(57)【要約】 【課題】  例えばアルマイト表面の触媒担持に好適で、安価な素材で触媒担持溶液を作製でき、母材を侵食することなく安全かつ確実に、しかも高精度かつ能率良く触媒担持できるとともに、触媒担持に供した触媒物質や触媒溶液を回収し、それらの再利用を図れる触媒の担持方法を提供すること。              【解決手段】  被処理部材１２の酸化皮膜を触媒物質を含む触媒担持溶液３１に接触させる。  前記酸化皮膜表面に触媒を担持させる触媒の担持方法であること。  前記触媒担持溶液３１を、触媒物質を含む炭酸水で形成する。  前記触媒担持溶液３１を、安価な素材である水に二酸化炭素を溶解して得られる炭酸水で作製し、これを容易かつ安価に作製する。  また、所定の酸性濃度に調製した炭酸水に触媒物質を安価かつ容易に溶解し、従来のように触媒物質を高価なアセトンやメタノ−ル等の有機溶媒に溶解させる不合理を解消し、かつ前記炭酸水によって酸化皮膜の侵食を防止して、安全かつ確実に触媒担持できる。【選択図】図３                                          
2005152744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理部材の酸化皮膜を触媒物質を含む触媒担持溶液に接触し、前記酸化皮膜表面に触媒を担持させる触媒の担持方法において、前記触媒担持溶液を、触媒物質を含む炭酸水で形成したことを特徴とする触媒の担持方法。
【請求項２】
前記触媒担持を高圧下で行なう請求項１記載の触媒の担持方法。
【請求項３】
前記炭酸水を高圧炭酸水とした請求項１記載の触媒の担持方法。
【請求項４】
前記高圧の触媒担持溶液を降圧して炭酸水と触媒物質に分離し、これらから二酸化炭素と触媒物質とを回収する請求項１記載の触媒の担持方法。
【請求項５】
前記炭酸水から分離した水を排水可能にする請求項１記載の触媒の担持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアルマイト表面の触媒担持に好適で、安価な素材で触媒担持溶液を作製でき、母材を侵食することなく安全かつ確実に、しかも高精度かつ効率良く触媒担持できるとともに、触媒担持に供した触媒物質や触媒溶液を回収し、それらの再利用を図れるようにした触媒の担持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排出ガスの浄化や臭気物質の捕獲手段として、被浄化ガスが流入する反応室の器壁をアルマイト処理し、そのアルマイト表面に触媒を担持させた、アルマイト触媒反応器が知られ、その触媒として、白金族金属およびその合金、金、パラジウム等の金属触媒が使用されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
このうち、パラジウムは塩化パラジウムから生成され、触媒効果が高いため良く使用されるが、水への溶解度が低く、また水溶液中では水和物を形成するため、触媒担持能力が低下する問題がある。
このため、パラジウムを通常はアセトンやエタノ−ル等の有機溶媒に溶解して、触媒担持するため、触媒担持溶液が高価になり、また塩化パラジウムを塩酸等の酸性溶液に溶解して、アルマイトに担持させる際、アルマイトを侵食してしまう等の問題があって採用できない。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−８０６２２号公報
【特許文献２】特開平１０−７３２２６号公報
【特許文献３】特開平１０−７３２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような問題を解決し、例えばアルマイト表面の触媒担持に好適で、安価な素材で触媒担持溶液を作製でき、母材を侵食することなく安全かつ確実に、しかも高精度かつ効率良く触媒担持できるとともに、触媒担持に供した触媒物質や触媒溶液を回収し、それらの再利用を図れるようにした触媒の担持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、被処理部材の酸化皮膜を触媒物質を含む触媒担持溶液に接触し、前記酸化皮膜表面に触媒を担持させる触媒の担持方法において、前記触媒担持溶液を、触媒物質を含む炭酸水で形成し、前記触媒担持溶液を、安価な素材である水に二酸化炭素を溶解して得られる炭酸水で作製し、これを容易かつ安価に作製し得るとともに、所定の酸性濃度に調製した炭酸水に触媒物質を安価かつ容易に溶解し、従来のように触媒物質を高価なアセトンやメタノ−ル等の有機溶媒に溶解させる不合理を解消し、かつ前記炭酸水によって酸化皮膜の侵食を防止し、安全かつ確実に触媒担持し得るようにしている。
【０００７】
請求項２の発明は、前記触媒担持を高圧下で行ない、触媒物質を酸化皮膜に高効率に浸透させ、触媒担持を高精度かつ能率良く行なわせ、触媒担持の品質の向上と生産性の向上を図るようにしている。
請求項３の発明は、前記炭酸水を高圧炭酸水とし、触媒担持溶液を所定の酸性濃度に速やかに調製し得るとともに、前記触媒担持の高圧環境を高圧炭酸水で形成することで、例えば超臨界二酸化炭素のみの高圧環境設定に比べ、比較的簡単に環境設定し得るようにしている。
【０００８】
請求項４の発明は、前記高圧の触媒担持溶液を降圧して炭酸水と触媒物質に分離し、これらから二酸化炭素と触媒物質とを回収するようにして、二酸化炭素と触媒物質との有効利用を図り、その合理化と生産性の向上を図るようにしている。
請求項５の発明は、前記炭酸水から分離した水を排水可能にし、中和設備などの特別な排水設備を要することなく、かつ環境汚染を心配することなく排水可能にしている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明は、触媒担持溶液を、触媒物質を含む炭酸水で形成するから、前記触媒担持溶液を、安価な素材である水に二酸化炭素を溶解して得られる炭酸水で作製でき、これを容易かつ安価に作製できるとともに、所定の酸性濃度に調製した炭酸水に触媒物質を安価かつ容易に溶解でき、従来のように触媒物質を高価なアセトンやメタノ−ル等の有機溶媒に溶解させる不合理を解消し、かつ前記炭酸水によって酸化皮膜の侵食を防止して、安全かつ確実に触媒担持することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、前記触媒担持を高圧下で行なうから、触媒物質を酸化皮膜に高効率に浸透させ、触媒担持を高精度かつ能率良く行なうことができ、触媒担持の品質の向上と生産性の向上を図ることができる。
請求項３の発明は、前記炭酸水を高圧炭酸水としたから、触媒担持溶液を所定の酸性濃度に速やかに調製できるとともに、前記触媒担持の高圧環境を高圧炭酸水で形成することによって、例えば超臨界二酸化炭素のみの高圧環境設定に比べ、比較的簡単に環境設定できる効果がある。
【００１１】
請求項４の発明は、前記高圧の触媒担持溶液を降圧して炭酸水と触媒物質に分離し、これらから二酸化炭素と触媒物質とを回収するようにしたから、二酸化炭素と触媒物質との有効利用を図れ、その合理化と生産性の向上を図ることができる。
請求項５の発明は、前記炭酸水から分離した水を排水可能にしたから、中和設備などの特別な排水設備を要することなく、かつ環境汚染を心配することなく排水することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を被処理部材であるアルミニウムの表面に、陽極酸化によってアルマイトを形成し、そのアルマイト表面に金属触媒であるパラジウムを担持する、図示の実施形態について説明すると、図１乃至図４において１は酸化皮膜形成装置を構成するステンレス鋼製の有底の電解槽で、その内面を塩化ビニル等でライニングしており、その上側に蓋体２が着脱可能に取り付けられ、電解槽１と蓋体２とで圧力容器を構成している。
【００１３】
前記電解槽１の上部周面に、水道水または蒸留水等の給水源３に連通する給水管４が接続され、該管４に開閉弁５が介挿されている。また、電解槽１の下部周面にガス導管６が接続され、該導管６の一端が高圧の二酸化炭素を収容したガス容器７に連通している。
図中、８，９はガス導管６に介挿した加圧ポンプと開閉弁、１０は電解槽１の周面に装着したヒ−タである。
【００１４】
実施形態では、前記加圧ポンプ８を介して、前記二酸化炭素を大気圧以上から超臨界圧７．４ＭＰａ以上に加圧可能にされ、その所定圧の二酸化炭素を電解槽１へ供給し、これに前記給水管４からの水を溶解させて、電解液１１である炭酸水（Ｈ２ＣＯ３）を生成可能にしている。
【００１５】
前記電解槽１の上部に、アルミニウム板からなる被処理部材１２と、鉛板等の陰極部材１３が吊り下げられ、これらは電源装置１４の正極と負極に接続されていて、これらが前記電解液１１中に浸漬可能にされている。図中、１５は電解槽１の底部に収容したスタ−ラ等の撹拌子である。
【００１６】
前記電解槽１の近接位置に圧力容器である貯留タンク１６が設置され、該タンク１６は前記電解槽１と同形かつ同大に構成され、その上部に蓋体１７が着脱可能に取り付けられ、その周面にヒ−タ１８が装着されている。
前記電解槽１と貯留タンク１６の下部に連通管１９が接続され、該管１９に開閉弁２０が介挿されている。
【００１７】
前記貯留タンク１６の上下部周面にリタ−ンパイプ２１，２２が接続され、それらの他端部が前記加圧ポンプ８と電解槽１の上部に接続され、該タンク１６で分解した水と二酸化炭素をそれぞれ還流可能にしている。
図中、２３，２４と２５，２６は、リタ−ンパイプ２１，２２に介挿したフィルタと開閉弁、２７，２８は電解槽１と貯留タンク１６の底部に接続した排出管で、それぞれ下水道に連通しており、これらの排出管２７，２８に開閉弁２９，３０が介挿されている。
【００１８】
３１は被処理部材１２の陽極酸化処理後、触媒担持処理前に電解槽１に収容した触媒担持溶液で、実施形態では触媒生成物である塩化パラジウム（ＰｄＣＬ２）の水溶液を使用しており、該触媒担持溶液３１と一緒に蒸留水３２を電解槽１に収容している。    
３３は触媒担持処理中、前記触媒担持溶液３１と蒸留水３２を収容した電解槽１に高圧二酸化炭素を供給して形成した高圧炭酸水で、実施形態では１０ＭＰａ、８０℃に形成している。
【００１９】
このように構成した酸化皮膜生成装置を兼ねる触媒担持装置によって、被処理部材１２に触媒を担持する場合は、先ず被処理部材１２の表面を陽極酸化する。
すなわち、被処理部材１２を予め脱脂および洗浄し、これを陰極部材１３と共に電解槽１の上部に吊り下げ、これらを電源装置１４に接続し、蓋体２を装着する。
この後、給水源３から電解槽１へ水を供給し、該水中に被処理部材１２と陰極部材１３とを浸漬したところで、ガス容器７から二酸化炭素を電解槽１へ供給し、該二酸化炭素を水に溶解して、電解液１１である炭酸水を形成する。この状況は図１のようである。
【００２０】
その際、加圧ポンプ８を介して前記二酸化炭素を少なくとも大気圧以上に加圧し、またヒ−タ１０を介して前記水を３０℃〜４０℃に加熱し、同時に撹拌子１５を作動して電解液１１を撹拌し、その酸性濃度と温度分布を一様化する。
そして、電解液１１の酸性濃度を陽極酸化皮膜形成に十分なＰＨ３〜４に形成したところで、被処理部材１２に正電流を通電し、被処理部材１２を電解液１１と酸化反応させ、その素地表面に陽極酸化皮膜を形成する。
【００２１】
被処理部材１２に陽極酸化皮膜を形成後、例えば開閉弁２０を開弁し、電解槽１内の電解液１１を貯留タンク１６へ移動し、前記使用後の電解液１１を貯留タンク１６に一時的に貯留するとともに、電解槽１の内部を降圧かつ空状態にする。
この場合、開閉弁２０の代わりに開閉弁２９を開弁し、処理後の電解液１１を下水へ排水することも可能である。そのようにしても、開閉弁２９を開弁によって電解液１１の圧力が低下し、水に対する二酸化炭素の溶解度が低下し、その酸性濃度が低下するから、排水による環境汚染等の心配がなく、特別な中和設備を要することなく処理できる。
【００２２】
この後、被処理部材１２と陰極部材１３とを電源装置１４から切り離し、これらを電解槽１から一旦回収し、電解槽１を水洗い等で清浄し乾燥後、該電解槽１に、触媒物質生成源である塩化パラジウム（ＰｄＣＬ２）の水溶液からなる所定量の触媒担持溶液３１を収容する。
そして、蓋体２を装着し、電解槽１の上部に酸化皮膜形成後の被処理部材１２を、電源装置１４から切り離して吊り下げる。
【００２３】
この状況の下で給水源３から蒸留水３２を電解槽１に供給し、該蒸留水３２に触媒担持溶液３１を混合するとともに、該蒸留水３２中に前記被処理部材１２を浸漬する。  
この状況は図２のようである。
【００２４】
この状況の下でガス容器７から二酸化炭素を電解槽１へ供給し、またヒ−タ１０を加熱して、前記二酸化炭素を蒸留水３２に溶解し、電解槽１内にＰＨ３程度の高圧炭酸水３３を生成する。
この場合、例えば前記貯留タンク１６内の電解液１１をヒ−タ１８で加熱し、該電解液１１を二酸化炭素と水に分解し、該二酸化炭素と水をリタ−ンパイプ２１，２２を介して加圧ポンプ８と電解槽１へ還流し、前記二酸化炭素を加圧ポンプ８で加圧して電解槽１へ供給すれば、それらの再利用を図れ、そのようにして貯留タンク１６を空状態にする。
【００２５】
このように実施形態では、高圧の二酸化炭素を蒸留水３２に溶解しているから、二酸化炭素の溶解度を大きく確保でき、所定濃度の炭酸水を速やかに得られ、この高圧炭酸水３３に塩化パラジウムが速やかに溶解して、触媒物質であるパラジウムによる触媒担持を行なう。
この状況は図３のようで、実施形態では電解槽１内を１０ＭＰａ、８０℃に設定し、この状況の下で被処理部材１２を高圧炭酸水３３に１２時間浸漬し、酸化皮膜上にパラジウムを触媒担持した。
【００２６】
このように、本発明は塩化パラジウムを高圧炭酸水３３に溶解し、従来のように塩化パラジウムをアセトンやエタノ−ル等の有機溶媒に溶解して触媒担持する不合理がないから、これを容易かつ安価に行なえ、前記触媒担持の生産性を向上できる。
しかも、前記炭酸水に酸化皮膜形成後の被処理部材１２を浸漬しても、酸化皮膜が侵食される心配がないから、前記触媒担持を安全に行なえる。
その際、被処理部材１２の酸化皮膜は、高圧炭酸水３３に長時間浸漬されて水和物が形成され、該水和物が酸化皮膜の細孔を閉塞して封孔処理し、または封孔処理と同様な作用を行なう。
【００２７】
一方、本発明は、触媒担持を高圧下で行なっているから、触媒物質が酸化皮膜に高効率に浸透し、触媒担持を高精度かつ能率良く行なえ、触媒担持の品質の向上と生産性の向上を図れる。
また、本発明は、前記炭酸水を高圧炭酸水としているから、触媒担持溶液を所定の酸性濃度に速やかに調製できるとともに、前記触媒担持の高圧環境を高圧炭酸水で形成することで、例えば超臨界二酸化炭素のみの高圧環境設定に比べ、比較的簡単に環境設定できる
【００２８】
この場合、前記炭酸水には塩化パラジウムに由来するＰｄ２＋やＣＬ−の他に、炭酸水に由来するＨ＋とＨＣＯ３−、ＣＯ３２−のイオンが存在するため、電解を用いた電解担持も可能である。
【００２９】
前記触媒担持後、開閉弁２０を開弁し、電解槽１内の電解液１１を貯留タンク１６へ移動し、該電解槽１の内部を常圧に降圧して空状態にし、触媒担持後の被処理部材１２、つまり触媒担体を回収可能にする。この状況は図４のようである。
また、貯留タンク１６内へ移動した使用液は、常圧に降圧されて触媒担持溶液３１と炭酸水に戻り、該炭酸水は水と二酸化炭素に分離し、このうち二酸化炭素はリタ−ンパイプ２１を介して再利用可能になり、また水は開閉弁３０を開弁し下水道へ排水することで、触媒担持溶液３１から触媒物質、つまりバナジウムが回収される。
【００３０】
このように、本発明は触媒担持に供した二酸化炭素と高価な触媒物質を回収し再利用できるから、この種の触媒担持を合理的かつ効率良く行なえ、その生産性を向上できる。
また、本発明は酸化皮膜形成装置をそのまま触媒担持に利用できるから、酸化皮膜形成装置を活用して、設備費の低減とその設置スペ−スのコンパクト化を図れる。
【００３１】
この後、前記回収した触媒担体を３００℃で３時間焼成し、硬質な触媒層を得た。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
このように本発明の触媒担持法は、安価な素材で触媒担持溶液を作製でき、母材を侵食することなく安全かつ確実に、しかも高精度かつ効率良く触媒担持できるとともに、触媒担持に供した触媒物質や触媒溶液を回収し、それらの再利用を図れることで、アルマイト表面の触媒担持に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に適用した陽極酸化皮膜形成装置を示す正面図である。
【図２】図１の装置を使用した触媒担持前の状況を示す正面図である。
【図３】図１の装置を使用した触媒担持中の状況を示す正面図である。
【図４】図１の装置を使用した触媒担持後の状況を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１２        被処理部材
３１        触媒担持溶液
３３        高圧炭酸水
【図１】
2005152744.tif 000003
【図２】
2005152744.tif 000004
【図３】
2005152744.tif 000005
【図４】
2005152744.tif 000006