本发明专利技术是氢燃烧催化剂，是在由无机氧化物构成的载体上担载催化剂金属而成的氢燃烧催化剂，其特征是，使末端具有至少一个碳数3以下的烷基的官能团取代键合在上述载体表面的羟基上。结合在载体表面的羟基上的官能团优选有机硅烷。本发明专利技术涉及的氢燃烧催化剂即使在作为处理对象的含氢气体含有饱和水蒸汽量以下的水分，反应温度为0～40℃这样的室温程度下也能维持活性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于使含有空气的气体中的氢(包括同位素)燃烧的催化剂。特别是提供难以受到由氛围气(气氛)中的水雾、水蒸气和氢燃烧生成的水的影响，在比较低温下也能保持活性的氢燃烧催化剂。
技术介绍
在使用氘(D)和氚(tritium，T)作为燃料的核聚变工厂，必需有对来自于放置核聚变反应堆等的建筑物设施中的废气进行处理的氚除去设备。这是因为，废气中含有的氚是放射性物质，即使是少量也不能将其排放到设施外。该氚除去设备是使来自于建筑物设施的废气通过催化剂层、使含有氚的氢燃烧成为水，除去并回收该水分，排放清洁状态的废气的设备。 现有技术文献非专利文献非专利文献I :核融合炉工学概論(核聚变反应堆工程概论)，2001年9月，关昌弘编，日刊工业新闻出版这里，由于氚是氢的同位素，和氢一样能够燃烧，因此可以使用目前已知的氢燃烧催化剂作为用于除去上述氚的催化剂。有关的氢燃烧催化剂通常是在由二氧化硅、氧化铝等金属氧化物构成的颗粒状载体上担载钼等催化剂金属。但是，这些载体存在水膜覆盖了具有活性的钼、阻碍了氢向钼扩散，催化剂失活的问题。此外，在上述氚除去设备中，将处理对象气体加热到200°C左右并使其通过催化剂层。这是因为，反应温度为高温的一方催化剂的活性高，这是一般的常识，同时，抑制了由于氢燃烧生成的水蒸汽和处理气体中原本含有的水蒸汽引起的对氢扩散的阻碍。即，这些水分吸附在作为载体的金属氧化物上，这样的吸附水是催化剂活性降低的主要原因。因此，为了在生成生成水的同时使其汽化并排放到催化剂外，使反应温度为高温是必要的。用于这样的氢燃烧的废气加热在维持其反应进行上是必需的，但是从核聚变工厂的安全性的观点，现状是在确保安全上希望尽量避免将被列为重要设备的催化氧化反应器高温化。
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题除了如上的核聚变工厂之外，高纯度氢纯化工厂等所使用的氢燃烧催化剂中有时要求在低温下的持续反应。但是，低温下的反应会导致由生成水的吸附引起的活性下降。因此，本专利技术提供，不需要考虑气氛中的水分或燃烧反应引起的生成水的影响，在低温下能够持续反应的氢燃烧催化剂。 解决技术问题所采用的技术方案解决上述技术问题的本专利技术是氢燃烧催化剂，它在由无机氧化物构成的载体上担载催化剂金属而成的氢燃烧催化剂，其特征是，使末端具有至少一个碳数3以下的烷基的官能团取代键合在上述载体表面的羟基上。目前的催化剂并非是它们本身的活性低，即使不提高反应温度也具有氢燃烧能。如上所述，需要加热是为了避免水分吸附在载体上。因此，解决上述技术问题时，可以说抑制水向载体的吸附是较好的方法。这里，作为水吸附的抑制方法，可以考虑将载体本身改变为树脂等的疏水性物质或者在载体上形成疏水性膜等的方法。但是，树脂制载体在催化剂层内由于反应热而产生局部加热时，在着火的危险性和耐久性上存在问题，此外，还存在氚等放射性物质引起的辐射损伤的问题。另一方面，关于膜的形成，存在难以在维持金属氧化物载体所具有的多孔性的同时形成膜这样的问题。因此，专利技术人将目前的二氧化硅或氧化铝等金属氧化物为作为载体，同时研究了对其表面进行疏水化处理。即，二氧化硅或氧化铝等金属氧化物的表面存在羟基。专利技术人 发现，通过用规定的官能团修饰该羟基可以使载体成为疏水性载体，完成了本专利技术。用于本专利技术中的疏水化的修饰处理是将金属氧化物表面的羟基(0H基)的氢部分取代成具有烷基的官能团。修饰该羟基的官能团在末端具有至少一个烷基。使载体表面的羟基末端成为烷基是因为，降低载体表面极性的效果优异，水分子不吸附在载体上能够被迅速排出。此外，烷基的碳数必须是3以下(甲基、乙基、丙基)。据本专利技术人研究，烷基的碳数对针对催化剂的疏水化效果的耐热性有影响。用碳数超过3的烷基(丁基等)修饰过的载体具有在高温下丧失疏水性的倾向，产生由此引起的水分吸附和催化剂失活。该耐热性对于以低温反应为前提的本专利技术没有直接问题，但是，在催化剂层产生由反应热引起的局部温度上升时出现反应的不均匀性，所以应该避免。注，官能团具有的烷基数有一个即可，但是也可以有多个烷基。此外，作为修饰羟基的官能团优选具有烷基的有机硅烷。具有烷基的官能团有多种形式，因为它对羟基的反应性也良好。具体例在以下的制造方法中叙述。本专利技术涉及的催化剂的载体是金属氧化物，优选氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、沸石、氧化锆。这些金属氧化物目前用作为催化剂载体，多孔性、耐热性优异。载体的形状没有特别限定。一般是成形为圆筒形、球形的颗粒状，此外，也可以将这些金属氧化物涂布在蜂窝、网等适宜的支撑体上，对该涂层进行疏水化处理制成载体。担载在载体上的催化剂金属优选贵金属，其中，钼、钯或它们的合金适合氢燃烧。此外，对应于后述的担载方法，催化剂金属成为使金属盐溶液吸附在载体上还原形成的原子态金属或使预先调整的金属胶质溶液吸附在载体上形成的胶态(聚集态)金属的状态，哪种状态都可以。此外，通过这些状态，催化剂金属的粒径为I lOOnm。还有，催化剂金属的担载量(担载率)没有特别限定，一般相对于载体重量为O. I 10重量％。此外，作为本专利技术涉及的催化剂的适宜的物性，优选比表面积100 300m2/g、平均细孔径100 300nm、细孔容积O. 3 I. OmL/g的催化剂。以上说明的本专利技术涉及的氢燃烧催化剂的制造方法包括通过将构成载体的无机氧化物浸溃在末端具有碳数3以下的烷基的官能团的化合物的溶液中，进行使上述官能团取代键合在上述载体表面的羟基上的疏水化处理，然后，将催化剂金属担载在载体上的工序。载体的疏水化处理是指吸附含有修饰无机氧化物表面羟基的官能团的化合物的溶液。疏水化处理的化合物优选硅烷无机质表面改性剂，作为末端具有烷基的硅烷无机质表面改性剂，优选三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基氯代硅烷、二甲基二甲氧基娃烧、_■甲基_■乙氧基娃烧、_■甲基_■氣代娃烧、甲基二甲氧基娃烧、甲基二乙氧基娃烧、甲基三氯代硅烷、三乙基甲氧基硅烷、三乙基乙氧基硅烷、三乙基氯代硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二乙基二氯代硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三氯代硅烷、三丙基甲氧基硅烷、三丙基乙氧基硅烷、三丙基氯代硅烷、二丙基二甲氧基娃烧、_■丙基_■乙氧基娃烧、_■丙基_■氣代娃烧、丙基二甲氧基娃烧、丙基二乙氧基娃烧、丙基三氯代硅烷中的任意其一。具有丙基的化合物不仅是直链状的化合物，也包括支链状的化合物。载体疏水化处理的具体方法是将载体浸溃在溶剂中溶解有上述化合物的溶液中。此时，载体表面的羟基的氢被取代为疏水性官能团。然后，从溶液中取出上述载体，适当地清洗干净，进行干燥。本专利技术涉及的催化剂优选将载体表面的羟基全面取代。溶液中混合、的化合物的量可以从各化合物规定的被覆面积(m2/g)、载体的重量(g)以及比表面积(m2/g)计算出来((载体重量X载体比表面积)/化合物的被覆面积)，估算下来相对于IOOg载体，使用I. O IOOg的化合物。此外，溶液(溶剂)的液量优选使载体全部浸没的程度。此外，向进行了疏水化处理的载体上担载催化剂金属同目前的催化剂。催化剂金属的担载方法有目前的将载体浸溃在金属盐溶液中，然后通过添加还原剂或热处理担载原子态金属的方法。此时的金属盐，对于钼适用二硝基二氨钼、氯化钼酸等钼盐本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：野口宏史，谷内淳一，久保仁志，岩井保则，佐藤克美，
申请(专利权)人：田中贵金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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