希土類酸化物を用いた新規VOC浄化触媒の開発

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本研究では、室温以下におけるVOCの完全燃焼を目指し、触媒活性が高く、悪臭成分や可燃性分を発生させることなしに二酸化炭素と水蒸気に完全燃焼でき、しかもメインテナンスを不要とする簡素な構成の新規VOC完全燃焼触媒の開発を目指した。平成23年度は、前年度に開発したPt/CeO_2-ZrO_2-Bi_2O_3触媒の汎用性の高さを検討すべく、強い刺激臭を有する酢酸エチルの完全燃焼触媒に本触媒を応用した。酢酸エチルの完全燃焼に対する触媒担体の組成、及びPtナノ粒子の担持率の最適化を行った結果、Pt(10wt%)/Ce_<0.64>Zr_<0.16>Bi_<0.20>O_<1.90>触媒において最も高い活性が得られ、190℃という低温における酢酸エチルの完全燃焼(生成物は二酸化炭素と水蒸気のみ)を実現した。また、触媒の酸化還元特性を評価したところ、触媒の酸化還元特性が酢酸エチルの酸化活性に大きく寄与することが明らかとなった。さらに、良好な酸素貯蔵放出能を有するCeO_2-ZrO_2-Bi_2O_3複合酸化物のBi_2O_3に代え、CeO_2-ZrO_2複合酸化物の結晶格子内にSnO_2を固溶させたCeO_2-ZrO_2-SnO_2複合酸化物をPtナノ粒子と共に比表面積の大きなγ-Al_2O_3担体表面上に分散担持したPt/CeO_2-ZrO_2-SnO_2/γ-Al_2O_3触媒を調製し、さらなるVOCの完全燃焼温度の引き下げを試みた。CeO_2-ZrO_2複合酸化物の結晶格子内にSnO2を固溶させることにより、低温での酸素放出特性が向上するだけでなく、酸素貯蔵能も著しく向上することが明らかとなった。その結果、開発したCeO_2-ZrO_2-SnO_2複合酸化物を新たに環境触媒に用いることで、CeO_2-ZrO_2-Bi_2O_3系触媒よりもさらに低温でVOCの完全燃焼を実現した。さらに、本触媒について水蒸気存在下におけるVOCの燃焼活性を評価したところ、湿潤雰囲気下においてもVOC酸化活性が全く低下しないことが分かった。これら平成23年度の結果により、これまでに開発された触媒を凌ぐ、極めて高い酸化活性を有するだけでなく、耐水性にも優れた新規な環境触媒の開発に成功した。