説明

吸着剤及びその製造方法、並びに燃料の脱硫方法

【課題】活性金属種として銀及び/又は銅を含み、十分に高い脱硫活性を有する新規な吸着剤及びその製造方法、並びに該吸着剤を用いた脱硫方法を提供すること。
【解決手段】構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、Ag及びCu2+から選ばれる少なくとも1種の金属イオンを含む水溶液とを混合撹拌し、撹拌後の混合物から前記多孔質担体を分離し、分離した前記多孔質担体を焼成することによって得られる吸着剤。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、吸着剤及びその製造方法、並びに燃料の脱硫方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境問題から新エネルギー技術が脚光を浴びており、この新エネルギー技術のひとつとして燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料の燃焼反応による自由エネルギー変化を直接電気エネルギーとして取り出すことができるため、高いエネルギー効率が得られるという特徴がある。さらに有害物質を排出しないことも相俟って、様々な用途への展開が図られている。特に固体高分子形燃料電池は出力密度が高く、コンパクトで、しかも低温で作動可能との特徴がある。
【0003】
一般的に燃料電池用の燃料ガスとしては水素を主成分とするガスが用いられる。水素を含む燃料ガスを得るための原燃料としては、天然ガス、LPG、ナフサ、灯油等の炭化水素、あるいはメタノール、エタノール等のアルコール、若しくはジメチルエーテル等のエーテルなどが用いられる。これらの原燃料は炭素と水素とを含むものであり、当該原料を水蒸気と共に触媒上で改質反応を行う、酸素含有気体で部分酸化反応を行う、あるいは水蒸気と酸素含有気体が共存する系において自己熱回収型の改質反応を行うことにより、水素と一酸化炭素とを含むガスを生成せしめ、さらに一酸化炭素を低減あるいは除去する工程を経て、燃料電池用の燃料ガスが得られる。
【0004】
上記の原燃料は、石油由来である場合には不純物として、また、天然ガス等である場合には漏洩検出のための着臭剤として、硫黄化合物を含有することが多い。これらの原燃料を使用した場合には、それから製造される燃料水素中にも硫黄含有化合物が混入することが避けられない。燃料電池システムにおいては、原燃料から燃料水素を製造するための原燃料改質工程、水素を含むガス中の一酸化炭素除去の各工程において、さらに発電工程における陰極の電極触媒として、貴金属又は銅などの金属触媒を還元状態で使用することが多い。硫黄化合物はこれらの金属触媒に対して触媒毒として作用し、水素製造工程又は発電工程の触媒の活性を低下させ、燃料電池システムとしての効率を低下させてしまう。従って、原燃料中に含まれる硫黄分を十分に除去することが、水素製造工程に用いられる触媒、さらには発電工程の電極触媒を本来の性能にて長時間安定して使用可能ならしめるために必要不可欠である。
【0005】
従来、燃料電池用の吸着剤としては、ニッケル系吸着剤(特許文献1、2)、銅−亜鉛系吸着剤(特許文献3、4)、ニッケル−亜鉛系吸着剤(特許文献5)、ニッケル系吸着剤にモリブデンを添加したもの(特許文献6)、活性炭及びゼオライトを含まず、銅、銀、亜鉛、モリブデン、鉄、コバルト、ニッケル又はこれらの混合物を含む吸着剤(特許文献7)などが知られている。これらの吸着剤については、通常、活性金属の担持後に焼成が行われ、その後還元処理が行われる。
【0006】
また、燃料電池用ではなくジェット燃料用の吸着剤ではあるが、メソポーラスシリカに硝酸銀(AgNO)を担持した吸着剤(非特許文献1)が知られている。なお、この吸着剤は硝酸銀の担持後に焼成せずに脱硫に供されるものであり、銀は硝酸銀の形態のまま担持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平1−188404号公報
【特許文献2】特開平1−188405号公報
【特許文献3】特開平2−302302号公報
【特許文献4】特開平2−302303号公報
【特許文献5】特開2001−62297号公報
【特許文献6】特開2007−254275号公報
【特許文献7】特表2006−511678号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】Chemical Engineering Science 64(2009)5240−5246
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、活性金属種として銀及び/又は銅を含み、十分に高い脱硫活性を有する新規な吸着剤及びその製造方法、並びに該吸着剤を用いた脱硫方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明は、構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、Ag及びCu2+から選ばれる少なくとも1種の金属イオンを含む水溶液とを混合撹拌し、撹拌後の混合物から多孔質担体を分離し、分離した多孔質担体を焼成することによって得られる吸着剤を提供する。
【0011】
本発明の吸着剤においては、上記の構成を有するため、上記金属の少なくとも一部を、多孔質担体の細孔内において、Ag又はCu2+の形態で保持させることができる。そのため、金属がAgO又はCuOの形態で担持されている場合、あるいはその後の還元処理によりAg又はCuの形態で担持されている場合、さらには非特許文献1に開示された吸着剤のように硝酸銀等の金属塩のまま担持されている場合とは異なる脱硫活性を発現させることができる。例えば、本発明の吸着剤は、従来の吸着剤と比較して、低温で優れた脱硫活性を示し、また、金属の有効利用率(efficiency)が非常に高いという効果を有する。なお、本発明の吸着剤において、上記金属の少なくとも一部が、多孔質担体の細孔内において、Ag又はCu2+の形態で保持されていることは、X線回折スペクトルにおいてAgOに帰属される回折ピーク及びCuOに帰属される回折ピークが検出されないこと(または担持量に対してこれらの回折ピークの強度が非常に弱いこと)によって確認できる。
【0012】
本発明の吸着剤は、構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、該多孔質担体に保持された、銀及び銅から選ばれる少なくとも1種の金属と、を含み、該金属の少なくとも一部は、上記多孔質担体の細孔内において、Ag又はCu2+の形態で保持されていることを特徴としてもよい。
【0013】
あるいは、本発明の吸着剤は、構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、該多孔質担体に保持された、銀及び銅から選ばれる少なくとも1種の金属と、を含み、該金属の少なくとも一部は、上記多孔質担体の細孔内において、X線回折スペクトルにおいてAgOに帰属される回折ピーク及びCuOに帰属される回折ピークを与えない形態で存在していることを特徴としてもよい。
【0014】
また、本発明は、構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、Ag及びCu2+から選ばれる少なくとも1種の金属イオンを含む水溶液とを混合撹拌する第1の工程と、第1の工程後に得られる多孔質担体と水溶液との混合物から多孔質担体を分離する第2の工程と、第2の工程後に得られる多孔質担体を焼成し、吸着剤を得る工程と、
を備える、吸着剤の製造方法を提供する。
【0015】
また、本発明は、硫黄分を含有する燃料と上記本発明の吸着剤とを接触させて、燃料から硫黄分を除去する工程を備える、燃料の脱硫方法を提供する。
【0016】
本発明の燃料の脱硫方法によれば、優れた脱硫活性を有する本発明の吸着剤を用いるため、従来の脱硫方法と比較して、効率よく脱硫処理を行うことができるようになる。
【0017】
上記脱硫方法においては、燃料と吸着剤とを5℃以上70℃以下の温度で接触させることが好ましい。
【0018】
また、上記脱硫方法は、燃料が灯油である場合に好適である。
【発明の効果】
【0019】
以上の通り、本発明によれば、活性金属種として銀及び/又は銅を含み、十分に高い脱硫活性を有する新規な吸着剤、並びに該吸着剤を用いた脱硫方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の吸着剤及び脱硫方法を適用した脱硫器を備える燃料電池システムの一例を示す概念図である。
【図2】実施例で得られた吸着剤のX線回折スペクトルの一例を示すグラフである。
【図3】シリカアルミナ担体にAgOを担持した吸着剤のX線回折スペクトルの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0022】
[吸着剤]
本実施形態に係る吸着剤は、構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、Ag及びCu2+から選ばれる少なくとも1種の金属イオンを含む水溶液とを混合撹拌し、撹拌後の混合物から多孔質担体を分離し、分離した多孔質担体を焼成することによって得られる吸着剤である。
【0023】
多孔質担体としては、構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmの範囲内であれば、特に制限されない。例えば、シリカを主成分とし一部アルミナを成分として含むメソ細孔の筒状細孔(チャンネル)で特徴づけられるFSM−16やMCM−41などのメソ細孔多孔質担体を、シリコンアルコキサイド等を用いたCVD法により平均細孔径を2〜50nmに調整した修飾メゾ細孔材などを用いてもよい。なお、構成元素としてAlを含まない多孔質担体を用いた場合には、平均細孔径が上記範囲内であるか否かによらず、多孔質担体の細孔内において、金属をAg又はCu2+の形態で保持することが非常に困難である。
【0024】
多孔質担体におけるAlの含有割合は、好ましくは0.17〜20質量%、より好ましくは0.3〜5質量%である。
【0025】
また、多孔質の平均細孔径は、上記の通り2〜50nmであり、好ましくは2〜25nm、より好ましくは2〜15nmである。
【0026】
また、水溶液の調製に用いられるAgの前駆体(precursor)としては、硝酸銀(AgNO)、テトラフルオロホウ酸銀(AgBF)等が挙げられる。また、Cu2+の前駆体としては、硝酸銅(II)(Cu(NO)等が挙げられる。水溶液中のAg及びCu2+の濃度は、目的とする吸着剤の金属担持量に応じて適宜選定可能である。多孔質担体の細孔内において、金属をAg又はCu2+の形態で保持する観点からは、水溶液中のAg及びCu2+の濃度を原子換算で0.01〜5質量%とすることが好ましい。
【0027】
多孔質担体と水溶液との混合撹拌は、必要に応じて1回又は複数回繰り返すことが好ましく、1回又は2〜3回程度繰り返すことがより好ましい。多孔質担体と水溶液とを混合撹拌する際の温度は、好ましくは5〜100℃、より好ましくは50〜80℃である。また、1回あたりの混合撹拌時間は、好ましくは2〜24時間、より好ましくは3〜7時間である。
【0028】
このようにして多孔質担体と水溶液とを混合撹拌した後、混合物から多孔質担体を分離する。分離手段としては、濾過、遠心分離等が挙げられる。分離した多孔質担体には、必要に応じて水洗、乾燥される。水洗はイオン交換水等を用いて行うことができる。また、乾燥温度は80〜120℃が好適である。
【0029】
本実施形態においては、多孔質担体と混合撹拌、撹拌後の混合物からの多孔質担体の分離、並びに必要に応じて行われる水洗、乾燥等の工程を繰り返し行った後、得られる多孔質担体を焼成に供してもよい。
【0030】
上記の工程を経て得られる多孔質担体を焼成することによって、目的の吸着剤が得られる。焼成温度は、好ましくは200〜800℃、より好ましくは400〜600℃である。また、焼成時間は、好ましくは3〜15時間、より好ましくは5〜10時間である。
【0031】
上記の工程を経ることによって、上記金属の少なくとも一部が、多孔質担体の細孔内において、Ag又はCu2+の形態で保持された吸着剤を得ることができる。そして、本実施形態に吸着剤によれば、金属がAgO又はCuOの形態で担持されている場合、あるいはその後の還元処理によりAg又はCuの形態で担持されている場合、さらには非特許文献1に開示された吸着剤のように硝酸銀等の金属塩のまま担持されている場合とは異なる脱硫活性(金属の有効利用率(efficiency)が非常に高い等)を発現させることができる。
【0032】
本実施形態に係る吸着剤について、X線回折スペクトルにAgOに帰属される回折ピーク及びCuOに帰属される回折ピークが検出されないこと(または担持量に対してこれらの回折ピークの強度が非常に弱いこと)を本発明者らは確認している。一方、本実施形態に係る吸着剤は、上記の通り焼成工程を経て得られるものであるから、前駆体に由来するAg又はCu2+のカウンターアニオンは焼成の際に除去される。すなわち、本実施形態に係る吸着剤の別の側面は、上記金属の少なくとも一部が、多孔質担体の細孔内において、Ag又はCu2+の形態(X線回折スペクトルにおいてAgOに帰属される回折ピーク及びCuOに帰属される回折ピークを与えない形態)で保持されている点にあるといえる。
【0033】
本実施形態に係る吸着剤において、金属イオンがAgである場合、Agの担持量は、好ましくは0.1〜35質量%、より好ましくは0.1〜30質量%である。また、金属イオンがCu2+である場合、Cu2+の担持量は、好ましくは0.5〜40質量%、より好ましくは0.5〜35質量%である。これらの担持量はICP発光分析等により定量することができる。
【0034】
[脱硫方法]
本実施形態に係る燃料の脱硫方法は、硫黄分を含有する燃料と、上記の吸着剤とを接触させて、燃料から硫黄分を除去する工程を備える。
【0035】
原料として用いられる燃料としては、天然ガス、LPG、ナフサ、灯油等の炭化水素、あるいはメタノール、エタノール等のアルコール、若しくはジメチルエーテル等のエーテルなどが挙げられる。これらの中でも、燃料が灯油である場合に、本実施形態に係る脱硫方法は優れた効果を発揮する。
【0036】
灯油は、硫黄分を含有する灯油であり、その原料灯油に含まれる硫黄分は0.1〜30質量ppmであり、好ましくは1〜25質量ppm、より好ましくは5〜20質量ppmである。本発明でいう硫黄分とは、炭化水素中に通常含まれる各種の硫黄、無機硫黄化合物、有機硫黄化合物を総称するものであり、その濃度は灯油の質量に対する硫黄原子としての質量の比率で表す。灯油が含有する硫黄分は少ないほど好ましいが、通常の石油精製工程において硫黄分を0.1質量ppm未満まで脱硫することは、設備コスト及び運転コストが大きくなり好ましくない。一方、硫黄分が30質量ppmを超える場合には、本発明の脱硫方法に使用する本発明の吸着剤が短時間で脱硫性能を維持することができなくなることから好ましくない。なお、原料として、燃料電池以外の一般用途に使用される灯油が使用できることが好ましい。
【0037】
灯油の脱硫方法においては、灯油を液相にて吸着剤に接触せしめることが好ましい。灯油を気相あるいは気液混相にて吸着剤に接触せしめると、該吸着剤上への炭素状物質の沈着により短時間にて脱硫性能が低下するため好ましくない。一方、灯油を液相にて吸着剤に接触せしめると、炭素状物質の沈着が抑制され、脱硫性能が長時間維持される。
【0038】
また、脱硫処理の際の運転圧力は、燃料電池システムの経済性、安全性等も考慮し、0.1MPa(常圧)〜1.1MPa(絶対圧)の範囲の低圧が好ましく、特に常圧〜0.7MPaが好ましい。また、燃料と吸着剤とを接触させるときの温度は、5〜70℃以下であることが好ましく、10〜35℃であることがより好ましい。LHSVは高すぎると脱硫効率が低下し、一方低すぎると装置が大きくなるため適した範囲に設定される。LHSVとして0.01〜15h−1の範囲が好ましく、0.05〜5h−1の範囲がさらに好ましく、0.1〜3h−1の範囲が特に好ましい。
【0039】
本実施形態に係る脱硫方法に用いる脱硫装置の形態は特に限定されるものではないが、例えば流通式固定床方式を用いることができる。脱硫装置の形状としては、円筒状、平板状などそれぞれのプロセスの目的に応じた公知のいかなる形状を取ることができる。
【0040】
[燃料電池システム]
以下、燃料電池システムの好適な一例について説明する。なお、以下に示す燃料電池システムは水素製造装置を備えるものであり、水素製造装置についても併せて説明する。
【0041】
図1において、燃料タンク3内の燃料は燃料ポンプ4を経て脱硫器5に流入する。脱硫器5内には本実施形態に係る吸着剤が充填されている。この時、必要であれば改質器7の下流、シフト反応器9の下流、一酸化炭素選択酸化反応器10の下流、及びアノードオフガスの少なくともいずれかからの水素含有ガスを添加できる。脱硫器5で脱硫された燃料は水タンク1から水ポンプ2を経た水と混合した後、気化器6に導入されて気化され、改質器7に送り込まれる。
【0042】
改質器7に充填する触媒としてはニッケル系、ルテニウム系、ロジウム系などの触媒を用いることができる。改質器7の反応管は燃料タンク3からの燃料及びアノードオフガスを燃料とするバーナー17により加温され、好ましくは350〜700℃の範囲に調節される。
【0043】
このようにして製造された水素と一酸化炭素を含有する改質ガスは、シフト反応器9、一酸化炭素選択酸化反応器10を順次通過させることで燃料電池の特性に影響を及ぼさない程度まで一酸化炭素濃度が低減される。これらの反応器に用いる触媒の例としては、シフト反応器9には鉄−クロム系触媒及び/又は銅−亜鉛系触媒、一酸化炭素選択酸化反応器10にはルテニウム系触媒等を挙げることができる。
【0044】
固体高分子形燃料電池16はアノード11、カソード12、固体高分子電解質13からなり、アノード11側には上記の方法で得られた一酸化炭素濃度が低減された原料ガスが、カソード12側には空気ブロアー8から送られる空気が、それぞれ必要であれば適当な加湿処理を行った後で導入される。このとき、アノード11では水素ガスがプロトンとなり電子を放出する反応が進行し、カソード12では酸素ガスが電子とプロトンを得て水となる反応が進行する。これらの反応を促進するため、それぞれ、アノード11には白金黒、活性炭担持のPt触媒あるいはPt−Ru合金触媒などが、カソード12には白金黒、活性炭担持のPt触媒などが用いられる。通常アノード11、カソード12の両触媒とも、必要に応じてポリテトラフルオロエチレン、低分子の高分子電解質膜素材、活性炭などと共に多孔質触媒層に成形される。
【0045】
次いでNafion(デュポン社製)、Gore(ゴア社製)、Flemion(旭硝子社製)、Aciplex(旭化成社製)等の商品名で知られる高分子電解質膜の両側に上述の多孔質触媒層を積層しMEA(Membrane Electrode Assembly)が形成される。さらにMEAを金属材料、グラファイト、カーボンコンポジットなどからなるガス供給機能、集電機能、特にカソードにおいては重要な排水機能等を持つセパレータで挟み込むことで燃料電池が組み立てられる。電気負荷14はアノード11、カソード12と電気的に連結される。アノードオフガスはバーナー17において消費される。カソードオフガスは排気口15から排出される。
【実施例】
【0046】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明を更に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【0047】
[実施例1]
ビーカーに493gのイオン交換水を秤取し、2.33gの硝酸銀(AgNO)を加えて溶解させ、0.47%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、4.93gのMCM−41粉末(平均細孔径2.4nm、Si/Al(原子比)=5.6)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加えて室温で6時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤A」という。)を得た。
【0048】
[実施例2]
ビーカーに60gのイオン交換水を秤取し、0.24gの硝酸銀を加えて溶解させ、0.40%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、0.60gのMCM−41粉末(平均細孔径2.4nm、Si/Al(原子比)=38.4)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、室温で6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤B」という。)を得た。
【0049】
[実施例3]
ビーカーに297gのイオン交換水を秤取し、1.17gの硝酸銀を加えて溶解させ、0.39%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、2.97gのシリカ−アルミナ粉末(平均細孔径10.6nm、Si/Al(原子比)=1.9)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、室温で6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して(以下、「吸着剤C」という。)を得た。
【0050】
[実施例4]
ビーカーに216gのイオン交換水を秤取し、0.85gの硝酸銀を加えて溶解させ、0.39%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、2.16gのシリカ−アルミナ粉末(平均細孔径10.6nm、Si/Al(原子比)=1.9)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、油温80oCのオイルバスで還流させながら6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤D」という。)を得た。
【0051】
[実施例5]
ビーカーに214gのイオン交換水を秤取し、0.34gの硝酸銀を加えて溶解させ、0.16%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、2.14gのシリカ−アルミナ粉末(平均細孔径10.6nm、Si/Al(原子比)=1.9)を、当該粉末1gに対して硝酸銀溶液100gの割合で加え、油温80oCのオイルバスで還流させながら6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤E」という。)を得た。
【0052】
[実施例6]
ビーカーに22gのイオン交換水を秤取し、0.261gの硝酸銀を加えて溶解させ、1.17%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、0.22gのMCM−41粉末(平均細孔径2.4nm、Si/Al(原子比)=33.2)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、油温80oCのオイルバスで還流させながら6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤F」という。)を得た。
【0053】
[実施例7]
ビーカーに24gのイオン交換水を秤取し、0.19gの硝酸銀を加えて溶解させ、0.79%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、0.24gのMCM−41粉末(平均細孔径2.4nm、Si/Al(原子比)=33.2)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、油温80oCのオイルバスで還流させながら6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤G」という。)を得た。
【0054】
[実施例8]
ビーカーに24gのイオン交換水を秤取し、0.284gの硝酸銀を加えて溶解させ、1.17%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、0.24gのMCM−41粉末(平均粒子径2.4nm、Si/Al(原子比)=34.9)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、室温で6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を、550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤H」という。)を得た。
【0055】
[実施例9]
ビーカーに22gのイオン交換水を秤取し、0.173gの硝酸銀を加えて溶解させ、0.78%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、0.22gのMCM−41粉末(平均細孔径2.4nm、Si/Al(原子比)=34.9)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、室温で6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を、550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤I」という。)を得た。
【0056】
[実施例10]
ビーカーに30gのイオン交換水を秤取し、0.948gの硝酸銀を加えて溶解させ、3.07%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、0.30gのMCM−41粉末(平均細孔径2.4nm、Si/Al(原子比)=37.0)粉末を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、油温80oCのオイルバスで還流させながら3.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤J」という。)を得た。
【0057】
[実施例11]
ビーカーに41gのイオン交換水を秤取し、1.30gの硝酸銀を加えて溶解させ、3.07%硝酸銀水溶液を得た。調製した硝酸銀水溶液に、0.41gのMCM−41粉末(平均粒子径2.4nm、Si/Al(原子比)=36.6)を、当該粉末1gに対して硝酸銀水溶液100gの割合で加え、室温で3.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤K」という。)を得た。
【0058】
[実施例12]
ビーカーに486gのイオン交換水を秤取し、0.63gの硝酸銅(II)(Cu(NO)を加えて溶解させ、0.13%硝酸銅水溶液を得た。調製した硝酸銅(II)水溶液に4.86gのMCM−41粉末(平均粒子径2.4nm、Si/Al(原子比)=38.4)を、当該粉末1gに対して硝酸銅(II)水溶液100gの割合で加え、室温で6時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤L」という。)を得た。
【0059】
[実施例13]
ビーカーに63gのイオン交換水を秤取し、0.12gの硝酸銅(II)を加えて溶解させ、0.19%硝酸銅(II)水溶液を得た。調製した硝酸銅(II)水溶液に、0.63gのMCM−41粉末(平均粒子径2.4nm、Si/Al(原子比)=38.4)を、当該粉末1gに対して硝酸銅(II)水溶液100gの割合で加え、室温で6.5時間程攪拌した。その後、濾過、イオン交換水による洗浄を行い、濾紙上に回収された粉末を80oCで終夜乾燥させた。乾燥後得られた粉末に対して、同様の操作を2回繰り返し行なった。得られた粉末を550oCで5時間焼成して吸着剤(以下、「吸着剤M」という。)を得た。
【0060】
[比較例1]
ビーカーに5.27gのイオン交換水を秤取し、0.949gのテトラフルオロホウ酸銀AgBFを加えて溶解させ、15.3%テトラフルオロホウ酸銀水溶液を得た。2.04gのMCM−41(平均細孔径2.4nm、Si/Al(原子比)=6.1)を蒸発皿に秤取し、調製したテトラフルオロホウ酸銀水溶液を薬さじで粉末を馴染ませながらスポイトで数滴ずつ加えた。その後、80oCで終夜乾燥させて吸着剤(以下、「吸着剤N」という。)を得た。
【0061】
実施例1〜13で得られた吸着剤A〜NについてX線回折分析を行ったところ、いずれのX線回折スペクトルにおいても、AgOに帰属される回折ピーク及びCuOに帰属される回折ピークは検出されなかった。一例として、吸着剤JのX線回折スペクトルを図2に示す。また、比較のため、シリカ−アルミナ担体にAgOを担持した吸着剤を調製し、X線回折分析を行った。その結果を図3に示す。
【0062】
また、実施例1〜13及び比較例1で得られた吸着剤A〜Nについて、ICP発光分析装置(島津製作所社製ICPS−8100」)を用いて銀又は銅の含有量を測定した。得られた結果を表1に示す。
【0063】
[脱硫活性の評価]
実施例1〜13及び比較例1で得られた吸着剤A〜Nについて以下の試験を行い、脱硫活性を評価した。
200ppmのベンゾチオフェンを含むn−ドデカン溶液50mlに吸着剤0.2gを加え、室温下で2時間撹拌した。その後、濾過によりn−ドデカン溶液を回収し、溶液中のベンゾチオフェン濃度を測定した。そして、得られたベンゾチオフェン濃度の測定値と、各吸着剤の金属(銀又は銅)の含有量とから、金属の有効利用率(単位金属量当たりの脱硫活性能)を求め、脱硫活性を評価した。得られた結果を表1に示す。
【0064】
【表1】

【符号の説明】
【0065】
1…水タンク、2…水ポンプ、3…燃料タンク、4…燃料ポンプ、5…脱硫器、6…気化器、7…改質器、8…空気ブロアー、9…シフト反応器、10…一酸化炭素選択酸化反応器、11…アノード、12…カソード、13…固体高分子電解質、14…電気負荷、15…排気口、16…固体高分子形燃料電池、17…バーナー。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、Ag及びCu2+から選ばれる少なくとも1種の金属イオンを含む水溶液とを混合撹拌し、撹拌後の混合物から前記多孔質担体を分離し、分離した前記多孔質担体を焼成することによって得られる吸着剤。
【請求項2】
構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、
前記多孔質担体に保持された、銀及び銅から選ばれる少なくとも1種の金属と、
を含み、
前記金属の少なくとも一部は、前記多孔質担体の細孔内において、Ag又はCu2+の形態で保持されている、吸着剤。
【請求項3】
構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、
前記多孔質担体に保持された、銀及び銅から選ばれる少なくとも1種の金属と、
を含み、
前記金属の少なくとも一部は、前記多孔質担体の細孔内において、X線回折スペクトルにおいてAgOに帰属される回折ピーク及びCuOに帰属される回折ピークを与えない形態で存在している、吸着剤。
【請求項4】
構成元素として少なくともAlを含み、平均細孔径が2〜50nmである多孔質担体と、Ag及びCu2+から選ばれる少なくとも1種の金属イオンを含む水溶液とを混合撹拌する第1の工程と、
前記第1の工程後に得られる前記多孔質担体と前記水溶液との混合物から前記多孔質担体を分離する第2の工程と、
前記第2の工程後に得られる前記多孔質担体を焼成し、吸着剤を得る工程と、
を備える、吸着剤の製造方法。
【請求項5】
硫黄分を含有する燃料と請求項1〜3のいずれか一項に記載の吸着剤とを接触させて、前記燃料から前記硫黄分を除去する工程を備える、燃料の脱硫方法。
【請求項6】
前記燃料と前記吸着剤とを5℃以上70℃以下の温度で接触させる、請求項5に記載の脱硫方法。
【請求項7】
前記燃料が灯油である、請求項5又は6に記載の脱硫方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate


【公開番号】特開2011−240273(P2011−240273A)
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−115446(P2010−115446)
【出願日】平成22年5月19日(2010.5.19)
【出願人】(000004444)JX日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Fターム(参考)】