(57)【要約】【課題】非常に安価でかつ白金単体を越えた高い活性を得ることが可能で、柔軟性に富み衝撃に強く扱いやすく、また安易に作製可能とする。【解決手段】クロムを主体とし、これに白金を添加してなる触媒材。白金の添加量は０．０２５〜１５ｍｏｌ％が好適である。ジメチルエーテルガス燃焼用としては白金添加量が０．０２５〜５ｍｏｌ％が好ましく、ＬＰＧ燃焼用としては白金添加量が０．１５〜２．５ｍｏｌ％が好ましい。セラミック繊維、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に、上記触媒材を担持させて触媒部材を構成する。その作製方法は、塩化クロム水溶液と塩化白金酸水溶液を無機多孔質担体に含浸させ、加熱還元処理する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムを主体とし、これに白金を添加したことを特徴とする燃焼用触媒材。
【請求項２】
白金添加量が０．０２５ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％であることを特徴とする、請求項１記載の燃焼用触媒材。
【請求項３】
ジメチルエーテルガス燃焼用であり、白金添加量が０．０２５〜５ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１記載の燃焼用触媒材。
【請求項４】
ＬＰＧ燃焼用であり、白金添加量が０．１５〜２．５ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１記載の燃焼用触媒材。
【請求項５】
セラミック繊維、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に、クロムを主体とし、これに白金を添加した触媒材を担持させたことを特徴とする燃焼用触媒部材。
【請求項６】
白金添加量が０．０２５ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項５記載の燃焼用触媒部材。
【請求項７】
塩化クロム水溶液と塩化白金酸水溶液を、セラミック繊維、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に含浸させ、加熱還元処理することによりクロムと白金を担持させることを特徴とする燃焼用触媒部材の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスコンロ、点火棒、ライター等の燃焼機器において、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）ガス、ＬＰＧ等の可燃性ガスを触媒燃焼させる燃焼用触媒材、燃焼用触媒部材およびその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＰＧ等の可燃性ガスを触媒燃焼させる触媒材としては、８、９、１０族（旧ＶＩＩＩ族）元素が用いられてきた。その中でも白金、もしくは白金以外のパラジウム、ルテニウム等の稀土類元素、もしくは白金を主体とし、これら稀土類元素を微量添加したものが触媒材として利用されてきた。
【０００３】
また、白金等を多孔質セラミック等の担体に担持させて活性化し、触媒としての性能を確保しつつ触媒材の使用量を低減させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、白金以外の稀土類元素を白金に添加する技術が知られ、例えば、白金−クロム−ジルコニウムの三成分系による触媒材（特許文献２参照）、白金属の貴金属元素に酸化イッテルビウムを添加した触媒材（特許文献３参照）などが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５１−８３０８８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開昭５７−１７７３４５号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開昭６１−１０１２４５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような燃焼用触媒を用いてガスを触媒燃焼させる場合、白金、パラジウム等の白金属触媒材は、触媒としての活性には優れているが非常に高価であり、潤沢に触媒材を用いることは現実性が無く困難であった。
【０００９】
また、特許文献１に示される、多孔質セラミック等の担体に内部細孔まで白金粒子を担持させることにより、触媒としての性能を確保しつつ触媒材の使用量を低減させたものでも、商用的に利用するには高価であり、また衝撃に弱い点が問題となる。
【００１０】
さらに、特許文献２および特許文献３に示される、白金以外の稀土類元素を白金に添加することにより、白金単体での触媒の性能に近く、かつ白金単体より安価な触媒材を提供しようとするものでも、使用する白金量もまだ十分に低減されたとはいえず、添加する白金以外の稀土類元素もやはり高価で、充分に安価な触媒材とは言い難い。また、触媒としての性能に関しても白金単体を越えるのは難しい。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、非常に安価でかつ白金単体に匹敵するか、もしくは白金単体を越える高い活性が得られ、柔軟性に富み衝撃に強く扱いやすく、また簡易に作製可能な燃焼用触媒材、燃焼用触媒部材およびその作製方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃焼用触媒材は、クロムを主体とし、これに白金を添加したことを特徴とするものである。白金の添加量は、０．０２５ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％が好適である。特に好ましくは、０．２〜５ｍｏｌ％の範囲である。０．０２５ｍｏｌ％未満の白金添加量では活性化が不十分であり、１５ｍｏｌ％を越える白金の添加は活性化の向上も飽和し、単価の増大を招く。
【００１３】
前記燃焼用触媒材は、特に代替燃料としてのジメチルエーテルガス燃焼用として好適であり、このジメチルエーテルガス燃焼用としては白金添加量が０．０２５ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％が好ましく、特に好ましくは、０．２〜５ｍｏｌ％の範囲である。また、ＬＰＧ燃焼用としても好適であり、ＬＰＧ燃焼用としては白金添加量が０．１５ｍｏｌ％〜２．５ｍｏｌ％が好ましく、特に好ましくは、０．２〜２．５ｍｏｌ％の範囲である。
【００１４】
また、本発明の燃焼用触媒部材は、セラミック繊維、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に、クロムを主体とし、これに白金を添加した触媒材を担持させたことを特徴とするものである。白金の添加量は、０．０２５ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％の範囲が好適である。
【００１５】
さらに、本発明の燃焼用触媒部材の作製方法は、塩化クロム水溶液と塩化白金酸水溶液をセラミック繊維、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に含浸させ、加熱還元処理することによりクロムと白金を担持させることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上のような本発明の燃焼用触媒材によれば、クロムを主体とし、これに白金を添加した燃焼用触媒材であることにより、白金の使用量が低減し、非常に安価でかつ白金単体より活性が高い酸化触媒を得ることが可能である。特に、微量の白金添加量で酸化反応の活性化が得られ、単価を下げることが可能である。この燃焼用触媒材は、代替燃料としてのジメチルエーテルガス燃焼用として特に好適であり、ＬＰＧ燃焼用としても良好であり、白金単体以上の性能を得ることが可能である。
【００１７】
また、本発明の燃焼用触媒部材によれば、セラミック繊維担体にクロムを主体とし白金を添加した触媒材を担持させると、柔軟性に富み衝撃に強くて扱いやすく、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に上記触媒材を担持させると、成形性が良好で燃焼装置への組み込みが容易に行える。
【００１８】
さらに、本発明の作製方法によれば、塩化クロム水溶液と塩化白金酸水溶液を無機多孔質担体に含浸させ、加熱還元処理することによりクロムと白金を担持させるようにしたことにより、燃焼用触媒部材が簡易に作製可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
本発明の燃焼用触媒材は、クロムを主体とし、これに白金を添加してなるものである。白金の添加量は、０．０２５ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％の範囲が好ましく、特に好ましくは、０．２〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００２１】
この燃焼用触媒材は、特にジメチルエーテルガス燃焼用として優れ、ＬＰＧ燃焼用としても適している。後述の実験例の結果より、ジメチルエーテルガス燃焼用としては白金添加量が０．０２５〜５ｍｏｌ％の範囲が好ましく、特に好ましくは、０．２〜５ｍｏｌ％の範囲である。ＬＰＧ燃焼用としては白金添加量が０．１５〜２．５ｍｏｌ％の範囲が好ましく、特に好ましくは、０．２〜２．５ｍｏｌ％の範囲である。
【００２２】
また、本発明の燃焼用触媒部材は、セラミック繊維、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に、上記触媒材、すなわち、クロムを主体とし、これに前記範囲の白金を添加した触媒材を担持させてなる。
【００２３】
上記のような燃焼用触媒部材の作製方法は、クロムを含む塩化クロム水溶液と、白金を含む塩化白金酸水溶液を用意し、これをセラミック繊維、多孔質セラミック、ゼオライト等の無機多孔質担体に含浸させ、その後、加熱還元処理することにより、無機多孔質担体にクロムと白金を担持させるものである。
【００２４】
次に、具体的な触媒部材の実施例と、それを用いた触媒燃焼実験の結果を説明する。
【００２５】
＜実施例＞
この実施例の触媒部材は、次のようにして作製した。まず、触媒材の元となる溶液として、クロムは塩化クロム溶液を、白金は塩化白金酸水溶液を、所定の割合で混合し、触媒担体に水溶液を含浸、乾燥させた後、加熱還元させ、担体上にクロム、白金金属粒子を分散担持させて触媒部材とした。
【００２６】
例えば、第１の実施例としては、塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物の１０重量％水溶液：０．１９ｍＬと、ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸六水和物の１重量％水溶液：０．０１ｍＬを混合させる。これによりクロムが９９．７３ｍｏｌ％、白金が０．２７ｍｏｌ％の比率で存在する水溶液：０．２ｍＬを得た。
【００２７】
第２の実施例としては、塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物の１０重量％水溶液：０．１９４ｍＬと、ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸六水和物の１重量％水溶液：０．００６ｍＬを混合させる。これにより白金添加量が０．１５９ｍｏｌ％の比率で存在する水溶液：０．２ｍＬを得た。
【００２８】
第３の実施例としては、塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物の１０重量％水溶液：０．１ｍＬと、ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸六水和物の１重量％水溶液：０．１ｍＬを混合させる。これにより白金添加量が４．８９３ｍｏｌ％の比率で存在する水溶液：０．２ｍＬを得た。
【００２９】
触媒担体としては、アルミナ４６％、シリカ５４％からなる平均繊維径３μｍのセラミック繊維を、若干の無機バインダーと共に、厚み１ｍｍ、密度１８０ｋｇ／ｍ３の紙状に加工したものを用いた。
【００３０】
上記触媒担体を幅７ｍｍ、長さ１７ｍｍの大きさに切り、前記水溶液を含浸させてから、８０℃×３０分の条件で乾燥させた後、空気雰囲気中で２２０℃×３０分の条件で加熱還元させ、担体上にクロム、白金金属粒子の触媒材を分散担持させて燃焼用触媒部材を作製した。
【００３１】
その他、上記水溶液における塩化クロム水溶液と塩化白金酸水溶液の混合比率を変えることにより、クロムに対する白金の添加量を種々に変更した上記以外の各実施例の触媒部材を得た。
【００３２】
＜実験例＞
触媒の性能を比較するため、クロム金属粒子と白金金属粒子の配合比を変えてなる各実施例の触媒部材を使用し、燃焼ガスに対する反応性として燃焼開始触媒温度を測定した。
【００３３】
第１の実験例における触媒燃焼用の燃焼ガスはジメチルエーテル（ＤＭＥ）ガスである。このＤＭＥガスを毎分６０ｍＬ、エアーを毎分７００ｍＬ供給し、混合管にて両者を十分に混合した。
【００３４】
第２の実験例における触媒燃焼用の燃焼ガスはＬＰＧで、ｎ−ブタン６０ｍｏｌ％、ｉ−ブタン３０ｍｏｌ％、プロパン１０ｍｏｌ％の混合ガスである。このＬＰＧを毎分３０ｍＬ、エアーを毎分８００ｍＬ供給し、混合管にて両者を十分に混合した。
【００３５】
実験装置としては石英管を用い、前述の白金添加量が異なる各触媒部材を、内径が１０ｍｍφの石英管端面内部に配置し、この石英管周囲をニクロム線で巻き、これに直流電気を流して加熱する。加熱された触媒温度は非接触の放射温度計で観測し、直流電流の値を変化させることにより触媒温度を任意に変化させることが可能である。
【００３６】
以上の装置を用いて、触媒温度を変化させながら、上記燃焼ガスを触媒に接触するよう石英管内に供給し、酸化燃焼反応が起こる最低の触媒温度を、白金の添加量が異なる各実施例の触媒部材について測定した。
【００３７】
第１の実験例の結果、すなわちＤＭＥガスの燃焼における白金添加量と燃焼開始温度との関係を図１および図２に示し、図２は図１の白金微量域の拡大図である。同様に第２の実験例の結果、すなわちＬＰＧの燃焼における白金添加量と燃焼開始温度との関係を図４および図５に示し、図５は図４の白金微量域の拡大図である。
【００３８】
図１および図２より、ＤＭＥガスの燃焼については、白金粒子のみ担持させた触媒（１００ｍｏｌ％）では１１０℃以上、クロム粒子のみを担持させた触媒（０ｍｏｌ％）では２１５℃以上にならないと酸化燃焼反応が生じないのに対し、クロムに白金を微量添加した触媒では１００℃以上で酸化燃焼反応を生じた。
【００３９】
特に、クロムに微量の白金を添加することにより燃焼開始温度は急激に低下し、白金単体の場合を下回る温度となる。例えば、前記第２の実施例（白金添加量：０．１５９ｍｏｌ％）での燃焼開始温度は１１５℃となり、前記第１の実施例（白金添加量：０．２７ｍｏｌ％）での燃焼開始温度は１０４℃となり、前記第３の実施例（白金添加量：４．８９３ｍｏｌ％）での燃焼開始温度は８０℃となった。つまり、白金添加量が０．０２５ｍｏｌ％程度で、白金単体と同程度の性能を示し、０．２ｍｏｌ％を越える添加量域では、白金のみの燃焼開始温度を下回り、特に１５ｍｏｌ％程度で最も低下した。
【００４０】
したがって、ＤＭＥガスの燃焼においては、酸化触媒性能の観点では、触媒材の白金添加量は０．０２５〜１５ｍｏｌ％の範囲が好ましく、特に、０．２〜１５ｍｏｌ％の範囲が好ましい。
【００４１】
また、図４および図５より、ＬＰＧの燃焼については、白金粒子のみ担持させた触媒（１００ｍｏｌ％）では１５５℃以上、クロム粒子のみを担持させた触媒（０ｍｏｌ％）では３１０℃以上にならないと酸化燃焼反応が生じないのに対し、クロムに白金を微量添加した触媒では１４０℃以上で酸化燃焼反応を生じた。
【００４２】
特に、クロムに微量の白金を添加することにより燃焼開始温度は急激に低下し、白金単体の場合を下回る温度となる。例えば、前記第２の実施例（白金添加量：０．１５９ｍｏｌ％）での燃焼開始温度は１６５℃となり、前記第１の実施例（白金添加量：０．２７ｍｏｌ％）での燃焼開始温度は１４０℃となり、前記第３の実施例（白金添加量：４．８９３ｍｏｌ％）での燃焼開始温度は１３０℃となった。つまり、クロムに対し白金添加量が０．１５ｍｏｌ％程度で、白金単体と同程度の性能を示し、０．２ｍｏｌ％を越える添加量域では、白金のみの燃焼開始温度を下回り、特に１５ｍｏｌ％程度で最も低下した。
【００４３】
したがって、ＬＰＧの燃焼においては、酸化触媒性能の観点では、触媒材の白金添加量は０．１５〜１５ｍｏｌ％の範囲が好ましく、特に、０．２〜１５ｍｏｌ％の範囲が好ましい。
【００４４】
一方、上記白金添加量の上限を触媒単価の点より検討する。各触媒の元となる水溶液の価格を試薬の価格を元に比較すると、ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸六水和物１重量％水溶液の１ｍＬでは４２円なのに対し、塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物１０重量％水溶液の１ｍＬでは０．５６円と単価は約１／７５である。また、前記第１の実施例で使用した塩化クロム（ＩＩＩ）六水和物１０重量％水溶液の０．１９ｍＬとヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸六水和物１重量％水溶液の０．０１ｍＬを混合させた水溶液の１ｍＬでは２．６３円、第２の実施例では１．８０円、第３の実施例では２１．２８円と、大幅に安価で作製できた。
【００４５】
そして、上記触媒水溶液の価格と前述の燃焼開始温度とを掛けた指数と白金添加量との関係を求めた結果を、ＤＭＥガス燃焼の場合を図３に、ＬＰＧ燃焼の場合を図６にそれぞれ示す。図３の結果より、ＤＭＥガス燃焼では白金添加量が５ｍｏｌ％以下の範囲が良好であり、白金添加量の増加による燃焼開始温度の低下度合いに対し、触媒水溶液単価の上昇が大きくこれ以上の白金添加量の増加は経済的でない。図６の結果より、同様にＬＰＧ燃焼では白金添加量が２．５ｍｏｌ％以下の範囲が良好である。
【００４６】
上記点をも考慮すると、ＤＭＥガス燃焼用触媒においては、白金添加量は０．０２５〜５ｍｏｌ％の範囲が好ましく、特に、０．２〜５ｍｏｌ％の範囲が好ましい。同様に、ＬＰＧ燃焼用触媒においては、白金添加量は０．１５〜２．５ｍｏｌ％の範囲が好ましく、特に、０．２〜２．５ｍｏｌ％の範囲が好ましい。
【００４７】
また、前記セラミック繊維触媒担体は焼結体ではないので、非常に柔軟性がある触媒部材が作製できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼用触媒部材を用いてジメチルエーテルの燃焼試験を行った第１の実験例における白金添加量と燃焼開始温度との関係を示すグラフ
【図２】図１における白金添加量の微量域を拡大して示すグラフ
【図３】図１における燃焼開始温度と触媒価格の積と白金添加量との関係を示すグラフ
【図４】本発明の燃焼用触媒部材を用いてＬＰＧの燃焼試験を行った第２の実験例における白金添加量と燃焼開始温度との関係を示すグラフ
【図５】図４における白金添加量の微量域を拡大して示すグラフ
【図６】図１における燃焼開始温度と触媒価格の積と白金添加量との関係を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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