JP2006075684A

JP2006075684A - 光触媒を担持するための無機多孔質体

Info

Publication number: JP2006075684A
Application number: JP2004260339A
Authority: JP
Inventors: Tsuguhisa Ito; 承央伊藤; Yoichi Fukuda; 洋一福田; Yuzo Fujii; 勇造藤井; Yukihiro Yabusaki; 幸広藪崎; Hisashi Nagatomi; 寿永富
Original assignee: Noritake Co Ltd; Nagao KK; Noritake Refractory KK
Current assignee: Noritake Co Ltd; Nagao KK; Noritake Refractory KK
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】従来の無機多孔質体よりも多くの光触媒の担持を可能とし、被処理成分との接触確率を高くして高効率に水浄化及び脱臭を可能としてなる、光触媒を担持するための無機多孔質体を得る。
【解決手段】光触媒を担持するための無機多孔質体であって、光触媒が担持されていない状態において、その無機多孔質体の気孔部分の８０％以上が孔径５０μｍ以上であり、且つ平均気孔径が１２０μｍ以上であり且つ気孔率が４６％以上であることを特徴とする無機多孔質体。
【選択図】図９

Description

本発明は、光触媒を担持するための無機多孔質体に関し、より詳しくは酸化チタン等の光触媒を担持して水及び空気を浄化するための無機多孔質体に関する。

生活廃水や産業廃水等の汚水からリン化合物、窒素化合物及び種々の有機物を除去するための技術が種々開発されている。例えば特開平６−２５６０６９号公報には、水を濾過するフィルターとして使用しうるセラミックス多孔質体が開示されている。また、特開平６−１５２８７号公報や特公平７−４６９９２号公報には、水の浄化に資する微生物を着床させ易いセラミックス多孔質体が開示されている。かかる浄化技術の一つとして近年着目されているものに光触媒の水処理への応用がある。例えば特開平７−１４８４３４号公報（特許２６１３１７９号）には、軽石等からなる無機多孔質粒子の表面及び空孔壁に光触媒機能を有する光半導体粒子を付着させてなる光触媒体（粒子）が開示されている。

その他、光触媒を用いた水処理に関する公知技術として特開平１１−３３５１８７号公報、特開２０００−１０７６０８号公報、特開２００１−９５４１９号公報、特開２００１−１３６８６２号公報、実用新案登録第３０５１９２０号公報等が知られている。そして、光触媒の効果と微生物の効果を併せもつ公知技術としては、特開平７−１４８４３４号公報（特許２６１３１７９号）が知られている。

ところで、特開２００３−１０３１８０号公報には、無機多孔質体の表面及び細孔内に光触媒を担持してなる水浄化用多孔質光触媒体が開示されている。この無機多孔質体は、光触媒が担持されていない状態において、その無機多孔質体の気孔部分の５０ｖｏｌ％以上が孔径２０μｍ以上であり、光触媒が担持した状態において、平均孔径が５μｍ以上であり且つ気孔率が１０％以上であるとするものである。しかし、これは水浄化用、すなわち水に対して効果は認められるが、脱臭等の空気の浄化には圧力損失が大きく浄化処理量が限定されていた。また、ここでの無機多孔質体に対する光触媒（酸化チタン）の被覆量は最大で７．６ｗｔ％であり、光触媒の性能にはおのずと限界があった。

特開平６−２５６０６９号公報特開平６−１５２８７号公報特公平７−４６９９２号公報特開平７−１４８４３４号公報（特許２６１３１７９号）特開平１１−３３５１８７号公報特開２０００−１０７６０８号公報特開２００１−９５４１９号公報特開２００１−１３６８６２号公報実用新案登録第３０５１９２０号公報特開２００３−１０３１８０号公報

本発明は、光触媒を担持させる無機多孔質体を主体とする水浄化及び空気浄化処理材に関する上記課題を解決すべく創出されたもので、従来の無機多孔質体よりも多くの光触媒の担持を可能とし、被処理成分との接触確率を高くして、高効率に水浄化及び空気の脱臭を可能としてなる、光触媒を担持するための無機多孔質体を提供することを目的とする。

本発明は、（１）光触媒を担持するための無機多孔質体であって、光触媒が担持されていない状態において、その無機多孔質体の気孔部分の８０％以上が孔径５０μｍ以上の細孔で構成されており、且つ平均気孔径が１２０μｍ以上であり且つ気孔率が４６％以上であることを特徴とする無機多孔質体を提供する。

また、本発明は、（２）光触媒を担持するための無機多孔質体であって、光触媒を担持した状態において、その気孔部分の６０％以上が気孔径５０μｍ以上の細孔で構成されており、且つ平均気孔径が１００μｍ以上であり且つ気孔率が４０％以上であり且つ比表面積が１ｍ²/ｇ以上であることを特徴とする無機多孔質体を提供する。

本発明の無機多孔質体によれば、従来よりも多くの光触媒を担持可能とし、被処理成分との接触確率を高くして高効率に水浄化及び脱臭等の空気浄化を行うことができる。

本発明（１）は、光触媒を担持するための無機多孔質体である。そして、光触媒が担持されていない状態において、その無機多孔質体の気孔部分の８０％以上が孔径５０μｍ以上で構成されており、且つ平均気孔径が１２０μｍ以上（好ましくは１７０μｍ以上）であり且つ気孔率が４６％以上であることを特徴とする。

また、本発明（２）は、光触媒を担持するための無機多孔質体である。そして、この無機多孔質体は、光触媒を担持した状態において（すなわち、無機多孔質体に光触媒を担持した状態で）、その気孔部分の６０％以上が気孔径５０μｍ以上の細孔で構成されており、且つ平均気孔径が１００μｍ以上であり且つ気孔率が４０％以上（好ましくは４７％以上）であり且つ比表面積が１ｍ²/ｇ以上であることを特徴とする。本発明における無機多孔質体の材質としては好ましくはシリカが挙げられる。

本発明は、上記のように、所定の孔径分布及び平均孔径を有する無機多孔質体に水浄化機能及び脱臭等の空気浄化機能を有する光触媒を担持させることにより、光触媒反応による窒素化合物その他の環境汚染物質の酸化に優れた機能を有する光触媒体である。すなわち、本発明によって提供される水浄化用及び脱臭等の空気浄化用の光触媒体は、上記無機多孔質体と、その多孔質体の表面及び細孔内に光触媒を担持することで構成される。

無機多孔質体は、光触媒が担持されていない状態における当該無機多孔質体の気孔部分の８０％以上が孔径５０μｍ以上の細孔によって構成され、そして、その平均細孔径は１２０μｍ以上である。さらに、光触媒を担持した状態における当該多孔質光触媒体の平均細孔径は１００μｍ以上である。この平均細孔径１２０μｍ以上の気孔径と、気孔率４６％以上という高い気孔率によって、多くの光触媒を担持することができ、さらに酸化分解されるべき物質と効率よく接触することが可能となる。

そして、無機多孔質体に対して、脱臭及び水浄化作用を有する少なくとも一種類の無機化合物からなる光触媒を担持する。こうして構成した多孔質触媒体により、光触媒反応によって窒素化合物その他の無機物及び有機物を酸化することができる。本発明の多孔質触媒体では、紫外光が照射された部位に担持された光触媒による反応によって被処理物質中の無機物及び有機物の酸化が行われ、水浄化機能及び脱臭等の空気浄化機能が発現する。

光触媒の例としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、チタン酸カリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸繊維、硫化モリブデン、酸化インジウムなどが挙げられるが、これらに限定されず、光触媒反応により水中あるいは空気中の窒素化合物その他の無機物や有機物などの環境汚染物質を酸化する機能を有する物質であればいずれも用いられる。

以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。

《実施例１〜６：比較例１〜２》
〈各多孔質光触媒体の作製〉
多孔質体の材料として粒度分布の異なるシリカを準備した。各シリカ多孔質体（表１〜２では多孔体と表示している）の特性を表１に、気孔径分布（＝孔径分布）を表２に示している。表１〜２中、平均細孔径、気孔率、嵩密度、真密度、孔径分布は水銀圧入法に基づいて測定し、またＢＥＴ法比表面積は窒素吸着ＢＥＴ法で測定した。この点、表３〜４についても同じである。表１及び表２に記載の各種多孔質体を、それぞれ原液比１５〜５０ｖｏｌ％のチタニアスラリー溶液中に１分間含浸させた。次いで、１１０℃にて一昼夜乾燥した後、５５０℃で焼成した。焼成はその温度に１時間保持した後、放冷することで実施した。こうして得られた各試料（＝各光触媒体）の特性を表３に、気孔径分布（＝孔径分布）を表４に示している。表３中、比較例２は、このチタニア処理をしない本発明に係る多孔質体担体のみの例である。

〈水浄化試験〉
得られた各チタニア担持の多孔質体、すなわち各多孔質光触媒体を用いて被処理水の水浄化試験を行った。図１は本水浄化試験用に構築した水浄化装置を示す図である。１は容積５０リットルの水槽、２は循環ポンプ、３は水管、４は水槽１の蓋部、６は試料すなわち多孔質光触媒体、７は水管、８は光源（ブラックライト）である。光源８として紫外線ランプを使用した。多孔質光触媒体６は左右の支持部材（金属製網目体）５、５間に配置してある。浄水場から採取した約５０リットルの被処理水（浄化水、ｐＨ≒６．６）を水槽１に入れ、その水槽蓋部４に設けた水処理用水路（容積＝１．５リットル）に、それぞれ、各多孔質光触媒体６を約３ｋｇ充填した。

ポンプ２を作動させて約１０リットル／ｍｉｎの流速で、水槽１から水処理用水路に被処理水を供給循環させた。被処理水は、ポンプ２、水管３、多孔質光触媒体６、水管７を循環する。水温は、サーモスタット付のヒーターで約２６℃に制御した。このとき、光源８（紫外線ランプ）から７８５ルーメン３７００ケルビン〜１４７０ルーメン５０００ケルビンの強さの紫外光（５％）を含む光を連続照射した。この条件下、経時的に、被処理水を水槽１からサンプリングし、ＣＯＤ及び色度を測定した。

ＣＯＤ（化学的酸素要求量：ｍｇ／Ｌ）の測定はＪＩＳＫ０１０２．１７に準拠し、１００℃における過マンガン酸カリウム消費量を測定することで実施した。色度（透過率）の測定は、ＪＩＳＫ０１０２．１１に準拠し、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける吸光度を測定することで実施した。以上の水浄化試験を３回行った。

〈試験１〉
図２〜３は試験１での水浄化試験の結果を示す図で、図２はＣＯＤの測定結果、図３は色度（透過率）の測定結果である。図２のとおり、ＣＯＤについては、ブランクテストでは、試験開始時に１３ｍｇ／ｌであったものが、１日経過時に（低下どころか）１５ｍｇ／ｌと上昇し、３日経過時でも１３ｍｇ／ｌと試験開始時と変わらない。これに対して、実施例３では、試験開始時に１３ｍｇ／ｌであったものが、１日経過時に１２ｍｇ／ｌとなり、３日経過時に９．５ｍｇ／ｌにまで低下している。

次に、図３のとおり、透過率すなわち色度の測定結果については、ブランクではその上昇が小さい。これに対して、実施例３では、試験開始時に７２％であったものが、１日経過時に７９％、３日経過時に９４．５％となり、急激に浄化されている。そして１４日経過時には９９％にまで浄化されている。しかし、比較例１では、試験開始時に７２％であったものが、１日経過時に７８％、３日経過時に９１％、１４日経過時に９７％にまで浄化されるが、実施例３に比べれば浄化の程度が劣っている。また、比較例１は実施例１、２に比べても劣っている。

なお、図２のとおり、比較例１のＣＯＤについては、実施例１〜３のＣＯＤより良好であるが、図３のとおり、比較例１の透過率については、実施例１〜３の透過率に比べて劣っている。このように、実施例１〜３は、総合的に見れば、比較例１より水浄化用として良好と言える。

〈試験２〉
図４〜５は試験２での水浄化試験の結果を示す図で、図４はＣＯＤの測定結果、図５は色度（透過率）の測定結果である。図４のとおり、ＣＯＤについては、ブランクテストでは、試験開始時に１７ｍｇ／ｌであり、１日経過時にもほとんど変わらす、３日経過時にも１５ｍｇ／ｌと僅かに低下しているに過ぎない。比較例２（酸化チタン担持なし）では、試験開始時に１７ｍｇ／ｌであったものが、１日経過時に１６ｍｇ／ｌと僅かに低下し、３日経過時にも１５ｍｇ／ｌであるに過ぎない。これに対して、実施例３では、試験開始時に１７ｍｇ／ｌであったものが、１日経過時に１３ｍｇ／ｌと低下し、３日経過時には１１ｍｇ／ｌにまで低下している。

次に、図５のとおり、透過率すなわち色度の測定結果については、ブランク及び比較例２（酸化チタン担持なし）ではその上昇が小さい。これに対して、実施例３では、試験開始時に７４％であったものが、１日経過時に８５％、３日経過時には９３％となり、急激に浄化されている。そして１４日経過時には９８％にまで浄化されている。しかし、比較例１では、試験開始時に７４％であったものが、１日経過時に８３％、３日経過時に９１％、１４日経過時に９７％にまで浄化されるが、実施例３に比べれば浄化の程度が劣っている。

〈試験３〉
図６〜７は試験３での水浄化試験の結果を示す図で、図６はＣＯＤの測定結果、図７は色度（透過率）の測定結果である。まず、図６のとおり、ＣＯＤについては、ブランクテストでは、試験開始時に１５．９ｍｇ／ｌであったものが、１日経過時に少し低下して１４ｍｇ／ｌとなるが、それ以降ＣＯＤの減少はほとんどない。これに対して、実施例５では、試験開始時に１５．９ｍｇ／ｌであったものが、１日経過時に９．２ｍｇ／ｌとなり、３日経過時には７．９ｍｇ／ｌにまで低下している。

次に、図７のとおり、透過率すなわち色度の測定結果については、ブランクテストではその上昇が小さい。これに対して、実施例５では、試験開始時に７１％であったものが、１日経過時に９１％、３日経過時に９６％となり、急激に浄化されている。そして１３日経過時には９８％にまで浄化されている。しかし、比較例１では、試験開始時に７１％であったものが、１日経過時に８５％、３日経過時に９５％にまで浄化されるが、実施例５に比べれば浄化の程度が劣っている。

《実施例７〜１２：比較例３〜４》
〈各多孔質光触媒体の作製〉
多孔質体の材料として粒度分布の異なるシリカを準備した。表１及び表２に記載の各種多孔質体を、それぞれ原液比１５〜５０ｖｏｌ％のチタニアスラリー溶液中に１分間含浸させた。次いで、１４０℃にて一昼夜乾燥した後、放冷した。こうして得られた各試料（各光触媒体）の特性を表５に示している。表５中、比較例４は、このチタニア処理をしない本発明の多孔質体担体のみの例である。

〈脱臭試験〉
得られた各チタニア担持の多孔質体、すなわち各多孔質光触媒体を用いて代表的な臭気物質であるアセトアルデヒドの脱臭試験を行った。図８は本脱臭試験用に構築した脱臭装置を示す図である。１１は内容積１ｍ³のガラス製試験容器、１２は循環ファン、１５は試料すなわち多孔質光触媒体である。多孔質光触媒体１５は、循環ファン１２上の容器１３に配置した。容器１３は、底部に支持部材（多孔板）１４を備える容器で、厚さ２０ｍｍ、多孔質光触媒体１５の充填量は約９００ｃｍ³である。１６は光源（ブラックライト）である。光源１６として紫外線ランプを使用し、試験容器１１の上部壁に設置した。

試験は、アセトアルデヒドのボンベから、アセトアルデヒドを空気雰囲気の試験容器１１中に約１０ｐｐｍ注入して脱臭試験、すなわちアセトアルデヒドの分解試験を実施した。循環ファン１２を作動させて空気とともにアセトアルデヒドを試験容器１１内で循環させ、光源１６から、多孔質光触媒体１５に向けて、平均３ｍＷ/ｃｍ²の強さの波長３００〜４００ｎｍの紫外光を含む光を連続照射した。

試験条件を表６に示している。その試験条件下、試験容器１１内のガスを経時的にサンプリングし、アセトアルデヒド用検知管を用いて、アセトアルデヒド濃度（ｐｐｍ）を測定した。図９はその結果を示す図である。

図９のとおり、アセトアルデヒド濃度は、比較例４（本発明の多孔質体で、酸化チタン担持なし）ではその減少が小さい。比較例３でも、試験開始時に１１ｐｐｍであったものが、６０分経過時に６ｐｐｍ、９０分経過時に４．５ｐｐｍ、１２０分経過時に３．５ｐｐｍと徐々に低下はするが、１８０分経過時にも２ｐｐｍに止まっている。

これに対して、実施例７では、試験開始時に１０ｐｐｍであったものが、６０分経過時に３ｐｐｍにまで低下し、９０分経過時には２ｐｐｍ、１５０分経過時には０．４ｐｐｍにまで低下している。また、実施例１１では、試験開始時に１２．５ｐｐｍであったものが、６０分経過時に２．５ｐｐｍにまで低下し、９０分経過時には０．４ｐｐｍにまで低下している。さらに、実施例１２では、６０分経過時に２ｐｐｍにまで低下し、９０分経過時には０．４ｐｐｍにまで低下している。

実施例１〜６の水浄化試験に用いた水浄化装置を示す図実施例３〜４の結果を示す図実施例３〜４の結果を示す図実施例１〜３の結果を示す図実施例１〜３の結果を示す図実施例５〜６の結果を示す図実施例５〜６の結果を示す図実施例７〜１２の脱臭試験に用いた脱臭装置を示す図実施例７〜１２の結果を示す図

符号の説明

１容積５０リットルの水槽
２循環ポンプ
３水管
４水槽１の蓋部
５、５多孔質光触媒体６の支持部材
６試料すなわち多孔質光触媒体
７水管
８光源（ブラックライト）
１１内容積１ｍ³のガラス製試験容器
１２循環ファン
１３容器
１４支持部材（多孔板）
１５試料すなわち多孔質光触媒体
１６光源（ブラックライト）

Claims

光触媒を担持するための無機多孔質体であって、光触媒が担持されていない状態において、その無機多孔質体の気孔部分の８０％以上が孔径５０μｍ以上の細孔で構成されており、且つ平均気孔径が１２０μｍ以上であり且つ気孔率が４６％以上であることを特徴とする無機多孔質体。
光触媒を担持するための無機多孔質体であって、光触媒を担持した状態において、その気孔部分の６０％以上が気孔径５０μｍ以上の細孔で構成されており、且つ平均気孔径が１００μｍ以上であり且つ気孔率が４０％以上であり且つ比表面積が１ｍ²/ｇ以上であることを特徴とする無機多孔質体。
前記光触媒が酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、チタン酸カリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸繊維、硫化モリブデン及び酸化インジウムのうちの少なくとも一種からなる光触媒であることを特徴とする請求項１または２に記載の無機多孔質体。