JP2005161242A - Photocatalyst-coated pipe, its production method, and contaminant decomposition method - Google Patents

Photocatalyst-coated pipe, its production method, and contaminant decomposition method Download PDF

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佳弘 寺田
Mitsuru Uekatano
充 上片野
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嘉磊 賀
Kuniharu Himeno
邦治 姫野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photocatalyst-coated pipe with high mechanical strength of a photocatalyst layer, high durability, and a high decomposing and purifying action of contaminants; a production method efficiently producing it; and contaminants decomposition method using the photocatalyst-coated pipe. <P>SOLUTION: In this production method of the photocatalyst-coated pipe, titanium compound vapor and oxygen are introduced into a pipe, the pipe is heated from outside to produce titanium oxide, titanium oxide particles are sintered on an inner wall of the pipe and carried thereon, to provide the photocatalyst-coated pipe. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、パイプ内壁に酸化チタンからなる光触媒コーティングを備えた光触媒コーティング導管とその製造方法、この光触媒コーティング導管を用いた汚染物質分解方法に関する。   The present invention relates to a photocatalyst coating conduit provided with a photocatalytic coating made of titanium oxide on the inner wall of a pipe, a manufacturing method thereof, and a pollutant decomposition method using the photocatalyst coating conduit.

酸化チタン(TiO)粒子は、ペイント、化粧品、食品添加物における白色顔料として広く使用されてきた。その他に、酸化チタンが示す光触媒作用により、大気汚染の原因となる窒素酸化物(NOx)の分解や水質汚濁を生じる有機溶剤の分解などへの利用が検討されている。 Titanium oxide (TiO 2 ) particles have been widely used as white pigments in paints, cosmetics and food additives. In addition, the use for the decomposition of nitrogen oxides (NOx) that cause air pollution and the decomposition of organic solvents that cause water pollution by the photocatalytic action exhibited by titanium oxide has been studied.

従来、酸化チタン光触媒を用いてガスや水などの汚染物を流通系で分解する方法として、透光性パイプの内壁に二酸化チタンからなる光触媒コーティングを施し、内部にガスや水などの浄化対象物を流す方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Conventionally, as a method of decomposing contaminants such as gas and water using a titanium oxide photocatalyst in a flow system, a photocatalyst coating made of titanium dioxide has been applied to the inner wall of the translucent pipe, and the purification object such as gas and water is inside. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

二酸化チタンなどの光触媒を基材表面に担持する方法としては、予め合成された酸化チタン粒子や酸化チタン前駆体をディップ方式やスプレー方式などにより光触媒コーティングする方法が実施されている。
特開平8−294687号公報
As a method of supporting a photocatalyst such as titanium dioxide on the surface of a substrate, a method of photocatalytic coating of titanium oxide particles or titanium oxide precursor synthesized in advance by a dip method or a spray method is performed.
JP-A-8-294687

しかしながら、予め合成された酸化チタン粒子や酸化チタン前駆体を基材の表面にコーティングする従来方法は、コーティングして得られる光触媒層の機械強度が低く、耐久性に乏しいため、浄化対象物を長期間連続して流しながら光触媒で汚染物を分解する用途には不十分であった。
また、従来方法のコーティングにより得られる光触媒層は、無機バインダーなどを含むため、汚染物質の分解浄化力が低かった。
However, the conventional method of coating the surface of the base material with titanium oxide particles or titanium oxide precursors synthesized in advance has a low mechanical strength and poor durability of the photocatalyst layer obtained by coating. It was insufficient for use in decomposing contaminants with a photocatalyst while flowing continuously for a period of time.
Moreover, since the photocatalyst layer obtained by the coating of the conventional method contains an inorganic binder or the like, it has a low ability to decompose and purify contaminants.

本発明は前記事情に鑑みてなされ、光触媒層の機械強度が強く、耐久性に優れ、汚染物質の分解浄化力が高い光触媒コーティング導管及びそれを効率よく生産するための製造方法、この光触媒コーティング導管を用いた汚染物質分解方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a photocatalyst coating conduit having a high mechanical strength of the photocatalyst layer, excellent durability, and a high ability to decompose and purify pollutants, a manufacturing method for efficiently producing the same, and the photocatalyst coating conduit The purpose is to provide a pollutant decomposition method using

前記目的を達成するため、本発明は、パイプ内部にチタン化合物蒸気と酸素とを導入し、パイプ外部から加熱して酸化チタンを合成するとともに、パイプ内壁に酸化チタン粒子を焼結、担持させて光触媒コーティング導管を得ることを特徴とする光触媒コーティング導管の製造方法を提供する。
本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において、光触媒を活性化させる励起光に対して透光性をもった材料からなるパイプを用いることが好ましい。
この場合、パイプとして石英ガラス製のパイプを用いることが好ましい。
本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において、チタン化合物が四塩化チタンであることが好ましい。
また、パイプ外部から加熱する際に、酸水素バーナー炎をパイプの長手方向に往復移動させながらパイプ外部を加熱することが好ましい。
さらに、パイプを回転させながら酸化チタンの合成とパイプ内壁への焼結とを行うことが好ましい。
本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において、酸化チタンの合成温度及び焼結温度が850〜1500℃の範囲であることが好ましい。
本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において、パイプ内部に石英ガラス材料蒸気を導入し、パイプ外部から加熱してパイプ内壁に光導波層を設け、その後、光導波層の内壁に光触媒をコーティングすることもできる。
In order to achieve the above object, the present invention introduces titanium compound vapor and oxygen into a pipe, heats the pipe from outside to synthesize titanium oxide, and sinters and carries titanium oxide particles on the inner wall of the pipe. Provided is a method for producing a photocatalyst-coated conduit characterized by obtaining a photocatalyst-coated conduit.
In the method for producing a photocatalyst-coated conduit of the present invention, it is preferable to use a pipe made of a material having translucency with respect to excitation light that activates the photocatalyst.
In this case, it is preferable to use a quartz glass pipe as the pipe.
In the method for producing a photocatalyst-coated conduit according to the present invention, the titanium compound is preferably titanium tetrachloride.
Further, when heating from the outside of the pipe, it is preferable to heat the outside of the pipe while reciprocating the oxyhydrogen burner flame in the longitudinal direction of the pipe.
Furthermore, it is preferable to synthesize titanium oxide and sinter to the inner wall of the pipe while rotating the pipe.
In the method for producing a photocatalyst-coated conduit of the present invention, the synthesis temperature and sintering temperature of titanium oxide are preferably in the range of 850 to 1500 ° C.
In the method for producing a photocatalyst-coated conduit according to the present invention, a silica glass material vapor is introduced into a pipe, heated from the outside of the pipe to provide an optical waveguide layer on the inner wall of the pipe, and then the inner wall of the optical waveguide layer is coated with the photocatalyst You can also.

また本発明は、前記光触媒コーティング導管の製造方法によって製造された光触媒コーティング導管を提供する。
さらに本発明は、前記光触媒コーティング導管に被処理流体を流すとともに、光触媒を活性化させる励起光を光触媒コーティングに照射して被処理流体中の汚染物質を分解することを特徴とする汚染物質分解方法を提供する。
The present invention also provides a photocatalyst-coated conduit manufactured by the method for manufacturing a photocatalyst-coated conduit.
Furthermore, the present invention provides a pollutant decomposition method characterized by flowing a treatment fluid through the photocatalyst coating conduit and irradiating the photocatalyst coating with excitation light that activates the photocatalyst to decompose the contaminant in the treatment fluid. I will provide a.

本発明の光触媒コーティング導管の製造方法によれば、光触媒層の機械強度が強く、耐久性に優れ、汚染物質の分解浄化力が高い光触媒コーティング導管を効率よく製造することができる。
本発明の光触媒コーティング導管は、内壁に形成された光触媒コーティングの光触媒活性が高く、光触媒作用により汚染物質を分解するなどの用途に適していると同時に、親水性も高いため、十分なセルフクリーニング機能も有している。したがって、被処理流体の分解処理時に光触媒の表面に汚染物質が付着して分解浄化機能が低下することを抑制できる。
According to the method for producing a photocatalyst-coated conduit of the present invention, it is possible to efficiently produce a photocatalyst-coated conduit having a high mechanical strength, excellent durability, and high ability to decompose and purify contaminants.
The photocatalyst-coated conduit of the present invention has a high photocatalytic activity of the photocatalyst coating formed on the inner wall, and is suitable for applications such as decomposing contaminants by photocatalysis, and at the same time has a high hydrophilicity, so that it has a sufficient self-cleaning function Also have. Therefore, it is possible to suppress degradation of the decomposition and purification function due to contaminants adhering to the surface of the photocatalyst during decomposition of the fluid to be processed.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図1は本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において好適な製造装置の第1の例を示す構成図である。この製造装置は、回転可能に取り付けられたパイプ1と、このパイプ1の外面を加熱する酸水素炎バーナー2と、パイプ1の内部に酸素とチタン化合物蒸気とを混合状態で供給する配管3と、チタン化合物4を収めた容器にアルゴンなどのキャリアガスを供給してチタン化合物蒸気を該配管3を経て供給するバブラー5とを備えて構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a first example of a production apparatus suitable for the method for producing a photocatalyst-coated conduit according to the present invention. The manufacturing apparatus includes a pipe 1 that is rotatably attached, an oxyhydrogen flame burner 2 that heats the outer surface of the pipe 1, and a pipe 3 that supplies oxygen and a titanium compound vapor in a mixed state inside the pipe 1. And a bubbler 5 for supplying a carrier gas such as argon to a container containing the titanium compound 4 and supplying a titanium compound vapor via the pipe 3.

この製造装置は、パイプ1の内部に配管3を通して酸素とチタン化合物蒸気とを導入し、パイプ1外部から酸水素バーナー2の炎で加熱することで、このパイプ1内で酸化チタンを合成し、同時にその酸化チタン粒子をパイプ1の内壁に焼結、担持させ、内壁に酸化チタンからなる光触媒コーティングを有する光触媒コーティング導管10を製造するようになっている。この光触媒コーティングの厚さは特に限定されないが、例えば0.1〜10.0μm程度とするのが好ましい。この光触媒コーティングは、パイプ1の内壁全域に均一な厚さで設けることが望ましいが、これに限定されることなく、パイプ内壁の半分側にのみ設けたり、未コーティング部分を挟んでドット状、スパイラル状などの形状で設けることもできる。   This manufacturing apparatus synthesizes titanium oxide in the pipe 1 by introducing oxygen and a titanium compound vapor into the pipe 1 through the pipe 3 and heating the pipe 1 with the flame of the oxyhydrogen burner 2. At the same time, the titanium oxide particles are sintered and supported on the inner wall of the pipe 1 to produce a photocatalyst coating conduit 10 having a photocatalyst coating made of titanium oxide on the inner wall. Although the thickness of this photocatalyst coating is not specifically limited, For example, it is preferable to set it as about 0.1-10.0 micrometers. This photocatalytic coating is desirably provided with a uniform thickness over the entire inner wall of the pipe 1, but is not limited to this, and is provided only on the half side of the inner wall of the pipe. It can also be provided in a shape such as a shape.

酸化チタンの原料となるチタン化合物4としては、例えば四塩化チタンを用いることができ、バブリングやベイキングによって気相供給することができる。チタン化合物4として四塩化チタンを用い、バブリングで原料供給を行った場合、バブラー5を60℃以上に保温しておくことで、蒸気圧が移送に適しており、製造効率が良く工業的に望ましい。この場合、配管3は、四塩化チタンが液化しないよう、バブラーの保温温度かそれ以上に保温することが望ましい。   For example, titanium tetrachloride can be used as the titanium compound 4 as a raw material of titanium oxide, and can be supplied in a vapor phase by bubbling or baking. When titanium tetrachloride is used as the titanium compound 4 and the raw material is supplied by bubbling, keeping the bubbler 5 at 60 ° C. or higher keeps the vapor pressure suitable for transfer, and the production efficiency is good and industrially desirable. . In this case, it is desirable that the pipe 3 be kept at a bubbler keeping temperature or higher so that titanium tetrachloride is not liquefied.

パイプ1内壁にコーティングされる酸化チタンは、純粋なTiOである他、例えば可視光活性や特殊な活性を付加させるためにP,N,Si,Bなどのドーパントを1種又は2種以上添加することもできる。図2は本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において好適な製造装置の第2の例を示す構成図であり、この製造装置では、図1に示す前記製造装置と同じ構成要素を備えている他、前記ドーパントを添加するために、四塩化ケイ素6を入れたドーパント用のバブラー7と、N添加のためのアンモニアガスボンベ9と、これらのドーパントをパイプ1内に導く配管8とを備えて構成されている。 The titanium oxide coated on the inner wall of the pipe 1 is pure TiO 2 and, for example, one or more dopants such as P, N, Si, and B are added to add visible light activity and special activity. You can also FIG. 2 is a block diagram showing a second example of a manufacturing apparatus suitable for the method of manufacturing a photocatalyst-coated conduit according to the present invention. This manufacturing apparatus includes the same components as the manufacturing apparatus shown in FIG. In order to add the dopant, a dopant bubbler 7 containing silicon tetrachloride 6, an ammonia gas cylinder 9 for adding N, and a pipe 8 for introducing these dopants into the pipe 1 are provided. ing.

パイプ1は、内部に排出ガスや廃水などの被処理流体を流通しながら光触媒作用により汚染物質を分解浄化するものであり、用途に応じてサイズ、材質を選択することができる。しかし製法上、酸水素炎にさらされることになり、またチタン化合物から酸化チタンを合成する際の熱量にも耐え得る材質を選択する必要がある。例えば、酸化チタン原料として四塩化チタンを用いる場合、合成温度は850℃〜1500℃とすることが、高い光触媒活性を得るために望ましく、その温度で耐性のあるパイプとして、石英ガラス管やステンレス管を用いることができる。   The pipe 1 is for decomposing and purifying contaminants by photocatalytic action while circulating a fluid to be treated such as exhaust gas and wastewater, and the size and material can be selected according to the application. However, it is necessary to select a material that can withstand the amount of heat when it is exposed to an oxyhydrogen flame and synthesizes titanium oxide from a titanium compound. For example, when titanium tetrachloride is used as the titanium oxide raw material, the synthesis temperature is preferably 850 ° C. to 1500 ° C. in order to obtain a high photocatalytic activity. Can be used.

パイプ内壁に光触媒コーティングを施して得られた光触媒コーティング導管10を用い、その内部に排出ガスや廃水などの被処理流体を流通させて汚染物質を分解浄化する場合、通常、光触媒を励起させる光源は光触媒コーティング導管10の内部に設置されることになる。しかし、流通する被処理流体に含まれる汚染物質などにより、光源から光触媒への光線照射が遮られたり、光源表面に汚染物質などが付着することで光量自体が低下するという問題がある。これに対し、光触媒コーティング導管10の外側より励起光を照射すれば前記問題は解決される。従って、本発明の好ましい実施形態では、パイプに光触媒の励起光に対して透光性のあるパイプを用いることによって、前記問題を解決し得る光触媒コーティング導管10を製造することができる。例えば石英ガラス管は、紫外光などの光触媒の励起光域で透光性が高いことから、パイプとして石英ガラス管を用いることが望ましい。   When the photocatalyst coating conduit 10 obtained by applying the photocatalyst coating to the inner wall of the pipe is used to circulate a fluid to be treated such as exhaust gas or waste water to decompose and purify pollutants, the light source for exciting the photocatalyst is usually It will be installed inside the photocatalyst coating conduit 10. However, there is a problem in that the amount of light itself is reduced by blocking the irradiation of light from the light source to the photocatalyst due to contaminants contained in the fluid to be treated, or by attaching contaminants to the surface of the light source. On the other hand, if the excitation light is irradiated from the outside of the photocatalyst coating conduit 10, the above problem is solved. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, a photocatalyst-coated conduit 10 that can solve the above problem can be manufactured by using a pipe that is transparent to the excitation light of the photocatalyst. For example, since a quartz glass tube has high translucency in the excitation light region of a photocatalyst such as ultraviolet light, it is desirable to use a quartz glass tube as a pipe.

パイプ1外部から酸水素バーナー2の炎で加熱する際、パイプ長手方向に沿って酸水素バーナー炎を一定速度で移動させると、パイプ内壁に連続的に酸化チタンコーティングを施すことができ、工業的に望ましい。この移動速度は、原料に用いるチタン化合物と合成温度により調整する必要がある。例えば、四塩化チタンを原料に用い、合成温度を1300℃とした場合、酸水素バーナー炎の移動速度は0.1〜5.0m/minの範囲とすることが望ましい。移動速度が0.1m/min未満では、酸化チタンの焼結が進み過ぎ、得られるコーティング膜の吸着能が下がるとともに、過度の加熱により光触媒活性の高いアナターゼ型酸化チタン結晶からルチル型結晶に変化してしまうので望ましくない。また移動速度が5.0m/minを超えると、焼結作用が不十分となり、パイプ内壁への酸化チタンコーティング膜の付着力が弱く、剥がれなどの問題を生じる可能性がある。   When heating from the outside of the pipe 1 with the flame of the oxyhydrogen burner 2, if the oxyhydrogen burner flame is moved at a constant speed along the longitudinal direction of the pipe, the inner wall of the pipe can be continuously coated with titanium oxide. Is desirable. This moving speed needs to be adjusted by the titanium compound used for the raw material and the synthesis temperature. For example, when titanium tetrachloride is used as a raw material and the synthesis temperature is 1300 ° C., the moving speed of the oxyhydrogen burner flame is preferably in the range of 0.1 to 5.0 m / min. If the moving speed is less than 0.1 m / min, the sintering of the titanium oxide proceeds too much, the adsorption capacity of the resulting coating film decreases, and the photocatalytic activity is changed from anatase-type titanium oxide crystal to rutile-type crystal by excessive heating. This is not desirable. On the other hand, when the moving speed exceeds 5.0 m / min, the sintering action is insufficient, the adhesion of the titanium oxide coating film to the inner wall of the pipe is weak, and there is a possibility of causing problems such as peeling.

また酸化チタンの合成、焼結時、パイプ1を回転させながら酸水素バーナー炎で加熱することで、パイプ1の内部は径方向に均一に加熱され、パイプ内壁に均一に酸化チタンコーティングが施されるので、安定した分解作用を有する光触媒コーティング導管10を製造できる。この回転速度は20〜70rpmが望ましい。これ以上遅く回転させると、パイプ径方向の均一な加熱は達成できなくなる。また70rpm程度で十分に均一な加熱がなされるため、これ以上速く回転させてもそれ以上の効果は望めない。   Also, during the synthesis and sintering of titanium oxide, the pipe 1 is heated with an oxyhydrogen burner flame while rotating, so that the inside of the pipe 1 is uniformly heated in the radial direction and the inner wall of the pipe is uniformly coated with titanium oxide. Therefore, the photocatalyst coating conduit 10 having a stable decomposition action can be manufactured. The rotation speed is preferably 20 to 70 rpm. If it is rotated more slowly than this, uniform heating in the pipe radial direction cannot be achieved. Further, since sufficiently uniform heating is performed at about 70 rpm, no further effect can be expected even if it is rotated faster than this.

また、パイプに石英ガラス管を用い、四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムなど石英ガラスに屈折率分布を設けることができるガラス材料をパイプに導入し、酸水素バーナー炎を移動させながら加熱することで、パイプ内壁に所定の光屈折率分布を持つ光導波層を設け、その上に酸化チタンコーティングを施すこともできる。光導波層は単数もしくは複数の屈折率の異なるガラス層からなり、前記の製法で連続的に形成することができる。導入する原料をガラス材料から酸化チタン材料に切り替えることで光触媒コーティングまで一つの工程で製造することができ、工業的にも有利である。   Also, by using a quartz glass tube for the pipe, introducing a glass material capable of providing a refractive index distribution in quartz glass such as silicon tetrachloride and germanium tetrachloride into the pipe, and heating while moving the oxyhydrogen burner flame, An optical waveguide layer having a predetermined optical refractive index distribution may be provided on the inner wall of the pipe, and a titanium oxide coating may be applied thereon. The optical waveguide layer is composed of one or a plurality of glass layers having different refractive indexes, and can be continuously formed by the above-described manufacturing method. By switching the raw material to be introduced from the glass material to the titanium oxide material, the photocatalytic coating can be produced in one step, which is industrially advantageous.

また、前記光導波層を形成し、パイプ端面の光導波層に励起光を入射し、光導波層からの漏れ光で酸化チタン光触媒を活性化し、汚染物質の分解浄化を行うことができる。光導波層に所定の屈折率分布を形成することで、パイプ長手方向に均一に励起光を露光することもできるし、望まれる位置に望まれる光量の励起光を露光することもできる。この目的に用いる場合の光導波層の厚さは、励起光をパイプ長手方向に沿って導光できればよく、特に限定されないが、例えば10.0μm〜2.0cm程度とするのが好ましい。石英ガラス管の内面側に、それよりも高屈折率の材料からなる光導波層を形成した構造とすることで、光導波層がコア、その外周の石英ガラス管がクラッドとなり、パイプ長手方向に励起光を効率よく導光できるとともに、光導波層の内面に高屈折率の酸化チタンからなる光触媒コーティングを設けることで、励起光は光導波層から光触媒コーティング側に漏れ出すようになる。   Further, the optical waveguide layer is formed, excitation light is incident on the optical waveguide layer at the end face of the pipe, the titanium oxide photocatalyst is activated by the leakage light from the optical waveguide layer, and the contaminants can be decomposed and purified. By forming a predetermined refractive index distribution in the optical waveguide layer, it is possible to expose the excitation light uniformly in the longitudinal direction of the pipe, or it is possible to expose the excitation light with a desired light amount at a desired position. The thickness of the optical waveguide layer used for this purpose is not particularly limited as long as it can guide the excitation light along the longitudinal direction of the pipe, but is preferably about 10.0 μm to 2.0 cm, for example. A structure in which an optical waveguide layer made of a material with a higher refractive index is formed on the inner surface side of the quartz glass tube, the optical waveguide layer becomes the core, and the quartz glass tube on the outer periphery becomes the cladding, and in the longitudinal direction of the pipe Excitation light can be guided efficiently, and by providing a photocatalytic coating made of titanium oxide having a high refractive index on the inner surface of the optical waveguide layer, the excitation light leaks from the optical waveguide layer to the photocatalytic coating side.

このように製造された光触媒コーティング導管10は、必要に応じて、製造後に延伸加工を施して望まれる内径に加工することもできる。例えば石英ガラス管をパイプに用いた場合、内壁に酸化チタンの光触媒コーティングを形成した後に延伸したい部分を外部からヒーター、酸水素火炎等でガラス軟化温度付近まで加熱し、引き延ばすことで内径を狭め、且つ長尺化することができる。   The photocatalyst-coated conduit 10 manufactured in this way can be processed into a desired inner diameter by performing a drawing process after manufacturing, if necessary. For example, when a quartz glass tube is used for a pipe, the portion to be stretched after forming a photocatalytic coating of titanium oxide on the inner wall is heated from the outside to near the glass softening temperature with a heater, an oxyhydrogen flame, etc., and the inner diameter is narrowed by stretching, In addition, the length can be increased.

前記の方法で得られた光触媒コーティング導管10は、内壁に形成された光触媒コーティングの光触媒活性が高く、光触媒作用により汚染物質を分解するなどの用途に適していると同時に、親水性も高いため、十分なセルフクリーニング機能も有している。したがって、被処理流体の分解処理時に光触媒の表面に汚染物質が付着して分解浄化機能が低下することを抑制できる。この光触媒コーティング導管10により分解可能な汚染物質としては、例えば、窒素酸化物(NOx)、アセトアルデヒドなどのアルデヒド類、酢酸などのカルボン酸類、含硫化合物や含窒素化合物などの悪臭成分、環境ホルモン、レジオネラ菌などが挙げられる。   The photocatalyst coating conduit 10 obtained by the above method has high photocatalytic activity of the photocatalyst coating formed on the inner wall, and is suitable for applications such as decomposing contaminants by photocatalysis, and at the same time has high hydrophilicity. It also has a sufficient self-cleaning function. Therefore, it is possible to suppress degradation of the decomposition and purification function due to contaminants adhering to the surface of the photocatalyst during decomposition of the fluid to be processed. Examples of pollutants that can be decomposed by the photocatalyst coating conduit 10 include nitrogen oxides (NOx), aldehydes such as acetaldehyde, carboxylic acids such as acetic acid, malodorous components such as sulfur-containing compounds and nitrogen-containing compounds, environmental hormones, Legionella bacteria etc. are mentioned.

[実施例1]
旋盤にφ40mmの石英ガラス管を設置し、45rpmで回転させた。そこで四塩化チタン蒸気50sccmと酸素1000sccmを導入し、石英ガラス管の外部から酸水素バーナー炎で約1300℃で加熱した。酸水素バーナー炎は石英ガラス管の長手方向に沿って2.0m/minで移動させた。前記の作業後の石英ガラス管内壁には、膜厚1.2μmの酸化チタン膜が形成され、全長1500mmの酸化チタンコーティングパイプが得られた。
このパイプに10.0μmol/Lメチレンブルー水溶液を20cc/minの速度で流通させ、パイプを通過した溶液のメチレンブルー濃度を測定した。励起光を当てる前、パイプを通過した溶液の濃度は10.0μmol/Lで変化なかったが、パイプ外部より365nmの光を発するブラックライトで5.0mW/cmの照度で照射したところ、パイプを通過した溶液のメチレンブルー濃度は0.6μmol/Lに減少し、十分な分解浄化能を示した。実験後のパイプ内壁の酸化チタン光触媒層に剥がれなどの損傷はなく、光触媒層の機械強度に問題はなかった。
[Example 1]
A quartz glass tube with a diameter of 40 mm was installed on the lathe and rotated at 45 rpm. Therefore, titanium tetrachloride vapor 50 sccm and oxygen 1000 sccm were introduced and heated at about 1300 ° C. with an oxyhydrogen burner flame from the outside of the quartz glass tube. The oxyhydrogen burner flame was moved at 2.0 m / min along the longitudinal direction of the quartz glass tube. A titanium oxide film having a thickness of 1.2 μm was formed on the inner wall of the quartz glass tube after the above operation, and a titanium oxide coated pipe having a total length of 1500 mm was obtained.
A 10.0 μmol / L methylene blue aqueous solution was passed through this pipe at a rate of 20 cc / min, and the methylene blue concentration of the solution that passed through the pipe was measured. Before applying the excitation light, the concentration of the solution that passed through the pipe did not change at 10.0 μmol / L, but when irradiated with a black light that emits 365 nm light from the outside of the pipe at an illuminance of 5.0 mW / cm 2 , The methylene blue concentration of the solution that passed through was reduced to 0.6 μmol / L, indicating sufficient decomposition and purification ability. There was no damage such as peeling on the titanium oxide photocatalyst layer on the inner wall of the pipe after the experiment, and there was no problem in the mechanical strength of the photocatalyst layer.

[比較例1]
φ40mmの石英ガラス内壁に市販の光触媒コーティング液で酸化チタンコーティングを施した。このコーティングはディップコーティング法で行った。十分に乾燥させた後の酸化チタン層の厚さは1.3μmであり、全長1500mmの酸化チタンコーティングパイプが得られた。
このパイプに10.0μmol/Lメチレンブルー水溶液を20cc/minの速度で流通させ、パイプを通過した溶液のメチレンブルー濃度を測定した。励起光を当てる前、パイプを通過した溶液の濃度は10.0μmol/Lで変化なかったが、パイプ外部より365nmの光を発するブラックライトで5.0mW/cmの照度で照射したところ、パイプを通過した溶液のメチレンブルー濃度は7.8μmol/Lに減少したが、パイプ内壁の酸化チタン層の一部が剥がれて溶液と一緒に流れ出ており、酸化チタン層の耐久性に問題があった。
[Comparative Example 1]
A titanium oxide coating was applied to the inner wall of quartz glass having a diameter of 40 mm with a commercially available photocatalytic coating solution. This coating was performed by a dip coating method. The thickness of the titanium oxide layer after sufficiently drying was 1.3 μm, and a titanium oxide coated pipe having a total length of 1500 mm was obtained.
A 10.0 μmol / L methylene blue aqueous solution was passed through this pipe at a rate of 20 cc / min, and the methylene blue concentration of the solution that passed through the pipe was measured. Before applying the excitation light, the concentration of the solution that passed through the pipe did not change at 10.0 μmol / L, but when irradiated with a black light that emits 365 nm light from the outside of the pipe at an illuminance of 5.0 mW / cm 2 , The concentration of methylene blue in the solution that passed through the tube decreased to 7.8 μmol / L. However, a part of the titanium oxide layer on the inner wall of the pipe peeled off and flowed out together with the solution, and there was a problem in durability of the titanium oxide layer.

[実施例2]
φ40mmの石英ガラス管を旋盤に設置し、45rpmで回転させた。そこに四塩化ケイ素蒸気20sccmと四塩化ゲルマニウム蒸気8sccmと酸素1000sccmを導入し、石英ガラス管の外部から酸水素バーナー炎で1150℃で加熱した。酸水素バーナー炎はパイプの長手方向に沿って2.0m/minで移動させ、石英ガラス管の一端から他端まで往復移動させた。次に四塩化チタン蒸気50sccmと酸素1000sccmを導入し、石英ガラス管の外部から酸水素バーナー炎で約1300℃で加熱した。酸水素バーナー炎は石英ガラス管の長手方向に沿って2.0m/minで移動させた。前記の作業後の石英ガラス管内壁には、膜厚1.2μmの酸化チタン膜が形成され、全長1500mmの酸化チタンコーティングパイプが得られた。
このパイプに10.0μmol/Lメチレンブルー水溶液を20cc/minの速度で流通させ、パイプ端面の光導波層に365nmの照度1000mW/cmのキセノンランプ光を照射し導光させたところ、パイプを通過した溶液のメチレンブルー濃度は0.9μmol/Lに減少し、十分な分解浄化能を示した。実験後のパイプ内壁の酸化チタン光触媒層に剥がれなどの損傷はなく、光触媒層の機械強度に問題はなかった。
[Example 2]
A φ40 mm quartz glass tube was placed on a lathe and rotated at 45 rpm. Thereto, silicon tetrachloride vapor 20 sccm, germanium tetrachloride vapor 8 sccm, and oxygen 1000 sccm were introduced, and heated at 1150 ° C. with an oxyhydrogen burner flame from the outside of the quartz glass tube. The oxyhydrogen burner flame was moved at 2.0 m / min along the longitudinal direction of the pipe, and was reciprocated from one end to the other end of the quartz glass tube. Next, 50 sccm of titanium tetrachloride vapor and 1000 sccm of oxygen were introduced and heated at about 1300 ° C. with an oxyhydrogen burner flame from the outside of the quartz glass tube. The oxyhydrogen burner flame was moved at 2.0 m / min along the longitudinal direction of the quartz glass tube. A titanium oxide film having a thickness of 1.2 μm was formed on the inner wall of the quartz glass tube after the above operation, and a titanium oxide coated pipe having a total length of 1500 mm was obtained.
When 10.0 μmol / L methylene blue aqueous solution was circulated through this pipe at a rate of 20 cc / min, the optical waveguide layer on the pipe end face was irradiated with xenon lamp light with an illuminance of 1000 mW / cm 2 at 365 nm and passed through the pipe. The methylene blue concentration of the obtained solution was reduced to 0.9 μmol / L, and sufficient decomposition and purification ability was shown. There was no damage such as peeling on the titanium oxide photocatalyst layer on the inner wall of the pipe after the experiment, and there was no problem in the mechanical strength of the photocatalyst layer.

本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において好適な製造装置の第1の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st example of a suitable manufacturing apparatus in the manufacturing method of the photocatalyst coating conduit | pipe of this invention. 本発明の光触媒コーティング導管の製造方法において好適な製造装置の第2の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd example of a suitable manufacturing apparatus in the manufacturing method of the photocatalyst coating conduit | pipe of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…パイプ、2…酸水素バーナー、3…配管、4…チタン化合物、5…バブラー、6…四塩化ケイ素、7…バブラー、8…配管、9…アンモニアガスボンベ、10…光触媒コーティング導管。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pipe, 2 ... Oxyhydrogen burner, 3 ... Pipe, 4 ... Titanium compound, 5 ... Bubbler, 6 ... Silicon tetrachloride, 7 ... Bubbler, 8 ... Pipe, 9 ... Ammonia gas cylinder, 10 ... Photocatalyst coating conduit.

Claims (10)

パイプ内部にチタン化合物蒸気と酸素とを導入し、パイプ外部から加熱して酸化チタンを合成するとともに、パイプ内壁に酸化チタン粒子を焼結、担持させて光触媒コーティング導管を得ることを特徴とする光触媒コーティング導管の製造方法。   A photocatalyst characterized in that a titanium compound vapor and oxygen are introduced into a pipe and heated from outside the pipe to synthesize titanium oxide, and titanium oxide particles are sintered and supported on the inner wall of the pipe to obtain a photocatalyst-coated conduit. A method of manufacturing a coating conduit. 光触媒を活性化させる励起光に対して透光性をもった材料からなるパイプを用いることを特徴とする請求項1に記載の光触媒コーティング導管の製造方法。   2. The method for producing a photocatalyst-coated conduit according to claim 1, wherein a pipe made of a material having translucency with respect to excitation light for activating the photocatalyst is used. 石英ガラス製のパイプを用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の光触媒コーティング導管の製造方法。   A method for producing a photocatalyst-coated conduit according to claim 1 or 2, wherein a quartz glass pipe is used. チタン化合物が四塩化チタンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光触媒コーティング導管の製造方法。   The method for producing a photocatalyst-coated conduit according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium compound is titanium tetrachloride. パイプ外部から加熱する際に、酸水素バーナー炎をパイプの長手方向に往復移動させながらパイプ外部を加熱することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光触媒コーティング導管の製造方法。   The method for producing a photocatalyst-coated conduit according to any one of claims 1 to 4, wherein when heating from the outside of the pipe, the outside of the pipe is heated while reciprocating the oxyhydrogen burner flame in the longitudinal direction of the pipe. パイプを回転させながら酸化チタンの合成とパイプ内壁への焼結とを行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光触媒コーティング導管の製造方法。   The method for producing a photocatalyst-coated conduit according to any one of claims 1 to 5, wherein the titanium oxide is synthesized and sintered to the inner wall of the pipe while rotating the pipe. 酸化チタンの合成温度及び焼結温度が850〜1500℃の範囲であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光触媒コーティング導管の製造方法。   The method for producing a photocatalyst-coated conduit according to any one of claims 1 to 6, wherein the synthesis temperature and sintering temperature of titanium oxide are in the range of 850 to 1500 ° C. パイプ内部に石英ガラス材料蒸気を導入し、パイプ外部から加熱してパイプ内壁に光導波層を設け、その後、光導波層の内壁に光触媒をコーティングすることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光触媒コーティング導管の製造方法。   The quartz glass material vapor is introduced into the pipe, heated from the outside of the pipe to provide an optical waveguide layer on the inner wall of the pipe, and then the inner wall of the optical waveguide layer is coated with a photocatalyst. A method for producing a photocatalyst-coated conduit according to claim 1. 請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法によって製造された光触媒コーティング導管。   The photocatalyst coating conduit | pipe manufactured by the manufacturing method in any one of Claims 1-8. 請求項9に記載の光触媒コーティング導管に被処理流体を流すとともに、光触媒を活性化させる励起光を光触媒コーティングに照射して被処理流体中の汚染物質を分解することを特徴とする汚染物質分解方法。
10. A method for decomposing a pollutant, comprising flowing a treatment fluid through the photocatalyst coating conduit according to claim 9 and irradiating the photocatalyst coating with excitation light that activates the photocatalyst to decompose the contaminant in the treatment fluid. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015167917A (en) * 2014-03-07 2015-09-28 住友電気工業株式会社 purification unit
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