JPS63283750A - 炭素繊維を担体とする触媒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は炭素繊維を担体とする触媒に関する。

（従来の技術） 従来、担持金属触媒はＰｔ−ＡＸ、０３触媒に代表され
るようｋ、金属を担体に高分散状に担持した触媒であり
、触媒燃焼、排ガス浄化反応、ＣＯの水素化反応、有機
化合物の水素化、脱水素等に用いられている。

炭素繊維化金属を担持させた触媒としては、触媒能を有
する金属を含浸、付着させ、得られた繊維を触媒として
使用することが知られている。また、担体として粒状ペ
レットやノ・ニカムタイプを用いた触媒も知られている
。

しかしながら、従来の触ＩｊＬＦｉ、活性金属を担体に
均−忙分散させることが困難であり、触媒の再現性や寿
命等に問題があった。

本発明者らは炭素源化合物および特定の遷移金属化合物
とを加熱して、熱分解、触媒反応させることｋよって、
細くかつ特異な構造を有する炭素繊維が得られることを
見出し、例えば、特開昭６０−２５１８２１号公報、特
開昭６１−１５２６００号公報、特開昭６１−１３２６
３０号に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者らは、さらｋこの炭素繊維を用いた触媒につい
て触媒の再現性や寿命の問題点を追究し、本発明を完成
するに至ったものである。

本発明の目的は再現性、寿命に優れた触媒を提供するこ
とｋある。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は金属成分を含有している気相成長法
炭素繊維を担体とする触媒である。

本発明において、気相成長法炭素ｌｉＲ碓とは、訳化水
素などの炭素源を、触媒の存在下に加熱して気相成長さ
せて作られる繊維状の炭素質の物質、これを粉砕したり
切断したりした種々の形態の炭素質物質、あるいは、こ
れらを加熱処理した炭素質または黒鉛質物質であり、本
発明でいう気相成長法炭素繊維は、電子顕微鏡で観察す
ると、芯の部分と、これを取巻く、−見して、年輪状の
炭素層からなる特異な形状の繊維及びこれが粉砕、破砕
などの加工を受けたものである。

本発明に用いる気相成長法炭素繊維の直径は、特に限定
されないが、直径が小さいほど比表面積が大きく、触媒
の単位重量当りの性能が高い傾向にある。また直径の小
さい担体を用いた場合、担体の熱容量が小さく、触媒表
面の熱が担体にうばわれないため、触媒の始動温度が低
下するという傾向がある。一般には０．０１μ〜５μ、
好ましくは０．０１μ〜０．５μ、％に０．０１μ〜０
．１μのものが好ましく用いられる。

本発明に用いる気相成長法炭素繊維のアスペクト比はｑ
＃１／Ｃ＠定されないが、担体の成形性や高い強度を必
要とする場合、１０以上のアスペクト比を有するものが
好ましく、ＩＶｊに１００〜１０７、最も好ましくは５
００〜１０７のアスペクト比を有するものが用いられる
。気相成長法炭素繊維は従来の炭素繊維に比較して優れ
た結晶性、配向性および高強度を有しているため、担体
に高い強度が必要な場合には特に安定して使用できる。

本発明において、気相成長法炭素繊維は、金属成分を繊
維中忙非常に微小な状態で均一に分散−含有している。

粒子状の金属成分が繊維中に存在していても、粒子状の
金属成分以外に非常に微小な状態で分散していればよく
、本発明の効果を失うものではな％Ａａここで、非常Ｖ
Ｃ微小な状態とは、例えば２０万倍に拡大して見ても粒
子と確認できないような状態を云い、少なくとも２０Ｘ
以下の微小な状態をいう。この内、原子状や分子状に近
い非常に微小な状態で金属成分を含有しているのが好ま
しく用いられる。

金属成分の金属としては、周期律表のＮａ族に属するＴ
１、Ｚｒ％ｌｌｆ、Ｖ　ａ族に属するＶ、Ｎｋ）、ａ？
ａ、％７ａ族Ｋ１４するＣｊｒ、Ｍｏ、ｉＦ、■ａ族に
属するＭｎ、　Ｔｃ％Ｒｅ、■族に属するＦｅ、　ｃｏ
、　Ｎｉ、Ｒｕ％Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、工ｒ、Ｐｔ、ｌｂ
族に属するｃｕ、　Ａｇ、　Ａｕ％ｌ　ｂ族に属するＺ
ｎ％Ｃｄ、Ｈｇ、１１１ｂ族に属するＡＩ、　ＧＥＬ、
　　Ｉｎ、　ＴＩ、　ＩＶ　ｂ族に属するＧｅ、ａｎ％
Ｐｂ、その他Ｖなどであり、これらの遷移金属は、繊維
生成の触媒として単体または化合物の形で裏道＃に存在
させるものであり、添加した遷移金属化合物の反応残渣
として繊維中に含有されるものも含まれる。一方、これ
らの金属以外の金属成分も繊維に含有させてもよい。例
えばＬｌ、Ｎａ％に、Ｏａ％Ｍｇなどのアルカリ金属、
′　　アルカリ土類金属、ｌｌｂ族のＡＩ、Ｂ、Ｉｙｂ
族の８１などを含有させることができる。これらは繊ｍ
ＪＩ！！造時に有機金属化合物（あるいは塩）、金属微
粒子、酸化物等の形で添加される。

含有する金属成分の金属としては、担持する触媒や用途
に応じて適宜選択されるが、一般には■族に属する金属
、特にＦｅ、Ｃｏ％Ｎ１が好ましく用いられる。

含有する金属成分のｔは担持する触媒や用途によって異
なるが、一般には肌００５〜１０重量％のものが用いら
れ、好ましくは０．０１〜５重量％、特ｋ　０．０５〜
３重量％のものが好ましく用いられる。金属成分を含有
している気相成長法炭素繊維を担体として用いることに
より、再現性、寿命に優れた触媒となる。

本発明において、金属成分を含有している気相成長法炭
素繊維に担持させる触媒は特に限定されず、公、知の触
媒を担持することができる。

本発明において炭素繊維に触媒を担持させる方法として
は、金属化合物の溶液を炭素繊維に含浸乾燥させる方法
、あるいは含浸の後に焼成する方法、炭素繊維の表面に
蒸着させる方法、触媒成分をフィルム状に形成させる方
法等、公知の方法が用いられ、担体表面で触媒の凝集や
ブリッジ現象を生じさせない方が好ましい。

本発明の触媒は、上記のように金属成分を含有している
気相成長法炭素繊維を担体とする事′ｆｒ：特徴として
いる。

（実施例） 以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１ アセチルアセトナト鉄とトルエンｅ１４００℃の加熱空
間に導入し、水素ガス存在下に浮遊状態で気相成長法炭
素繊維ｔ−Ｓ造し、直径０．０５〜０．１０μ、アスペ
クト比５００〜１０００、Ｆｅを０．２５重着％含有す
る炭素繊・維を得た。この繊維を透過型電子顕微鏡で２
０万倍にて観察したところ、金属成分の微粒子は殆んど
視られなかった。

一方、Ｘｉマイクロアナライデーで面分析を行ったとこ
ろ、繊維の全ての部分からＦｅが検出された。このこと
から、金属成分が非常に微小な状態で線維中に分散して
いることがわかった。金属成分を含有している、この炭
素繊維１．４０，９へ、ナフテン酸鉄のベンゼン溶液を
含浸−乾燥後、窒素雰囲気下６００℃で３時間加熱処理
して、Ｆｅを６．７０重量％含有及び担持した触媒を合
成した。

実施例２ 実施例１で得ら、れた触媒を石英管中に充てんし、６０
０℃に加熱後水素ガスを流して還元、活性化を行った。

次に水素ガス′Ｉ１．囲気のまま室温まで冷却した。

水素ガス雰囲気下、温度を室温から３００℃に昇温後、
水素ガスと御飯化炭素ガスとの混合ガス（ガス濃度１：
１）をガス速度：　ｅａｓｖ−１００００ｈｒ−１で２
時間通して、−酸化炭素の炭化水素への転化率を測定し
た。その後、水素ガス雰囲気下で室温まで冷却した。そ
の結果を第１表に示す。

実施例３〜７ 水素ガス雰囲気下、温度を室温から第１表に示す温度に
設定し、水素ガスと御飯化炭素ガスとの混合ガス（ガス
濃度１　：１　）ｔ−ガス速度：ＧＨ８Ｖ　−１０００
０ｈｒ−１で、第１表に示す時間通して、−酸化炭素の
炭化水素への転化率を測定し、その後、水素ガス雰囲気
で室温まで冷却した。その結果を第１表に示す。

比較例１ 特開昭５９−７６９２１号公報に記載されている方法１
−１先って直径約１０μ、長さ約３ＣＩｌＩの気相法炭
素繊維（気相成長法炭素繊維）ｔＵｔ造した。

この炭素繊維の元素分析を行ったところ、Ｆｅは０．０
０１重ｆｔ％以下であり、Ｆｅを殆んど含有していなか
った。また、Ｘ線マイクロアナライデーで面分析を行っ
たところ繊維からＦｅは検出されなかった。

この炭素繊維１．４０．９へ、ナフテン酸鉄のベンゼン
溶液を含浸−乾燥後、窒素雰囲気下６００℃で３時間加
熱処理して、Ｆｅを４．００重ｆ％担持した触媒を調整
した。

比較例２〜４ 比較例１で調整した触媒を、実施例２と同様にして還元
、活性化を行った。その後、温度、時間を第１表に示す
ように設定した以外は実施例３と同様に行い、−酸化炭
素の炭化水素への転化ａｔ測測定た。その結果を第１表
に示す。

（以下余白） （発明の効果） 本発明の触媒は、再現性や寿命に優れて、工業的に極め
て有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属成分を含有している気相成長法炭素繊維を担体とす
   る触媒