JP2006068577A

JP2006068577A - 光触媒粒状体

Info

Publication number: JP2006068577A
Application number: JP2004251480A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Sasano; 達雄笹野; Yuichi Hashishin; 裕一橋新; Masahito Noda; 雅人野田
Original assignee: SASANO DENSEN KK
Current assignee: SASANO DENSEN KK
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16
Also published as: WO2006025220A1; US20070275851A1

Abstract

【課題】光透過性容器中に充填し、この容器内を処理水が通過するような処理構造とした場合にあっても、表面側だけでなく内部側にある光触媒粒子の機能を損なうことなく、光触媒機能を発揮させることができるとともに、回収や再利用が容易な光触媒粒状体を提供することを目的としている。
【解決手段】アパタイト被覆二酸化チタン等の光触媒微粉末が、液中乾燥法で得られた光透過性、通気性および通水性を有するポリスチレン等の熱可塑性樹脂で形成された中空シェル内に収容され、その粒径が1mm以上であることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水や空気の浄化処理等に好適に使用される光触媒粒状体に関する。

金属酸化物の中には、二酸化チタン等のように光触媒機能を有するものがあり、その粉末粒子、所謂、光触媒粒子は、その分解作用を利用して、脱臭、抗菌、有害ガス除去、水浄化などを行う方法が既に用いられている（たとえば、特許文献１等参照）。
また、光触媒粒子は、その粒径が１０nm〜５０nm程度の微細なもので、凝集した状態でも概ね１μｍ以下である。したがって、光触媒粒子を用いて、たとえば、水浄化等を行う場合、バインダー等を用いて基材表面にこの光触媒粒子を定着させた状態で基材を水路内に配置し、水路内を通過する水の浄化（殺菌や脱臭）を図るようにしている。

しかしながら、上記のように基材表面に光触媒粒子を定着するような方式では、浄水設備の形状や規模が変わるごとに基材の形状も変更しなければならず、設備コストがかかるという問題がある。

特開2003−260462号公報

そこで、本発明の発明者は、筒状の透明容器内に光触媒粒子を充填するとともに、この容器内に浄化しようとする処理水等を通過させるようにすれば、上記問題が解決できるのではないかと考えたが、上記方法では、上述したように、光触媒粒子が、凝集した状態でも概ね１μｍ以下の微粒であるため、容器内で光触媒粒子が密に充填されてしまい、外部から光を照射しても表面側の光触媒粒子にしか光が到達しない。したがって、下層あるいは内部側にある光触媒粒子がその光触媒機能を発揮できなくなるとともに、処理水が流れにくいという問題があった。

また、光触媒粒子の回収再利用が難しいことがわかり、さらに鋭意検討した結果この発明を完成するに到った。

本発明は、上記事情に鑑みて、光透過性容器中に充填し、この容器内を処理水が通過するような処理構造とした場合にあっても、表面側だけでなく内部側にある光触媒粒子の機能を損なうことなく、光触媒機能を発揮させることができるとともに、回収や再利用が容易な光触媒粒状体を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる光触媒粒状体は、光触媒微粉末が、光透過性、通気性および通水性を有する中空シェル内に収容され、その粒径が1mm以上であることを特徴としている。

本発明において、光触媒微粉末としては、光触媒機能を有するものであれば、特に限定されないが、たとえば、ガリウムリン（GaP），ガリウム砒素（GaAs），硫化カドミウム（CdS），チタン酸ストロンチウム（SrTiO₃），二酸化チタン（TiO₂），酸化亜鉛（ZnO），酸化第２鉄（Fe₂O₃），酸化タングステン（WO₃）等の半導体が挙げられ、中空シェルの耐久性を必要とする場合には、アパタイト被覆二酸化チタン（たとえば、特開平１０−２４４１６６号公報参照）が好適に用いられる。
なお、本発明において、アパタイト被覆二酸化チタンとは、二酸化チタンがアパタイト（燐酸カルシウム）によって完全に被覆されているのではなく、少なくとも二酸化チタンの一部が外部に露出しているものである。

また、中空シェルの材質としては、光透過性、通気性および通水性を有するものであれば、特に限定されないが、耐衝撃性、軽量性に優れていることから熱可塑性樹脂が好ましい。
光触媒粒状体の粒径は、特に限定されないが、２ｍｍ以上5mm以下が好ましい。

光触媒粒状体の製造方法は、特に限定されないが、たとえば、熱可塑性樹脂で中空シェルを形成する場合、液中乾燥法やコアセルベーション法、空中乾燥法、熱可塑性樹脂によって半球状の成形品を成形するとともに、得られた半球状の成形品の一つに光触媒微粉末を充填したのち、もう１つの半球状の成形品をその開口縁同士が一致した状態で密着させ、この密着部を熱融着等によって接合する方法、熱可塑性樹脂を用いてチューブ状成形品を成形し、このチューブ状成形品の内部に光触媒微粉末を充填した状態で、チューブ状成形品を所定ピッチで熱融着するとともに、熱融着部を必要に応じて切断する方法等が挙げられ、生産性や品質を考慮すると液中乾燥法が好適である。なお、空中乾燥法を用いた場合、無重力状態にしなければ、中空シェルを歪な形状になってしまうため、球形の中空シェルを得ようとすると無重力状態を創り出すような大掛かりな装置が必要でコスト的に問題がある。

液中乾燥法を用いる場合、溶媒としては、特に限定されないが、たとえば、ジクロロメタン、四塩化炭素、クロロホルム等が挙げられ、中空シェルを形成する熱可塑性樹脂の比重に近いものが好ましい。
シェルを形成する熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、低密度ポリエチレン、アクリル樹脂、アクリロニトリル-スチレン共重合体等の透明性の高い樹脂が好ましく、工業的にはポリスチレン、ポリ塩化ビニル、低密度ポリエチレン等の廉価な樹脂がより好ましい。さらに、結晶化度の低い樹脂が好ましい。

また、これらの熱可塑性樹脂は、その分子量が数百程度（オリゴマー程度）で、側鎖の多いものが好ましい。
すなわち、シェルを形成する熱可塑性樹脂の分子量がそれほど大きくなく、側鎖が多いと、熱可塑性樹脂の分子同士がうまく絡み合って良好な網目構造の中空シェルが形成され、より良好な通気性、通水性を確保することができる。

中空シェル内の光触媒微粉末の量は、特に限定されないが、光触媒微粉末が密に充填されているより、中空シェルと光触媒微粉末との間に空隙ができるようにある程度疎になっている方が好ましい。すなわち、中空シェルと光触媒微粉末との間に空隙が存在すると、中空シェルを通って中空シェル内に入り込んだ光が中空シェル内で乱反射して内部の光触媒微粉末まで照射されやすくなる。

本発明の光触媒粒状体は、その粒径が1mm以上であるので、光透過性容器中に充填し、この容器内を処理水が通過するような構造とした場合においても、光触媒粒状体と光触媒粒状体との間に下層や内部側の光触媒粒状体まで外部からの光が透過する隙間が確保される。また、中空シェルが、光透過性、通気性および通水性を有するので、中空シェルを介して外部からの光が中空シェル内の光触媒微粉末にうまく照射され、光触媒微粉末が中空シェル内に入り込んだ処理水をその光触媒機能によって効率よく浄化することができる。

また、光触媒微粉末として、アパタイト被覆二酸化チタンを用いるようにすれば、アパタイトによって、二酸化チタンが中空シェルに直接触れないようになるため、中空シェルが光触媒作用により劣化しやすい熱可塑性樹脂等で形成されている場合でも、中空シェルが二酸化チタンの光触媒作用によって劣化したりすることを防止できる。また、アパタイトが細菌等を二酸化チタン近傍に保持することができるので、より殺菌効率等が高まる。

さらに、粒径が２ｍｍ以上５ｍｍ以下であると、取り扱い性がよいとともに、光透過性容器中に充填し、この容器内を処理水が入れ、液中に投入した場合に光の透過を妨げず光触媒作用を効率よく発揮させることができる。また、粒径が５ｍｍを超えると、中空シェルの中央部にある光触媒粒子に光が照射されにくくなり、光触媒効率が却って低下する恐れがある。また、液中乾燥法を用いて製造する場合、粒径が５ｍｍを超えると、中空シェルの肉厚が厚くなりすぎて水や空気の透過性を損ない、光触媒効率が低下する恐れがある。

液中乾燥法により得るようにすれば、効率よく安価に製造することができるとともに、撹拌速度をコントロールすることによって得られる光触媒粒状体の粒径を容易にコントロールすることができる。また、中空シェルを球形にしやすい。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる光触媒粒状体の１つの実施の形態を模式的にあらわしている。

図１に示すように、この光触媒粒状体１は、アパタイト被覆二酸化チタン等の光触媒微粉末２およびその凝集体が、光透過性、通気性および通水性を有するポリスチレン等の熱可塑性樹脂で形成された中空シェル３内に収容されていて、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の粒子径になっている。また、光触媒微粉末２およびその凝集体は、中空シェル３内に密に充填されているのではなく、中空シェル３と、光触媒微粉末２およびその凝集体との間にある程度隙間４が形成される程度の充填状態になっている。
そして、この光触媒粒状体１は、たとえば、光触媒粒状体１の粒径より少し小さな網目を有する袋や容器に充填し、浄水場の処理水槽に浸漬したり、処理水流路途中に設置したりすることによって、処理水が光触媒の殺菌効果、酸化還元による有機物の分解効果により浄化を図ることができる。

本発明にかかる光触媒粒状体は、たとえば、以下のような液中乾燥法を用いて製造することができる。

すなわち、この液中乾燥法を用いた製造方法は、ジクロロメタン等の有機溶媒に有機溶媒の沸点より融点が高いポリスチレン等の熱可塑性樹脂を溶解させた樹脂溶解液に、アパタイト被覆二酸化チタン等の光触媒微粉末を分散させたスラリーを滴下しながら樹脂溶解液を撹拌し、スラリーが樹脂溶解液中で粒状に分散したＷ/Ｏ型（油中水滴型）分散液を得たのち、このＷ/Ｏ型分散液をさらに水等の他の水性溶液にゆっくりと注ぎ込みながら撹拌を行い、W/O/W型分散液を得る。
つぎに、このW/O/W型分散液を上記熱可塑性樹脂のより低く有機溶媒の沸点あるいは沸点より少し高い温度まで加熱し、有機溶媒を蒸発させて水中で熱可塑性樹脂を固化させて内部にスラリーが入った中空シェルを形成する。スラリーが内部に入った中空シェルを液中から取り出し、必要に応じて乾燥するとともにふるい分けるようになっている。

なお、蒸発させたジクロロメタンは、回収して凝集させれば再利用を図ることができ、環境汚染の問題もなくすことができる。

（実施例１）
ビーカー内に２００ｇのジシクロメタンを入れ、スターラーを用いて撹拌磁石によってジシクロメタンを撹拌しながら、ポリスチレン（キシダ化学社製、φ３mm×長さ3mmのペレット）１７．４ｇをビーカー内に入れてジクロロメタンに約１時間かけて溶解させ、濃度８重量％のポリスチレン溶解液を得た。なお、ジシクロメタンが常温でも蒸発するので、溶解作業中は、ポリ塩化ビニリデン製フィルム（登録商標サランラップ）をビーカーの口に被せ、周囲を輪ゴムで止めてジシクロメタンの蒸発を防止するようにした。

アパタイト被覆二酸化チタン微粉末スラリー（石原産業社製の二酸化チタンＳＴ２１（平均粒子径２０nm）の表面の２０％をアパタイトで被覆したアパタイト被覆二酸化チタンが水に２０重量％の割合で分散されたスラリー）３０mlを、上記のようにして得られたポリスチレン溶解液に滴下しながら、ポリスチレン溶解液の撹拌を続け、スラリーが粒状に分散されたＷ/Ｏ型（油中水滴型）分散液を得た。
得られた分散液を８００mlの水が入ったビーカー内にゆっくり流し込みながら、スターラーを用いて撹拌磁石によって1時間撹拌し、W/O/W型分散液を得た。

暫く放置後、W/O/W型分散液をゆっくりとジシクロメタンの沸点と略同じか少し高い４０〜５０℃まで加熱し、４０〜５０℃を保ちながら分散液中のジクロロメタンを蒸発させた。なお、このとき、ジクロロメタンに溶解していたポリスチレンの一部が分散液表面に薄く膜を張るので、こまめにこの膜を除去した。
ジクロロメタンを完全に蒸発させたのち、加熱をやめて撹拌を続けながら放冷した。
放冷後、ビーカー内の液を濾紙で濾過し、濾紙上に残ったシェルを乾燥させて光触媒粒状体を得た。

得られた光触媒粒状体を直径４５μｍ以下のもの（以下、「Ａ粒状体」と記す）、直径４５μｍを超え５３μｍ以下のもの（以下、「Ｂ粒状体」と記す）、直径５３μｍを超え１．７ｍｍ以下のもの（以下、「Ｃ粒状体」と記す）、直径１．７ｍｍを超え２．０ｍｍ以下のもの（以下、「Ｄ粒状体」と記す）にふるい分けした。

上記のようにして得られたＡ粒状体〜Ｄ粒状体およびアパタイト被覆二酸化チタン微粉末（以下、「Ｅ粉末」と記す）をそれぞれ１ｇずつ計りとり、別々の試験管に１９ｇの水とともに入れ、さらに２５０ppm濃度のメチレンブルー溶液を各試験管に３滴ずつ滴下したのち、１５Ｗ、ピーク波長３５２nmのブラックライトを用いて、試験管から約２０ｃｍ離れた位置から紫外線を試験管に１５０分間照射した後の試験管内の水の色を観察したところ、メチレンブルーの褪色度は、Ｄ＞Ｃ＞Ｂ＞Ａ＞Ｅの順であった。
この結果から、アパタイト被覆二酸化チタン微粉末が中空シェル内に収容された本発明の光触媒粒状体は、アパタイト被覆二酸化チタン微粉末を裸の状態で用いる場合に比べ、光触媒としての機能が良好であることがわかる。

本発明の光触媒粒状体は、特に限定されないが、たとえば、浄水処理場の浄水処理、水槽や浴槽の浄水処理、空気清浄機、エアコンディショナー等の空調機器に組み込んで空気浄化（除菌、消臭等）、農産物の鮮度保持、トイレや室内等の消臭剤、家畜や愛玩動物の畜舎や小屋内の消臭などに使用することができる。

本発明にかかる光触媒粒状体の１つの実施の形態を模式的にあらわす断面図である。

符号の説明

１光触媒粒状体
２アパタイト被覆二酸化チタン微粉末（光触媒微粉末）
３中空シェル
４隙間

Claims

光触媒微粉末が、光透過性、通気性および通水性を有する中空シェル内に収容されていて、その粒径が1mm以上であることを特徴とする光触媒粒状体。
光触媒微粉末が、アパタイト被覆二酸化チタンである請求項１に記載の光触媒光触媒粒状体。
中空シェルが熱可塑性樹脂で形成されている請求項１または請求項２に記載の光触媒粒状体。
粒径が２ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光触媒粒状体。
液中乾燥法により得られる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光触媒粒状体。