JP2003225572A

JP2003225572A - 光触媒無機複合シート

Info

Publication number: JP2003225572A
Application number: JP2002066103A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Fukahori; 秀史深堀; Hideaki Ichiura; 英明市浦; Takuya Kitaoka; 卓也北岡; Hiroo Tanaka; 浩雄田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2003-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、環境汚染有害物質を効率的に分解除
去する光触媒無機複合シートを提供することを目的とす
る。【解決手段】本発明の光触媒無機複合シートは、光触媒
を単独あるいは吸着剤と混合して多孔質のシート状に成
型した複合体であって、有害物質を効率的に吸着し、局
所的に濃縮することで光触媒反応効率を向上させ、その
過程において生成する有害中間体を捕捉することで、安
全な分解除去を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、紫外線または可視
光線によって励起される光触媒の酸化的反応あるいは還
元的反応と、多孔質体の物理化学的吸着作用を利用し、
大気中、水中、土壌中のあらゆる環境汚染物質を分解ま
たは除去する光触媒無機複合シートに関し、更に詳しく
は有機繊維および無機繊維を基材として光触媒成分およ
び吸着剤成分を効果的に担持させた光触媒無機複合シー
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境汚染問題が急速に深刻化して
おり、その要因である有害物質の生産および排出を法的
に規制する動きが顕著化しているが、現実的な対応とし
ては、多種多様な有害物質によって既に引き起こされて
いる複合汚染環境を浄化するための対策が必要不可欠で
ある。その改善策として、光触媒を利用して有害物質を
分解する試みが広く行われているが、一般に光触媒は吸
着能が低いため、低濃度の有害物質を効率的に分解する
ことができない。また、吸着剤などの有害物質除去剤が
活用されているが、有害物質の吸着に伴い吸着能が徐々
に低下し、飽和吸着後は除去効果が消失することから、
実用に際しては頻繁に交換する必要がある。さらに、こ
れらの機能成分の多くは粉末状無機物であり、粒子径が
小さいほど効果的であるため、実験室レベルで効果があ
っても、大気汚染、水環境汚染、土壌汚染などの開放系
に適用した場合、無機粉末の回収が著しく困難であり、
新たな汚染を引き起こす可能性が指摘されている。

【０００３】また、種々の環境汚染物質の中でも、生体
内でホルモンの働きを阻害し、生物の恒常性を乱す内分
泌かく乱化学物質、いわゆる環境ホルモンへの対応は特
に危急の課題であり、極めて微量の環境ホルモンを光触
媒により分解する試みがなされている。しかし、例えば
水環境に微量含まれる環境ホルモンを想定した場合、そ
の多くは水難溶性芳香族有機化合物であるが、光触媒酸
化は芳香環への水酸基の導入が初発の反応として起こり
易く、有害物質の親水性が増大することによる２次汚染
の拡大が懸念されており、開放系への適用に際し、大き
な障害となっている。

【０００４】

【発明の解決しようとする課題】以上説明したように、
光触媒や吸着剤を汚染環境の浄化に利用するためには、
光触媒反応効率の向上、吸着能低下の抑制、各成分の機
能表面を被覆しない成型法、および有害物質の安全な分
解除去プロセスの構築が希求されている。

【０００５】上記の従来の課題を解決するため本発明
は、光触媒成分および吸着剤成分を多孔質のシート状に
成型し、有害物質を効率的に吸着し、局所的に濃縮する
ことで光触媒反応効率を向上させ、その過程において生
成する有害中間体を捕捉することで安全な分解除去プロ
セスを構築可能な光触媒無機複合シートを提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の光触媒
無機複合シートは、パルプなどの有機繊維の有無、酸化
チタンや酸化亜鉛などの光触媒、ゼオライトなどの吸着
剤、セラミック繊維やガラス繊維などの無機繊維、およ
びシリカゾルやアルミナゾルなどの無機支持体形成成分
からなる混合物に適量の水を加えてよく混練し、これを
多孔金属板上または同金属板に乗せた濾過布上に出来る
だけ均一に広げて圧搾した後、加熱して乾燥あるいは有
機物を除去するとともに強度を付与することを特徴とす
る。

【０００７】また、本発明の光触媒無機複合シートは、
パルプなどの有機繊維にポリジアリルジメチルアンモニ
ウムクロリドなどのカチオン性凝集剤を加え、次いで吸
着剤、光触媒および無機繊維あるいはこれら３成分から
なる水懸濁液を加え、さらにアニオン性ポリアクリルア
ミドなどのアニオン性凝集剤を加え、湿式により抄造し
たシートに、またはこれを乾燥したシートに、アルミナ
ゾルなどの無機支持体形成成分を含浸法又は噴霧法で加
えて圧搾した後、加熱して乾燥あるいは有機物を除去す
るとともに強度を付与することを特徴とする。

【０００８】これらにより、実用化に際して利便性が低
く回収の困難な粉末状成分を、取り扱いの極めて容易な
シート状複合素材として利用でき、光触媒の酸化的反応
あるいは還元的反応による有機成分および無機成分ある
いは有機無機複合成分の分解効果または除去効果を発揮
することが可能になる。

【０００９】また、本発明の光触媒無機複合シートは、
併用する吸着剤の濃縮効果によって、有機成分および無
機成分あるいは有機無機複合成分の光触媒反応効率が向
上することを特徴とする。

【００１０】これにより、極めて微量の有害物質であっ
ても、効率的に光触媒反応に供することが可能になる。

【００１１】また、本発明の光触媒無機複合シートは、
併用する吸着剤の捕捉効果によって、有機成分および無
機成分あるいは有機無機複合成分の光触媒反応生成中間
体の拡散を抑制することを特徴とする。

【００１２】これにより、光触媒反応の過程で生成する
有害中間体による２次汚染が抑制され、安全な分解除去
プロセスの構築が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の光触媒無機複合
シートに係わる構成要素、次いでその製造方法について
詳細に説明する。

【００１４】本発明に用いる光触媒として、酸化チタ
ン、酸化亜鉛、酸化セリウム、金属酸化物光触媒または
無機光触媒等が挙げられるが、安定性、安全性および光
触媒活性等に優れた酸化チタンが有利に用いられる。

【００１５】本発明に用いる吸着剤として、ゼオライ
ト、シリカ、アルミナ、セピオライト、ハロサイト、活
性炭、活性白土、金属酸化物、多孔質有機物または多孔
質無機物およびこれらの複合物等が挙げられるが、特に
ゼオライトは種々の有害物質に合わせて吸着効率が最大
になるようにその細孔の大きさを調節できるため、吸着
剤として有利に用いられる。

【００１６】本発明に用いる無機繊維として、セラミッ
ク繊維、ガラス繊維、鉱滓繊維または石綿等が挙げられ
るが、安定性、安全性、強度等に優れたセラミック繊維
が有利に用いられる。

【００１７】本発明に用いる無機支持体形成成分とし
て、アルミナゾル、シリカゾル、リン酸ナトリウム等が
挙げられるが、粒子径や他の材料との親和性等が最適な
アルミナゾルが有利に用いられる。

【００１８】本発明に用いる有機繊維として、木材パル
プ、リンターパルプ、合成パルプ等の繊維状物質が挙げ
られるが、無機粉体の高歩留まりに寄与することのでき
るフィブリル化の容易な天然パルプが有利に用いられ
る。

【００１９】半乾式成型には、繊維板やセメントボード
のシート成型機等を用いることができる。また、多数の
孔を有する金属板に金網や濾布を乗せ、この上に混練し
た原材料混合物を出来るだけ均一に広げ、試験用プレス
で圧締してシート状に成型することもできる。調製した
シートを、高温器で加熱乾燥または電気炉で焼成し、光
触媒無機複合シートを得ることができる。

【００２０】湿式抄造には、和紙などの手抄き装置、円
網抄紙機、長網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機等を用い
ることができる。調製したシートを、無機支持体形成成
分の分散液で含浸処理あるいは噴霧処理をした後、高温
器で加熱乾燥または電気炉で焼成し、光触媒無機複合シ
ートを得ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の光触媒無機複合シートを、代
表的な水系環境ホルモン様物質であるビスフェノールＡ
の分解除去効果を実施例として具体的に説明する。但
し、本発明はこのビスフェノールＡの分解除去効果の実
施例に制限されるものではない。なお、以下の実施例中
の「部」及び「％」は重量基準の割合を示す。

【００２２】［実施例１］カナディアン・スタンダード
・フリーネス２６０ｍｌに叩解した木材パルプ４％水懸
濁液１０部を撹拌しながら、０．１％ポリジアリルジメ
チルアンモニウムクロリド水溶液２５部を加え、３分後
に酸化チタン（石原産業社製、ＳＴ−０１）を３．６
部、セラミック繊維を１．５部含む水懸濁液６５部を追
加し、さらに、０．１％アニオン性凝集剤（栗田工業社
製、ＨＨ−３５１）２５部を加え、５分後にＪＩＳＰ
８２０９に準拠してシートを調製し、これを無機支持
体形成成分の分散液であるアルミナゾルに含浸処理を施
した。これを、手抄き紙用プレスを用いて３．５ｋＰ
ａ、５分間圧締した。次に、得られた無機シートを７０
０℃、２０分間焼成して、実施例１とした。

【００２３】［実施例２］実施例１において、酸化チタ
ンを２．４部にし、ゼオライト（Ｙ型、東ソー社製、Ｈ
ＳＺ−３２０ＮＡＡ）を１．２部添加する以外は、すべ
て実施例１と全く同一の処理を行い、実施例２とした。

【００２４】［実施例３］実施例１において、酸化チタ
ンを１．８部にし、ゼオライトを１．８部添加する以外
は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、実施例３
とした。

【００２５】［実施例４］実施例１において、酸化チタ
ンを１．２部にし、ゼオライトを２．４部添加する以外
は、すべて実施例１と全く同一の処理を行い、実施例４
とした。

【００２６】［実施例５］実施例１において、酸化チタ
ンを０部にし、ゼオライトを３．６部添加する以外は、
すべて実施例１と全く同一の処理を行い、実施例５とし
た。

【００２７】［比較例１］実施例１の光触媒無機複合シ
ート中の酸化チタンと同量の酸化チタン粉末を、比較例
１とした。

【００２８】［比較例２］実施例２の光触媒無機複合シ
ート中の酸化チタンおよびゼオライトと同量の酸化チタ
ンおよびゼオライト混合粉末を、比較例２とした。

【００２９】［比較例３］実施例３の光触媒無機複合シ
ート中の酸化チタンおよびゼオライトと同量の酸化チタ
ンおよびゼオライト混合粉末を、比較例３とした。

【００３０】［比較例４］実施例４の光触媒無機複合シ
ート中の酸化チタンおよびゼオライトと同量の酸化チタ
ンおよびゼオライト混合粉末を、比較例４とした。

【００３１】［比較例５］実施例４の光触媒無機複合シ
ート中のゼオライトと同量のゼオライト粉末を、比較例
５とした。

【００３２】以上、実施例で得られた光触媒無機複合シ
ートと比較例の無機粉末を、０．１ｍＭのビスフェノー
ルＡ水溶液に供した。本発明の光触媒無機複合シート中
の酸化チタンおよびゼオライトの総重量、あるいは粉末
状の酸化チタンおよびゼオライトの総重量と、ビスフェ
ノールＡ水溶液の重量比を１：４００とした。紫外線照
射（２ｍＷ／ｃｍ^２）を２４時間行い、この間に分解さ
れたビスフェノールＡの分解率、分解量と吸着剤への吸
着量を合わせた除去率、および中間生成物のパラヒドロ
キシアセトフェノン量を、高速液体クロマトグラフを用
いて定量した。その結果を（表）に示す。なお、表中の
ＢＰＡはビスフェノールＡを、ｐ−ＨＡＰはパラヒドロ
キシアセトフェノンを表す。

【００３３】

【表】

（表）によれば、実施例１と比較例１、および実施例５
と比較例５のように、本発明のシート化による光触媒お
よび吸着剤の性能低下はほとんどなかったが、無機粉末
をシート成型することにより、利便性は格段に向上し
た。酸化チタンのみを使用した実施例１と比較例１で
は、希薄なビスフェノールＡの分解速度が遅く、除去効
率が低かった。ゼオライトのみを使用した実施例５と比
較例５では、ビスフェノールＡの除去効果は高いが、分
解効果が全くないため、単に系内に蓄積するに留まっ
た。実施例２〜４では、複合化によりビスフェノールＡ
の分解効率が著しく向上したが、比較例２〜４では、酸
化チタン量の減少とともに分解効率が低下した。本発明
の光触媒無機複合シートにおいては、酸化チタンとゼオ
ライトの総重量を基準とした場合、シート中の酸化チタ
ンとゼオライトの重量比が２：１となる実施例２が最も
効果的であった。なお、酸化チタン量を基準とした場合
は、ゼオライト量の増加に伴って初期吸着量が増加し、
除去効率が向上する。

【００３４】光触媒反応生成中間体であるパラヒドロキ
シアセトフェノンについて、比較例１〜４ではゼオライ
トが未分解のビスフェノールＡでほぼ満たされており、
中間体が水溶液中に拡散しているのに対して、実施例２
〜４ではシート中のゼオライトに捕捉され、生成中間体
による２次汚染が抑制された。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載された光触媒無機複合シートは、光触媒を単独あ
るいは吸着剤と混合してシート状に成型した複合体であ
るため、光触媒の酸化的反応あるいは還元的反応による
有機成分および無機成分あるいは有機無機複合成分の分
解効果または除去効果を発揮することができる。

【００３６】請求項２に記載された光触媒無機複合シー
トは、併用する吸着剤の濃縮効果によって、有機成分お
よび無機成分あるいは有機無機複合成分の光触媒反応効
率を向上させることができる。

【００３７】請求項３に記載された光触媒無機複合シー
トは、併用する吸着剤の捕捉効果によって、有機成分お
よび無機成分あるいは有機無機複合成分の光触媒反応生
成中間体の拡散を抑制することができる。

【００３８】請求項４に記載された光触媒無機複合シー
トは、光触媒効果を発揮する光触媒として、酸化チタ
ン、酸化亜鉛、酸化セリウム、金属酸化物光触媒または
無機光触媒を単独あるいは２種以上用いることにより、
有機成分および無機成分あるいは有機無機複合成分の分
解または除去に寄与することができる。

【００３９】請求項５に記載された光触媒無機複合シー
トは、光触媒と併用する吸着剤として、ゼオライト、シ
リカ、アルミナ、セピオライト、ハロサイト、活性炭、
活性白土、金属酸化物、多孔質有機物または多孔質無機
物を単独あるいは２種以上用いることで濃縮効果および
捕捉効果を発揮し、有機成分および無機成分あるいは有
機無機複合成分の分解または除去に寄与することができ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中浩雄福岡県福岡市早良区西新２丁目21番33号Ｆターム(参考） 4D037 AA01 BA18 CA01 4D050 AA01 BC04 BC09 CA06 4G069 AA03 AA08 BA01A BA02A BA04A BA04B BA07B BA08A BA09A BA15A BA48A BB04A BC35A BC43A CA10 CA11 DA06 FB36 FB68

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光触媒を単独あるいは吸着剤と混合してシ
ート状に成型した複合体であって、光触媒の酸化的反応
あるいは還元的反応による有機成分および無機成分ある
いは有機無機複合成分の分解効果または除去効果を発揮
することを特徴とする光触媒無機複合シート。
【請求項２】前記光触媒効果において、併用する吸着剤
の濃縮効果によって、有機成分および無機成分あるいは
有機無機複合成分の光触媒反応効率が向上することを特
徴とする請求項１に記載された光触媒無機複合シート。
【請求項３】前記光触媒効果において、併用する吸着剤
の捕捉効果によって、有機成分および無機成分あるいは
有機無機複合成分の光触媒反応生成中間体の拡散を抑制
することを特徴とする請求項１に記載された光触媒無機
複合シート。
【請求項４】前記光触媒効果を発揮する光触媒として、
酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、金属酸化物光触
媒または無機光触媒を単独あるいは２種以上用いること
により、有機成分および無機成分あるいは有機無機複合
成分の分解または除去に寄与することを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載された光触媒無機複合シー
ト。
【請求項５】前記光触媒効果において、併用する吸着剤
として、ゼオライト、シリカ、アルミナ、セピオライ
ト、ハロサイト、活性炭、活性白土、金属酸化物、多孔
質有機物または多孔質無機物を単独あるいは２種以上用
いることで濃縮効果および捕捉効果を発揮し、有機成分
および無機成分あるいは有機無機複合成分の分解または
除去に寄与することを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載された光触媒無機複合シート。