改質触媒用不織布および織布

【課題】燃料電池用の水素燃料を得るための都市ガス等の改質触媒において、貴金属の量を減らすことで水素燃料製造コストの低減を図る。
【解決手段】改質触媒を、カーボン繊維１１ａの外周面に、一定の間隔をおいて長さ方向に筋状貴金属部１１ｂを設けた複合繊維１１から形成された不織布および織布とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に用いる水素燃料を得る際に、改質触媒として用いる不織布等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年新たなエネルギー発電装置として、燃料電池が脚光を浴びている。燃料電池は、燃料となる水素と、空気中の酸素とを化学反応させることにより電気を作り出す仕組みであり、その発電効率の高さと環境に対する負荷の低さから、さまざまな利用法が模索されている。
【０００３】
ここで燃料となる水素は空気中にほとんど存在しないため、通常は都市ガスに含まれるメタノール等に水蒸気を反応させて作り出されており、その際に触媒として白金等の貴金属が用いられる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、白金を担持した所定の元素とＺｒとの複合酸化物を含有する改質触媒が提案されている。
【０００５】
しかしこのような構成では、貴金属の量が多くなるため、結果的に水素燃料の製造コストが高くなる問題があった。
【特許文献１】特開２００２−１２１００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこでこの発明の解決しようとする課題は、燃料電池用の水素燃料を得るための都市ガス等の改質触媒において、貴金属の量を減らすことで水素燃料製造コストの低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するため、この発明は、カーボン繊維の外周面に、一定の間隔をおいて長さ方向に筋状貴金属部を設けた複合繊維からなる改質触媒用不織布を形成したのである。ここで貴金属とは白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム等希少でありかつ化学的に安定した触媒に用いるのに好適な金属をいう。
【０００８】
また、この発明は、カーボン繊維の外周面に、一定の間隔をおいて長さ方向に筋状貴金属部を設けた複合繊維からなる改質触媒用織布を形成したのである。
【０００９】
前記繊維の径は５μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
改質触媒用不織布または織布を、カーボン繊維の外周面に、一定の間隔をおいて長さ方向に筋状金属部を設けた複合繊維から形成することにより、外周面は貴金属で覆われているため、改質触媒としての性能は維持しつつも、貴金属の量が従来の金属板等からなる改質触媒とは比較にならないほど減少させることができるため、結果的に水素燃料製造コストを低減することができる。また、同じく貴金属の減量により改質触媒の重量を軽減することができる。さらに、改質触媒が主にカーボン繊維で出来ているため柔軟で加工が容易となり、製品としての応用範囲が広がる。
【００１１】
また、改質触媒を不織布とすることで表面積を従来の金属板等に比べて飛躍的に増大させることができるため、触媒反応の効率を上げることができる。
【００１２】
繊維の径を５μｍ〜１００μｍとすることで、製品として繰り返しの使用に耐える強度を保持しつつ、表面積を増大させ触媒反応の効率を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。ここでは、この発明にかかる改質触媒用不織布１２を、メルトブロー法により製造する方法を述べる。
【００１４】
まず、原料となるポリマー１０ａと貴金属粉末を混入したポリマー１０ｂを用意する。ポリマー１０ａとしては、石油ピッチ、石炭ピッチおよびエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂または、硬化剤を混入した溶融紡糸可能な樹脂が用いられる。貴金属としては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムなどが用いられ、後に還元処理することを条件に塩化白金、酸化白金などの金属塩で代替することもできる。貴金属粉末の粒径は３μ以下であるのが好ましく、ポリマーへの混入率は４０容量％未満であるのが好ましい。
【００１５】
この原料１０ａ、１０ｂを図１に示すようにホッパ２０ａ、２０ｂに投入し、押出機３０ａ、３０ｂで加熱溶融し、ダイ４０に供給して繊維１１として紡出し、紡出した繊維１１を捕集ネットからなるコンベア５０上にシート状に堆積させこれをコンベア５０から剥離しながら、場合によりカレンダロール６０を通過させた後、巻取機７０で巻き取って不織布１２を製造するのがメルトブロー法の概略工程である。
【００１６】
繊維１１を、図２のようにポリマー１０ａからなる軸繊維１１ａの外周に、等間隔に４つの断面円弧状の凹入面を設け、そこに貴金属を混入したポリマー１０ｂからなる内周が前記凹入面の断面円弧状に対応して円弧状に膨らみ、外周が軸繊維１１ａ外周の凹入面を除いた部分の両端を延長した断面円形に対応して円弧状に膨らんだ筋状部１１ｂを埋没させ、全体として断面円形となる複合繊維とするには、図３（ａ）、(ｂ)のようなダイ４０を用いる。
【００１７】
図３（ａ）のようにダイ４０は、軸ポリマー導入口４０ａから導入された溶融したポリマー１０ａと、貴金属混入ポリマー導入口４０ｂから導入された溶融した貴金属混入ポリマー１０ｂとを複合部４０ｃで合流させる。図３(ｂ)のように複合部４０ｃでは、外周等間隔に四方が凹入した直進する軸ポリマー流路４０ｄと、前記凹入した四方を埋め合わせるように、４つの貴金属混入ポリマー流路４０ｅが形成され、溶融した貴金属を混入したポリマーが溶融したポリマーを軸としてその四方に埋没して取り巻くようにして合流し、全体として断面円形を形成するようになっている。さらに図３（ａ）のように、こうしてできたものを紡糸口４０ｆから吐出し、熱風導入口４０ｇを経て熱風吐出スリット４０ｈから噴出した高温のエアーで紡出する仕組みとなっている。なお、このようにして形成された複合繊維１１は、ポリマーからなる軸繊維１１ａの一部が外周面に露出しているため、メルトブロー法による繊維の自己接着積層に支障が生じない。
【００１８】
こうしてできた不織布１２をさらに、１５００℃から１６００℃の間で焼成し、黒鉛化処理を施してポリマーをカーボン繊維にすることで改質触媒用不織布が完成する。このようにしてできた改質触媒は、従来の金属板等と異なり柔軟なカーボン繊維から成る不織布でできているため、加工が容易で製品としての応用範囲が広がる。なお、貴金属の替わりに貴金属塩を用いた場合には、同時に金属還元処理を施して金属単体に還元する。また、必要に応じて不融化処理を施してもよい。
【００１９】
この実施の形態では不織布１２をメルトブロー法により製造したがこれに限られず、ニードルパンチ法、スパンレース法、スパンボンド法など公知の製法で製造することができる。また、複合繊維１１で織布を製造してもよく、その場合も織機を使った公知の製法が用いられる。
【００２０】
このようにして形成された繊維の径は、製品として使用に耐える十分な強度を保持しつつも、触媒効率を考えると可能な限り小さくすることが望ましいため、約１μｍ〜５０μｍとするのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】メルトブロー法の概略図
【図２】複合繊維の拡大斜視図
【図３】（ａ）はダイの縦断面図、(ｂ)はその矢印横断面図
【符号の説明】
【００２２】
１０ａポリマー
１０ｂ貴金属混入ポリマー
１１繊維
１１ａ軸繊維
１１ｂ筋状部
１２不織布
２０ａ、２０ｂホッパ
３０ａ、３０ｂ押出機
４０ダイ
４０ａ軸ポリマー導入口
４０ｂ貴金属混入ポリマー導入口
４０ｃ複合部
４０ｄ軸ポリマー流路
４０ｅ貴金属混入ポリマー流路
４０ｆ紡糸口
４０ｇ熱風導入口
４０ｈ熱風吐出スリット
５０コンベア
６０カレンダロール
７０巻取機

【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン繊維の外周面に、一定の間隔をおいて長さ方向に筋状貴金属部を設けた複合繊維からなる改質触媒用不織布。
【請求項２】
カーボン繊維の外周面に、一定の間隔をおいて長さ方向に筋状貴金属部を設けた複合繊維からなる改質触媒用織布。
【請求項３】
前記複合繊維の径は５μｍ〜１００μｍである請求項１に記載の不織布または請求項２に記載の織布。

【図１】