(57)【要約】【課題】貴金属の燃焼触媒としての活性を高めることのできるカーボン担体、および該担体を用いた活性の高い燃焼触媒を提供する。【解決手段】黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下であるカーボンからなる燃焼触媒用カーボン担体；および該カーボン担体に貴金属を担持させてなる燃焼触媒。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下であるカーボンからなる燃焼触媒用カーボン担体。
【請求項２】
黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下であるカーボンからなる燃焼触媒用カーボン担体に、貴金属を担持させてなる燃焼触媒。
【請求項３】
貴金属が白金またはパラジウムである請求項２に記載の燃焼触媒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒燃焼に利用される燃焼触媒用カーボン担体および燃焼触媒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
触媒燃焼とは、固体触媒上で可燃ガスと酸素とにより酸化反応を行わせ、無害な二酸化炭素と水に変化させると同時に熱エネルギー若しくは電気エネルギーを発生させるものである。触媒燃焼の特徴は、広い燃料濃度範囲と低い燃焼開始温度であり、自動車排ガス浄化などの公害防止用や工業プラントのエネルギー回収用、燃料電池用として利用されている。また、有機物の触媒燃焼による部分酸化から有用な化合物の生産に利用する場合もある。
【０００３】
燃焼触媒としては、白金やパラジウムなどの貴金属がよく用いられ、触媒担体としては、アルミナやシリカなどの他に、カーボンブラックや活性炭などのカーボン系担体が用いられている（炭素材料学会編集，「新・炭素材料入門」，（株）リアライズ社，１９９６年９月２０日，ｐ．７６；「２００１年ＣＰＣ研究会研究報　炭素素原料科学と材料設計ＩＩＩ」，ＣＰＣ研究会，２００１年３月，ｐ．１０１−１１２；池田宏之助編著，「入門ビジュアルテクノロジー　燃料電池のすべて」，株式会社日本実業出版社，２００１年８月２０日，ｐ．１２４−１２５，１３８−１３９）。
【０００４】
貴金属は、生産量が少なく高価であるために、少ない使用量でも充分な触媒活性が得られる必要がある。換言すると、単位量当たりの貴金属触媒の活性を高くする必要がある。その方法の一つとして、適切な担体材料を選定することがあげられる。しかしながら、これまでは、担体材料の化合物の種類で選定するといった大まかな選定しかなされていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、貴金属の燃焼触媒としての活性を高めることのできるカーボン担体、および該担体を用いた活性の高い燃焼触媒を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２を特定することにより、貴金属の燃焼触媒活性を高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、下記に示すとおりの燃焼触媒用カーボン担体および燃焼触媒を提供するものである。
項１．　黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下であるカーボンからなる燃焼触媒用カーボン担体。
項２．　黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下であるカーボンからなる燃焼触媒用カーボン担体に、貴金属を担持させてなる燃焼触媒。
項３．　貴金属が白金またはパラジウムである項２に記載の燃焼触媒。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の燃焼触媒用カーボン担体は、黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下のカーボンからなる。平均面間隔ｄ００２は、Ｘ線粉末回折によって測定できるカーボンの構造パラメータの１つであり、カーボン表面の組織構造を示す１指標である。
【０００９】
コークスなどの各種有機物に不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うと、炭素化および黒鉛化が進行する。ここで、炭素化・黒鉛化の程度は、前駆体の種類や熱処理温度に依存する。また、その結果得られるカーボン材料の組織構造は、黒鉛結晶子の成長の程度によって連続的に変化する。
【００１０】
カーボンの黒鉛化が進行するに従って、平均面間隔ｄ００２は、理想黒鉛の平均面間隔ｄ００２値である０．３３５４ｎｍに近づくことが知られている。本発明の燃焼触媒用カーボン担体における黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２の下限値は、０．３３５４ｎｍである。
【００１１】
本発明の燃焼触媒用カーボン担体は、例えば、石油コークスを、アルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気下で、１５００℃以上で、３０分〜５時間程度熱処理することにより製造することができる。
【００１２】
本発明の燃焼触媒は、黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下であるカーボンからなる上記燃焼触媒用カーボン担体に、貴金属を担持させてなる。
【００１３】
貴金属としては、白金、パラジウム、金、酸化銀などが挙げられ、白金、パラジウムが好ましい。
【００１４】
本発明の燃焼触媒は、黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２が０．３４６ｎｍ以下であるカーボンからなる上記燃焼触媒用カーボン担体に、例えば、含浸法などの方法で塩化白金酸などの白金前駆体を担持し、これを不活性雰囲気中若しくは還元雰囲気中で、１００〜５００℃程度で１〜５時間程度熱処理することにより製造することができる。
【００１５】
本発明の燃焼触媒を用いて触媒燃焼を行う場合、燃焼すべき有機物蒸気やその濃度は特に制限されず、有機物としては、例えば、アルコール、カルボン酸などを燃焼することができ、濃度としては、例えば、１〜１０００００ｐｐｍ程度のものを燃焼することができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の燃焼触媒用カーボン担体は、担持されている貴金属との相互作用により、従来の担体に比べて、貴金属の燃焼触媒としての活性を高めるという優れた担体効果を発揮できる。
【００１７】
本発明のカーボン担体は、例えば、従来の活性炭系若しくはカーボンブラック系の担体の代替として好適に用いることができる。
【００１８】
本発明の燃焼触媒は、触媒活性が優れている。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例および比較例により、本発明の特徴とするところをより一層明確にするが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
なお、以下の実施例および比較例において使用したカーボンの構造パラメータとしては、Ｘ線粉末回折によって測定した試料の黒鉛結晶子の平均面間隔ｄ００２を用いた。
【００２１】
実施例１〜５
石油コークスを１５００℃、１８００℃、２１００℃、２８００℃で３０分間熱処理することにより得られたカーボン（以下、Ｃ−１５００、Ｃ−１８００、Ｃ−２１００、Ｃ−２８００と略称する）、および石油系ピッチを精製する過程で得られるメソカーボンマイクロビーズを３０００℃で３０分間熱処理することにより得られたカーボン（以下、ＭＣＭＢと略称する）を担体として用いた。これらの担体に、エタノールを溶媒として用いた含浸法により塩化白金酸を担持し、さらに５％の水素を含んだ窒素気流中で２５０℃の熱処理を２時間施すことにより、白金が２重量％担持されたカーボンを調製した。
【００２２】
比較例１〜４
石油コークスを７００℃、１０５０℃、１２００℃で３０分間熱処理することにより得られたカーボン（以下、Ｃ−７００、Ｃ−１０５０、Ｃ−１２００と略称する）、および従来より担体として使用されているカーボンブラック（その商品名より、以下、ＸＣ７２と略称する）を担体として用い、上記実施例と同じ操作により、白金が２重量％担持されたカーボンを調製した。
【００２３】
試験例１
実施例１〜５および比較例１〜４で調製された触媒を用い、メタノールの触媒燃焼を行った。
【００２４】
各燃焼触媒を、直径４ｍｍ、深さ２ｍｍのアルミニウム製容器に充填し、それをメタノール２５００ｐｐｍを含んだ２５℃の空気に接触させた。触媒燃焼によって試料の温度が上昇した。サーモトレーサーによって測定した温度上昇により触媒活性の評価を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2004089894.tif 000002
【００２６】
表１の結果より、実施例１〜５のｄ００２が０．３４６ｎｍ以下になるような構造を有するカーボン担体を使用した燃焼触媒は、比較例１〜４に比べて、温度上昇が大きく、従って高い触媒活性を与えることがわかる。
【００２７】
試験例２
試験例１と同様にして、４３０ｐｐｍのギ酸の触媒燃焼における触媒活性を評価した。結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
2004089894.tif 000003
【００２９】
表２の結果より、この反応系の場合も、実施例１〜５のｄ００２が０．３４６ｎｍ以下になるような構造を有するカーボン担体を使用した燃焼触媒は、比較例１〜４に比べて、温度上昇が大きく、従って高い触媒活性を与えることがわかる。