JP2005095804A

JP2005095804A - 混合触媒及びそれを用いたハニカム

Info

Publication number: JP2005095804A
Application number: JP2003334216A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tawara; 修田原; Koji Omatsu; 宏治尾松
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】光触媒機能とオゾン分解能との両方を保持する混合触媒及びそれをコーティングしたハニカムを提供する。
【解決手段】光触媒とオゾン分解能を有する常温酸化触媒とが、（光触媒）／（オゾン分解能を有する常温酸化触媒）＝３０／７０〜７０／３０の重量比で混合された混合触媒。好ましくは、前記光触媒が二酸化チタン、前記常温酸化触媒が二酸化マンガン、酸化銅及び酸化鉄から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物である混合触媒。前記混合触媒が好ましくはバインダーを用いてコーティングされたハニカム。
【選択図】なし

Description

本発明は、空気浄化に係る産業・民生分野に関し、より詳しくは、脱臭、殺菌、漂白、分解、浄化等の分野に関し、さらに詳しくは、脱臭装置、空気清浄機、有害物質除去装置、オゾン分解装置、殺菌装置等に関する。

光触媒は、光照射などによって酸化還元反応を引き起こす物質である。光触媒が禁制帯幅（バンドギャップ）に相当するエネルギー以上の光エネルギーを受けると、荷電子帯にある電子が伝導帯に上がる。このことにより、光触媒表面には、電子の抜けた正孔（ホール）ができ、伝導帯に上がった電子が拡散する。これらの正孔や電子と反応することにより、外部の物質が酸化又は還元されるが、環境中においては、優先的に水や酸素が反応し、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）やスーパーオキシドイオン（Ｏ₂ ^-）が生成する。光触媒が生成するこれら活性酸素種は多くの物質を酸化的に分解する。

従来から、アナタース型の二酸化チタンが４００ｎｍ以下の光に対して酸化分解活性が高く、光触媒として用いることにより、空気浄化、脱臭、殺菌、防汚等の機能を発揮することが知られている。このような光触媒は、空気清浄機、脱臭気等の空気浄化、コンクリート、壁紙、塗料、タイル等の防汚・浄化材料、蛍光灯、テント、カーテン等にも応用されている。例えば、特開２００１−３２４２１２号公報においては、光触媒機構を備えた空気清浄機が開示されている。

さらに、空気浄化、脱臭、殺菌、防汚等の機能を発揮する他の手段、例えば、ゼオライトや活性炭等の吸着剤やオゾン等を、光触媒とを組み合わせて使用することにより、それらの機能をさらに高める方法も実用化されている。

しかし、オゾンと併用する場合は、その有害性（作業環境基準：０．１ｐｐｍ以下）のために、装置の外部に放出することができない。このため、オゾンを分解する手段が必要である。オゾンの分解方法としては、熱分解が最も有効であるが、エネルギーを要するため、民生用途、たとえばコピー機等では活性炭又は二酸化マンガンを主体とする金属酸化物触媒が一般に採用されている。

例えば、特開２００２−１３６５７９号公報においては、光触媒としての二酸化チタンが活性炭の表面に塗布された光ハニカムと、別途、オゾン分解触媒としての活性炭を担持したオゾン分解ハニカムとを備えた空気清浄機が開示されている。しかし、安価な活性炭はオゾンとの反応で触媒の消耗が起こるため耐久性に欠けると考えられている。

このため、主に二酸化マンガンがオゾン分解触媒として使用される傾向にある。例えば、特開平７−２１３９１２号公報には、炭酸マンガンを含有するオゾン分解触媒紙にさらに二酸化マンガンを担持させたオゾン分解触媒が開示されている。また例えば、特許第２５５２１７５号公報には、活性二酸化マンガンをセラミック繊維に均一高分散させたオゾン分解触媒が開示されている。

特開２００１−３２４２１２号公報特開２００２−１３６５７９号公報特開平７−２１３９１２号公報特許第２５５２１７５号公報

従来、光触媒とオゾン分解触媒とは個別に使用されており、これらを個別にコーティングしたハニカムはコストや手間がかかるとともに、ハニカムを備えるための装置の構造も複雑となっていた。そこで本発明の目的は、光触媒機能とオゾン分解能との両方を保持する混合触媒を提供することにある。

すなわち本発明は、光触媒とオゾン分解能を有する常温酸化触媒とが、（光触媒）／（常温酸化触媒）＝３０／７０〜７０／３０の重量比で混合された混合触媒である。
本発明は、前記光触媒が二酸化チタンである、前記の混合触媒である。
本発明は、前記常温酸化触媒が二酸化マンガン、酸化銅及び酸化鉄から選ばれる少なくとも１種である、前記の混合触媒である。

本発明は、前記の混合触媒のコーティング層を有するハニカムである。
本発明は、バインダーを用いてコーティングされた前記のハニカムである。

本発明によると、光触媒機能とオゾン分解能との両方を保持する混合触媒を提供することができる。このような混合触媒をコーティングしたハニカムは、従来よりもコストや手間を削減することができ、また、ハニカムを備えるための装置の構造も簡略化することができる。

本発明の混合触媒は、光触媒とオゾン分解能を有する常温酸化触媒との重量比が、（光触媒）／（常温酸化触媒）＝３０／７０〜７０／３０で混合されたものである。この範囲の重量比で混合することによって、光触媒と常温酸化触媒との両方の効果を得ることができる。上記比が３０／７０を下回ると、光触媒効果が著しく低下する。また上記比が７０／３０を上回ると、オゾン分解能が低下する。
さらに本発明においては、上記比は４０／６０〜６０／４０であることが好ましい。

本発明において用いられる光触媒は、光照射により光エネルギーを吸収し、電子と正孔とを生成し、その表面において強い酸化力を呈し、汚染物質などを形成する有機物を分解する働きを有するものである。光触媒として代表的なものに、酸化チタン（ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型）が挙げられるが、他にもガリウムリン（ＧａＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）等が挙げられる。

本発明において用いられるオゾン分解能を有する常温酸化触媒は、常温にてオゾンを分解する働きを有するものである。オゾン分解能を有する常温酸化触媒としては、二酸化マンガン、酸化銅、酸化鉄等の金属酸化物が挙げられる。これら金属酸化物は、単独で使用しても良いし、２種以上を混合して用いても良い。本発明においては、二酸化マンガンを主体にした金属酸化物の混合物を用いることができる。例えば、二酸化マンガン６０重量部と酸化銅４０重量部との混合物を用いる事もでき、さらにこの混合物に微量の酸化鉄を添加して用いる事もできる。

光触媒反応にオゾンを共存させ汚染物質や有害物質などの酸化分解を促進する機構においては、有害な未反応オゾンを分解しなければならない。本発明におけるオゾン分解触媒を用いると、熱分解のように特別なエネルギーを要することなく、また、活性炭のように触媒の消耗を起こすことなく、簡便に効率よく未反応オゾンを無害な酸素に分解処理することができる。

本発明の混合触媒は、光触媒能とオゾン分解触媒能との両方の機能を有するため、例えば担体などにコーティングして用いられる場合には、一回のコーティングで光触媒能とオゾン分解触媒能との両方の機能を担体に付与することができ、従来よりも手間やコストを削減することができる。また、そのような機能を付与された担体が装置などに用いられる場合には、従来よりも装置の構造の簡略化や小型化に寄与することができる。

本発明の混合触媒は、適当な担体にコーティングすることによって実用化することが可能である。本発明は、前記の混合触媒のコーティング層を有するハニカムをも提供する。ハニカムの素材としては、紙、セラミック、金属等が挙げられる。このようなハニカムの他にも、紙、不織布、３次元構造セラミックフィルター等の担体を用いても良い。コーティング方法としては、混合触媒の粉末を使用し、バインダーで固定する方法が好ましい。バインダーで固定する具体的な方法としては、ＳｉＯ₂ゾルゲル法や有機バインダー法等が挙げられる。また、担体に耐熱性に優れた素材を用いる場合は、触媒を焼き付けてコーティングしても良い。これら実用化された触媒は、空気清浄機等に有効に用いることができる。

本発明のハニカムは、光触媒能とオゾン分解能とを両方有する混合触媒を用いるため、例えば従来のように光触媒とオゾン分解触媒とを個別にコーティングする手間及びコストが不要となる。すなわち、従来個別であった光触媒ハニカムとオゾン分解触媒ハニカムとが、同じ機能を有する１つのハニカムで済み、さらに、空気清浄機等に用いられた場合には、装置の構造がより簡略化され、小型化が可能になる。

［実施例１］
ペーパーハニカムにゲルゾル法を用いて触媒のコーティングを行った。
（コーティング液の組成）
イソプロピルアルコール１．６Ｌ
水０．４Ｌ
塩酸７．５ｍＬ
オルト珪酸テトラエチル１５ｍＬ
ＴｉＯ₂（日本エアロジル（株）製、Ｐ２５）
ＭｎＯ₂（ズードケミー触媒（株）製、Ｎ−８４０）
ＴｉＯ₂及びＭｎＯ₂に関しては、表１に示す重量濃度でそれぞれ用いた。表１における触媒の濃度（ＴｉＯ₂濃度、ＭｎＯ₂濃度、及びＴｉＯ₂とＭｎＯ₂との合計濃度）は、イソプロピルアルコールと水との合計量１Ｌ当たりの量として示している。

（コーティング法）
よく混合することにより調製された上記組成のコーティング液中に、ペーパーハニカム（２５Ｈ×２５０Ｗ×１１０Ｗ、孔径Φ４）を浸漬した後、２４時間以上常温乾燥した。このようにして、触媒のコーティング層を有するハニカムを作製した。

（酢酸除去効果の評価法）
触媒のコーティング層を有するハニカムによる酢酸脱臭すなわち酢酸除去の効果を評価した。１ｍ³のチャンバー内に２ｍ²／ｍｉｎの風量が通過するようにハニカムを配置して、表１に記載の酢酸初期濃度（重量ｐｐｍ）になるようにチャンバー内に酢酸を注入し、３０分後の酢酸除去率を求めた。

表１の５より、６０ｇ/Ｌの合計濃度で且つ本発明の好ましい範囲の重量比で混合された混合触媒を用いることによって、８２％の酢酸が除去されたことを確認した。

［実施例２］
ＴｉＯ₂及びＭｎＯ₂を表２に示す濃度でそれぞれ用いた以外は、実施例１と同様の操作を行うことによって、触媒のコーティング層を有するハニカムを作製した。なお表２における触媒の濃度（ＴｉＯ₂濃度、ＭｎＯ₂濃度、及びＴｉＯ₂とＭｎＯ₂との合計濃度）は、イソプロピルアルコールと水との合計量１Ｌ当たりの量として示している。また実施例１と同様にして、触媒のコーティング層を有するハニカムによる酢酸除去の効果を評価した。

表２の１０より、１００ｇ/Ｌの合計濃度で且つ本発明の好ましい範囲の重量比で混合された混合触媒を用いることによって、８３％の酢酸が除去されたことを確認した。

［実施例３］
ペーパーハニカムに有機バインダーを用いて触媒のコーティングを行った。
（コーティング液の組成）
イソプロピルアルコール１．６Ｌ
水０．４Ｌ
メチルセルロース４０ｇ
ＴｉＯ₂（日本エアロジル（株）製、Ｐ２５）２０ｇ
ＭｎＯ₂（ズードケミー触媒（株）製、Ｎ−８４０）２０ｇ

（酢酸除去効果の評価法）
実施例１と同様にして、触媒のコーティング層を有するハニカムによる酢酸除去効果を評価した。酢酸除去率は８５％であった。
（オゾン分解効果の評価法）
触媒のコーティング層を有するハニカムによるオゾン分解効果を評価した。臭気感応テストにより、臭気が消えることを確認した。検知管法でオゾン濃度を測定した結果、０．３ｐｐｍのオゾンを０．０２５ｐｐｍ未満（検出限界以下）に分解する効果が得られたことを確認した。

Claims

光触媒とオゾン分解能を有する常温酸化触媒とが、（光触媒）／（オゾン分解能を有する常温酸化触媒）＝３０／７０〜７０／３０の重量比で混合された混合触媒。
前記光触媒が二酸化チタンである、請求項１に記載の混合触媒。
前記常温酸化触媒が二酸化マンガン、酸化銅及び酸化鉄から選ばれる少なくとも１種である、請求項１又は２に記載の混合触媒。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合触媒のコーティング層を有するハニカム。
バインダーを用いてコーティングされた請求項４に記載のハニカム。