JP2001259419A

JP2001259419A - 触媒体

Info

Publication number: JP2001259419A
Application number: JP2000075254A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 潔井上
Original assignee: Toyo Element Industry Co Ltd
Current assignee: Toyo Element Industry Co Ltd
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】接着剤を用いずに丈夫で破損し難く、活性度が
高い触媒体を得られるようにする。【解決手段】通流体性のある耐分解性の保持体50によ
り、光活性触媒の顆粒体51を保持させて触媒体5を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光活性触媒を用い
た触媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】気中や水中に含まれる有害物は、TiＯ₂
系などの光活性触媒を用いて除去することができる。こ
のTiＯ₂系の触媒は、粒径がnmオーダーであるため、例
えば、電泳着によりTi、ＳＳ、Niなどの芯線状の基材の
表面に定着させたり、接着剤により基体に定着させたり
して用いられている。

【０００３】ここで用いられている触媒は、微小な貴金
属、希土類、Al₂Ｏ₃、SiO₂などとの混合体であるため、
それらの活性を損なうことなく接着剤により直接基体に
接着することは極めて困難である。このため、基材に接
着される触媒としては、バインダーを混合した触媒微粒
子を成形し、低温焼成して顆粒状にしたものが用いられ
ている。半導体型光触媒としては、TiＯ₂、ZnO、SiＣ、
NiＯ、SnＯ₂、Ta₂Ｏ₅、FeＯ₃、Ｋ₂NbＯ₃、BaTiＯ₂、Ｗ
Ｏ、RuＯ₂、CeＯ₂などが用いられる。

【０００４】また、接着剤としては、無機系の珪酸ソー
ダ、セメント類、セラミックスがあり、セメント類とし
ては、ポルトランドセメント、石膏、マグネシアセメン
ト、燐酸亜鉛系セメントなどが挙げられる。また、天然
系の有機系接着剤としては、澱粉系のデキストリン、蛋
白質系の膠、カゼイン、大豆蛋白、天然ゴム系のラテッ
クス、ゴム糊、アスファルト類があり、また、合成系と
しては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、エラストマーな
どが挙げられている。

【０００５】具体的には、特公平4-17098、特開平6-320
010、特開平6-293519、特開平7-148434、特開平7-16388
6、特開平8-131834の６件を始めとして、それ以後も多
数の接着技術が開示されているが、耐久性、強度、実用
性などを考慮すると、実用上好適に利用できる接着剤の
種類は、ごく少数に限られるのが現状である。

【０００６】これらに開示されている技術のうち、無機
系のものとしては、主として酸化チタンの前駆体を熱処
理して焼き付けるチタニアゾル・チタニアゾルと、アル
キルシリケートの混合物を接着剤とし、加熱反応させて
触媒を固定させるものや、シリコン系化合物を用いて、
シリカゾルとチタニアゾルの混合物を接着乾燥させ、テ
トラエトキシシランを利用するもの、さらに、シリコン
系化合物を利用するもの、150℃程度で焼き付けるもの
が実用に供されており、この他にも、タイル類、釉薬類
や、セメント類に関するものが提案されている。

【０００７】また、有機系のものとしては、接着剤とし
てフッ素ポリマー、ラテックス系樹脂、熱可塑性樹脂、
その他のパーフルオロスルホン酸型樹脂を用いるもの
や、軽石、石膏、消石灰、活性炭、シリカゲルなどを用
いるものなど、極めて多くの提案がなされている。ま
た、金属の担体として、Alを利用したものも提案されて
いる。

【０００８】しかしながら、電泳着や接着剤により基材
に触媒を定着させると、接着力が弱い上、触媒が基材の
表面に露出しているため、ちょっとした衝撃や摩擦で触
媒が基材から簡単にはがれ落ち、触媒体の活性度が低下
するという問題があった。また、接着剤を利用する場
合、接着剤を基体に塗布し、触媒をまぶした後、接着剤
を硬化させなければならず、コストがかさむという問題
があった。また、接着剤を加熱して硬化させる場合が多
く、加熱によって触媒の活性度が低下するという問題が
あった。また、触媒作用によって接着剤自体が分解され
て接着触媒が脱落するという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決するためなされたものであり、その目的は、接着
剤を用いず、また、わずかな結合剤で丈夫で破損し難
く、活性度が高い顆粒状触媒体を得られるようにするこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、通流体性
のある耐分解性の保持体により、光活性触媒の顆粒体を
保持させて得た触媒体によって達成される。具体的に
は、重ね合わされ複数枚の網状体からなる保持体の、網
状体の間に光活性触媒の顆粒体を挟持させ、また、コイ
ル状の保持体の内側に光活性触媒の顆粒体を挿入、保持
させ、触媒体を得ることによって達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明にかかる触媒体は、通流体
性のある耐分解性の保持体に、光活性触媒の顆粒体を保
持させてなるものである。具体的には、例えば、複数枚
の触媒作用による非分解性網状体を重ねあわせ、適所で
つづり合わせてなる保持体の、網状体間に光活性触媒の
顆粒体を挟持させ、また、コイル状の保持体の内側に光
活性触媒の顆粒体を挿入、保持させることにより、触媒
体を得るが、本発明の構成はこれらに限定されるもので
はない。

【００１２】光活性触媒としては、例えば、TiＯ₂系の
ものなどが挙げられる。本発明で用いられる光活性触媒
は、従来公知の方法で低温焼結して得られた顆粒体であ
る。その大きさは、実施形態に応じて適宜変更すること
ができるが、直径２〜５mm程度、長さ３〜５mm程度の円
柱状のものとすることが推奨される。

【００１３】例えば、TiＯ₂の光活性触媒の顆粒体は、
触媒体が10〜50nmオーダーのものを焼結したもので、活
性度の低下が少ない４mmφ、長さ５mmの焼結、その強度
が５〜10Ｎ程度であるから、保持体はこの顆粒体を押し
つぶして破壊しないよう保持できるものでなければなら
ない。また、保持体に保持されている複数の顆粒体は、
露出面が広くなるよう、互いの顆粒体が互いに強く接触
しないよう保持体内に保持することが推奨される。この
ように構成された触媒体は、使用目的や、使用形態に応
じて所定の形状にして使用できる。

【００１４】触媒の活性度は、重量当たりの表面積が広
いほど高くなる。触媒体は、10nmオーダーサイズのもの
が利用される。しかし、nmオーダーの触媒を集合して反
応体と接触することは現実的に困難である。即ち、反応
体と接触すれば飛散するし、集合して作用させれば、媒
体と触媒の分離が困難となる。従って触媒体の表面積を
目方に対してなるべく広くなるように焼結して顆粒状と
して使用する。顆粒の単位体積中の触媒数をｎとする
と、

【数１】となるので、立体的に結合する触媒の接着点の間隔ａ
は、

【数２】となる。顆粒の単位面積中の触媒の分布密度λは、

【数３】となる。触媒率Ｖが増大すれば、触媒の分布密度は増大
するが、触媒の間隔が狭くなってλが大きくなり、従っ
て等価表面積は小さくなり、顆粒の活性度は低下し、触
媒粒間の接着面積ａが小さいと顆粒の強度は低下する。
即ち、触媒粒間の焼結接着面の形状は、円形とは限ら
ず、異型、正方形に近似の形状となるもので、粒径nmオ
ーダーの触媒を顆粒化したとき、顆粒体の平均破壊強度
をＦとすれば、

【数４】となる。この〔数４〕によると、触媒を高強度に焼結し
たときは、活性度の低下を起こすので、結局、強度Fは
触媒径の関数であり、ｄ₀ ^1.5で高強度になることを示し
ている。が低下するので、結局顆粒は触媒粒の強度の関
数となり、ｄ₀ ^1.5で高強度になることが判明する。

【００１５】塩化チタンを沈殿させて550℃で焼結させ
たとき、触媒の比表面積は50m²/g、破壊強度は6.5N/
個、比重は1.0となった。1000℃で焼結させたとき、比
表面積は0.5m²/gとなり、圧潰強度は0.7KN/個となっ
た。即ち、活性度を高く保とうとすると、触媒の顆粒体
の強度が低下することが判明した。

【００１６】実験式として、E. Ryshkewitchによって提
案された破壊強度Ｆは、

【数５】となる。この式から、気孔率は破壊強度に極めて大きく
影響することが判明した。

【００１７】触媒の活性度は単一材の場合、比表面積Λ
で定まるもので、粒径nmオーダーの触媒を球体と仮定す
れば、

【数６】となる。〔数５〕と〔数６〕から、強度と活性度は相反
関係となることが判明した。

【００１８】従って、顆粒状にした触媒は、表面積を広
くした状態では強度が弱く、実用上耐圧強度の弱い顆粒
触媒を安全に保持し、また、使用上洗浄するなどの外力
に充分耐えるように顆粒触媒体を保持することが実用上
極めて重要である。図１に示したように、顆粒体が挿入
された長尺のコイルを格子状に組み合わせた触媒体の場
合、顆粒体一個当たりの表面積をＳとし、顆粒体が挿入
される一条のコイルの全長をＬとし、コイル同士の交点
部分に顆粒体を挿入しないとき、

【数７】となる。

【００１９】細いワイヤを巻いて得た長尺のコイルを格
子状に組み合わせた保持体の場合、各コイル同士の交点
の間隔を狭くし、接続点を少なくすれば、顆粒体を密に
収容することができ、活性度の高い触媒体が得られるよ
うになる。また、触媒体の活性度を高く維持するために
は、顆粒体の大きさが一定の場合、互いに交わるコイル
はできるだけ正確に直交するように組み合わせることが
望ましく、さらに、コイルや網状体の構成材は、充分な
強度が確保される範囲内（0.2〜0.5mmφ）でできる限り
細いものを用いることが推奨される。

【００２０】以下、本発明にかかる触媒体を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明にかかる触媒体の第一実施
例の平面図、図２は本発明にかかる触媒体の第二実施例
の平面図、図３は図２に示した触媒体の部分縦断面図、
図４は本発明にかかる触媒体の第三実施例の構成を示す
平面図、図５は本発明にかかる触媒体の第四実施例の構
成を示す平面図、図６は本発明にかかる触媒体の第五実
施例の平面図、図７は図６に示した触媒体の変形例を示
す説明図、図８は本発明にかかる触媒体の第六施例の正
面図である。

【００２１】まず、図１について説明する。図１中、１
は触媒体、１０は保持体、１１は顆粒体、１２は触媒保
持体１０を固定する接着剤である。保持体１０は耐分解
性金属の線材をコイル状に成形した長尺のものであり、
これを所定間隔で格子状に組み合わせ、その交差部分を
接着剤又は溶接で固定したものである。

【００２２】顆粒体１１は、前述したようなTiＯ₂系の
光活性触媒の顆粒でできており、円柱状に成形されてい
る。この顆粒体１１の直径は、保持体１０のコイル内径
より若干小さく、また、その長さは、保持体１０より脱
落しないように、各保持体１０のピッチの１／２以上で
ある。顆粒体１１は、保持体１０のコイル部分に、図示
しない触媒整列器により挿入される。

【００２３】なお、この実施例では、同一のセクション
に挿入されている顆粒体１１は、振動や、使用状態に合
わせて、触媒体１を湾曲させたり、立てたりすることに
より、顆粒体１１が接触してしまうので、それを回避す
るため、隣接する顆粒体１１の間に、顆粒体１１の端面
と接触面が狭くなるよう構成されたスペーサを配置した
り、顆粒体１１の間にある保持体１０のコイル部分を曲
げたり、潰すなどして、顆粒体同士が直接強く接触しな
いようにしておくことが推奨される。また、保持体１０
の交差点は、接着剤で固定してあるが、保持体１０のコ
イル部分同士を絡ませたり、平織り状等に織成すること
により容易に外れないようになるのであれば接着剤など
により固定する必要はない。また、顆粒体の断面形状
は、矩形、楕円形、異型断面としてもよい。

【００２４】次に図２及び図３について説明する。図２
及び３中、２は触媒体、２０は保持体、２００及び２０
１は網状体、２２は顆粒体、２３は接着剤である。保持
体２０は、目が顆粒体２２より細かい２枚の耐分解性の
網状体２００、２０１からなり、後述するように間に顆
粒体２２が配置された状態で重ねあわせられる。顆粒体
２２は、第一実施例と同様の素材でできた光活性触媒の
円柱状のものである。

【００２５】この顆粒体２２は、図２に示したように、
一方の網状体２００の上に等間隔に並べられ、その上に
他の一方の網状体２０１が被せられた後、各顆粒体２２
の間、及び、保持体２０の外縁側のそれぞれ一箇所が図
３に示したように接着剤２３により接着又は溶接され、
網状体２００、２０１同士がはがれないようにする共
に、顆粒体２２が網状体２００、２０１の間で移動して
接触したり、衝突破損しないようになっている。

【００２６】次に図４について説明する。図４中、３は
触媒体、３０は保持体、３１は顆粒体である。顆粒体３
１は、第一実施例で使用したものと同様のものである。
保持体３０は、外枠３００と、外枠３００内に設けら
れ、縦横等間隔の格子状の桟３０１と、多数の短いコイ
ル３０２と、係止金具３０３と、からなる。コイル３０
２は、内部に２個の顆粒体３１を収容し得る程度の長さ
であり、その両端は桟３０１に引っかけ得るフックにな
っている。

【００２７】このコイル３０２は、内部に２個の顆粒体
３１を収容した状態で、その一方の端部が外枠３００と
さん３０１によって仕切られた桝目の一辺の中央に、他
の一方の端部が前述の一辺の対向辺の中央に引っかけら
れる。各桝目には縦横一本ずつのコイル３０２がそれぞ
れ配置され、それらの交差点では、互いのコイル３０２
がかみ合い、同一のコイル３０２内に隣接する顆粒体３
１同士は、他の一方のコイル３０２に遮られて接触しな
いようになっている。係止金具３０３は、外枠３００の
外側に設けられ、図示しない浄化装置などに取り付ける
際に用いられる。

【００２８】次に、図５について説明する。図５中、４
は触媒体、４０は保持体、４１は顆粒体である。顆粒体
４１は、第一実施例で使用したものと同様のものであ
る。保持体４０は、外枠４００と、桟４０１と、長コイ
ル４０２と、短コイル４０３と、係止金具４０４とから
なる。桟４０１は、外枠４００の内部に菱形の桝目を多
数構成するよう設けられる。長コイル４０２は、内部に
２個の顆粒体４１を、短コイル４０３は、１個の顆粒体
４１を収容しうる程度の長さのものであり、その両端は
フック状になっている。

【００２９】内部に顆粒体４１が２個収容された長コイ
ル４０２は、その両端がそれぞれ菱形の桝目の鋭角の頂
角に引っかけられ、顆粒体４１が１個収容された短コイ
ル４０３は、鈍角の頂角に引っかけられる。このとき、
長コイル４０２に保持されている顆粒体４１の間には、
短コイル４０３の顆粒体４１保持部分がかみ合うので、
各顆粒体４１が接触することはない。他の桝目にもこれ
と同様に長コイル４０２及び短コイル４０３が配置され
る。係止金具４０４は、この触媒体４を設置する際に使
用されるものである。

【００３０】次に、図６及び図７について説明する。図
中、５は触媒体、５０は保持体、５１は顆粒体である。
保持体５０及び顆粒体５１は、それぞれ第一実施例で用
いたものと同様のものである。この触媒体５は、一本の
保持体５０に複数の顆粒体５１を挿入してなるものであ
り、この触媒体５は、図７に示したように環状に変形さ
せるなどして、所望の形状に変形させて使用できる。

【００３１】次に図８について説明する。図中、６は触
媒体、６０は保持体、６１は顆粒体である。保持体６０
は、横架部材６００と、複数の垂下コイル６０１とから
なる。垂下コイル６０１の一本一本は、第五実施例で用
いた保持体と同様のものであり、その内部に第五実施例
と同様に顆粒体６１がされた状態で、一端が横架部材６
００に係止され、簾状にぶら下げられる。

【００３２】なお、本発明にかかる触媒体は、上記の実
施例に限定されるものではなく、例えば、顆粒体を保持
するコイルの配列や本数はどのようなものであってもよ
く、また、複数のコイルを交差させる場合、その交差部
分ではコイル同士を完全にかみ合わせず、湾曲させるよ
うにしてもよく、異なった径のコイルを組み合わせて保
持体を構成するようにしてもよい。また、網状体は、平
行四辺形や、ハニカム状の孔の開いたシートでもよく、
また、織布でも不織布でもかまわない。

【００３３】

【実施例】〔実施例１〕粒径50〜100nmのTiＯ₂のアナタ
ーゼ粒比重3.9格子常数ａ＝3.7Å、ｃ＝9.5Å粒を600℃
で焼結し、外径3.8〜3.7mmφ、長さ４mm、強度IONで測
定値の比表面積55m²/g、密度0.88の光活性触媒の顆粒体
を製造し、これを顆粒体Ａとした。また、顆粒体Ａと同
様のものの表面に、１〜５nmのPt、1.1％PtWt％を強力
に担持させたものを顆粒体Ｂとした。

【００３４】これらの顆粒体Ａ及び顆粒体Ｂを、それぞ
れ、太さ0.4ｍｍの430SS硬化バネ材を内径４mmφ、ピッ
チ1.2mmのコイル状に成形してなる保持体内に挿入し、
触媒体を得た。顆粒体Ａ及び顆粒体Ｂをそれぞれ0.8gず
つ用いて得られた触媒体を、それぞれ、温度20〜19.7
℃、湿度66〜64％、1.2ppmのＮＯ₂を含む自動車エンジ
ンの排気ガスで満たされ、密閉された500mlの異なるビ
ーカー内にそれぞれ投入し、照射エネルギー１μw/c
m²、波長375nmの光線を照射し続け、２時間後のビーカ
ー内のＮＯ₂の濃度を測定した。その測定結果は、顆粒
体Ａを用いた触媒体では、0.22ppm、顆粒体Ｂを用いた
触媒体では0.06ppmにまで減少し、有害物の優れた除去
性能が認められた。

【００３５】〔実施例２〕排気量250ccのバイクの排ガ
スを300mlのフラスコに充填し、実施例１で用いた顆粒
体Ａ及び顆粒体Ｂと同様のものをそれぞれ１ｇずつ用い
て得られた触媒体をそれぞれ異なった上記のフラスコに
投入し、実施例１の場合と同様の光線を照射しつづけ、
触媒体投入前、１時間経過後及び３時間経過後のフラス
コ内の芳香族炭化水素（トルエン）、炭酸ガス及び水蒸
気の濃度を測定した。測定結果を〔表１〕に示す。な
お、この〔表１〕中、顆粒体Ａの炭酸ガス及び水蒸気の
測定値は、３回行った試験の平均値である。

【表１】この結果、芳香族炭化水素は、その濃度が時間の経過と
共に減少し、炭酸ガス及び水蒸気に分解されていること
が分かり、有害物を効率よく除去できた。

【００３６】上記の実施例１及び２で用いられた触媒体
は、その顆粒体がコイル状の保持体の内部で保持されて
いるので、保持体により保護され、顆粒体がビーカーや
フラスコに投入する際の衝撃で破壊されることはなかっ
た。また、これらの実施例で用いた触媒体では、その顆
粒体に接着剤が付着することがなく、そのほぼ全表面が
露出し、全表面で有害物の分解除去を行い得るため、極
めて高い活性度を達成することができる。また、顆粒体
は、コイル状の保持体に挿入するだけで保持体に確実に
保持されるので、製造途中の加熱による活性度の低下の
恐れもない。

【００３７】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので、
本発明によるときは、接着剤を用いずに丈夫で破損し難
く、活性度が高い触媒体を得られるようになる。また、
この触媒体は気体のみならず、液体にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる触媒体の第一実施例の平面図で
ある。

【図２】本発明にかかる触媒体の第二実施例の平面図で
ある。

【図３】図２に示した触媒体の部分縦断面図である。

【図４】本発明にかかる触媒体の第三実施例の構成を示
す平面図である。

【図５】本発明にかかる触媒体の第四実施例の構成を示
す平面図である。

【図６】本発明にかかる触媒体の第五実施例の平面図で
ある。

【図７】図６に示した触媒体の変形例を示す説明図であ
る。

【図８】本発明にかかる触媒体の第六施例の正面図であ
る。

【符号の説明】

１触媒体１０保持体１１顆粒体１２接着剤２触媒体２０保持体２００網状体２０１網状体２２顆粒体２３接着剤３触媒体３０保持体３００外枠３０１桟３０２コイル３０３係止金具３１顆粒体４触媒体４０保持体４００外枠４０１桟４０２長コイル４０３短コイル４０４係止金具４１顆粒体５触媒体５０保持体５１顆粒体６触媒体６０保持体６００横架部材６０１垂下コイル６１顆粒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０２Ｂ１０２ＣＦターム(参考） 4D048 AA06 AA18 AB03 BA07X BA30X BA41X BB01 CA02 CC06 CC08 CC10 CC63 EA01 EA08 4G069 AA03 AA08 BA04B BA48A BC75B CA02 CA03 CA05 CA13 CA15 DA06 EA02X EA02Y EB20 EE02 FA03 FB33 FB61

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通流体性のある耐分解性の保持体（１
０、２０、３０、４０、５０、６０）により光活性触媒
の顆粒体（１１、２２、３１、４１、５１、６１）を保
持してなる触媒体（１、２、３、４、５、６）。
【請求項２】保持体（２０）が重ね合わされた複数枚
の網状体であり、各網状体の間に光活性触媒の顆粒体
（２２）が挟持される請求項１に記載の触媒体（２）。
【請求項３】保持体（１０、３０、４０、５０、６
０）がコイルであり、コイルの内側に光活性触媒の顆粒
体（１１、３１、４１、５１、６１）が挿入、保持され
る請求項１に記載の触媒体（１、３、４、５、６）。
【請求項４】光活性触媒の顆粒体（１１、３１、４
１）を内臓した複数のコイルを網目状に組み合わせてな
る請求項３に記載の触媒体（１、３、４）。