JPS6043175B2 - 金属触媒の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は金属触媒の製造方法に関し、特に原子力プラ
ントにおけるオフガス系の酸水素結合器に 、を−、
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〔発明の背景〕 従来、化学工業や原子カ工業などの多くの分野で排出
ガス、製品ガス中の不純物の除去用、あるいは製品の製
造用等に多種多様の触媒が使用されている。

これらの触媒には安価で性能が高いことと共に、機械的
強度の高いことが要求され、触媒の開発は主としてこれ
らの点を目的として進められている。 しかし、触媒の
性能は本質的には触媒金属によつて決定されるので、性
能向上のためには表面積を大にし、触媒金属の分散を良
くしなけれはならない。

このため、従来はアルミナ等のセラミックを担体とし、
これに触媒金属を担持した。いわゆるセラミック触媒が
使用されている。しかし、この種の触媒は、充填時また
は使用時に振動による触媒の摩耗により発生した触媒粉
末が系内に飛散し、そのため局部反応が起つたり、バル
ブなどの機器にトラブルの発生する危険性が大きく、ま
た・触媒自体も摩耗によつて性能が劣化する欠点があつ
た。これに代る触媒として耐摩耗性の大きい金属に触媒
金属を担持した金属触媒が用いられているが、金属触媒
は摩耗が生じないが、一般に性能が低く、触媒層がかな
り大きくなる欠点があつた。これらの欠点を除去、改良
するため、第１図に示したような金属触媒の製造工程に
より製造された金属触媒が提案されている。図において
、１，１０はそれぞれ金属担体、金属触媒を表わし、２
は酸処理工程、３はアルカリ処理工程、４は酸化工程、
５は仮焼工程、６は触媒金属塩担持工程、７は触媒金属
塩分解工程、８は水洗工程、９は乾燥工程である。一例
としてパラジウム触媒について述べる。金属担体１とし
てニッケル−アルミニウム合金製担体を用い、酸処理工
程２において表面のニッケルを溶解してアルミニウムを
露出させる。次に露出したアルミニウムをアルカリ処理
工程３において水酸化アルミニウムに変換した後、酸化
工程４と仮焼工程５においてγ−アルミナに変換させる
。ついで、触媒金属塩担持工程６において、塩化パラジ
ウム水溶液中に浸漬してアルミナ上に塩化パラジウムを
担持する。この後、触媒金属塩分解工程７において、約
６００℃に加熱して塩化パラジウムを分解し金属パラジ
ウムとした後、水洗工程８において塩素などの分解生成
物を水洗し、乾燥工程９において乾燥して金属触媒１０
としてパラジウム触媒を得られる。このような製造工程
を用いて調整された金属触媒１０の表面付近の断面を模
式的に示したのが第２図である。図で１１および１２は
それぞれ金属担体１を形成するニッケルおよびアルミニ
ウム、１３はニッケル１１の表面に露出したアルミニウ
ムから生成されたアルミナ、１４はパラジウムである。
すなわち、触媒活性を有するパラジウム１４がニッケル
１１の表面に露出したアルミナ１３上に担持され、ここ
で触媒反応が行なわれる。しかし、このような構造を有
する金属触媒１０においては、パラジウム１４は主とし
て表面に露出したアルミナ１３上に担持されているので
、金属担体表面の全てが利用されておらす、触媒活性の
向上はさほど期待できない。また、触媒金属の一部が直
接金属担体と接触しているので触媒金属の温度低下が大
きく、低温雰囲気ガス中においては、反応熱が触媒金属
に保持されず触媒活性が低い欠点があつた。またこのよ
うな触媒の製造工程は液中と気中処理を交互に組合わせ
た複雑なもので、製造時間が長く、かつ製品として得ら
れる触媒の性能もこれらの工程の条件変動によつて変る
ため、品質管理が困難であつた。〔発明の目的〕 本発明の目的は、容易に製造でき、かつ低温活性が優れ
、さらに触媒性能のばらつきも少ない原子力プラントに
おける酸水素再結合器用として好適な金属触媒の製造方
法を得ることにある。

〔発明の概要〕本発明の特徴は、金属担体上に触媒金属
を担持し、原子力プラントにおけるオフガス系の酸水素
再結合器に使用する金属触媒の製造方法において、前記
金属担体上にアルミニウム、チタン、ジルコニウム、ア
ンチモンよりなる群から選ばれた一種の金属からなる断
熱材層を該金属担体の全表面を被覆するごとく少なくと
もめつき法を含む方法で形成し、次にこの断熱材層を形
成している金属の表面に金属状態で触媒活性を有する触
媒金属を少なくともめつき法を含む方法で担持させ、次
に前記断熱材層を形成している金属とこの金属に担持さ
れた前記触媒金属とを同時に酸化処理し、その後酸化さ
れた前記触媒金属を還元処理することにある。

〔発明の実施例〕

本発明においては、金属担体と触媒金属との間に断熱材
層を被覆することによつて触媒金属の温度低下を防止し
、低温活性を向上している。

また、断熱材と触媒金属の被覆をめつき法によつて行な
うことにより、製造工程も簡略化している。以下、本発
明の実施例を具体的に説明する。第３図は本発明による
金属触媒の製造工程の一実施例を示すもので、２１およ
び３０はそれぞれ金属担体および金属触媒を示し、２２
は断熱材めつき工程、２３は触媒金属めつき工程、２４
は酸化工程、２５は還元工程を示している。第４図はこ
のような製造工程により得られた金属触媒の表面部の断
面を示すもので、３１は金属担体２１上に被覆されてい
る断熱材、３２は断熱材３１上に被覆されている触媒金
属てある。ここで、金属担体２１としては断熱材３１と
の導着性の良い金属を選定し、その形状は触媒の使用目
的に応じて、板状、網状、多孔性などのものを使用する
。

断熱材３１は触媒金属３２から金属担体２１への熱伝導
を防止するものであるので、耐熱伝導性の酸化物を生成
するアルミニウム、チタン、ジルコニウムおよびアンチ
モンなどが有効である。このうち特にアルミニウムは酸
化工程２４においてアルミナを生成し、断熱作用と共に
触媒金属の分散性を向上するので効果的である。触媒金
属は触媒の使用目的によつて、従来から使用されている
金属が用いられる。例えば、原子炉オフガス系の酸水素
ガス除去のためには、パラジウムや白金などが使用され
る。次に、原子炉オフガス中の酸水素ガスを除去するた
めの酸水素再結合用パラジウム触媒の製造方法を例にと
り、第３図にもとづき詳細に説明する。

金属触媒２１としてニッケルを用い、断熱材めつき工程
２２で断熱材３１としてアルミニウムを被覆する。この
断熱材３１のめつき工程２２は、アルミニウムを７００
〜８０σＣに加熱して溶融させた後、この中にニッケル
よりなる金属担体２１を浸漬し、いわゆる溶融めつき法
により行なわれる。この際のアルミニウムのめつき厚さ
は、アルミニウム溶融温度と浸漬時間を調整して１〜１
０μにする。次に触媒金属めつき工程２３では、触媒金
属３２としてパラジウムを用いる。パラジウムをめつき
する際には、パラジウムの結晶粒径を小にするため、め
つき電流密度を比較的大とする。一例をあげると、塩化
第一パラジウム、３．７ｙＩｅ１第二リン酸ナトリウム
１００９１ｆ１第二リン酸アンモニウム２０ｙＩｆ１安
息香酸２．５ｙＩ′の濃度組成のめつき浴中に、アルミ
ニウムがめつきされているニッケルから構成された金属
担体２１を陰極として入れ、電流を約０．３ＡＩｄｄて
通電してパラジウムを平均厚さ１〜１０μめつきする。
断熱材３１としてめつきされたアルミニウムとこのアル
ミニウム上にめつきされたパラジウムは、次の酸化工程
２４において酸素濃度２０ｖ０１％の窒素ガス雰囲気中
で約５００℃に加熱され酸化処理される。この処理によ
つてアルミニウムとパラジウムはそれぞれアルミナと酸
化パラジウムに変換される。次に還元工程２５で、これ
を例えば水素濃度１００Ｖ０１％の水素ガス中において
１５０℃以上に加熱して、還元処理する。この処理によ
つて酸化パラジウムのみがパラジウムに還元される。こ
のようにして製造されたパラジウム触媒は第４図のよう
に、触媒活性を有するパラジウムが、酸化工程２４にお
いて酸化生成した断熱材３１としてのアルミナを介して
、金属担体２１としてのニッケルの全面に担持された金
属触媒３０となる。このパラジウム触媒の水素転換比（
入口水素濃度／出口水素濃度）を従来の金属触媒ど比較
すると第５図のようになる。図の横軸には触媒層ガス温
度（℃）、縦軸には水素転換比がとつてあり、Ａが本発
明の場合、Ｂが従来の金属触媒の場合の測定結果を示し
ている。この図から明らかなように、Ａの場合の触媒活
性はＢの場合に比較して高く、かつ低温においても高い
水素転換比の得られることがわかる。これは第４図に示
す如く、金属担体２１であるニッケルの表面全体が有効
に利用され、またパラジウム触媒金属３２が金属担体２
１としてのニッケルに直接接触しておらず、パラジウム
触媒金属３２上で発生した反応熱の金属担体２１への移
動速度が小さいためである。また、第１図と第３図の触
媒製造工程の比較より明らかなように本発明の製造工程
が従来のそれに比して著しく簡略化され、製造時間ある
いは製造コストを大幅に低減できる。

一般に触媒の品質は各製造工程の条件の変動によつて左
右されるが、本発明の製造工程は簡略化されているため
製造むらも少なくなり、触媒の品質向上を計れる。さら
に、本発明方法により製造された金属触媒は、触媒活性
を向上できるので、触媒層をよりコンパクトにできる。
〔発明の効果〕 本発明によれば、金属状態の断熱材を金属担体にめつき
し、かつこの金属状態の断熱材上に触媒金属を金属状態
にめつきし、その後その両者を酸化するのて、断熱材上
に特殊なめつき法をとることなく極めて容易に触媒金属
をめつきでき、しかも断熱材への不純物の付着も少なく
なる。

したが．つて、本発明により得られた金属触媒は低温活
性が優れていると共に触媒金属を均一に維持することが
できるから触媒性能のばらつきの少ない金属触媒を製造
てきる効果がある。また本発明ては、金属担体と断熱材
、断熱材と）触媒金属がそれぞれ金属状態でめつきされ
、その後酸化されるので剥離することがないという効果
もある。

さらに、本発明によれば、酸化された触媒金属を還元処
理するので、酸化処理後に活性を失う触媒を使用できる
効果がある。特に、本発明により製造される金属触媒は
原子力プラントにおれるオフガス系の酸水素再結合器に
使用されるが、その再水素再結合器の使用時における温
度雰囲気は４００℃以下であるから還元された触媒金属
が使用時に酸化されることはなく、高い活性を維持した
状態て長期間使用できる４いう効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の金属触媒の製造工程図、第２図は従来の
金属触媒の表面部の断面模式図、第３図は本発明の金属
触媒の製造方法の基本工程を示す製造工程図、第４図は
本発明の金属触媒の表面部の断面図、第５図は本発明の
金属触媒の一実施例の触媒層ガス温度と水素転換比との
関係を従来の金属触媒との比較において示した特性図で
ある。 ２１・・・・・金属担体、４２２・・・・・・断熱材め
つき工程、２３・・・・・・触媒金属めつき工程、２４
・・・・・酸化工程、２５・・・・・還元工程、３０・
・・・・・金属触媒、３１・・・・・・断熱材、３２・
・・・・・触媒金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属担体上に触媒金属を担持し、原子力プラントお
   けるオフガス系の酸水素再結合器に使用する金属触媒の
   製造方法において、前記金属担体上にアルミニウム、チ
   タン、ジルコニウム、アンチモンよりなる群から選ばれ
   た一種の金属からなる断熱材層を該金属担体の全表面を
   被覆するごとく少なくともめつき法を含む方法で形成し
   、次にこの断熱材層を形成している金属の表面に金属状
   態で触媒活性を有する触媒金属を少なくともめつき法を
   含む方法で担持させ、次に前記断熱材層を形成している
   金属とこの金属に担持された前記触媒金属とを同時に酸
   化処理し、その後酸化された前記触媒金属を還元処理す
   ることを特徴とする金属触媒の製造方法。