JP5279227B2 - 燃料改質反応用触媒及びこれを利用した水素の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料改質反応用触媒及びこれを利用した水素の製造方法に係り、さらに具体的には、低温で燃料の液相改質を通じて付加的なCO除去のための反応器がなくても高濃度の水素を生産し、反応性及び熱伝逹と物質伝達に優れて改善された活性を得ることができる燃料改質反応触媒とこれを利用した水素の製造方法に関する。
燃料電池は水素と酸素との反応に化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電系である。
前記のような燃料電池は、系を構成するために基本的にスタック、燃料処理装置(FP:fuel processor)、燃料タンク、燃料ポンプなどを具備する。スタックは燃料電池の本体を形成し、膜−電極接合体(MEA:membrane electrode assembly)とセパレータ(セパレータまたはバイポーラプレート)とから形成された単位セルが数個から数十個が積層された構造を持つ。燃料ポンプは、燃料タンク内の燃料を燃料処理装置に供給し、燃料処理装置は燃料を改質及び浄化して水素を発生させ、その水素をスタックに供給する。スタックでは前記水素を受けて酸素と電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる。
一般的に炭化水素から水素を生産する燃料処理装置では、脱硫工程、改質工程、及びCO除去工程が行われ、また前記CO除去工程は高温シフト反応、低温シフト反応、及びPROX(Preferential CO oxidation)反応からなる。
改質工程の改質器は、リフォーミング触媒を利用して燃料ガスとしてメタンのような炭化水素を改質する。ところが、このような改質反応は高温(600℃以上)で作動する改質器を必要とし、付加的に生成されたCOの除去のためにウォーターガスシフト(Water−Gas Shift:WGS)反応器、PROX反応器またはメタン化反応器のようないろいろな反応器が必要となる。したがって、燃料ガスとして炭化水素を使用する場合には、反応器の構成及び動作の簡便化が容易でなく、高温反応を必要とするために熱損失及び起動速度の制限が伴う。
前述した問題点を解決するために、燃料としてメタノールのような酸素化された炭化水素を使用する方法が提案された。
前記酸素化された炭化水素の改質工程触媒としては、主に銅(Cu)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)からなる触媒などが使われることが一般的である。
特許文献1では、燃料電池の水素を製造するための改質触媒として、ニッケルと、コバルト、パラジウム、ロジウム、ルテニウムのような金属を利用する方法が開示されている。
米国特許第6,436,354号明細書
しかしながら、特許文献1に記載の改質触媒では、燃料ガス改質反応性及び水素選択性が満足すべきレベルに到達できないため、改善の余地が多い、という問題があった。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、低温運転範囲で改質反応性及び水素選択性が改善された燃料改質反応用触媒及びこれを利用した水素の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択された一つ以上の活性成分Aと、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、タングステン(W)、クロム(Cr)、レニウム(Re)、コバルト(Co)、セリウム(Ce)及び鉄(Fe)からなる群から選択された一つ以上の金属、その酸化物、その合金またはその混合物である活性成分Bと、を含む金属触媒と;前記金属触媒が担持された担体と;を含有する燃料改質反応用触媒が提供される。
上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、燃料と、前述した燃料改質反応用触媒とを反応させて燃料改質反応を実施して水素を得る水素の製造方法が提供される。
本発明に係る燃料改質反応用触媒によれば、低温で活性が優秀であって水素選択性が改善される。したがって、このような触媒を利用すれば、燃料電池の燃料である水素を高純度に高い選択性で製造できる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明の燃料改質反応用触媒は、活性成分Aと活性成分Bとを含む金属触媒と、前記金属触媒が担持された担体と、を含有する。ここで、活性成分Aは、Pt、Pd、Ir、Rh、及びRuからなる群から選択された一つ以上の金属であり、活性成分Bは、Mo、V、W、Cr、Re、Co、Ce、及びFeからなる群から選択された一つ以上の金属、Mo、V、W、Cr、Re、Co、Ce、及びFeからなる群から選択された一つ以上の金属酸化物、その合金、またはその混合物である。
前記活性成分Bの含有量は、前記活性成分A 1質量部に対して0.1〜20質量部であることが望ましく、特に0.3〜10質量部であることがさらに望ましい。もし、活性成分Bの含有量が0.1質量部未満ならば、その含有量が少なくて改質反応への寄与効果が少なく、20質量部を超過すれば、過量使用によって使用量に比べて対改質反応への寄与効果が減少して望ましくない。
前記担体は、表面積が単位質量当たり10m〜1500m範囲の金属酸化物であり、Al、TiO、ZrO、SiO、YSZ(Yittria Stabilized Zirconia)、Al−SiOからなる群から選択された一つ以上であることが望ましい。そして、前記担体の含有量は、燃料改質反応触媒総質量100質量部を基準として50〜99質量部であることが望ましい。本発明において、担体は、活性成分を分散、固定化させる役割を有する。従って、担体の表面積が10m/g未満の場合、活性成分を高い分散度で分散させることが難しく、担体の表面積が1500m/gを超える場合、必要以上に表面積が広いため、担体表面積と分散度の相関関係が少なくなる。一般に、表面積が高い担体は高価であるため、本発明にて制限した表面積1500m/gを超える担体の使用は不要である。また、担体の含量の50質量部未満の場合、担体の使用が活性成分に比べてあまりにも少ないため、高い分散度を得ることが難しく、99質量部を越える場合、活性成分に対する担体の含量が多くなって望ましくない。
本発明による金属触媒において、活性成分Aの含有量は、燃料ガス改質反応触媒総質量100質量部を基準として0.1〜30質量部であることが望ましい。もし、活性成分Aの含有量が0.1質量部未満ならば、活性成分の微量使用によって改質反応への寄与効果が少なく、30質量部を超過すれば、過量使用によって活性成分の担体内分布の調節が容易でなく、使用量に比べて改質反応への寄与効果が低下して望ましくない。
本発明による金属触媒は、前述した活性成分A及び活性成分B以外にアルカリ金属及びアルカリ土類金属の中から選択された一つ以上から選択された活性成分Cをさらに含むことができる。
前記活性成分Cの具体的な例としては、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Mg、Baからなる群から選択された一つ以上を挙げることができる。このような活性成分Cをさらに付加して作った金属触媒は燃料改質反応性が増大する利点がある。
本発明において、前記活性成分Cの含有量は、前記活性成分A 1質量部に対して0.01〜10質量部であることが望ましい。もし、前記活性成分Cの含有量が0.01質量部未満ならば、改質反応性増大に効果が微小であり、10質量部を超過すれば、使用量対比の寄与効果面で望ましくない。
本発明において、前記触媒としては、白金、モリブデン及び酸化モリブデンのうち選択された一つ以上からなる金属触媒とTiO担体とを含む系;白金、モリブデン及び酸化モリブデンのうち選択された一つ以上からなる金属触媒とZrO担体とを含む系;白金、モリブデン及び酸化モリブデンのうち選択された一つ以上からなる金属触媒とYSZ担体とを含む系;白金、モリブデン及び酸化モリブデンのうち選択された一つ以上からなる金属触媒とAl担体とを含む系;または白金、モリブデン及び酸化モリブデンのうち選択された一つ以上、カリウムからなる金属触媒とTiO担体とを含む系であることが望ましい。
本発明による触媒は、特に白金、酸化モリブデンとからなる金属触媒と、TiO担体とを含む系(Pt−Moオキサイド/TiO);白金、酸化モリブデンからなる金属触媒と、ZrO担体とを含む系(Pt−Moオキサイド/ZrO);白金、酸化モリブデンからなる金属触媒と、YSZ担体とを含む系(Pt−Moオキサイド/YSZ);白金、酸化モリブデンからなる金属触媒と、Al担体とを含む系(Pt−Moオキサイド/Al);または白金、酸化モリブデン、カリウムからなる金属触媒とTiO担体とを含む系(Pt−Moオキサイド−K/TiO)であることが望ましい。
前記のような本発明の燃料改質反応用触媒を利用して、低温400℃以下、特に60〜250℃でメタノールのような燃料の下記反応式1で示された液相改質反応を実施する場合、メタノールの下記反応式2で示された脱水素化反応温度と、ウォーターガスシフト反応を通じた下記反応式3の熱力学的CO転換の温度範囲が符合して、付加的なCO除去のためのウォーターガスシフト反応器を使用しなくても高濃度の水素を生産できる。
CHOH+H →CO+3H ・・・(反応式1)
CHOH→CO+2H ・・・(反応式2)
CO+H →CO ・・・(反応式3)
本発明による触媒は、担体に活性成分を担持させる場合にはいろいろ方法を使用できる。例えば、蒸着沈殿法、共沈法、含浸法、スパッタリング、気相グラフティング、液相グラフティング、初期含浸法など当業界に周知の多様な方法を使用できる。
添付された図面を参照して本発明の一実施形態による燃料ガス改質反応のための触媒用担体の製造方法を説明すれば、次の通りである。
図1Aは、Pt−Moオキサイド/担体からなる触媒の製造工程を示すものである。
まず、チタニアのような触媒担体にMo前駆体を湿式含浸し、これを乾燥及び熱処理してMoオキサイド/担体からなる触媒を得る。
前記Mo前駆体としては、モリブデン酸アンモニウム、塩化モリブデン、酢酸モリブデンなどを使用し、前記湿式含浸時に溶媒としては蒸留水を使用し、その含有量はMo前駆体1質量部を基準として10〜5000質量部であることが望ましい。
前記乾燥工程は60℃〜100℃で行われ、前記熱処理工程は300〜700℃で行われることが望ましい。もし、熱処理工程の温度が300℃未満である場合にはMoなど活性成分Bの焼成が完全でなく、700℃を超過すれば、必要以上の温度で焼成を進めるようになって望ましくない。
前記Moオキサイド/担体からなる触媒にPt前駆体を湿式含浸し、これを乾燥及び熱処理してPt−Moオキサイド/担体からなる触媒を得る。
前記Pt前駆体としては、テトラクロロ白金酸カリウム(KPtCl)、硝酸テトラアンミン白金(Pt(NO(NH )、塩化白金酸(HPtCl)、二塩化白金(PtCl)などを使用して、前記湿式含浸時に溶媒としては蒸留水を使用し、その含有量はPt前駆体1質量部を基準として10〜5000質量部であることが望ましい。
前記乾燥工程は、60℃〜100℃で行われ、前記熱処理工程は、200〜600℃で行われることが望ましい。もし、熱処理工程の温度が200℃未満の場合には活性触媒成分の焼成が完全でなく、600℃を超過すれば必要以上の温度で焼成を進めて望ましくない。
前記熱処理過程でPt−Moオキサイド/担体からなる触媒で、酸化モリブデン単独で存在してもよく、酸化モリブデンが一部還元された結果物で存在してもよく、モリブデンで存在してもよい。または前述した物質の混合物状態で存在することもある。
金属触媒がPt−Moオキサイド以外にカリウムをさらに含有する場合の触媒を製造する過程は図1Bの通りである。
Moオキサイド/担体からなる触媒の製造過程は、図1Aに示した通りである。
前記Moオキサイド/担体からなる触媒にPt前駆体とK前駆体とを湿式含浸し、これを乾燥及び熱処理してPt−Moオキサイド−K/担体からなる触媒を得る。
前記K前駆体は、塩化カリウム(KCl)、炭酸カリウム(KCO)、水酸化カリウム(KOH)などを使用し、前記湿式含浸時に溶媒としては蒸留水を使用し、その含有量は、Pt前駆体1質量部を基準として10〜5000質量部であることが望ましい。
前記熱処理工程は、Pt−Moオキサイド/担体からなる触媒を製造する場合と同様に、200〜600℃で行われることが望ましい。
本発明の一実施形態による触媒製造方法において、Pt前駆体、Mo前駆体及びK前駆体は、最終的に得た金属触媒で前述した活性成分A、活性成分B、活性成分Cの混合比を満たすようにその含有量が使われる。
図2は、まず担体として使われる高表面積のYSZ(Yttria stabilized zircornia:安定化ジルコニア)を製造し、これを利用してPt−Moオキサイド/YSZを製造する工程を示したものである。
これを参照すれば、まずY前駆体を酸及び溶媒と混合して混合物Aを得る。
これと別途にZr前駆体を酸及び溶媒と混合して混合物Bを得る。
前記Y前駆体としては、Y(NO・6HOなどを使用し、前記Zr前駆体としては、ZrO(NOなどを使用する。
前記混合物A及び混合物Bの製造時に利用される酸としては、クエン酸、酢酸、プロピオン酸などを使用し、前記溶媒としては、エチレングリコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどを使用する。ここで酸の含有量は、Y前駆体またはZr前駆体1質量部を基準として2〜20質量部であり、前記溶媒の含有量は、Y前駆体またはZr前駆体1質量部を基準として10〜80質量部であることが望ましい。
前記混合物Aと混合物Bとを混合及び加熱してから、これを焼成処理してYSZを得る。このように得たYSZは、表面積が20〜1500m/g範囲で触媒担持能力が優秀である。
前記加熱は150〜300℃で行われ、前記焼成処理は、400〜600℃で行われることが望ましく、特に約500℃で4時間実施することが望ましい。
前記過程によって得たYSZに、図1に説明された方法と同じ条件でMo前駆体を湿式含浸し、これを乾燥及び熱処理してMoオキサイド/YSZを得る。次いで、Moオキサイド/YSZにPt前駆体を湿式含浸し、これを乾燥及び熱処理してPt−Moオキサイド/YSZを得る。
以下、前記のような燃料改質反応用触媒を利用した水素の製造方法及び前記触媒を含む本発明の燃料処理装置について説明する。
本発明の燃料改質反応用触媒を含む改質装置を製造し、前記改質装置を備える燃料処理装置を利用した燃料ガスの改質反応を低温、特に60〜250℃で実施して、付加的なCO除去のためのウォーターガスシフト反応器がなくても、目的とする燃料ガスである水素を製造可能になる。
前記燃料は、酸化された炭化水素であり、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、ホルムアルデヒド、ギ酸メチル、ギ酸またはその混合物を使用でき、特にメタノールを使用することが望ましいが、その理由は、メタノールが液体燃料として使用しやすくて入手が容易であり、他の燃料に比べて環境汚染が少ないという長所があり、メタノールの気相改質反応の熱力学的な最適温度範囲は200〜300℃であるが、WGS反応の最適温度と一致してWGS及びPROX反応器の付加的使用なしに改質器一つでCOのほとんどない高純度の水素を製造でき、反応器構成が簡単で、低温反応による熱損失及び作動時間が短縮可能であるという利点がある。
本発明において、前記燃料にアルカリ金属またはアルカリ土類金属含有塩がさらに付加されうる。前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属含有塩としては、塩化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウムからなる群から選択された一つ以上を使用する。
前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属含有塩の含有量は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属含有塩と燃料ガスとの総質量100質量部を基準として0.5〜20質量部を使用する。
このように燃料ガスに塩化カリウム、炭酸カリウムのようなカリウム前駆体を付加すれば、活性成分Cとしてカリウムを含有する3成分金属触媒が得られる。
本発明において、液相改質反応の適用温度は400℃以下、特に60〜250℃で、圧力条件は、各温度条件で反応物が液相の状態を維持できる圧力以上が望ましい。
以下、具体的な実施例及び比較例で本発明の構成及び効果をより詳細に説明するが、これら実施例は単に本発明をより明確に理解させるためのものであり、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
<実施例1>
TiO粉末10gにMo前駆体である(NHMo24・HO 1.37gを水100mlに溶かした水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で4時間空気雰囲気下で乾燥した。前記結果物は400℃で4時間空気雰囲気下で熱処理して、モリブデン酸化物がチタニア担体に担持された触媒を得た。
前記触媒にPt前駆体であるPt(NH(NO 1.05gを水100mlに溶かした前駆体水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で空気雰囲気下で4時間乾燥した。次いで、これを空気雰囲気下で300℃で4時間熱処理してPt−Moオキサイド/TiO触媒を得た。
前記製造された触媒を利用してメタノール改質反応を実施して、水素生成率及び生成物の組成を評価した。メタノール改質反応は、メタノールと水とを20:80の重量比で混合した燃料40gと触媒0.5gとを、総体積が60cmである反応器に入れて密閉した後、反応器温度を150℃または190℃に上昇させた後、経時的な圧力変化を観察して実施した。前記温度で2時間反応を実施して得られた圧力変化に基づいて総生成物の体積を計算し、ガス分析を通じて生成物中の水素の比率と総生成気体量との積で、単位時間当り生産された水素の量を計算した。ガス分析器を通じて生成物中のCO含有は計測されず、ガス分析器のCO分析能を考慮する時に、生成物中のCO濃度は0.5%以下と判明された。
<実施例2>
TiO粉末10gの代わりにYSZ粉末10gを使用したことを除いては、実施例1と同じ方法によって実施してPt−Moオキサイド/YSZ触媒を得て、改質反応による水素生成率を得た。
<実施例3>
Pt前駆体及びMo前駆体の含有量をそれぞれ1.6g及び6.6gに変化させたことを除いては、実施例1と同じ方法によって実施してPt−Moオキサイド/TiO触媒を得て改質反応による水素生成率を得た。
<実施例4>
Y(NO・6HO 1.98gをクエン酸10.88g及びエチレングリコール12.86gの混合溶液に溶かした後、これを、ZrO(NO 12.11g、クエン酸110.05g及びエチレングリコール130.03gの混合溶液に添加した後、2時間100℃の温度で攪拌した後、200℃の温度で5時間加熱した。前記混合物を空気雰囲気で500℃の温度で4時間焼成させてYSZ担持体を製造した。
YSZ複合酸化物10gにMo前駆体である(NHMo24・4HO 1.37gを水100mlに溶かした水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で4時間空気雰囲気下で乾燥した。前記結果物は、400℃で4時間を空気雰囲気下で熱処理して、モリブデン酸化物がチタニア担体に担持された触媒を得た。
前記触媒にPt前駆体であるPt(NH(NO 1.05gを水100mlに溶かした前駆体水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で空気雰囲気下で4時間乾燥した。次いで、これを空気雰囲気下で300℃で4時間熱処理してPt−Moオキサイド/YSZ触媒を得た。改質反応による水素生成率は、実施例1で提示した同じ方法で得た。
<実施例5>
TiO粉末10gにMo前駆体である(NHMo24・4HO 1.37gを水100mlに溶かした水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器(Rotary evaporator)を使用して乾燥させた後、110℃で4時間空気雰囲気下で乾燥した。前記結果物は、400℃で4時間空気雰囲気下で熱処理して、モリブデン酸化物がチタニア担体に担持された触媒を得た。
前記触媒にPt前駆体であるHPtCl 1.40gと、K前駆体であるKCO0.40gとを水100mlに溶かした前駆体水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で空気雰囲気下で4時間乾燥した。次いで、これを空気雰囲気下で300℃で4時間熱処理してPt−Moオキサイド−K/TiO触媒を得た。改質反応による水素生成率は実施例1で提示した同じ方法で得た。
<実施例6>
K前駆体の含有量を0.80g使用したことを除いては、実施例5と同じ方法によって実施してPt−Moオキサイド−K/TiO 触媒を得た。改質反応による水素生成率は、実施例1で提示した同じ方法で得た。
<実施例7>
TiO粉末10gにMo前駆体である(NHMo24・4HO 1.37gを水100mlに溶かした水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で4時間空気雰囲気下で乾燥した。前記結果物は、400℃で4時間空気雰囲気下で熱処理して、モリブデン酸化物がチタニア担体に担持された触媒を得た。
前記触媒にPt前駆体であるHPtCl 1.40gを水100mlに溶かした前駆体水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で空気雰囲気下で4時間乾燥した。次いで、これを空気雰囲気下で300℃で4時間熱処理して、Pt−Moオキサイド/TiO触媒を得た。前記製造された触媒を利用してメタノール改質反応を実施して、水素生成率及び生成物の組成を評価した。メタノール改質反応は、メタノールと水とを20:80の重量比で混合した燃料40gにKCO 0.02gを溶かした後、これに触媒0.5gを付加し、これを総体積が60cmである反応器に共に入れて密閉した後、反応器温度を150℃または190℃に上昇させた後、経時的な圧力変化を観察して実施した。前記温度で2時間反応を実施して得られた圧力変化に基づいて総生成物の体積を計算し、ガス分析を通じて生成物中の水素の比率と総生成気体量との積で単位時間当り生産された水素の量を計算した。
<比較例1>
商用Pt触媒であって、Al担体にPt 0.3重量%で担持されている触媒である。改質反応による水素生成率は実施例1で提示した同じ方法で得た。
<比較例2>
商用Cu触媒であって、Al担体にCu重量比で30wt%以上担持されている触媒である。改質反応による水素生成率は、実施例1と同じ方法によって実施して得た。
<比較例3>
Al粉末10gにPt前駆体であるPt(NH(NO 0.2gを水100mlに溶かした前駆体水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で空気雰囲気下で4時間乾燥した。次いで、これを空気雰囲気下で300℃で4時間熱処理して、Pt/Al触媒を得た。改質反応による水素生成率は、実施例1で提示したところと同じ方法で得た。
<比較例4>
Pt前駆体含有量が1.05gであることを除いては、比較例3と同じ方法によって実施して、Pt/Al触媒を得た。改質反応による水素生成率は、実施例1で提示した同じ方法で得た。
<比較例5>
TiO粉末10gにPt前駆体であるPt(NH(NO 1.05gを水100mlに溶かした前駆体水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で空気雰囲気下で4時間乾燥した。次いで、これを空気雰囲気下で300℃で4時間熱処理してPt/TiO触媒を得た。改質反応による水素生成率は、実施例1で提示した同じ方法で得た。
<比較例6>
TiO粉末10gにNi前駆体であるNi(NO・6HO 0.53gとPt前駆体であるPt(NH(NO 1.13gとを水100mlに溶かした水溶液を付加し、これを60℃で10時間攪拌した。前記結果物を60℃で回転式蒸発器を使用して乾燥させた後、110℃で空気雰囲気下で4時間乾燥した。次いで、これを空気雰囲気下で300℃で4時間熱処理してPt−Ni/TiO触媒を得た。改質反応による水素生成率は、実施例1で提示したことと同じ方法で得た。
Figure 0005279227
前記表1で、Moは酸化モリブデンを略称したものである。
Figure 0005279227
前記表1及び表2から、実施例1から7による触媒を利用した場合、比較例1から6の場合と比較して水素反応活性に優れ、特に低温で水素に対する反応活性が改善されるということが分かった。
すなわち、実施例と比較例1−5とを比較すると、上述した活性成分A(Pt,Pd,Ir,Rh,Ru)に加えて活性成分Bを添加する場合、改質反応の反応性が顕著に増加していることが分かる。活性成分Bとして、Mo,V,W,Cr,Re,Co,Feが挙げられるが、このような成分は、反応性向上に寄与し、CO転換を有利にして高い水素選択性を有するようになるものと考えられる。また、比較例6を見ると、本発明の活性成分Bとしては含まれないNiを添加したPt‐Ni触媒の場合、その反応性が低いことが分かる。
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、本発明はかかる例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内において、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。
本発明は、燃料電池関連の技術分野に好適に用いられる。
本発明の一実施形態によるPt−Moオキサイド/担体からなる触媒の製造工程を示す図面である。 本発明の一実施形態によるPt−Moオキサイド−K/担体からなる触媒の製造工程を示す図面である。 本発明の一実施形態によるPt−Moオキサイド/YSZを製造する工程を示す図面である。

Claims (15)

  1. 白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択された一つ以上の活性成分Aと、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、タングステン(W)、クロム(Cr)、レニウム(Re)、コバルト(Co)、セリウム(Ce)及び鉄(Fe)からなる群から選択された一つ以上の金属、その酸化物、その合金またはその混合物である活性成分Bと、アルカリ金属から選択された一つ以上の活性成分Cを含む金属触媒と;
    前記金属触媒が担持されたAl、TiO、ZrO、SiO、YSZ、Al−SiO、CeOからなる群から選択された一つ以上の担体と;
    を含有することを特徴とする、燃料改質反応用触媒。
  2. 前記活性成分Cは、アルカリ土類金属のうちから選択された一つ以上の元素をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の燃料改質反応用触媒。
  3. 前記活性成分Cは、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、バリウム(Ba)からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項2に記載の燃料改質反応用触媒。
  4. 前記活性成分Cの含有量は、前記活性成分A 1質量部に対して0.01〜10質量部であることを特徴とする請求項3に記載の燃料改質反応用触媒。
  5. 前記金属触媒の活性成分Aは白金(Pt)であり、前記活性成分Bは酸化モリブデンであることを特徴とする、請求項1に記載の燃料改質反応用触媒。
  6. 前記金属触媒の活性成分Aは白金(Pt)であり、前記活性成分Bは酸化モリブデンであり、前記活性成分Cはカリウム(K)であることを特徴とする、請求項2に記載の燃料改質反応用触媒。
  7. 前記活性成分Bの含有量は、前記活性成分A 1質量部に対して0.1〜20質量部であることを特徴とする請求項1に記載の燃料改質反応用触媒。
  8. 前記活性成分Aの含有量は、燃料ガス改質反応触媒総質量100質量部を基準として0.1〜30質量部であることを特徴とする請求項1に記載の燃料改質反応用触媒。
  9. 前記担体の含有量は、燃料ガス改質反応触媒総質量100質量部を基準として50〜99質量部であることを特徴とする請求項1に記載の燃料改質反応用触媒。
  10. 前記触媒は白金とモリブデンとカリウムとからなる金属触媒と、TiO担体とを含む触媒であることを特徴とする、請求項1に記載の燃料改質反応用触媒。
  11. 燃料と、請求項1から10のうちいずれか1項に記載の燃料改質反応用触媒とを反応させて燃料改質反応を行って水素を得ることを特徴とする、水素の製造方法。
  12. 前記燃料改質反応は、60〜250℃の温度で液相において行われることを特徴とする、請求項11に記載の水素の製造方法。
  13. 前記燃料は、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、ホルムアルデヒド、ギ酸メチル及びギ酸からなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項11に記載の水素の製造方法。
  14. 前記燃料であるメタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、ホルムアルデヒド、ギ酸メチル及びギ酸からなる群から選択された一つ以上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属含有塩がさらに添加されたことを特徴とする、請求項11に記載の水素の製造方法。
  15. 前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属含有塩は、塩化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、塩化カリウム及び炭酸カリウムからなる群から選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項14に記載の水素の製造方法。
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