(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
７７３Ｋ以上であって金属原子の融点の１／２の温度未満の予め定められた温度の環境下、および、露点温度が２３３Ｋ以下の環境下であって、還元剤として機能するガスの雰囲気下に、前記金属原子で構成される触媒の酸化物を曝す工程を含む触媒の製造方法。
【請求項２】
前記還元剤として機能するガスの雰囲気下に、前記金属原子で構成される触媒の酸化物を曝す工程を遂行する前に、
前記触媒の前駆体を酸化して、前記触媒の酸化物の連続層を形成する工程を遂行することを特徴とする請求項１に記載の触媒の製造方法。
【請求項３】
前記触媒は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの群から選択される１または複数の金属原子で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属原子で構成される触媒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反応を促進するために、金属原子で構成される様々な触媒が利用されている。触媒は、一般的に基材に固定され、触媒が固定された基材（以下、「触媒構造体」と称する）が反応場に配されることとなる。
【０００３】
触媒を基材へ固定する技術として、触媒としての金属原子、または、触媒の前駆体としての金属原子の酸化物のスラリーを作製し、このスラリーを基材に塗布した後、加熱して焼結（または焼成）させることで、基材に触媒（金属原子）を固定させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１の技術を利用して、触媒を基材へ固定する場合、焼結（焼成）の際の温度を高くすれば、触媒を基材に強固に固定できる。しかし、温度が高すぎると、触媒の粒子同士が接着（融着）し、触媒の比表面積が減少する。触媒の機能（反応の促進効率）は、比表面積に比例することから、触媒の粒子同士が接着して比表面積が減少すると、触媒の機能が低下してしまう。つまり、触媒と基材の固定力と、触媒の比表面積（触媒の機能）とは、トレードオフの関係にある。
【０００６】
また、触媒の対象となる反応が吸熱反応である場合等、触媒構造体が配される反応場が常温（例えば、２５℃）より極めて高温（例えば、２００℃以上）に維持されることがある。この場合、触媒構造体が常時高温の雰囲気下に曝されることとなり、触媒構造体の使用を継続すると、触媒の粒子同士が接着して比表面積が減少し、触媒の機能が低下してしまう。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、粒子同士が接着して比表面積が減少した触媒に、簡易な処理を施すことで、触媒の比表面積を増加させることができ、触媒の機能を向上させることが可能な触媒の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の触媒の製造方法は、７７３Ｋ以上であって金属原子の融点の１／２の温度未満の予め定められた温度の環境下、および、露点温度が２３３Ｋ以下の環境下であって、還元剤として機能するガスの雰囲気下に、前記金属原子で構成される触媒の酸化物を曝す工程を含む。
【００１０】
また、前記還元剤として機能するガスの雰囲気下に、前記金属原子で構成される触媒の酸化物を曝す工程を遂行する前に、前記触媒の前駆体を酸化して、前記触媒の酸化物の連続層を形成する工程を遂行するとしてもよい。
【００１１】
また、前記触媒は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの群から選択される１または複数の金属原子で構成されるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、触媒の比表面積を増加させることができ、触媒の機能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】触媒の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】触媒の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
（触媒の製造方法）
図１は、触媒の製造方法を示すフローチャートであり、図２は、触媒の製造方法を説明するための図である。図１に示すように、触媒の製造方法は、塗布工程（Ｓ１１０）、乾燥工程（Ｓ１２０）、固定工程（Ｓ１３０）、酸化処理工程（Ｓ１４０）、還元処理工程（Ｓ１５０）を含む。以下、塗布工程Ｓ１１０、乾燥工程Ｓ１２０、固定工程Ｓ１３０、酸化処理工程Ｓ１４０、還元処理工程Ｓ１５０の各工程について詳述する。
【００１６】
（塗布工程Ｓ１１０）
図２（ａ）に示すように、塗布工程Ｓ１１０は、基材２１０の表面に、触媒（金属原子）の粒子２２０を含むスラリー２３０を塗布する工程である。
【００１７】
触媒は、対象となる反応によって適宜選択される金属原子である。下記反応式（１）に示すメタン（ＣＨ４）の水蒸気改質反応や下記反応式（２）に示すメタンのドライリフォーミング反応が対象となる場合、触媒は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）の群から選択される１または複数の金属原子である。
ＣＨ４  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ３Ｈ２  ＋  ＣＯ…反応式（１）
ＣＨ４  ＋  ＣＯ２  →  ２Ｈ２  ＋  ２ＣＯ…反応式（２）
【００１８】
また、基材２１０は、例えば、鉄、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）を主成分とする耐熱合金、例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の金属で構成される。
【００１９】
（乾燥工程Ｓ１２０）
乾燥工程Ｓ１２０は、スラリー２３０が塗布された基材２１０を乾燥させる工程である。乾燥工程Ｓ１２０を遂行することにより、スラリー２３０中の液体（例えば、水）を蒸発させることができ、触媒の粒子２２０を基材２１０の表面に配することが可能となる（図２（ｂ）参照）。
【００２０】
（固定工程Ｓ１３０）
固定工程Ｓ１３０は、乾燥工程Ｓ１２０で生成された、表面に触媒の粒子２２０が配された基材２１０を加熱して、触媒の粒子２２０を焼結して基材２１０に固定する工程である。固定工程Ｓ１３０を遂行することにより、触媒の粒子２２０を基材２１０に固定することができる。なお、この際、加熱によって、触媒の粒子２２０同士が接着して連続層２４０となる（図２（ｃ）参照）。したがって、連続層２４０は、固定工程Ｓ１３０を遂行する前（触媒の粒子２２０同士が接着する前）と比較して、触媒の比表面積が減少することとなる。
【００２１】
（酸化処理工程Ｓ１４０）
酸化処理工程Ｓ１４０は、連続層２４０（触媒の前駆体）を酸化して、触媒の酸化物の連続層（酸化物連続層２５０）を形成する工程である。具体的に説明すると、酸化処理工程Ｓ１４０では、連続層２４０を、酸化剤として機能するガス（例えば、酸素、または、酸素の混合気（空気））の雰囲気下（酸化剤雰囲気下）で、予め定められた第１所定時間、予め定められた第１所定温度で加熱する。ここで、第１所定時間は、例えば、１時間以上であり、第１所定温度は、例えば、７００℃〜８００℃である。酸化処理工程Ｓ１４０を遂行することにより、連続層２４０に酸素をドープすることができる（図２（ｄ）参照）。
【００２２】
（還元処理工程Ｓ１５０）
還元処理工程Ｓ１５０は、酸化物連続層２５０に還元処理を施す工程である。ここで、還元処理は、７７３Ｋ（５００℃）以上であって触媒（金属原子）の融点の１／２の温度未満の予め定められた温度の環境下、および、露点温度が２３３Ｋ（−４０℃）以下の環境下であって、還元剤として機能するガスの雰囲気下（還元剤雰囲気下）に、酸化物連続層２５０を曝すことである。
【００２３】
還元剤として機能するガスは、例えば、水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）である。酸化物連続層２５０を還元剤雰囲気下に曝すことにより、酸化物連続層２５０から酸素を脱離させる（引き抜く）ことができる。これにより、酸素の分だけ、粒子（原子）の大きさが小さくなる（縮む）。ここで、酸化物連続層２５０は、触媒の酸化物が接着して層となっているものであるため、粒子の大きさが小さくなると、接着している粒子同士に引張応力が生じ、触媒の連続層２６０に亀裂２６２が生じることとなる（図２（ｅ）参照）。このように亀裂２６２を生じさせることによって、触媒の連続層２６０の比表面積を増加させることができる。
【００２４】
また、還元反応は、平衡反応であり、還元剤として水素を利用した場合、生成物として水が生じる。そこで、酸化物連続層２５０を還元剤雰囲気下に曝す際に、露点温度が２３３Ｋ（−４０℃）以下の環境下とすることで、生成物（水）の量を低減することができ、還元反応を促進することが可能となる。これにより、還元反応を急激に進行させることができ、触媒の連続層２６０に多くの亀裂２６２を生じさせることが可能となる。
【００２５】
さらに、７７３Ｋ以上の環境下では、還元反応の反応効率が向上するものの、触媒（金属原子）の融点の１／２の温度（Ｋ）以上になると、触媒の粒子同士が接着を開始する。そこで、７７３Ｋ以上であって触媒（金属原子）の融点の１／２の温度未満の予め定められた温度（例えば、ニッケルの場合、（１４５５℃＋２７３℃）Ｋ／２＝８６４Ｋ、５９１℃））の環境下に曝すことにより、触媒の粒子同士の接着を抑制しつつ、還元反応を効率よく遂行することが可能となる。これにより、触媒の連続層２６０に、効率よく亀裂２６２を生じさせることが可能となる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態にかかる触媒の製造方法によれば、触媒の酸化物に、上記条件の還元処理を施すだけといった簡易な構成で、触媒の比表面積を増加させることができ、触媒の機能を向上させることが可能となる。
【００２７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２８】
例えば、上記実施形態の還元処理工程Ｓ１５０において、還元処理として、７７３Ｋ以上であって触媒（金属原子）の融点の１／２の温度未満の予め定められた温度の環境下、および、露点温度が２３３Ｋ（−４０℃）以下の環境下であって、還元剤として機能するガスの雰囲気下（還元剤雰囲気下）に、酸化物連続層２５０を曝すことを例に挙げて説明した。しかし、還元処理は、７７３Ｋ以上であって金属原子の融点の１／２の温度未満の予め定められた温度の環境下、および、露点温度が２３３Ｋ以下の環境下のいずれか一方の環境下であって、還元剤として機能するガスの雰囲気下に触媒の酸化物を曝すことであってもよい。
【００２９】
また、上記実施形態の触媒の製造方法において、塗布工程Ｓ１１０、乾燥工程Ｓ１２０、固定工程Ｓ１３０、酸化処理工程Ｓ１４０、還元処理工程Ｓ１５０をすべて遂行する構成を例に挙げて説明した。しかし、塗布工程Ｓ１１０、乾燥工程Ｓ１２０、固定工程Ｓ１３０、酸化処理工程Ｓ１４０は、必須の工程ではない。
【００３０】
例えば、触媒構造体が、常温より高温の反応場に配された状態で使用が継続され、触媒（触媒構造体）が劣化して、図２（ｃ）に示す状態になっている場合、酸化処理工程Ｓ１４０および還元処理工程Ｓ１５０を遂行すればよい。また、反応場の雰囲気が酸化雰囲気である等、劣化した触媒が、図２（ｄ）に示す状態になっている場合、還元処理工程Ｓ１５０のみを遂行すればよい。このように、劣化した触媒についても、還元処理工程Ｓ１５０のみ、または、酸化処理工程Ｓ１４０および還元処理工程Ｓ１５０を遂行することにより、触媒の比表面積を増加させることができ、触媒を再生（製造）することが可能となる。
【００３１】
また、上記実施形態において、固定工程Ｓ１３０を遂行する構成を例に挙げて説明した。しかし、固定工程Ｓ１３０を酸化剤雰囲気下で遂行する場合、固定工程Ｓ１３０は、酸化処理工程Ｓ１４０と実質的に等しい処理となるため、固定工程Ｓ１３０を省略してもよい。
【００３２】
また、上記実施形態の塗布工程Ｓ１１０において、触媒（金属原子）の粒子２２０を含むスラリー２３０を塗布する構成について説明した。しかし、触媒の粒子２２０に代えて、触媒の前駆体（酸化物）の粒子が分散されたスラリーを塗布してもよい。なお、この際、固定工程Ｓ１３０において焼成したときに酸素の脱離が無ければ、酸化処理工程Ｓ１４０を省略することもできる。
【００３３】
また、上記実施形態において、触媒を構成する金属原子として、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏを例に挙げて説明したが、これら以外の金属原子を利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、金属原子で構成される触媒の製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
Ｓ１４０  酸化処理工程
Ｓ１５０  還元処理工程
【図１】
0006303850.tif 000002
【図２】
0006303850.tif 000003