JP2003063852A - 窒素酸化物ガス除去用光触媒担持組成物とその除去方法 - Google Patents
窒素酸化物ガス除去用光触媒担持組成物とその除去方法Info
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Abstract
0〜500重量部、増粘保水剤0.05〜2重量部、接
着増強剤1〜200重量部、炭酸カルシウム1〜43重
量部および/または水酸化カルシウム1〜43重量部、
および光触媒材料10〜200重量部を含み、窒素酸化
物ガスの除去に用いられることを特徴とする光触媒担持
組成物、およびこの光触媒担持組成物に紫外線を照射し
てNOxを除去する方法。
Description
去用の光触媒担持組成物と、この光触媒担持組成物を用
いた窒素酸化物ガスの除去方法に関する。
くから用いられてきたが、最近は優れた光触媒活性作用
が見出され、この特性を利用した光触媒材料として各種
工業材料に用いられている。この二酸化チタンの光触媒
活性機能を利用した物品を製造する場合、二酸化チタン
を基体に担持させる方法として、二酸化チタンを原料段
階から直接混入させる方法と、二酸化チタンを予め製造
した基体表面に固定する方法とがある。通常、前者の製
法は比較的小型の可動性に富む基体に多く適用され、後
者の方法は構築物で代表される比較的大型で固定型の基
体に多く適用されている。
定させる手段として、次のような方法が従来主に行われ
ている。(イ)基体上の酸化チタンを高温焼結させて基体
に接合させる。(ロ)固定用媒体として有機系接着剤を用
い、二酸化チタンを基体上に接着させ、媒体成分の硬化
によって固定させる。(ハ)担持用媒体としてセメント等
の無機系水硬性物質を用い、水硬性成分の硬化によって
固定する。
装置を必要し、コスト高であり、作業環境も制約を受け
易い。前記(ロ)の方法は物理的および化学的耐久性の何
れも低い。前記(ハ)の方法は(イ)や(ロ)のような問題を
生じないが、担持される二酸化チタン量が増加すると施
工性が低下する問題があった。
用媒体としてセメント等の無機系水硬性物質を用いる場
合、一般的な傾向として、セメントと二酸化チタンの混
練物に水を加えて混練すると、二酸化チタンの影響によ
り注水後数分で凝結が進み、流動性が乏しくなって対象
基体への施工が著しく困難になる。ここで、流動性を高
めるために水量を過剰に増加したり、または分散剤を添
加するなどの簡易な対策では、セメント自体の耐久性が
低下し、また添加した有機化合物によっては二酸化チタ
ンの有する酸化作用などの光触媒活性が著しく低減した
り変性することがある。
作用を有する無機化合物を添加し、混練操作に物理的改
良を施すことで、混練から施工までの間、比較的高い流
動性を保ち、かつ二酸化チタン本来の性状を施工後も十
分維持することができるセメント系の担持組成物が提案
されている。しかし、このような高い流動性を有するセ
メント系の担持組成物は、基体表面に対して吹付け工法
等による薄塗りには最適なものであるが、例えば、鏝塗
りやローラー等の使用によって厚く施工すると、施工時
から施工後暫くの間、基体の傾斜が大きいと施工物の流
落や脱落が起こり易く、強固な固定状態を得るのが難し
い。また、施工後には硬化の進行と共にヒビ割れや剥離
も発生し易い。このため、光触媒作用によってNOxを
除去する効果が低減すると云う問題があった。
ガス除去用光触媒担持組成物における上記問題を解決し
たものであって、NOxガスに対する除去効果に優れた
光触媒担持組成物とこれを用いた窒素酸化物ガス除去方
法を提供するものである。
メント100重量部に対して、骨材10〜500重量
部、増粘保水剤0.05〜2重量部、接着増強剤1〜2
00重量部、炭酸カルシウム1〜43重量部および/ま
たは水酸化カルシウム1〜43重量部、および光触媒材
料10〜200重量部を含み、窒素酸化物ガスの除去に
用いられることを特徴とする光触媒担持組成物に関す
る。
(1)において、増粘保水剤および接着増強剤に代えて、
両者を兼ねる水溶性高分子化合物0.05〜200重量
部を含む窒素酸化物ガス除去用光触媒担持組成物、
(3)光触媒材料として、粒子表面および/または粒子
内部に、ランタンの酸化物または水酸化物を存在させた
二酸化チタンを用いる窒素酸化物ガス除去用光触媒担持
組成物を含む。
重量部に対して、骨材10〜500重量部、増粘保水剤
0.05〜2重量部、接着増強剤1〜200重量部、炭
酸カルシウム1〜43重量部および/または水酸化カル
シウム1〜43重量部、および光触媒材料10〜200
重量部を含む光触媒担持組成物に紫外線を照射して窒素
酸化物ガスを除去する方法に関する。
(5)上記(4)において、増粘保水剤および接着増強剤
に代えて、両者を兼ねる水溶性高分子化合物0.05〜
200重量部を含む光触媒担持組成物を用い、これに紫
外線を照射して窒素酸化物ガスを除去する方法、(6)
光触媒材料として、粒子表面および/または粒子内部
に、ランタンの酸化物または水酸化物を存在させた二酸
化チタンを用いる窒素酸化物ガスを除去する方法を含
む。
物は基体への厚塗りに適し、接着性に優れ、施工時の垂
れや脱落、および施工後のヒビ割れや剥離が殆ど無く、
従ってNOxガス除去効果に優れる。
に説明する。(I)組成物の成分 本発明の光触媒担持組成物は、セメントおよび骨材を基
本成分とし、これに増粘保水剤と接着増強剤、あるいは
両者を兼用する水溶性高分子化合物を含み、さらに炭酸
カルシウムないし水酸化カルシウムを混合したものに、
所定量の光触媒材料を配合したものである。この光触媒
担持組成物には、必要に応じて、少量の消泡剤、減水
剤、高性能減水剤、着色顔料などを加えることができ
る。
量部に対して、光触媒材料10〜200重量部、骨材1
0〜500重量部、増粘保水剤0.05〜2重量部およ
び接着増強剤1〜200重量部、あるいは水溶性高分子
化合物0.05〜200重量部、炭酸カルシウム1〜4
3重量部および/または水酸化カルシウム1〜43重量
部、水20〜300重量部が適当である。
ない。普通ポルトランドセメントを始めとして各種の汎
用セメントを用いることができる。なお、施工上から普
通ポルトランドセメントが好適であり、なかでも白色セ
メントが好ましい。
還元反応を促進する酸化物粉末が挙げられ、具体例とし
ては、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化亜鉛、三酸化タ
ングステン、酸化セリウム、チタン酸バリウムおよび酸
化第二鉄が挙げられる。特に二酸化チタンは優れた光触
媒活性を有し、なかでもアナターゼ型二酸化チタンは光
触媒活性が高い。この二酸化チタンは比表面積(BET値)
が20〜350m2/gの粉末が好ましい。
物粉末の粒子表面および/または粒子内部に、銅、銀、
金、ランタン、セリウム、亜鉛、バナジウム、鉄、コバ
ルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、
白金などの金属や金属化合物の少なくとも一種を存在さ
せると、光酸化還元反応をより一層促進することができ
る。より好ましい光触媒材料は、二酸化チタンの粒子表
面および/または粒子内部に、銅、銀、金、ランタン、
セリウム、亜鉛、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケ
ル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金などの金
属や金属化合物の少なくとも一種を存在させた光触媒材
料であり、最も好ましい光触媒材料は、二酸化チタンの
粒子表面および/または粒子内部に、ランタンの酸化物
または水酸化物を存在させた光触媒材料である。ランタ
ンの酸化物または水酸化物を存在させると、大気中の有
害物質である窒素酸化物(NOx)の除去に特に有効であ
る。
重量部が適当である。この配合量が10重量部未満では
光触媒効果が乏しい。また、200重量部を超えるとセ
メントの凝結が急速に進行して流動性が低下し、施工が
難しくなる場合があるので好ましくない。
砂や珪砂などの通常の細骨材を用いることができる。こ
のうち、日本建築学会規格(JASS)に規定されるA種、B
種、C種のものが好ましい。骨材量はセメント100重
量部に対して10〜500重量部が適当である。骨材が
10重量部より少ないと材料強度が不十分になるので好
ましくない。また、骨材が500重量部を上回ると相対
的にセメント量が不足するので硬化不良となり材料強度
が低下し、さらに、骨材が表面に浮き出して塗工不良お
よび表面仕上げが不良になるので好ましくない。
る添加剤であり、例えば、メチルセルロース、ヒドロキ
シエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、
メチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピ
ルメチルセルロース等のセルロース系化合物、アクリル
アミド等のアクリル系化合物、ポリビニルアルコール等
のビニル系化合物を用いることができる。増粘保水剤の
添加量は0.05〜2重量部が適当である。増粘保水剤
の量がこれより少ないと保水性が不足し、硬化後にヒビ
割れを生じやすくなる。一方、増粘保水剤がこの範囲よ
り多いと流動性が低下し、取り扱い難くなる。
を防止し、接着強度を高める添加剤である。例えば、エ
チレン酢酸ビニル系、アクリル系、スチレンブタジエン
ゴム系等の高分子エマルジョン等を用いることができ
る。接着増強剤の添加量は1〜200重量部が適当であ
る。添加量が1重量部未満では硬化後にヒビ割れや剥離
を生じやすくなり、接着強度が向上しない。この添加量
が200重量部を上回ると粘性が高くなるため流動性が
低下し、また液垂れが固まりやすく、施工性が劣化す
る。
せて用いられるが、これらの性質を兼用する水溶性高分
子化合物によって代用しても良い。例えば、増粘保水剤
として掲げたメチルセルロース、ヒドロキシエチルセル
ロース、ヒドロキシプロピルセルロース等は接着増強剤
としての性質をも有する。また、接着増強剤として示し
たアクリル系高分子の一部およびスチレン−ブタジエン
系高分子エマルジョン等は増粘保水剤としての性質をも
有する。この他に、増粘保水剤と接着増強剤を兼用する
水溶性高分子化合物としては、例えば、以下のセルロー
ス系増粘剤、アクリル酸系増粘剤、植物性増粘剤、エマ
ルジョン・ラテックス系化合物を用いることができる。
メチルセルロース、キサントゲン酸セルロース。 (ロ)アクリル酸系増粘剤:ポリアクリル酸アンモニウ
ム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸アン
モニウム、アクリル酸系ポリマー、アクリルエマルジョ
ンコポリマー、ポリビニルアルコール、ビニルピロリド
ンコポリマー、ポリアクリルアミド、ポリ酢酸ビニルエ
マルジョン、酢酸ビニル−エチレン共重合エマルジョ
ン、ポリエチレンオキサイド。 (ハ)植物性増粘剤:アルギン酸塩増粘剤、アラビアガ
ム、カラヤガム、グアーガム、ロカストビーンガム、ペ
クチン酸塩。 (ニ)エマルジョン・ラテックス:天然ガム、スチレン−ブ
タジエン系重合体、アクリロニトリル−ブタジエン系重
合体、ポリクロロプレン、ブチルゴム、ポリウレタン、
ポリブテン、ポリアクリレート、ポリエチレン。
5〜200重量部が適当である。この添加量より少ない
と保水性や接着強度が不足し、一方、この添加量を上回
ると粘性が過剰になり、施工性が低下する。
ムないし水酸化カルシウムを含む。これらを含むことに
よって流動性を長時間高く維持して施工性を高めること
ができる。すなわち、炭酸カルシウムまたは水酸化カル
シウムのカルシウムイオンはセメント中のアルミネート
相に水と共に取り込まれるため、使用水の全量が直ちに
セメントの水和反応に費やされるという状況を回避する
ことができ、このためアルミネート相の急速な水和が抑
制され、徐々に反応に供される未反応水の存在により流
動性が比較的長時間維持される。従って、セメント系組
成物に添加する機能性粉末の量を増しても、水分量を増
大させることなく、流動性を長時間高く維持することが
できる。なお、酸化カルシウム(生石灰)にはこのような
効果が少なく、むしろ他の影響が生じるので適当ではな
い。
各々単独で用いてもよく、混合して用いても良い。その
使用量は、単独使用ないし混合使用の何れの場合も、セ
メント100重量部に対して、おのおの1〜43重量部
が適当である。使用量が1重量部未満では流動性を高め
る効果が殆どなく、また、この使用量が43重量部を上
回っても流動性は頭打ちとなる。
れを施工する際には、セメント100重量部に対して、
水20〜300重量部が添加される。注水量が20重量
部未満ではセメント量に対して水量が不足するために硬
化せず、また注水量が300重量部を上回ると流動性が
過剰になり、施工不良を招くので好ましくない。
て、少量の消泡剤を加えることができる。これは公知の
ものを用いることができ、使用量は、0.5〜1重量部
が適当である。また、各種の着色顔料を適量加えること
ができる。着色顔料を加えることにより、下地(対象基
体)や周囲の色調との一体性を保ち、あるいは適当な色
調に調整することができる。
ト100重量部に対して、水20〜300重量部となる
ように水をこの光触媒担持組成物に加え、あるいは水に
光触媒担持組成物を加えて一次混練し、この混練物を静
置後、さらに二次混練してモルタルフロー値を120mm
以上にしたものを用いるのが好ましい。この二次混練の
際に、セメント100重量部に対して50重量部以下の
水、および/または分散剤を0.5〜5重量部を添加し
て練り返すことによりモルタルフロー値を120mm以上
に整えると良い。なお、モルタルフロー値は日本工業規
格JIS R 5201に定める方法によって測定した値である。
いと組成物の流動性が低下し、塗布や吹き付け作業が困
難になる。通常、モルタルフロー値が120mm未満の混
練物はこのような作業に適さない。モルタルフロー値1
20mm未満の混練物は、この混練物(一次混練物)を再度
練り返して、モルタルフロー値120mm以上の混練物
(二次混練物)として施工する。この二次混練の際には、
セメント100重量部に対して少量の水を再添加して練
り返すと良い。この二次混練水の添加量は50重量部を
上限とし、30重量部以下が好ましく、20重量部以下
がより好ましい。この水分量が50重量部を上回ると水
量が過剰となり、セメント自身の耐久性を低下させ、組
成物の強度低下を招く。
を再添加して混練するよりも、一次混練物を練り返した
後に水を再添加して混練するのが良い。一次混練物を練
り返して水を再添加することによって混練物と水との馴
染みが良くなり、少ない水分量で流動性を高めることが
できる。また、水に代えて、あるいは水と共に減水剤、
高性能減水剤、高性能AE減水剤などの分散剤の1種ま
たは2種以上を0.5〜5重量部添加して練り返しても
良い。
に示す。なお、以下の施工手順は一例であり、施工方法
は本例に限らない。 (イ)下地の調整:施工面となる下地の汚れ、埃、油脂類
を除去し、洗浄した後に、レイタンスや大きな突起物を
取り除き、極端な段差や凹部にはセメント系の下地調整
材を詰めて平坦にし、さらに表面を軽く研磨して接着性
を良くする。 (ロ)プライマー塗布:下地面に対する光触媒担持組成物
の接合性を良くするためにプライマーを塗布すると良
い。塗布効果を高めるには2度塗りを行うと良い。塗装
表面は乾燥させて、光触媒担持組成物の塗布に備える。
記光触媒担持組成物に注水し、混練してペースト状に整
える。この時、水に接着増強剤を先に入れて分散させ、
これにセメント、骨材および二酸化チタン粉末などの光
触媒材料などを徐々に投入して混練すると良い(一次混
練)。混練時間は2〜3分程度で良い。好ましくは、以
上の一次混練後に2〜3分間静置し、更に二次混練を行
うと良い。すなわち、一次混練の静置後、30秒程度、
練り返しを行った後、減水剤を投入して1〜2分程度混
練する(二次混練)。この二次混練の際に、減水剤の量を
加減してモルタルフロー値120mm以上、好ましくは1
20〜170mmになるように調整する。 (ニ)塗布・塗工:調製したペースト状の上記光触媒担持組
成物をローラ等に含ませ、余分のものを扱き落として施
工面に塗布する。なお、塗布面が均一になるように塗布
後、表面を均すと良い。
照射されることによって光触媒作用が働いて優れたNO
x除去効果が得られる。従って、屋外の構造物や設備の
表面に上記光触媒担持組成物を施工したものは、日光の
照射によってNOx除去効果を発揮する。また、屋内や
機器の内部などにおいても、紫外線の照射によって優れ
たNOx除去効果が得られる。
よって具体的に以下に示す。実施例および比較例 表1に示す量の水に、白色セメント(秩父小野田社製)、
骨材(珪砂)、増粘保水剤(メチルセルロース)、接着増強
剤(アクリル系ポリマーA)、あるいは増粘保水剤と接着
増強剤を兼ねる水溶性高分子化合物(アクリル系ポリマ
ーB)、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、光触媒材
料(水酸化ランタン8重量%を粒子表面に担持した二酸
化チタン粉末、比表面積250m2/g、平均粒径7nm)を表1
に示す配合量となるように徐々に添加して2〜3分一次
混練した後に静置し、その後、練り返して高性能AE減
水剤(ポリカルボン酸塩)を加え、更に1〜2分二次混練
してモルタルフロー値120〜170mmに整えた。これ
を地表面に垂直に設置したセメントスレート板の表面に
ローラを用い、厚さ約2mmに塗布した。各試料について
塗布面の状況を表1にまとめて示した。また、各試料の
塗布物表面に紫外線を照射してNOxの除去効果を測定
した。この結果を表1に示した。
触媒担持組成物は塗布面の垂れや脱落がなく、乾燥硬化
後もヒビ割れや剥離を生じることがなく、良好な塗布効
果を示している。一方、本発明の成分量比を外れるもの
は硬化後にヒビ割れを生じ、一部のものは塗布面の垂れ
や脱落も発生している。このため、表1に示した各試料
についてのNOxガス除去特性(初期NOx濃度、紫外線
照射30分後のNOx濃度、紫外線照射30分後のNOx
除去率)をみると、比較例は何れも塗布面にヒビ割ない
し剥離が生じており、塗布物の安定性が乏しい。一方、
本発明の光触媒担持組成物は、光触媒活性が殆ど低下せ
ず、良好なNOx除去効果を示している。
料を担持して厚塗りするのに適しており、セメントスレ
ート板、野地板、コンクリートやモルタルの壁面、煉瓦
壁、タイル壁など対象基材に対する接着性に優れ、厚く
施工しても、塗布面の垂れや脱落が殆ど無く、また施工
後のヒビ割れや剥離も殆ど生じないので、長期間にわた
り、優れたNOx除去効果を維持することができる。
Claims (6)
- 【請求項1】 セメント100重量部に対して、骨材1
0〜500重量部、増粘保水剤0.05〜2重量部、接
着増強剤1〜200重量部、炭酸カルシウム1〜43重
量部および/または水酸化カルシウム1〜43重量部、
および光触媒材料10〜200重量部を含み、窒素酸化
物ガスの除去に用いられることを特徴とする光触媒担持
組成物。 - 【請求項2】 請求項1において、増粘保水剤および接
着増強剤に代えて、両者を兼ねる水溶性高分子化合物
0.05〜200重量部を含む窒素酸化物ガス除去用光
触媒担持組成物。 - 【請求項3】 光触媒材料として、粒子表面および/ま
たは粒子内部に、ランタンの酸化物または水酸化物を存
在させた二酸化チタンを用いる請求項1または2に記載
する窒素酸化物ガス除去用光触媒担持組成物。 - 【請求項4】 セメント100重量部に対して、骨材1
0〜500重量部、増粘保水剤0.05〜2重量部、接
着増強剤1〜200重量部、炭酸カルシウム1〜43重
量部および/または水酸化カルシウム1〜43重量部、
および光触媒材料10〜200重量部を含む光触媒担持
組成物に紫外線を照射して窒素酸化物ガスを除去する方
法。 - 【請求項5】 請求項4において、増粘保水剤および接
着増強剤に代えて、両者を兼ねる水溶性高分子化合物
0.05〜200重量部を含む光触媒担持組成物を用
い、これに紫外線を照射して窒素酸化物ガスを除去する
方法。 - 【請求項6】 光触媒材料として、粒子表面および/ま
たは粒子内部に、ランタンの酸化物または水酸化物を存
在させた二酸化チタンを用いる請求項4または5に記載
する窒素酸化物ガスを除去する方法。
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