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環境触媒の技術動向

　工業の発展は人類の繁栄と豊かな生活の実現に大きく寄与してきました。しかし、一方では人口の急増とそれに伴う物質の大量生産、大量消費によって引き起こされた、大気、水、土壌などの汚染や地球温暖化、オゾン層破壊、酸性雨などの地球規模での環境汚染の拡大が人類の生存体系に深刻な問題を投げかけています。この環境問題を解決するための有力な方法の一つが触媒技術であり、今後も環境負荷の低減に中心的な役割を果たすことが期待されています。
　本調査レポートは、大気圏、水圏における汚染・有害物質の触媒浄化技術を中心に、以下の点に重点を置いてまとめたものです。

★ 環境問題と触媒技術および環境触媒について概説！
★ 排ガス処理技術として、移動発生源である自動車排ガス処理、固定発生源である、排煙脱硝、ダイオキシン類分解および有機化合物(VOC、フロン、PFC、PCB)の処理について詳述！
★ 水質浄化では、触媒を用いた廃水処理技術の現状について解説！
★ 酸化チタン光触媒、可視光機能を含めた高機能光触媒の開発状況について整理！
★ 石油精製に用いられる水素化脱硫触媒について解説！
★ 燃料電池などのエネルギー分野に係る触媒(電極触媒、改質触媒)技術にも言及！


　　　　□体裁　A4判 331ページ
　　　　□定価　71,400円(本体68,000円、消費税3,400円)
　　　　□送料　弊社負担
　　　　□発行　2009年11月

章　目　次

第1章　序論
第2章　自動車排ガスの処理
第3章　排煙脱硝
第4章　ダイオキシン類の触媒分解
第5章　有機化合物の処理
第6章　廃水処理
第7章　環境浄化型光触媒
第8章　水素化脱硫
第9章　燃料電池触媒

詳　細　目　次


第1章　序論		 1
　1.1　環境問題と触媒技術 1
　　1.1.1　はじめに 1
　　1.1.2　環境触媒技術の特徴 2
　1.2　環境触媒の基礎 3
　　1.2.1　触媒作用 3
　　1.2.2　触媒の機能 4
　　　(1)　活性 5
　　　(2)　選択性 5
　　　(3)　寿命 6
　　1.2.3　触媒の種類と特性 7
　　　(1)　均一系触媒 7
　　　(2)　不均一系触媒 9
　　　　A. 金属触媒 9
　　　　B. 遷移金属酸化物触媒 10
　　　　C. 固体酸触媒・固体塩基触媒 11
　　1.2.4　触媒の構成 12
　　1.2.5　触媒の調製法 12
　引用文献 14

第2章　自動車排ガスの処理		 15
　2.1　はじめに 15
　2.2　自動車排ガスの特徴 15
　2.3　排ガス規制と触媒技術の変遷 16
　2.4　ガソリン車排ガス用三元触媒システム 18
　2.5　三元触媒の構成と触媒作用 20
　2.6　三元触媒の高性能化 22
　　2.6.1　耐熱性三元触媒 22
　　　(1)　貴金属シンタリングとその対策 22
　　　(2)　酸素貯蔵材の改良 25
　　　(3)　酸素貯蔵・放出性能メカニズム 29
　2.7　HC吸着型三元触媒 30
　　2.7.1　コールドスタート時のHC処理 30
　　2.7.2　HC吸着型三元触媒の改良 32
　　　(1)　HC吸着型触媒システムの触媒作用 32
　　　(2)　HC吸着材 33
　　　(3)　三元触媒成分の改良 34
　　　(4)　モノリス担体の改良 36
　　　(5)　HC吸着型多段システム 36
　2.8　希薄燃焼ガソリンエンジン用触媒 37
　　2.8.1　炭化水素(HC)によるNO選択還元 37
　　　(1)　Pt-Rh-Ir-/MFIゼオライト系触媒 38
　　　(2)　Ir/BaSO4系触媒 41
　　2.8.2　NOX吸蔵還元触媒 43
　　　(1)　NOX吸蔵還元触媒の浄化原理 43
　　　(2)　触媒の構成 44
　　　(3)　NOX吸蔵還元触媒の劣化と改良 45
　　　　A. 劣化要因と硫酸塩の分解挙動 45
　　　　B. 水素生成材料による硫酸塩の分解 47
　　　　C. モノリス基材 48
　2.9　インテリジェント触媒(自己再生型触媒) 49
　　2.9.1　インテリジェント触媒の特性 49
　　2.9.2　自己再生メカニズム 52
　　2.9.3　実用インテリジェント触媒 53
　2.10　ディーゼル排ガス浄化触媒 54
　　2.10.1　NOX浄化 55
　　　(1)　選択還元法 55
　　　　A. 尿素選択還元法 55
　　　　B. 炭化水素選択還元法(HC-SCR) 59
　　　(2)　DPNRシステム(Diesel Particulate NOX Reduction System) 60
　　2.10.2　PM(Particulate Matter)後処理技術 61
　　　(1)　酸化触媒 61
　　　　A. 耐SOX性と担体効果 62
　　　　B. HC吸着材の適用 63
　　　(2)　ディーゼルパティキュレートフィルター(DPF) 65
　　　　A. DPF技術 66
　　　　B. PM燃焼触媒の改良(低温化) 68
　　　　　1) Pt坦持触媒の共存ガスの影響 68
　　　　　2) Pt坦持触媒の担体効果 69
　　　　　3) Pt坦持セリア系触媒のPM燃焼特性 70
　引用文献 73

第3章　排煙脱硝		 76
　3.1　はじめに 76
　3.2　アンモニア選択接触環元(SCR) 77
　3.3　SCRプロセス 78
　3.4　脱硝触媒 81
　　3.4.1　脱硝反応メカニズム 81
　　3.4.2　触媒形状 82
　　3.4.3　触媒劣化と耐久性 84
　　　(1)　ガス、重・原油、石炭焚き排ガス 84
　　　(2)　新種燃料焚き排ガス 87
　　　　A. 重質油系燃料 87
　　　　B. 木材系燃料 88
　　　　C. 都市ゴミ、廃棄物系燃料 88
　　3.4.4　触媒の改良 89
　　　(1)　SO2酸化活性の低減 89
　　　　A. 低SO2酸化率触媒 89
　　　　B. SO2酸化率経時変化抑制触媒 91
　　　(2)　高温排ガスへの適用 93
　3.5　光アンモニア脱硝 95
　　3.5.1　光アンモニア脱硝の反応機構 96
　　3.5.2　TiO2系触媒の光アンモニア脱硝特性 99
　3.6　乾式排煙脱硫・脱硝 101
　　3.6.1　活性炭の触媒機能 102
　　　(1)　活性炭の脱硫機能 102
　　　(2)　活性炭の脱硝機能 103
　　3.6.2　活性コークス法排煙脱硫・脱硝プロセス 104
　引用文献 107

第4章　ダイオキシン類の触媒分解		 109
　4.1　はじめに 109
　4.2　ダイオキシン類の生成機構 111
　4.3　ダイオキシン類生成抑制対策 112
　4.4　ダイオキシン類分解除去技術 114
　　4.4.1　触媒法の原理と特徴 116
　　4.4.2　触媒法ダイオキシン類除去プロセス 117
　4.5　ダイオキシン類分解触媒 118
　　4.5.1　ダイオキシン類分解性能と触媒特性 118
　　4.5.2　分解機構 122
　4.6　触媒の劣化機構と耐久性 123
　引用文献 125

第5章　有機化合物の処理		 126
　5.1　はじめに 126
　5.2　VOC処理技術 127
　　5.2.1　触媒燃焼法の特徴と燃焼触媒 129
　　5.2.2　VOC処理触媒の特徴 129
　　5.2.3　貴金属触媒の性能とその改良 131
　　　(1)　Pt-アルミナ系クリオゲル触媒 134
　　　(2)　アルマイト触媒 136
　　5.2.4　触媒の劣化と対策 139
　　5.2.5　VOC触媒燃焼システム 142
　　　(1)　触媒燃焼方式VOC処理装置 142
　　　(2)　蓄熱触媒燃焼方式VOC処理装置 144
　　5.2.6　脱臭 146
　　　(1)　生ごみ処理機の脱臭 146
　　　(2)　放電型光触媒による脱臭 148
　　　(3)　オゾン触媒法による下水処理施設の脱臭 151
　5.3　フロンの触媒分解 154
　　5.3.1　触媒分解法 155
　　　(1)　金属リン酸塩触媒 156
　　　　A. 触媒特性 156
　　　　B. AlPO4触媒の耐久性 160
　　　(2)　WO3-TiOS2系触媒 160
　5.4　PFCの触媒分解 162
　　5.4.1　PFC分解触媒 163
　5.5　PCBの触媒分解 166
　　5.5.1　PCBの無害化技術 166
　　5.5.2　触媒水素化脱塩素元法 168
　　　(1)　原理と特徴 168
　　　(2)　Pd/C触媒によるPCBの分解特性 169
　　　(3)　PCB分解処理システム 171
　　5.5.3　光/触媒分解法 174
　　　(1)　光/触媒分解システム 174
　　　(2)　光分解特性 175
　　　(3)　触媒分解特性 176
　　　(4)　光/触媒分解法による実証試験 177
　引用文献 178

第6章　廃水処理		 181
　6.1　はじめに 181
　6.2　窒素化合物含有廃水の処理 183
　　6.2.1　触媒湿式酸化法による排水処理
　　　　　(アンモニア、有機化合物の同時処理) 184
　　　(1)　触媒湿式酸化法の概要 184
　　　　A. 原理 184
　　　　B. 触媒湿式酸化プロセス 185
　　　　C. 反応条件 186
　　　(2)　触媒湿式酸化プロセスの特徴 187
　　　(3)　湿式酸化触媒 187
　　　　A. 触媒の具備条件 187
　　　　B. 条件を満たす触媒 188
　　　　C. 反応機構 188
　　　　D. 触媒劣化 190
　　　(4)　各種産業排水への適用 190
　　　　A. 化学プラント廃水の処理(COD成分の処理) 190
　　　　B. シアン含有廃水の処理 191
　　　　C. 汚泥廃水の処理 192
　　　　D. 有害物質の低温低圧処理 193
　　　　　1) アンモニア、過酸化水素含有廃水の処理 193
　　　　　2) エチレンプラント廃ソーダ液の処理 193
　　　　　3) ダイオキシン類の処理(ごみ焼却プラント廃水) 194
　　6.2.2　アンモニア含有廃水の処理 195
　　　(1)　触媒気相酸化分解法 195
　　　　A. 処理システムの特徴と構成 195
　　　　B. 触媒の種類 196
　　　　C. 処理事例 198
　　　(2)　亜硝酸酸化分解法 199
　　　　A. 脱窒反応特性と処理システム 199
　　　　B. 触媒耐久性 201
　6.3　硝酸含有廃水の処理 202
　　6.3.1　硝酸態窒素除去技術 202
　　6.3.2　水素還元除去触媒の開発状況 204
　引用文献 207

第7章　環境浄化型光触媒		 209
　7.1　はじめに 209
　7.2　光触媒酸化の反応機構 210
　7.3　環境浄化型光触媒の機能と特性 211
　　7.3.1　酸化チタン光触媒の活性と活性支配因子 211
　　7.3.2　酸化チタン光触媒の機能と応用分野 212
　　　(1)　空気浄化、抗菌分野 213
　　　(2)　水質浄化分野 214
　　　(3)　防汚・セルフクリーニング・防曇分野 214
　7.4　酸化チタン光触媒の調製法 215
　　7.4.1　酸化チタン微粒子の調製法 215
　　　(1)　液相法 215
　　　(2)　水熱法 216
　　　(3)　気相法 217
　　7.4.2　酸化チタン光触媒薄膜の調製 217
　　　(1)　ゾル・ゲル法による製膜 217
　　　(2)　イオン工学的製膜法 218
　7.5　酸化チタンハイブリッド光触媒 220
　　7.5.1　吸着材坦持酸化チタン光触媒 220
　　　(1)　有機汚染物質の気相光酸化分解 221
　　　(2)　有機汚染物質の液相光酸化分解 224
　　7.5.2　酸化チタン/メソポーラスシリカ複合体による分子選択光触媒 227
　　　(1)　複合体の合成法 228
　　　(2)　複合体触媒の分子選択的光触媒作用 229
　　7.5.3　ゼオライト骨格に組み込んだ四配位酸化チタン光触媒 230
　　　(1)　酸化チタン光触媒の局所構造とNO光分解反応の選択性 231
　　　(2)　可視光応答性四配位酸化チタン光触媒 232
　7.6　可視光応答型光触媒 233
　　7.6.1　シランカップリング剤修飾過程を経る窒素ドープ酸化チタン光触媒 233
　　7.6.2　硫黄ドープ酸化チタンナノチューブ光触媒 237
　　7.6.3　金属イオン注入法による酸化チタン光触媒の可視光化 239
　　7.6.4　マグネトロンスパッタリング法による酸化チタン薄膜の可視光化 242
　　7.6.5　酸化タングステン/白金系光触媒 245
　　　(1)　Pt-WO3光触媒の調製 246
　　　(2)　Pt-WO3光触媒を用いた有機物の酸化分解 247
　　　(3)　Pt-WO3における光触媒反応 248
　引用文献 249

第8章　水素化脱硫		 252
　8.1　はじめに 252
　8.2　水素化脱硫プロセス 254
　　8.2.1　プロセスフロー 254
　　8.2.2　水素化脱硫プロセスの反応条件と実用触媒 256
　8.3　水素化脱硫反応の特性 257
　　8.3.1　硫黄化合物の反応性 257
　　8.3.2　脱硫反応のルート 259
　8.4　水素化脱硫触媒の活性点構造 261
　　8.4.1　Co-Mo-S構造の活性サイト 262
　　8.4.2　Co-Mo-S構造(TypeⅠとTypeⅡ) 264
　8.5　高活性脱硫触媒の開発動向 266
　　8.5.1　キレート剤の添加効果 266
　　8.5.2　担体効果 270
　　8.5.3　担体の改良 271
　　　(1)　担体の改質 271
　　　(2)　チタニア-アルミナ担体 272
　　　(3)　チタニア担体 275
　8.6　水素化脱硫触媒の劣化 277
　　8.6.1　コーク析出による活性低下 278
　　8.6.2　メタル劣化 279
　　8.6.3　活性点の構造変化による劣化 281
　　8.6.4　共存物質による脱硫反応阻害 282
　　8.6.5　劣化防止対策 284
　　　(1)　コーク劣化の防止 284
　　　(2)　メタル劣化の防止 284
　引用文献 285

第9章　燃料電池触媒		 288
　9.1　はじめに 288
　9.2　燃料電池の種類、燃料および電極反応 289
　9.3　固体高分子形燃料電池(PEFC)用電極触媒 292
　　9.3.1　PEFCの特徴と基本構成 292
　　9.3.2　電極材料と動作環境 293
　　9.3.3　耐COアノード電極触媒 294
　　9.3.4　カソード電極触媒 296
　　9.3.5　非Pt系カソード触媒の開発 299
　　　(1)　大環状高分子金属錯体 299
　　　(2)　カルコゲン化合物系 301
　　　(3)　ⅣおよびⅤ族遷移金属化合物 301
　　9.3.6　電極触媒の耐久性 303
　　　(1)　電極触媒の劣化 303
　　　(2)　耐腐食性電極触媒(Pt/ Pt/ Ti4O7) 306
　　9.3.7　DMFC用電極用触媒 307
　9.4　固体酸化物形燃料電池用電極触媒 308
　　9.4.1　カソード電極触媒 310
　　9.4.2　アノード電極触媒 313
　9.5　溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC) 315
　　9.5.1　電極(カソードおよびアノード電極触媒) 316
　9.6　燃料電池用改質触媒 318
　　9.6.1　炭化水素の改質 319
　　　(1)　脱硫工程 319
　　　(2)　改質工程 320
　　　(3)　CO変性工程 321
　　　(4)　CO除去工程(COの選択酸化) 322
　　9.6.2　メタノールの改質 325
　　　(1)　改質工程 326
　　　(2)　CO除去工程(CO選択酸化) 329
　引用文献 329
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