【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気浄化触媒、並びにそれを用いた空気浄化フィルター及び空気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間を取り巻く環境に存在し得る成分であって人体に影響を及ぼす可能性のある空気汚染物質の存在が問題視されるようになってきている。このような空気汚染物質としては、例えば、建築資材等から空気中に発散するアルデヒド類、ベンゼン、トルエン、塩化ビニル等のＶＯＣや、排ガス中の有害成分であるＣＯＸ、ＮＯＸ、ＳＯＸ等が挙げられ、これらをより確実に除去することが可能な技術の開発が望まれている。
【０００３】
このような背景の下で、空気汚染物質を除去するための各種触媒が検討されており、その一つとして、フラーレンを素材とする光触媒の開発がなされている。例えば、特開平８−１６４３０９号公報（特許文献１）には、プラスチック製繊維フィルターにフラーレンを含浸させてなるフィルターが記載されている。また、特開２０００−６１２４１号公報（特許文献２）には、フラーレンを含む薄膜の表面に光触媒粒子及び貴金属微粒子を担持させた複合触媒が記載されている。更に、特開２００１−９２９３号公報（特許文献３）には、フラーレン重合体膜を用いた光触媒及びフラーレン重合体膜の表面に金属微粒子を担持させた光触媒が記載されている。そして、これらの触媒に光を照射することで空気汚染物質を除去する方法がそれぞれ記載されている。
【０００４】
しかしながら、上記各公報に記載された触媒は、光の照射がなければ触媒作用を発揮することができず、光エネルギーを供給可能な環境下でしか空気汚染物質を十分に除去することができないという問題を有していた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１６４３０９号公報
【特許文献２】
特開２０００−６１２４１号公報
【特許文献３】
特開２００１−９２９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光エネルギーの供給がなくても触媒作用を発揮することが可能であり、空気汚染物質の除去性能に優れた空気浄化触媒及びそれを用いた空気浄化フィルターを提供するとともに、空気浄化触媒によって空気汚染物質をより効率的に除去することが可能な空気浄化方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、フラーレン分子間に金属原子が存在してなるフラーレンポリマーを触媒として用いることによって、光エネルギーの供給がなくても触媒作用を発揮し、優れた空気汚染物質除去性能が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の空気浄化触媒は、フラーレン分子間に金属原子が存在してなるフラーレンポリマーからなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の空気浄化触媒にかかる前記フラーレンポリマーにおいて、前記フラーレン分子同士が前記金属原子を介して結合していることが好ましい。
【００１０】
更に、本発明の空気浄化触媒にかかる前記フラーレンポリマーにおいて、前記フラーレン分子の数に対する前記金属原子の数の比（金属原子の数／フラーレン分子の数）が１以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明の空気浄化フィルターは、上記空気浄化触媒を通気性基材に担持せしめてなることを特徴とするものであり、前記通気性基材が導電性材料からなるものであることが好ましい。
【００１２】
本発明の空気浄化方法は、上記空気浄化触媒を、空気汚染物質を含む空気と接触せしめることにより前記空気汚染物質を除去することを特徴とする方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、場合により図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
（空気浄化触媒）
本発明の空気浄化触媒は、フラーレン分子間に金属原子が存在してなるフラーレンポリマーからなるものであり、上記フラーレンポリマーにおいて、上記フラーレン分子同士が上記金属原子を介して結合していることが好ましい。かかるフラーレン分子間に金属原子が原子レベルで存在してなるフラーレンポリマーは、光エネルギーの供給がなくても触媒作用を発揮することができ、優れた空気汚染物質除去性能を得ることができる。
【００１５】
なお、上記「フラーレン分子同士が金属原子を介して結合している」状態とは、フラーレン分子における６−６結合の部分と金属原子とが結合することによって、金属原子を介してフラーレン分子同士が結合している状態を示しており、金属原子からフラーレン分子へ電子が供与されている状態をいう。
【００１６】
このような構成を有するフラーレンポリマーが、光の照射がなくても触媒作用を十分に発揮できる理由について、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明にかかるフラーレンポリマーは、フラーレン分子間に金属原子が存在していることにより、フラーレン分子と金属原子との大きさの違いに起因した多数の原子レベルの細孔が形成されており、その細孔の存在によって空気汚染物質を効率良く吸着することが可能となると考えられる。そして、フラーレン分子と金属原子との間で起こる電子移動により電子と正孔とが発生し、それによって触媒作用が発揮され、細孔内に吸着された空気汚染物質が分解除去されることによって、優れた空気汚染物質除去性能が得られるものと本発明者らは推察する。
【００１７】
また、上記フラーレンポリマーにおいて、フラーレン分子同士が金属原子を介して結合していることにより、より優れた空気汚染物質除去性能が得られる傾向にある。このように、フラーレン分子同士が金属原子を介して結合していることによって、より多くの細孔が形成されやすくなるとともに、フラーレン分子と金属原子との間の電子移動がより容易となり、空気汚染物質がより効率的に吸着され且つ分解除去される傾向にあると本発明者らは推察する。
【００１８】
このようなフラーレンポリマーを形成するフラーレン分子としては、例えば、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４、カーボンナノチューブ、及び、これらを２種類以上混合してなる混合フラーレン等が挙げられる。ここで、上記カーボンナノチューブは、チューブ直径が０．５〜１．５ｎｍのものであり、その構造としては、例えば、Ｃｌｏｓｅｄ多層カーボンナノチューブ、Ｏｐｅｎ多層カーボンナノチューブ、Ｃｌｏｓｅｄ単層カーボンナノチューブ、Ｏｐｅｎ単層カーボンナノチューブ等が挙げられる。このようなフラーレン分子は、球状やチューブ状等の特異的な分子構造を有しており、その構造に起因して上述したような吸着作用や触媒作用等を発揮することが可能となると考えられる。本発明においては、これらのフラーレン分子の中でもより優れた空気汚染物質除去性能が得られる傾向にあることから、Ｃ６０、Ｃ７０、若しくは、Ｃ６０又はＣ７０を主成分とする混合フラーレンが好ましい。
【００１９】
また、上記フラーレンポリマーを形成する金属原子としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｌａ等の遷移金属原子が挙げられる。このような金属原子がフラーレン分子間に存在していることにより、フラーレン分子と金属原子の間での電子移動が可能となり、上述したような触媒作用を発揮することが可能となると考えられる。本発明においては、これらの金属原子の中でもより優れた空気汚染物質除去性能が得られる傾向にあることから、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｕ等の貴金属原子が好ましく、Ｐｄ、Ｐｔがより好ましい。
【００２０】
本発明の空気浄化触媒にかかるフラーレンポリマーにおいて、上記フラーレン分子の数に対する上記金属原子の数の比（金属原子の数／フラーレン分子の数）の下限値は１であることが好ましく、１．５であることがより好ましい。また、上記比の上限値は４であることが好ましい。上記比がこのような範囲の値を取ることによって、吸着作用及び触媒作用が向上し、空気汚染物質除去性能が向上する傾向にある。
【００２１】
この理由について、フラーレン分子がＣ６０であり、金属原子がＰｄである場合を具体例として、図面を参照しながら以下に説明する。
【００２２】
図１は、フラーレン分子（Ｃ６０）同士が金属原子（Ｐｄ）を介して結合してなるフラーレンポリマーである、Ｃ６０Ｐｄ１ポリマー、Ｃ６０Ｐｄ２ポリマー及びＣ６０Ｐｄ３ポリマーの構造モデルを示した図であり、上記比（金属原子の数／フラーレン分子の数）は、それぞれ１、２及び３である。また、上記比が３を超える場合の構造モデルは、Ｃ６０Ｐｄ３ポリマーの周りに残りの金属原子が担持された状態の構造モデルとなる。
【００２３】
上記比が１未満である場合には、上記構造モデルにおけるＣ６０Ｐｄ１ポリマーよりもフラーレン分子間の金属原子の存在数が低下するため、細孔数の減少や電子移動の阻害といった問題が生じ、吸着作用及び触媒作用が低下し、空気汚染物質除去性能が低下する傾向にある。
【００２４】
また、上記比が１．５〜４である場合には、上記構造モデルにおけるＣ６０Ｐｄ２ポリマーやＣ６０Ｐｄ３ポリマーの存在割合が多くなる。ここで、Ｃ６０Ｐｄ２ポリマー及びＣ６０Ｐｄ３ポリマーは、フラーレン分子と金属原子とがそれぞれ２次元状及び３次元状に配列した構造を有しているため、１次元状に配列した構造を有するＣ６０Ｐｄ１ポリマーと比較して、より多数の細孔がフラーレン分子と金属原子との間に形成されるとともに、電子の移動がより容易となるため、吸着作用及び触媒作用が向上し、空気汚染物質除去性能が向上する傾向にある。そのため、上記比が１．５〜４の範囲内であり、Ｃ６０Ｐｄ２ポリマーやＣ６０Ｐｄ３ポリマーの存在割合が多くなることによって、空気汚染物質除去性能が向上する傾向にある。
【００２５】
更に、上記比が４を超える場合には、上記構造モデルにおけるＣ６０Ｐｄ３ポリマーの有する細孔が過剰の金属原子によって塞がれてしまい、更に電子移動により生じた電子と正孔も過剰の金属原子によって覆われてしまうため、吸着作用及び触媒作用が低下し、空気汚染物質除去性能が低下する傾向にある。
【００２６】
このような構造的な理由から、本発明にかかるフラーレンポリマーは、フラーレン分子の数に対する金属原子の数の比の下限値が好ましくは１であり、より好ましくは１．５であり、上限値が好ましくは４であることによって、空気汚染物質除去性能が向上する傾向にある。
【００２７】
以上説明したような本発明の空気浄化触媒にかかるフラーレンポリマーを製造する方法としては、例えば、フラーレンと金属錯体とをそれぞれ有機溶媒に溶解せしめ、得られた２つの溶液を混合して撹拌することによってポリマー化を行い、沈殿物としてフラーレンポリマーを得る方法が挙げられる。
【００２８】
ここで、上記金属錯体は、フラーレン分子と金属原子とを結合せしめることが可能な上記金属原子の錯体であることが好ましく、このような金属錯体としては、例えば、Ｐｄ２（ｄｂａ）３、Ｐｄ２（ｄｂａ）３・ＣＨＣｌ３等が挙げられる。なお、上記「ｄｂａ」とはジベンジリデンアセトンを示す。
【００２９】
また、上記有機溶媒としては、フラーレン及び金属錯体を溶解可能なものであれば特に制限はなく、例えば、ベンゼン、トルエン、ＣＳ２等が挙げられ、これらを単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３０】
更に、上記ポリマー化における反応温度や反応時間は、使用するフラーレンや金属錯体の種類によって適宜調整されるが、反応温度としては、２０〜３０℃程度が好ましく、反応時間としては、３〜６時間程度が好ましい。
【００３１】
また、本発明の空気浄化触媒にかかるフラーレンポリマーを製造する他の方法として、フラーレンと金属錯体とをトルエン、アセトニトリル又はこれらの混合溶媒等に溶解させた溶液を、導電性材料からなる基材を電極として用いて電気的に還元することで、基材上でフラーレンポリマーを合成する方法が挙げられる。
【００３２】
ここで、上記金属錯体は、電気的に還元されることによってフラーレン分子と金属原子とを結合せしめることが可能であり、且つ、本発明の空気浄化触媒を形成する金属原子からなる錯体であることが好ましく、このような金属錯体としては、例えば、Ｐｄ（ＰｈＣＮ）２Ｃｌ２、ＰｔＣｌ２（ｐｙ）２、［Ｒｈ（ＣＦ３ＣＯＯ）２］２等が挙げられる。
【００３３】
また、上記基材は、導電性材料からなるものであれば特に制限はなく、例えば、鉄やアルミ等の金属、金属を担持した材料、活性炭等のカーボン材料等からなるものが挙げられる。
【００３４】
また、上記電気還元によりポリマー化を行う際の還元電位は、使用するフラーレンや金属錯体の種類によって適宜調整されるが、−０．５〜−２Ｖ程度とすることが好ましい。
【００３５】
本発明の空気浄化触媒は、上述のようにして得られたフラーレンポリマーからなるものであり、その形態としては、例えば、粉末状、薄膜状、ペレット状等が挙げられる。かかる空気浄化触媒は、上記フラーレンポリマーからなることによって、光エネルギーの供給がなくても触媒作用を発揮することができ、優れた空気汚染物質除去性能を得ることができる。
【００３６】
なお、本発明の空気浄化触媒は、上記フラーレンポリマー以外の材料を更に含有していてもよく、例えば、ポリマー化していない状態のフラーレンや金属、並びに、金属錯体等を含有していてもよい。
【００３７】
（空気浄化フィルター）
本発明の空気浄化フィルターは、上述したような空気浄化触媒を、通気性基材に担持せしめてなるものである。
【００３８】
上記通気性基材は、通気性を有する基材であれば特に制限はなく、その材質としては、例えば、鉄やアルミ等の金属、金属を担持した材料、活性炭等のカーボン材料、セピオライト、アルミナ、ゼオライト、シリカ等が挙げられるが、導電性材料であることが好ましく、カーボン材料であることがより好ましい。また、通気性基材の形状としては、例えば、ハニカム形状やシート形状等が挙げられ、中でもハニカム形状であることが好ましい。更に、通気性基材の形態としては、例えば、織布、不織布、網状体、多孔質体等が挙げられる。このような材質、形状及び形態からなる通気性基材を用いることにより、本発明の空気浄化フィルターは優れた吸着作用及び触媒作用を発揮することができ、優れた空気汚染物質除去性能を得ることができる。
【００３９】
このような通気性基材に空気浄化触媒を担持せしめる方法としては特に制限されないが、例えば、空気浄化触媒を溶剤に分散させてスラリーとし、このスラリー中に通気性基材を浸漬した後、溶剤を蒸発させることで通気性基材に空気浄化触媒を担持せしめる方法や、フラーレンポリマーの製造方法において述べた、電気還元により基材上でフラーレンポリマーを合成する方法において、基材として導電性材料からなる通気性基材を用いることによって、通気性基材に空気浄化触媒を担持せしめる方法等が挙げられる。本発明においては、通気性基材に効率的且つ安定的に空気浄化触媒を担持せしめることが可能であることから、電気還元により通気性基材上でフラーレンポリマーを合成する方法を用いることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の空気浄化フィルターにおける空気浄化触媒の担持量としては、通気性基材を１００重量部として０．５〜３０重量部であることが好ましい。担持量が前記下限値未満である場合には、空気汚染物質除去性能が十分に得られない傾向にあり、担持量が前記上限値を超える場合には、通気性基材の目詰まりが起こりやすくなる傾向がある。
【００４１】
（空気浄化方法）
本発明の空気浄化方法は、上記空気浄化触媒又は上記空気浄化フィルターを、空気汚染物質を含む空気と接触せしめることにより、前記空気汚染物質を除去する方法である。このような本発明の空気浄化方法は、上述したような優れた空気汚染物質除去性能を有する空気浄化触媒、又は、該空気浄化触媒を通気性基材に担持せしめてなる空気浄化フィルターを用いることによって、光エネルギーの供給がない環境下であっても、空気汚染物質を効率良く除去して空気を浄化することが可能となる。
【００４２】
ここで、空気浄化触媒又は空気浄化フィルターと、空気汚染物質を含む空気とを接触せしめる方法としては特に制限されず、例えば、バッチ式、連続式等の方法を採用することができる。また、空気浄化フィルターと空気汚染物質を含む空気とを接触せしめる場合には、空気浄化フィルター内に空気汚染物質を含む空気を通過させる方法を採用することが好ましい。本発明の空気浄化方法は、これらの方法を用いて空気汚染物質の除去を効率的に行うことができる。
【００４３】
また、本発明の空気浄化方法における空気汚染物質の除去は、０〜３００℃程度の温度域で行うことが可能であり、通常、１５〜８０℃の温度域で行われる。
【００４４】
本発明の空気浄化方法において除去可能な空気汚染物質としては、例えば、揮発性有機物質（ＶＯＣ：塩化ビニル、ベンゼン、トルエン、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、ケトン類、アルデヒド類等）、臭気（アンモニア、アミン類、硫黄化合物、インドール類、フェノール類等）、ＣＯＸ、ＮＯＸ、ＳＯＸ、オゾン等が挙げられる。本発明の空気浄化方法によれば、これらの空気汚染物質を含む室内や車内等の空気、並びに、自動車等の排ガス等を効率良く浄化することができる。
【００４５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
［実施例１〜６］
表１に示したフラーレン成分及び金属錯体成分を、同表に示す配合量（モル）でそれぞれベンゼン６００ｍｌに溶解させ、得られた２つの溶液を混合して室温で５時間撹拌することによってフラーレンポリマーの沈殿物を得た。この沈殿物を濾過し、ベンゼンで５分間洗浄した後、１０５℃で２４時間乾燥することによって、実施例１〜６の粉末状のフラーレンポリマーからなる触媒を得た。なお、表１中のフラーレンＣ６０としては、ＳＥＳ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（Ｔｘ、ＵＳＡ）社製のＦｌｌｅｒｅｎｅ、Ｃａｒｂｏｎ６０、９９．５％を用い、フラーレンＣ７０としては、ＳＥＳ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（Ｔｘ、ＵＳＡ）社製のＦｌｌｅｒｅｎｅ、Ｃａｒｂｏｎ７０、９９．５％を用い、混合フラーレンとしてはＭＴＲ Ｌｔｄ．社製、Ｍｉｘｅｄ Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓを用いた。
【００４７】
【表１】
【００４８】
［実施例７］
０．３ミリモルのフラーレンＣ６０と１ミリモルのＰｄ（ＰｈＣＮ）２Ｃｌ２とを、トルエンとアセトニトリルを体積比４：１で混合した溶媒１０ｍｌに溶解させた溶液を調製した。この溶液を、カーボンハニカムフィルター（近江鉱業社製、ＳＣハニカム）を作用電極とするシステム中で還元電位−１．５Ｖで電気還元することで、カーボンハニカムフィルター上にフラーレンポリマーの沈殿物を析出せしめた。これを、トルエンとアセトニトリルを体積比４：１で混合した溶媒中で２〜３分間洗浄した後、１０５℃で２時間乾燥することによって、薄膜状のフラーレンポリマーからなる触媒を担持せしめたフィルターを得た。得られたフィルターの触媒担持量は、通気性基材の量を１００重量部として２〜３重量部であった。また、フィルター上に担持された触媒の平均粒径は５００ｎｍであった。
【００４９】
なお、使用した上記システムは３電極からなるものであり、作用電極としてカーボンハニカムフィルターを、対極として白金ワイヤーをそれぞれ用い、参照電極としては、０．０１Ｍ硝酸銀と０．０９Ｍ過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液に銀ワイヤーを浸したものを用いた。
【００５０】
（フラーレンポリマーの同定）
フラーレンは有機溶媒（トルエン、ベンゼン、ＣＳ２等）に溶解するが、ポリマー化すると不溶性となり沈殿する性質がある。このことから、実施例１〜７で生成した沈殿物は、フラーレンがポリマー化したフラーレンポリマーである。実施例１〜７で得られたこれらのフラーレンポリマーの組成について、以下のようにＩＲ分析及びＸＰＳ分析により同定を行った。
【００５１】
（１）ＩＲ分析
実施例１〜７で得られたフラーレンポリマーについて、ＦＴ−ＩＲ ＡＶＡＴＯＲ ３６０（Ｎｉｃｏｌｅｔ社製）を用いてＩＲ分析を行ったところ、実施例１〜４及び７で得られたフラーレンポリマーでは、５２５、５７５、１１８３、１４３０ｃｍ−１辺りにそれぞれ吸収ピークが見られた。これらの吸収ピークはフラーレンＣ６０における吸収ピークと一致しており、このことから実施例１〜４及び７で得られたフラーレンポリマー中にフラーレンＣ６０が存在していることが確認された。また、同様にＩＲ分析の結果から、実施例５で得られたフラーレンポリマー中にフラーレンＣ７０が、実施例６で得られたフラーレンポリマー中にフラーレンＣ６０及びＣ７０の両方が、それぞれ存在していることが確認された。
【００５２】
（２）ＸＰＳ分析
実施例１〜７で得られたフラーレンポリマーについて、ＨＰ５９５０Ａ ＥＳＣＡ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＨＰ社製、Ｘ線源：ＡｌＫα）を用いてＸＰＳ分析を行ったところ、全てのフラーレンポリマーにおいてＰｄ及びＣの存在が確認された。また、フラーレンポリマーにおけるフラーレン分子の数に対するＰｄ原子の数の比を元素分析によって確認した結果、実施例１及び７ではＣ６０Ｐｄ１ポリマーが、実施例２ではＣ６０Ｐｄ２ポリマーが、実施例３ではＣ６０Ｐｄ３ポリマーが、実施例４ではＣ６０Ｐｄ３．５ポリマーが、実施例５ではＣ７０Ｐｄ２ポリマーが、実施例６では混合フラーレンＰｄ２ポリマーがそれぞれ生成していることが確認された。
【００５３】
［比較例１］
０．２７ミリモルのフラーレンＣ６０をベンゼン１５０ｍｌに溶解させた。これにＰｄパウダーを１０ｇ加え、８０℃で１２時間撹拌してベンゼンを完全に蒸発させることで、ポリマー化していないフラーレン分子とＰｄパウダーとが粒子状のまま混合分散された粉末状の触媒を得た。得られた触媒におけるＰｄの量は、触媒全量を基準として５重量％であった。
【００５４】
［比較例２］
粉末状のフラーレンＣ６０を触媒として用意した。
【００５５】
［比較例３］
粉末状のフラーレンＣ７０を触媒として用意した。
【００５６】
［比較例４］
粉末状の混合フラーレン（Ｃ６０／Ｃ７０／高次フラーレンを、重量比７０／２５／５で混合したもの）を触媒として用意した。
【００５７】
（トルエン除去性能評価試験１）
実施例１〜６及び比較例１〜４で得られた触媒を試料とし、各試料について以下のようにトルエン除去性能を評価した。先ず、評価ガス（トルエン８０ｐｐｍ／エアーバランス）５Ｌを入れた臭気分析用匂い袋（近江オドエアーサービス社製）に試料１００ｍｇを入れ、光を遮断した状態で室温にて５時間静置した。次いで、ＦＴＤ式ガスクロマトグラフ（島津製作所社製、ＧＣ−１４Ｂ）を用いて、５時間後の袋内残存トルエン濃度を測定することによりトルエン除去率を求めた。その結果を表２に示す。
【００５８】
【表２】
【００５９】
表２に記載の結果から明らかなように、本発明で得られた触媒及びフィルター（実施例１〜７）は、光の照射がなくても優れたトルエン除去性能が得られた。一方、比較例１〜４の触媒は、光の照射がない環境下ではトルエン除去性能が得られなかった。
【００６０】
（トルエン除去性能評価試験２）
実施例２で得られた触媒を試料とし、評価ガス５Ｌ中のトルエン初期濃度を６１．４ｐｐｍ、１４２．３ｐｐｍ、３１６．４ｐｐｍ、５２６．８ｐｐｍとした場合について、それぞれ上記トルエン除去性能評価試験１と同様の方法で５時間後の袋内の残存トルエン濃度を測定した。その結果、残存トルエン濃度は表３に示した結果のようになった。また、この結果をもとにして各トルエン初期濃度における５時間当たりの試料の単位重量当たりのトルエン吸着量を算出した。その結果を表３に示す。なお、単位重量当たりのトルエン吸着量を算出する際には、匂い袋自体のトルエン吸着量を求め、この吸着量を除くことで試料のみによるトルエン吸着量を算出した。
【００６１】
【表３】
【００６２】
図２は、５時間後の残存トルエン濃度と試料の単位重量当たりのトルエン吸着量との関係を示したグラフである。これらの関係について、最小自乗法によって近似曲線を求めたところ、ｘを５時間後の残存トルエン濃度（ｐｐｍ）とし、ｙを試料の単位重量当たりのトルエン吸着量（ｍｇ／ｇ）として、下記式：
ｙ＝１３．５９５ｘ０．２０３４
で示される関係が得られた。ここで、上記式中のｘに０．０７を代入することで、残存トルエン濃度を７０ｐｐｂ（厚生労働省指針値）以下にする場合の、試料の単位重量当たりのトルエン吸着量を求めたところ、７．９ｍｇ／ｇとなった。この単位重量当たりのトルエン吸着量を用いることによって、特定の濃度のトルエンを含む特定量の空気を、５時間で厚生労働省指針値以下まで浄化するために必要な試料の量を算出することが可能となる。
【００６３】
（キシレン除去性能評価試験）
実施例２及び比較例２で得られた触媒を試料とし、評価ガスとしてキシレン８０ｐｐｍを含む空気５Ｌを用いて、上記トルエン除去性能評価試験１と同様の方法で所定時間ごとに２４時間後まで袋内残存キシレン濃度を測定することによりキシレン除去性能を評価した。その結果を図３に示す。実施例２で得られた触媒は、２４時間後のキシレン除去率が９５％となり、光の照射がなくても優れたキシレン除去性能が得られることが確認された。一方、比較例２で得られた触媒は、２４時間後のキシレン除去率が０％であり、光の照射がない環境下ではキシレン除去性能が得られなかった。
【００６４】
（ＮＯＸ除去性能評価試験）
実施例２及び比較例２で得られた触媒を試料とし、評価ガスとしてＮＯＸ１００ｐｐｍを含む空気５Ｌを用いて、上記トルエン除去性能評価試験１と同様の方法で２４時間後の袋内残存ＮＯＸ濃度を測定することによりＮＯＸ除去性能を評価した。その結果、実施例２で得られた触媒は、２４時間後のＮＯＸ除去率が９５％となり、光の照射がなくても優れたＮＯＸ除去性能が得られることが確認された。一方、比較例２で得られた触媒は、２４時間後のＮＯＸ除去率が０％であり、光の照射がない環境下ではＮＯＸ除去性能が得られなかった。
【００６５】
（トルエン除去性能評価試験３）
実施例５及び比較例３で得られた触媒を試料とし、上記トルエン除去性能評価試験１と同様の方法で所定時間ごとに２４時間後まで袋内残存トルエン濃度を測定することによりトルエン除去性能を評価した。その結果を図４に示す。実施例５で得られた触媒は、２４時間後のトルエン除去率が９７％となり、光の照射がなくても優れたトルエン除去性能を示すことが確認された。一方、比較例３で得られた触媒は、２４時間後のトルエン除去率が０％であり、光の照射がない環境下ではトルエン除去性能が得られなかった。
【００６６】
（トルエン除去性能評価試験４）
実施例６及び比較例４で得られた触媒を試料とし、上記トルエン除去性能評価試験１と同様の方法で所定時間ごとに２４時間後まで袋内残存トルエン濃度を測定することによりトルエン除去性能を評価した。その結果を図５に示す。実施例６で得られた触媒は、２４時間後のトルエン除去率が９５％となり、光の照射がなくても優れたトルエン除去性能を示すことが確認された。一方、比較例４で得られた触媒は、２４時間後のトルエン除去率が３％であり、光の照射がない環境下ではトルエン除去性能がほとんど得られなかった。
【００６７】
以上の結果から明らかなように、従来の触媒（比較例１〜４）では、光の照射がない環境下では空気汚染物質の除去性能がほとんど得られなかったのに対し、本発明の空気浄化触媒及び空気浄化フィルター（実施例１〜７）では、光の照射がなくても優れた空気汚染物質除去性能を得ることができた。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気浄化触媒及び空気浄化フィルターによれば、光エネルギーの供給がなくても触媒作用を発揮することが可能であり、優れた空気汚染物質除去性能を得ることができる。また、本発明の空気浄化方法によれば、本発明の空気浄化触媒によって空気汚染物質をより効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃ６０Ｐｄ１ポリマー、Ｃ６０Ｐｄ２ポリマー及びＣ６０Ｐｄ３ポリマーの構造モデルを示す図である。
【図２】実施例２で得られた触媒を試料として用いた場合の５時間後の残存トルエン濃度と試料の単位重量当たりのトルエン吸着量との関係を示したグラフである。
【図３】実施例２及び比較例２で得られた触媒を試料としてキシレン除去性能を評価した際の、時間とキシレン除去率との関係を示したグラフである。
【図４】実施例５及び比較例３で得られた触媒を試料としてトルエン除去性能を評価した際の、時間とトルエン除去率との関係を示したグラフである。
【図５】実施例６及び比較例４で得られた触媒を試料としてトルエン除去性能を評価した際の、時間とトルエン除去率との関係を示したグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air purification catalyst, and an air purification filter and an air purification method using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the presence of air pollutants, which are components that can exist in the environment surrounding humans and may affect the human body, has come to be viewed as a problem. Such air pollutants include, for example, aldehydes emitted from building materials into the air, VOCs such as benzene, toluene, and vinyl chloride, and CO that is a harmful component in exhaust gas.X, NOX, SOXAnd the like, and the development of a technology capable of removing these more reliably is desired.
[0003]
Against this background, various catalysts for removing air pollutants have been studied, and as one of them, a photocatalyst using fullerene as a material has been developed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-164309 (Patent Document 1) describes a filter formed by impregnating a fiber filter made of plastic with fullerene. JP-A-2000-61241 (Patent Document 2) describes a composite catalyst in which photocatalyst particles and noble metal fine particles are supported on the surface of a thin film containing fullerene. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-9293 (Patent Document 3) describes a photocatalyst using a fullerene polymer film and a photocatalyst in which metal fine particles are supported on the surface of the fullerene polymer film. Then, a method of irradiating these catalysts with light to remove air pollutants is described.
[0004]
However, the catalysts described in the above publications cannot exert a catalytic action without light irradiation, and can sufficiently remove air pollutants only in an environment where light energy can be supplied. Had a problem.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-164309
[Patent Document 2]
JP 2000-61241 A
[Patent Document 3]
JP 2001-9293 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and is an air purification catalyst capable of exhibiting a catalytic action without the supply of light energy and having excellent air pollutant removal performance. And an air purification filter using the same, and an air purification method capable of more efficiently removing air pollutants by an air purification catalyst.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, by using a fullerene polymer in which metal atoms are present between fullerene molecules as a catalyst, the catalytic action can be achieved without supply of light energy. It was found that the present invention exhibited excellent air pollutant removal performance, and completed the present invention.
[0008]
That is, the air purification catalyst of the present invention is characterized by comprising a fullerene polymer in which metal atoms exist between fullerene molecules.
[0009]
In the fullerene polymer according to the air purification catalyst of the present invention, it is preferable that the fullerene molecules are bonded to each other via the metal atom.
[0010]
Further, in the fullerene polymer according to the air purification catalyst of the present invention, a ratio of the number of the metal atoms to the number of the fullerene molecules (the number of metal atoms / the number of fullerene molecules) is preferably 1 or more.
[0011]
The air purification filter of the present invention is characterized in that the air purification catalyst is carried on a gas permeable substrate, and the gas permeable substrate is preferably made of a conductive material.
[0012]
The air purification method of the present invention is a method characterized by removing the air pollutants by bringing the air purification catalyst into contact with air containing air pollutants.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary.
[0014]
(Air purification catalyst)
The air purification catalyst of the present invention is made of a fullerene polymer in which metal atoms are present between fullerene molecules. In the fullerene polymer, it is preferable that the fullerene molecules are bonded to each other via the metal atoms. . Such a fullerene polymer in which metal atoms are present at the atomic level between fullerene molecules can exert a catalytic action without the supply of light energy, and can obtain excellent air pollutant removal performance.
[0015]
In addition, the state in which “fullerene molecules are bonded to each other via a metal atom” means that the 6-6 bond portion in the fullerene molecule is bonded to the metal atom, and the fullerene molecules are connected to each other via the metal atom. This indicates a bonded state, in which electrons are donated from a metal atom to a fullerene molecule.
[0016]
The present inventors speculate as follows about the reason that the fullerene polymer having such a configuration can sufficiently exert a catalytic action without irradiation with light. That is, in the fullerene polymer according to the present invention, since metal atoms are present between fullerene molecules, a large number of atomic-level pores are formed due to a difference in size between fullerene molecules and metal atoms. It is considered that the presence of the pores makes it possible to adsorb air pollutants efficiently. Then, electrons and holes are generated by the electron transfer occurring between the fullerene molecule and the metal atom, whereby a catalytic action is exerted, and the air pollutants adsorbed in the pores are decomposed and removed, The present inventors speculate that excellent air pollutant removal performance can be obtained.
[0017]
Further, in the fullerene polymer, since the fullerene molecules are bonded to each other via a metal atom, more excellent air pollutant removal performance tends to be obtained. As described above, since the fullerene molecules are bonded to each other via the metal atom, more pores are easily formed, and the electron transfer between the fullerene molecule and the metal atom becomes easier, so that the air pollution is reduced. We speculate that the substances tend to be more efficiently adsorbed and decomposed and removed.
[0018]
Examples of fullerene molecules forming such a fullerene polymer include, for example, C60, C70, C76, C78, C82, C84, Carbon nanotubes, and mixed fullerenes obtained by mixing two or more of these. Here, the carbon nanotube has a tube diameter of 0.5 to 1.5 nm, and its structure is, for example, a closed multi-walled carbon nanotube, an open multi-walled carbon nanotube, a closed single-walled carbon nanotube, an open single-walled carbon nanotube. Nanotubes and the like. Such a fullerene molecule has a specific molecular structure such as a spherical shape or a tubular shape, and it is considered that the structure can exhibit the above-described adsorption action, catalytic action, and the like due to the structure. . In the present invention, among these fullerene molecules, more excellent air pollutant removal performance tends to be obtained.60, C70Or C60Or C70Is preferred.
[0019]
Examples of the metal atoms forming the fullerene polymer include transition metal atoms such as Pd, Pt, Ru, Rh, Ir, Au, Fe, Mn, Co, Ni, Ce, and La. It is considered that the presence of such a metal atom between the fullerene molecules enables electron transfer between the fullerene molecule and the metal atom, thereby exhibiting the above-described catalytic action. In the present invention, noble metal atoms such as Pd, Pt, Rh, Ir, and Au are preferable, and Pd and Pt are more preferable, since among these metal atoms, a better air pollutant removal performance tends to be obtained. .
[0020]
In the fullerene polymer according to the air purification catalyst of the present invention, the lower limit of the ratio of the number of metal atoms to the number of fullerene molecules (the number of metal atoms / the number of fullerene molecules) is preferably 1, and 1.5. Is more preferable. The upper limit of the above ratio is preferably 4. When the above ratio takes a value in such a range, the adsorption action and the catalytic action are improved, and the air pollutant removal performance tends to be improved.
[0021]
For this reason, fullerene molecules are C60The case where the metal atom is Pd will be described below with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a fullerene molecule (C60) Are fullerene polymers formed by bonding together via a metal atom (Pd).60Pd1Polymer, C60Pd2Polymer and C60Pd3FIG. 2 is a diagram showing a structural model of a polymer, wherein the ratio (number of metal atoms / number of fullerene molecules) is 1, 2, and 3, respectively. When the above ratio exceeds 3, the structural model is C60Pd3The structure model becomes a state in which the remaining metal atoms are supported around the polymer.
[0023]
If the above ratio is less than 1, C in the above structural model60Pd1Since the number of metal atoms between fullerene molecules is lower than that of polymers, problems such as a decrease in the number of pores and inhibition of electron transfer occur, the adsorption and catalysis decreases, and the air pollutant removal performance tends to decrease. It is in.
[0024]
When the above ratio is 1.5 to 4, C in the above structural model60Pd2Polymer or C60Pd3The proportion of the polymer present increases. Where C60Pd2Polymer and C60Pd3The polymer has a structure in which fullerene molecules and metal atoms are two-dimensionally and three-dimensionally arranged.60Pd1Compared to polymers, more pores are formed between fullerene molecules and metal atoms, and the transfer of electrons is easier, so the adsorption and catalysis are improved, and air pollutant removal performance is improved. Tend to improve. Therefore, the above ratio is in the range of 1.5 to 4, and C60Pd2Polymer or C60Pd3As the proportion of the polymer present increases, the air pollutant removal performance tends to improve.
[0025]
Further, when the above ratio exceeds 4, C in the above structural model60Pd3The pores of the polymer are blocked by excess metal atoms, and the electrons and holes generated by the electron transfer are also covered by the excess metal atoms. Material removal performance tends to decrease.
[0026]
For such structural reasons, the lower limit of the ratio of the number of metal atoms to the number of fullerene molecules in the fullerene polymer according to the present invention is preferably 1, more preferably 1.5, and the upper limit is 1.5. When the number is preferably 4, air pollutant removal performance tends to be improved.
[0027]
As a method for producing the fullerene polymer according to the air purification catalyst of the present invention as described above, for example, a method in which fullerene and a metal complex are respectively dissolved in an organic solvent, and the obtained two solutions are mixed and stirred. Polymerized to obtain a fullerene polymer as a precipitate.
[0028]
Here, the metal complex is preferably a complex of the above metal atom capable of binding a fullerene molecule and a metal atom. As such a metal complex, for example, Pd2(Dba)3, Pd2(Dba)3・ CHCl3And the like. Here, the above “dba” indicates dibenzylideneacetone.
[0029]
The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the fullerene and the metal complex. For example, benzene, toluene, CS2And the like, and these can be used alone or in combination of two or more.
[0030]
Further, the reaction temperature and the reaction time in the above polymerization are appropriately adjusted depending on the type of the fullerene or the metal complex to be used, but the reaction temperature is preferably about 20 to 30 ° C, and the reaction time is 3 to 6 hours. The degree is preferred.
[0031]
Further, as another method for producing a fullerene polymer according to the air purification catalyst of the present invention, a solution obtained by dissolving fullerene and a metal complex in toluene, acetonitrile or a mixed solvent thereof, or the like, may be a substrate made of a conductive material. There is a method of synthesizing a fullerene polymer on a base material by using the electrode as an electrode and electrically reducing it.
[0032]
Here, the metal complex is capable of binding a fullerene molecule and a metal atom by being electrically reduced, and is a complex comprising a metal atom forming the air purification catalyst of the present invention. Is preferable. As such a metal complex, for example, Pd (PhCN)2Cl2, PtCl2(Py)2, [Rh (CF3COO)2]2And the like.
[0033]
The substrate is not particularly limited as long as it is made of a conductive material, and examples thereof include metals such as iron and aluminum, materials supporting metals, and carbon materials such as activated carbon.
[0034]
The reduction potential at the time of polymerizing by the above-mentioned electric reduction is appropriately adjusted depending on the type of fullerene or metal complex used, but is preferably about -0.5 to -2V.
[0035]
The air purification catalyst of the present invention is composed of the fullerene polymer obtained as described above, and examples of the form include a powder, a thin film, and a pellet. Since such an air purification catalyst is made of the above fullerene polymer, it can exhibit a catalytic action without supplying light energy, and can obtain excellent air pollutant removal performance.
[0036]
The air purification catalyst of the present invention may further contain a material other than the above fullerene polymer, and may contain, for example, a non-polymerized fullerene, a metal, and a metal complex.
[0037]
(Air purification filter)
The air purification filter of the present invention is obtained by supporting the above-described air purification catalyst on a gas-permeable base material.
[0038]
The permeable substrate is not particularly limited as long as it is a permeable substrate. Examples of the material include metals such as iron and aluminum, materials supporting metals, carbon materials such as activated carbon, sepiolite, and alumina. , Zeolite, silica and the like, but are preferably conductive materials, and more preferably carbon materials. Examples of the shape of the air-permeable base material include a honeycomb shape and a sheet shape, and among them, a honeycomb shape is preferable. Furthermore, examples of the form of the air-permeable base material include a woven fabric, a nonwoven fabric, a net-like body, and a porous body. By using the air-permeable base material having such a material, shape and form, the air purification filter of the present invention can exhibit an excellent adsorption action and a catalytic action, and obtain excellent air pollutant removal performance. Can be.
[0039]
The method for supporting the air purification catalyst on such a permeable substrate is not particularly limited.For example, the air purification catalyst is dispersed in a solvent to form a slurry, and after dipping the permeable substrate in the slurry, the solvent is removed. In the method of supporting an air purification catalyst on a gas-permeable base material by evaporating water and the method of synthesizing a fullerene polymer on a base material by electric reduction as described in the method of producing a fullerene polymer, a conductive material is used as a base material. A method in which an air purification catalyst is supported on a permeable base material by using a permeable base material having such a structure is exemplified. In the present invention, it is preferable to use a method of synthesizing a fullerene polymer on a gas-permeable substrate by electric reduction because the air-purifying catalyst can be efficiently and stably supported on the gas-permeable substrate. .
[0040]
In addition, the amount of the air purification catalyst carried in the air purification filter of the present invention is preferably 0.5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the air-permeable base material. When the supported amount is less than the lower limit, air pollutant removal performance tends to be insufficiently obtained, and when the supported amount exceeds the upper limit, clogging of the air-permeable base material easily occurs. Tend to be.
[0041]
(Air purification method)
The air purification method of the present invention is a method for removing the air pollutants by bringing the air purification catalyst or the air purification filter into contact with air containing air pollutants. Such an air purification method of the present invention uses an air purification catalyst having excellent air pollutant removal performance as described above, or an air purification filter obtained by supporting the air purification catalyst on a permeable base material. Accordingly, even in an environment where light energy is not supplied, air can be purified by efficiently removing air pollutants.
[0042]
Here, the method for bringing the air-purifying catalyst or the air-purifying filter into contact with the air containing air pollutants is not particularly limited, and for example, a batch-type or continuous-type method can be adopted. When the air purification filter is brought into contact with air containing air pollutants, it is preferable to adopt a method of passing air containing air pollutants through the air purification filter. The air purification method of the present invention can efficiently remove air pollutants using these methods.
[0043]
The removal of air pollutants in the air purification method of the present invention can be performed in a temperature range of about 0 to 300 ° C, and is usually performed in a temperature range of 15 to 80 ° C.
[0044]
Examples of air contaminants that can be removed in the air purification method of the present invention include volatile organic substances (VOC: vinyl chloride, benzene, toluene, di-n-butyl phthalate, ketones, aldehydes, etc.), odor ( Ammonia, amines, sulfur compounds, indoles, phenols, etc.), COX, NOX, SOX, Ozone and the like. According to the air purification method of the present invention, it is possible to efficiently purify the air containing these air pollutants in a room or in a car, and the exhaust gas of a car or the like.
[0045]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[0046]
[Examples 1 to 6]
The fullerene component and the metal complex component shown in Table 1 were dissolved in 600 ml of benzene at the blending amounts (mol) shown in the same table, and the resulting two solutions were mixed and stirred at room temperature for 5 hours to obtain a fullerene polymer. A precipitate was obtained. The precipitate was filtered, washed with benzene for 5 minutes, and then dried at 105 ° C. for 24 hours to obtain a catalyst composed of powdery fullerene polymers of Examples 1 to 6. The fullerene C in Table 1 was used.60Fullerene C was used by using 99.5% of Fullerene, Carbon 60, manufactured by SES Research (Tx, USA).70As a fullerene, MTR Ltd. was used as a fullerene mixture. The sampler used was Fullerene, Carbon 70, 99.5% manufactured by SES Research (Tx, USA). Mixed Fullerenes manufactured by the company was used.
[0047]
[Table 1]
[0048]
[Example 7]
0.3 mmol of fullerene C60And 1 mmol of Pd (PhCN)2Cl2Was dissolved in 10 ml of a solvent in which toluene and acetonitrile were mixed at a volume ratio of 4: 1 to prepare a solution. This solution was subjected to electroreduction at a reduction potential of -1.5 V in a system using a carbon honeycomb filter (manufactured by Omi Mining Co., Ltd., SC honeycomb) as a working electrode to precipitate a fullerene polymer precipitate on the carbon honeycomb filter. Was. This was washed in a solvent in which toluene and acetonitrile were mixed at a volume ratio of 4: 1 for 2 to 3 minutes, and then dried at 105 ° C. for 2 hours, whereby a filter supporting a catalyst composed of a thin-film fullerene polymer was obtained. Obtained. The catalyst carrying amount of the obtained filter was 2 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas-permeable base material. The average particle size of the catalyst supported on the filter was 500 nm.
[0049]
The system used was composed of three electrodes, a carbon honeycomb filter as a working electrode, a platinum wire as a counter electrode, and 0.01 M silver nitrate and 0.09 M tetrabutylammonium perchlorate as reference electrodes. A silver wire was immersed in an acetonitrile solution of the above.
[0050]
(Identification of fullerene polymer)
Fullerene is an organic solvent (toluene, benzene, CS2Etc.), but has the property of becoming insoluble and precipitating when polymerized. From this, the precipitate generated in Examples 1 to 7 is a fullerene polymer in which fullerene is polymerized. The compositions of these fullerene polymers obtained in Examples 1 to 7 were identified by IR analysis and XPS analysis as follows.
[0051]
(1) IR analysis
When the fullerene polymers obtained in Examples 1 to 7 were subjected to IR analysis using FT-IR ADATA 360 (manufactured by Nicolet), the fullerene polymers obtained in Examples 1 to 4 and 7 showed 525, 575, 1183, 1430cm-1The absorption peak was observed around each. These absorption peaks indicate fullerene C60Of the fullerene C in the fullerene polymers obtained in Examples 1 to 4 and 7.60Was confirmed to be present. Similarly, from the result of the IR analysis, the fullerene C was contained in the fullerene polymer obtained in Example 5.70However, in the fullerene polymer obtained in Example 6, fullerene C60And C70It was confirmed that both existed.
[0052]
(2) XPS analysis
The fullerene polymers obtained in Examples 1 to 7 were subjected to XPS analysis using an HP5950A ESCA spectrometer (manufactured by HP, X-ray source: AlKα), and the presence of Pd and C was confirmed in all the fullerene polymers. Was. Further, as a result of confirming by elemental analysis the ratio of the number of Pd atoms to the number of fullerene molecules in the fullerene polymer, Examples 1 and 7 show that C60Pd1The polymer is C in Example 2.60Pd2The polymer is C in Example 3.60Pd3The polymer is C in Example 4.60Pd3.5The polymer is C in Example 570Pd2The polymer is a mixed fullerene Pd in Example 6.2It was confirmed that polymers were formed.
[0053]
[Comparative Example 1]
0.27 mmol fullerene C60Was dissolved in 150 ml of benzene. 10 g of Pd powder was added thereto, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 12 hours to completely evaporate benzene, thereby obtaining a powdery catalyst in which fullerene molecules not polymerized and Pd powder were mixed and dispersed in a particulate state. Was. The amount of Pd in the obtained catalyst was 5% by weight based on the total amount of the catalyst.
[0054]
[Comparative Example 2]
Fullerene C in powder form60Was prepared as a catalyst.
[0055]
[Comparative Example 3]
Fullerene C in powder form70Was prepared as a catalyst.
[0056]
[Comparative Example 4]
Powdered fullerene (C60/ C70/ Higher fullerene mixed at a weight ratio of 70/25/5) as a catalyst.
[0057]
(Toluene removal performance evaluation test 1)
The catalysts obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were used as samples, and the toluene removal performance of each sample was evaluated as follows. First, 100 mg of a sample was placed in an odor analysis odor bag (manufactured by Omi Odoair Service Co., Ltd.) containing 5 L of an evaluation gas (toluene 80 ppm / air balance) and allowed to stand at room temperature for 5 hours in a state where light was blocked. Next, the residual toluene concentration in the bag after 5 hours was measured using an FTD gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation, GC-14B) to determine the toluene removal rate. Table 2 shows the results.
[0058]
[Table 2]
[0059]
As is clear from the results shown in Table 2, the catalysts and filters (Examples 1 to 7) obtained by the present invention exhibited excellent toluene removal performance without irradiation with light. On the other hand, the catalysts of Comparative Examples 1 to 4 could not obtain the toluene removal performance under an environment without light irradiation.
[0060]
(Toluene removal performance evaluation test 2)
When the catalyst obtained in Example 2 was used as a sample and the initial toluene concentration in 5 L of the evaluation gas was 61.4 ppm, 142.3 ppm, 316.4 ppm, and 526.8 ppm, the above-mentioned toluene removal performance evaluation test 1 and The residual toluene concentration in the bag after 5 hours was measured in the same manner. As a result, the residual toluene concentration was as shown in Table 3. Further, based on this result, the amount of toluene adsorbed per unit weight of the sample per 5 hours at each initial concentration of toluene was calculated. Table 3 shows the results. When calculating the amount of toluene adsorbed per unit weight, the amount of toluene adsorbed by the odor bag itself was obtained, and the amount of toluene adsorbed by only the sample was calculated by removing the amount of adsorbed toluene.
[0061]
[Table 3]
[0062]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the residual toluene concentration after 5 hours and the amount of toluene adsorbed per unit weight of the sample. About these relations, when the approximate curve was calculated | required by the least-squares method, x is made into the residual toluene density | concentration (ppm) after 5 hours, y is made into the toluene adsorption amount per unit weight of a sample (mg / g), and the following formula | equation is carried out. :
y = 13.595x0.2034
Was obtained. Here, by substituting 0.07 for x in the above equation, the toluene adsorption amount per unit weight of the sample when the residual toluene concentration was 70 ppb (Ministry of Health, Labor and Welfare guideline) or less was determined. It was 0.9 mg / g. By using the amount of toluene adsorbed per unit weight, it is possible to calculate the amount of sample required to purify a specific amount of air containing a specific concentration of toluene to a value below the Ministry of Health, Labor and Welfare guidelines in 5 hours. It becomes.
[0063]
(Xylene removal performance evaluation test)
The catalysts obtained in Example 2 and Comparative Example 2 were used as samples, and 5 L of air containing 80 ppm of xylene was used as an evaluation gas in the same manner as in the above-described toluene removal performance evaluation test 1 for every 24 hours until a predetermined time. The xylene removal performance was evaluated by measuring the internal residual xylene concentration. The result is shown in FIG. The catalyst obtained in Example 2 had a xylene removal ratio of 95% after 24 hours, and it was confirmed that excellent xylene removal performance was obtained without irradiation with light. On the other hand, the catalyst obtained in Comparative Example 2 had a xylene removal rate of 0% after 24 hours, and did not exhibit xylene removal performance in an environment without light irradiation.
[0064]
(NOXRemoval performance evaluation test)
The catalysts obtained in Example 2 and Comparative Example 2 were used as samples, and NO was used as an evaluation gas.XUsing 5 L of air containing 100 ppm, NO remaining in the bag after 24 hours was measured in the same manner as in the above-described toluene removal performance evaluation test 1.XNO by measuring the concentrationXThe removal performance was evaluated. As a result, the catalyst obtained in Example 2 exhibited NO after 24 hours.XThe removal rate is 95%, and excellent NO even without light irradiationXIt was confirmed that removal performance was obtained. On the other hand, the catalyst obtained in Comparative Example 2 exhibited NO after 24 hours.XNO in an environment where the removal rate is 0% and there is no light irradiationXNo removal performance was obtained.
[0065]
(Toluene removal performance evaluation test 3)
The catalyst obtained in Example 5 and Comparative Example 3 was used as a sample, and the toluene removal performance was measured by measuring the residual toluene concentration in the bag at regular intervals up to 24 hours later in the same manner as in the above-described toluene removal performance evaluation test 1. evaluated. The result is shown in FIG. The catalyst obtained in Example 5 had a toluene removal rate of 97% after 24 hours, and it was confirmed that the catalyst exhibited excellent toluene removal performance without irradiation with light. On the other hand, the catalyst obtained in Comparative Example 3 had a toluene removal rate of 0% after 24 hours, and did not exhibit toluene removal performance under an environment without light irradiation.
[0066]
(Toluene removal performance evaluation test 4)
The catalyst obtained in Example 6 and Comparative Example 4 was used as a sample, and the toluene removal performance was measured by measuring the concentration of residual toluene in the bag at regular intervals up to 24 hours later in the same manner as in the above-described toluene removal performance evaluation test 1. evaluated. The result is shown in FIG. The catalyst obtained in Example 6 had a toluene removal rate of 95% after 24 hours, and it was confirmed that the catalyst exhibited excellent toluene removal performance even without irradiation with light. On the other hand, the catalyst obtained in Comparative Example 4 had a toluene removal rate of 3% after 24 hours, and almost no toluene removal performance was obtained in an environment without light irradiation.
[0067]
As is evident from the above results, the conventional catalysts (Comparative Examples 1 to 4) could hardly obtain the performance of removing air pollutants under an environment without light irradiation, whereas the air purification of the present invention did not. With the catalyst and the air purification filter (Examples 1 to 7), excellent air pollutant removal performance could be obtained without irradiation with light.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the air purification catalyst and the air purification filter of the present invention, it is possible to exert a catalytic action without supplying light energy, and to obtain excellent air pollutant removal performance. it can. Further, according to the air purification method of the present invention, air pollutants can be more efficiently removed by the air purification catalyst of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 C60Pd1Polymer, C60Pd2Polymer and C60Pd3FIG. 3 is a diagram showing a structural model of a polymer.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the residual toluene concentration after 5 hours and the amount of toluene adsorbed per unit weight of the sample when the catalyst obtained in Example 2 was used as a sample.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between time and xylene removal rate when the xylene removal performance was evaluated using the catalysts obtained in Example 2 and Comparative Example 2 as samples.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between time and toluene removal rate when toluene removal performance was evaluated using the catalysts obtained in Example 5 and Comparative Example 3 as samples.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between time and the toluene removal rate when the toluene removal performance was evaluated using the catalysts obtained in Example 6 and Comparative Example 4 as samples.
