· 工場排気ガス中に存在する有害な揮発性有機化合物を酸化して除去を可能にする新たな白金-アルミナ触媒が開発されている。 · 反応温度は、現在の反応温度より100℃低くなります。 · 触媒の熱抵抗は約200℃高く、高温でも劣化はありません。 概要 サステナブルマテリアル研究部門（守中村、ディレクター）と高度の高度焼結技術グループ（浩二渡、グループリーダー）のメソ多孔質セラミックスグループ（浩司田尻、グループリーダー）の俊彦大崎、主任研究員、一緒に日本ガイシ株式会社（俊松下、代表取締役社長）との製造研究所（秀人Mitome、ディレクター）、産業技術総合研究所（産総研、吉川弘之、ディレクター）からの両方は、、非常に多孔質の開発に成功している高効率と相まって、高温耐性の特性を持つ工業用排気ガスpurificatorsで使用する（図1）のための白金-アルミナ触媒。 この触媒の反応温度は、現在使用中の触媒の反応温度より100℃低くなり、熱抵抗は約200℃に改善されていますこの触媒の特徴は、一緒に出発原料として低コストの水酸化アルミニウムの使用、およびそのような凍結乾燥など低コストで単純なプロセスの実装と、そのアプリケーションの普及につながる。  図1 新しい触媒の応用  図2 白金-アルミナ触媒冷却ゲル（直径18 mm、長さ23 mm）を 研究の背景 工場の廃ガスに含まれている白金やアルミナでサポートされている他の貴金属の粒子がVOC（揮発性有機化合物）の酸化によって除去するために使用されているを含む触媒。伝統的に、これらの触媒は容易に貴金属粒子をサポートするために、含浸法により調製されている。しかし、この方法には欠点として、貴金属の低い分散性および粒径の非均質性を持っています。また、温度が触媒反応の間に数百度に達すると、表面積は、粒子の焼結によって低減されます。その結果、触媒活性が低下し、寿命は（図3）に短縮されます。  図3 現在、新技術の比較 研究の経緯 2005年までの会計年度2003年の間に、産総研と日本ガイシは、（"ファンドのシステムにマッチする"）のコスト負担の共有のシステムに基づいて"、低環境負荷プロセスの研究"共同研究プロジェクトを実施。この研究の一環として、セラミックスの焼成中に生じるVOCガスの浄化のための高効率触媒の開発が進められている。 VOCガスは、セラミックスの製造中に混入ポリマーバインダーの燃焼によって生成されます。 研究の説明 産総研で開発した高度に多孔質材料の製造のための技術に基づいて、均一な白金-アルミナゲルのための新しい処理方法は（図3）凍結乾燥は、このゲルを乾燥するため、低コストでシンプルなプロセスとして選択して、に焦点を当てていた。 結果として、だけでなく、達成高温での触媒活性と耐久性の改善であったが、高耐久性の特性（図2）を持つ新しい高度に多孔性の白金-アルミナセラミック体を製造することも可能であった。材料が低温凍結乾燥を経て製造されているとして、それは"白金-アルミナの冷却ゲル"と呼ばれています ベーマイトゾル、低コストの水酸化アルミニウムは、この冷却ゲル触媒の出発物質である。ゾルにプラチナのソースを追加するときに、シュウ酸やマロン酸などのキレート剤の使用、白金黒の析出の抑制に貢献し、そして超微細な白金粒子の均一な分散液の製造、白金イオンを保護します。凍結乾燥プロセスが湿ったゲルの置換などで溶剤を使用せずに行われるように、貴重な金属イオンのオーバーフローがない。 酸化によって大気中のメタンの除去は、製造冷却ゲル触媒の効率を評価するために実施した。図4に示すように、それは現在の触媒に比べて約100℃より低い反応温度で十分な除去を達成することが可能です。  白金-アルミナ触媒では 図4。 メタン酸化活性 最近まで、それは伝統的な製造方法を用いて耐熱性の触媒を得ることができませんでした、と白金の超微粒子の焼結が発生しました。サイズで（図5）：冷却ゲル触媒の場合には約1nm（1 / 109メートル1ナノメートル）の白金粒子の均一な分布がある。それは、冷却ゲルキャリアと超微細白金粒子の間に強い相互作用が触媒に熱抵抗の特性を付与する、微粒子の焼結を妨げると考えられている。この超微細構造も決定することができることであって、低温で効率的に触媒反応が進行。  図5。 プラチナ-アルミナの冷却ゲルに超微細な白金粒子。プラチナの5重量％、黒い斑点は、超微細な白金粒子には直径1ナノメートルに対応する。 焼成温度に応じてアルミナ冷却ゲル粒子の表面積に変化を図6に示されています。それはアルミナ冷却ゲルは、高い熱抵抗の特性を示すことが明らかであるのに対し、市販のアルミナの表面積は、焼成時に急激に減少する。シリカの添加（SiO2が）、さらに熱抵抗特性を向上させます。  図6。 アルミナ冷却ゲルの表面積 図7は、10重量％のシリカを加えて（1200 º C、5時間か焼）とアルミナ冷却ゲルのTEM像に対応しています。ファイングレインアルミナ粒子は、高温で焼成した後に観察される。市販のアルミナの場合、粗い焼結体を1100℃で既に存在しています（図8、図7と図8のスケールにも注意してください）。それは高温で長い反応時間に耐えることができるように、このように、この冷却ゲルに我々はキャリアのと貴金属粒子の耐久性を高めるだけでなく、微細な金属粒子の長寿命だけでなく、期待できます。  図7。10 重量％のシリカを添加したアルミナ冷却ゲル（1200 º C、5時間焼成）  図8。 コマーシャルアルミナ（1100℃、焼成5時間）、スケールは、図7の約10倍です。 細孔構造は、製造冷却ゲルの体積のほとんどを構成しているが、それは低嵩密度のマルチ多孔質体（0.06g/cm 3 にほぼ等しい）、水による構造破壊の場合でも、（図9）が観察されていません。前とは、微細な触媒金属粒子をサポートするために、従来の液浸法を使用することが可能であることを示す別々に測定した細孔分布曲線において湿潤した後に観察可能な変化はありません。これらの新しい特性も毛穴から成る大規模なボリュームを提示する現在使用されているエアロゲルで観察することはできません。  水は、現在使用中のエアロジェルへの構造的な破壊を引き起こすのに対し、 図9。 新開発の冷却ゲルは、水中で安定である。 今後の展望 日本ガイシは、セラミックスの焼結のために独自の炉内で開発された白金-アルミナ冷却ゲルの触媒を用いた排気ガスの浄化試験を実施する予定です。 幅広いアプリケーションには、高い触媒の空隙率や触媒担体が必要なアプリケーションで開発された白金-アルミナ冷却ゲルの触媒に開かれています。 cryogelsに関する研究はまだ始まったばかり。さらに基礎研究と応用研究の仕事、そのアプリケーションの普及にとって重要である白金-アルミナ（PT - Al 2 O 3）を冷却ゲル、の大規模生産のための合成技術の開発に向けられます。また、このようなパラジウム、ロジウム等のほか、卑金属など他の貴金属の使用が検討され、耐水性を付与する機構が調査されます。最後に、このような冷却ゲルつ以上の貴金属の分散など、より高度なテクニック、、の設計が検討されます。 |