JP2009112960A - 触媒 - Google Patents
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Abstract
【効果】 室内の有害物質(アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等)を分解することができる
【選択図】 図1
Description
西ドイツ国特許第870242号には、蒸発可能なチタン化合物、一般的に四塩化チタンを酸水素ガス炎中で高温加水分解する方法を採用した熱分解法により得られる二酸化チタンの製造方法が開示されている。この方法により得られる生成物は、主としてアナターゼ構造を有する。この方法により得られる生成物は、親水性であり、極めて純粋であり、かつ著しく微粒状である。
一次粒子(DIN53206)は、電子顕微鏡撮影によれば、球形状であり、10〜100nmの直径を有し、上市されている製品は、平均一次粒径30nmであり、団塊(DIN53206)は存在しない。
その微粒子表面は、平滑であり、細孔が存在しない。その微粒子には、外部から容易にアクセスできる表面のみが存在する。
BET理論による比表面積は、生産条件に応じて20〜100[平方メートル/g]である。
前記市販品は、50±15[平方メートル/g]の比表面積を有する。高純度、高比表面積および細孔不存在のために、熱分解法により得られた二酸化チタンは、二酸化チタン成分すなわち担体材料として触媒系に使用される(v. Rives-Arnau, G. Munuera, Appl. Surface Sci. 6 [1980]122; N. K. Nag, T. Fransen, P. Mars, J. Cat. 68, 77 [1981]; F. Solymosi, A. Erdoehelyi, M. Kocsis, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1, 77, 1003 [1981]; D. G. Mustard, C. H. Bartholomew, J. Cat. 67, 186 [1981]; M. A. vannice, R. L. Garten, J. Cat. 63, 255 [1980]and M. A. Vannice, R. L. Garten, J. Cat. 66, 242 [1980])。
しかしながら、当該特許文献には、粉末状触媒系のみが関連している。
熱分解法で得られた二酸化チタンを、工業的規模で触媒系に使用しようとする場合には、粉末状のままでは不利である。
粉末状生成物を、高い比表面積と、外部からの容易なアクセス性を有する表面を維持したまま、成形体に移行させることができれば、工業的規模における触媒系への応用に関して有利であるが、熱分解法で得られた微細粉末状の二酸化チタンを、触媒担体成形品に成形することは困難である。
西ドイツ国特許出願公開第3132674号明細書には、熱分解法により得られた二酸化チタンの成形品を製造する方法が開示されている。結合剤としてはシリカゲルを、圧縮助剤としては、エタンジオール、グリセリン、エリトリット、ペンチット(Pentit)、ヘキシット(Hexit)を使用している。
しかし、当該特許文献に開示されている製造方法には、成形品を工業的に製造する際に、成形品に好ましくない「topping-off」が発生し、成形品の表層から脱落するという欠点を有する。成形品は、TiO2と共に、付加的に著量の結合剤に由来するSiO2を含有し、このSiO2は触媒活性に影響を及ぼす。
西ドイツ国特許出願公開第3217751号明細書には、熱分解法により得られた二酸化チタンの圧縮技術が開示されている。
この技術においては、中間結合剤として有機酸または酸反応する塩が使用され、付加的に黒鉛が圧縮助剤として使用される。
この技術は、黒鉛の除去のために700℃を超える高い温度が必要であるという欠点を有し、高温処理により二酸化チタンに相変化が生じ、好ましいアナターゼ形が、好ましくないルチル形に変換されてしまう。
日本国特開2007−169331号公報には、アナターゼ変態を有し、高い破砕強度を有すると共に、過半の細孔がメソ細孔範囲内にある高い細孔容積(high pore volume, with a predominant pore portion in the mesopore range)を有し、8nm未満の孔径を有する細孔が希有である、熱分解法により得られた酸化チタン系成形品、その製造方法、およびその成形品からなる触媒担体および触媒について開示されている。
本願発明の第2の課題は、明状態においては、暗状態よりもさらに強く触媒作用を発揮することである。
本願発明の第3の課題は、高価な貴金属(白金、金、ジルコニア)を使用するに際し、コスト低減をすることである。
本願発明の第4の課題は、反応速度を高めるために触媒を加熱するに際し、エネルギー低減をすることである。
外径が2〜15[mm]、BET表面積(DIN66131準拠)が35〜65[平方メートル/g]、細孔容積が0.2〜0.9[ml/g]、細孔分布が孔径5[nm]未満の細孔が存在せず且つ10nm以上70nm以下の範囲内の細孔が少なくとも80%存在し、破砕強度が40〜300[N]、組成に関してはTiO2を少なくとも94重量%含んでなり、TiO2に関してはアナターゼ形を少なくとも50重量%を含んでなる熱分解法により得られた二酸化チタン系成形品の表面の深さ0.1〜1.2[mm]の表層のみに貴金属を担持させたことを特徴とする触媒。
熱分解法により得られた二酸化チタン系成形品が、
組成に関しては、TiO2を少なくとも94重量%含んでなり、残分にSiO2およびAl2O3を含んでなり、TiO2に関しては、アナターゼ形を少なくとも50重量%を含んでなることを特徴とする、
第1発明に記載した触媒。
熱分解法により得られた二酸化チタン系成形品が、
二酸化チタン、水、並びに、尿素、糖、澱粉、カオリン、およびワックスからなる群から選択された少なくとも1つの添加剤を均一混合物とし、その後、前記均一混合物を80〜120℃の温度で圧縮・乾燥し、その後、前記圧縮・乾燥均一混合物を微細粉末に粉砕し、その後、前記微細粉末を成形装置により圧縮成形して成形品とし、その後前記成形品を400〜600℃の温度で0.5〜4.5時間の熱処理をしたものであることを特徴とする、
第1発明または第2発明に記載した触媒。
貴金属が、白金、金、および、ジルコニアからなる群から選択されたものであることを特徴とする、
[第1発明]乃至[第3発明]の何れかに記載した触媒。
本願発明の第2の効果は、明状態においては、暗状態よりもさらに強く触媒作用を発揮することである。
本願発明の第3の効果は、高価な貴金属(白金、金、ジルコニア)を表層のみに担持させることにより、コスト低減に資することである。
本願発明の第4の効果は、触媒作用を有する貴金属を表層のみに担持させることにより、反応速度を高めるための加熱を表層のみに施せば良く、エネルギー低減に資することである。
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BETによる表面積[平方メートル/g] 50±15
────────────────────────────────────────
一次粒子の平均直径[nm] 30
────────────────────────────────────────
突き固め密度(※2)[g/リットル] 150
────────────────────────────────────────
乾燥損失(※3)[%] 30
────────────────────────────────────────
熱処理損失(※3 ※4)[%] 150
────────────────────────────────────────
pH値(※5 ※6) 30
────────────────────────────────────────
SiO2(※7)[%] 150
────────────────────────────────────────
Al2O3(※7)[%] 150
────────────────────────────────────────
Fe2O3(※7)[%] 150
────────────────────────────────────────
TiO2(※7)[%] 150
────────────────────────────────────────
HCl(※7 ※8)[%] 150
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
※1 DIN66131に準拠(窒素ガスを使用)
※2 DIN53194に準拠
※3 DIN55921に準拠
※4 105℃で2時間乾燥後の測定値
※5 DIN53220に準拠
※6 4重量%水性分散液中での測定値
※7 1000℃で2時間熱処理後の測定値
※8 HCl含量は、熱処理減量成分である。
※9 細孔容積(total pore volume)は、ミクロ細孔(micro-pores)、メソ細孔(meso-pores)およびマクロ細孔(macro-pores)の合計から算出される。
※10 破砕強度は、エルヴェカ社(Erweka Co.)製TBH28型破砕強度試験機を用いて決定される。
※11 ミクロ細孔(micro-pores)およびメソ細孔(meso-pores)の孔径測定は、BET理論により、BJH(Barrett, Joyner, Halenda)細孔分布解析法により、N2等温線により評価される。
※12 マクロ細孔(macro-pores)の孔径測定は、水銀圧入法(Hg penetration procedure)により評価される。
二酸化チタン担持体ペレットとして、ドイツ国デグサ(Degussa)社の『Aerolyst(登録商標)7708』を使用した。
二酸化チタン担持体ペレットへの白金担持方法は、 日本国特開2000−107606号公報に記載されている方法に準拠した。
以下の(A)、(B)および(C)の試料を調製し、それぞれについて、暗状態と明状態の場合におけるホルムアルデヒド分解性能を評価した。
(A)二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』のみ。
(B)二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』のペレット全体に均一に白金を担持させたもの。
(C)二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』の表面から深さ1.2mmの表層のみに均一に白金を担持させたもの。
測定装置を図6に示した。
ボンベ入りの合成空気を加湿器で湿度を50%相対湿度(RH)に調整し、アセトアルデヒドを一定割合で混合し、5ppmのアセトアルデヒドを含む空気を調製し、試験ガスとして、流量1.0[リットル/分]で反応容器内の触媒を充填したカラムにに供給した。
試験ガス流通後90分間は暗条件(紫外線照射なしの暗室条件)とし、その後、60分間は明条件(放射照度10[W/平方メートル]紫外線を照射)とした。
試験中、試験ガス及び触媒を充填したカラムを通過したガス中のアセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフィーにより測定した。
明条件におけるアセトアルデヒド分解率[%]は、紫外線灯(中心波長351[nm]の紫外線蛍光灯)照射後、60分経過後のアセトアルデヒドの分解率である。
暗条件における白金触媒を担持させていない担持体では、アセトアルデヒド分解が発生しないため、暗条件におけるアセトアルデヒド分解率は0[%]とした。
二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』のみ(比較対照例である態様(A))、二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』のペレット全体に均一に白金を担持させたもの(比較対照例である態様(B))、二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』の表面から深さ1.2mmの表層のみに均一に白金を担持させたもの(本願発明における好ましい形態である態様(C))について、アセトアルデヒド分解性能を評価した。
態様(C)については、暗条件においてさえ、白金の触媒作用によりアセトアルデヒドを酸化分解しており,暗条件でも脱臭触媒としての顕著な効果があることを確認した。
態様(A)と態様(B)については、暗条件においては、アセトアルデヒド酸化分解能が認められなかった。
態様(C)については、明条件においては、アセトアルデヒドの分解率が一層向上しており、明条件においても、比較対照例である態様(A)と態様(B)と比較して、高い脱臭触媒であることが確認できた。
態様(C)については、暗条件において、アセトアルデヒドを完全に分解するためには、1[重量%]の白金担持量であっても、十分に効果が得られた。
本願発明にかかる触媒は、室内の有害物質(アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等)を分解することができるので、例えば、ハウスシック対策として有望である。
本願発明にかかる触媒は、ウイルスを分解する可能性があり、例えば、防疫対策として有望である。
(B)二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』のペレット全体に均一に白金を担持させた場合のホルムアルデヒド分解性能。
(C)二酸化チタンペレット『Aerolyst(登録商標)7708』の表面から深さ1.2mmの表層のみに均一に白金を担持させた場合のホルムアルデヒド分解性能。
Claims (4)
- 外径が2〜15[mm]、BET表面積(DIN66131準拠)が35〜65[平方メートル/g]、細孔容積が0.2〜0.9[ml/g]、細孔分布が孔径5[nm]未満の細孔が存在せず且つ10nm以上70nm以下の範囲内の細孔が少なくとも80%存在し、破砕強度が40〜300[N]、組成に関してはTiO2を少なくとも94重量%含んでなり、TiO2に関してはアナターゼ形を少なくとも50重量%を含んでなる熱分解法により得られた二酸化チタン系成形品の表面の深さ0.1〜1.2[mm]の表層のみに貴金属を担持させたことを特徴とする触媒。
- 熱分解法により得られた二酸化チタン系成形品が、
組成に関しては、TiO2を少なくとも94重量%含んでなり、残分にSiO2およびAl2O3を含んでなり、TiO2に関しては、アナターゼ形を少なくとも50重量%を含んでなることを特徴とする、
請求項1に記載した触媒。 - 熱分解法により得られた二酸化チタン系成形品が、
二酸化チタン、水、並びに、尿素、糖、澱粉、カオリン、およびワックスからなる群から選択された少なくとも1つの添加剤を均一混合物とし、その後、前記均一混合物を80〜120℃の温度で圧縮・乾燥し、その後、前記圧縮・乾燥均一混合物を微細粉末に粉砕し、その後、前記微細粉末を成形装置により圧縮成形して成形品とし、その後前記成形品を400〜600℃の温度で0.5〜4.5時間の熱処理をしたものであることを特徴とする、
請求項1または請求項2に記載した触媒。 - 貴金属が、白金、金、および、ジルコニアからなる群から選択されたものであることを特徴とする、
請求項1乃至請求項3の何れかに記載した触媒。
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2007
- 2007-11-07 JP JP2007289830A patent/JP2009112960A/ja active Pending
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