JP2008264758A - Visible light responsive type photocatalyst synthetic method, photocatalytic material, photocatalyst coating compositions, and photocatalyst body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化タングステンを主成分とする可視光応答型光触媒合成法、可視光応答型光触媒材料、可視光応答型光触媒塗料及び可視光応答型光触媒体に関する。 The present invention relates to a visible light responsive photocatalyst synthesis method including tungsten oxide as a main component, a visible light responsive photocatalyst material, a visible light responsive photocatalyst coating material, and a visible light responsive photocatalyst.
現在、光触媒材料としては主に酸化チタンが使用されている。酸化チタン光触媒は、防汚,消臭等応用製品が広く使用されているが、紫外線によって励起する性質を有しているので、紫外線が少ない屋内用途では十分な光触媒性能が得られないという問題がある。その対策として、いわゆる可視光応答型光触媒が盛んに研究開発されている。具体的には、酸化チタンに窒素をドープしたタイプや酸化チタンに白金を担持したタイプが開発されている。しかし、このタイプの光触媒は、主な励起光の波長範囲が400〜410nmであるため、屋内の照明の光では光触媒性能が不足している。 Currently, titanium oxide is mainly used as a photocatalytic material. Titanium oxide photocatalysts are widely used in antifouling, deodorant and other applied products, but they have the property of being excited by ultraviolet rays, so there is a problem that sufficient photocatalytic performance cannot be obtained for indoor applications where ultraviolet rays are low. is there. As a countermeasure, a so-called visible light responsive photocatalyst has been actively researched and developed. Specifically, a type in which titanium oxide is doped with nitrogen and a type in which platinum is supported on titanium oxide have been developed. However, since this type of photocatalyst has a wavelength range of 400 to 410 nm of main excitation light, the photocatalytic performance is insufficient for indoor illumination light.
また、可視光応答型光触媒として酸化タングステンや酸化鉄が検討されている。酸化タングステンはバンドギャップが2.5eVで色が黄色で、建材等に応用する場合有利な材料である。また、有害性が少なく、比較的安価な材料である。なお、酸化タングステンの可視光による光触媒効果は、反応性スパッター法で作成した膜で認められている(特許文献1あるいは非特許文献1)。
酸化タングステンは常温大気中で三酸化タングステンが安定であるが,この三酸化タングステンは結晶構造が複雑で変化しやすい特徴を持つ。通常、パラタングステンアンモニウムやメタンタングステン酸アンモニウム,タングステン酸から作成した三酸化タングステンは単斜晶系であるが、粉を処理する際の応力によって容易に結晶構造が変化し三斜晶系に変化してしまう(J.Solid State Chemistry 143,2432(1999))。光触媒は光により励起された電子と正孔が表面まで移動する必要があり、結晶内に再結合センターとなる欠陥が少なく、粒子を小さくする必要がある。 Tungsten oxide is stable in the atmosphere at room temperature, but this tungsten trioxide has a complicated crystal structure and is easily changed. Normally, tungsten trioxide made from para-tungsten ammonium, ammonium methanetungstate, and tungstic acid is monoclinic, but the crystal structure easily changes due to stress during processing of the powder and changes to triclinic. (J. Solid State Chemistry 143, 2432 (1999)). In the photocatalyst, electrons and holes excited by light need to move to the surface, and there are few defects that become recombination centers in the crystal, and it is necessary to make the particles small.
従来、酸化タングステン粉で十分な光触媒効果が得られなかった理由は、粉の前処理での加工時に部分的に結晶変化が発生して異なる結晶が混在し、この境界が電子と正孔の再結合を起こす欠陥になっているためと考えられる。市販されているWO3微粒子は粒子が1〜100μmと大きく、WO3光触媒粉末を塗料化するにあたり、ボールミルやビーズミルで分散処理を行なう必要がある。しかし、分散処理を行なう際に触媒活性が減少し活性の高い塗料が得られなくなる等の問題もある。
本発明は、こうした問題点を解消するためになされたもので、光触媒性能を大幅に向上しえる可視光応答型光触媒合成法、可視光応答型光触媒体及び可視光応答型光触媒塗料を提供することを目的とする。
Conventionally, sufficient photocatalytic effect could not be obtained with tungsten oxide powder because the crystal change partially occurred during processing in the powder pretreatment, and different crystals were mixed. This is thought to be due to a defect that causes bonding. The commercially available WO 3 fine particles have a large particle size of 1 to 100 μm, and it is necessary to carry out a dispersion treatment with a ball mill or a bead mill in order to make the WO 3 photocatalyst powder into a paint. However, there is also a problem that when the dispersion treatment is performed, the catalytic activity is reduced and a highly active paint cannot be obtained.
The present invention has been made to solve these problems, and provides a visible light responsive photocatalyst synthesis method, a visible light responsive photocatalyst, and a visible light responsive photocatalyst coating that can greatly improve the photocatalytic performance. With the goal.
(1) 請求項1記載の可視光応答型光触媒合成法(第1の発明)は、金属タングステンを昇華または燃焼させ、XRD分析によって(200)面のピーク強度がもっとも強く出る結晶構造を有する酸化タングステン微粒子を合成することを特徴とする。
(2) 請求項2記載の可視光応答型光触媒合成法は、上記(1)において、金属タングステンを昇華または燃焼させて発生した酸化タングステン微粒子ヒュームを回収することを特徴とする
(3) 請求項3記載の可視光応答型光触媒合成法は、上記(2)において、酸化タングステン微粒子ヒュームを、600〜1000℃の酸化雰囲気電気炉を通過させることを特徴とする。
(4) 請求項4記載の可視光応答型光触媒材料は、XRD分析の測定により、(200)面のピーク強度がもっとも強く出る結晶構造を有する酸化タングステン微粒子を備えていることを特徴とする。
(1) The visible light responsive photocatalytic synthesis method (first invention) according to
(2) The visible light responsive photocatalytic synthesis method according to
(3) The visible light responsive photocatalytic synthesis method according to
(4) The visible light responsive photocatalyst material according to
(5) 請求項5記載の可視光応答型光触媒材料は、上記(4)において、前記酸化タングステン微粒子には、立方晶系の結晶構造の粒子がその他の結晶構造の粒子よりも多く含まれていることを特徴とする。
(6) 請求項6記載の可視光応答型光触媒材料は、上記(4)または(5)において、酸化タングステン微粒子の平均粒子径が0.01〜0.1μm以下であることを特徴とする。但し、好ましい平均粒子径は0.01〜0.05μmである。ここで、平均粒子径が0.01μm未満であると微粒子の分散性が低下して塗料化が困難となり、0.1μmを超えると微粒子表面で発生する光触媒反応が低下するので、好ましくない。
(5) In the visible light responsive photocatalytic material according to
(6) The visible light responsive photocatalytic material according to
(7) 請求項7記載の可視光応答型光触媒材料は、上記(6)において、立方晶系の結晶構造を少なくとも含むことを特徴とする。
(8) 請求項8記載の可視光応答型光触媒材料は、上記(7)において、立方晶系の結晶構造の粒子の他に、単斜晶系及び三斜晶系の結晶構造の粒子の少なくともいずれかの粒子を含むことを特徴とする。
(9) 請求項9記載の可視光応答型光触塗料は、上記(4)乃至(8)のいずれか一記載の可視光応答型光触媒材料を純水に分散してなることを特徴とする。ここで、酸化タングステンはアルカリ性の溶液に溶解する性質を有しているので、安定化した塗料とするために中性の分散媒体として純水を用いている。
(7) The visible light responsive photocatalytic material according to claim 7 is characterized in that, in the above (6), at least a cubic crystal structure is included.
(8) The visible light responsive photocatalytic material according to
(9) The visible light responsive photocatalyst material according to
(10) 請求項10記載の可視光応答型光触塗料は、上記(9)において、前記光触媒材料を40〜120kHzの超音波で分散処理してなることを特徴とする。但し、超音波出力条件や時間条件により異なるが、好ましくは60〜100kHzの周波数が好ましい。ここで、周波数が40kHz未満では凝集していた微粒子を効率良く分散処理することができず、120kHzは市販の製品の限界の周波数である。
(11) 請求項11記載の可視光応答型光触塗料は、上記(4)乃至(8)いずれか一記載の可視光応答型光触媒材料を含み、かつAl,Zr,Siのいずれかの金属酸化物バインダーまたはAl−Siの複合酸化物バインダーを前記可視光応答型光触媒媒体に対して1〜10質量%含むことを特徴とする。ここで、バインダーが1質量%未満では塗膜としての強度が十分でなく、10質量%を超えると光触媒活性が弱くなる。
(10) The visible light responsive photocatalyst paint according to
(11) The visible light responsive photocatalyst material according to
(12) 請求項12記載の可視光応答型光触媒体は、上記(9)乃至(11)いずれか一記載の可視応答型光触媒塗料が塗布されて光触媒膜が形成されていることを特徴とする。本発明の光触媒体としては、前記光触媒塗料を基体表面に塗布して光触媒膜が形成された構成のものが挙げられる。ここで、光触媒体としては、例えば蛍光ランプ等の管球製品、窓ガラス,鏡,タイル等の建材、衛生用品、空調機器や脱臭器のフィルター部品、光学機器等が挙げられるが、適用可能な用途、カテゴリーはこれらに限られるものではない。
(12) The visible light responsive photocatalyst according to
本発明によれば、金属タングステンを昇華または燃焼させる等によって得られた酸化タングステンをXRD分析によって(200)面のピーク強度がもっとも強く出る結晶構造を有する酸化タングステン微粒子を合成することにより、光触媒性能を大幅に向上しえる酸化タングステン可視光応答型光触媒合成法、可視光応答型光触媒体及び可視光応答型光触媒塗料が得られる。 According to the present invention, tungsten oxide particles obtained by sublimating or burning metallic tungsten are synthesized with tungsten oxide fine particles having a crystal structure in which the peak intensity of the (200) plane is the strongest by XRD analysis. The visible light responsive photocatalyst synthesis method, visible light responsive photocatalyst, and visible light responsive photocatalyst coating can be obtained.
以下に、本発明の具体的な実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、酸化タングステンを合成する装置の概略図を示す。図中の符番1は、金属タングステンワイヤー2を送り出すタングステンワイヤースプール(以下、スプールと呼ぶ)を示す。金属タングステンワイヤー2は、ガスバーナ3により加熱、燃焼されて酸化タングステン微粒子のヒューム4となる。このヒューム4は、回収装置としての電気集塵機5に設けられたヒューム吸引管6により回収される。ヒューム吸引管6の一部は、電気炉7内に配置されている。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic view of an apparatus for synthesizing tungsten oxide.
まず、金属タングステンワイヤーを、バーナーにより1000〜1700℃程度で短時間(1cmあたり5〜15秒)加熱する。これにより金属タングステンが燃焼することで昇華し、急激に酸化されることによって三酸化タングステン(WO3)微粒子のヒュームが大気に放出される。発生したヒュームには立方晶系と三斜晶系と単斜晶系の3種類以上が混在し、三斜晶系リッチの0.07〜0.1μmの超微粒子が含まれている。次に、このヒュームを電気集塵機により採取し、WO3微粒子を得る。つづいて、WO3微粒子の結晶粒子成長を抑え結晶構造を三斜晶系から立方晶系や単斜晶系へ転移させるため、600〜1000℃の酸化雰囲気の電気炉内に前記ヒュームを導入し、短時間で熱処理を行い、高活性の酸化タングステン微粒子を合成する。 First, a metal tungsten wire is heated by a burner at about 1000 to 1700 ° C. for a short time (5 to 15 seconds per 1 cm). As a result, the metallic tungsten is sublimated by burning and rapidly oxidized to release fumes of tungsten trioxide (WO 3 ) fine particles to the atmosphere. The generated fumes contain three or more types of cubic, triclinic and monoclinic, and contain triclinic rich ultrafine particles of 0.07 to 0.1 μm. Next, this fume is collected by an electric dust collector to obtain WO 3 fine particles. Subsequently, in order to suppress the crystal grain growth of the WO 3 fine particles and to change the crystal structure from the triclinic system to the cubic system or the monoclinic system, the fume was introduced into an electric furnace in an oxidizing atmosphere of 600 to 1000 ° C. Then, heat treatment is performed in a short time to synthesize highly active tungsten oxide fine particles.
上記第1の実施形態によれば、立方晶系の結晶構造の微粒子がその他の結晶構造の微粒子よりも多く含まれる光触媒性能に優れた酸化タングステン可視光応答型光触媒体を得ることができる。なお、WO3微粒子のヒュームを電気集塵法によって回収する場合には、HEPAフィルタ等を用いて回収する場合に比べて、フィルタの目詰まりやフィルタ成分の混入がないので、純度の高い微粒子を容易に回収することができ、また回収装置の吸引条件、速度、量の調節が容易になり、安定した活性を持った所望のWO3超微粒子を得ることができる。 According to the first embodiment, it is possible to obtain a tungsten oxide visible light responsive photocatalyst body excellent in photocatalytic performance in which more fine particles having a cubic crystal structure are contained than fine particles having other crystal structures. Note that when collecting fumes of WO 3 fine particles by the electrostatic precipitating method, there is no clogging of the filter or mixing of filter components, compared with the case of collecting using a HEPA filter or the like. It can be easily recovered, and the suction conditions, speed and amount of the recovery device can be easily adjusted, and desired WO 3 ultrafine particles having stable activity can be obtained.
図2は、アセトアルデヒドガス分解試験の測定装置の概略図を示す。図中の符番8は、容量3000ccの測定容器を示し、内部に光触媒粉(質量:0.1g)入り時計皿9が配置され、その下部にファン10が配置されている。また、測定容器8の上部には、光源11としての白色LED(NSPW500BS使用)が配置されている。測定容器8には、測定器としてのマルチガスモニタ12が配管13を介して接続されている。なお、導入ガスとしては、アセトアルデヒド10ppmが用いられる。
FIG. 2 shows a schematic diagram of a measuring apparatus for an acetaldehyde gas decomposition test.
図2の測定装置を用いて、三酸化タングステン微粒子についてアセトアルデヒドガスの分解試験を行ったところ、図3に示す特性図が得られた。図3中の線aは単斜晶系リッチの酸化タングステン微粒子光触媒の場合、線bは上記実施形態に係る立方晶形リッチの酸化タングステン微粒子光触媒の場合、線cは光触媒を測定容器に配置していない場合を示す。 When the tungsten trioxide fine particles were subjected to the acetaldehyde gas decomposition test using the measurement apparatus of FIG. 2, the characteristic diagram shown in FIG. 3 was obtained. The line a in FIG. 3 is a monoclinic system rich tungsten oxide fine particle photocatalyst, the line b is a cubic type rich tungsten oxide fine particle photocatalyst according to the above embodiment, and the line c is a photocatalyst arranged in a measurement vessel. Indicates no case.
また、上記第1の実施形態に係る酸化タングステン微粒子光触媒について、XRD(X線回折:X−ray diffraction)分析を行なったところ、図4の(A)に示すようなチャートが得られた。ここで、図4の(A)はXRD分析に基づく測定結果のチャートであり、強度(CPS)と角度2θ(度)との関係を示している。図4の(B)は単斜晶系のデータ、図4の(C)は立方晶系のデータを夫々示す。図4より、(200)面のピーク強度が矢印Xのようにもっとも強く出ることがわかる。 Moreover, when the tungsten oxide microparticle photocatalyst according to the first embodiment was subjected to XRD (X-ray diffraction) analysis, a chart as shown in FIG. 4A was obtained. Here, FIG. 4A is a chart of measurement results based on XRD analysis, and shows the relationship between intensity (CPS) and angle 2θ (degrees). 4B shows monoclinic data, and FIG. 4C shows cubic data. From FIG. 4, it can be seen that the peak intensity of the (200) plane is the strongest as indicated by the arrow X.
なお、(200)面のピーク強度がもっとも強く出ていることは、バーナーによる昇華温度を種々変えて強度特性を測定した図5の特性図からも明らかであった。図5において、線aは市販のWO3微粒子のXRDチャートを、線bはヒューム回収後の加熱なしのWO3微粒子のXRDチャートを示す。図5により、WO3微粒子の結晶粒子成長を抑え結晶構造を三斜晶系から立方晶系や単斜晶系へ転移させるための加熱温度を600〜1000℃に変化されたが、いずれにおいても(200)面でピーク強度がもっとも強く出ていることが明らかであり、可視光の照射によって光触媒活性が認められた。 Note that the peak intensity of the (200) plane was the strongest, as is apparent from the characteristic diagram of FIG. 5 in which the strength characteristics were measured by varying the sublimation temperature with a burner. In FIG. 5, line a shows an XRD chart of commercially available WO 3 fine particles, and line b shows an XRD chart of WO 3 fine particles without heating after fume recovery. According to FIG. 5, the heating temperature for suppressing the crystal grain growth of the WO 3 fine particles and changing the crystal structure from the triclinic system to the cubic system or the monoclinic system was changed from 600 to 1000 ° C. It was clear that the peak intensity was strongest on the (200) plane, and photocatalytic activity was observed by irradiation with visible light.
(第2の実施形態)
まず、金属タングステンワイヤーを、バーナーにより1000〜1700℃程度で短時間(1cmあたり5〜15秒)加熱する。これにより金属タングステンが燃焼することで昇華し、急激に酸化されることによって三酸化タングステン(WO3)微粒子のヒュームが大気に放出される。発生したヒュームには立方晶系と三斜晶系と単斜晶系の3種類以上が混在し、三斜晶系リッチの0.03〜0.1μmの超微粒子が含まれている。次に、このヒュームを電気集塵機により採取し、WO3微粒子を得る。つづいて、WO3微粒子の結晶粒子成長を抑え結晶構造を三斜晶系から立方晶系や単斜晶系へ転移させるため、600〜1000℃の酸化雰囲気の電気炉内に前記ヒュームを導入し、短時間で熱処理を行い、高活性のWO3微粒子を合成する。
(Second Embodiment)
First, a metal tungsten wire is heated by a burner at about 1000 to 1700 ° C. for a short time (5 to 15 seconds per 1 cm). As a result, the metallic tungsten is sublimated by burning and rapidly oxidized to release fumes of tungsten trioxide (WO 3 ) fine particles to the atmosphere. The generated fumes contain three or more types of cubic, triclinic and monoclinic, and contain triclinic rich ultra fine particles of 0.03 to 0.1 μm. Next, this fume is collected by an electric dust collector to obtain WO 3 fine particles. Subsequently, in order to suppress the crystal grain growth of the WO 3 fine particles and to change the crystal structure from the triclinic system to the cubic system or the monoclinic system, the fume was introduced into an electric furnace in an oxidizing atmosphere of 600 to 1000 ° C. Then, heat treatment is performed in a short time to synthesize highly active WO 3 fine particles.
第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られる。なお、酸化タングステンの微粒子をより進めると、10〜20nmの粒子径まで進行するが、この超微粒子化されたものは立方晶系の構造である。また、さらなる微粒子化により光触媒粉体の比表面積が向上し光触媒分解活性も向上する。 According to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, when the tungsten oxide fine particles are further advanced, the particles progress to a particle diameter of 10 to 20 nm, but the ultrafine particles have a cubic structure. Further, the further micronization improves the specific surface area of the photocatalyst powder and improves the photocatalytic decomposition activity.
(第3の実施形態)
第2の実施形態で合成されたWO3微粒子を純水に混合させ、金属酸化物バインダーとしてのZrO2を固形成分としてWO3微粒子に対し約10〜20質量%添加した後、例えば周波数100kHzの超音波で分散処理を行い、可視光応答型光触媒塗料を得た。
第3の実施形態によれば、特定の周波数の超音波で分散処理を行うことにより、凝集していたWO3微粒子を効率よく分散することができる。事実、時間を同じにして周波数を100kHz,60kHzと異ならせたときの分散状況を調べたところ、図6に示す結果が得られた。図6より超音波の周波数により分散状況も変化していることが分かる。特に、周波数の高い方は周波数の低い方に比べて分散状況がより良くなることが明らかである。なお、超音波による分散処理と比較する意味で物理的分散処理による試験も行ったが、物理的分散処理では高活性な状態から悪くなる方へ変化することが確認できた。
(Third embodiment)
The WO 3 fine particles synthesized in the second embodiment are mixed with pure water, and ZrO 2 as a metal oxide binder is added as a solid component in an amount of about 10 to 20% by mass with respect to the WO 3 fine particles. Dispersion treatment was performed with ultrasonic waves to obtain a visible light responsive photocatalytic coating.
According to the third embodiment, the agglomerated WO 3 fine particles can be efficiently dispersed by performing dispersion treatment with ultrasonic waves of a specific frequency. In fact, when the dispersion state was examined when the frequency was changed to 100 kHz and 60 kHz with the same time, the result shown in FIG. 6 was obtained. It can be seen from FIG. 6 that the dispersion state also changes depending on the ultrasonic frequency. In particular, it is clear that the higher the frequency, the better the dispersion situation than the lower frequency. In addition, although the test by the physical dispersion process was also performed in the meaning compared with the dispersion process by ultrasonic waves, it was confirmed that the physical dispersion process changed from a highly active state to a worse one.
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る光触媒粉体は、次のようにして作成した。
まず、パラタングステンアンモニウム塩(APT)ビーズミルや遊星ミル等で粉砕し、遠心分離により分級した。次に、この微粒子を大気中で400〜600℃で熱処理することにより、平均粒径0.01〜0.1μmで、三酸化タングステン微粒子からなる光触媒粉体が精製できる。本実施形態では、大気中約500℃で熱処理することにより、平均粒径0.05μmのXRDによる分析で(002)面と(100)面との強いピークを有する三酸化タングステン微粒子を得ることができた。なお、前記熱処理によって若干結晶成長して粒度が大きくなることが判明した。
(Fourth embodiment)
The photocatalyst powder according to the fourth embodiment was prepared as follows.
First, it was pulverized with a paratungsten ammonium salt (APT) bead mill or a planetary mill, and classified by centrifugation. Next, this fine particle is heat-treated in the atmosphere at 400 to 600 ° C., whereby a photocatalyst powder having an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm and comprising tungsten trioxide fine particles can be purified. In the present embodiment, by performing heat treatment at about 500 ° C. in the atmosphere, tungsten trioxide fine particles having strong peaks of (002) plane and (100) plane can be obtained by XRD analysis with an average particle diameter of 0.05 μm. did it. It has been found that the heat treatment causes a slight crystal growth to increase the grain size.
即ち、WO3光触媒微粒子(平均粒子径:0.01〜0.1μm)のXRDデータを調べたところ、例えば図7の(A),(B)に示すような特性図が得られた。図7の(A)は、十分に熱処理を行っていない点を除いては、本実施形態と同様の方法で合成したものであり、所定の角度2θ(度)の近辺で単斜晶(002)面と単斜晶(200)面が高いピーク強度を有している。図7の(B)は本実施形態のWO3光触媒微粒子であり、図7の(A)と同様な角度2θの近辺で単斜晶(002)面の高いピーク強度と、この面より更に高いピーク強度の立方晶(100)面のピーク強度を有している。 That is, when XRD data of WO 3 photocatalyst fine particles (average particle diameter: 0.01 to 0.1 μm) was examined, characteristic diagrams as shown in FIGS. 7A and 7B, for example, were obtained. (A) in FIG. 7 is synthesized by the same method as in this embodiment except that heat treatment is not sufficiently performed, and a monoclinic crystal (002) in the vicinity of a predetermined angle 2θ (degrees). ) Plane and monoclinic (200) plane have high peak intensity. FIG. 7B shows the WO 3 photocatalyst fine particles of the present embodiment. The monoclinic (002) plane has a high peak intensity in the vicinity of the same angle 2θ as in FIG. 7A, and is higher than this plane. It has a peak intensity of cubic (100) plane of peak intensity.
また、種々のサンプルを用意して、立方晶(100)面と単斜晶(002)面の強度比の異なるWO3微粒子光触媒のガス分解活性を比較したところ、図8に示す特性図が得られた。図8より、立方晶(100)面の強度比が強くなると、1時間後のアセトアルデヒドガス分解活性が向上することが明らかである。 Further, various samples were prepared, and the gas decomposition activity of WO 3 fine particle photocatalysts having different intensity ratios of the cubic (100) plane and the monoclinic (002) plane was compared, and the characteristic diagram shown in FIG. 8 was obtained. It was. From FIG. 8, it is clear that when the intensity ratio of the cubic (100) plane is increased, the acetaldehyde gas decomposition activity after 1 hour is improved.
第4の実施形態では、可視光応答型光触媒体が、平均粒子径が0.01〜0.1μmのWO3微粒子であるとともに、立方晶系と単斜晶系のWO3微粒子を含み、かつ立方晶(100)面の強度比が単斜晶(002)面の強度比より強い構成とすることにより、高いアセトアルデヒドガス分解活性を得ることができる。 In the fourth embodiment, the visible light responsive photocatalyst is a WO 3 fine particle having an average particle diameter of 0.01 to 0.1 μm and includes cubic and monoclinic WO 3 fine particles, and By setting the strength ratio of the cubic (100) plane to be stronger than that of the monoclinic (002) plane, high acetaldehyde gas decomposition activity can be obtained.
(第5の実施形態)
図9は、光触媒微粒子を製造する製造装置を示す。この製造装置は、スプレードライヤー本体Aと、気体液体混合部Bと、加圧空気導入部Cと、溶液導入部Dと、粒体回収部Eとから構成されている。図中の符番21は、上部に分配器22を備えた乾燥チャンバーを示す。ここで、分配器22は、乾燥チャンバー21を200℃に加熱するためのエアー導入口の働きをする。乾燥チャンバー21には、噴霧ノズル23、及び電磁弁24を介装した配管25aが分配器22を貫通するように配置されている。前記配管25aは、水溶液を加圧し、霧化させるだけのエアー導入口の働きをする。前記乾燥チャンバー21の上部には、配管25bにより給気されるようになっている。前記配管25bは、水溶液とエアーを加熱するための熱風給気口の働きをする。前記配管25aは、途中でニードル弁26を介装した配管25cに分岐されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 shows a production apparatus for producing photocatalyst fine particles. This manufacturing apparatus includes a spray dryer main body A, a gas / liquid mixing unit B, a pressurized air introducing unit C, a solution introducing unit D, and a granular material collecting unit E. Reference numeral 21 in the drawing indicates a drying chamber provided with a
前記配管25cは、噴霧ノズル23の上部と連結されている。噴霧ノズル23の上部には、試料27をポンプ28により噴霧ノズル23内に供給するチューブ29が接続されている。噴霧ノズル23内に供給される試料27の量は、ポンプ28により適宜調節できるようになっている。前記乾燥チャンバー21の側部には、噴霧ノズル23から霧状噴霧された生成物を取り出すサイクロン30が連結されている。更に、サイクロン30には、光触媒微粒子を収集する生成物容器31と、排気のためのアスピレータ32が接続されている。
The
前記乾燥チャンバー21の入口側、出口側には図示しない温度センサーが配置され、乾燥チャンバー21へ供給する空気の温度、サイクロン30に送られる光触媒微粒子の雰囲気温度が夫々測定されるようになっている。また、配管25c内に供給される空気は、噴霧ノズル23の上部側でチューブ29内に供給される試料27と混合され、噴霧ノズル23の下部から霧状に噴出される。
Temperature sensors (not shown) are arranged on the inlet side and the outlet side of the drying
次に、図9の製造装置を用いて光触媒微粒子を製造する場合について説明する。
まず、例えば4質量%のパラタングステン酸アンモニウム水溶液(試料)を、加圧空気とともに図9の噴霧ノズル23内に送り、200℃熱風雰囲気中で噴霧ノズル23の先端からスプレーして粒径1〜10μmに噴霧させ、粒状原料を生成する。この際、配管25aから噴霧ノズル23の先端付近に加圧空気を送り、噴霧ノズル23から噴霧される光触媒微粒子に酸素を供給する。水溶液の濃度が4質量%であれば、40〜400nmのパラタングステン酸アンモニウムの粒状原料が得られる。次に、乾燥チャンバー21内で800℃、1〜10分間の条件で急加熱短時間の熱処理を行なって、前記原料を強制的に乾燥して再結晶化させる。これにより三酸化タングステン微粒子を主成分とし、該微粒子の平均粒径が0.5μm以下、好ましくは0.1μm以下であり、結晶構造が単斜晶系の三酸化タングステン光触媒微粒子を形成する。つづいて、アスピレータ32で乾燥チャンバー21内の排気を行いながら、乾燥チャンバー21内の光触媒微粒子をサイクロン30より生成物容器31内に収集する。
Next, the case where photocatalyst fine particles are produced using the production apparatus of FIG. 9 will be described.
First, for example, a 4 mass% ammonium paratungstate aqueous solution (sample) is sent into the
第5の実施形態によれば、配管25aから噴霧ノズル23の先端付近に加圧空気を送って、光触媒微粒子に酸素を供給することにより、酸素欠陥の少ないWO3結晶光触媒微粒子を得ることができる。また、乾燥チャンバー21内で800℃、1〜10分間の条件で急加熱短時間の熱処理を行なうことにより、第4の実施形態のようにXRD分析で(001)面と(200)面とに強いピークを有する単斜晶、立方晶複合形のWO3光触媒微粒子を得ることができる。
According to the fifth embodiment, it is possible to obtain WO 3 crystal photocatalyst particles with few oxygen defects by sending pressurized air from the
(第6の実施形態)
本実施形態の微粒子は、市販のパラタングステン酸アンモニウムを水系溶媒に溶解させた後、再結晶化して得られた原料を大気中高温で1分加熱焼成することにより製造された三酸化タングステン微粒子である。
本実施形態のWO3光触媒微粒子についても、加熱、焼成条件を調整することによって、第4の実施形態のようにXRD分析で(001)面と(200)面とに強いピークを有する単斜晶、立方晶複合形のWO3光触媒微粒子に合成することができる。
(Sixth embodiment)
The fine particles of the present embodiment are tungsten trioxide fine particles produced by dissolving a commercially available ammonium paratungstate in an aqueous solvent and then heating and firing the raw material obtained by recrystallization at high temperature in the atmosphere for 1 minute. is there.
Also for the WO 3 photocatalyst fine particles of this embodiment, by adjusting the heating and firing conditions, monoclinic crystals having strong peaks on the (001) plane and the (200) plane by XRD analysis as in the fourth embodiment It can be synthesized into WO 3 photocatalyst fine particles of cubic composite form.
(第7の実施形態)
図10は本発明に係る光触媒体としての蛍光ランプの構成を模式的に示す断面図であり、図10(A)は切欠断面を含む断面図、図10(B)は前記蛍光ランプの一構成である光触媒膜の模式的な断面図を示す。
図中の符番40は光触媒体としての蛍光ランプを示し、蛍光ランプ本体50と、この蛍光ランプ本体50の表面に形成された光触媒膜60とから構成されている。前記蛍光ランプ本体50は、透光性放電容器51と、蛍光体層52と、一対の電極53,53と、図示しない放電媒体と、口金54からなる。
(Seventh embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a fluorescent lamp as a photocatalyst according to the present invention. FIG. 10 (A) is a cross-sectional view including a cut-out cross section, and FIG. 10 (B) is a configuration of the fluorescent lamp. The typical sectional view of the photocatalyst film which is is shown.
前記透光性放電容器51は、細長いガラスバルブ51a及び一対のフレアステム51bによって構成されている。前記ガラスバルブ51aはソーダライムガラスからなる。前記フレアステム51bは、排気管と、フレアと、内部導入線と、外部導入線を備えている。前記排気管は、透光性放電容器51の内外を連通して、透光性放電容器51の内部を排気し、かつ、放電媒体を封入するのに用いられる。そして、排気管は、放電媒体を封入した後に封止される。前記フレアは、ガラスバルブ51aの両端に封着されて透光性放電容器51を形成している。
The
前記蛍光体層52は、3波長発光形蛍光体からなり、透光性放電容器51の内面に形成されている。一対の電極53,53は、透光性放電容器51の両端内部において、離間対向する一対の内部導入線の先端部間に継線されている。また、電極53は、タングステンのコイルフィラメントと、コイルフィラメントに被着された電子放射性物質からなる。
The
前記放電媒体は、水銀及びアルゴンからなり、透光性放電容器51の内部に封入されている。水銀は、その適量が排気管を経由して封入される。前記口金54は、口金本体54aと一対の口金ピン54b,54bからなる。口金本体54aは、キャップ状をなしていて、透光性放電容器51の両端部に接着されている。一対の口金ピン54b,54bは、口金本体54aに互いに絶縁関係に支持されているとともに、それぞれ外部導入線に接続している。
The discharge medium is made of mercury and argon, and is enclosed in the
前記光触媒膜60は、三酸化タングステン微粒子(平均粒径:0.1μm)を主成分とした光触媒塗料からなる膜であり、その膜厚は約0.5〜3μmである。前記三酸化タングステン微粒子は、塗装完了後でも上記実施形態の結晶構造を維持している。前記光触媒膜60は、光触媒微粒子61とアルミナ微粒子、シリカ微粒子またはジルコニア微粒子等の紫外線または可視光の透過特性のよいバインダー52とから形成されている。前記光触媒微粒子51は、三酸化タングステン微粒子51aと、この三酸化タングステン微粒子51aの表面に添着された炭酸カルシウム微粒子51bから構成されている。なお、バインダー52は、三酸化タングステン微粒子51aに対して10〜50質量%の範囲で添加される。また、バインダー52にアクリル変性シリコンやシリコーン系樹脂を用いると、20〜200℃で硬化する光触媒膜にすることができる。また、炭酸カルシウム微粒子51bはNOx(窒素酸化物)やSOx(硫黄酸化物)を吸着する物質として機能するものであり、NOxやSOxによる三酸化タングステン微粒子51aの劣化抑制が必要なければ、炭酸カルシウム微粒子51bの添着は必須ではない。
The
図11は発明に係る光触媒体としての脱臭ユニットの構成を模式的に示す説明図であり、図11(A)は前記脱臭ユニットの概略的な斜視図、図11(B)は図11(A)の概略的な側面図を示す。なお、図11(B)では、便宜上、三酸化タングステン微粒子を図示していない。
図中の符番61は光触媒体としての脱臭ユニットを示し、上下の平坦なメッシュ状の第1・第2のフィルター62a,62bとこれらのフィルター62a,62b間に配置された断面波板状の第3のフィルター63とを備えている。前記各フィルター62a,62b,63には、本発明による三酸化タングステン微粒子(平均粒径:0.1μm)64が担持されている。前記第2のフィルター62bの下側には、複数のGaN青色発光ダイオード65が配置されている。なお、このダイオード65の代わりに青色光で励起される蛍光体を使用した白色発光ダイオードを配置してもよい。こうした構成の脱臭ユニットにおいて、空気が第1・第2のフィルター62a,62間の第3のフィルター63を例えば左側から右側へ通過する際、空気が各フィルターに担持された三酸化微粒子に触れることにより脱臭が行われる。
FIG. 11 is an explanatory view schematically showing a configuration of a deodorizing unit as a photocatalyst body according to the invention, FIG. 11 (A) is a schematic perspective view of the deodorizing unit, and FIG. 11 (B) is FIG. ) Is a schematic side view. In FIG. 11B, the tungsten trioxide fine particles are not shown for convenience.
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。更に、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更には、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the gist of the invention in the stage of implementation. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.
1…測定容器、2…光触媒入り時計皿、4…光源、5…マルチガスモニタ、40…蛍光ランプ、41…透光性放電容器、42…蛍光体層、43…電極、50…蛍光ランプ本体、51…光触媒微粒子、51a…三酸化タングステン、51b…炭酸かカルシウム微粒子、52…バインダー、60…光触媒膜、61…脱臭ユニット、62a,62b,63…フィルター、64…三酸化タングステン微粒子。
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2007
- 2007-07-13 JP JP2007184488A patent/JP2008264758A/en active Pending
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