ガラスフリット及びこれを用いたカーボン微粒子の酸化方法
【課題】ディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれるようなカーボン微粒子を比較的低い温度で酸化することのできる、貴金属が用いない、安価な触媒を提供する。
【解決手段】酸化物換算で、６０〜８０重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、３〜１２重量％のＮａ２Ｏを含むガラスフリット。ガラスフリットは、分子状酸素の共存下で、カーボン微粒子を加熱するカーボン微粒子の酸化方法に用いることができる。
【解決手段】酸化物換算で、６０〜８０重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、３〜１２重量％のＮａ２Ｏを含むガラスフリット。ガラスフリットは、分子状酸素の共存下で、カーボン微粒子を加熱するカーボン微粒子の酸化方法に用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスフリットと、これを用いたカーボン微粒子の酸化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、焼却炉、石油精製設備あるいは外燃機関などからの排気ガス中に含まれるカーボン微粒子を二酸化炭素に酸化する方法として、分子状酸素の存在下でカーボン微粒子を酸化触媒と接触させる方法が知られている。かかる触媒としては、貴金属の微粒子を担体上に担持させた触媒が知られている。かかる貴金属としては白金等が用いられており、かかる担体としてはジルコニア、シリカ、アルミナなどの結晶質の担体が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、かかる従来の触媒では、貴金属が用いられているため、かかる従来の触媒は、製造コストが高い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、下記＜１＞、＜２＞及び＜３＞を提供する。＜１＞ 酸化物換算で、６０〜８０重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、３〜１２重量％のＮａ２Ｏを含むガラスフリット。＜２＞ 酸化物換算で、０．１重量％以下のＣａＯを含む＜１＞に記載のガラスフリット。＜３＞ ＜１＞又は＜２＞に記載のガラスフリット及び分子状酸素の共存下で、カーボン微粒子を加熱するカーボン微粒子の酸化方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のガラスフリットは、貴金属を含まないため、安価である。また、本発明のガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒として効果的に働く。本発明のガラスフリットと分子状酸素との共存下で、カーボン微粒子を加熱することによって、該カーボン微粒子の酸化を比較的低温で行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（ガラスフリット） ガラスフリットとは、フレーク状又は粉末状のガラスをいう。本発明のガラスフリットは、酸化物換算で、６０〜７５重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、４〜１２重量％のＮａ２Ｏとを含む。上記含有量が上記範囲外であると、ガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒としての働きが劣る。
【０００８】
本発明のガラスフリットは、ケイ素、アルミニウム、カリウム、ナトリウム及び酸素以外の元素を含んでもよい。本発明のガラスフリットが元素としてカルシウムを含む場合には、本発明のガラスフリットは、酸化物換算で、０．１重量％未満のＣａＯを含むことが好ましい。本発明のガラスフリットが０．１重量％未満のＣａＯを含むと、カーボン微粒子の酸化を更に低温で行うことができる。
【０００９】
（製造方法） 本発明のガラスフリットは、一般的な、溶融−急冷−粉砕法により製造することができる。すなわち、ガラスを構成する酸化珪素、アルミナ、アルカリ金属化合物（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩）などの主原料とその他の副原料とを、ともに白金るつぼなどの容器に入れ、ガラスの融点よりも２００〜３００℃高い温度の溶融炉内で加熱溶融させ、得られた溶融物を十分に均質化させる。その後、得られた均質な溶融物を水中に投入するなどして冷却することによりガラス化し、得られたガラスを粉砕することでガラスフリットを製造することができる。ガラスの副原料は、ガラスの融点、結晶化温度、熱膨張係数、誘電率などガラスの物性値に影響を与える。ガラスの副原料とは、ガラスの主原料以外の物質であって、ガラス物性を変化させる物質であれば特に限定されず、ＣａＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＺｒＯ２，Ｆ，Ｂ２Ｏ３などが挙げられる。なおガラスの融点とはその粘度が１０４ｄｐa／ｓ以下になる温度をいう。
【００１０】
（カーボン微粒子の酸化方法） 本発明のガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒として用いることができる。本発明のカーボン微粒子の酸化方法は、分子状酸素と本発明のガラスフリットとの共存下で、カーボン微粒子を加熱する方法である。本発明の方法において、カーボン微粒子の加熱時、本発明のガラスフリットとカーボン微粒子とは接触していることが好ましい。本発明のガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒として効果的に作用する。本発明の方法では、６００〜６５０℃程度の比較的低温で、カーボン微粒子の酸化を行うことが可能である。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の実施例の様態のみに限定されない。
【００１２】
（ガラスフリットＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの製造） 表１記載の元素の重量比になるようにガラスフリットの各原料を混合し、得られた混合物を加熱溶融し、得られた溶融物を十分に均質化し、得られた均質な溶融物を冷却してガラス化し、得られたガラスを粉砕することで表１記載のガラスフリットＡ，Ｂ，Ｃ及びＤを得ることができる。
【００１３】
【表１】
【００１４】
（実施例１） ガラスフリットＡ４．５ｇとカーボンブラック粉末（電気化学工業（株）製、製品名「デンカブラック」平均粒径３６ｎｍ）０．５ｇを乳鉢で混合して試料を得た。得られた試料では、ガラスフリットとカーボンブラック粉末とが接触している。この試料のカーボン酸化温度を確認するために、熱重量（ＴＧ−ＤＴＡ）測定装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー（株）社製，「ＴＧ／ＤＴＡ６３００」）を用い、空気雰囲気の下、流量２００ｍｌ/min、昇温速度１０℃／分で室温から８００℃まで昇温しながら、カーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は５９４℃であった。
【００１５】
（実施例２） ガラスフリットＡの代わりに、ガラスフリットＢを用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は５９５℃であった。
【００１６】
（実施例３） ガラスフリットＡの代わりに、ガラスフリットＣを用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は６５０℃であった。
【００１７】
（比較例１） ガラスフリットＡの代わりに、ガラスフリットＤを用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は７０４℃であった。
【００１８】
（比較例２） ガラスフリットＡの代わりに、福島長石（東海セラミックス社製）を用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は７３１℃であった。
【００１９】
（参考例） カーボンブラック粉末（電気化学工業（株）製、製品名「デンカブラック」平均粒径３６ｎｍ）を、熱重量（ＴＧ−ＤＴＡ）測定装置を用い、昇温速度１０℃／分で室温から８００℃まで昇温しながら、カーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は６９７℃であった。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のガラスフリットは、貴金属を含まないため、安価である。本発明のガラスフリットは、低温でカーボン微粒子を酸化させるための触媒として用いることができる。そのため、本発明のガラスフリットは、産業上の利用可能性が高い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスフリットと、これを用いたカーボン微粒子の酸化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、焼却炉、石油精製設備あるいは外燃機関などからの排気ガス中に含まれるカーボン微粒子を二酸化炭素に酸化する方法として、分子状酸素の存在下でカーボン微粒子を酸化触媒と接触させる方法が知られている。かかる触媒としては、貴金属の微粒子を担体上に担持させた触媒が知られている。かかる貴金属としては白金等が用いられており、かかる担体としてはジルコニア、シリカ、アルミナなどの結晶質の担体が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、かかる従来の触媒では、貴金属が用いられているため、かかる従来の触媒は、製造コストが高い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、下記＜１＞、＜２＞及び＜３＞を提供する。＜１＞ 酸化物換算で、６０〜８０重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、３〜１２重量％のＮａ２Ｏを含むガラスフリット。＜２＞ 酸化物換算で、０．１重量％以下のＣａＯを含む＜１＞に記載のガラスフリット。＜３＞ ＜１＞又は＜２＞に記載のガラスフリット及び分子状酸素の共存下で、カーボン微粒子を加熱するカーボン微粒子の酸化方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のガラスフリットは、貴金属を含まないため、安価である。また、本発明のガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒として効果的に働く。本発明のガラスフリットと分子状酸素との共存下で、カーボン微粒子を加熱することによって、該カーボン微粒子の酸化を比較的低温で行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（ガラスフリット） ガラスフリットとは、フレーク状又は粉末状のガラスをいう。本発明のガラスフリットは、酸化物換算で、６０〜７５重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、４〜１２重量％のＮａ２Ｏとを含む。上記含有量が上記範囲外であると、ガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒としての働きが劣る。
【０００８】
本発明のガラスフリットは、ケイ素、アルミニウム、カリウム、ナトリウム及び酸素以外の元素を含んでもよい。本発明のガラスフリットが元素としてカルシウムを含む場合には、本発明のガラスフリットは、酸化物換算で、０．１重量％未満のＣａＯを含むことが好ましい。本発明のガラスフリットが０．１重量％未満のＣａＯを含むと、カーボン微粒子の酸化を更に低温で行うことができる。
【０００９】
（製造方法） 本発明のガラスフリットは、一般的な、溶融−急冷−粉砕法により製造することができる。すなわち、ガラスを構成する酸化珪素、アルミナ、アルカリ金属化合物（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩）などの主原料とその他の副原料とを、ともに白金るつぼなどの容器に入れ、ガラスの融点よりも２００〜３００℃高い温度の溶融炉内で加熱溶融させ、得られた溶融物を十分に均質化させる。その後、得られた均質な溶融物を水中に投入するなどして冷却することによりガラス化し、得られたガラスを粉砕することでガラスフリットを製造することができる。ガラスの副原料は、ガラスの融点、結晶化温度、熱膨張係数、誘電率などガラスの物性値に影響を与える。ガラスの副原料とは、ガラスの主原料以外の物質であって、ガラス物性を変化させる物質であれば特に限定されず、ＣａＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＺｒＯ２，Ｆ，Ｂ２Ｏ３などが挙げられる。なおガラスの融点とはその粘度が１０４ｄｐa／ｓ以下になる温度をいう。
【００１０】
（カーボン微粒子の酸化方法） 本発明のガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒として用いることができる。本発明のカーボン微粒子の酸化方法は、分子状酸素と本発明のガラスフリットとの共存下で、カーボン微粒子を加熱する方法である。本発明の方法において、カーボン微粒子の加熱時、本発明のガラスフリットとカーボン微粒子とは接触していることが好ましい。本発明のガラスフリットは、カーボン微粒子の酸化触媒として効果的に作用する。本発明の方法では、６００〜６５０℃程度の比較的低温で、カーボン微粒子の酸化を行うことが可能である。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の実施例の様態のみに限定されない。
【００１２】
（ガラスフリットＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの製造） 表１記載の元素の重量比になるようにガラスフリットの各原料を混合し、得られた混合物を加熱溶融し、得られた溶融物を十分に均質化し、得られた均質な溶融物を冷却してガラス化し、得られたガラスを粉砕することで表１記載のガラスフリットＡ，Ｂ，Ｃ及びＤを得ることができる。
【００１３】
【表１】
【００１４】
（実施例１） ガラスフリットＡ４．５ｇとカーボンブラック粉末（電気化学工業（株）製、製品名「デンカブラック」平均粒径３６ｎｍ）０．５ｇを乳鉢で混合して試料を得た。得られた試料では、ガラスフリットとカーボンブラック粉末とが接触している。この試料のカーボン酸化温度を確認するために、熱重量（ＴＧ−ＤＴＡ）測定装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー（株）社製，「ＴＧ／ＤＴＡ６３００」）を用い、空気雰囲気の下、流量２００ｍｌ/min、昇温速度１０℃／分で室温から８００℃まで昇温しながら、カーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は５９４℃であった。
【００１５】
（実施例２） ガラスフリットＡの代わりに、ガラスフリットＢを用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は５９５℃であった。
【００１６】
（実施例３） ガラスフリットＡの代わりに、ガラスフリットＣを用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は６５０℃であった。
【００１７】
（比較例１） ガラスフリットＡの代わりに、ガラスフリットＤを用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は７０４℃であった。
【００１８】
（比較例２） ガラスフリットＡの代わりに、福島長石（東海セラミックス社製）を用いた以外は実施例１と同様にカーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は７３１℃であった。
【００１９】
（参考例） カーボンブラック粉末（電気化学工業（株）製、製品名「デンカブラック」平均粒径３６ｎｍ）を、熱重量（ＴＧ−ＤＴＡ）測定装置を用い、昇温速度１０℃／分で室温から８００℃まで昇温しながら、カーボンの酸化開始温度を調べたところ、カーボンの酸化開始温度は６９７℃であった。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のガラスフリットは、貴金属を含まないため、安価である。本発明のガラスフリットは、低温でカーボン微粒子を酸化させるための触媒として用いることができる。そのため、本発明のガラスフリットは、産業上の利用可能性が高い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物換算で、６０〜８０重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、３〜１２重量％のＮａ２Ｏを含むガラスフリット。
【請求項２】
酸化物換算で、０．１重量％以下のＣａＯを含む請求項１に記載のガラスフリット。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガラスフリット及び分子状酸素の共存下で、カーボン微粒子を加熱するカーボン微粒子の酸化方法。
【請求項１】
酸化物換算で、６０〜８０重量％のＳｉＯ２と、９〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３と、３〜１２重量％のＫ２Ｏと、３〜１２重量％のＮａ２Ｏを含むガラスフリット。
【請求項２】
酸化物換算で、０．１重量％以下のＣａＯを含む請求項１に記載のガラスフリット。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガラスフリット及び分子状酸素の共存下で、カーボン微粒子を加熱するカーボン微粒子の酸化方法。
【公開番号】特開２０１１−９３７８７（Ｐ２０１１−９３７８７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８１９６（Ｐ２０１０−２１８１９６）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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