JP2004058029A - Energy-saving electrochemical reaction system and activation method thereof - Google Patents
Energy-saving electrochemical reaction system and activation method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004058029A JP2004058029A JP2002224126A JP2002224126A JP2004058029A JP 2004058029 A JP2004058029 A JP 2004058029A JP 2002224126 A JP2002224126 A JP 2002224126A JP 2002224126 A JP2002224126 A JP 2002224126A JP 2004058029 A JP2004058029 A JP 2004058029A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chemical reaction
- reaction system
- phase
- oxygen
- substance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
【課題】燃焼排ガス中に過剰の酸素が存在する場合に、少ない消費電力で高効率に窒素酸化物を浄化できる化学反応システム等を提供する。
【解決手段】被処理物質の化学反応を行うための、酸素イオン伝導体(イオン伝導相)、及びこれを挟んで相対するカソード(還元相)及びアノード(酸化相)、又は、酸化及び/又は還元触媒を基本単位として化学反応部を構成した化学反応システムにおいて、上記化学反応部に電流を通電若しくは電界を印加、又は還元若しくは減圧下で熱処理することにより、化学反応部に吸着し反応を阻害する酸素をイオン化して除去する能力を活性化したことを特徴とする、化学反応システム、その使用方法及びその活性化方法。
【選択図】 なしAn object of the present invention is to provide a chemical reaction system and the like that can efficiently purify nitrogen oxides with low power consumption when excess oxygen is present in combustion exhaust gas.
An oxygen ion conductor (ion conduction phase) for performing a chemical reaction of a substance to be treated, and a cathode (reduction phase) and an anode (oxidation phase) opposed to each other with the oxygen ion conductor interposed therebetween, or oxidation and / or oxidation In a chemical reaction system in which a chemical reaction unit is configured with a reduction catalyst as a basic unit, current is applied to or applied to the above-mentioned chemical reaction unit, or reduction or heat treatment is performed under reduced pressure, thereby adsorbing the chemical reaction unit and inhibiting the reaction. A chemical reaction system, a method for using the same, and a method for activating the same, characterized in that the ability to ionize and remove oxygen is activated.
[Selection diagram] None
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、省エネルギー型電気化学反応システム及びその活性化方法に関するものであり、更に詳しくは、例えば、酸素を含む燃焼排ガスから窒素酸化物を効率的に浄化する化学反応システム、その使用方法及びその活性化方法に関するものである。本発明は、例えば、排ガス中の窒素酸化物を電気化学反応システムで浄化する際に、酸素分子が表面に吸着して反応性が低下することに対し、少ない消費電力で上記化学反応システムを再活性化し、高効率に被処理物質の化学反応を行うことを可能とする、新しい化学反応システム、その使用方法及びその活性化方法を提供するものとして有用である。
【0002】
【従来の技術】
ガソリンエンジンから発生する窒素酸化物の浄化は、現在、三元系触媒による方法が主流となっている。しかし、燃費向上を可能とするリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンにおいては、燃焼排ガス中に酸素が過剰に存在するため、三元系触媒表面への酸素の吸着による触媒活性の激減が問題となり、窒素酸化物を浄化することができない。
【0003】
一方、酸素イオン伝導性を有する固体電解質膜を用いて、そこへ電流を流すことにより、排ガス中の酸素を触媒表面に吸着させることなく除去することも行われている。触媒反応器として提案されているものとして、電極に両面を挟まれた固体電解質に電圧を印加することにより、表面酸素を除去すると同時に窒素酸化物を酸素と窒素に分解するシステムが知られている。
【0004】
しかしながら、上記方法では、燃焼排ガス中に過剰の酸素が存在する場合、共存している酸素と窒素酸化物の吸着分解反応サイトが同一の酸素欠陥よりなるため、酸素分子に対する窒素酸化物の吸着確率は、分子選択性及び共存分子数比から見て著しく低くなり、このため、窒素酸化物を分解するには多量の電流を流す必要があり、消費電力が増大するという問題点を有する。
【0005】
このような状況の中で、本発明者らは、既に、化学反応器において、カソードの内部構造を、同層上部にナノメートルサイズの貫通孔を取り巻いて、電子伝導体とイオン伝導体がナノメートルからミクロン以下のサイズで相互に密着したネットワーク状に分布する構造とすることで、被処理物質の化学反応を行う際に妨害ガスとなる過剰な酸素を低減させることが可能となり、それにより、少ない消費電力で高効率に被処理物質を処理できることを見出している(特願2001−225034)。しかし、この方法では、共存酸素分子の除去のためには連続的に電流を供給する必要があり、消費電力の低減は不十分であるという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、これらの諸問題を解決することを目標として鋭意研究を重ねた結果、化学反応部中のカソード上部に位置する作動電極層において、酸素の吸着と窒素酸化物の吸着−還元反応を同時に行うことで化学反応の効率化を可能とするための局所反応場を形成し、更に、一定量の酸素分子の吸着後に、化学反応システムに通電することで酸素分子をイオン化して除去して再活性化することが可能であることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明の課題は、上記問題点を解決することにあり、燃焼排ガス中に過剰の酸素が存在する場合に、酸素分子と窒素酸化物分子に対する選択的吸着性を有する物質に対にして、窒素酸化物を吸着しやすくすることにより、窒素酸化物の分解に必要な電流量を減らし、同時に、一定量の酸素の吸着後に通電処理することにより化学反応システムを再活性化して、更に、低消費電力により高効率に窒素酸化物を浄化できる化学反応システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)被処理物質の化学反応を行うための、1)酸素イオン伝導体(イオン伝導相)、及びこれを挟んで相対するカソード(還元相)及びアノード(酸化相)、又は、2)酸化及び/又は還元触媒、を基本単位として化学反応部を構成した化学反応システムにおいて、上記化学反応部に電流を通電若しくは電界を印加、又は還元若しくは減圧下で熱処理することにより、化学反応部に吸着し反応を阻害する酸素をイオン化して除去する能力を活性化したことを特徴とする、化学反応システム。
(2)上記化学反応部として、酸素及び被処理物質の各々に対して選択性を有する還元相と、還元相に被処理物質を効率的に供給して処理するために必要なマイクロメートル以下の細孔を有する化学反応部を用いたことを特徴とする、前記(1)記載の化学反応システム。
(3)上記化学反応部として、イオン伝導体、電子伝導体、混合導電体のいずれかを組み合わせて構成される電子伝導相とイオン伝導相の接点に対して、通電、電界印加、又は還元若しくは減圧下で熱処理することにより、化学反応部の一部に被処理物質に対する酸化還元反応が行われる微小反応領域を導入した化学反応部を用いたことを特徴とする化学反応システム。
(4)上記微小反応領域として、電子伝導相とイオン伝導相の接点に、電子伝導相の金属相部、イオン伝導相の酸素欠乏部、及びそれらの接点周辺の微小空間部(空隙)、からなる界面を形成した化学反応部を用いたことを特徴とする、前記(3)記載の化学反応システム。
(5)上記化学反応部として、カソードに、上記酸化還元反応が行われる微小反応領域を導入した化学反応部を用いたことを特徴とする、前記(3)記載の化学反応システム。
(6)上記化学反応部として、カソードの上部に酸化還元反応を司る作動電極層を有し、同層内に、上記酸化還元が行われる、ナノメートル〜マイクロメートルの大きさの微小反応領域を導入した化学反応部を用いたことを特徴とする、前記(1)記載の化学反応システム。
(7)上記被処理物質が、窒素酸化物であることを特徴とする、前記(1)記載の化学反応システム。
(8)上記化学反応が、窒素酸化物の還元分解であることを特徴とする、前記(6)記載の化学反応システム。
(9)前記(1)から(8)のいずれかに記載の被処理物質の化学反応を行うための化学反応システムを使用する方法であって、上記化学反応システムにおいて、温度を400〜700℃に保ち、ないしは同温度域で昇温又は降温し、時間間隔をおいて通電もしくは電界印加を行い、化学反応部を活性化することを特徴とする、化学反応システムの使用方法。
(10)前記(1)から(8)のいずれかに記載の被処理物質の化学反応を行うための化学反応システムを活性化する方法であって、上記化学反応システムにおいて、温度を400〜700℃に保ち、ないしは同温度域で昇温又は降温し、カソードとアノードの間に1分〜3時間の通電若しくは電界印加処理を行うことを特徴とする、化学反応システムの活性化方法。
(11)通電電流5mA〜1A又は印加電圧0.5V〜2.5Vを加え、電気化学反応を生じさせる、前記(10)記載の化学反応システムの活性化方法。
(12)酸素分圧が0%〜21%(大気中)で通電若しくは電界処理を行う、前記(10)記載の化学反応システムの活性化方法。
(13)前記(1)から(8)のいずれかに記載の被処理物質の化学反応を行うための化学反応システムを活性化する方法であって、上記化学反応システムにおいて、温度を500℃以上に保ち、ないしは同温度域で昇温又は降温し、還元若しくは減圧下で熱処理を行うことを特徴とする、化学反応システムの活性化方法。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、被処理物質の化学反応を行うための化学反応システムに係るものであり、この化学反応システムは、前記被処理物質の前記化学反応を進行させる化学反応部と、好ましくは、酸素のイオン化を阻害するためのバリア層とから構成される。
【0009】
被処理物質の化学反応を行う化学反応部は、好適には、被処理物質中に含まれる元素へ電子を供給してイオンを生成させる還元相と、還元相からのイオンを伝導するイオン伝導相と、このイオン伝導相を伝導したイオンから電子を放出させる酸化相とを備えているが、これらに限らず、これらと同等の機能を有する酸化及び/又は還元触媒、すなわち、酸化触媒、還元触媒、又は酸化還元触媒を基本単位として構成することも適宜可能である。この場合、それらの構成成分は特に制限されない。
【0010】
本発明において、好ましくは、被処理物質が、燃焼排ガス中の窒素酸化物であり、還元相において窒素酸化物を還元して酸素イオンを生成させ、イオン伝導相において酸素イオンを伝導させる。しかし、本発明における被処理物質は、窒素酸化物に限定されるものではない。本発明の化学反応器は、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成すること、メタンから水素と一酸化炭素との混合ガスを生成すること、あるいは水から水素を生成すること、に適用することができる。
【0011】
化学反応システムの形態としては、例えば、管状、平板状、ハニカム状等が例示されるが、特に、管状、ハニカム状のように、一対の開口を有する貫通孔を一つ又は複数有しており、各貫通孔中に化学反応部が位置していることが好ましい。
【0012】
上記化学反応部において、還元相は、多孔質とし、反応の対象とする物質を選択的に吸着する物質からなることが好ましい。還元では、被処理物質中に含まれる元素へ電子を供給し、イオンを生成させ、生成したイオンをイオン伝導相へ伝達するために、導電性物質からなることが好ましい。また、還元相は、電子及びイオンの伝達を促進するために、電子伝導性とイオン伝導性の両特性を有する混合伝導性物質からなること、又は電子伝導性物質とイオン伝導性物質の混合物からなることがより好ましい。還元相は、これらの物質の少なくとも2相以上が積層した構造であってもよい。
【0013】
還元相として用いられる導電性物質及びイオン導電性物質は、特に限定されるものではない。導電性物質としては、例えば、白金、パラジウム等の貴金属や、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、ランタンマンガナイト、ランタンコバルタイト、ランタンクロマイト等の金属酸化物が用いられる。被処理物質を選択的に吸着するバリウム含有酸化物やセオライト等も還元相として用いられる。前記物質の少なくとも1種類以上を、少なくとも1種類以上のイオン伝導性物質との混合質として用いることも好ましい。イオン伝導性物質としては、例えば、イットリア又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニアや酸化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化したセリア、ランタンガレイト等が用いられる。還元相が前記物質を少なくとも二相以上積層した構造からなることも好ましい。より好ましくは、還元相は、白金等の貴金属からなる導電性物質相と酸化ニッケルとイットリア又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニアの混合物相の二相を積層した構造からなる。
【0014】
イオン伝導相は、イオン伝導性を有する固体電解質からなり、好ましくは、酸素イオン導電性を有する固体電解質からなる。酸素イオン伝導性を有する固体電解質としては、例えば、イットリア又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニアや酸化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化したセリア、ランタンガレイトが挙げられるが、特に限定されるものではない。好ましくは、高い導電性と強度を有し、長期安定性に優れたイットリア又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニアが用いられる。
【0015】
酸化相は、イオン伝導相からのイオンから電子を放出させるため、導電性物質を含有する。電子及びイオンの伝達を促進するため、電子伝導性とイオン伝導性の両特性を有する混合伝導性物質からなること、又は、電子伝導性物質とイオン伝導性物質の混合物からなることが好ましい。酸化相として用いられる導電性物質及びイオン伝導性物質は、特に限定されるものではない。導電性物質としては、例えば、白金、パラジウム等の貴金属や、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、ランタンマンガナイト、ランタンコバルタイト、ランタンクロマイト等の金属酸化物が用いられる。イオン伝導性物質としては、例えば、イットリア又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニアや酸化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化したセリア、ランタンガレイトが用いられる。
【0016】
バリア層は、酸素分子を表面吸着した際に、酸素イオンを生成するために必要な電子の供給を防ぐことを目的とするものである。あるいは、酸素イオンが化学反応部内において、導電性酸化物(例えば、酸化ニッケル)の還元反応により生成した金属(例えば、金属ニッケル)が再酸化されることを防ぐ目的で設置され、化学反応部、特に還元層による供給電子が表面に到達することを抑止する材料及び構造を有する。このバリア層は、イオン伝導体又は混合導電体又は絶縁体であることが望ましく、混合導電体の場合は電子伝導性が大きいと電子伝導の抑止効果が低下するため、電子伝導性の割合が極力小さいことが望ましい。
【0017】
本発明は、被処理物質の化学反応を行うための、酸素イオン伝導体(イオン伝導相)、及びこれを挟んで相対するカソード(還元相)及びアノード(酸化相)、又は、酸化及び/又は還元触媒を基本単位として化学反応部を構成した化学反応システムにおいて、例えば、上記化学反応部のカソードとアノードの間に電流を通電若しくは電界を印加、又は還元若しくは減圧下で熱処理することにより、化学反応部に吸着し反応を阻害する酸素をイオン化して除去する能力を活性化したことを特徴としている。本発明では、上記化学反応部として、イオン伝導体、電子伝導体、混合導電体のいずれかを組み合わせて構成される電子伝導相とイオン伝導相の接点に対して、通電、電界印加、又は還元若しくは減圧下で熱処理することにより、化学反応部の一部に被処理物質に対する酸化還元反応が行われる微小反応領域を導入した化学反応部を用いたこと、また、上記化学反応部として、酸素及び被処理物質の各々に対して選択性を有する還元相と、還元相に被処理物質を効率的に供給して処理するために必要なマイクロメートル以下の細孔を有する化学反応部を用いたこと、また、上記微小反応領域として、電子伝導相とイオン伝導相の接点に、電子伝導相の金属相部、イオン伝導相の酸素欠乏部、及びそれらの接点周辺の微小空間部(空隙)、からなる界面を形成した化学反応部を用いたこと、また、上記化学反応部として、カソードに、上記酸化還元反応が行われる微小反応領域を導入した化学反応部を用いたこと、更に、上記化学反応部として、カソードの上部に酸化還元反応を司る作動電極層を有し、同層内に、上記酸化還元が行われる、ナノメートル〜マイクロメートルの大きさの微小領域を導入した化学反応部を用いたこと、が好適な例としてあげられる。
【0018】
化学反応部中のカソード上部に位置する作動電極層は、本発明者らにより、先に見出された高効率での被処理物質の吸着分解(特願2001−225034)に加え、酸素分子の吸着と被処理物質の吸着を、各々の反応に適した別々の物質により同時に行うことが可能な構造を有するものである。すなわち、酸化物の還元により生成もしくは当初から含まれる金属相(高反応性のためには、望ましくは超微粒子(10〜100nm径)の態様)と、その近傍に存在するイオン伝導相の酸素欠乏部(デバイ長による計算からの推定値では5nm程度の領域)とが、接しており、かつ接触部周辺に数〜数100nm程度の微小空間が共存することにより、導入された被処理ガス中の酸素分子が酸素欠乏部に、被処理物が金属相に各々選択的に吸着分解されることで、消費電力が著しく低減される。
【0019】
このような構造は、先に見出された構造の形成に必要な熱処理プロセス(ジルコニア−酸化ニッケル系で1400〜1450℃大気中での熱処理)に加え、化学反応システムへの通電処理又は還元雰囲気等での熱処理を行うことにより形成される。即ち、比較的容易に還元されやすい酸化物を用い、数100℃以上の高温下で通電することで還元相を形成する。その過程で、酸化還元反応による結晶相の体積変化により、被処理ガスの導入に適したナノメートルからミクロンメートルサイズの空孔の生成、還元相の再結晶による超微粒子化、更には、酸化還元反応を通じたイオン伝導相の酸素欠乏部の形成等の、高効率反応に好ましい微細構造が形成される。図2に、上記方法で形成された、作動電極層の内部構造として望ましい局所構造の一例を示す。
【0020】
このような微細構造を構成する物質としては、イオン伝導相と電子伝導相の組合せ、混合伝導相同士又はこれとイオン伝導相、電子伝導相との組合せが可能である。被処理物を窒素酸化物とした場合、還元相としては、ニッケル等の金属相が高選択的吸着性を示すためより好ましい。
【0021】
化学反応システムを再活性化させるためには、従来技術として既に記述した還元剤の導入による方法以外に、炭素等が予め化学反応システムに一体化された構造を形成し、化学反応時に炭素が酸化することにより、酸化された金属相を還元する方法も提案されている(K.Miura et al.、ChemicalEngineering Science 56、1623(2001))。しかし、これらの方法では、還元剤を必要とし、還元剤がなくなると再活性化が不可能となるため、システムを長期にわたり使用し、又は連続使用するためには、電気的な再活性化手法が好ましい。
【0022】
本発明では、化学反応システムが性能低下した際にのみ通電等を行うことで、化学反応部中の酸素欠乏部に吸着した酸素をイオン化してポンピングすることにより除去することが可能である。また、還元相の再賦活を同時に行うことも可能である。これにより、本発明では、従来の電気化学セル方式で必要とされた酸素ポンピングのための電流量に比べて電流量を著しく低減することが可能である。
【0023】
本発明における酸素ポンピングによる再活性化は、化学反応システムが400〜700℃の状態で、同システムに通電若しくは電圧印加又は還元雰囲気等で熱処理することで行われる。本発明では、上記化学反応システムにおいて、温度を400〜700℃に保ちないしは同温度域で昇温又は降温し、カソードとアノードの間に1分〜3時間の通電若しくは電界印加処理を行うことが好ましい。この場合、通電電流5mA〜1A又は印加電圧0.5V〜2.5Vを加え、電気化学反応を生じさせること、酸素分圧が0%〜21%(大気中)で通電若しくは電界処理を行うことが好ましい。処理温度はシステムを構成する材料及び構造により異なるが、例えば、固体電解質としてイットリア安定化ジルコニアを用いる場合は560℃付近、セリア系の場合は450℃付近が好ましい。また、本発明では、上記化学反応システムにおいて、温度を500℃以上に保ちないしは同温度域で昇温又は降温し、還元性雰囲気若しくは減圧下で熱処理を行うことを特徴とする、化学反応システムの活性化方法が提供される。
【0024】
処理温度及び構成材料の条件に加え、通電電流量、印加電圧、通電時間及び雰囲気中の酸素分圧又は全圧力条件は可変である。例えば、固体電解質としてイットリア安定化ジルコニア、作動電極材料として酸化ニッケルとジルコニアを用いた場合には、100mA、2Vで1時間(酸素10%)の通電処理により、処理前と同等の窒素酸化物の分解性能を回復する。なお、酸素吸着による劣化の程度は、100時間の連続運転(通電なし)で約20%であり、上記通電処理により性能が繰り返し回復される。
【0025】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。図1は、本発明の一実施態様に係る化学反応システムの構成図である。被処理物であるガスの流れに対し、化学反応システム7を構成する化学反応部6には、2から5の順に、作動電極層、カソード(還元相)、イオン伝導相、及びアノード(酸化相)が上流側から位置し、バリア層1が、その上流側に位置する。すなわち、被処理ガスは、1から5の順に通過する。
以下、被処理物質として窒素酸化物を対象とした場合について具体的に説明する。
【0026】
実施例1
イオン伝導相4として、イットリアで安定化したジルコニアを用い、その形状は、直径20mm、厚さ0.5mmの円板状とした。還元相3は、白金及びジルコニアの混合層、作動電極層2は、酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合物からなる膜とした。白金膜は、イオン伝導相4の片面に面積約1.8cm2 となるようにスクリーン印刷した後、1200℃で熱処理することにより形成した。酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合膜は、白金膜上に白金膜と同一面積となるようにスクリーン印刷した後、1450℃で熱処理することにより形成した。酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合比は、モル比で6:4とした。還元相を形成したイオン伝導相4の他方の面に面積約1.8cm2 となるように白金膜をスクリーン印刷した後、1200℃で熱処理することにより形成し、酸化相5とした。バリア層1はイットリア安定化ジルコニアを用い、スクリーン印刷と1400℃の熱処理により、約3ミクロンの膜厚で作動電極層2の上部に形成した。更に、カソード3とアノード5の間に1.2V−25mAの電流を通電しながら温度を650℃に上昇させ、1時間保った後で通電停止、徐冷した。
【0027】
このようにして形成した本発明の化学反応システムによる窒素酸化物の処理方法を次に示す。被処理ガス中に化学反応システム7を配置し、還元相3と酸化相5に白金線をリード線として固定し、直流電源に接続、直流電圧を印加して電流を流した。評価は、通電時のシステム性能評価を600℃で行い、無通電時は反応温度350℃で行った。被処理ガスとして、一酸化窒素1000ppm、酸素2%、ヘリウムバランスのモデル燃焼排ガスを流量50ml/minで流した。化学反応システムへの流入前後における被処理ガス中の窒素酸化物濃度を化学発光式NOx計で測定し、窒素及び酸素濃度をガスクロマトグラフィーで測定した。窒素酸化物の減少量から、窒素酸化物の浄化率を求め、浄化率が50%となるときの電流密度及び消費電力を測定した。
【0028】
すなわち、測定開始時に化学反応器を反応温度600℃に加熱し、化学反応部に通電を行った。この時、電流量の増加と共に窒素酸化物の浄化率は向上し、電流密度31mA/cm2 、消費電力61mW/ cm2 の時に窒素酸化物は約50%に減少した。
【0029】
この化学反応システムに対して、更に、通電開始後1時間で通電を中止して、そのまま窒素酸化物の分解率の測定を継続したところ、通電停止直後に窒素酸化物の分解率が約10%低下したものの、その後は漸減傾向を示し、合計5日間(120時間)の連続測定でも5%以下の低下にとどまり、時間経過と共に浄化率の低減が認められた。この結果、合計120時間における窒素酸化物の浄化反応に必要とした電力量を浄化率35%における計算値で比較すると、本発明により連続通電の場合に比べて少なくとも約84分の1以下に減少することが確認された。
【0030】
実施例2
実施例1と同様の化学反応システム構成条件において、実用条件への適合性を検討するために、酸素量を2%から10%に増大させ、窒素酸化物の濃度を1000ppmから500ppmに減少させて窒素酸化物の除去性能を調べた。システムへの通電は、実施例1と同様の温度及び電力条件で10分間の通電を3回繰り返し行った。図3に示すように、窒素酸化物の分解率は、測定開始直後に15%以上低減し、更に、測定開始後約20時間で窒素酸化物分解率30%を下回るレベルとなったが、その後は漸減して100時間を経過した付近からはほとんど平衡状態に達した。200時間経過後に、同様の通電処理を再度行うことにより、第1回目とほぼ同様の時間経過による窒素酸化物分解率の変化を示した。
【0031】
実施例3
実施例1と同様の化学反応システム構成条件において、システムの還元雰囲気処理による活性化を評価した。共存酸素量2%、システム作動温度650℃、窒素酸化物濃度1000ppmにおいて、50%窒素酸化物分解時の所要電力が約68mW/ cm2 の化学反応システムに対して、通電停止後48時間(窒素酸化物分解率約38%に低減)の時点で、温度を800℃に上昇させ、水素5%アルゴン95%の還元性ガスを10時間フローさせた後、窒素酸化物浄化性能を測定したところ、約2%の性能改善が認められた。
【0032】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、以下のような効果が奏される。
(1)被処理物質の化学反応を妨害する酸素が過剰に存在する場合においても、少ない消費電力で高効率に被処理物質を処理できる化学反応システムを提供できる。
(2)低消費電力により高効率に窒素酸化物を浄化できる。
(3)化学反応システムを再活性化できる。
(4)時間間隔をおいて通電若しくは電界印加を行い、化学反応部を活性化し、使用することが可能な、省エネルギー型電気化学反応システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様に係る化学反応システムの構成図である。
【図2】作動電極層の内部構造として望ましい局所構造の一例である。
【図3】通電処理による窒素酸化物の浄化性能の回復状態を示す図である。
【符号の説明】
1 バリア層
2 作動電極層
3 カソード(還元相)
4 イオン伝導相
5 アノード(酸化相)
6 化学反応部
7 化学反応システム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an energy-saving electrochemical reaction system and a method for activating the same, and more specifically, for example, a chemical reaction system for efficiently purifying nitrogen oxides from combustion exhaust gas containing oxygen, a method for using the same, and a method for using the same. It relates to an activation method. The present invention provides, for example, a method for refining the above chemical reaction system with a small amount of power consumption, when purifying nitrogen oxides in exhaust gas by an electrochemical reaction system, while reducing reactivity due to adsorption of oxygen molecules on the surface. The present invention is useful for providing a new chemical reaction system, a method for using the same, and a method for activating the same, which can be activated to perform a chemical reaction of a substance to be treated with high efficiency.
[0002]
[Prior art]
At present, a method using a three-way catalyst is mainly used for purifying nitrogen oxides generated from a gasoline engine. However, in lean-burn engines and diesel engines that can improve fuel efficiency, the excess amount of oxygen in the combustion exhaust gas causes a problem of a sharp decrease in catalytic activity due to adsorption of oxygen to the surface of the three-way catalyst. I can't purify things.
[0003]
On the other hand, using a solid electrolyte membrane having oxygen ion conductivity and passing a current therethrough, oxygen in exhaust gas is removed without being adsorbed on the catalyst surface. As a proposed catalytic reactor, a system is known that removes surface oxygen and simultaneously decomposes nitrogen oxides into oxygen and nitrogen by applying a voltage to a solid electrolyte sandwiched on both sides of an electrode. .
[0004]
However, in the above method, when excess oxygen is present in the combustion exhaust gas, the adsorption and decomposition reaction sites of the coexisting oxygen and the nitrogen oxide are composed of the same oxygen defect, so that the adsorption probability of the nitrogen oxide to oxygen molecules is Is remarkably low from the viewpoint of molecular selectivity and the number ratio of coexisting molecules, so that a large amount of current needs to be passed to decompose nitrogen oxides, and there is a problem that power consumption increases.
[0005]
Under such circumstances, the present inventors have already found that in a chemical reactor, the inner structure of the cathode is surrounded by a through-hole of nanometer size in the upper part of the same layer, and the electron conductor and the ionic conductor become nano-sized. By adopting a structure that is distributed in the form of a network closely adhered to each other with a size of less than a meter to a micron, it becomes possible to reduce excess oxygen that becomes an interfering gas when performing a chemical reaction of the substance to be treated, It has been found that a substance to be treated can be efficiently processed with low power consumption (Japanese Patent Application No. 2001-225034). However, in this method, it is necessary to continuously supply a current to remove coexisting oxygen molecules, and there is a problem in that power consumption is not sufficiently reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above prior art, the present inventors have conducted intensive studies with the aim of solving these problems, and as a result, the working electrode layer located above the cathode in the chemical reaction section has an Simultaneous adsorption and nitrogen oxide adsorption-reduction reactions create a local reaction field to enable efficient chemical reactions.Furthermore, after adsorbing a certain amount of oxygen molecules, energize the chemical reaction system. Thus, the inventors have found that oxygen molecules can be ionized to be removed and reactivated, and the present invention has been accomplished.
That is, an object of the present invention is to solve the above problems, and when excess oxygen is present in flue gas, a substance having a selective adsorption property to oxygen molecules and nitrogen oxide molecules is provided. By reducing the amount of current required to decompose nitrogen oxides by making it easier to adsorb nitrogen oxides, at the same time, reactivating the chemical reaction system by conducting electricity after adsorbing a certain amount of oxygen, An object of the present invention is to provide a chemical reaction system capable of purifying nitrogen oxides with high efficiency with low power consumption.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems includes the following technical means.
(1) Oxygen ion conductor (ion conduction phase) and cathode (reduction phase) and anode (oxidation phase) opposed to each other across the oxygen ion conductor (2) oxidation And / or a reduction catalyst, in a chemical reaction system comprising a chemical reaction unit as a basic unit, by applying an electric current or applying an electric field to the chemical reaction unit, or reducing or heat-treating the chemical reaction unit under reduced pressure, thereby adsorbing the chemical reaction unit. A chemical reaction system characterized in that the ability to ionize and remove oxygen that inhibits the reaction is activated.
(2) As the chemical reaction section, a reduced phase having selectivity for each of oxygen and the substance to be treated, and a micrometer or less required for efficiently supplying and treating the substance to be treated to the reduced phase. The chemical reaction system according to the above (1), wherein a chemical reaction section having pores is used.
(3) As the above-mentioned chemical reaction part, an electric current, an electric field is applied, or a reduction or A chemical reaction system characterized by using a chemical reaction part in which a small reaction region in which a redox reaction is performed on a substance to be treated is introduced into a part of the chemical reaction part by heat treatment under reduced pressure.
(4) As the above-mentioned minute reaction region, from the metal phase part of the electron conduction phase, the oxygen deficient part of the ion conduction phase, and the minute space part (void) around the contact point between the electron conduction phase and the ion conduction phase. The chemical reaction system according to the above (3), wherein a chemical reaction section having an interface formed is used.
(5) The chemical reaction system according to (3), wherein a chemical reaction unit having a cathode into which a minute reaction region in which the redox reaction is performed is used as the chemical reaction unit.
(6) As the chemical reaction part, a working electrode layer for performing a redox reaction is provided above the cathode, and in the same layer, a minute reaction region having a size of nanometer to micrometer in which the redox is performed is provided. The chemical reaction system according to (1), wherein the introduced chemical reaction section is used.
(7) The chemical reaction system according to (1), wherein the substance to be treated is nitrogen oxide.
(8) The chemical reaction system according to (6), wherein the chemical reaction is a reductive decomposition of nitrogen oxide.
(9) A method using a chemical reaction system for performing a chemical reaction of a substance to be treated according to any one of the above (1) to (8), wherein the temperature of the chemical reaction system is 400 to 700 ° C. Or increasing or decreasing the temperature in the same temperature range, energizing or applying an electric field at intervals of time, and activating the chemical reaction section.
(10) A method for activating a chemical reaction system for performing a chemical reaction of a substance to be treated according to any one of (1) to (8), wherein the temperature of the chemical reaction system is 400 to 700. A method for activating a chemical reaction system, comprising maintaining the temperature at 0 ° C. or raising or lowering the temperature in the same temperature range, and applying a current or applying an electric field between the cathode and the anode for 1 minute to 3 hours.
(11) The method for activating a chemical reaction system according to the above (10), wherein an applied current of 5 mA to 1 A or an applied voltage of 0.5 V to 2.5 V is applied to cause an electrochemical reaction.
(12) The method for activating a chemical reaction system according to (10), wherein the energization or the electric field treatment is performed at an oxygen partial pressure of 0% to 21% (in the atmosphere).
(13) A method for activating a chemical reaction system for performing a chemical reaction of a substance to be treated according to any one of (1) to (8), wherein the temperature of the chemical reaction system is 500 ° C. or higher. Or a heat treatment under reduced or reduced pressure by raising or lowering the temperature in the same temperature range.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention relates to a chemical reaction system for performing a chemical reaction of a substance to be treated, and the chemical reaction system includes a chemical reaction unit that advances the chemical reaction of the substance to be treated, and And a barrier layer for inhibiting ionization.
[0009]
Preferably, the chemical reaction section for performing a chemical reaction of the substance to be treated includes a reducing phase that supplies electrons to elements contained in the substance to be treated to generate ions, and an ion conductive phase that conducts ions from the reducing phase. And an oxidizing phase that emits electrons from the ions conducted through the ion conducting phase. However, the present invention is not limited to these, and oxidation and / or reduction catalysts having functions equivalent to these, that is, oxidation catalysts and reduction catalysts Alternatively, it is also possible to appropriately configure a redox catalyst as a basic unit. In this case, those constituent components are not particularly limited.
[0010]
In the present invention, preferably, the substance to be treated is nitrogen oxide in the combustion exhaust gas, the nitrogen oxide is reduced in the reduction phase to generate oxygen ions, and the oxygen ions are transmitted in the ion conduction phase. However, the substance to be treated in the present invention is not limited to nitrogen oxide. The chemical reactor of the present invention is applied to generating carbon monoxide by reducing carbon dioxide, generating a mixed gas of hydrogen and carbon monoxide from methane, or generating hydrogen from water. be able to.
[0011]
Examples of the form of the chemical reaction system include, for example, a tubular shape, a flat plate shape, and a honeycomb shape.In particular, a tubular shape, such as a honeycomb shape, has one or more through holes having a pair of openings. Preferably, a chemical reaction portion is located in each through hole.
[0012]
In the chemical reaction section, it is preferable that the reducing phase is porous and made of a substance that selectively adsorbs a substance to be reacted. In the reduction, it is preferable to use a conductive material in order to supply electrons to the elements contained in the substance to be treated, generate ions, and transmit the generated ions to the ion conductive phase. In addition, the reduced phase may be made of a mixed conductive material having both electron conductivity and ion conductivity, or a mixture of an electron conductive material and an ion conductive material, in order to promote the transfer of electrons and ions. More preferably. The reduced phase may have a structure in which at least two or more phases of these substances are stacked.
[0013]
The conductive substance and the ionic conductive substance used as the reducing phase are not particularly limited. As the conductive substance, for example, noble metals such as platinum and palladium, and metal oxides such as nickel oxide, cobalt oxide, copper oxide, lanthanum manganite, lanthanum cobaltite, and lanthanum chromite are used. Barium-containing oxides and zeolites that selectively adsorb the substance to be treated are also used as the reduced phase. It is also preferable to use at least one kind of the above substances as a mixture with at least one kind of ion conductive substance. As the ion conductive substance, for example, zirconia stabilized with yttria or scandium oxide, ceria stabilized with gadolinium oxide or samarium oxide, lanthanum gallate, or the like is used. It is also preferable that the reduced phase has a structure in which the substance is laminated at least in two or more phases. More preferably, the reduced phase has a structure in which two phases of a conductive substance phase made of a noble metal such as platinum and a mixed phase of nickel oxide and zirconia stabilized with yttria or scandium oxide are stacked.
[0014]
The ion conductive phase is made of a solid electrolyte having ion conductivity, and preferably is a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. Examples of the solid electrolyte having oxygen ion conductivity include, but are not limited to, zirconia stabilized with yttria or scandium oxide, ceria and lanthanum gallate stabilized with gadolinium oxide or samarium oxide. Preferably, zirconia stabilized with yttria or scandium oxide having high conductivity and strength and having excellent long-term stability is used.
[0015]
The oxidized phase contains a conductive substance to release electrons from ions from the ion conductive phase. In order to promote the transfer of electrons and ions, it is preferable to use a mixed conductive material having both electron conductivity and ion conductivity, or to use a mixture of an electron conductive material and an ion conductive material. The conductive substance and the ion conductive substance used as the oxidized phase are not particularly limited. As the conductive substance, for example, noble metals such as platinum and palladium, and metal oxides such as nickel oxide, cobalt oxide, copper oxide, lanthanum manganite, lanthanum cobaltite, and lanthanum chromite are used. As the ion conductive substance, for example, zirconia stabilized with yttria or scandium oxide, ceria stabilized with gadolinium oxide or samarium oxide, or lanthanum gallate is used.
[0016]
The barrier layer aims at preventing supply of electrons necessary for generating oxygen ions when oxygen molecules are adsorbed on the surface. Alternatively, oxygen ions are provided in the chemical reaction section for the purpose of preventing a metal (for example, metal nickel) generated by a reduction reaction of a conductive oxide (for example, nickel oxide) from being re-oxidized. In particular, it has a material and a structure for suppressing the electrons supplied by the reduction layer from reaching the surface. This barrier layer is desirably an ion conductor, a mixed conductor, or an insulator. In the case of a mixed conductor, when the electron conductivity is large, the effect of suppressing the electron conduction is reduced, so that the ratio of the electron conductivity is minimized. Desirably small.
[0017]
The present invention provides an oxygen ion conductor (ion conduction phase) and a cathode (reduction phase) and an anode (oxidation phase) opposed to each other with the oxygen ion conductor (ion conduction phase), or oxidized and / or In a chemical reaction system in which a chemical reaction unit is configured with a reduction catalyst as a basic unit, for example, a current is applied or an electric field is applied between a cathode and an anode of the chemical reaction unit, or a reduction or a heat treatment is performed under reduced pressure. It is characterized in that the ability to ionize and remove oxygen that is adsorbed on the reaction part and inhibits the reaction is activated. In the present invention, as the chemical reaction section, an ion conductor, an electron conductor, and a contact between an electron conduction phase and an ion conduction phase formed by combining any one of a mixed conductor are energized, applied with an electric field, or reduced. Alternatively, by performing a heat treatment under reduced pressure, a chemical reaction unit in which a small reaction region in which a redox reaction is performed on a substance to be treated is introduced into a part of the chemical reaction unit, and oxygen and oxygen are used as the chemical reaction unit. The use of a reduced phase having selectivity for each of the substances to be treated and a chemical reaction section having pores smaller than micrometers required for efficiently supplying and treating the substances to be treated to the reduced phase. In addition, as the above-mentioned minute reaction region, a metal phase portion of the electron conduction phase, an oxygen deficient portion of the ion conduction phase, and a minute space portion (void) around the contact point between the electron conduction phase and the ion conduction phase. A chemical reaction section having an interface formed therein, and a chemical reaction section having a cathode into which a minute reaction region in which the oxidation-reduction reaction is performed is used as the chemical reaction section. As a part, a chemical reaction part which has a working electrode layer that controls the oxidation-reduction reaction on the upper part of the cathode and in which a small area of nanometer to micrometer in which the above-mentioned oxidation and reduction are performed is introduced is used. Is a preferred example.
[0018]
The working electrode layer located above the cathode in the chemical reaction section has been developed by the present inventors in addition to the highly efficient adsorption and decomposition of the substance to be treated (Japanese Patent Application No. 2001-225034) and the addition of oxygen molecules. It has a structure in which the adsorption and the adsorption of the substance to be treated can be performed simultaneously by different substances suitable for each reaction. That is, a metal phase generated by reduction of an oxide or initially contained (preferably in the form of ultrafine particles (10 to 100 nm in diameter for high reactivity)) and an oxygen deficiency of an ion conductive phase existing in the vicinity thereof (A region estimated to be about 5 nm from the calculation based on the Debye length) is in contact with and a small space of about several to several hundreds nm coexists around the contact part. Power consumption is significantly reduced by selectively adsorbing and decomposing oxygen molecules in an oxygen-deficient portion and an object to be processed in a metal phase.
[0019]
Such a structure may be subjected to a heat treatment process (a zirconia-nickel oxide-based heat treatment at 1400 to 1450 ° C. in the air) necessary for forming the structure previously found, as well as an energizing treatment to the chemical reaction system or a reducing atmosphere. It is formed by performing a heat treatment such as described above. That is, a reduced phase is formed by using an oxide that is relatively easily reduced and energizing at a high temperature of several hundred degrees Celsius or more. In the process, the volume change of the crystal phase due to the oxidation-reduction reaction causes the generation of pores of nanometer to micrometer size suitable for introducing the gas to be treated, the formation of ultrafine particles by recrystallization of the reduction phase, and the oxidation-reduction A microstructure favorable for a highly efficient reaction, such as formation of an oxygen deficient portion of the ion conductive phase through the reaction, is formed. FIG. 2 shows an example of a local structure which is formed as described above and is desirable as an internal structure of the working electrode layer.
[0020]
As a substance constituting such a fine structure, a combination of an ion conductive phase and an electronic conductive phase, a mixed conductive phase or a combination thereof with an ion conductive phase and an electronic conductive phase are possible. When the object to be treated is nitrogen oxide, a metal phase such as nickel is more preferable as the reducing phase because it exhibits high selective adsorption.
[0021]
In order to reactivate the chemical reaction system, in addition to the method by introducing a reducing agent, which has already been described as a conventional technique, a structure in which carbon or the like is integrated in the chemical reaction system in advance, and carbon is oxidized during the chemical reaction. In addition, a method of reducing the oxidized metal phase by doing so has also been proposed (K. Miura et al., Chemical Engineering Science 56, 1623 (2001)). However, these methods require a reducing agent, and reactivation cannot be performed without the reducing agent. Therefore, in order to use the system for a long time or to use the system continuously, an electric reactivation method is required. Is preferred.
[0022]
In the present invention, it is possible to remove the oxygen adsorbed in the oxygen-deficient portion in the chemical reaction section by ionizing and pumping by conducting electricity only when the performance of the chemical reaction system is degraded. It is also possible to simultaneously re-activate the reducing phase. Thus, in the present invention, the amount of current can be significantly reduced as compared with the amount of current for oxygen pumping required in the conventional electrochemical cell system.
[0023]
In the present invention, the reactivation by oxygen pumping is performed by applying a current or applying a voltage to the chemical reaction system or performing a heat treatment in a reducing atmosphere or the like while the system is at 400 to 700 ° C. In the present invention, in the above-described chemical reaction system, the temperature is maintained at 400 to 700 ° C., or the temperature is raised or lowered in the same temperature range, and a current or electric field application treatment is performed between the cathode and the anode for 1 minute to 3 hours. preferable. In this case, applying an energizing current of 5 mA to 1 A or an applied voltage of 0.5 V to 2.5 V to cause an electrochemical reaction, and energizing or performing an electric field treatment at an oxygen partial pressure of 0% to 21% (in air). Is preferred. The processing temperature varies depending on the material and the structure of the system. For example, it is preferably around 560 ° C. when using yttria-stabilized zirconia as the solid electrolyte, and around 450 ° C. when using ceria. Further, according to the present invention, in the above chemical reaction system, the temperature is maintained at 500 ° C. or higher, or the temperature is raised or lowered in the same temperature range, and the heat treatment is performed in a reducing atmosphere or under reduced pressure. An activation method is provided.
[0024]
In addition to the conditions of the processing temperature and the constituent materials, the amount of the supplied current, the applied voltage, the supplied time, and the partial pressure of oxygen in the atmosphere or the total pressure are variable. For example, when yttria-stabilized zirconia is used as the solid electrolyte and nickel oxide and zirconia are used as the working electrode materials, a current of 100 mA and 2 V is applied for 1 hour (10% oxygen) to obtain a nitrogen oxide equivalent to that before the treatment. Restores decomposition performance. The degree of deterioration due to oxygen adsorption is about 20% after 100 hours of continuous operation (no power supply), and the performance is repeatedly restored by the power supply processing.
[0025]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a chemical reaction system according to one embodiment of the present invention. In response to the flow of the gas to be processed, the chemical reaction section 6 constituting the
Hereinafter, the case where nitrogen oxide is used as the substance to be treated will be specifically described.
[0026]
Example 1
As the ion conductive phase 4, zirconia stabilized with yttria was used, and its shape was a disk having a diameter of 20 mm and a thickness of 0.5 mm. The
[0027]
The method for treating nitrogen oxides by the chemical reaction system of the present invention thus formed is described below. The
[0028]
That is, at the start of measurement, the chemical reactor was heated to a reaction temperature of 600 ° C., and electricity was supplied to the chemical reaction section. At this time, the purification rate of nitrogen oxides increased as the amount of current increased, and the nitrogen oxides decreased to about 50% when the current density was 31 mA / cm 2 and the power consumption was 61 mW / cm 2 .
[0029]
In this chemical reaction system, the energization was further stopped one hour after the start of energization, and the measurement of the decomposition rate of nitrogen oxides was continued as it was. Although it decreased, it showed a gradual decreasing tendency after that, and the continuous measurement for a total of 5 days (120 hours) showed a decrease of 5% or less, and a reduction in the purification rate was recognized as time passed. As a result, when the amount of power required for the nitrogen oxide purification reaction for a total of 120 hours is compared with the calculated value at a purification rate of 35%, the power consumption is reduced to at least about 1/84 or less of the case of continuous energization according to the present invention. It was confirmed that.
[0030]
Example 2
Under the same chemical reaction system configuration conditions as in Example 1, the amount of oxygen was increased from 2% to 10% and the concentration of nitrogen oxide was reduced from 1000 ppm to 500 ppm in order to examine suitability for practical conditions. The removal performance of nitrogen oxides was examined. The energization of the system was repeated three times for 10 minutes under the same temperature and power conditions as in Example 1. As shown in FIG. 3, the decomposition rate of nitrogen oxides decreased by 15% or more immediately after the start of the measurement, and reached a level lower than 30% by about 20 hours after the start of the measurement. Gradually decreased, and almost reached an equilibrium state from around 100 hours. After a lapse of 200 hours, the same energization treatment was performed again, and the change in the nitrogen oxide decomposition rate due to substantially the same lapse of time as the first time was shown.
[0031]
Example 3
Under the same chemical reaction system configuration conditions as in Example 1, activation of the system by a reducing atmosphere treatment was evaluated. At a co-existing oxygen content of 2%, a system operating temperature of 650 ° C., and a nitrogen oxide concentration of 1000 ppm, a chemical reaction system having a required power of about 68 mW / cm 2 when decomposing 50% nitrogen oxide was supplied for 48 hours after stopping power supply (nitrogen When the oxide decomposition rate was reduced to about 38%), the temperature was increased to 800 ° C., and a reducing gas containing 5% of hydrogen and 95% of argon was allowed to flow for 10 hours. A performance improvement of about 2% was observed.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) It is possible to provide a chemical reaction system that can efficiently process a substance to be treated with low power consumption even when oxygen that interferes with a chemical reaction of the substance to be treated is excessively present.
(2) Nitrogen oxides can be purified with high efficiency by low power consumption.
(3) The chemical reaction system can be reactivated.
(4) It is possible to provide an energy-saving electrochemical reaction system capable of activating and using a chemical reaction section by applying a current or applying an electric field at intervals of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a chemical reaction system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an example of a local structure desirable as an internal structure of the working electrode layer.
FIG. 3 is a view showing a state in which the purification performance of nitrogen oxides is restored by an energization process.
[Explanation of symbols]
1
4 Ion
6
Claims (13)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002224126A JP4193929B2 (en) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | Energy saving electrochemical reaction system and activation method thereof |
| PCT/JP2003/009743 WO2004011135A1 (en) | 2002-07-31 | 2003-07-31 | Chemical reaction system of electrochemical cell type, method for activation thereof and method for reaction |
| AU2003252442A AU2003252442A1 (en) | 2002-07-31 | 2003-07-31 | Chemical reaction system of electrochemical cell type, method for activation thereof and method for reaction |
| DE10392987T DE10392987T5 (en) | 2002-07-31 | 2003-07-31 | Galvanic cell type chemical reaction system, method of activating this and method of reaction |
| CNB038171007A CN100337739C (en) | 2002-07-31 | 2003-07-31 | Chemical reaction system of electrochemical cell type, method for activation thereof and method for reaction |
| US10/522,174 US20060118409A1 (en) | 2002-07-31 | 2003-07-31 | Chemical reaction system of electrochemical cell type, method for activation thereof and method for reaction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002224126A JP4193929B2 (en) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | Energy saving electrochemical reaction system and activation method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004058029A true JP2004058029A (en) | 2004-02-26 |
| JP4193929B2 JP4193929B2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=31943706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002224126A Expired - Lifetime JP4193929B2 (en) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | Energy saving electrochemical reaction system and activation method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4193929B2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008001806A1 (en) | 2006-06-30 | 2008-01-03 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Electrochemical cell system gas sensor |
| JP2008034305A (en) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Tokyo Gas Co Ltd | Anode reduction method for solid oxide fuel cells |
| FR2921848A1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-04-10 | Saint Gobain Ct Recherches | TEXTURED PURIFICATION STRUCTURE INCORPORATING AN ELECTROCHEMICAL CATALYSIS SYSTEM |
| JP2009113003A (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Toyota Central R&D Labs Inc | Exhaust gas purification method |
| JP2010180789A (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Gas decomposing element |
| US8465631B2 (en) | 2007-10-08 | 2013-06-18 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Purification structure incorporating a biased electrochemical catalyst system |
-
2002
- 2002-07-31 JP JP2002224126A patent/JP4193929B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008001806A1 (en) | 2006-06-30 | 2008-01-03 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Electrochemical cell system gas sensor |
| JP2008034305A (en) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Tokyo Gas Co Ltd | Anode reduction method for solid oxide fuel cells |
| FR2921848A1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-04-10 | Saint Gobain Ct Recherches | TEXTURED PURIFICATION STRUCTURE INCORPORATING AN ELECTROCHEMICAL CATALYSIS SYSTEM |
| WO2009053590A3 (en) * | 2007-10-08 | 2009-10-08 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Texturized purification structure incorporating an electrochemical catalyst system |
| US8465631B2 (en) | 2007-10-08 | 2013-06-18 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Purification structure incorporating a biased electrochemical catalyst system |
| JP2009113003A (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Toyota Central R&D Labs Inc | Exhaust gas purification method |
| JP2010180789A (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Gas decomposing element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4193929B2 (en) | 2008-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5614521B2 (en) | Solid carbon decomposition type ceramic chemical reactor | |
| JP4217457B2 (en) | Nitrogen oxide decomposing element and nitrogen oxide decomposing apparatus provided with the same | |
| JP3657542B2 (en) | Chemical reactor | |
| JP3626971B2 (en) | Chemical reactor | |
| JP4193929B2 (en) | Energy saving electrochemical reaction system and activation method thereof | |
| JP4201319B2 (en) | Electrochemical cell type chemical reaction system | |
| JP4057823B2 (en) | Nitrogen oxide purification chemical reactor and nitrogen oxide purification method | |
| JP2000140566A (en) | Gas purification method and gas purification device | |
| WO2004011135A1 (en) | Chemical reaction system of electrochemical cell type, method for activation thereof and method for reaction | |
| US20050167286A1 (en) | Chemical reactor for nitrogen oxide removal and method of removing nitrogen oxide | |
| JP5252362B2 (en) | Ceramic electrode | |
| JP4318281B2 (en) | Nitrogen oxide removal system | |
| JP4822494B2 (en) | Electrochemical cell type chemical reactor | |
| JP4521515B2 (en) | Catalytic electrochemical reactor | |
| JP6575924B2 (en) | NOx purification device and NOx purification method using the same | |
| WO2008001806A1 (en) | Electrochemical cell system gas sensor | |
| JP4317683B2 (en) | Nitrogen oxide purification chemical reactor | |
| JP4132893B2 (en) | Electrode material for chemical reactor | |
| JP2002045699A (en) | Layered electrochemical catalyst for exhaust gas purification | |
| JP2008307492A (en) | Electrochemical reactor with electrodes for stable and efficient operation | |
| JP2006122847A (en) | Method of operating a chemical reactor for catalysis and electrochemical action | |
| JP2004223401A (en) | Exhaust gas purification element | |
| JP2008110277A (en) | Low temperature operation type electrochemical reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20041013 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20041013 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20041014 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050330 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080605 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080804 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080902 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080916 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4193929 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |