行を十分に速めることができる。また、反応室の温度は、例えば３００℃以下であってよく、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下である。３００℃以下とすることで、過酸化水素の自己分解がより顕著に抑制され、過酸化水素の収量が一層向上する傾向がある。
【００５９】
第一の面側の反応室（第一反応室）に導入された分子状水素は、第一の面上に吸着される。その後、分子状水素は、第一の面上で解離されて解離水素となる。水素透過性金属膜は、解離水素を第二の面側に透過させることができる。
【００６０】
解離水素は、反応性に富み、分子状酸素との反応が進行し易い状態にある。第二の面側において、解離水素は、第二の面側の反応室（第二反応室）に導入された分子状酸素と反応して、過酸化水素を生成する。その結果、第二反応室内には、生成した過酸化水素が増大していく。第二反応室内の過酸化水素を取り出し、未反応の酸素ガス等と分離することによって、過酸化水素を得ることができる。
【００６１】
本実施形態に係る製造方法は、次のような利点を有している。
（１）第一の面側に分子状水素、第二の面側に分子状酸素がそれぞれ供給されるため、分子状水素と分子状酸素の直接混合を回避することができ、安全性が高い。
（２）第二の面は、周期表第１１族元素から選択される金属を有するマトリクスと、マトリクス中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属とを含んでいる。このため、第二の面側で、過酸化水素の分解反応を十分に抑制しつつ、過酸化水素の生成反応を効率良く進行させることができ、過酸化水素の収量が多くなる。
（３）過酸化水素は、解離水素と分子状酸素との反応により生成されるので副生物は水のみである。このため、水以外の不純物の無い、高濃度の過酸化水素を容易に製造することができる。
（４）得られた過酸化水素は純度が非常に高くなるため、そのまま消毒液などに使用したり、各種酸化反応に適用したりでき、精製工程を大幅に簡素化できる。
【００６２】
本実施形態において、使用される材料及び各装置の形状などは、上記の利点を実現する観点から適宜選択してよい。
【００６３】
次に、図面を参照しつつ、本実施形態に係る過酸化水素の製造装置、並びにそれに使用される水素透過性金属膜及び反応器について説明する。
【００６４】
本実施形態に係る過酸化水素の製造装置は、水素透過性金属膜によって反応室が仕切られた反応器と、反応室の第一の面側に水素ガスを導入する水素供給装置と、反応室の第二の面側に酸素ガスを導入する酸素供給装置と、を備えている。また、本実施形態に係る過酸化水素の製造装置は、反応室の第二の面側にて生成する過酸化水素を回収する過酸化水素分離装置を更に備えていてよい。
【００６５】
以下、本実施形態に係る製造装置について、３つの形態に分けて説明する。
【００６６】
（第１形態の過酸化水素の製造装置）
図１は、過酸化水素の製造装置の一形態（第１形態）を説明するフロー図である。なお、以後、図及び明細書中には、圧力、流量等をコントロールするためのバルブなど、当業者であれば当然気づくべき事項については簡略化するため記載を省略している。
【００６７】
製造装置１Ａは、酸素供給装置４と、水素供給装置５と、反応器６と、過酸化水素分離装置１３とを備えている。製造装置１Ａにおいては、酸素ライン２から酸素供給装置４に酸素ガスが供給され、水素ライン３から水素供給装置５に水素ガスが供給される。また、反応器６は反応室２０を有しており、反応室２０は水素透過性金属膜１６Ａによって、第一の面９側の第一反応室１０と、第二の面７側の第二反応室８とに仕切られている。
【００６８】
製造装置１Ａにおいて、酸素ガスは、酸素ライン２から酸素供給装置４に導入される。酸素供給装置４は、反応器６への酸素ガスの供給量を制御するための装置である。酸素供給装置４を備えることで、反応の精密な制御が可能となる。酸素供給装置４の具体的な内容としては、反応室２０中の酸素ガスの圧力が元圧より高い場合には、ブロアー、コンプレッサーなどの昇圧装置が用いられ、さらに好ましくは、酸素流量の精密制御を可能にするマスフローコントローラーなどと組み合わせて用いることができる。一方、反応室２０中の酸素ガスの圧力が元圧より低い場合には、特に昇圧装置は必要とせず、酸素流量の制御のためのマスフローコントローラーがあれば足りる。
【００６９】
また、製造装置１Ａにおいて、水素ガスは、水素ライン３から水素供給装置５に導入される。水素供給装置５は、反応器６への水素ガスの供給量を制御するための装置である。水素供給装置５を備えることで、反応の精密な制御が可能となる。水素供給装置５の具体的な内容としては、反応室２０中の水素ガスの圧力が元圧より高い場合には、ブロアー、コンプレッサーなどの昇圧装置が用いられ、さらに好ましくは、水素流量の精密制御を可能にするマスフローコントローラーなどと組み合わせて用いることができる。一方、反応室２０中の水素ガスの圧力が元圧より低い場合には、特に昇圧装置は必要とせず、水素流量の制御のためのマスフローコントローラーがあれば足りる。
【００７０】
酸素ガス及び水素ガスは、それぞれ反応器６中の反応室２０に導入される。水素供給装置５から導入される水素ガスは、水素透過性金属膜１６Ａの第一の面９側の第一反応室１０に導入される。また、酸素供給装置４から導入される酸素ガスは、水素透過性金属膜１６Ａの第二の面７側の第二反応室８に導入される。反応器６は、反応室２０を所定の温度に保持するための温調装置等を更に備えていてよい。
【００７１】
ここで、図４は、過酸化水素の製造装置の反応室の一形態を示す模式断面図である。図４に示すとおり、反応室２０は、水素透過性金属膜１６Ａで仕切られて、水素透過性金属膜１６Ａの第一の面９側の第一反応室１０と、水素透過性金属膜１６Ａの第二の面７側の第二反応室８とに分割されている。
【００７２】
水素透過性金属膜１６Ａの第一の面９は、分子状水素を水素原子に解離する金属で構成されている。一方、水素透過性金属膜１６Ａの第二の面７は、周期表第１１族元素から選択される金属（第一の金属種）を含有するマトリクス３０と、マトリクス３０中に分散された周期表第８〜１０族元素から選択される金属（第二の金属種）３１とを含んでいる。なお、図中では、理解を容易にするため、第二の面７における第二の金属種３１を黒点で図示しているが、第二の金属種３１は必ずしも視認可能なサイズで配置されている必要はなく、視認不可能なサイズ（例えば原子単位）でマトリクス３０中に分散していてよい。また、図中では、第二の金属種３１が第二の面７において凸になっているが、第二の金属種３１がこのような凸部を形成する必要はなく、第二の金属種３１は平滑な第二の面７内に分布していてよい。
【００７３】
第一反応室１０に供給された分子状水素は、水素透過性金属膜１６Ａの第一の面９において解離水素に変換される。解離水素は、水素透過性金属膜１６Ａを通過し、反対側の第二の面７の表面に現れる。この水素種は強い還元力を有するので、第二反応室８に供給された酸素分子と反応して、過酸化水素を与える。このとき、全ての酸素分子が過酸化水素に変換されるとは限らず、水も生成する。したがって、本実施形態では、通常、生成物は過酸化水素と水の混合物である。なお、第二反応室８で生成した過酸化水素の分解抑制のため、反応室２０をガラス、金、ダイヤモンド等の触媒活性（過酸化水素の分解反応に対する触媒活性）を持たない材料で作成したり、反応室２０の内面をこれらの材料によって被覆したりしてもよい。
【００７４】
第二反応室８で得られた反応生成物は、過酸化水素分離装置１３に導かれる。過酸化水素分離装置１３は、例えば、反応生成物の凝集装置と気液分離装置とから構成されていてよい。本実施形態では、過酸化水素と水以外の生成物はほぼゼロであるため、反応生成物を凝集し、気液分離することで、ほぼ不純物の無い過酸化水素水を得ることができる。反応生成物の凝集装置における凝集方法は特に制限はなく、公知のいかなる方法も採用できる。例えば、凝集方法としては、反応生成物をそのまま冷却する方法、反応生成物を水、酢酸、メタノール等の適当な溶媒に吸収させる方法等が挙げられる。気液分離装置では、過酸化水素水と未反応の酸素ガス等を分離する。
【００７５】
過酸化水素分離装置１３で分離された過酸化水素は、例えば過酸化水素水の形態で、過酸化水素ライン１４を通じて取出される。過酸化水素分離装置１３でトラップできなかったガス成分は、ベントライン１９を通じて放出される。
【００７６】
第一反応室１０に導入された水素ガスの未反応部分は、そのままベントライン１５から必要に応じて放出される。但し、水素ガスとして純粋な水素を用い、全ての水素が水素透過性金属膜１６Ａを透過する場合は、ベントライン１５は必ずしも必要ではない。
【００７７】
製造装置１Ａは、安価な水素源を用いる場合、又は、未反応水素を回収する必要がない場合に適した装置形態である。製造装置１Ａは、コンパクトな装置でありながら、不純物のほとんどない比較的高濃度の過酸化水素水を、水素及び酸素から直接製造することができる。
【００７８】
（第二形態及び第三形態の過酸化水素の製造装置）
本実施形態では、反応器に導入される水素ガス及び酸素ガスの全てが反応するわけではないので、これらのガスを循環利用し、再度反応原料として用いた方が経済的である場合がある。そこで、未反応ガスの循環使用を行う場合に適して装置形態について、以下に説明する。
【００７９】
図２は、過酸化水素の製造装置の他の一形態（第２形態）を説明するフロー図である。第２形態の製造装置１Ｂでは、酸素ガスを循環させて、その再利用を行う。そのため、製造装置１Ｂは、製造装置１Ａの主要な構成に加えて、酸素循環ライン１１と酸素循環装置１２とを備えている。なお、酸素ガスの一部のみを再利用する場合、製造装置１Ｂは、第二反応室８、過酸化水素分離装置１３又は酸素循環装置１２に接続されたベントラインを更に備えていてよい。
【００８０】
図３は、過酸化水素の製造装置の他の一形態（第３形態）を説明するフロー図である。第３形態の製造装置１Ｃでは、酸素ガス及び水素ガスを循環させて、それらの再利用を行う。そのため、製造装置１Ｃは、製造装置１Ａの主要な構成に加えて、酸素循環ライン１１、酸素循環装置１２、水素循環ライン１７及び水素循環装置１８を備えている。なお、酸素ガスの一部のみを再利用する場合、製造装置１Ｃは、過酸化水素分離装置１３又は酸素循環装置１２と接続されたベントラインを更に備えていてよい。また、水素ガスの一部のみを再利用する場合、製造装置１Ｃは、第一反応室１０又は水素循環装置１８に接続されたベントラインを更に備えていてよい。
【００８１】
水素ガス又は酸素ガスの循環利用のためには、循環ガスとして十分な圧力と純度を確保する必要がある。このとき、十分な圧力がないと循環ラインに原料ガスが逆流するおそれがある。一方、循環ガスに十分な純度がないと、系内に不純物が蓄積してしまい、最終的に運転不能になるなどして好ましくない。この観点から、循環ガスの圧力及び純度を確保するための操作を酸素循環装置１２及び水素循環装置１８が行う。通常、酸素循環装置１２及び水素循環装置１８は、それぞれ、不純物除去のための精製装置と圧縮装置とから構成される。このうち、圧縮装置はブロアー、コンプレッサー等であってよい。また、精製装置は、各ラインに混入する可能性のある不純物に応じて適宜設計されたものであってよい。
【００８２】
酸素循環ライン１１に混入する可能性のある不純物として、水素が挙げられる。第二の面７において、一部の解離水素が再結合して水素ガスを形成する場合があり、この場合、水素（分子状水素）が第二反応室８に放出される。水素ガスが系内に蓄積すると、爆発などの危険があるので適切に除去することが望ましい。水素の除去方法は、公知のいかなる方法を採用してもよく、例えば、水素と酸素とを反応させて水に転換するためＰｄ、Ｐｔ等の触媒と接触させる方法などを例示できる。また、不純物として、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の不活性ガスが含まれている場合、膜分離、吸着分離等によってこれらを除去してもよい。
【００８３】
水素循環ラインに混入する可能性のある不純物は、水素ガスの製造方法によって異なる。例えば、メタン、プロパンガス、ナフサ等の炭化水素燃料、メタノール、エタノール等のアルコール燃料などを原料とした水蒸気改質によって分子状水素を得ている場合には、不純物として二酸化炭素、一酸化炭素、メタン等が混入する可能性がある。このうち、二酸化炭素は、膜分離、アミン吸収材、アルカリ水溶液等のアルカリ性物質を用いる吸収分離、ＰＳＡ等による吸着分離などによって除去することができる。また、一酸化炭素及びメタンは、改質反応、水成ガス反応等の反応器を設けることで除去してもよい。
【００８４】
また、アンモニアの分解反応によって分子状水素を製造している場合には、不純物として窒素が混入する可能性がある。窒素は、膜分離、ＰＳＡ等の吸収剤を用いた分離方法などによって除去することができる。
【００８５】
また、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサン、デカリン、テトラリン等の有機ハイドライドの脱水素反応によって水素を得ている場合には、不純物として、有機ハイドライド、及び、トルエン、ベンゼン、ナフタレン等の有機ハイドライドの脱水素体などが混入する可能性がある。これらの不純物は、濃縮時に液化又は固化するので、濃縮によって気体の水素と分離することができる。
【００８６】
製造装置１Ａ、製造装置１Ｂ及び製造装置１Ｃにおいて、水素透過性金属膜１６Ａは、第一の面９の構成材料によって構成された第一の層と、マトリクス３０によって構成された第二の層とが直接接合した構造を有している。そして、第二の層のうち、第二の面７を構成する外側部分でのみ、マトリクス３０中に第二の金属種３１が分散されている。しかし、本実施形態において、水素透過性金属膜はこのような形態に限定されず、例えば、以下に示す形態であってもよい。
【００８７】
図５は、水素透過性金属膜の一形態を示す模式断面図である。図５に示す水素透過性金属膜１６Ｂでは、第一の面９の構成材料によって構成された第一の層と、マトリクス３０によって構成された第二の層とが中間層４０を介して積層されている。そして、第二の層の全体でマトリクス３０中に第二の金属種３１が分散されている。
【００８８】
図６は、水素透過性金属膜の他の一形態を示す模式断面図である。図６に示す水素透過性金属膜１６Ｃは、第一の面９の構成材料によって構成された第一の層と、マトリクス３０によって構成された第二の層とが直接接合した構造を有している。そして、第二の層は、第一の層と接する側から第二の面７側に向かって、第二の金属種３１の含有量が順次変化する傾斜組成を有している。
【００８９】
また、製造装置１Ａの反応器６において、平面状の水素透過性金属膜１６Ａによって反応室２０を仕切っているが、水素透過性金属膜の形状及び反応室の仕切り方はこれに限定されない。例えば、本実施形態において、反応器は以下に示す形態であってもよい。
【００９０】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、過酸化水素の製造装置の反応器の一形態を示す模式断面図である。図７に示す反応器は、円筒袋管形状の反応室２０に、円筒袋管形状の水素透過性金属膜１６Ｄが挿入されており、円筒袋管の内側に第一反応室１０、外側に第二反応室８が形成されている。水素透過性金属膜１６Ｄの円筒外径は、反応室２０の円筒内径より小さい。水素透過性金属膜１６Ｄは、円筒袋管形状の多孔質支持体２１の外面上に形成されている。なお、図７では、水素透過性金属膜１６Ｄの第二の面７において、図１〜６では黒点で示していた第二の金属種３１を図示せず、省略している。
【００９１】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、過酸化水素の製造装置の反応器の他の一形態を示す模式断面図である。図８に示す反応器は、円筒管状の反応室２０の内側に、円筒管状の水素透過性金属膜１６Ｅが配置されており、円筒管の内側に第一反応室１０、外側に第二反応室８が形成されている。水素透過性金属膜１６Ｄの円筒外径は、反応室２０の円筒内径より小さい。水素透過性金属膜１６Ｄは、円筒管状の多孔質支持体２１の外周面上に形成されている。なお、図８では、水素透過性金属膜１６Ｄの第二の面７において、図１〜６では黒点で示していた第二の金属種３１を図示せず、省略している。
【００９２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００９４】
［実施例１］
厚さ１５μｍ、質量比２３／７７のＡｇ／Ｐｄ合金膜（田中貴金属社製）の片表面に、Ａｕに対するＰｄの原子数比が１．５％となるように、アルゴンスパッタリング装置によりＡｕ金属のターゲット及びＰｄ金属のターゲットを用いた同時スパッタリングを実施し、１００ｎｍの厚さでＰｄ含有Ａｕ層を形成させ、水素透過性金属膜を得た。
【００９５】
［実施例２］
厚さ１５μｍ、質量比２３／７７のＡｇ／Ｐｄ合金膜（田中貴金属社製）の片表面に、Ａｕに対するＰｄの原子数比が３．６％となるように、アルゴンスパッタリング装置によりＡｕ金属のターゲット及びＰｄ金属のターゲットを用いた同時スパッタリングを実施し、１００ｎｍの厚さでＰｄ含有Ａｕ層を形成させ、水素透過性金属膜を得た。
【００９６】
［実施例３］
厚さ１５μｍ、質量比２３／７７のＡｇ／Ｐｄ合金膜（田中貴金属社製）の片表面に、Ａｕに対するＰｔの原子数比が１．７％となるように、アルゴンスパッタリング装置によりＡｕ金属のターゲット及びＰｔ金属のターゲットを用いた同時スパッタリングを実施し、１００ｎｍの厚さでＰｔ含有Ａｕ層を形成させ、水素透過性金属膜を得た。
【００９７】
［実施例４］
厚さ１５μｍ、質量比２３／７７のＡｇ／Ｐｄ合金膜（田中貴金属社製）の片表面に、Ａｕに対するＲｕの原子数比が２．４％となるように、アルゴンスパッタリング装置によりＡｕ金属のターゲット及びＲｕ金属のターゲットを用いた同時スパッタリングを実施し、１００ｎｍの厚さでＲｕ含有Ａｕ層を形成させ、水素透過性金属膜を得た。
【００９８】
［実施例５］
厚さ１５μｍ、質量比２３／７７のＡｇ／Ｐｄ合金膜（田中貴金属社製）の片表面に、Ａｇに対するＰｄの原子数比が３３％となるように、アルゴンスパッタリング装置によりＡｇ金属のターゲット及びＰｄ金属のターゲットを用いた同時スパッタリングを実施し、１００ｎｍの厚さでＰｄ含有Ａｇ層を形成させ、水素透過性金属膜を得た。
【００９９】
［比較例１］
厚さ１５μｍ、質量比２３／７７のＡｇ／Ｐｄ合金膜（田中貴金属社製）の片表面に、アルゴンスパッタリング装置によってＡｕの膜を１００ｎｍの厚さで形成させ、水素透過性金属膜を得た。
【０１００】
（評価方法）
実施例又は比較例で作成した水素透過性金属膜の膜サンプル（有効膜面積１．３ｃｍ２）を用いて、図４に示すような反応室を有する反応装置を準備した。反応室の第一の面側に絶対圧力０．３ＭＰａの純粋な水素ガスを導入し、反応室の第二の面側には常圧の空気を３０ｍｌ／分で流通させた。反応室の第二の面側から排出する空気流は、氷冷した水の中に吹き込み、生成した過酸化水素を水溶液としてトラップした。反応室を所定の温度に維持して数時間反応を継続した後、生成した過酸化水素の量を計測して、時間当たりの過酸化水素の生成速度を算出した。結果は表１に示すとおりであった。
【０１０１】
なお、表中、「原子数比」は第二の面を構成する構成材料における第一の金属種に対する第二の金属種の比を示し、「温度」は反応温度（すなわち、反応室の温度）を示す。
【０１０２】
【表１】
2018016534.tif 000003
【符号の説明】
【０１０３】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  過酸化水素の製造装置
２    酸素ライン
３    水素ライン
４    酸素供給装置
５    水素供給装置
６    反応器
７    第二の面
８    第二反応室
９    第一の面
１０  第一反応室
１１  酸素循環ライン
１２  酸素循環装置
１３  過酸化水素分離装置
１４  過酸化水素ライン
１５  水素ベントライン
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ  水素透過性金属膜
１７  水素循環ライン
１８  水素循環装置
１９  酸素ベントライン
２０  反応室
２１  多孔質支持体
３０  マトリクス
３１  第二の金属種
４０  中間層
【図１】
2018016534.tif 000004
【図２】
2018016534.tif 000005
【図３】
2018016534.tif 000006
【図４】
2018016534.tif 000007
【図５】
2018016534.tif 000008
【図６】
2018016534.tif 000009
【図７】
2018016534.tif 000010
【図８】
2018016534.tif 000011