白金担持ゼオライト触媒膜による水素燃料からCO除去

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450321
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 草壁 克己 九州大学, 工学研究院, 助教授 (30153274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 外輪 健一郎 九州大学, 工学研究院, 助手 (00336009) ; 諸岡 茂治 九州大学, 工学研究院, 教授 (60011079)
• Keywords: 触媒膜 / 無機膜 / ゼオライト / 一酸化炭素 / 水素 / 酸化 / 改質 / 燃料電池

Research Abstract

1.白金担持Y型ゼオライト触媒膜を多孔質α-アルミナ支持管上に作製し、150-250℃、水素、一酸化炭素共存気体中の一酸化炭素の選択酸化を行った。CO濃度1%を含む水素を触媒膜に供給すると、膜内でのCOの選択的酸化により、CO濃度が8ppm以下まで低減することを明らかにした。膜内では水素に比べて一酸化炭素の拡散が遅いために、一酸化炭素の選択的酸化が促進された。触媒膜におけるCO酸化のみかけの反応速度定数は、充填床内で粒状触媒を用いて測定した反応速度定数よりも大きかった。ゼオライト膜ではCOに対する水素の分離係数が3-10で小さい。そこで、水素選択性に優れたシリカ/Rh担持γ-アルミナ複合触媒膜を新たに開発した。
2.ゾルゲル法により多孔質α-アルミナ支持管上にγ-アルミナ層を作製し、さらに、含浸法によって貴金属触媒を担持した。貴金属担持γ-アルミナ触媒膜を用いて、CO酸化試験を行った所、Rhが最も活性が高かった。次に、Rh担持γ-アルミナ膜表面にゾルゲル法でシリカ膜を作製し、複合触媒膜とした。この触媒膜の気体透過試験から、COに対する水素の透過選択性は50-100であり、その結果、分離と反応の協調作用により、CO濃度1%を含む水素を供給すると、透過側では10ppm以下まで、また、CO濃度が5%では、48ppmまで低減することができた。CO酸化反応の反応速度式はLangmuir型であるために、CO濃度が高いほど反応速度が小さい。複合触媒膜ではシリカ膜を透過するだけでCO濃度が1/100ほど減少するために、膜内では反応速度が高く、効率良く反応が進行した。

Research Products

• [Publications] Y.Hasegawa: "The Separation of CO_2 Using Y-type Zeolite Membranes Ion-Exchanged with Alkali Metal Cations"Separation & Purification Technology. 22-23. 319-325 (2001)
• [Publications] Y.Hasegawa: "Selective Oxidation of Carbon Monoxide in Hydrogen-rich Mixtures by Permeation through a Platinum-loaded Y-type Zeolite Membrane"Journal of Membrane Science. 190(1). 1-8 (2001)
• [Publications] Y.Hasegawa: "Effect of Temperature on the Gas Permeation Properties of NaY-type Zeolite Formed on the Inner Surface of a Porous Support Tube"Chemical Engineering Science. 56. 4273-4281 (2001)
• [Publications] K.Sotowa: "Enhancement of CO Oxidation by Use of H_2-Selective Membranes Impregnated with Noble-Metal Catalysis"International Journal of Hydrogen Energy. 27. 339-346 (2002)
• [Publications] Y.Hasegawa: "Oxidation of CO in Hydrogen-rich Gas Using a Novel Membrane Combined with a Microporous SiO_2 Layer and a Metal-Loaded γ-Al_2O_3 Layer"Applied Catalysis A: General. 225(1-2). 109-115 (2002)
• [Publications] 長谷川泰久: "無機触媒膜の開発"化学装置. (2). 88-94 (2002)