JP2005066433A - 光触媒成型体 - Google Patents

Abstract

【課題】 光触媒は、近時常温で効果のある酸化反応触媒として注目を集め、実際に使用され始めてきている。しかし、これらは効率の関係からｎｍ単位の微粉末である。よって、非常に細かく取扱いが難しい。微粉末のものを造粒し、取り扱いを容易にしたものもあるが、どうしても効率が落ちる。
そこで、ある程度の大きさを確保し、且つ触媒効率をできるだけ落とさない光触媒造粒物を提供する。
【解決手段】 微粉末状の光触媒を、バインダーによって種々の形状に成型し、次いでこれを適当なサイズにまで破砕したもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光触媒成型体に関するものである。

光触媒は、近時常温で効果のある酸化反応触媒として注目を集め、実際に使用され始めてきている。代表的なものは、アナターゼ型の酸化チタンである。この光触媒は、触媒効果が表面積に依存するため、効果を上げるためできるだけ細かくすることが研究されてきている。最近では、そのサイズは数十ｎｍのものまで出現してきている。

このような微粉末（特許文献１のような）が出現することによって実際触媒効率は非常に向上してきた。それによって、種々の酸化工程に使用できるようになってきた。
特開２０００−２５６０１４

しかし、このようなｎｍ単位の微粉末は、非常に細かく取扱いが難しい。即ち、わずかな気体の流れによっても舞い上がったり、液体の流れにより流されたり、同伴され、所定の場所から出てしまう。またそれらを防止するため、フィルターを設けると、そのフィルターがすぐに目詰まりする。

このような欠点を防止するため、触媒粒子を造粒することが知られている。これは、微粉末を水やアルコール中に分散させ造粒乾燥することが特許文献２に記載されている。
特開平０６−２３９６１６

しかし、このように単に造粒したものはどうしても接着剤によって表面が覆われたり表面の密度が高くなったり触媒効率が落ちる。また、大きくなるだけで表面積は小さくなることも当然である。

そこで、ある程度の大きさを確保し、且つ触媒効率をできるだけ落とさない光触媒造粒物を提供する。

以上のような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明光触媒成型体を完成したものであり、その特徴とするところは、微粉末状の光触媒を、無機バインダーによって種々の形状に成型し、次いでこれを適当なサイズにまで破砕した点にある。

ここでいう光触媒は、前記したアナターゼ型の酸化チタンがその代表であるが、これに限定するものではない。

ここで微粉末とは、１μｍ以下の粒をいう。これ以上であれば、前記した微粉末である欠点がほとんどないためである。

成型とは、バインダーを用いてある程度の粒子を接着し、一定の形状にすることをいう。この成型方法は特に限定するものではない。バインダーは、無機のものが望ましい。光触媒効果によって分解されないためである。しかし、一部、助剤として有機バインダーを使用してもよいし、有機物を混合し、加熱後有機物を気化させて多孔質の物を成型してもよい。また、加熱又は乾燥後無機物になるものは無機バインダーとする。
成型の形状は、粒状、板状、塊状、棒状等どのようなものでもよい。

酸化チタンの場合の好適な成型方法について説明する。
前記した通り、成型時に使用するバインダーによって触媒が覆われてしまい効果が減少することが考えられる。これをできるだけ軽減するためバインダー部分も酸化チタンにすることが考えられる。この目的のために用いるバインダーは有機チタン化合物である。例えば、テトラアルコキシドチタン、チタンアシレート、チタンキレート等である。

なかでもテトラアルコキシドチタン類が好適である。例えば、テトラ−ｎ−ブトキシチタンである。これは、常温常圧で液体である。これに微粉末酸化チタンを混合し適当なサイズにして加熱するのである。加熱によってテトラ−ｎ−ブトキシチタンが分解し、アルコールが取れ酸化チタンが残る。これによって、微粒子状の酸化チタンが固着される。

この成型時の大きさは、特に限定はしないが、０．５〜５０ｍｍ程度である。これは、後述する破砕すべきサイズ、即ち使用するサイズによって、また破砕方法や破砕装置によって決めればよい。

この成型時に中心に他の部材を入れて成型してもよい。例えば、用途によっては水に浮いてはならない場合、逆に浮かなければならない場合等がある。そのような場合、中心に重い物（金属等）や軽い物（軽石やバルーン等）を入れれば自由の比重をコントロールできる。また、コストの低減にもなる。

破砕は通常のクラッシャーや粉砕機で粉砕するだけでよい。勿論、手作業で行なってもよい。粉砕するサイズは、本触媒の用途にもよるが、通常は０．１〜１０ｍｍ程度である。
しかし、舞い上がりや移動が少ないような用途では、数十μｍ〜３ｍｍでも十分である。また逆に、水中で使用する場合や、非常に流速のある個所で使用する場合等では３〜３０ｍｍ程度でよい。

この破砕したものをそのまま使用してもよいが、分級して上記したサイズに揃えることが好ましい。

更にこの破砕したものを任意の形状に整形してもよい。ここでいう整形とは、単に表面を切断、削除、研削して形を変えることをいい、他の物質を加えて成型するものではない。これは活性のある表面を覆わないためである。
整形はカッターやヤスリのようなもので行なう。

整形後の形状は自由であるが、通常は球状が使用しやすい。しかし、薄い板状に研削してフィルターのようにしても便利である。

本発明光触媒成型体は、光触媒として使用できるところであればどこでも使用可能である。最近では、光触媒は光ばかりでなく熱でも励起して触媒効果を発揮することが見出されており、本発明も光（紫外線等の電磁波）がなく、熱だけの部分にも使用可能である。

例えば、汚染された水の洗浄、脱臭、プラスチックの分解、有害有機物の分解、有毒ガスの分解等である。本発明光触媒成型体は、容器に充填して使用しても、網等の袋に入れて用いたり、網等でサンドイッチ状にしたりして使用できる。

本発明光触媒成型体には、次のような大きな利点がある。
（１） 適切なサイズに成型されているため、取扱いが非常に容易であり、従来のような同伴、舞い上がり、目詰まり等がほとんどない。
（２） 同じようなサイズの担持触媒と比較して、すべてが光触媒であるため、非常に触媒効率がよい。
（３） 適切な形状に成型しているため、効率よく使用できる。

以下好適な実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

光触媒粒子（アナターゼ型酸化チタン：サイズ１０〜８０ｎｍ）を用いて、比較実験を行なった。
実施例１
上記光触媒粒子をテトラ−ｎ−ブトキシチタンをバインダーとして、約５〜１０ｍｍの粒に造粒し、それをクラッシャーで０．５〜１．０ｍｍに破砕した。その破砕品をヤスリ上で転がし、サイズはほとんど変えず球状に整形した。

比較例１
上記の光触媒粒子を微粒子のまま使用した。
比較例２
上記の５〜１０ｍｍの造粒したもののまま使用した。

以下図１に示す実験装置に従って説明する。実施例１の粒子１を約１０００ｃｃの透明容器２に約１／３充填した。容器２には、ガス導入口３、空気導入口４、排気口５が設けられている。外側から紫外線ランプ６によって紫外線を照射し、加熱装置７によって容器２を３５０℃に加熱している。
ここに、ガス導入口３から養鶏場の悪臭の排気ガスを導入した。同時に空気も空気導入口４から導入した。容器内の滞留時間を確保するため、流速は小さく設定している。そして、有機物は分解され排気口５から排出されていく。
比較例１と比較例２も同様に行なった。

結果は次の通りである。
１ 排出ガスの悪臭
実施例１：なし
比較例１：なし
比較例２：わずか残存
２ 光触媒の減量
実施例１：ほぼ０％
比較例１：約２０％
比較例２：ほぼ０

以上の結果から、比較例１のような微粉末では排気口から同伴され多量に減少し、比較例２のような造粒したままの状態ではどうしても効率が悪い。実施例ではこのようなことがなく優れている。

本発明光触媒成型体の効果を調べる実験を示す断面図である。

符号の説明

１ 実施例１の粒子
２ 容器
３ ガス導入口
４ 空気導入口
５ 排気口
６ 紫外線ランプ
７ 加熱装置

Claims (5)

1. 微粉末状の光触媒を、バインダーによって種々の形状に成型し、次いでこれを適当なサイズにまで破砕したことを特徴とする光触媒成型体。
2. 破砕した後、分級し任意のサイズに大まかに揃えたものである請求項１記載の光触媒成型体。
3. 破砕した後、任意の形状に整形したものである請求項１又は２記載の光触媒成型体。
4. 該光触媒は、アナターゼ型酸化チタンであり、造粒はチタンアルコキシドによって行なうものである請求項１〜３記載の光触媒成型体。
5. 該バインダーによる種々の形状への成型は、中心部に他の部材を入れて行なったものである請求項１〜４記載の光触媒成型体。
   

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