JP2005329360A - Cleaning material and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光触媒活性を示す光触媒を備える浄化材、及びその製造方法、並びに該浄化材を用いた浄化モジュールに関する。 The present invention relates to a purification material comprising a photocatalyst exhibiting photocatalytic activity, a method for producing the same, and a purification module using the purification material.
居住空間や作業空間における悪臭を解消する手段、或いは自動車の排気ガス等の有害物質によって汚染された空気を浄化する手段、さらには生活排水や産業排水等の汚染された水を浄化する手段として、酸化チタン等の光触媒を備えた浄化材(典型的には流体浄化用フィルタ)が用いられている。従来、浄化材の光触媒活性をより向上させ、効率よく空気や水を浄化等するための研究が種々なされてきた(特許文献1〜5及び非特許文献1参照)。
例えば、特許文献1、2、5、及び非特許文献1には、酸化チタンとリン酸カルシウムとを含む触媒を多孔質基材表面上に担持した空気や水の浄化材が開示されている。リン酸カルシウムは、細菌やウィルス等の有機物吸着作用がある。このため、高い光触媒活性を有する酸化チタンにリン酸カルシウムを加えることにより、前記のような有機物をリン酸カルシウムによって吸着するとともに、酸化チタンによって分解し、効果的に前記雑菌等を浄化することができる。
As a means to eliminate bad odors in living spaces and work spaces, or a means to purify air polluted by harmful substances such as automobile exhaust gas, as a means to purify contaminated water such as domestic wastewater and industrial wastewater, A purification material (typically a fluid purification filter) provided with a photocatalyst such as titanium oxide is used. Conventionally, various studies have been made to further improve the photocatalytic activity of a purification material and efficiently purify air and water (see
For example,
しかしながら、これら従来の浄化材では、リン酸カルシウムを吸着剤として利用しているにすぎない。また、酸化チタン等の光触媒物質の表面が一部リン酸カルシウムによって被覆されることにより、その触媒比表面積が低下し、触媒活性が低下する場合があり得た。
そこで本発明は、従来よりも高い触媒活性を発揮し得る浄化材を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、そのような浄化材の製造方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、かかる浄化材を用いた光触媒処理装置(即ち、浄化モジュール)を提供することである。
However, these conventional purification materials only use calcium phosphate as an adsorbent. Further, when the surface of a photocatalytic substance such as titanium oxide is partially coated with calcium phosphate, the specific surface area of the catalyst may be reduced, and the catalytic activity may be reduced.
Then, an object of this invention is to provide the purification | cleaning material which can exhibit a catalyst activity higher than before. Another object of the present invention is to provide a method for producing such a purifying material. Still another object of the present invention is to provide a photocatalyst processing apparatus (that is, a purification module) using such a purification material.
本発明により提供される浄化材は、セラミックを基材とする浄化材であって;光触媒活性を有する半導体粒子(典型的には酸化チタン粒子)とアパタイト粒子とが該基材表面部に担持されており、前記アパタイト粒子がそれ自体で光触媒活性を有することを特徴とする。
かかる構成の浄化材では、アパタイト粒子がそれ自体で光触媒活性を有している。このため、半導体粒子表面の一部をアパタイト粒子によって被覆されてその触媒表面が低下しても、アパタイト粒子の光触媒活性によって光触媒活性が低下することがない。従って、半導体粒子の優れた光触媒活性と伴って、極めて高い光触媒活性を発揮することができる。また、アパタイト粒子は、触媒活性を有しつつも、従来と同様に細菌やウィルス等の有機物吸着作用を有するために、有機物を吸着するとともに分解し、効果的に雑菌等を浄化することができる。
The purification material provided by the present invention is a purification material based on ceramic; semiconductor particles (typically titanium oxide particles) having photocatalytic activity and apatite particles are supported on the surface of the substrate. The apatite particles themselves have a photocatalytic activity.
In the purification material having such a configuration, the apatite particles themselves have photocatalytic activity. For this reason, even if a part of the surface of the semiconductor particles is covered with apatite particles and the catalyst surface is lowered, the photocatalytic activity of the apatite particles is not lowered. Therefore, extremely high photocatalytic activity can be exhibited with the excellent photocatalytic activity of the semiconductor particles. In addition, since the apatite particles have catalytic activity and have an organic substance adsorption action such as bacteria and viruses as in the past, they can adsorb and decompose organic substances and effectively purify germs and the like. .
特に、前記基材は三次元網目構造を有するセラミック多孔質体であることが好ましい。
三次元網目構造を有するセラミック多孔質体を使用することにより、基材の比表面積を著しく大きくすることができる。このため、該セラミック多孔質体表面部に存在する光触媒(即ち、半導体粒子及びアパタイト粒子)の単位容積当たりの量、即ち、光触媒の比表面積を増大させ得る。従って、これら粒子による光触媒活性を向上させ得る。また、このセラミック多孔質体は、表層だけでなく内部まで効率よく被処理流体(気体及び液体)を透過可能とする。このため、単位容積当たりに通過する流体の触媒接触面積を増大させて、優れた光触媒活性を発現し得る。従って、流体(ガス、液体)の浄化材(光触媒フィルター)として好適である。
In particular, the substrate is preferably a ceramic porous body having a three-dimensional network structure.
By using a ceramic porous body having a three-dimensional network structure, the specific surface area of the substrate can be significantly increased. For this reason, the quantity per unit volume of the photocatalyst (namely, semiconductor particle and apatite particle) which exists in this ceramic porous body surface part, ie, the specific surface area of a photocatalyst, can be increased. Therefore, the photocatalytic activity of these particles can be improved. Moreover, this ceramic porous body can permeate | transmit the to-be-processed fluid (gas and liquid) efficiently not only to the surface layer but to the inside. For this reason, the catalyst contact area of the fluid which passes per unit volume can be increased, and the outstanding photocatalytic activity can be expressed. Therefore, it is suitable as a fluid (gas, liquid) purification material (photocatalytic filter).
また、前記アパタイト粒子は254nm以下の波長を含む紫外線照射によって活性酸素種を生成するものであることが好ましい。
このようなアパタイト粒子を含むことにより、紫外線の所定領域の波長を有効に利用して高い光触媒活性を発揮することができる。
The apatite particles preferably generate active oxygen species by irradiation with ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm or less.
By including such apatite particles, a high photocatalytic activity can be exhibited by effectively utilizing the wavelength of a predetermined region of ultraviolet rays.
典型的には、前記アパタイト粒子は、少なくともカルシウムとリン酸とを構成要素とする原料物質を含むスラリーから沈殿物を生成させ、該沈殿物を酸素存在下において150〜300℃で熱処理して製造されたものである。
このように得られたアパタイト粒子は、光触媒活性が高いため、本浄化材における光触媒として好適である。また、焼成温度が比較的低いため、その比表面積を高く保持し得、特に高い光触媒活性を実現し得る。
Typically, the apatite particles are produced by generating a precipitate from a slurry containing a raw material containing at least calcium and phosphoric acid as constituents, and heat-treating the precipitate at 150 to 300 ° C. in the presence of oxygen. It has been done.
Since the apatite particles thus obtained have high photocatalytic activity, they are suitable as a photocatalyst in the present purification material. Further, since the firing temperature is relatively low, the specific surface area can be kept high, and particularly high photocatalytic activity can be realized.
本浄化材の好ましい形態としては、前記基材表面部に保持された前記半導体粒子と前記アパタイト粒子との粒径比(前記半導体粒子の平均一次粒径:前記アパタイト粒子の平均一次粒径)が1:2000〜20:1の範囲であるものが挙げられる。更に、重量組成比(浄化材単位容積当たりの前記半導体粒子の重量:前記アパタイト粒子の重量)が20:80〜95:5の範囲であるものが特に好ましい。
この粒径比、或いは更にこの重量組成比により構成されることにより、高い比表面積を保持することができる。さらに、これら粒子が適度な割合にて分散し、高い雑菌等の吸着能と触媒活性とを併せ持つことができ、特に高い吸着能を発揮可能である。また、基材に対する付着性が良好であるため、光触媒の剥離が防止される。
As a preferable form of the present purification material, the particle size ratio between the semiconductor particles and the apatite particles held on the surface of the base material (average primary particle size of the semiconductor particles: average primary particle size of the apatite particles) is What is the range of 1: 2000-20: 1 is mentioned. Furthermore, it is particularly preferable that the weight composition ratio (weight of the semiconductor particles per unit volume of the purification material: weight of the apatite particles) is in the range of 20:80 to 95: 5.
A high specific surface area can be maintained by being constituted by this particle size ratio or further by this weight composition ratio. Furthermore, these particles are dispersed at an appropriate ratio and can have both high adsorbability such as bacteria and catalytic activity, and can exhibit particularly high adsorbability. Moreover, since the adhesiveness with respect to a base material is favorable, peeling of a photocatalyst is prevented.
また、本発明は、本明細書において教示された浄化材を好適に製造し得る方法を提供する。即ち、本発明によって提供される浄化材製造方法は、光触媒活性を有する半導体粒子と光触媒活性を有するアパタイト粒子とを基材表面部に有する浄化材を製造する方法であって、光触媒活性を有する半導体粉末と、光触媒活性を有するアパタイト粉末と、基材とを用意する工程と、前記半導体粉末及び前記アパタイト粉末の混合物を前記基材表面部に担持する工程と、を含む。
このような方法、即ち、従来の製造方法とは異なり、アパタイト粒子成分の原料として、光触媒活性を有するアパタイト粉末をそのまま用いることによって、上述したような高い触媒活性を発揮し得る浄化材を容易に製造することができる。また、アパタイト粉末は、半導体粉末の結合剤としても働き、比較的低温、例えば200℃以下であってもこれら光触媒混合物を基材表面部に担持することができる。このため、高い比表面積即ち光触媒活性を有する浄化材を提供することができる。
Moreover, this invention provides the method which can manufacture suitably the purification | cleaning material taught in this specification. That is, the method for producing a purification material provided by the present invention is a method for producing a purification material having semiconductor particles having photocatalytic activity and apatite particles having photocatalytic activity on the surface of a substrate, the semiconductor having photocatalytic activity. A step of preparing a powder, an apatite powder having photocatalytic activity, and a base material; and a step of supporting a mixture of the semiconductor powder and the apatite powder on the surface of the base material.
Unlike such a method, that is, a conventional manufacturing method, a purification material capable of exhibiting high catalytic activity as described above can be easily obtained by using apatite powder having photocatalytic activity as a raw material for apatite particle components. Can be manufactured. The apatite powder also functions as a binder for the semiconductor powder, and can support the photocatalyst mixture on the surface of the substrate even at a relatively low temperature, for example, 200 ° C. or lower. For this reason, the purification material which has a high specific surface area, ie, photocatalytic activity, can be provided.
この製造方法において、前記アパタイト粉末を用意する工程には、少なくともカルシウムとリン酸とを構成要素とする原料物質を含むスラリーから沈殿物を生成させること、及び該沈殿物を酸素存在下において150〜300℃で熱処理して、光触媒活性を有するアパタイト粉末を製造すること、を含むことが好ましい。
この方法によって、光触媒活性を奏するアパタイト粒子を安価な材料から容易に得ることができる。このため、製造コストが低く、従って、浄化材の優れた経済性を実現することができる。
In this manufacturing method, in the step of preparing the apatite powder, a precipitate is generated from a slurry containing a raw material containing at least calcium and phosphoric acid as constituents, and the precipitate is 150 to in the presence of oxygen. It is preferable to include heat-treating at 300 ° C. to produce apatite powder having photocatalytic activity.
By this method, apatite particles having photocatalytic activity can be easily obtained from an inexpensive material. For this reason, the manufacturing cost is low, and therefore the excellent economic efficiency of the purification material can be realized.
この製造方法において好ましい形態は、前記半導体粉末と前記水酸化アパタイト粉末との粒径比(前記半導体粉末の平均一次粒径:前記アパタイト粉末の平均一次粒径)が1:2000〜20:1の範囲となるように、これら粉末を基材表面部に担持する。更に、重量組成比(浄化材単位容積当たりの前記半導体粉末の重量:前記アパタイト粉末の重量)が20:80〜95:5の範囲となるように、これら粉末を基材表面部に担持することが特に好ましい。
この粒径比、或いは更にこの重量組成比の各粉末を組み合わせて用いることにより、比表面積の高い光触媒を得ることができるとともに、適当な有機物吸着能と光触媒活性とを付与することができる。また、基材に対する付着性が良好なため、基材からこれら光触媒が剥離することを防止する。
In this production method, a preferred embodiment is a particle size ratio between the semiconductor powder and the hydroxide apatite powder (average primary particle size of the semiconductor powder: average primary particle size of the apatite powder) is 1: 2000 to 20: 1. These powders are supported on the surface of the substrate so as to be in the range. Furthermore, these powders are supported on the surface of the substrate so that the weight composition ratio (weight of the semiconductor powder per unit volume of the purification material: weight of the apatite powder) is in the range of 20:80 to 95: 5. Is particularly preferred.
By using a combination of the powders having this particle size ratio or even this weight composition ratio, a photocatalyst having a high specific surface area can be obtained, and appropriate organic substance adsorption ability and photocatalytic activity can be imparted. Moreover, since the adhesiveness with respect to a base material is favorable, it prevents that these photocatalysts peel from a base material.
また、本発明によって提供される他の浄化材製造方法は、光触媒活性を有する半導体粒子と光触媒活性を有するアパタイト粒子とを基材表面部に有する浄化材を製造する方法であって、光触媒活性を有する半導体粉末と基材とを用意する工程と、少なくともカルシウムとリン酸とを構成要素とする原料物質を含むスラリーを調製する工程と、前記半導体粉末を該スラリー中に混合し、酸素存在下において150〜300℃で熱処理して、アパタイト担持半導体粉末を得る工程と、該アパタイト担持半導体粉末を基材表面部に担持する工程と、を含む。 Another method for producing a purification material provided by the present invention is a method for producing a purification material having semiconductor particles having photocatalytic activity and apatite particles having photocatalytic activity on a substrate surface portion, wherein the photocatalytic activity is exhibited. A step of preparing a semiconductor powder and a base material, a step of preparing a slurry containing a raw material containing at least calcium and phosphoric acid as constituents, and mixing the semiconductor powder in the slurry in the presence of oxygen. It includes a step of heat-treating at 150 to 300 ° C. to obtain an apatite-carrying semiconductor powder, and a step of carrying the apatite-carrying semiconductor powder on the surface of the substrate.
かかる構成の製造方法によっても、前記本発明の浄化材を容易に製造することができる。この方法では、アパタイト粒子成分の原料として、少なくともカルシウムとリン酸とを構成要素とする原料物質を含むスラリーを用いる。そして、該スラリーを半導体粉末と混合してから熱処理することによって、半導体粉末表面上にアパタイト粒子を形成することができる。これを基材表面部に担持することによって、上述したような高い触媒活性を発揮し得る浄化材を容易に製造することができる。また、半導体粉末表面上に形成されたアパタイト粒子は、半導体粉末の結合剤としても働き、比較的低温、例えば200℃以下であってもこれら光触媒を基材表面部に担持することができる。このため、その比表面積、即ち、光触媒活性を保持することができる。 The purification material of the present invention can also be easily manufactured by the manufacturing method having such a configuration. In this method, a slurry containing a raw material containing at least calcium and phosphoric acid as constituents is used as a raw material for the apatite particle component. And apatite particle | grains can be formed on the semiconductor powder surface by heat-processing after mixing this slurry with semiconductor powder. By carrying this on the surface of the base material, it is possible to easily produce a purification material that can exhibit high catalytic activity as described above. The apatite particles formed on the surface of the semiconductor powder also function as a binder for the semiconductor powder, and can support the photocatalyst on the surface of the base material even at a relatively low temperature, for example, 200 ° C. or lower. For this reason, the specific surface area, ie, photocatalytic activity, can be maintained.
この製造方法において、半導体粒子とアパタイト粒子との粒径比(前記半導体粒子の平均一次粒径:前記アパタイト粒子の平均一次粒径)が1:2000〜20:1の範囲となるように、前記アパタイト担持半導体粉末を得ることが好ましく、更に、重量組成比(浄化材単位容積当たりの前記半導体粒子の重量:前記アパタイト粒子の重量)が99.9:0.1〜90.0:10.0の範囲となるように浄化材を調製することが特に好ましい。
このような粒径比とすることによって、半導体粒子表面にアパタイト粒子を適度に分散させることができる。また、この粒径比のアパタイト粒子によって半導体粒子を強く均一に結合させ得、安定した構造の光触媒をその表面部に有する浄化材を得ることができる。
In this production method, the particle size ratio between the semiconductor particles and the apatite particles (the average primary particle size of the semiconductor particles: the average primary particle size of the apatite particles) is in the range of 1: 2000 to 20: 1. It is preferable to obtain an apatite-supporting semiconductor powder, and the weight composition ratio (weight of the semiconductor particles per purification material unit volume: weight of the apatite particles) is 99.9: 0.1 to 90.0: 10.0. It is particularly preferable to prepare the purification material so as to be in the range described above.
By setting such a particle size ratio, the apatite particles can be appropriately dispersed on the surface of the semiconductor particles. Further, the semiconductor particles can be strongly and uniformly bonded by the apatite particles having this particle size ratio, and a purification material having a photocatalyst having a stable structure on its surface can be obtained.
ここで開示される製造方法において、前記基材として三次元網目構造を有するセラミック多孔質体を使用することが好ましい。
このようなセラミック多孔質体を用いることにより、浄化材の単位容積(又は単位重量)当たりの光触媒担持量を容易に増大させることができる。また、被処理流体をその内部まで透過し得るため、処理効率の良い流体処理用浄化材(例えば、ガス浄化用フィルター、水浄化用フィルター)を好適に製造することができる。
In the production method disclosed herein, it is preferable to use a ceramic porous body having a three-dimensional network structure as the substrate.
By using such a ceramic porous body, the amount of the photocatalyst supported per unit volume (or unit weight) of the purification material can be easily increased. In addition, since the fluid to be treated can permeate to the inside thereof, a fluid treatment purification material (for example, a gas purification filter or a water purification filter) having good treatment efficiency can be suitably manufactured.
また、本発明は、本明細書において教示されたいずれかの浄化材と、該浄化材に紫外線を照射する光源と、を備える光触媒処理装置(浄化モジュール)を提供する。
かかる構成のモジュールでは、前記光源から浄化材に紫外光を照射しつつ浄化材に被処理流体(気体又は液体)を流通させることにより、この流体を効率よく浄化すること(典型的には流体中の有害物質又は汚染物質を吸着及び光触媒作用によって分解すること)ができる。
Moreover, this invention provides the photocatalyst processing apparatus (purification module) provided with one of the purification | cleaning materials taught in this specification, and the light source which irradiates this purification | cleaning material with an ultraviolet-ray.
In the module having such a configuration, the fluid to be treated (gas or liquid) is circulated through the purification material while irradiating the purification material with ultraviolet light from the light source, thereby efficiently purifying the fluid (typically in the fluid). Can be decomposed by adsorption and photocatalysis.
好ましい光触媒処理装置(浄化モジュール)は、254nm以下の波長の紫外線を発生させ得る光源を備える。アパタイト粒子の光触媒活性はこの波長近傍の領域において特に強く発揮される。従って、被処理流体を効率よく浄化することができる。 A preferable photocatalyst processing apparatus (purification module) includes a light source capable of generating ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm or less. The photocatalytic activity of the apatite particles is particularly strong in the region near this wavelength. Therefore, the fluid to be processed can be purified efficiently.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項(例えば、用いるアパタイト及びその製造方法、基材、並びに半導体粒子とアパタイト粒子との粒径比や重量組成比等)以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that the present invention is a matter other than matters particularly mentioned in the present specification (for example, the apatite used and its production method, the base material, and the particle size ratio and weight composition ratio of the semiconductor particles to the apatite particles). Matters necessary for the implementation of the above can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
本発明において特徴となるアパタイト粒子は、それ自体で光触媒活性を有することが必要である。このアパタイト粒子としては、光触媒活性を示すものであればいずれの手段によって得られたものであってもよく、特に限定されない。尚、アパタイトには、水酸アパタイト、炭酸アパタイト、フッ化アパタイト、リン酸カルシウムのうちのいずれか一種又は二種以上の混合物が含まれる。このうち特に光触媒活性と有機物吸着作用に優れる水酸アパタイトが好ましい。 The apatite particles featured in the present invention are required to have photocatalytic activity by themselves. The apatite particles may be obtained by any means as long as they exhibit photocatalytic activity, and are not particularly limited. The apatite includes one or a mixture of two or more of hydroxyapatite, carbonate apatite, fluoride apatite, and calcium phosphate. Of these, hydroxyapatite which is excellent in photocatalytic activity and organic substance adsorption action is particularly preferable.
特に、少なくともカルシウムとリン酸とを構成要素とする原料物質を含むスラリーから沈殿物を生成させ、該沈殿物を酸素存在下において150〜300℃で熱処理して製造されたものが好適である。即ち、本発明者らは、このような方法によって、光触媒活性に優れるアパタイトを製造することができた。従って、本発明の浄化材においてこの光触媒活性に優れるアパタイトを用いて、光触媒活性を向上することに成功したのである。
典型的には、光触媒活性に優れるアパタイトは、以下の性状のいずれかを有する。
(1)構造水を含有すること。
(2)Ca/Pモル比が1.58以上であること。
(3)結晶構造において、a軸方向への結晶性に優れていること。
In particular, it is preferable to produce a precipitate from a slurry containing a raw material containing at least calcium and phosphoric acid as constituents and heat-treat the precipitate at 150 to 300 ° C. in the presence of oxygen. That is, the present inventors were able to produce apatite having excellent photocatalytic activity by such a method. Therefore, the purification material of the present invention succeeded in improving the photocatalytic activity by using apatite having excellent photocatalytic activity.
Typically, apatite having excellent photocatalytic activity has any of the following properties.
(1) Containing structural water.
(2) The Ca / P molar ratio is 1.58 or more.
(3) The crystal structure is excellent in crystallinity in the a-axis direction.
ここで、アパタイト粒子の原料として用いられるカルシウム成分としては、アパタイトの生成を阻害するか、又は不純物を得られたアパタイトに残留させないカルシウム含有化合物が特に制限なく用いられる。例えば、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硝酸カルシウム、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、フッ化カルシウム等が挙げられる。特に好適には、水酸化カルシウムである。 Here, as the calcium component used as a raw material of the apatite particles, a calcium-containing compound that inhibits the production of apatite or does not leave impurities in the apatite obtained is used without particular limitation. For example, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium nitrate, calcium chloride, calcium acetate, calcium fluoride and the like can be mentioned. Particularly preferred is calcium hydroxide.
また、リン酸成分としては、アパタイトの生成を阻害するか、又は不純物を得られたアパタイトに残留させないリンを含有する酸成分であれば特に限定されない。例えば、リン酸、リン酸水素カルシウム、亜リン酸、次亜リン酸等が挙げられる。特に好適には、リン酸である。
スラリーに前記のようなカルシウム成分とリン酸成分とを含むことによってアパタイト粒子を得ることができるが、さらに、スラリーには、所望の組成のアパタイトを得るために好適な他の成分を含むことができる。例えば、ナトリウム成分、カリウム成分、マグネシウム成分、塩素成分、炭酸成分、硫酸成分、フッ素成分等が挙げられるが、これに限定されない。
The phosphoric acid component is not particularly limited as long as it is an acid component containing phosphorus that inhibits the production of apatite or does not cause impurities to remain in the obtained apatite. For example, phosphoric acid, calcium hydrogen phosphate, phosphorous acid, hypophosphorous acid and the like can be mentioned. Particularly preferred is phosphoric acid.
The apatite particles can be obtained by including the calcium component and the phosphoric acid component as described above in the slurry, and the slurry may further include other components suitable for obtaining apatite having a desired composition. it can. Examples thereof include, but are not limited to, a sodium component, a potassium component, a magnesium component, a chlorine component, a carbonic acid component, a sulfuric acid component, and a fluorine component.
スラリーの調製方法としては、カルシウム成分を含有する溶液にリン酸成分を含有する溶液を添加、例えば滴下することが好適であるが、逆にリン酸成分を含有する溶液にカルシウム成分を含有する溶液を添加してもよい。或いは、同時に同じ容器中において混合してもよい。これらの溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水(好適にはイオン交換水)、有機溶媒、希酸(硝酸等)等であることができる。 As a method for preparing the slurry, it is preferable to add a solution containing a phosphoric acid component to a solution containing a calcium component, for example, dropwise, but conversely, a solution containing a calcium component in a solution containing a phosphoric acid component May be added. Or you may mix in the same container simultaneously. These solvents are not particularly limited, and for example, water (preferably ion-exchanged water), organic solvents, dilute acids (such as nitric acid) and the like can be used.
これらカルシウム成分とリン酸成分とを含むスラリーから沈殿物を生成する手段としては、従来公知の均一沈殿法を適宜選択して用いることができる。即ち、スラリー溶液のpHや各成分の濃度、反応速度等を制御することにより、所望の粒径、及び組成のアパタイトを得ることができる。沈殿法により、均質かつ均一な大きさの微粒子を得ることができる。
pHは、例えば、6〜8、特に7.3〜7.7に保持することが好適である。このpH範囲において、アパタイト粒子が生成する。pHの調整は、従来公知のいずれのpH調整剤の添加によって行うことができる。例えば、水酸化ナトリウム、尿素、チオ尿素、硫酸アンモニウム、酢酸、炭酸、塩酸等を挙げることができるが、これに限定されない。
As means for generating a precipitate from a slurry containing these calcium component and phosphoric acid component, a conventionally known uniform precipitation method can be appropriately selected and used. That is, apatite having a desired particle size and composition can be obtained by controlling the pH of the slurry solution, the concentration of each component, the reaction rate, and the like. By the precipitation method, fine particles having a uniform and uniform size can be obtained.
It is preferable to maintain the pH at, for example, 6 to 8, particularly 7.3 to 7.7. In this pH range, apatite particles are generated. The pH can be adjusted by adding any conventionally known pH adjusting agent. Examples thereof include, but are not limited to, sodium hydroxide, urea, thiourea, ammonium sulfate, acetic acid, carbonic acid, and hydrochloric acid.
スラリー中におけるカルシウム成分とリン酸成分との組成割合は、通常化学量比であることが好適である。即ち、カルシウム成分1モル相当に対して、リン酸成分0.6モル相当を用いる。しかしながら、必ずしも正確な割合で用いる必要はなく、例えば、カルシウム成分:リン酸成分は、0.7:0.6〜1.5:0.6程度の範囲において適宜用いることができる。スラリー中におけるこれら成分の合計濃度は、好ましくは1〜90重量%、より好ましくは3〜30重量%の範囲に調整する。この濃度よりも高いと、スラリー粘度が高くなり、スラリーを均一に混合することが困難である。一方、この濃度よりも低いと、生成量が低下するため、効率的でない。これらを均質に分散するために、スターラー、超音波振動、又は生成物に影響を与えない分散剤等を使用してもよい。また、反応速度の制御としては、加熱、例えば、室温〜80℃の熱処理、触媒の添加、又は反応時間を所定範囲、例えば、5時間〜15日間に制御することができる。通常、室温〜40℃程度において、例えば、10〜80時間程度熟成させることが好適である。 The composition ratio of the calcium component and the phosphoric acid component in the slurry is usually preferably a stoichiometric ratio. That is, the equivalent of 0.6 mol of phosphoric acid component is used for 1 mol of calcium component. However, it is not always necessary to use it in an accurate ratio. For example, a calcium component: phosphoric acid component can be appropriately used in a range of about 0.7: 0.6 to 1.5: 0.6. The total concentration of these components in the slurry is preferably adjusted to a range of 1 to 90% by weight, more preferably 3 to 30% by weight. If it is higher than this concentration, the slurry viscosity becomes high, and it is difficult to uniformly mix the slurry. On the other hand, if the concentration is lower than this concentration, the production amount is lowered, so that it is not efficient. In order to disperse them uniformly, a stirrer, ultrasonic vibration, or a dispersant that does not affect the product may be used. As the control of the reaction rate, heating, for example, heat treatment at room temperature to 80 ° C., addition of a catalyst, or reaction time can be controlled within a predetermined range, for example, 5 hours to 15 days. Usually, it is preferable to age at about room temperature to about 40 ° C. for about 10 to 80 hours, for example.
得られた沈殿物の熱処理温度は、光触媒活性を発揮する点で特に重要であり、150〜500℃、好ましくは150〜300℃、より好ましくは200〜300℃である。この範囲の温度で熱処理されることにより、光触媒活性を発揮可能なアパタイト粒子を得ることができる。また、熱処理雰囲気は、酸素を含有していることが好ましく、酸素雰囲気下であってもよいが、通常大気下において行われる。 The heat treatment temperature of the obtained precipitate is particularly important in that it exhibits photocatalytic activity, and is 150 to 500 ° C, preferably 150 to 300 ° C, more preferably 200 to 300 ° C. By a heat treatment at a temperature within this range, apatite particles capable of exhibiting photocatalytic activity can be obtained. The heat treatment atmosphere preferably contains oxygen and may be in an oxygen atmosphere, but is usually performed in the air.
このようなアパタイト粒子の製造方法は、例えば、(論文1)Journal of Molecular Catalysis A:Chemical 206(2003)、第331〜338頁及び(論文2)Journal of Molecular Catalysis A:Chemical 179(2002)、第193〜200頁に詳しく記載されている。 The method for producing such apatite particles is, for example, (Paper 1) Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 206 (2003), pages 331 to 338 and (Paper 2) Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 179 (200). Details are described on pages 193-200.
このようにして得られたアパタイト粒子は、優れた光触媒活性を示す。光触媒活性を示す光の波長は、いずれの波長範囲であっても特に限定されず、種々の波長を選択することができるが、前記のようにして得られたアパタイト粒子は、特に、紫外線、より詳しくはほぼ254nm又はそれ以下の波長の紫外線によって活性酸素種を生成し、光触媒活性を示し得る。 The apatite particles obtained in this manner exhibit excellent photocatalytic activity. The wavelength of light exhibiting photocatalytic activity is not particularly limited in any wavelength range, and various wavelengths can be selected, but the apatite particles obtained as described above are particularly ultraviolet rays and more. Specifically, reactive oxygen species can be generated by ultraviolet light having a wavelength of approximately 254 nm or less, and can exhibit photocatalytic activity.
アパタイト粒子の平均一次粒径は、特に限定されないが、好ましくは5nm〜10μm、特に5〜100nm程度である。この範囲の平均一次粒径であることにより、高い比表面積を保持するとともに、半導体粒子を基材表面部に強く結合可能とし、従って、安定した構造の光触媒を基材表面部に形成することができる。
尚、本明細書において、酸化チタン等の半導体及びアパタイトに関して、「粒子」とは、それら物質が微細な形状で存在していることを示す用語であり、個々の粒子の形態を問わない。基材表面に丸く小さい形状で存在する半導体又はアパタイトはここでいう粒子の典型例であるが、丸い形態に限定されない。不定形であってもよく、本発明の浄化材では通常それら粒子が相互に結合してクラスター状又は層状になっていてもよい。
The average primary particle size of the apatite particles is not particularly limited, but is preferably about 5 nm to 10 μm, particularly about 5 to 100 nm. By having an average primary particle size in this range, a high specific surface area can be maintained, and semiconductor particles can be strongly bonded to the substrate surface portion, and thus a photocatalyst having a stable structure can be formed on the substrate surface portion. it can.
In the present specification, with respect to semiconductors such as titanium oxide and apatite, “particle” is a term indicating that these substances exist in a fine shape, and the form of individual particles is not limited. A semiconductor or apatite existing in a round and small shape on the surface of the substrate is a typical example of the particle referred to here, but is not limited to a round shape. It may be indefinite, and in the purification material of the present invention, these particles are usually bonded to each other to form a cluster or a layer.
次に、本発明の浄化材を構成する半導体粒子について説明する。該半導体粒子としては、光照射によって触媒活性を示す半導体であれば特に限定されず、従来公知のものから適宜選択して用いることができる。例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化鉄、酸化銅、チタン酸鉄、酸化ニッケル、酸化ビスマス及び酸化ケイ素等が挙げられ、これらのうちの一種若しくは2種以上の組み合わせで用いられる。このうち、酸化チタン及び/又は酸化亜鉛が好ましい。特に、酸化チタンが優れた光触媒活性を示すために好適である。酸化チタンとしては、ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型のうちのいずれであってもよいが、特に好ましくは触媒効率の高いアナターゼ型が適している。これら半導体粒子は、いずれの波長の光照射によって光触媒活性を示すものであってもよい。例えば、紫外線又は可視光領域の波長の光によって光触媒活性を示すものが挙げられる。特にアパタイトが紫外線領域において光触媒活性を示すために、同じ紫外線照射によって光触媒活性を示すものが好適である。 Next, semiconductor particles constituting the purification material of the present invention will be described. The semiconductor particles are not particularly limited as long as they are semiconductors that exhibit catalytic activity when irradiated with light, and can be appropriately selected from conventionally known ones. Examples include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, strontium titanate, tungsten oxide, zirconium oxide, niobium oxide, iron oxide, copper oxide, iron titanate, nickel oxide, bismuth oxide, and silicon oxide. Or a combination of two or more. Among these, titanium oxide and / or zinc oxide are preferable. In particular, titanium oxide is suitable because it exhibits excellent photocatalytic activity. Titanium oxide may be any of rutile type, anatase type, and brookite type, and particularly preferably an anatase type having high catalytic efficiency. These semiconductor particles may exhibit photocatalytic activity when irradiated with light of any wavelength. For example, what shows photocatalytic activity by the light of the wavelength of a ultraviolet-ray or visible region is mentioned. In particular, in order for apatite to exhibit photocatalytic activity in the ultraviolet region, those exhibiting photocatalytic activity by the same ultraviolet irradiation are suitable.
半導体粒子の平均一次粒径は、特に限定されないが、好ましくは5〜100nm、特に5〜50nm程度である。この範囲の平均一次粒径であることにより、基材表面部において適当な比表面積を保持することができ、従って、高い光触媒活性を発揮することができる。
半導体粒子とアパタイト粒子との粒径比(前記半導体粒子の平均一次粒径:前記アパタイト粒子の平均一次粒径)は、特に限定されないが、好ましくは1:2000〜20:1、特に1:20〜10:1の範囲である。また、前記半導体粒子と前記アパタイト粒子との重量組成比(浄化材単位容積当たりの前記半導体粒子の重量:前記アパタイト粒子の重量)は、好ましくは20:80〜95:5、特に20:80〜60:40の範囲である。この粒径比及び/又は重量組成比であることにより、基材に対する高い付着性と比表面積とを実現することができる。
The average primary particle size of the semiconductor particles is not particularly limited, but is preferably about 5 to 100 nm, particularly about 5 to 50 nm. When the average primary particle size is in this range, an appropriate specific surface area can be maintained on the surface portion of the substrate, and thus high photocatalytic activity can be exhibited.
The particle size ratio between the semiconductor particles and the apatite particles (average primary particle size of the semiconductor particles: average primary particle size of the apatite particles) is not particularly limited, but is preferably 1: 2000 to 20: 1, particularly 1:20. -10: 1. The weight composition ratio of the semiconductor particles to the apatite particles (weight of the semiconductor particles per unit volume of the purification material: weight of the apatite particles) is preferably 20:80 to 95: 5, particularly 20:80 to The range is 60:40. By this particle size ratio and / or weight composition ratio, high adhesion to the substrate and specific surface area can be realized.
尚、本発明の浄化材において、光触媒活性や基材への結合性を損なわない範囲で、光触媒として半導体粒子(金属酸化物半導体)及びアパタイトに加えて、従来公知の光触媒、例えば、種々の有機高分子半導体や金属錯体等を用いることができる。 In addition, in the purification material of the present invention, in addition to the semiconductor particles (metal oxide semiconductor) and apatite as photocatalysts as long as the photocatalytic activity and the binding property to the base material are not impaired, conventionally known photocatalysts such as various organics A polymer semiconductor, a metal complex, or the like can be used.
また、本発明の浄化材において用いられる基材としては、機械的強度が高く且つ耐久性の優れたものが好ましい。その形状は特に限定されず、板状、筒状、角柱状、球状、楕円球状、又は粒状が挙げられる。特に、基材は、単位質量(容積)当たりの表面積(即ち比表面積)が大きいものが好ましい。従って、多孔質体であることが好ましい。例えば、セラミック多孔質体、ハニカム状セラミックス等が挙げられる。特に、三次元網目構造の無機多孔体の外面及び細孔内に凹凸な表面層を構成するセラミック粒子(以下「表面層用セラミック粒子」という。)が付着して形成された凹凸表面層を有する多孔体が好ましい。
かかる多孔体の三次元網目構造(骨格)を構成する材質としては、所望する機械的強度を維持し得る限り、いずれの種類であってもよい。セラミックス、金属等の無機材料が好適であり、高強度且つ軽量であるという点でセラミックスが特に好ましい。アルミナ、シリカ等の酸化物セラミックス、あるいは窒化ケイ素、炭化ケイ素等の非酸化物セラミックスが基材としての多孔体の構成材料として好ましい。
Moreover, as a base material used in the purification material of the present invention, a material having high mechanical strength and excellent durability is preferable. The shape is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape, a cylindrical shape, a prismatic shape, a spherical shape, an elliptical spherical shape, and a granular shape. In particular, the substrate preferably has a large surface area (ie, specific surface area) per unit mass (volume). Therefore, a porous body is preferable. For example, a ceramic porous body, a honeycomb-shaped ceramic, etc. are mentioned. In particular, it has an uneven surface layer formed by adhering ceramic particles constituting an uneven surface layer (hereinafter referred to as “ceramic particles for the surface layer”) on the outer surface and pores of an inorganic porous body having a three-dimensional network structure. A porous body is preferred.
The material constituting the three-dimensional network structure (skeleton) of the porous body may be of any type as long as the desired mechanical strength can be maintained. Inorganic materials such as ceramics and metals are preferred, and ceramics are particularly preferred in terms of high strength and light weight. Oxide ceramics such as alumina and silica, or non-oxide ceramics such as silicon nitride and silicon carbide are preferable as the constituent material of the porous body as the base material.
また、三次元網目構造(骨格)を構成する骨格筋の直径は、概ね100μm〜1000μmであることが好ましい。これにより、浄化材に照射される光が内部にまで充分に透過し得る気孔(空隙)を形成し易くなる。そのため、多孔体の内部に担持された光触媒にも光が充分に照射され、触媒活性を充分に発揮させることができる。上記骨格筋の直径が100μm未満の場合には、浄化材の強度が不充分となる虞があり好ましくない。一方、直径が1000μmを超える場合には、高い比表面積及び気孔率を両立させ難いため好ましくない。 Moreover, it is preferable that the diameter of the skeletal muscle which comprises a three-dimensional network structure (skeleton) is about 100 micrometers-1000 micrometers. Thereby, it becomes easy to form pores (voids) through which the light irradiated to the purification material can be sufficiently transmitted to the inside. Therefore, the photocatalyst carried inside the porous body is sufficiently irradiated with light, and the catalytic activity can be sufficiently exhibited. When the diameter of the skeletal muscle is less than 100 μm, the strength of the purification material may be insufficient, which is not preferable. On the other hand, when the diameter exceeds 1000 μm, it is difficult to achieve both high specific surface area and porosity, which is not preferable.
基材を構成する多孔体の比表面積は、用途に応じて適宜異なり得るため特に限定されない。ガス処理用の浄化材の場合、0.1m2/cm3以上(例えば0.1〜10m2/cm3)が好ましく、1.0m2/cm3以上(例えば1.0〜10m2/cm3)が特に好ましい。また、多孔体の密度は、材質や用途に応じて適宜異なり得るため特に限定されない。 The specific surface area of the porous body constituting the substrate is not particularly limited because it can be appropriately varied depending on the application. For purification material for gas treatment, 0.1m 2 / cm 3 or more (e.g. 0.1~10m 2 / cm 3) is preferable, 1.0m 2 / cm 3 or more (e.g. 1.0~10m 2 / cm 3 ) is particularly preferred. In addition, the density of the porous body is not particularly limited because it can be appropriately varied depending on the material and application.
表面層用セラミック粒子としては、いずれの種類のセラミックスを用いてもよい。例えばアルミナ粒子等が挙げられる。平均粒子径は典型的には1μm〜100μmである。このような粒径のセラミック粒子が付着して成る凹凸表面層を有する多孔体(好ましくはセラミック多孔体)は、比表面積が大きく、その外面及び細孔内に多量の光触媒を担持し得る。担持量が多ければ光触媒の表面積も大きくなるため、高い光触媒活性を浄化材に付与することができる。表面層用セラミック粒子の平均粒子径が1μm未満の場合には、上記凹凸表面層が充分に形成されない虞があり好ましくない。表面積の向上が期待できないからである。また、平均粒子径が100μmを超える場合には、表面層用セラミック粒子が多孔体本体から脱離し易くなるため好ましくない。 Any kind of ceramics may be used as the surface layer ceramic particles. For example, an alumina particle etc. are mentioned. The average particle size is typically 1 μm to 100 μm. A porous body (preferably a ceramic porous body) having a concavo-convex surface layer formed by adhering ceramic particles having such a particle size has a large specific surface area and can carry a large amount of photocatalyst on the outer surface and pores. Since the surface area of a photocatalyst will become large if there is much loading, high photocatalytic activity can be provided to a purification material. When the average particle diameter of the ceramic particles for the surface layer is less than 1 μm, the uneven surface layer may not be sufficiently formed, which is not preferable. This is because the surface area cannot be improved. Further, when the average particle diameter exceeds 100 μm, it is not preferable because the ceramic particles for the surface layer are easily detached from the porous body.
本発明の浄化材において、基材に対する光触媒(即ち、半導体粒子とアパタイト粒子の合計)の重量は特に限定されないが、好ましくは基材容積当たり概ね0.01〜0.1g/cm3、より好ましくは0.05〜0.1g/cm3である。この相対量が0.01g/cm3よりも少なすぎると、光触媒活性が低下する傾向にあり、好ましくない。他方、この相対量が0.1g/cm3よりも多すぎると、光触媒が剥離する虞があるため好ましくない。
本発明の浄化材では、基材を多孔体とし、当該多孔体の密度(気孔率)や多孔体表面部における光触媒のサイズ(典型的には粒径分布)を変化させることにより、光透過性を顕著に向上させることができる。このため、厚みが3〜20mm、特に5〜15mm(例えば13.5mm)であっても紫外線の光透過性に優れる。このことにより、浄化材の厚みを実用上増加させ得、高い光触媒活性(浄化能力)を発揮することができる。
In the purification material of the present invention, the weight of the photocatalyst (that is, the sum of the semiconductor particles and the apatite particles) with respect to the base material is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 0.1 g / cm 3 per base material volume, more preferably. Is 0.05 to 0.1 g / cm 3 . If the relative amount is less than 0.01 g / cm 3 , the photocatalytic activity tends to decrease, which is not preferable. On the other hand, when the relative amount is more than 0.1 g / cm 3 , the photocatalyst may be peeled off, which is not preferable.
In the purification material of the present invention, the base material is a porous body, and the light transmittance is changed by changing the density (porosity) of the porous body and the size of the photocatalyst (typically the particle size distribution) on the surface of the porous body. Can be significantly improved. For this reason, even if it is 3-20 mm in thickness, especially 5-15 mm (for example, 13.5 mm), it is excellent in the light transmittance of an ultraviolet-ray. Thereby, the thickness of the purification material can be increased practically and high photocatalytic activity (purification ability) can be exhibited.
次に、上述した浄化材を製造する方法の好適な一例を説明する。
浄化材において使用可能な基材は、典型的にはセラミック体である。好ましくは多孔質なセラミック体を用意する。特に好適な多孔質セラミック体は、例えば以下のようにして製造することができる。まずセラミック微粉末(アルミナ、シリカおよびムライト等からなる微粉末の一種または二種以上を使用することができる。)と、結合材としてのバインダ(デキストリン、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機系バインダ、粘土、珪酸ナトリウム等の無機系バインダのいずれも使用可能である)とを、適宜水を加えて攪拌混合し、セラミック多孔体を形成するためのスラリーを調製する。そして、三次元網目構造を有する所定の形状(例えばプレート形状)の有機多孔体(ポリウレタンフォーム等)に上記スラリーを含浸させる。次いで、多孔体が乾燥する前に、平均粒子径が1〜100μmである表面層用セラミック粒子(アルミナ、シリカおよびムライト等からなる粒子の一種または二種以上を使用することができる。)を多孔体表面に付着させる。乾燥後、当該多孔体を加熱し、有機物を焼失させると共に上記セラミック微粉末及び表面層用セラミック粒子を焼結させる。
Next, a suitable example of the method for producing the purification material described above will be described.
The substrate that can be used in the purification material is typically a ceramic body. A porous ceramic body is preferably prepared. A particularly suitable porous ceramic body can be produced, for example, as follows. First, ceramic fine powder (one kind or two or more kinds of fine powder composed of alumina, silica, mullite, etc. can be used) and a binder as binder (organic binders such as dextrin, methylcellulose, polyvinyl alcohol, clay) Any of the inorganic binders such as sodium silicate can be used) and water is added as appropriate and stirred to prepare a slurry for forming a ceramic porous body. Then, the slurry is impregnated into an organic porous body (such as polyurethane foam) having a predetermined shape (for example, plate shape) having a three-dimensional network structure. Next, before the porous body is dried, ceramic particles for the surface layer having an average particle diameter of 1 to 100 μm (one or more kinds of particles made of alumina, silica, mullite, etc. can be used) are made porous. Adhere to the body surface. After drying, the porous body is heated to burn off the organic matter and sinter the ceramic fine powder and the surface layer ceramic particles.
このような処理によって、図1及び図2に示すように、三次元網目構造の多孔体1を構成する骨格筋3の表面に表面層用セラミック粒子5が一体に保持(焼結)されたセラミック多孔体1が得られる。有機多孔体が焼失した部分には、図2に示すように、焼失痕7が形成される。なお、図1の一部は、説明のためにセラミック粒子5の表示を省略して骨格筋3を露出させている。このような骨格筋3のみの多孔体も基材として好適に使用し得る。
前記半導体粒子としては、光触媒として入手可能ないずれの半導体粒子、特に酸化チタンを用いることができる。従って、市販されているものを入手してもよいし、従来公知の製造方法によって製造したものを特に制限なく使用することができる。また、アパタイト粒子としては、前記のように製造したものを用意することが好適である。
1 and 2, the ceramic in which the surface layer
As the semiconductor particles, any semiconductor particles available as a photocatalyst, particularly titanium oxide can be used. Therefore, what is marketed may be obtained and what was manufactured by the conventionally well-known manufacturing method can be especially used without a restriction | limiting. Further, it is preferable to prepare the apatite particles manufactured as described above.
次に、基材に光触媒を担持する処理について説明する。担持方法としては、従来行われている手法を特に制限なく採用することができる。例えば、水(好適にはイオン交換水)、有機溶媒、希酸(硝酸等)等の溶媒中に粉末状の半導体及びアパタイトの混合物を分散してスラリーを調製し、撹拌する。スラリー中におけるこれら混合物の濃度は、好ましくは1〜90重量%、より好ましくは3〜30重量%の範囲に調整する。この濃度よりも高いと、スラリー粘度が高くなり、スラリーを均一に混合することが困難であり、一方、この濃度よりも低いと、生成量が低下するため、効率的でない。また、半導体粉末とアパタイト粉末との混合割合は、前記重量組成比であることが好適である。これらを均質に分散するために、スターラー、超音波振動、又は影響を与えない分散剤等を使用してもよい。 Next, the process for supporting the photocatalyst on the substrate will be described. As a supporting method, a conventionally performed method can be employed without any particular limitation. For example, a slurry is prepared by dispersing a mixture of a powdered semiconductor and apatite in a solvent such as water (preferably ion-exchanged water), an organic solvent, a dilute acid (such as nitric acid), and the like. The concentration of the mixture in the slurry is preferably adjusted to 1 to 90% by weight, more preferably 3 to 30% by weight. If it is higher than this concentration, the viscosity of the slurry becomes high and it is difficult to mix the slurry uniformly. On the other hand, if it is lower than this concentration, the production amount is reduced, which is not efficient. The mixing ratio of the semiconductor powder and the apatite powder is preferably the weight composition ratio. In order to disperse them uniformly, a stirrer, ultrasonic vibration, or a non-influence dispersing agent may be used.
そして、その中に基材、好適にはセラミック多孔体をディップ(浸漬)する。次いで基材を乾燥する。乾燥温度は特に限定されないが、室温から300℃、例えば50〜200℃、好ましくは80〜150℃である。この温度よりも低いと、乾燥に時間がかかる。一方、この温度よりも高いと、半導体粒子及びアパタイトの粒子が成長して、比表面積、即ち、触媒活性が低下する傾向にある。その時間は特に限定されないが、通常10〜200分、好適には10〜60分間である。これにより、図3に示すように、セラミック多孔体1表面部(セラミック多孔体にあってはその外面及び細孔内)にこれら光触媒(典型的には光触媒層)9を担持(固定化)することができる。尚、図3中、光触媒9は、均一な層が連続的に形成されているが、これに限定されず、例えば、図4に示すように、基材1表面部に光触媒粒子からなる塊9aが分散して担持されたものであってもよい。得られる光触媒の膜厚、形状、及びその組成等は、スラリーの各成分濃度、原料粉末の粒径、乾燥温度及び時間等により適宜制御することができる。
Then, a base material, preferably a ceramic porous body is dipped (immersed) therein. The substrate is then dried. Although drying temperature is not specifically limited, It is room temperature to 300 degreeC, for example, 50-200 degreeC, Preferably it is 80-150 degreeC. Below this temperature, drying takes time. On the other hand, when the temperature is higher than this temperature, semiconductor particles and apatite particles grow, and the specific surface area, that is, the catalytic activity tends to decrease. The time is not particularly limited, but is usually 10 to 200 minutes, preferably 10 to 60 minutes. As a result, as shown in FIG. 3, the photocatalyst (typically the photocatalyst layer) 9 is supported (immobilized) on the surface portion of the ceramic porous body 1 (in the case of the ceramic porous body, the outer surface and inside the pores). be able to. In FIG. 3, the
光触媒担持方法としては、かかるディップ法の他、光触媒のゾル又はスラリーを基材(好ましくはセラミック多孔体)に直接吹き付ける手段によってもよい。
或いは、アパタイト粒子は、それ自体からなる粉末を予め製造して用いる他、半導体粒子表面上において担持させた状態で形成することもできる。即ち、アパタイトの製造において用いたようなカルシウム成分とリン酸成分とを含むスラリーを用意し、これを半導体粉末と混合してから熱処理することにより、アパタイト粒子を担持した半導体粉末を得ることができる。スラリーと半導体粉末との混合・分散方法は、前記のようにスターラー、超音波振動、又は影響を与えない分散剤等を用いることができる。また、熱処理前にアパタイト粒子の生成のために、前記沈殿法と同様な手段を用いることができる。即ち、半導体粉末混合スラリー溶液のpHや各成分の濃度、反応速度等を制御することができる。好適な範囲は前記アパタイト粉末の製造方法と同様であるため、その説明を省略する。その後、熱処理することにより、所望の粒径、及び組成のアパタイト粒子を半導体粒子表面上に形成することができる。熱処理は、酸素雰囲気において、好ましくは150〜300℃、特に200〜300℃程度の温度範囲で行われる。この熱処理温度範囲であることにより、光触媒活性に優れるアパタイト粒子を形成することができる。
As a photocatalyst carrying method, besides the dip method, a photocatalyst sol or slurry may be directly sprayed on a substrate (preferably a ceramic porous body).
Alternatively, the apatite particles can be formed in a state where they are supported on the surface of the semiconductor particles, in addition to being prepared and used in advance. That is, a semiconductor powder carrying apatite particles can be obtained by preparing a slurry containing a calcium component and a phosphoric acid component as used in the manufacture of apatite, and mixing this with a semiconductor powder followed by heat treatment. . As described above, the method of mixing and dispersing the slurry and the semiconductor powder can use a stirrer, ultrasonic vibration, or a dispersant that does not affect the slurry. Moreover, the same means as the precipitation method can be used for the production of apatite particles before the heat treatment. That is, the pH of the semiconductor powder mixed slurry solution, the concentration of each component, the reaction rate, and the like can be controlled. Since the preferred range is the same as the method for producing the apatite powder, the description thereof is omitted. Thereafter, the apatite particles having a desired particle size and composition can be formed on the surface of the semiconductor particles by heat treatment. The heat treatment is preferably performed in an oxygen atmosphere at a temperature range of about 150 to 300 ° C., particularly about 200 to 300 ° C. By being within this heat treatment temperature range, apatite particles having excellent photocatalytic activity can be formed.
そして、得られたアパタイト担持半導体粒子を基材表面部に担持する。この担持方法としては、前記光触媒混合物の担持方法、即ち、ディップ又は吹き付ける方法と同様に行うことができる。従って、詳細な説明を省略する。この方法によれば、アパタイト粒子の粒径を小さく形成することができる。即ち、アパタイト担持半導体粉末における半導体粒子とアパタイト粒子との粒径比(前記半導体粒子の平均一次粒径:前記アパタイト粒子の平均一次粒径)を好ましくは1:2000〜20:1の範囲、特に1:20〜10:1の範囲とすることができる。このため、半導体粒子表面上に均一に分散し、少ない配合比であっても強い結合力を発揮することができる。また、重量組成比(浄化材単位容積当たりの前記半導体粒子の重量:前記アパタイト粒子の重量)は好ましくは99.9:0.1〜90.0:10.0の範囲、特に99.7:0.3〜90.0:10.0の範囲である。このように半導体光触媒の量比を上げても当該光触媒が基材から剥離することを極めて高い効果で防止し得る。 And the obtained apatite carrying | support semiconductor particle is carry | supported by the base-material surface part. This supporting method can be carried out in the same manner as the supporting method of the photocatalyst mixture, that is, the dip or spraying method. Therefore, detailed description is omitted. According to this method, the particle diameter of the apatite particles can be reduced. That is, the particle size ratio between the semiconductor particles and the apatite particles in the apatite-carrying semiconductor powder (average primary particle size of the semiconductor particles: average primary particle size of the apatite particles) is preferably in the range of 1: 2000 to 20: 1. It can be in the range of 1:20 to 10: 1. For this reason, it can disperse | distribute uniformly on the surface of a semiconductor particle, and can show strong bond strength even if it is a small compounding ratio. The weight composition ratio (weight of the semiconductor particles per unit volume of the purification material: weight of the apatite particles) is preferably in the range of 99.9: 0.1 to 90.0: 10.0, particularly 99.7: It is the range of 0.3-90.0: 10.0. Thus, even if the quantity ratio of the semiconductor photocatalyst is increased, the photocatalyst can be prevented from peeling off from the substrate with a very high effect.
また、本発明によれば、上述した浄化材を主体に構成される浄化モジュール(光触媒処理装置)が提供される。具体的には、本発明の浄化モジュールは、ここで教示されるいずれかの浄化材と、その浄化材に紫外線の照射が可能な光源とを備えている。
光源は、いずれの光であってもよいが、好ましくは、紫外光が放射されるように設定される。例えば、紫外光用光源を使用してもよい。具体的には、主として紫外光を放射し得る光源として、254nm付近に極大波長を有する紫外線を放射する殺菌ランプ、380nm付近に極大波長を有する紫外線を放射するブラックライト、UVライト、水銀灯、重水素ランプ等が挙げられる。また、これら光源を2種以上組み合わせて用いることもできる。特に、254nm以下の波長(典型的にはUV−C帯増強型)の紫外線を照射可能なものが好ましい。この波長であると、アパタイト粒子の光触媒活性が十分に発揮され得る。このため、アパタイト粒子の光触媒活性を有効に利用することができ、光利用効率が向上する。
Moreover, according to this invention, the purification module (photocatalyst processing apparatus) comprised mainly by the purification | cleaning material mentioned above is provided. Specifically, the purification module of the present invention includes any of the purification materials taught herein and a light source capable of irradiating the purification material with ultraviolet rays.
The light source may be any light, but is preferably set so that ultraviolet light is emitted. For example, an ultraviolet light source may be used. Specifically, as a light source capable of mainly emitting ultraviolet light, a sterilizing lamp that emits ultraviolet light having a maximum wavelength near 254 nm, a black light, a UV light, a mercury lamp, deuterium that emits ultraviolet light having a maximum wavelength near 380 nm A lamp etc. are mentioned. Two or more of these light sources can be used in combination. In particular, those capable of irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm or less (typically UV-C band enhancement type) are preferable. With this wavelength, the photocatalytic activity of the apatite particles can be sufficiently exhibited. For this reason, the photocatalytic activity of the apatite particles can be used effectively, and the light utilization efficiency is improved.
本発明の浄化モジュールは、例えば、図5に模式的に示すようなガス処理モジュール10として構築することができる。このモジュール10は、大まかにいって、ガス導入管13と、ガス排出管15と、ガス流通可能な内部空間を有するケーシング17と、光源19とから構成されている。ケーシング17の吸気口17aにはガス導入管13が連通されている。ケーシング17の排気口17bにはガス排出管15が連通されている。ガス排出管15の一部には図示しない送風機が装備されており、当該送風機を作動させることによって、ガス導入管13の先端から被処理ガスをこのモジュール10に導入することができる。導入された被処理ガスは、ガス導入管13、ケーシング17内部、ガス排出管15を通ってガス排出管15の後端から排出される(図中の矢印参照)。また、光源19は、ケーシング17の蓋部17cに対向して設けられており、所定の波長の光、好適には紫外線を所定の強度で照射可能に構成されている。例えば、光源19は、UV−C増強型紫外線照射装置(即ち殺菌ランプ)、又はブラックライトである。
The purification module of the present invention can be constructed as, for example, a
ケーシング17内には、浄化材21が内蔵されている。浄化材21は、ガス流通(進行)方向に沿って水平に配置されている。従って、ガス導入管13から供給された被処理ガスは、ケーシング17内において浄化材21を透過して、ガス排出管15から排出される。ケーシング17の蓋部17cは、光透過可能な材料、例えば、石英ガラスから構成され、光源19から照射された光をその内部、すなわち浄化材21に透過する。これにより、浄化材21に光触媒反応を生じさせることができ、被処理ガスを浄化することができる。
A
以上の構成の本実施形態に係るガス処理モジュール10では、送風機を作動させることによって所定の流量で被処理ガスをケーシング17内に供給することができる。そして、浄化材21に順次供給される。このとき、光源19から光、特に紫外光を浄化材21に照射することによって、光触媒反応に基づくガス浄化処理が実行される。被処理ガスは浄化材21を通過し、効果的に浄化され得る。そして、処理(浄化)された被処理ガスは、ケーシング17から排出され、ガス排出管15を通って外部に排出される(図中の矢印参照)。
なお、必要に応じてガス導入管13の一部に活性炭等から構成される吸着部23を備えていてもよい。吸着部23によって、予め吸着可能な物質を除去することにより、浄化材21における浄化効率をより向上させることができる。
In the
In addition, you may equip part of the gas introduction pipe |
あるいは、図6に示すように、ガス処理モジュール100は、ケーシング117内において、その幅広面がガス流通方向に対して直交するようにしてガス流通(進行)方向に沿って相互に隔離して2個の浄化材(フィルター)121a、121bを設けてもよい。そして、それら浄化材121a、121bの間には、これら浄化材21a,121bの両方に光、特に紫外光を照射し得る光源119(例えばUV−C増強型紫外線照射装置、即ち殺菌ランプ)が配置されている。被処理ガスは浄化材121a、121bを二度通過するため(図中の矢印参照)、効果的に浄化され得る。
なお、図6に示すモジュール100における他の構成(ガス導入管、ガス排出管、ケーシング117の吸気口及び排気口、送風機、吸着材)は、いずれも上述した図5に示すモジュール10と同様であり、重複した説明は省略する。
Alternatively, as shown in FIG. 6, the
6 are the same as those of the
本発明の浄化モジュールによって処理されるガスとしては、煙、悪臭成分やNOx、SOx等の大気中環境汚染物質等が挙げられる。従って、自動車、居間、台所、トイレ、工場内等の脱臭、浄化に好ましく適用することができる。
また、このような浄化モジュールは、上述のようなガスの浄化用のみならず、液体、特に汚染された水、例えば、生活廃水や産業廃水を浄化するために用いることができる。具体的には、有機溶剤や農薬の混入した廃水、プールや貯水の浄化に好ましく適用することができる。さらに本発明の浄化モジュールを用いて、空気中又は水中の菌やカビ等の微生物の繁殖を効果的に防止することができる。
Examples of the gas processed by the purification module of the present invention include smoke, malodorous components, atmospheric environmental pollutants such as NOx, SOx, and the like. Therefore, it can be preferably applied to deodorization and purification in automobiles, living rooms, kitchens, toilets, factories and the like.
Further, such a purification module can be used not only for purifying gas as described above, but also for purifying liquid, particularly contaminated water, for example, domestic wastewater and industrial wastewater. Specifically, it can be preferably applied to the purification of waste water, pools and stored water mixed with organic solvents and agricultural chemicals. Furthermore, by using the purification module of the present invention, it is possible to effectively prevent the growth of microorganisms such as fungi and fungi in the air or water.
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
・ 酸化チタン粉末及び水酸アパタイト粉末の混合物を基材表面部に担持した光触媒フィルターの製造
・ 水酸アパタイト粉末の製造
水酸アパタイトの製造は、前記論文1及び2に記載の方法に従って行った。即ち、水酸化カルシウム及びリン酸を出発物質として用いた。1モル相当量(74g)のCa(OH)2スラリー(溶剤:イオン交換水、濃度:37%)200cm3に、0.6モル相当量(58.8g)のH3PO4水溶液(濃度:29.4%)200cm3を10cm3/分の速度で滴下し、水酸アパタイトスラリーを生成させた。次いで、得られたスラリーにNaOH水溶液(濃度:4%)を添加して、pHを7.0に調整した後、室温で48時間熟成し、化学量論比の水酸アパタイト沈殿物を得た。得られた沈殿物を100℃にて24時間乾燥した。その後、電気炉中において、200℃で1時間熱処理することによって、水酸アパタイト粉末を得た。得られた水酸アパタイト粉末中のCa/P比は、化学分析によって測定したところ、1.67であった。
Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.
-Manufacture of photocatalytic filter having a mixture of titanium oxide powder and hydroxyapatite powder supported on the surface of the substrate-Manufacture of hydroxyapatite powder Hydroxyapatite was manufactured according to the method described in the
(2)基材(多孔体)の製造
容量2リットルのポリエチレン製のポットミル内に、セラミック微粉末(アルミナ微粉末)446.5g、タルク16.0g、木節粘土36.5g、水155gおよび分散剤12.5gを投入した。さらに、直径10mmのアルミナ玉石をポットミルの約1/3まで投入して5時間攪拌混合した。次いで、このポットミル内に有機バインダ(第一工業製薬(株)製、商品名「セラモTB−01」)を127.1g添加し、さらに20時間攪拌した。このようにして、セラミック多孔体を形成するためのスラリーを調製した。
このスラリーに、三次元網目構造を有するプレート形状の有機多孔体(ここではウレタンフォーム)を浸け、スラリーを多孔体表面に含浸させた。次いで、スラリー中からウレタンフォームを取り出し、余剰のスラリーをローラで押し出すようにして除去した。次いで、ウレタンフォームの空隙に詰まったスラリーを、スプレーを用いて吹き飛ばすことにより目詰まりを解消した。
(2) Production of base material (porous body) 446.5 g of fine ceramic powder (alumina fine powder), 16.0 g of talc, 36.5 g of Kibushi clay, 155 g of water and dispersion in a 2 liter polyethylene pot mill 12.5 g of the agent was added. Further, alumina cobblestone having a diameter of 10 mm was added to about 1/3 of the pot mill and stirred and mixed for 5 hours. Next, 127.1 g of an organic binder (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name “Ceramo TB-01”) was added to the pot mill, and the mixture was further stirred for 20 hours. Thus, the slurry for forming a ceramic porous body was prepared.
A plate-shaped organic porous body (here, urethane foam) having a three-dimensional network structure was immersed in this slurry, and the surface of the porous body was impregnated with the slurry. Next, the urethane foam was taken out of the slurry, and the excess slurry was removed by extruding with a roller. Next, the clogging was eliminated by blowing off the slurry clogged in the voids of the urethane foam using a spray.
さらに、ウレタンフォームに付着したスラリーに、篩を用いて平均粒径8μmの表面層用セラミック粒子(アルミナ粒子)を振り掛けることにより均一に付着させた。次いで、余分なアルミナ粒子を払い落として、オーブン中でスラリーの付着したウレタンフォームを70℃で24時間乾燥し、その後1600℃で1時間焼成した。この焼成により、ウレタンフォームを焼失させるとともに、上記アルミナ微粉末とアルミナ粒子を焼結させた。このようにして、上述の図1に示すような、三次元網目構造を構成する骨格筋の表面に上記アルミナ粒子から成る凹凸表面層が形成されたセラミック多孔体を得た。
得られたセラミック多孔体の嵩密度を測定したところ、0.26g/cm3であった。また、その表面積はBET法により測定したところ、約0.5m2/gであった。
Furthermore, the ceramic particles for the surface layer (alumina particles) having an average particle diameter of 8 μm were sprinkled on the slurry adhering to the urethane foam using a sieve to make it uniformly adhere. Then, excess alumina particles were removed, and the urethane foam to which the slurry adhered was dried in an oven at 70 ° C. for 24 hours, and then fired at 1600 ° C. for 1 hour. By this firing, the urethane foam was burned out and the alumina fine powder and alumina particles were sintered. In this way, a porous ceramic body was obtained in which the uneven surface layer made of the alumina particles was formed on the surface of the skeletal muscle constituting the three-dimensional network structure as shown in FIG.
When the bulk density of the obtained ceramic porous body was measured, it was 0.26 g / cm 3 . The surface area was about 0.5 m 2 / g as measured by the BET method.
(3)光触媒フィルターの製造
TiO2粉末(日本エアロジル株式会社製、商品名:P25)と前記(1)により得られた水酸アパタイト粉末とを下記表1の割合でイオン交換水300cm3-中に添加し、スターラーで30分間攪拌して混合後、さらに得られたスラリーを15分間超音波振動により均一に分散させた。
次いで、得られたスラリーを前記(2)により得られたセラミック多孔質体に浸漬して塗布し、100℃で30分間乾燥した。この結果、酸化チタン粒子及び水酸アパタイト粒子がセラミック多孔質体表面部に担持された。この酸化チタン粒子及び水酸アパタイト粒子は、図7に模式的に示すように、酸化チタン粒子50と水酸アパタイト粒子51とが互いに分散した状態(典型的には、クラスター状態)で担持されている。
尚、セラミック多孔質体への担持量は、セラミック多孔質体の体積:240×125×13mmあたり、10g±1.0gに制御した。
(3) Manufacture of photocatalytic filter TiO 2 powder (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name: P25) and the hydroxyapatite powder obtained by the above (1) in a ratio of 300 cm 3 in ion exchange water After stirring for 30 minutes with a stirrer and mixing, the resulting slurry was further uniformly dispersed by ultrasonic vibration for 15 minutes.
Next, the obtained slurry was dipped in the ceramic porous body obtained in (2) above and applied, and dried at 100 ° C. for 30 minutes. As a result, titanium oxide particles and hydroxyapatite particles were supported on the surface of the ceramic porous body. As schematically shown in FIG. 7, the titanium oxide particles and the hydroxyapatite particles are supported in a state where the
The amount supported on the ceramic porous body was controlled to 10 g ± 1.0 g per volume of the ceramic porous body: 240 × 125 × 13 mm.
<2>水酸アパタイト担持酸化チタン粉末を基材表面部に担持した光触媒フィルターの製造
(1)水酸アパタイト担持酸化チタン粉末の製造
水酸アパタイトの出発物質として、水酸化カルシウム及びリン酸を用いた。1モル相当量(74g)のCa(OH)2スラリー(溶剤:イオン交換水、濃度:37%)200cm3に、0.6モル相当量(58.8g)のH3PO4水溶液(濃度:29.4%)200cm3を10cm3/分の速度で滴下し、水酸アパタイトスラリーを生成させた。次いで、得られたスラリーに下記表2の割合でのTiO2粉末(日本エアロジル株式会社製、商品名:P25)を添加し、スターラーで30分間攪拌を行った。
そして、得られたスラリーにNaOH水溶液(濃度:4%)を添加して、pHを7.0に調整した後、100℃にて24時間乾燥した。その後、電気炉中において、200℃で1時間熱処理することによって、水酸アパタイト担持酸化チタン粉末を得た。この水酸アパタイト担持酸化チタン粉末は、図8に模式的に示すように、酸化チタン粒子54表面上に、それよりも粒径の小さい水酸アパタイト粒子56が分散して担持されている。
<2> Manufacture of a photocatalytic filter having a hydroxyapatite-supported titanium oxide powder supported on the substrate surface (1) Manufacture of a hydroxyapatite-supported titanium oxide powder Calcium hydroxide and phosphoric acid are used as starting materials for hydroxyapatite It was. 1 mol equivalent (74 g) of Ca (OH) 2 slurry (solvent: ion-exchanged water, concentration: 37%) in 200 cm 3 and 0.6 mol equivalent (58.8 g) of H 3 PO 4 aqueous solution (concentration: 29.4%) 200 cm 3 was added dropwise at a rate of 10 cm 3 / min to produce a hydroxyapatite slurry. Next, TiO 2 powder (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name: P25) at a ratio shown in Table 2 below was added to the obtained slurry, and the mixture was stirred with a stirrer for 30 minutes.
And NaOH aqueous solution (concentration: 4%) was added to the obtained slurry, pH was adjusted to 7.0, and it dried at 100 degreeC for 24 hours. Then, the hydroxyapatite carrying | support titanium oxide powder was obtained by heat-processing in an electric furnace at 200 degreeC for 1 hour. As schematically shown in FIG. 8, the hydroxyapatite-supported titanium oxide powder has
(2)光触媒フィルターの製造
前記(1)により得られた水酸アパタイト担持酸化チタン粉末100gをイオン交換水300cm3-中に添加し、スターラーで15分間攪拌して混合した。
次いで、得られたスラリーを前記<1>(2)により得られたセラミック多孔質体に浸漬して塗布し、100℃で30分間乾燥した。
尚、セラミック多孔質体への担持量は、セラミック多孔質体の体積:240×125×13mmあたり、10g±1.0gに制御した。
(2) Production of photocatalytic filter 100 g of the hydroxyapatite-supported titanium oxide powder obtained in (1) above was added to 300 cm 3− of ion-exchanged water, and the mixture was stirred for 15 minutes with a stirrer and mixed.
Subsequently, the obtained slurry was dipped in the ceramic porous body obtained by the above <1> (2) and applied, and dried at 100 ° C. for 30 minutes.
The amount supported on the ceramic porous body was controlled to 10 g ± 1.0 g per volume of the ceramic porous body: 240 × 125 × 13 mm.
<3>比較例
(1)比較例1
比較例1の光触媒フィルターとして、前記(2)により得られたセラミック多孔質体をそのまま用いた。即ち、光触媒が担持されていない。
(2)比較例2
水酸アパタイト沈殿物の熱処理温度を200℃ではなくて1150℃としたこと以外は、前記調合4と同様にして光触媒フィルターを製造した。即ち、水酸アパタイトは光触媒として不活性である。
尚、この比較例2において用いた水酸アパタイト粉末と、前記実施例としての<1>(1)において製造した水酸アパタイト粉末について、X線回折(XRD)パターンをX線回折計(リガクマルチフレックス回折器)において測定した。結果を図10に示す。図10から明らかなように、c軸方向におけるピーク(002)は、いずれの水酸アパタイトにおいても同じシャープなピークが示され、即ち、同様な結晶性を有することが判る。ところが、a軸方向におけるピーク(300)は、本比較例の水酸アパタイト粉末においては、ブロードなピークを示す一方、実施例のものはシャープなピークを示している。従って、比較例2の水酸アパタイト粉末はa軸方向の結晶性が低く、一方、実施例の水酸アパタイト粉末はa軸方向の結晶性が高いことが判る。即ち、これら水酸アパタイト粉末は、a軸方向の結晶性に相違が見られ、この結晶性に優れるものは光触媒活性が高いことが確認された。
(3)比較例3
前記各調合において用いたものと同様な酸化チタン粉末に、TiO2に対するSiO2の重量比を3.0%(w/w)として珪酸エチルを添加した。この合計100gをイオン交換水300cm3-中に添加し、スターラーで30分間攪拌して混合後、さらに得られたスラリーを15分間超音波振動により均一に分散させた。
次いで、得られたスラリーを前記<1>(2)により得られたセラミック多孔質体に浸漬して塗布し、600℃で30分間焼き付けた。
尚、セラミック多孔質体への担持量は、セラミック多孔質体の体積:240×125×13mmあたり、10.3gであった。
<3> Comparative Example (1) Comparative Example 1
As the photocatalytic filter of Comparative Example 1, the ceramic porous body obtained in the above (2) was used as it was. That is, no photocatalyst is supported.
(2) Comparative Example 2
A photocatalytic filter was produced in the same manner as in Preparation 4 except that the heat treatment temperature of the hydroxyapatite precipitate was 1150 ° C. instead of 200 ° C. That is, hydroxyapatite is inactive as a photocatalyst.
The hydroxyapatite powder used in Comparative Example 2 and the hydroxyapatite powder produced in <1> (1) as the above example were subjected to an X-ray diffraction (XRD) pattern using an X-ray diffractometer (Rigaku Multi (Flex diffractometer). The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 10, the peak (002) in the c-axis direction shows the same sharp peak in any of the hydroxyapatite, that is, has the same crystallinity. However, the peak (300) in the a-axis direction shows a broad peak in the hydroxyapatite powder of this comparative example, while the example shows a sharp peak. Therefore, it can be seen that the hydroxyapatite powder of Comparative Example 2 has low crystallinity in the a-axis direction, while the hydroxyapatite powder of Example has high crystallinity in the a-axis direction. That is, these hydroxyapatite powders showed a difference in crystallinity in the a-axis direction, and it was confirmed that those having excellent crystallinity have high photocatalytic activity.
(3) Comparative Example 3
Ethyl silicate was added to a titanium oxide powder similar to that used in each of the above preparations with a weight ratio of SiO 2 to TiO 2 of 3.0% (w / w). A total of 100 g was added to 300 cm 3− of ion-exchanged water, mixed with stirring for 30 minutes with a stirrer, and the resulting slurry was further uniformly dispersed by ultrasonic vibration for 15 minutes.
Next, the obtained slurry was dipped in the ceramic porous body obtained by the above <1> (2) and applied, and baked at 600 ° C. for 30 minutes.
The amount supported on the ceramic porous body was 10.3 g per volume of the ceramic porous body: 240 × 125 × 13 mm.
<4>TiO2剥離試験
前記<1>及び<2>により得られた光触媒フィルターを振動試験機に装着して振動試験を実施し、振動による光触媒の剥離量を求めた。
尚、振動試験機における各条件は、光触媒フィルターの厚さ方向をZ方向とし、加速度:0.8G、振動数:5〜50Hz、振動時間:10分間とし、すべてZ方向への振動とした。結果を表3に示す。
<4> TiO 2 Peeling Test The photocatalytic filter obtained by the above <1> and <2> was mounted on a vibration testing machine, a vibration test was performed, and a photocatalyst peeling amount due to vibration was obtained.
The conditions in the vibration tester were the Z direction in the thickness direction of the photocatalytic filter, acceleration: 0.8 G, vibration frequency: 5 to 50 Hz, vibration time: 10 minutes, and all vibrations in the Z direction. The results are shown in Table 3.
表3の結果から明らかなように、<1>の光触媒フィルターにおいては、光触媒が酸化チタンのみで構成される調合11は、ほとんどの酸化チタン粒子がセラミック多孔質体から剥離してしまった。これに対して、酸化チタン:水酸化アパタイトの重量組成比が20:80〜95:5の範囲で構成される光触媒(調合2〜7)においては、酸化チタンの剥離量が1g未満であり、特に、20:80〜60:40の範囲(調合2〜4)においては0.01g未満であり、水酸アパタイトの優れた結合性が示された。
また、<2>の光触媒フィルターにおいては、酸化チタン:水酸化アパタイトの重量組成比が99.9:0.1〜90.0:10.0の範囲(調合12〜19)において酸化チタンの剥離量が1g未満であり、特に、99.7:0.3〜90.0:10.0の範囲(調合13〜19)においては0.01g未満であった。このため、<2>の水酸アパタイト担持酸化チタンを用いたフィルターの方が、少ない配合量であっても水酸アパタイトが優れた結合性を示すことが判った。
As is apparent from the results in Table 3, in the photocatalytic filter of <1>, in the preparation 11 in which the photocatalyst is composed only of titanium oxide, most of the titanium oxide particles were peeled off from the ceramic porous body. On the other hand, in the photocatalyst (formulation 2-7) in which the weight composition ratio of titanium oxide: hydroxide apatite is in the range of 20:80 to 95: 5, the peel amount of titanium oxide is less than 1 g, In particular, in the range of 20:80 to 60:40 (formulations 2 to 4), it was less than 0.01 g, indicating excellent binding properties of hydroxyapatite.
In the photocatalytic filter <2>, the titanium oxide is peeled off in a range where the weight composition ratio of titanium oxide: hydroxyapatite is 99.9: 0.1-90.0: 10.0 (formulation 12-19). The amount was less than 1 g, particularly less than 0.01 g in the range of 99.7: 0.3 to 90.0: 10.0 (
<5>比表面積の測定
前記<1>及び<2>においてセラミック多孔質体に浸漬したと同様なスラリー(即ち、<1>では酸化チタン粒子及び水酸アパタイト粒子含有スラリー、<2>では水酸アパタイト担持酸化チタン粒子含有スラリー)を100℃で30分間乾燥し、BET法によって比表面積を測定した。結果を表4に示す。
<5> Measurement of specific surface area The same slurry as that immersed in the ceramic porous body in the above <1> and <2> (that is, slurry containing titanium oxide particles and hydroxyapatite particles in <1>, water in <2> The slurry containing acid apatite-carrying titanium oxide particles) was dried at 100 ° C. for 30 minutes, and the specific surface area was measured by the BET method. The results are shown in Table 4.
表4の結果から明らかなように、水酸アパタイトのみの光触媒である調合1を除いて、全ての光触媒の比表面積は調合11の酸化チタンのみのものと比較しても有意に低下していなかった。特に酸化チタン:水酸化アパタイトの重量組成比が90:10〜99.9:0.1の範囲で構成される光触媒(調合6〜19)は、その比表面積がほぼ変化しなかった。
As is clear from the results in Table 4, the specific surface area of all the photocatalysts was not significantly reduced even when compared with the titanium oxide alone of Formulation 11, except for
<6>光触媒活性の評価試験
(1)硫化ジメチル(DMS)の分解除去試験
図9に示すようなガス処理モジュール10aにおいて、DMSを光触媒反応によって処理した。即ち、図5と同様なガス処理モジュール10において、ガス導入管13のガス流入側にDMS及び合成空気(O2+N2)を供給するDMS供給部25及び空気供給部27が接続されている。これら供給部25、27には、それぞれその流量をコントロール可能なマスフローコントローラー25a、27aが備えられている。光源19としては20Wの殺菌ランプ(極大波長254nm:UV−B、東芝ライテック製)を用いた。また、排出されたガスのDMS濃度及びCO2濃度を分析するために、ガス排出管15のガス流出方向先端には、ガスクロマトグラフ(炎光光度検出器、FPD付)29が配置されている。
<6> Photocatalytic activity evaluation test (1) Dimethyl sulfide (DMS) decomposition and removal test In a
次に、このモジュール10aを用いて、DMS臭気の分解除去試験を行った。
DMS供給部25及び空気供給部27からそれぞれガスを供給し、50ppmのDMS及び合成空気を混合して、濃度1ppm、風量1L/分のDMS臭気を調整してガス導入管13から導入した。また、前記各調合例と同様にして製造した光触媒フィルター(50×50×13mm)をケーシング17内の中央において浄化材21として配置した。光源19から蓋部17a(石英ガラス)を透過して、紫外線を1mW/cm2の強度で60分間照射した。
光触媒活性は、浄化材21を透過後のDMS濃度とCO2生成量で評価した。DMS濃度及びCO2生成量は、ガスクロマトグラフ29によって測定した。結果を表5に示す。
Next, using this
Gas was supplied from the
The photocatalytic activity was evaluated by the DMS concentration after passing through the
表5から明らかなように、比較例2のフィルターでは、水酸アパタイトが光触媒活性を有さないため、調合2〜19の結果と比較して、DMSの除去率が著しく低いことが判る。また、比較例3のフィルターでは、酸化チタンの高温処理による粒成長で比表面積が低下したことと、及びシリカが酸化チタン表面を被覆することによる影響で、光触媒活性が低下している。
これに対して、調合2〜19のフィルターにおいては、DMS除去率が極めて高い99%以上であることが明らかとなった。また、DMSのほとんどが酸化分解によりCO2へと転化したことが判った。調合1では、僅かにDMS除去率が低くなっている。
また、比較例1のフィルターでは、CO2の生成が認められず、DMSの分解除去が光触媒によって行われていることが判る。
As is apparent from Table 5, in the filter of Comparative Example 2, since hydroxyapatite does not have photocatalytic activity, it can be seen that the removal rate of DMS is significantly lower than the results of Formulations 2-19. Further, in the filter of Comparative Example 3, the photocatalytic activity is lowered due to the decrease in specific surface area due to grain growth by high-temperature treatment of titanium oxide and the influence of silica covering the surface of titanium oxide.
On the other hand, in the filters of Formulations 2 to 19, it was revealed that the DMS removal rate was extremely high of 99% or more. It was also found that most of DMS was converted to CO 2 by oxidative decomposition. In
Further, in the filter of Comparative Example 1, the generation of CO 2 is not recognized, it can be seen that the DMS decomposition removal is being performed by the photocatalyst.
(2)アセトアルデヒドの分解除去試験
前記DMS供給部に代えて、アセトアルデヒド供給部を用い、アセトアルデヒド(CH3CHO)を1ppmの濃度にて風量1L/分でガス導入管から導入したことを除いて、前記DMS分解除去試験と同様にして、試験を行った。結果を表6に示す。
(2) Acetaldehyde decomposition and removal test Instead of the DMS supply unit, an acetaldehyde supply unit was used, except that acetaldehyde (CH 3 CHO) was introduced from the gas introduction pipe at a concentration of 1 ppm at an air flow rate of 1 L / min. The test was performed in the same manner as the DMS decomposition removal test. The results are shown in Table 6.
表6から明らかなように、比較例2のフィルターでは、水酸アパタイトが光触媒活性を有さないため、調合2〜19の結果と比較して、アセトアルデヒドの除去率が著しく低いことが判る。また、比較例3のフィルターでは、酸化チタンの高温処理による粒成長で比表面積が低下したことと、及びシリカが酸化チタン表面を被覆することによる影響で、光触媒活性が低下している。
これに対して、調合2〜19のフィルターにおいては、アセトアルデヒド除去率が高く、40%以上であることが明らかとなった。特に、光触媒における酸化チタンの重量組成比が90%以上であるフィルター(調合6〜19)では、55%以上の除去に成功した。また、これらのフィルターでは、アセトアルデヒドのほとんど(略100%)が酸化分解によりCO2へと転化したことが判った。調合1では、僅かにアセトアルデヒド除去率が低く、30%台である。
また、比較例1のフィルターでは、アセトアルデヒドの除去及びCO2の生成が認められず、アセトアルデヒドの分解除去が光触媒によって行われていることが判る。
As is apparent from Table 6, in the filter of Comparative Example 2, since hydroxyapatite does not have photocatalytic activity, it can be seen that the removal rate of acetaldehyde is significantly lower than the results of Formulations 2-19. Further, in the filter of Comparative Example 3, the photocatalytic activity is lowered due to the decrease in specific surface area due to grain growth by high-temperature treatment of titanium oxide and the influence of silica covering the surface of titanium oxide.
On the other hand, in the filters of Formulations 2 to 19, it was revealed that the acetaldehyde removal rate was high and was 40% or more. In particular, the filter (formulations 6 to 19) in which the weight composition ratio of titanium oxide in the photocatalyst was 90% or more succeeded in removing 55% or more. In these filters, it was found that most (approximately 100%) of acetaldehyde was converted to CO 2 by oxidative decomposition. In
Further, in the filter of Comparative Example 1, the generation of the removal of acetaldehyde and CO 2 are not observed, it is seen that the decomposition and removal of acetaldehyde is being performed by the photocatalyst.
(3)アセトアルデヒドの吸着試験
前記アセトアルデヒドの分解除去試験において、紫外線を照射せずに、ガス導入開始から10分経過後のアセトアルデヒド濃度とCO2濃度とを測定した。結果を表7に示す。
(3) Acetaldehyde adsorption test In the acetaldehyde decomposition and removal test, the acetaldehyde concentration and CO 2 concentration after 10 minutes from the start of gas introduction were measured without irradiating ultraviolet rays. The results are shown in Table 7.
表7から明らかなように、比較例3のフィルターでは、水酸アパタイトを有さないこと、酸化チタンの高温処理による粒成長で比表面積が低下したことと、及びシリカが酸化チタン表面を被覆することによる影響で、その吸着能が低下している。
これに対して、調合1〜19のフィルターにおいては、アセトアルデヒド吸着率が高く、55%以上であることが明らかとなった。特に、<1>の製造方法において得られたフィルターでは、光触媒における水酸アパタイトの重量組成比が5%以上であるフィルター(調合1〜7)で、略60%以上の除去に成功した。また、<2>の製造方法において得られたフィルターでは、全ての調合で、略60%以上の除去に成功した。比較例2のフィルターでは、水酸アパタイトを有するために、同様な結果が得られている。また、比較例1のフィルターでは、アセトアルデヒドの吸着がほぼ認められず、アセトアルデヒドの吸着が光触媒によって行われていることが判る。
As is clear from Table 7, the filter of Comparative Example 3 does not have hydroxyapatite, the specific surface area has decreased due to grain growth by high-temperature treatment of titanium oxide, and silica covers the titanium oxide surface. As a result, the adsorption capacity is reduced.
On the other hand, in the filters of
以上、本発明の好適な実施態様を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した態様を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but these are only examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the above-described embodiments. In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
1…三次元網目構造の多孔体
3…多孔質体の骨格筋
5…表面層用セラミック粒子
7…焼失痕
9…光触媒
9a…光触媒粒子からなる塊
10、100…ガス処理モジュール
13…ガス導入管
15…ガス排出管
17、117…ケーシング
19、119…光源
21、121a、121b…浄化材
23…吸着部
25…DMS供給部
27…空気供給部
29…ガスクロマトグラフ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
光触媒活性を有する半導体粒子とアパタイト粒子とが該基材表面部に担持されており、
前記アパタイト粒子がそれ自体で光触媒活性を有することを特徴とする、浄化材。 A purification material based on ceramic;
Semiconductor particles having photocatalytic activity and apatite particles are supported on the surface of the base material,
A purification material, wherein the apatite particles themselves have photocatalytic activity.
光触媒活性を有する半導体粉末と、光触媒活性を有するアパタイト粉末と、基材とを用意する工程と、
前記半導体粉末及び前記アパタイト粉末の混合物を前記基材表面部に担持する工程と、
を含む、製造方法。 A method for producing a purification material having semiconductor particles having photocatalytic activity and apatite particles having photocatalytic activity on a substrate surface portion,
A step of preparing a semiconductor powder having photocatalytic activity, an apatite powder having photocatalytic activity, and a substrate;
Carrying a mixture of the semiconductor powder and the apatite powder on the surface of the base material;
Manufacturing method.
少なくともカルシウムとリン酸とを構成要素とする原料物質を含むスラリーから沈殿物を生成させること、及び
該沈殿物を酸素存在下において150〜300℃で熱処理して、光触媒活性を有するアパタイト粉末を製造すること、
を含む、請求項6記載の製造方法。 In the step of preparing the apatite powder,
Production of apatite powder having photocatalytic activity by generating a precipitate from a slurry containing a raw material containing at least calcium and phosphoric acid as constituents and heat-treating the precipitate at 150 to 300 ° C. in the presence of oxygen To do,
The manufacturing method of Claim 6 containing this.
光触媒活性を有する半導体粉末と、基材とを用意する工程と、
少なくともカルシウムとリン酸とを構成要素とする原料物質を含むスラリーを調製する工程と、
前記半導体粉末を該スラリー中に混合し、酸素存在下において150〜300℃で熱処理して、アパタイト担持半導体粉末を得る工程と、
該アパタイト担持半導体粉末を基材表面部に担持する工程と、
を含む、製造方法。 A method for producing a purification material having semiconductor particles having photocatalytic activity and apatite particles having photocatalytic activity on a substrate surface portion,
Preparing a semiconductor powder having photocatalytic activity and a substrate;
Preparing a slurry containing a raw material comprising at least calcium and phosphoric acid as constituent elements;
Mixing the semiconductor powder in the slurry and heat-treating at 150 to 300 ° C. in the presence of oxygen to obtain an apatite-supporting semiconductor powder;
A step of supporting the apatite-supporting semiconductor powder on the surface of the substrate;
Manufacturing method.
該浄化材に紫外線を照射する光源と、
を備える、浄化モジュール。 The purification material according to any one of claims 1 to 5,
A light source for irradiating the purification material with ultraviolet rays;
A purification module comprising:
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