Research Project
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
多孔質α-アルミナ支持管上に水熱合成法でY型ゼオライト膜を合成し、イオン交換法によって白金を担持して分離機能と反応機能を持つ触媒膜とした。固体高分子電解質燃料電池の燃料水素となる改質水素からの一酸化炭素の除去を目的として、白金担持Y型ゼオライト触媒膜による一酸化炭素の選択酸化における反応分離挙動を詳細に検討した。その結果、膜透過では一酸化炭素に比べて水素の透過速度が速いので、水素と一酸化炭素(濃度1%)の混合空気を供給すると膜透過側では一酸化炭素が希釈できた。さらに供給側に一酸化炭素と同濃度の酸素を供給することによって、白金触媒上で酸化反応が進行し、反応温度200℃以上では透過側の一酸化炭素濃度が8ppm以下になった。一酸化炭素の酸化反応はLangmuir-Hinshelwood型の速度式に従うために、一酸化炭素濃度が低くなると逆に膜透過側では反応速度が増大し、酸化が効率的に進むことを明らかにした。また、膜内では拡散速度の違いから、水素に比べて一酸化炭素の滞留時間が長くなるために、水素に対する一酸化炭素の選択酸化性が向上することを明らかにした。白金担持Y型ゼオライト触媒膜について、反応および透過の速度解析モデルを提案し、触媒膜の反応特性を解析した。その結果、膜の透過側における水素および一酸化炭素の流束の実測値が、計算値と一致することから、本速度解析モデルを触媒膜反応装置の設計に適用できることを明らかにした。
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