JP2006326530A - Nanoporous titanium oxide membrane and method for treating volatile organic compound using the same - Google Patents

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Toshiaki Tsuru
稔了 都留
Takehiro Sugano
剛広 菅野
Takashi Yoshino
孝 吉野
Tomohisa Yoshioka
朋久 吉岡
Masaji Asae
正司 淺枝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nanoporous titanium oxide membrane bearing a Group IIIV element such as platinum and a method for removing a volatile organic compound such a methanol using the membrane. <P>SOLUTION: The nanoporous titanium oxide membrane bearing platinum of the invention almost completely decomposes methanol regardless of the methanol supply concentration and shows approximately 100% of carbon dioxide production ratio. A methanol decomposition amount is increased and a carbon dioxide production amount is also greatly increased. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ナノ多孔性酸化チタン膜およびこれを用いて揮発性有機化合物を処理する方法に関するものであり、特に、白金等の第8族元素を担持したナノ多孔性酸化チタン膜、およびこれを用いてメタノール等の揮発性有機化合物を分解する方法に関するものである。   The present invention relates to a nanoporous titanium oxide film and a method for treating a volatile organic compound using the same, and in particular, a nanoporous titanium oxide film carrying a Group 8 element such as platinum and the like. The present invention relates to a method for decomposing volatile organic compounds such as methanol.

常温常圧で空気中に容易に揮発する揮発性有機化合物は、比重は水よりも重く、粘性が低くて、難分解性であることが多いため、地層粒子の間に浸透して土壌・地下水を汚染する。一方、大気中に放出され、光化学反応によってオキシダントやSPM(浮遊粒子状物質)の発生に関与していると考えられている。   Volatile organic compounds that easily volatilize in the air at normal temperature and pressure are heavier than water, have a lower viscosity, and are often less degradable. Contaminate. On the other hand, it is released into the atmosphere and is thought to be involved in the generation of oxidants and SPM (suspended particulate matter) through photochemical reactions.

大気中に放出される揮発性有機化合物は、環境省の試算では国内で年間約185万トンあり、諸外国と較べて単位面積当たりの排出量が高いため、人体や環境への悪影響が問題視されている。さらに、近年は、化学物質による室内空気の汚染が顕在化するとともに、いわゆるシックハウス症候群や化学物質過敏症など健康に関する問題が注目されている。そのため、これらの揮発性有機化合物を除去するために、光触媒活性を持つ酸化チタンを用いた揮発性有機化合物の無害化処理技術が研究されてきている。   Volatile organic compounds released into the atmosphere are estimated to be about 1.85 million tons per year in Japan according to the Ministry of the Environment's calculations, and the amount of emissions per unit area is higher than in other countries. Has been. Furthermore, in recent years, contamination of indoor air by chemical substances has become obvious, and health problems such as so-called sick house syndrome and chemical hypersensitivity have attracted attention. For this reason, in order to remove these volatile organic compounds, detoxification technology for volatile organic compounds using titanium oxide having photocatalytic activity has been studied.

酸化チタンは400nm以下の紫外線領域の光を吸収し、価電子帯の電子を伝導帯に励起し、正孔を生成する。さらに、正孔は水もしくは表面水酸基と反応し、OHラジカルを生成すると考えられている。生成した電子、および正孔もしくはOHラジカルは強い反応性を有し、環境汚染物質の分解反応をはじめ、その光触媒特性が大きな関心を集めている。   Titanium oxide absorbs light in the ultraviolet region of 400 nm or less, excites electrons in the valence band to the conduction band, and generates holes. Furthermore, holes are believed to react with water or surface hydroxyl groups to generate OH radicals. The generated electrons and holes or OH radicals have a strong reactivity, and their photocatalytic properties have attracted great interest, including decomposition reactions of environmental pollutants.

一方、酸化チタンは、フッ酸や濃硫酸以外の酸、アルカリ、有機溶媒に溶解せず、優れた化学的安定性を有するため、多孔性分離膜材料としても注目されている。   On the other hand, titanium oxide is attracting attention as a porous separation membrane material because it does not dissolve in acids other than hydrofluoric acid and concentrated sulfuric acid, alkalis, and organic solvents and has excellent chemical stability.

これまで酸化チタンの光触媒特性は、酸化チタン粉末の固定床、水溶液では懸濁系、さらには無孔性基板上に酸化チタンをコーティング薄膜として性能評価が行われてきたが、光触媒の実用化に際して、固定床型、懸濁系では紫外線の散乱による光利用率の低下、懸濁系では溶液と酸化チタン粉末との分離、回収、薄膜系では表面積が小さいという点が問題点として挙げられる。   So far, the photocatalytic properties of titanium oxide have been evaluated as a fixed bed of titanium oxide powder, a suspension system in aqueous solution, and a titanium oxide coating thin film on a non-porous substrate. In the fixed bed type and suspension systems, there are problems in that the light utilization rate is reduced due to scattering of ultraviolet rays, in the suspension system, separation and recovery of the solution and titanium oxide powder, and in the thin film system, the surface area is small.

そこで、発明者らは図1に示すように、ナノ細孔を透過させながら光触媒反応を行わせることで、膜透過側に光触媒反応した生成物を得る、膜透過型光触媒反応システムを提案している(非特許文献1,2)。   Thus, as shown in FIG. 1, the inventors have proposed a membrane transmission type photocatalytic reaction system that obtains a photocatalytic reaction product on the membrane permeation side by allowing the photocatalytic reaction to occur while passing through the nanopores. (Non-Patent Documents 1 and 2).

当該システムでは、酸化チタンのナノ細孔を有機物が透過する間に、有機物が細孔表面へ表面吸着され直接分解される、あるいは細孔内に高密度に存在するOHラジカルと反応すると考えられ、対流支援による光触媒反応速度の向上、光触媒反応した溶液(あるいはガス)を膜透過側に選択的に得ることができる、膜細孔による分子篩機能との複合化、等の特徴を有すると考えられている。また、本発明者らは、当該システムは液相系だけでなく、気相系におけるメタノールの光触媒分解にも有効であることを明らかにしている(非特許文献3)。   In this system, while the organic matter permeates through the nanopores of titanium oxide, it is considered that the organic matter is adsorbed on the surface of the pore and directly decomposed, or reacts with OH radicals present at high density in the pore, It is thought to have features such as improved photocatalytic reaction speed by convection support, the ability to selectively obtain photocatalytically reacted solution (or gas) on the membrane permeation side, and the combination with molecular sieve function by membrane pores. Yes. In addition, the present inventors have clarified that the system is effective not only in the liquid phase system but also in the photocatalytic decomposition of methanol in the gas phase system (Non-patent Document 3).

さらに、酸化チタンに白金などの第8族元素をドープすることで光触媒活性が大幅に増加することが報告されている。
Tsuru T, D.Hironaka, T.Yoshioka and M.Asaeda., Sep. Purif.Technol. 25, 307-314, , 2001 Tsuru T, T.Toyosada, T.Yoshioka and M.Asaeda., J. Chem. Eng. Japan, 36, 1063-1069, 2003 Toshinori Tsuru, Takehiro Kan-no, Tomohisa Yoshioka, Masashi Asaeda., Catalysis Today, 82, 41-48, 2003
Furthermore, it has been reported that the photocatalytic activity is significantly increased by doping titanium oxide with a Group 8 element such as platinum.
Tsuru T, D.Hironaka, T.Yoshioka and M.Asaeda., Sep. Purif.Technol. 25, 307-314,, 2001 Tsuru T, T. Toyosada, T. Yoshioka and M. Asaeda., J. Chem. Eng. Japan, 36, 1063-1069, 2003 Toshinori Tsuru, Takehiro Kan-no, Tomohisa Yoshioka, Masashi Asaeda., Catalysis Today, 82, 41-48, 2003

しかしながら、上記従来技術では、揮発性有機化合物を完全に分解することはできないという問題がある。すなわち、上記膜透過型光触媒反応システムは白金などの第8族元素を担持したものではないため、酸化チタン内部あるいは表面で、光照射によって発生した正孔と電子とが再結合し、量子収率が低下してしまう。したがって、光触媒活性の向上という点では未だ不十分であり、揮発性有機化合物を完全に分解除去することはできない。   However, the above conventional technique has a problem that volatile organic compounds cannot be completely decomposed. That is, since the above membrane permeation type photocatalytic reaction system does not carry a group 8 element such as platinum, holes and electrons generated by light irradiation are recombined inside or on the surface of titanium oxide, and the quantum yield Will fall. Therefore, the improvement of the photocatalytic activity is still insufficient, and the volatile organic compound cannot be completely decomposed and removed.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、白金等の第8族元素を担持したナノ多孔性酸化チタン膜、およびこれを用いてメタノール等の揮発性有機化合物を除去する方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a nanoporous titanium oxide film supporting a Group 8 element such as platinum, and a volatile organic compound such as methanol using the same. The object is to provide a method of removing.

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、二酸化チタンを主成分とする膜が基材の外面および/または内面に担持されたナノ多孔性酸化チタン膜を構成する二酸化チタン分子の一部または全部に、白金等の第8族に属する金属を担持させることにより、揮発性有機化合物を効率的に分解除去することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor has found that a part of the titanium dioxide molecules constituting the nanoporous titanium oxide film in which the film mainly composed of titanium dioxide is supported on the outer surface and / or the inner surface of the substrate. Alternatively, the inventors have found that it is possible to efficiently decompose and remove volatile organic compounds by supporting a metal belonging to Group 8 such as platinum, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は、二酸化チタンを主成分とする膜が基材の外面および/または内面に担持されたナノ多孔性酸化チタン膜であって、さらに、上記二酸化チタンの分子の一部または全部が、第8族に属する金属を担持していることを特徴としている。   That is, the nanoporous titanium oxide film according to the present invention is a nanoporous titanium oxide film in which a film containing titanium dioxide as a main component is supported on the outer surface and / or the inner surface of the base material, It is characterized in that a part or all of the molecule of (1) carries a metal belonging to Group 8.

上記構成によれば、光照射によって発生した電子を、上記二酸化チタン分子に担持された金属が捕獲し、電子と光照射によって生じた正孔との再結合速度を低下させるため、上記正孔の寿命を延ばすことができ、量子収率を大幅に増加させることができる。したがって、非常に効率よく揮発性有機化合物を分解することができる。   According to the above configuration, the electrons generated by the light irradiation are captured by the metal supported on the titanium dioxide molecules, and the recombination rate between the electrons and the holes generated by the light irradiation is reduced. The lifetime can be extended and the quantum yield can be greatly increased. Therefore, the volatile organic compound can be decomposed very efficiently.

また、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜では、上記金属は白金であることが好ましい。白金は第8族に属する元素の中でも最も活性が高い金属であるため、上記二酸化チタン分子に担持することにより、上記量子収率を最も効果的に増加させることができる。したがって、非常に効率よく揮発性有機化合物を分解することができる。   In the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, the metal is preferably platinum. Since platinum is the metal having the highest activity among the elements belonging to Group 8, the quantum yield can be most effectively increased by supporting it on the titanium dioxide molecule. Therefore, the volatile organic compound can be decomposed very efficiently.

また、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜では、上記膜が有するナノ細孔の細孔径が2〜25nmであることが好ましい。ナノ細孔中の透過機構は、細孔径が小さくなるに従って、粘性、Knudsen流れ、分子ふるいへと分類される。分子同士の衝突よりもナノ細孔の壁との接触が支配的となるKnudsen流れでは、揮発性有機化合物と、光触媒活性を有する酸化チタン細孔との接触が支配的となり、細孔径が小さくなるにつれて揮発性有機化合物の分解率が向上することが期待される。   Moreover, in the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, the pore diameter of the nanopores of the film is preferably 2 to 25 nm. The permeation mechanism in the nanopore is classified into viscosity, Knudsen flow, and molecular sieve as the pore diameter decreases. In the Knudsen flow in which the contact with the nanopore wall is dominant rather than the collision between molecules, the contact between the volatile organic compound and the titanium oxide pore having photocatalytic activity is dominant and the pore diameter is reduced. It is expected that the decomposition rate of volatile organic compounds will improve as the time elapses.

上記膜の細孔径が2〜25nmの範囲は、コロイドゾルの粒径を調整することによって制御が可能な範囲であり、透過機構はKnudsen流れとなる範囲である。したがって、揮発性有機化合物の分解率を向上させることができる。   The range in which the pore diameter of the membrane is 2 to 25 nm is a range that can be controlled by adjusting the particle size of the colloidal sol, and the permeation mechanism is a range in which a Knudsen flow occurs. Therefore, the decomposition rate of volatile organic compounds can be improved.

本発明に係る揮発性有機化合物の処理方法は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜に光を照射する工程と、上記ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔に揮発性有機化合物を透過させることにより、上記揮発性有機化合物を分解する工程と、を備えることを特徴としている。   The method for treating a volatile organic compound according to the present invention includes a step of irradiating light to the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, and transmitting the volatile organic compound through the nanopores of the nanoporous titanium oxide film. And a step of decomposing the volatile organic compound.

本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は、上記金属を担持しているため、光照射によって発生した多くの電子を上記金属に集めることができる。その結果、電子と正孔とが再結合する割合が減少し、電子反応速度を高めることができるため、上記金属を担持しない場合と比較して、光触媒活性が大幅に高まったものとなっている。したがって、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜に光を照射し、上記膜が有するナノ細孔に揮発性有機化合物を透過させることにより、一度透過させるだけでほぼ完全に揮発性有機化合物を分解することができる。   Since the nanoporous titanium oxide film according to the present invention carries the metal, many electrons generated by light irradiation can be collected in the metal. As a result, the rate of recombination of electrons and holes is reduced, and the electron reaction rate can be increased, so that the photocatalytic activity is significantly increased compared to the case where the metal is not supported. . Therefore, by irradiating the nanoporous titanium oxide film according to the present invention with light and transmitting the volatile organic compound through the nanopores of the film, the volatile organic compound is almost completely decomposed only by allowing it to pass through once. can do.

また、本発明に係る揮発性有機化合物の処理方法では、上記揮発性有機化合物がメタノール、エタノールおよび/またはアセトアルデヒドであることが好ましい。メタノール、エタノール、アセトアルデヒドは代表的な揮発性有機化合物である。本発明に係る揮発性有機化合物の処理方法では、これらの揮発性有機化合物を効率よく分解することができる。したがって、上記化合物による人体や環境への影響を低減することができる。   In the method for treating a volatile organic compound according to the present invention, the volatile organic compound is preferably methanol, ethanol and / or acetaldehyde. Methanol, ethanol, and acetaldehyde are typical volatile organic compounds. In the method for treating volatile organic compounds according to the present invention, these volatile organic compounds can be efficiently decomposed. Therefore, the influence on the human body and the environment by the above compound can be reduced.

以上のように、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は、二酸化チタンを主成分とする膜が基材の外面および/または内面に担持されたナノ多孔性酸化チタン膜であって、さらに、上記二酸化チタンの分子の一部または全部が、第8族に属する金属を担持しているものであるため、上記金属を担持しない場合よりも揮発性有機化合物の分解効率を大幅に向上させることができるという効果を奏する。   As described above, the nanoporous titanium oxide film according to the present invention is a nanoporous titanium oxide film in which a film mainly composed of titanium dioxide is supported on the outer surface and / or the inner surface of the substrate, Since some or all of the titanium dioxide molecules carry a metal belonging to Group 8, the decomposition efficiency of volatile organic compounds can be greatly improved as compared with the case where the metal is not carried. There is an effect that can be done.

また、本発明に係る揮発性有機化合物の処理方法は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔に光を照射する工程と、上記ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔に揮発性有機化合物を透過させることにより、上記揮発性有機化合物を分解する工程と、を備えるものであるため、上記化合物を一度透過させるだけでほぼ完全に分解することができるという効果を奏する。   Further, the method for treating a volatile organic compound according to the present invention includes a step of irradiating light to nanopores of the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, and volatilization into nanopores of the nanoporous titanium oxide film. The step of decomposing the volatile organic compound by allowing the permeable organic compound to permeate is provided, and therefore the effect is that the compound can be almost completely decomposed only by allowing the compound to permeate once.

本発明の実施の形態について説明すれば以下のとおりであるが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜、揮発性有機化合物(以下「VOC」と称する)の処理方法について詳述する。   An embodiment of the present invention will be described as follows, but the present invention is not limited to this. Hereinafter, a method for treating a nanoporous titanium oxide film and a volatile organic compound (hereinafter referred to as “VOC”) according to the present invention will be described in detail.

(1)ナノ多孔性酸化チタン膜
本発明に係る「ナノ多孔性酸化チタン膜」とは、二酸化チタン(チタニアともいう)を主成分とする膜が基材の外面および/または内面に担持されたナノ多孔性酸化チタン膜であって、さらに、上記二酸化チタンの分子の一部または全部が、第8族に属する金属を担持しているものである。
(1) Nanoporous titanium oxide film The “nanoporous titanium oxide film” according to the present invention is a film mainly composed of titanium dioxide (also called titania) supported on the outer surface and / or the inner surface of a substrate. A nanoporous titanium oxide film, in which some or all of the titanium dioxide molecules carry a metal belonging to Group 8.

上記ナノ多孔性酸化チタン膜は、二酸化チタンを主成分とする膜であるので、二酸化チタン(TiO)のみからなるものであってもよいし、他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、例えば、二酸化チタンの光触媒活性を高めるための微量の元素等を挙げることができる。 Since the nanoporous titanium oxide film is a film containing titanium dioxide as a main component, it may be composed of only titanium dioxide (TiO 2 ) or may contain other components. Examples of other components include a trace amount of elements for enhancing the photocatalytic activity of titanium dioxide.

上記基材は濾過器具として一般に使用されている材質からなる。濾過器具として一般に使用されている材質からなる、平均細孔径が1μm程度の多孔質材であれば、その形状等は特に制限されない。例えば、平均細孔径が1μm程度の透過孔を有するαアルミナやムライト等の無機質材料を用いることが好ましい例として示される。中でも、強度が高く、下地処理加工が容易にできる点で、αアルミナを用いることが好ましい。そして、その形状は、管状(1cm程度以上の外径)、キャピラリー状(1〜10mm程度の外径)、モノリス状(多数孔一体型)、平板状等と任意のものとすることができる。   The base material is made of a material generally used as a filtration device. The shape and the like of the porous material is not particularly limited as long as it is a porous material having an average pore diameter of about 1 μm made of a material generally used as a filtration device. For example, it is preferable to use an inorganic material such as α-alumina or mullite having permeation holes with an average pore diameter of about 1 μm. Among these, α-alumina is preferably used because it has high strength and can be easily subjected to a ground treatment. And the shape can be arbitrary, such as tubular (outer diameter of about 1 cm or more), capillary shape (outer diameter of about 1 to 10 mm), monolith shape (integrated with many holes), flat plate shape, and the like.

本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は、上記のような基材に対し、ゾル−ゲル法またはCVD法によって直接形成されることが好ましい。上記ナノ多孔性酸化チタン膜は、細孔径を極力均一にすることが好ましいため、細孔径を制御しやすいゾル−ゲル法を用いて膜を製造することが好ましい。   The nanoporous titanium oxide film according to the present invention is preferably formed directly on the base material as described above by a sol-gel method or a CVD method. Since the nanoporous titanium oxide film preferably has a uniform pore diameter as much as possible, it is preferable to produce the film using a sol-gel method in which the pore diameter can be easily controlled.

ここで、ゾル−ゲル法とは、金属塩の液状コロイド溶液を用い、引き続き行う熱処理によってゲルを得る前駆体の製造方法をいう(JIS工業用語大辞典 第5版、1294頁)。   Here, the sol-gel method refers to a method for producing a precursor that uses a liquid colloidal solution of a metal salt to obtain a gel by subsequent heat treatment (JIS Industrial Terminology Dictionary 5th Edition, page 1294).

上記ゾル−ゲル法においては、コロイドゾルの粒径を調整することで、ナノ多孔性酸化チタン膜の細孔径を制御することができる。そしてコロイドゾルの粒径は、コロイド溶液を調整する際の縮重合反応温度によって制御することができる。   In the sol-gel method, the pore diameter of the nanoporous titanium oxide film can be controlled by adjusting the particle diameter of the colloidal sol. The particle size of the colloidal sol can be controlled by the condensation polymerization reaction temperature when preparing the colloidal solution.

ナノ多孔性酸化チタン膜は、基材の形状によって異なるが、基材の外面、内面、または内外の両面に作製することができる。さらに、VOCの分解には、一つの多孔性膜で対応してもよいし、基材の異なる面や別の基材に相異なる方法で作成された複数の膜を用いる等してもよい。   The nanoporous titanium oxide film varies depending on the shape of the substrate, but can be produced on the outer surface, the inner surface, or both the inner and outer surfaces of the substrate. Furthermore, decomposition of VOC may be handled by one porous film, or a plurality of films prepared by different methods on different surfaces of the base material or different base materials may be used.

また、ナノ多孔性酸化チタン膜の基材への担持の態様は特に限定されるものではないが、光触媒反応の効率を高める観点から、基材に一様に担持されていることが好ましい。   Moreover, although the aspect of carrying | supporting a nanoporous titanium oxide film to the base material is not specifically limited, From a viewpoint of improving the efficiency of a photocatalytic reaction, it is preferable to carry | support uniformly to a base material.

図2は、チューブ状に成形したナノ多孔性酸化チタン膜の模式図である。図2では、例えばαアルミナを基材としたナノ多孔性酸化チタン膜は、ガラス原料を用いてガラスチューブに接続され、上記ガラスチューブは、一方が閉じ、他方は上記膜を透過した透過物を回収するため開放されている。   FIG. 2 is a schematic view of a nanoporous titanium oxide film formed into a tube shape. In FIG. 2, for example, a nanoporous titanium oxide film based on α-alumina is connected to a glass tube using a glass raw material. One side of the glass tube is closed, and the other is a permeate that has passed through the film. Open for recovery.

上記二酸化チタンの分子は、その一部または全部が第8族に属する金属を担持している。第8族に属する金属は、上述のように正孔の寿命を延ばすことができ、量子収率を大幅に増加させることができる。第8族に属する金属としては、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金が挙げられるが、最も活性が高いため、白金が特に好ましく用いられる。   Some or all of the titanium dioxide molecules carry a metal belonging to Group 8. A metal belonging to Group 8 can extend the lifetime of holes as described above, and can greatly increase the quantum yield. Examples of metals belonging to Group 8 include iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum. Platinum is particularly preferably used because it has the highest activity.

二酸化チタン分子へ上記金属を担持する方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば、触媒を含む溶液中に担体を浸して乾燥する方法である含浸法や、光照射によってできた還元サイトで金属イオンを還元・蒸着させて金属を担持する方法である光蒸着法等を用いることができる。なお、上記「担持」とは、何らかの物質に触媒物質が載っているような状態をいう。   The method for supporting the metal on the titanium dioxide molecule is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, an impregnation method that is a method of immersing a support in a solution containing a catalyst and drying, a photo evaporation method that is a method of supporting metal by reducing and evaporating metal ions at a reduction site formed by light irradiation, and the like are used. be able to. The “supporting” refers to a state in which a catalytic substance is placed on some kind of substance.

一実施形態において、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜では、上記膜が有するナノ細孔の細孔径が2〜25nmであることが好ましい。メタノール等のVOCの平均自由行程は数十nmと考えられることから、上記細孔径が2〜25nmであるナノ多孔性酸化チタン膜のVOCの透過機構は、流れ場の構造が、分子間衝突と分子の境界との衝突のうち、分子の境界との衝突が主であるKnudsen流れであり、VOCと、光触媒活性を有するナノ細孔との接触が支配的となる。また、上記細孔径が2〜25nmの範囲は、コロイドゾルの粒径を調整することによって任意に制御が可能な範囲である。   In one embodiment, in the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, the pore diameter of the nanopores of the film is preferably 2 to 25 nm. Since the mean free path of VOC such as methanol is considered to be several tens of nanometers, the permeation mechanism of the VOC of the nanoporous titanium oxide film having the pore diameter of 2 to 25 nm is that the flow field structure is intermolecular collision. Of the collisions with the molecular boundaries, the Knudsen flow mainly involves collisions with the molecular boundaries, and the contact between the VOC and the nanopores having photocatalytic activity is dominant. The range of the pore diameter of 2 to 25 nm is a range that can be arbitrarily controlled by adjusting the particle size of the colloidal sol.

したがって、上記膜の細孔径を2〜25nmとすることにより、Knudsen流れを作り出すことができ、金属を担持した二酸化チタンとVOCとの接触頻度を増加させることができるため、VOCの分解率を向上させることができる。また、上記細孔径は小さい方が好ましい。細孔径が小さいほど、細孔内での光触媒活性サイトとVOCとの接触効率が増大するため、VOCの分解率をより向上させることができる。   Therefore, by setting the pore diameter of the membrane to 2 to 25 nm, a Knudsen flow can be created, and the contact frequency between titanium dioxide carrying metal and VOC can be increased, so that the decomposition rate of VOC is improved. Can be made. Further, the pore diameter is preferably small. As the pore diameter is smaller, the contact efficiency between the photocatalytically active site and the VOC in the pore is increased, so that the decomposition rate of VOC can be further improved.

なお、平均自由行程とは、分子が他の分子と衝突して、次に他の分子と衝突するまでに進む距離の平均のことである。   The mean free path is an average of the distance traveled until a molecule collides with another molecule and then collides with another molecule.

白金等の金属を担持していないナノ多孔性酸化チタン膜では、光照射によって発生した正孔と電子とが二酸化チタン内部あるいは表面で再結合する。すなわち、このような電子反応過程が律速反応となる。一方、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は、白金等の第8族に属する金属を担持しているものであるため、光照射によって発生した多くの電子を上記金属に集めることができる。その結果電子と正孔とが再結合する割合が減少し、電子反応速度を高めることができるため、白金等の金属を担持していないナノ多孔性酸化チタン膜に比べて、光触媒活性が大幅に高まったものとなっている。   In a nanoporous titanium oxide film not supporting a metal such as platinum, holes and electrons generated by light irradiation are recombined inside or on the surface of titanium dioxide. That is, such an electronic reaction process becomes a rate-limiting reaction. On the other hand, since the nanoporous titanium oxide film according to the present invention carries a metal belonging to Group 8 such as platinum, many electrons generated by light irradiation can be collected in the metal. As a result, the rate of recombination of electrons and holes is reduced, and the electron reaction rate can be increased, so that the photocatalytic activity is significantly higher than that of nanoporous titanium oxide films that do not support metals such as platinum. It has become expensive.

例えば、後述する実施例に示すように、上記金属を担持していないナノ多孔性酸化チタン膜は、100ppm程度のメタノールを完全に光触媒分解することはできたが、メタノールの供給濃度の増大とともに分解率は低下し、完全酸化物である二酸化炭素の生成率が減少して、有害な中間生成物であるホルムアルデヒドの生成量が増加した。一方、白金を担持したナノ多孔性酸化チタン膜はメタノールの供給濃度に関わらずメタノールをほぼ完全に分解し、ホルムアルデヒドを生成することもなく、メタノールをほぼ100%二酸化炭素にまで分解することができた。   For example, as shown in the examples described later, the nanoporous titanium oxide film not supporting the metal was able to completely photocatalytically decompose about 100 ppm of methanol, but decomposed as the methanol supply concentration increased. The rate decreased, the production rate of carbon dioxide, a complete oxide, decreased, and the amount of formaldehyde, a harmful intermediate product, increased. On the other hand, a nanoporous titanium oxide film supporting platinum can decompose methanol almost completely regardless of the methanol supply concentration, and can decompose methanol to almost 100% carbon dioxide without forming formaldehyde. It was.

したがって、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は、大気中に存在するVOCの分解除去に非常に有効であるということができ、空気清浄装置だけでなく、エアコンのフィルターや空気清浄機のフィルター等に用いることが可能である。   Therefore, it can be said that the nanoporous titanium oxide film according to the present invention is very effective for decomposing and removing VOC existing in the atmosphere, and not only an air purifier but also an air conditioner filter or an air purifier filter. Etc. can be used.

(2)VOCの処理方法
本発明に係るVOCの処理方法は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔に光を照射する工程と、上記ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔にVOCを透過させることにより、上記VOCを分解する工程と、を備える。
(2) VOC processing method The VOC processing method according to the present invention includes a step of irradiating light to nanopores of the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, and a nanopore of the nanoporous titanium oxide film. Disassembling the VOC by allowing the VOC to pass therethrough.

上記ナノ細孔は、気体状のVOCを透過することができる細孔径を有していればよいが、上述のようにKnudsen流れを作り出すことができるため、細孔径が2〜25nmであることが好ましく、細孔内での光触媒活性サイトとVOCとの接触効率を増大させるため、細孔径は小さいほど好ましい。   The nanopores only need to have a pore diameter that can pass through the gaseous VOC. However, since the Knudsen flow can be created as described above, the pore diameter is 2 to 25 nm. Preferably, the pore diameter is preferably as small as possible in order to increase the contact efficiency between the photocatalytically active site and the VOC in the pores.

上記VOCの種類は、大気中に存在するものを分解除去すれば、人体や環境への悪影響を防ぐことができると考えられるため、特に限定されるものではない。分解除去の対象としては、主として、工業用原料、溶剤等に含まれるVOCを挙げることができる。   The type of VOC is not particularly limited since it is considered that adverse effects on the human body and the environment can be prevented by decomposing and removing those present in the atmosphere. Examples of the target for decomposition and removal include VOCs contained in industrial raw materials, solvents and the like.

例えば、メタノール、エタノール、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、ヘキサン、へプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、 テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、2,4−ジメチルペンタン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、m,p−キシレン、o−キシレン、スチレン、1,3,5−トリメチルベンゼン、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3−トリメチルベンゼン、1,2,4,5−テトラメチルベンゼン、α−ピネン、リモネン、ジクロロメタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロホルム、1,1,1,−トリ クロロエタン、1,2−ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロジブロモメタン、p−ジクロロベンゼン、酢酸エチル、酢酸ブチル、n−ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ノナナール、デカナール等が分解除去の対象となりうる。   For example, methanol, ethanol, acetaldehyde, formaldehyde, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, 2,4-dimethylpentane, benzene, toluene, ethylbenzene, m, p- Xylene, o-xylene, styrene, 1,3,5-trimethylbenzene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,3-trimethylbenzene, 1,2,4,5-tetramethylbenzene, α-pinene , Limonene, dichloromethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene, chloroform, 1,1,1, -trichloroethane, 1,2-dichloroethane, carbon tetrachloride, chlorodibromomethane, p-dichlorobenzene, ethyl acetate, butyl acetate, n-butanol, Acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobuty Ketone, nonanal, decanal, etc. may be subject to decomposition and removal.

また、上記VOCは、それぞれ単独で上記ナノ細孔に透過させてもよいし、混合物として透過させてもよい。   In addition, the VOC may be permeated through the nanopores alone or as a mixture.

ナノ多孔性酸化チタン膜に光を照射する工程は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜に光を照射することによって、光触媒反応を起こさせる工程である。照射する光は、特に限定されるものではないが、二酸化チタンが400nm以下の紫外線領域の光を吸収し、価電子帯の電子を伝道帯に励起して正孔を発生するので、紫外線を照射することが好ましい。   The step of irradiating the nanoporous titanium oxide film with light is a step of causing photocatalytic reaction by irradiating the nanoporous titanium oxide film according to the present invention with light. Irradiation light is not particularly limited, but titanium dioxide absorbs light in the ultraviolet region of 400 nm or less, and excites electrons in the valence band to generate a hole to generate holes. It is preferable to do.

上記照射は、例えば紫外線ランプによってナノ多孔性酸化チタン膜の表面に紫外光を照射することにより行われる。紫外線照射手段としては、紫外線ランプとしてのブラックライトが好適に用いられるが、その他にも、水銀ランプ、キセノンランプ等を使用することもできる。   The irradiation is performed, for example, by irradiating the surface of the nanoporous titanium oxide film with ultraviolet light using an ultraviolet lamp. As the ultraviolet irradiation means, black light as an ultraviolet lamp is preferably used, but a mercury lamp, a xenon lamp, or the like can also be used.

図1は、上記ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔にVOCを透過させることにより、上記VOCを分解する工程を示す模式図である。本発明に係るVOCの処理方法では、VOCをナノ細孔に透過させながら光触媒反応を行わせることで、膜透過側に光触媒反応した生成物を得ることができる。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a process of decomposing the VOC by allowing the VOC to permeate through the nanopores of the nanoporous titanium oxide film. In the VOC processing method according to the present invention, a photocatalytic reaction can be obtained on the membrane permeation side by allowing the photocatalytic reaction to occur while allowing the VOC to pass through the nanopores.

上記ナノ多孔性酸化チタン膜は、上述のように白金等の第8属に属する金属を担持しているため、VOCの分解効率が非常に向上している。   Since the nanoporous titanium oxide film carries a metal belonging to Group 8 such as platinum as described above, the decomposition efficiency of VOC is greatly improved.

光の照射によってナノ多孔性酸化チタン膜に発生した正孔によって、VOCはナノ細孔を透過する間に酸化分解される。このとき、上記金属が光照射によって生じた電子を捕捉し、正孔の寿命が延びるため、上記金属が担持されていない場合と比べて、VOCの酸化分解が亢進される。その結果、VOCをナノ細孔に一度透過させるだけでほぼ完全にVOCを分解することができる。   VOCs are oxidatively decomposed while passing through the nanopores due to the holes generated in the nanoporous titanium oxide film by light irradiation. At this time, the metal captures electrons generated by light irradiation and extends the lifetime of holes, so that the oxidative decomposition of VOC is enhanced as compared with the case where the metal is not supported. As a result, the VOC can be almost completely decomposed by passing the VOC once through the nanopore.

また、本発明に係るVOCの処理方法によれば、濾過によって細孔に目詰まりを起こしている有機物(ファウリング物質)をも分解することもできる。このことは、従来の技術において不可欠とされていた膜の洗浄あるいは逆洗等といった洗浄工程を必要とせずに、ファウリング物質を分解して膜の透過流束を回復させることを可能とするものである。   In addition, according to the VOC processing method of the present invention, it is possible to decompose organic substances (fouling substances) that clog pores by filtration. This makes it possible to decompose the fouling material and restore the permeation flux of the membrane without the need for a washing step such as membrane washing or backwashing, which has been indispensable in the prior art. It is.

図3は、本発明に係るVOCの処理方法を実施するための光触媒膜型反応装置1の概略を示す模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of the photocatalytic film type reactor 1 for carrying out the VOC processing method according to the present invention.

図3に示すように、光触媒膜型反応装置1は、ガスボンベ11、マスフロー12、バブリング装置13、プレヒーター14、光源15、ナノ多孔性酸化チタン膜16、膜セル17、バルブ18、熱電対19、ガスクロマトグラフィー20、バイパスライン21を備えて構成されている。   As shown in FIG. 3, the photocatalytic membrane reactor 1 includes a gas cylinder 11, a mass flow 12, a bubbling device 13, a preheater 14, a light source 15, a nanoporous titanium oxide film 16, a membrane cell 17, a valve 18, and a thermocouple 19. The gas chromatography 20 and the bypass line 21 are provided.

ナノ多孔性酸化チタン膜16は、ガスボンベ11から供給された空気とバブリング装置13において混合され、プレヒーター14で加熱されたVOCを透過するものである。上述のように、ナノ多孔性酸化チタン膜16は、二酸化チタンを主成分とする膜が基材の外面および/または内面に担持されたナノ多孔性酸化チタン膜であって、さらに、上記二酸化チタンの分子の一部または全部が、第8族に属する金属を担持している。   The nanoporous titanium oxide film 16 is mixed with the air supplied from the gas cylinder 11 in the bubbling device 13 and transmits the VOC heated by the preheater 14. As described above, the nanoporous titanium oxide film 16 is a nanoporous titanium oxide film in which a film containing titanium dioxide as a main component is supported on the outer surface and / or the inner surface of the base material. A part or all of these molecules carry a metal belonging to Group 8.

ガスボンベ11は、空気を充填したボンベであり、空気をバブリング装置13に供給する。マスフロー12は、バブリング装置13に供給される空気の流量を調整するためのものである。バブリング装置13は、VOCを充填しており、当該化合物とガスボンベ11から供給される空気とを混合して蒸気とするためのものである。プレヒーター14は、当該蒸気を光触媒反応温度に加熱するためのものである。   The gas cylinder 11 is a cylinder filled with air, and supplies air to the bubbling device 13. The mass flow 12 is for adjusting the flow rate of the air supplied to the bubbling device 13. The bubbling device 13 is filled with VOC, and mixes the compound and the air supplied from the gas cylinder 11 to form steam. The preheater 14 is for heating the steam to the photocatalytic reaction temperature.

光源15は、ナノ多孔性酸化チタン膜16に光を照射するためのものであり、上述のようにブラックライトが好適に用いられるが、その他にも、水銀ランプ、キセノンランプ等を用いることもできる。   The light source 15 is for irradiating the nanoporous titanium oxide film 16 with light, and black light is preferably used as described above. However, a mercury lamp, a xenon lamp, or the like can also be used. .

膜セル17はVOCと空気との混合蒸気が供給される反応室である。また、膜セル17内にはナノ多孔性酸化チタン膜16が固定されている。膜セル17は、それ自身が光触媒反応を起こしたり、VOCと反応したりしない安定な物質であり、光を透過することができる物質からなるものであればよい。例えば、石英やパイレックス(登録商標)などが好適に用いられる。   The membrane cell 17 is a reaction chamber to which a mixed vapor of VOC and air is supplied. A nanoporous titanium oxide film 16 is fixed in the membrane cell 17. The membrane cell 17 may be a stable substance that does not cause a photocatalytic reaction or reacts with VOC and is made of a substance that can transmit light. For example, quartz or Pyrex (registered trademark) is preferably used.

上記混合蒸気がナノ多孔性酸化チタン膜16が有するナノ細孔に入り、ナノ多孔性酸化チタン膜16に光が照射されると、光触媒反応が生じる。すなわち、光のエネルギーによってナノ多孔性酸化チタン膜16にOHラジカルが高密度に生成され、VOCがOHラジカルと反応して酸化分解される。また、VOCがナノ細孔の表面に吸着して直接分解される場合もある。   When the mixed vapor enters the nanopores of the nanoporous titanium oxide film 16 and the nanoporous titanium oxide film 16 is irradiated with light, a photocatalytic reaction occurs. That is, OH radicals are generated at a high density in the nanoporous titanium oxide film 16 by the energy of light, and VOC reacts with the OH radicals and is oxidatively decomposed. In some cases, VOC is adsorbed on the surface of the nanopore and directly decomposed.

本発明に係るVOCの処理方法では、このような過程によってVOCが酸化分解される。上記ナノ多孔性酸化チタン膜は上述のように白金等の第8属に属する金属を担持しているので、VOCをほぼ完全に酸化分解することができ、膜透過側に完全に浄化されたガスを得ることができる。   In the VOC processing method according to the present invention, the VOC is oxidatively decomposed by such a process. Since the nanoporous titanium oxide film carries a metal belonging to Group 8 such as platinum as described above, the VOC can be almost completely oxidized and decomposed, and the gas completely purified on the membrane permeation side. Can be obtained.

また、後述する実施例に示すように、上記金属を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜は、VOCの供給濃度の増加に伴って分解率が低下するが、上記金属を担持したナノ多孔性酸化チタン膜を用いる本発明に係る方法ではVOCの供給濃度に関わらず高い分解率を保つことができるので、非常に効率よくVOCの酸化分解を行うことができる。   In addition, as shown in the examples described later, the nanoporous titanium oxide film not supporting the metal has a decomposition rate that decreases as the supply concentration of VOC increases, but the nanoporous titanium oxide supporting the metal In the method according to the present invention using a membrane, a high decomposition rate can be maintained regardless of the supply concentration of VOC, so that the oxidative decomposition of VOC can be performed very efficiently.

バルブ18はガス流路を切り替えるためのものである。また、熱電対19はナノ多孔性酸化チタン膜16の温度を測定するためのものである。ガスクロマトグラフィー20は酸化分解されたVOCの組成分析を行うためのものである。また、バイパスライン21は供給VOCの濃度を調整するためのものである。   The valve 18 is for switching the gas flow path. The thermocouple 19 is for measuring the temperature of the nanoporous titanium oxide film 16. The gas chromatography 20 is for performing composition analysis of the oxidatively decomposed VOC. The bypass line 21 is for adjusting the concentration of the supplied VOC.

なお、本発明は以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   Note that the present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications are possible within the scope of the claims, and technical means disclosed in different embodiments are appropriately combined. Embodiments obtained in this manner are also included in the technical scope of the present invention.

本発明について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正および改変を行うことができる。なお、ナノ多孔性酸化チタン膜の作製、作製したナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔の測定、ナノ多孔性酸化チタン膜への白金の担持、光触媒反応は、次のようにして行った。   The present invention will be described more specifically based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to this. Those skilled in the art can make various changes, modifications, and alterations without departing from the scope of the present invention. The production of the nanoporous titanium oxide film, the measurement of the nanopores of the produced nanoporous titanium oxide film, the loading of platinum on the nanoporous titanium oxide film, and the photocatalytic reaction were performed as follows.

(ナノ多孔性酸化チタン膜の作製)
ナノ多孔性酸化チタン膜の作製は、ゾル−ゲル法によって行った。出発原料としてはチタンイソプロポキシド(以下「TTIP」と称する)を用いた。TTIPを分散媒としてのイソプロピルアルコール(以下「IPA」と称する)、触媒としての塩酸と混合し、その後所定量の水を加え、約4℃で1時間加水分解した。出発溶液の組成比(モル比)はTTIP/IPA/水/塩酸=1/140/4/0.4とした。
(Preparation of nanoporous titanium oxide film)
The nanoporous titanium oxide film was produced by a sol-gel method. Titanium isopropoxide (hereinafter referred to as “TTIP”) was used as a starting material. TTIP was mixed with isopropyl alcohol (hereinafter referred to as “IPA”) as a dispersion medium and hydrochloric acid as a catalyst, and then a predetermined amount of water was added, followed by hydrolysis at about 4 ° C. for 1 hour. The composition ratio (molar ratio) of the starting solution was TTIP / IPA / water / hydrochloric acid = 1/140/4 / 0.4.

加水分解後に所定温度(20〜50℃)で10時間熟成することで、二酸化チタンコロイドゾルの調製を行った(非特許文献1)。この熟成温度によって二酸化チタンコロイドゾルの粒径を制御することが可能であり、動的光散乱法によって測定した粒径は30〜100nm程度であった。なお、上記粒径の測定は動的光散乱光度計(ELS800、大塚電子(株)製)によって行った。   After hydrolysis, a titanium dioxide colloidal sol was prepared by aging at a predetermined temperature (20 to 50 ° C.) for 10 hours (Non-patent Document 1). The particle size of the titanium dioxide colloidal sol can be controlled by this aging temperature, and the particle size measured by the dynamic light scattering method was about 30 to 100 nm. The particle size was measured with a dynamic light scattering photometer (ELS800, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).

基材としては、多孔質α−アルミナ管(孔径1μm、長さ9cm、外径1cm)を用いた。まず、上記α−アルミナ管上に二酸化チタン微粒子(ST−41、石原産業(株)製、粒径200nm)および市販の二酸化チタンのゾル溶液(STS−01,石原産業(株)製)を担持することで中間層を形成した。その後、二酸化チタンコロイドゾル(非特許文献1)を粒径の大きなコロイドから順に段階的にコーティングし、焼成することにより、ナノ多孔性酸化チタン膜を作製した。なお、上記焼成は温度450℃で15分以上、大気雰囲気中で行った。   As the substrate, a porous α-alumina tube (pore diameter: 1 μm, length: 9 cm, outer diameter: 1 cm) was used. First, titanium dioxide fine particles (ST-41, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., particle size 200 nm) and a commercially available titanium dioxide sol solution (STS-01, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) are supported on the α-alumina tube. As a result, an intermediate layer was formed. Thereafter, a titanium dioxide colloidal sol (Non-patent Document 1) was coated stepwise in order from a colloid having a larger particle size and baked to prepare a nanoporous titanium oxide film. The firing was performed in an air atmosphere at a temperature of 450 ° C. for 15 minutes or longer.

(ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔の測定)
作製したナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔の測定は、ナノパームポロメトリー(NanoPermPorometer、西華産業(株)製)を用いて行った。ナノパームポロメトリーは、窒素とヘキサン蒸気とを多孔質に供給し、蒸気成分の毛管凝縮による窒素透過のブロッキングによって細孔径を測定するものである。
(Measurement of nanopores in nanoporous titanium oxide film)
The nanopores of the produced nanoporous titanium oxide film were measured using nanopalm porometry (NanoPermPorometer, manufactured by Seika Sangyo Co., Ltd.). Nano palm porometry is a method in which nitrogen and hexane vapor are supplied to a porous body, and the pore diameter is measured by blocking nitrogen permeation by capillary condensation of the vapor component.

(ナノ多孔性酸化チタン膜への白金の担持)
ナノ多孔性酸化チタン膜への白金の担持は、光蒸着法を用いて行った。まず、試験管中で、超純水にHPtCl・6HOを溶解して調製した溶液(溶液の総重量約19.0g)に白金を担持していないナノ多孔性酸化チタン膜を浸した。この溶液に窒素を約20×10−6/minで30分間流した後、ナノ多孔性酸化チタン膜にブラックライト(350nm、4W)を10〜120分照射した。HPtCl・6HOの初濃度は0.6mol/mまたは1.9mol/mとした。
(Platinum supported on nanoporous titanium oxide film)
Platinum was supported on the nanoporous titanium oxide film by using a photo evaporation method. First, in a test tube, the ultra-pure water H 2 PtCl 6 · 6H 2 O dissolved was prepared solution nanoporous titanium oxide films on not carrying a platinum (total solution weight of about 19.0g of) Soaked. Nitrogen was passed through the solution at about 20 × 10 −6 m 3 / min for 30 minutes, and then the nanoporous titanium oxide film was irradiated with black light (350 nm, 4 W) for 10 to 120 minutes. The initial concentration of H 2 PtCl 6 .6H 2 O was 0.6 mol / m 3 or 1.9 mol / m 3 .

ブラックライト照射後、ナノ多孔性酸化チタン膜を蒸留水でリンスし、室温で30分乾燥後、100℃で90分乾燥した。担持された白金の濃度はICP分析によって決定し、ナノ多孔性酸化チタン膜に担持された白金の量はブラックライトの照射前後の濃度差から計算した。   After irradiation with black light, the nanoporous titanium oxide film was rinsed with distilled water, dried at room temperature for 30 minutes, and then dried at 100 ° C. for 90 minutes. The concentration of supported platinum was determined by ICP analysis, and the amount of platinum supported on the nanoporous titanium oxide film was calculated from the concentration difference before and after irradiation with black light.

(光触媒反応)
ナノ多孔性酸化チタン膜16(10φ×90mm)を用い、光源15としてブラックライト(350nm、4W)4〜8本を用いた。VOC成分としてはメタノール、エタノール、またはアセトアルデヒドを用い、空気流量100〜500cc/min、VOC濃度を100〜12000ppm、水蒸気濃度を600〜25000ppm、反応温度を80〜110℃とした。
(Photocatalytic reaction)
A nanoporous titanium oxide film 16 (10φ × 90 mm) was used, and 4 to 8 black lights (350 nm, 4 W) were used as the light source 15. As the VOC component, methanol, ethanol or acetaldehyde was used, the air flow rate was 100 to 500 cc / min, the VOC concentration was 100 to 12000 ppm, the water vapor concentration was 600 to 25000 ppm, and the reaction temperature was 80 to 110 ° C.

VOC濃度はマスフロー12によって調整し、水蒸気濃度はバブリング装置13の温度(0℃、30℃)と、スイープ法とバブリング法とで4種類に調整した。分析には2台のガスクロマトグラフィー20を用い、GC1(カラム:PorapakT)ではメタノール、ホルムアルデヒド、水、蟻酸、エタノール、アセトアルデヒドの分析を行い、GC2(カラム:Gaskropack54)では二酸化炭素の定量を行った。   The VOC concentration was adjusted by the mass flow 12, and the water vapor concentration was adjusted to four types according to the temperature of the bubbling device 13 (0 ° C., 30 ° C.), the sweep method and the bubbling method. Two gas chromatographies 20 were used for the analysis. GC1 (column: PorapakT) analyzed methanol, formaldehyde, water, formic acid, ethanol, and acetaldehyde, and GC2 (column: Gascropack54) quantified carbon dioxide. .

〔実施例1:ナノ多孔性酸化チタン膜〕
図4は、上記方法によって作製したナノ多孔性酸化チタン膜の断面SEM像を示すものである。図4に示すように、基材の外側表面に約数μmの厚みの中間層、およびその上に形成された厚さ1μm以下のコロイドコーティング層が観察された。したがって、二酸化チタン層は中間層を含めても数μm程度と考えられる。石英板上に二酸化チタンの薄膜を作製し、UV/Vis spectra(Jasco,V−570)を用いて、二酸化チタン薄膜の紫外線透過率を測定した。その結果、膜厚1μmの二酸化チタン層の示す波長350nmの透過率は約30%程度と推定されたことから、分離選択性を発現するコロイドコーティング層においては、ブラックライトから照射された紫外光はほぼ浸透しているものと考えられる。
[Example 1: Nanoporous titanium oxide film]
FIG. 4 shows a cross-sectional SEM image of the nanoporous titanium oxide film produced by the above method. As shown in FIG. 4, an intermediate layer having a thickness of about several μm was observed on the outer surface of the substrate, and a colloid coating layer having a thickness of 1 μm or less formed thereon was observed. Therefore, the titanium dioxide layer is considered to be about several μm including the intermediate layer. A thin film of titanium dioxide was prepared on a quartz plate, and the ultraviolet transmittance of the titanium dioxide thin film was measured using UV / Vis spectra (Jasco, V-570). As a result, the transmittance at a wavelength of 350 nm exhibited by a titanium dioxide layer having a thickness of 1 μm was estimated to be about 30%. Therefore, in a colloid coating layer that exhibits separation selectivity, ultraviolet light irradiated from black light is It is thought that it has almost penetrated.

図5は、ナノ多孔性酸化チタン膜の細孔径分布の測定結果を示すものである。図5から明らかなように、乾燥窒素の透過率で無次元化した窒素透過率が50%を示す細孔径は2nmから17nm程度に制御することが可能であった。この細孔径はコーティングに用いるコロイドゾルの粒径によって制御した。乾燥窒素の透過率は1〜2×10−5mol/s/m/Paの範囲であった。 FIG. 5 shows the measurement results of the pore size distribution of the nanoporous titanium oxide film. As can be seen from FIG. 5, the pore diameter at which the nitrogen permeability made non-dimensional with the permeability of dry nitrogen shows 50% can be controlled to about 2 nm to 17 nm. This pore size was controlled by the particle size of the colloidal sol used for coating. The transmittance of dry nitrogen was in the range of 1 to 2 × 10 −5 mol / s / m 2 / Pa.

なお、これらの膜の中間層は粒径が200nmの酸化チタン微粒子を用いてコーティングしているため、中間層の細孔径は数10nmの範囲と推定される。したがって、図5に示した細孔径はコロイドコーティング層の細孔径を示しているといえる。   In addition, since the intermediate layer of these films is coated using titanium oxide fine particles having a particle diameter of 200 nm, the pore diameter of the intermediate layer is estimated to be in the range of several tens of nm. Therefore, it can be said that the pore diameter shown in FIG. 5 indicates the pore diameter of the colloid coating layer.

図6は、白金担持前後におけるナノ多孔性酸化チタン膜の細孔径分布の測定結果を示すものである。白金担持前の細孔径は約16nmであったが、ブラックライトを120分照射後には細孔径は10nmに減少した。   FIG. 6 shows the measurement results of the pore size distribution of the nanoporous titanium oxide film before and after platinum support. The pore diameter before platinum support was about 16 nm, but the pore diameter decreased to 10 nm after 120 minutes of irradiation with black light.

図7は、ナノ多孔性酸化チタン膜の平均細孔径と白金蒸着量に及ぼす光蒸着時間の関係を示すものである。図7に示すように、光蒸着時間の進行とともに細孔径が減少し、白金の蒸着量は増加して、両者とも一定値に漸近する傾向が見られた。塩化白金酸の初濃度は1.95mol/mおよび0.61mとしたが、初濃度によらず白金の蒸着量は一定値に漸近した。これは、白金を膜表面に形成するとブラックライトが透過しなくなり、光蒸着が終了したことによるものと考えられる。 FIG. 7 shows the relationship between the average pore diameter of the nanoporous titanium oxide film and the photodeposition time on the platinum deposition amount. As shown in FIG. 7, the pore diameter decreased with the progress of photoevaporation time, the amount of platinum deposited increased, and both of them tended to approach a certain value. The initial concentration of chloroplatinic acid was 1.95 mol / m 3 and 0.61 m 3 , but the deposition amount of platinum gradually approached a constant value regardless of the initial concentration. This is considered to be due to the fact that when black is formed on the film surface, the black light is not transmitted and the photo-deposition is completed.

〔実施例2:本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜によるメタノール分解〕
図8(a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜について、反応量とメタノール濃度との関係を示すものである。また、図8(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜について、反応速度とメタノール濃度との関係を示すものである。メタノールの酸化分解過程は、メタノール→ホルムアルデヒド→蟻酸→二酸化炭素として表され、酸化分解過程において有害なホルムアルデヒドが生成される。
[Example 2: Decomposition of methanol by nanoporous titanium oxide film according to the present invention]
FIG. 8 (a) shows the relationship between the reaction amount and the methanol concentration in the nanoporous titanium oxide film according to the present invention. FIG. 8 (b) shows the relationship between the reaction rate and the methanol concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention. The oxidative decomposition process of methanol is expressed as methanol → formaldehyde → formic acid → carbon dioxide, and harmful formaldehyde is generated in the oxidative decomposition process.

図8(a)に示すように、白金が担持されている本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は、メタノール供給濃度に関わらずメタノールをほぼ完全に分解し、二酸化炭素生成率もほぼ100%を示した。また、メタノール分解量も増加し、二酸化炭素生成量も大きく増加した。このことから、白金担持はメタノール酸化分解反応に極めて有効であることが分かる。   As shown in FIG. 8A, the nanoporous titanium oxide film according to the present invention on which platinum is supported decomposes methanol almost completely regardless of the methanol supply concentration, and the carbon dioxide production rate is also almost 100%. showed that. In addition, the amount of methanol decomposed increased, and the amount of carbon dioxide produced increased greatly. From this, it can be seen that platinum loading is extremely effective for methanol oxidative decomposition reaction.

白金担持によってメタノール分解率はほぼ100%となり、また、メタノールがほぼ二酸化炭素まで酸化される完全酸化に向かう傾向を示した。   The platinum decomposition yielded a methanol decomposition rate of almost 100% and showed a tendency toward complete oxidation in which methanol was oxidized to almost carbon dioxide.

〔実施例3:本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜によるエタノール分解およびアセトアルデヒド分解〕
図9は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜にエタノールを供給したときの濃度依存性、および白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜との比較の結果を示すものである。(a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応量と供給エタノール濃度との関係を示すものである。(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応速度と供給エタノール濃度との関係を示すものである。
[Example 3: Ethanol decomposition and acetaldehyde decomposition by nanoporous titanium oxide film according to the present invention]
FIG. 9 shows the concentration dependency when ethanol is supplied to the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the result of comparison with the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (A) shows the relationship between the reaction amount and the supply ethanol concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (B) shows the relationship between the reaction rate and the supply ethanol concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum.

また、図10は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜にアセトアルデヒドを供給したときの濃度依存性、および白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜との比較の結果を示すものである。(a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応量と供給アセトアルデヒド濃度との関係を示すものである。(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応速度と供給アセトアルデヒド濃度との関係を示すものである。   FIG. 10 shows the concentration dependence when acetaldehyde is supplied to the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the result of comparison with a nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (A) shows the relationship between the reaction amount and the supplied acetaldehyde concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (B) shows the relationship between the reaction rate and the supplied acetaldehyde concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum.

ここで、ナノ多孔性酸化チタン膜の白金の担持量は図7より8.4×10−5gであると推定される。 Here, the supported amount of platinum in the nanoporous titanium oxide film is estimated to be 8.4 × 10 −5 g from FIG.

まず、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜を用いた場合の分解反応の挙動を、白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜の結果と比較すると、VOCがエタノールの場合、エタノール転化率は大幅に増加し、アセトアルデヒドおよび二酸化炭素選択率はそれぞれ大幅に減少、増加しており、ナノ多孔性酸化チタン膜に白金を担持することによる分解特性の向上が確かめられた。
また、VOCがアセトアルデヒドの場合も同様に、アセトアルデヒド転化率は増加、ホルムアルデヒドおよび二酸化炭素選択率はそれぞれ減少、増加する傾向がみられた。
First, when the behavior of the decomposition reaction when the nanoporous titanium oxide film according to the present invention is used is compared with the result of the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum, when the VOC is ethanol, the ethanol conversion rate is greatly increased. As a result, the selectivity of acetaldehyde and carbon dioxide was greatly decreased and increased, confirming the improvement of decomposition characteristics by supporting platinum on the nanoporous titanium oxide film.
Similarly, when VOC was acetaldehyde, the acetaldehyde conversion rate increased and the formaldehyde and carbon dioxide selectivity tended to decrease and increase, respectively.

〔実施例4:VOCの分解特性の挙動〕
実施例3では、空気流量を固定し供給VOC濃度を変化させることによるVOC分解特性の挙動を検討した。実施例4では、供給VOC濃度を固定し空気流量を変化させる、つまり滞留時間を変化させることによりVOC分解特性の挙動を検討した。
[Example 4: Behavior of decomposition characteristics of VOC]
In Example 3, the behavior of the VOC decomposition characteristics by changing the supply VOC concentration while fixing the air flow rate was examined. In Example 4, the behavior of the VOC decomposition characteristics was examined by fixing the supplied VOC concentration and changing the air flow rate, that is, changing the residence time.

図11は供給VOCをエタノール、アセトアルデヒドとした場合の滞留時間依存性を、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とで比較した結果を示すものである。(a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応率と滞留時間との関係を示すものである。(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応速度と滞留時間との関係を示すものである。   FIG. 11 shows the result of comparing the residence time dependency when the supplied VOC is ethanol and acetaldehyde between the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. . (A) shows the relationship between the reaction rate and the residence time for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (B) shows the relationship between the reaction rate and the residence time for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum.

ここで、滞留時間は、アルミナ支持体管の体積(厚さ1mm)を用いて算出した。図11において、破線は本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜の結果を表し、実線は白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜の結果を表すものである。   Here, the residence time was calculated using the volume (thickness 1 mm) of the alumina support tube. In FIG. 11, the broken line represents the result of the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, and the solid line represents the result of the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum.

本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜における滞留時間依存性については、測定できた最小の滞留時間においてアセトアルデヒド選択率が一番大きく、滞留時間の値が増加していくにつれて減少し、滞留時間が0.7秒程度のところでほぼ完全酸化を維持することがわかった。またエタノール転化率は終始100%の状態を維持することがわかった。   Regarding the residence time dependency in the nanoporous titanium oxide film according to the present invention, the acetaldehyde selectivity is the largest at the minimum residence time that can be measured, and the residence time decreases as the residence time value increases. It was found that almost complete oxidation was maintained at about 0.7 seconds. It was also found that the ethanol conversion rate was maintained at 100% throughout.

また、白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜におけるアセトアルデヒド生成速度の挙動は極大を持ち、かつ、上に凸となっているが、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜におけるものは下に凸となっていることがわかった。   In addition, the behavior of the acetaldehyde generation rate in the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum has a maximum and is convex upward, while that in the nanoporous titanium oxide film according to the present invention is downwardly convex. I found out that

この挙動の違いについて考えられることとして、まず、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜における分解性能が白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜のそれよりも優れているので、ナノ多孔性酸化チタン膜よりも滞留時間が小さい時点で完全酸化に向かうことが考えられる。そのために、白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜におけるアセトアルデヒド分解速度の挙動の右側部分、つまり完全酸化に向かう傾向を示している部分が左にシフトした状態が再現されていると考えられる。   The difference in behavior may be considered as follows. First, the nanoporous titanium oxide film according to the present invention has better decomposition performance than that of the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. It is conceivable that the oxidation proceeds toward complete oxidation when the residence time is shorter than that of the membrane. Therefore, it is considered that the right side portion of the behavior of the acetaldehyde decomposition rate in the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum, that is, the portion showing the tendency toward complete oxidation is shifted to the left.

〔比較例1:白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜を用いたメタノール分解反応〕
図12は、種々のメタノール供給濃度におけるメタノール、二酸化炭素、ホルムアルデヒド、水が白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜を透過した後の濃度の経時変化を示すものである。
[Comparative Example 1: Methanol decomposition reaction using nanoporous titanium oxide film not supporting platinum]
FIG. 12 shows the change over time in the concentration of methanol, carbon dioxide, formaldehyde, and water after passing through the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum at various methanol supply concentrations.

図12の(1)に示す領域では、上記ナノ多孔性酸化チタン膜への供給メタノール濃度をバイパスライン21を用いて約100ppmに調整した。光源としてはブラックライトを用いて紫外光を照射しており、輻射電熱によって上記ナノ多孔性酸化チタン膜の中心温度は約110〜120℃に保たれている。図12の(2)に示す領域において、供給メタノールを上記ナノ多孔性酸化チタン膜に全量透過させたところ、上記ナノ多孔性酸化チタン膜透過後のメタノール濃度はほぼゼロまで減少した。   In the region shown in FIG. 12 (1), the methanol concentration supplied to the nanoporous titanium oxide film was adjusted to about 100 ppm using the bypass line 21. The light source is irradiated with ultraviolet light using black light, and the center temperature of the nanoporous titanium oxide film is kept at about 110 to 120 ° C. by radiant heat. In the region shown in (2) of FIG. 12, when the supplied methanol was completely permeated through the nanoporous titanium oxide film, the methanol concentration after permeation through the nanoporous titanium oxide film decreased to almost zero.

一方、図12の(2)に示す領域においては、図12の(1)に示す領域と比べて、水の濃度は750ppmから900ppmに増加し、二酸化炭素の濃度は450ppmから550ppmに増加した。ホルムアルデヒドは検出されなかった。これは、上記ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔へ強制対流によって原料メタノールが供給され、均一な滞留時間で光触媒活性のある細孔内を透過したために、高い分解率が得られたものと考えられる。   On the other hand, in the region shown in (2) of FIG. 12, the concentration of water increased from 750 ppm to 900 ppm and the concentration of carbon dioxide increased from 450 ppm to 550 ppm as compared to the region shown in (1) of FIG. Formaldehyde was not detected. This is because the raw material methanol was supplied to the nanopores of the nanoporous titanium oxide film by forced convection and permeated through the pores with photocatalytic activity in a uniform residence time, so that a high decomposition rate was obtained. Conceivable.

図12の(3)、(4)、(5)に示す領域においては、メタノール供給濃度をそれぞれ1100ppm、4400ppm、2300ppmに調整した。メタノール濃度と二酸化炭素濃度はステップ状に変化しており、比較的短時間で定常状態に達した。すなわち、メタノールの光触媒反応が起こっていることが明らかとなった。また、完全酸化への中間生成物であるホルムアルデヒドは、供給メタノールが低濃度のときは検出されなかったが、高濃度のときは検出された。   In the regions shown in (3), (4), and (5) of FIG. 12, the methanol supply concentration was adjusted to 1100 ppm, 4400 ppm, and 2300 ppm, respectively. The methanol concentration and the carbon dioxide concentration changed stepwise, and reached a steady state in a relatively short time. That is, it became clear that the photocatalytic reaction of methanol occurred. Formaldehyde, an intermediate product for complete oxidation, was not detected when the feed methanol was at a low concentration, but was detected when the feed methanol was at a high concentration.

図13は、反応速度(メタノール分解速度、ホルムアルデヒド生成速度、二酸化炭素生成速度)および反応率(メタノール転化率、ホルムアルデヒド選択率、二酸化炭素選択率)のメタノール濃度依存性を示すものである。メタノール分解速度は、上記ナノ多孔性酸化チタン膜の入り口側の濃度と透過側の濃度との差と、空気流量の積から求めたものであり、メタノール分解率、二酸化炭素生成率、ホルムアルデヒド生成率はメタノール分解速度に対するそれぞれの反応速度の割合である。   FIG. 13 shows the methanol concentration dependence of the reaction rate (methanol decomposition rate, formaldehyde production rate, carbon dioxide production rate) and reaction rate (methanol conversion rate, formaldehyde selectivity, carbon dioxide selectivity). The methanol decomposition rate was determined from the product of the difference between the concentration on the inlet side and the concentration on the permeate side of the nanoporous titanium oxide film and the air flow rate. The methanol decomposition rate, carbon dioxide production rate, formaldehyde production rate Is the ratio of the respective reaction rate to the methanol decomposition rate.

供給メタノール濃度が低いところではメタノール分解率、二酸化炭素生成率は高く、ホルムアルデヒド生成率は低い傾向を示した。また、供給メタノール濃度の増加とともに、メタノール分解量は減少しながら漸近し、ホルムアルデヒド生成量は増加しながら漸近した。メタノール分解速度とホルムアルデヒド生成速度とはよく似た傾向を示した。   When the feed methanol concentration was low, the methanol decomposition rate and carbon dioxide production rate were high and the formaldehyde production rate tended to be low. Moreover, as the methanol concentration increased, the amount of methanol decomposition gradually decreased, and the amount of formaldehyde generated gradually increased. Methanol decomposition rate and formaldehyde production rate showed a similar tendency.

このように、白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜を用いた場合は、供給メタノール濃度が増加するにつれてメタノールの分解率、二酸化炭素生成率が減少し、ホルムアルデヒドが高い生成率を保っていることから、中間生成物の割合が増加し、メタノールは完全酸化しないことが示された。完全酸化の割合が減少したのは、原料であるメタノールや中間生成物のホルムアルデヒドによって、光触媒活性なサイトが競争吸着によって占有されたためと考えられる。   As described above, when a nanoporous titanium oxide film not supporting platinum is used, the decomposition rate of methanol and the carbon dioxide production rate decrease as the supply methanol concentration increases, and the high formaldehyde production rate is maintained. From this, it was shown that the proportion of intermediate products increased and methanol was not completely oxidized. The decrease in the rate of complete oxidation is thought to be because the photocatalytically active sites were occupied by competitive adsorption by the raw material methanol and the intermediate product formaldehyde.

以上のように、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜は二酸化チタンを主成分とする膜が基材の外面および/または内面に担持されたナノ多孔性酸化チタン膜であって、さらに、上記二酸化チタン分子の一部または全部が、第8族に属する金属を担持しているので、メタノール等の揮発性有機化合物を非常に効率よく分解することができる。   As described above, the nanoporous titanium oxide film according to the present invention is a nanoporous titanium oxide film in which a film containing titanium dioxide as a main component is supported on the outer surface and / or the inner surface of the base material. Since some or all of the titanium dioxide molecules carry a metal belonging to Group 8, volatile organic compounds such as methanol can be decomposed very efficiently.

そのため、本発明は例えば、エアコンのフィルター、空気清浄機のフィルターなどに利用することが可能である。   Therefore, this invention can be utilized for the filter of an air conditioner, the filter of an air cleaner, etc., for example.

ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔にVOCを透過させることによりVOCを分解する工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the process of decomposing | disassembling VOC by making VOC permeate | transmit the nanopore of a nanoporous titanium oxide film. チューブ状に成形したナノ多孔性酸化チタン膜の模式図である。It is a schematic diagram of the nanoporous titanium oxide film | membrane shape | molded in the tube shape. 本発明に係るVOCの処理方法を実施するための光触媒膜型反応装置1の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the photocatalyst film | membrane type reactor 1 for enforcing the processing method of VOC which concerns on this invention. 本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜の断面SEM像を示すものである。1 shows a cross-sectional SEM image of a nanoporous titanium oxide film according to the present invention. 本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜の細孔径分布の測定結果を示すものである。The measurement result of the pore diameter distribution of the nanoporous titanium oxide film which concerns on this invention is shown. 白金担持前後におけるナノ多孔性酸化チタン膜の細孔径分布の測定結果を示すものである。The measurement result of the pore diameter distribution of the nanoporous titanium oxide film before and after platinum support is shown. ナノ多孔性酸化チタン膜の平均細孔径と白金蒸着量に及ぼす光蒸着時間の関係を示すものである。The relationship between the average pore diameter of a nanoporous titanium oxide film and the photoevaporation time exerted on the platinum deposition amount is shown. (a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜について、反応量と供給メタノール濃度との関係を示すものである。(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜について、反応率と供給メタノール濃度との関係を示すものである。(A) shows the relationship between the reaction amount and the supply methanol concentration in the nanoporous titanium oxide film according to the present invention. (B) shows the relationship between the reaction rate and the supply methanol concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention. (a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応量と供給エタノール濃度との関係を示すものである。(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応速度と供給エタノール濃度との関係を示すものである。(A) shows the relationship between the reaction amount and the supply ethanol concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (B) shows the relationship between the reaction rate and the supply ethanol concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応量と供給アセトアルデヒド濃度との関係を示すものである。(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応速度と供給アセトアルデヒド濃度との関係を示すものである。(A) shows the relationship between the reaction amount and the supplied acetaldehyde concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (B) shows the relationship between the reaction rate and the supplied acetaldehyde concentration for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (a)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応量と滞留時間との関係を示すものである。(b)は、本発明に係るナノ多孔性酸化チタン膜と白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜とについて、反応速度と滞留時間との関係を示すものである。(A) shows the relationship between the reaction amount and the residence time for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. (B) shows the relationship between the reaction rate and the residence time for the nanoporous titanium oxide film according to the present invention and the nanoporous titanium oxide film not supporting platinum. 比較例1において、種々のメタノール供給濃度におけるメタノール、二酸化炭素、ホルムアルデヒド、水が白金を担持しないナノ多孔性酸化チタン膜を透過した後の濃度の経時変化を示すものである。In Comparative Example 1, methanol, carbon dioxide, formaldehyde, and water at various methanol supply concentrations change with time after passing through a nanoporous titanium oxide film that does not support platinum. 比較例1において、反応速度(メタノール分解速度、ホルムアルデヒド生成速度、二酸化炭素生成速度)および反応率(メタノール転化率、ホルムアルデヒド選択率、二酸化炭素選択率)のメタノール濃度依存性を示すものである。In Comparative Example 1, the reaction rate (methanol decomposition rate, formaldehyde production rate, carbon dioxide production rate) and reaction rate (methanol conversion rate, formaldehyde selectivity, carbon dioxide selectivity) are dependent on methanol concentration.

符号の説明Explanation of symbols

1 光触媒膜型反応装置
16 ナノ多孔性酸化チタン膜
1 Photocatalytic membrane reactor 16 Nanoporous titanium oxide membrane

Claims (5)

二酸化チタンを主成分とする膜が基材の外面および/または内面に担持されたナノ多孔性酸化チタン膜であって、さらに、上記二酸化チタンの分子の一部または全部が、第8族に属する金属を担持していることを特徴とするナノ多孔性酸化チタン膜。   The film mainly composed of titanium dioxide is a nanoporous titanium oxide film supported on the outer surface and / or the inner surface of the base material, and some or all of the titanium dioxide molecules belong to Group 8 A nanoporous titanium oxide film characterized by carrying a metal. 上記金属は白金であることを特徴とする請求項1に記載のナノ多孔性酸化チタン膜。   The nanoporous titanium oxide film according to claim 1, wherein the metal is platinum. 上記膜が有するナノ細孔の細孔径が2〜25nmであることを特徴とする請求項1または2に記載のナノ多孔性酸化チタン膜。   The nanoporous titanium oxide film according to claim 1 or 2, wherein the nanopores of the film have a pore diameter of 2 to 25 nm. 請求項1から3の何れか1項に記載のナノ多孔性酸化チタン膜に光を照射する工程と、
上記ナノ多孔性酸化チタン膜のナノ細孔に揮発性有機化合物を透過させることにより、上記揮発性有機化合物を分解する工程と、を備えることを特徴とする揮発性有機化合物の処理方法。
Irradiating the nanoporous titanium oxide film according to any one of claims 1 to 3 with light;
And a step of decomposing the volatile organic compound by allowing the volatile organic compound to permeate through the nanopores of the nanoporous titanium oxide film.
上記揮発性有機化合物がメタノール、エタノールおよび/またはアセトアルデヒドであることを特徴とする請求項4に記載の揮発性有機化合物の処理方法。   The said volatile organic compound is methanol, ethanol, and / or acetaldehyde, The processing method of the volatile organic compound of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
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