JP2009154090A - Silica glass for photocatalyst, and method of preparing the same - Google Patents

Silica glass for photocatalyst, and method of preparing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide silica glass for a photocatalyst, which silica glass is used in a photocatalytic reaction unit and has a characteristic of efficiently converting a wavelength of light not longer than about 250 nm to a longer wavelength of from about 250 nm to about 450 nm and an excellent UV resistance characteristic of hardly losing its catalytic activity after a prolonged exposure to ultraviolet rays, both characteristics being effective for enhancing reaction efficiency of a photocatalyst, and a method of preparing the same. <P>SOLUTION: The silica glass for a photocatalyst is characterized in that the content of a hydroxy (OH) group is not more than 10 weight ppm, a linear transmittance at a thickness of 10 mm and at a wavelength of 245 nm is in a range of from 90.0% to 30.0%, the total content of chlorine and fluorine is not more than 100 weight ppm, and is used in a photocatalytic reaction unit. A method of preparing silica glass for a photocatalyst capable of preparing such silica glass for a photocatalyst as described above is disclosed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリカガラス及びその製造方法に関し、より詳しくは、光触媒反応ユニットに使用される光触媒用シリカガラス及びその製造方法に関する。   The present invention relates to silica glass and a method for producing the same, and more particularly to a silica glass for photocatalyst used in a photocatalytic reaction unit and a method for producing the same.

近年、酸化物半導体、特に二酸化チタン(TiO)を光触媒とし、紫外線ランプ又は太陽光を励起光源とした、環境の大気や水に含まれる人体有害物質、悪臭物質等の光化学反応を応用した分解技術が注目されている。 In recent years, oxide semiconductors, especially titanium dioxide (TiO 2 ) as a photocatalyst, UV lamps or sunlight as an excitation light source, decomposition using photochemical reactions such as human harmful substances and malodorous substances contained in the atmosphere and water Technology is drawing attention.

光触媒としては金属イオンや金属錯体なども用いられるが、最もよく使用されているのは半導体である。光触媒として用いられる半導体にはガリウムリン(GaP)、ガリウム砒素(GaAs)、硫化カドミウム(CdS)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉄(Fe)、酸化タングステン(WO)などがある。 As the photocatalyst, a metal ion, a metal complex, or the like is used, but the semiconductor is most frequently used. Semiconductors used as photocatalysts include gallium phosphide (GaP), gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), strontium titanate (SrTiO 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), iron oxide (Fe) 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), and the like.

半導体は通常、電気を通さない不導体であるが、光を当てるなどすると電気を通すようになる。そのための光はどんな光でも良いわけではなく、ある一定以上のエネルギーを持つ光であることが必要であり、このエネルギーをバンドギャップエネルギーと呼び、半導体の種類によって決まってくる。このバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を半導体に当てると電子が流れ、電流が生じる。半導体の中の電子は価電子帯という電子が詰まったところにあり、電子は動くことができないが、バンドギャップ以上のエネルギーを持つ紫外線を半導体に当てると電子がエネルギーの高い伝導帯というところに移動し動けるようになるため電流が流れる。またこの価電子帯と伝導帯とのエネルギー差がバンド(帯)ギャップである。伝導帯に電子が移動すると、価電子帯には電子の抜けた孔ができ、この孔は正の電荷をもっており正孔と呼ばれる。したがって、電子と正孔は同時にでき、電子は強い還元力を持ち、正孔は強い酸化力を持つ。   A semiconductor is usually a nonconductor that does not conduct electricity, but it conducts electricity when exposed to light. The light for that purpose is not limited to any light, but it is necessary that the light has a certain level of energy. This energy is called bandgap energy and is determined by the type of semiconductor. When light having energy greater than this band gap is applied to a semiconductor, electrons flow and a current is generated. Electrons in semiconductors are in the valence band, where electrons cannot move. However, when ultraviolet light with energy above the band gap is applied to the semiconductor, the electrons move to a high energy conduction band. Electric current flows to be able to move. The energy difference between the valence band and the conduction band is a band gap. When electrons move to the conduction band, a hole from which electrons have been removed is formed in the valence band, and this hole has a positive charge and is called a hole. Therefore, electrons and holes can be formed simultaneously, electrons have a strong reducing power, and holes have a strong oxidizing power.

大部分の半導体は水に入れて光を当てると、陽イオンと陰イオンになって溶解してしまう光溶解という反応が起こって、半導体が溶けてなくなってしまい実用に供すことはできない。しかし、半導体の中で酸化チタンは光溶解を起こさず、人間に対して無害であり、また安価で耐久性、耐摩耗性に優れ、資源的に豊富で入手しやすいため、現在、光触媒として用いられているのはほとんどが酸化チタンである。   When most semiconductors are put in water and exposed to light, a reaction called photodissolution occurs that dissolves into cations and anions, so that the semiconductor is not dissolved and cannot be put to practical use. However, titanium oxide does not cause photodissolution in semiconductors, is harmless to humans, is inexpensive, durable and wear-resistant, is abundant in resources, and is easily available, so it is currently used as a photocatalyst. Most of them are titanium oxide.

光触媒反応装置に関する公知の従来技術としては、例えば、特許文献1及び特許文献2において、焼却炉の燃焼排ガス排出路に連絡される排ガス処理装置が示されている。この排ガス処理装置は、紫外線透過性を有する、燃焼排ガスが通過する筒体と、該筒体の内部に収容された光触媒と、光触媒体の励起用光源から構成されている。
また上記の筒体は、石英ガラス製(以下、石英ガラスもシリカガラスも同一の意味である)の外筒と石英ガラス製の内筒から成る二重筒体であること、光触媒は酸化チタンが用いられること、光触媒の担体は活性炭、活性アルミナ、多孔質ガラスの他、シリカゲルが用いられることが示されている。励起光源としても殺菌ランプとブラックライトが用いられていることからランプチューブの材質は石英ガラスと考えられる。
As a known prior art relating to a photocatalytic reaction device, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 show an exhaust gas treatment device communicated with a combustion exhaust gas discharge passage of an incinerator. This exhaust gas treatment apparatus includes an ultraviolet ray permeable cylinder through which combustion exhaust gas passes, a photocatalyst accommodated in the cylinder, and a light source for exciting the photocatalyst.
The cylinder is a double cylinder composed of an outer cylinder made of quartz glass (hereinafter, quartz glass and silica glass have the same meaning) and an inner cylinder made of quartz glass, and the photocatalyst is made of titanium oxide. It has been shown that silica gel is used as the photocatalyst support, in addition to activated carbon, activated alumina, and porous glass. Since the germicidal lamp and black light are used as the excitation light source, the material of the lamp tube is considered to be quartz glass.

また、特許文献3において、焼却炉から排出される燃焼排ガス中のダイオキシン類の環境汚染物質等を光触媒によって処理する排ガス処理装置が示されている。この中で、紫外線透過性を持った筒体が複数本配置され、内部に紫外線光源、外部に光触媒体を配置することが示されている。   Patent Document 3 discloses an exhaust gas treatment apparatus that treats environmental pollutants such as dioxins in combustion exhaust gas discharged from an incinerator with a photocatalyst. Among these, it is shown that a plurality of cylinders having ultraviolet transparency are arranged, an ultraviolet light source is arranged inside, and a photocatalyst is arranged outside.

また、特許文献4において、工場のスクラバー水のようにダイオキシン類の環境汚染物質等を含む有害排水を浄化処理することができる水浄化装置が示されている。この中で、光透過性を有し内部に光触媒を収容した筒体と、筒体外側に配置された光源が示されている。また、この技術の目的は、光触媒全体に紫外線照射しやすく、浄化効率が高い、小型化が可能な水浄化装置を提供することとされている。   Patent Document 4 discloses a water purification device that can purify harmful wastewater containing environmental pollutants such as dioxins such as scrubber water in a factory. In this figure, a cylindrical body having optical transparency and containing a photocatalyst therein, and a light source arranged on the outer side of the cylindrical body are shown. Another object of the technology is to provide a water purification device that can easily irradiate the entire photocatalyst with ultraviolet rays, has high purification efficiency, and can be downsized.

しかしながら、従来から使用されている光触媒反応装置(以下、光触媒反応ユニットとも呼ぶ)には、主に、シリカガラスをチューブ材とする紫外線ランプが光源とされていたが、光触媒の処理効率が低かった。
また、従来の光触媒反応装置を長時間使用した場合、光触媒反応装置の処理効率が低下する等の問題が生じ、耐久性にも問題があった。
However, conventionally used photocatalytic reaction apparatuses (hereinafter also referred to as photocatalytic reaction units) mainly use an ultraviolet lamp using silica glass as a tube material, but the photocatalytic treatment efficiency is low. .
In addition, when the conventional photocatalytic reaction device is used for a long time, problems such as a reduction in processing efficiency of the photocatalytic reaction device occur, and there is a problem in durability.

特開2001−104752号公報JP 2001-104752 A 特開2001−104753号公報JP 2001-104753 A 特開2001−170453号公報JP 2001-170453 A 特開2003−181475号公報JP 2003-181475 A

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、光触媒反応ユニットに使用されるシリカガラスであって、光触媒の反応効率を向上させるために、波長が250nm程度以下の光を約250nm〜450nm程度の長波長側へ効率よく波長変換することができ、それとともに、長時間紫外線を照射しても性能が低下しにくい、耐紫外線性等に優れた特性を兼ね備えた光触媒用シリカガラス、及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and is a silica glass used in a photocatalytic reaction unit, and in order to improve the reaction efficiency of the photocatalyst, light having a wavelength of about 250 nm or less is about 250 nm to Silica glass for photocatalysts, which can efficiently convert the wavelength to the long wavelength side of about 450 nm, and at the same time, does not deteriorate in performance even when irradiated with ultraviolet rays for a long time, and has excellent properties such as ultraviolet resistance, and It aims at providing the manufacturing method.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、シリカガラスにおいて、少なくとも、前記シリカガラスは、OH基含有量が10wt.ppm以下であり、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲であり、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下であり、光触媒反応ユニットに使用されるものであることを特徴とする光触媒用シリカガラスを提供する(請求項1)。   The present invention has been made to solve the above problems, and in silica glass, at least the silica glass has an OH group content of 10 wt. The linear transmittance at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. Provided is a silica glass for photocatalyst characterized in that it is not more than ppm and is used in a photocatalytic reaction unit (claim 1).

このように、OH基含有量が10wt.ppm以下であり、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲であり、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下であることを同時に満たす光触媒用シリカガラスであれば、紫外線ランプ光源からの約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより光触媒反応効率を向上させることができるとともに、初期の耐化学薬品性、耐熱性、強度を高くすることができ、かつ、紫外線照射下での長期間の光化学反応処理に使用しても、酸・アルカリ・塩を含む溶液に対して高い耐エッチング性を維持し、耐熱性や強度も維持することができる。
そのため、光触媒反応ユニットに採用するのに適したシリカガラスとすることができる。
Thus, the OH group content is 10 wt. The linear transmittance at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. If it is silica glass for photocatalysts simultaneously satisfying that it is less than or equal to ppm, it is possible to improve the photocatalytic reaction efficiency by converting light of about 250 nm or less from an ultraviolet lamp light source to about 250 nm to 450 nm, High chemical resistance, heat resistance, strength, and high etching resistance to solutions containing acids, alkalis, and salts even when used for long-term photochemical reaction treatment under ultraviolet irradiation It is possible to maintain heat resistance and strength.
Therefore, it can be set as the silica glass suitable for employ | adopting as a photocatalytic reaction unit.

この場合、前記シリカガラスは、厚さ1mmの波長163nmでの直線透過率が40.0%〜1.0%の範囲であることが好ましい(請求項2)。
このように、厚さ1mmの波長163nmでの直線透過率が40.0%〜1.0%の範囲であれば、より良好な耐化学薬品性を有するシリカガラスとすることができる。
In this case, the silica glass preferably has a linear transmittance in a range of 40.0% to 1.0% at a wavelength of 163 nm having a thickness of 1 mm (Claim 2).
Thus, if the linear transmittance at a wavelength of 163 nm with a thickness of 1 mm is in the range of 40.0% to 1.0%, a silica glass having better chemical resistance can be obtained.

また、前記シリカガラスの金属不純物濃度は、表面から30μmまでの部分及びそれよりも内側の部分のそれぞれにおいて、ともに、アルカリ金属元素Li、Na、Kの各濃度が50wt.ppb以下、アルカリ土類金属元素Mg、Caの各濃度が10wt.ppb以下、遷移金属元素Cr、Fe、Ni、Cu、Znの各濃度が5wt.ppb以下であることが好ましい(請求項3)。
このように、シリカガラスの金属不純物濃度が、表面から30μmまでの部分及びそれよりも内側の部分のそれぞれにおいて、ともに、アルカリ金属元素Li、Na、Kの各濃度が50wt.ppb以下、アルカリ土類金属元素Mg、Caの各濃度が10wt.ppb以下、遷移金属元素Cr、Fe、Ni、Cu、Znの各濃度が5wt.ppb以下であれば、より効果的に波長変換を行うことができ、また、より確実に耐紫外線性の高い光触媒用シリカガラスとすることができる。
The silica glass has a metal impurity concentration of 50 wt. ppb or less, each concentration of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 10 wt. Less than ppb, each concentration of transition metal elements Cr, Fe, Ni, Cu, Zn is 5 wt. It is preferable that it is below ppb (Claim 3).
As described above, the concentration of the alkali metal elements Li, Na, K is 50 wt. ppb or less, each concentration of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 10 wt. Less than ppb, each concentration of transition metal elements Cr, Fe, Ni, Cu, Zn is 5 wt. If it is ppb or less, wavelength conversion can be performed more effectively, and a silica glass for a photocatalyst having higher UV resistance can be obtained more reliably.

また、前記シリカガラスは、シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去、及び、石英バーナーを用いた火炎研磨を施されたものであることが好ましい(請求項4)。
このように、シリカガラスが、シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去、及び、石英バーナーを用いた火炎研磨(ファイアポリッシュ)を施されたものであれば、加工歪の除去がなされ、表面付近に存在する微細な進行性クラックが除去されており、かつ、表層部の金属不純物汚染がより確実に防止された光触媒用シリカガラスとすることができる。
The silica glass is preferably subjected to processing strain removal by annealing using a shielding material for preventing contamination of silica glass and flame polishing using a quartz burner ( Claim 4).
As described above, the silica glass has been subjected to processing strain removal by annealing treatment using a shielding material for preventing impurities from being mixed into the silica glass and flame polishing (fire polish) using a quartz burner. If present, it is possible to obtain a silica glass for a photocatalyst in which processing strain is removed, fine progressive cracks existing in the vicinity of the surface are removed, and contamination of metal impurities in the surface layer portion is more reliably prevented. .

また、前記光触媒用シリカガラスは、前記光触媒反応ユニットを構成する部材のうち、光触媒材料を担持する担体、光触媒材料が担体に担持されたものである光触媒体の収納容器、光源用紫外線ランプチューブ、光源用紫外線ランプ窓、紫外線反射板の少なくともいずれか1つに使用されるものとすることができる(請求項5)。
このように、本発明に係る光触媒用シリカガラスは、光触媒反応ユニットを構成する部材のうち、光触媒材料を担持する担体、光触媒材料が担体に担持されたものである光触媒体の収納容器、光源用紫外線ランプチューブ、光源用紫外線ランプ窓、紫外線反射板等に使用することができる。そして、このような光触媒用シリカガラスを使用した部材を具備した光触媒反応ユニットであれば、紫外線ランプ光源からの約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより光触媒反応効率を向上させることができる。また、長時間の紫外線照射下での光化学反応処理に使用しても、シリカガラスの性能の劣化を防止することができるので、処理能力の低下や耐久性の低下を抑制して長期間の操業を行うことができる。
The silica glass for a photocatalyst is a carrier supporting a photocatalyst material among the members constituting the photocatalytic reaction unit, a photocatalyst housing container in which the photocatalyst material is supported on the carrier, an ultraviolet lamp tube for a light source, It can be used for at least one of an ultraviolet lamp window for a light source and an ultraviolet reflector.
As described above, the silica glass for photocatalyst according to the present invention is a support for supporting a photocatalyst material among members constituting a photocatalyst reaction unit, a photocatalyst housing container for supporting a photocatalyst material, and a light source. It can be used for ultraviolet lamp tubes, ultraviolet lamp windows for light sources, ultraviolet reflectors, and the like. And if it is a photocatalytic reaction unit equipped with such a member using silica glass for photocatalyst, the photocatalytic reaction efficiency is improved by converting the wavelength of light of about 250 nm or less from the ultraviolet lamp light source to about 250 nm to 450 nm. be able to. In addition, even when used for photochemical reaction treatment under long-term UV irradiation, it is possible to prevent the performance of silica glass from being deteriorated, so long-term operation is suppressed by suppressing the reduction in processing capacity and durability. It can be performed.

また、本発明は、光触媒反応ユニットに使用される、光触媒用シリカガラスを製造する方法であって、少なくとも、シリカ粉を原料とし、該シリカ粉原料を500℃〜1000℃の温度範囲にて加熱脱水処理する工程と、該加熱脱水処理されたシリカ粉を、少なくとも水素を含む雰囲気下にて電気加熱溶融することにより、透明シリカガラスインゴットを作製する工程と、該透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する工程と、該形状加工したシリカガラスに対し、該シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去を行う工程と、該加工歪除去を行ったシリカガラスを前記光触媒反応ユニットに使用される形状に組み立てる工程とを含むことを特徴とする光触媒用シリカガラスの製造方法を提供する(請求項6)。   The present invention also relates to a method for producing a silica glass for photocatalyst used in a photocatalytic reaction unit, wherein at least silica powder is used as a raw material, and the silica powder raw material is heated in a temperature range of 500 ° C to 1000 ° C. A step of dehydrating, a step of producing a transparent silica glass ingot by electrically heating and melting the silica powder subjected to the heat dehydration treatment in an atmosphere containing at least hydrogen, and the transparent silica glass ingot having a predetermined shape A process for removing the processing strain by an annealing process using a shield material for preventing impurities from being mixed into the silica glass, and a process for removing the processing strain. A step of assembling the silica glass into a shape used in the photocatalytic reaction unit. Law provides (claim 6).

このような工程による光触媒用シリカガラスの製造方法であれば、製造するシリカガラスのOH基濃度を適切な範囲に調節でき、塩素及びフッ素をほとんど含有せず、波長245nmの光の直線透過率を適切な範囲に調節することができる。その結果、紫外線ランプ光源からの約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより光触媒反応効率を向上させることができ、また、長時間の紫外線照射によっても性能が低下しにくい、紫外線照射に対する耐性に優れた光触媒用シリカガラスを製造することができる。   If it is the manufacturing method of the silica glass for photocatalysts by such a process, the OH group density | concentration of the silica glass to manufacture can be adjusted to an appropriate range, chlorine and a fluorine are hardly contained, and the linear transmittance of the light of wavelength 245nm is obtained. It can be adjusted to an appropriate range. As a result, it is possible to improve the photocatalytic reaction efficiency by converting the light of about 250 nm or less from the ultraviolet lamp light source to about 250 nm to 450 nm, and the performance is not easily deteriorated even by long-time ultraviolet irradiation. A silica glass for a photocatalyst having excellent resistance to irradiation can be produced.

また、本発明は、光触媒反応ユニットに使用される、光触媒用シリカガラスを製造する方法であって、少なくとも、ケイ素化合物を原料とする火炎加水分解法により白色スート体を合成する工程と、該白色スート体を、少なくとも水素を含み、かつ、塩素、フッ素の少なくともいずれかを含む雰囲気下にて加熱脱水処理する工程と、該加熱脱水処理された白色スート体を、10Pa以下の真空下にて電気加熱溶融することにより透明シリカガラスインゴットとする工程と、該透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する工程と、該形状加工したシリカガラスに対し、該シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去を行う工程と、該加工歪除去を行ったシリカガラスを前記光触媒反応ユニットに使用される形状に組み立てる工程とを含むことを特徴とする光触媒用シリカガラスの製造方法を提供する(請求項7)。 The present invention also relates to a method for producing a silica glass for photocatalyst used in a photocatalytic reaction unit, comprising at least a step of synthesizing a white soot body by a flame hydrolysis method using a silicon compound as a raw material, The step of subjecting the soot body to heat dehydration treatment in an atmosphere containing at least hydrogen and at least one of chlorine and fluorine, and the white soot body subjected to heat dehydration treatment under a vacuum of 10 2 Pa or less A step of forming a transparent silica glass ingot by electrically heating and melting, a step of processing the transparent silica glass ingot into a predetermined shape, and preventing impurities from being mixed into the silica glass in the shape-processed silica glass A process for removing processing strain by annealing using a shielding material, and silica glass from which the processing strain has been removed as the photocatalyst To provide a method of manufacturing a photocatalytic silica glass, which comprises a step of assembling the shape used in the response unit (claim 7).

このような工程を含む光触媒用シリカガラスの製造方法によれば、製造するシリカガラスのOH基、塩素、フッ素のそれぞれの含有量を適切な範囲に調節でき、波長245nmの光の直線透過率を適切な範囲に調節することができる。その結果、紫外線ランプ光源からの約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより光触媒反応効率を向上させることができ、また、長時間の紫外線照射によっても性能が低下しにくい、紫外線照射に対する耐性に優れた光触媒用シリカガラスを製造することができる。   According to the method for producing a silica glass for a photocatalyst including such steps, the contents of OH groups, chlorine, and fluorine of the silica glass to be produced can be adjusted to an appropriate range, and the linear transmittance of light having a wavelength of 245 nm can be obtained. It can be adjusted to an appropriate range. As a result, the photocatalytic reaction efficiency can be improved by converting the wavelength of light of about 250 nm or less from the ultraviolet lamp light source to about 250 nm to 450 nm, and the performance is not easily deteriorated even by prolonged ultraviolet irradiation. A silica glass for a photocatalyst having excellent resistance to irradiation can be produced.

また、これらの場合、前記製造するシリカガラスを、OH基含有量が10wt.ppm以下、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下になるようにすることが好ましい(請求項8)。
上記したような光触媒用シリカガラスの製造方法であれば、このように、前記製造するシリカガラスを、OH基含有量が10wt.ppm以下、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下になる光触媒用シリカガラスを製造することができ、紫外線ランプ光源からの約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより光触媒反応効率を向上させることができ、また、耐紫外線性に優れた光触媒用シリカガラスとすることができる。
In these cases, the silica glass to be produced has an OH group content of 10 wt. ppm or less, a linear transmittance at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. It is preferable to make it ppm or less (claim 8).
If it is a manufacturing method of the silica glass for photocatalysts mentioned above, OH group content will be 10 wt. ppm or less, a linear transmittance at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. Silica glass for photocatalyst having a ppm or less can be produced, and the photocatalytic reaction efficiency can be improved by converting the wavelength of light of about 250 nm or less from an ultraviolet lamp light source to about 250 nm to 450 nm. It can be set as the silica glass for photocatalysts excellent in property.

また、本発明に係る光触媒用シリカガラスの製造方法では、前記形状を加工したシリカガラスに対するアニール処理を、電気抵抗加熱処理炉において、前記シールド材として、Al及び/またはZrを10〜1000wt.ppm含有したシリカガラス板、Si単結晶板、Si多結晶板の少なくともいずれか1種を用いて行うことが好ましい(請求項9)。
このように、形状を加工したシリカガラスに対するアニール処理を、電気抵抗加熱処理炉において、シールド材として、Al及び/またはZrを10〜1000wt.ppm含有したシリカガラス板、Si単結晶板、Si多結晶板の少なくともいずれか1種を用いて行えば、製造する光触媒用シリカガラスへの金属不純物の混入を、より効果的に防止することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the silica glass for photocatalysts based on this invention, the annealing process with respect to the silica glass which processed the said shape is carried out in an electrical resistance heat processing furnace, Al and / or Zr are 10-1000 wt. It is preferable to use at least one of ppm-containing silica glass plate, Si single crystal plate, and Si polycrystalline plate (Claim 9).
As described above, the annealing treatment for the silica glass whose shape has been processed is performed by using Al and / or Zr of 10 to 1000 wt. If at least one of the ppm-containing silica glass plate, Si single crystal plate, and Si polycrystal plate is used, it is possible to more effectively prevent metal impurities from being mixed into the silica glass for photocatalyst to be produced. it can.

また、前記の光触媒用シリカガラスの製造方法において、少なくとも前記透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する工程よりも後に、さらに、石英バーナーを用いた火炎研磨を行う工程を有することが好ましい(請求項10)。
このように、本発明に係る光触媒用シリカガラスの製造方法において、さらに火炎研磨(ファイアポリッシュ)を行えば、表面部分に存在する微細な進行性クラックが除去され強度が向上するばかりではなく、シリカガラスの光学特性を更に向上させることができ、また、この火炎研磨の際に石英バーナーを用いれば、該火炎研磨の際に、金属不純物がシリカガラスの表層に混入することを効果的に防止することができる。
The method for producing a silica glass for a photocatalyst preferably further includes a step of performing flame polishing using a quartz burner after at least the step of processing the transparent silica glass ingot into a predetermined shape. Item 10).
As described above, in the method for producing a silica glass for photocatalyst according to the present invention, if further flame polishing (fire polish) is performed, not only the progressive cracks existing on the surface portion are removed and the strength is improved, but also silica. The optical properties of the glass can be further improved, and if a quartz burner is used during this flame polishing, it is possible to effectively prevent metal impurities from being mixed into the surface of the silica glass during the flame polishing. be able to.

以上のように、本発明に従う光触媒用シリカガラスであれば、入射した250nm程度以下の光を約250nm〜450nm程度の長波長側へ効率よく波長変換することができるので、光触媒の反応効率を向上させることができる。また、紫外線照射によるシリカガラスへのダメージを軽減することができ、長時間の紫外線照射を行っても、強度低下や透過率低下等の発生を抑制することができる。
また、本発明に従う光触媒用シリカガラスの製造方法であれば、上記のような、光波長変換効率が高く、耐紫外線性に優れた光触媒用シリカガラスを製造することができる。
As described above, the silica glass for photocatalyst according to the present invention can efficiently convert the incident light of about 250 nm or less to the long wavelength side of about 250 nm to 450 nm, thereby improving the reaction efficiency of the photocatalyst. Can be made. In addition, damage to silica glass due to ultraviolet irradiation can be reduced, and even when ultraviolet irradiation is performed for a long time, occurrence of a decrease in strength, a decrease in transmittance, and the like can be suppressed.
Moreover, if it is a manufacturing method of the silica glass for photocatalysts according to this invention, the above silica glass for photocatalysts with high light wavelength conversion efficiency and excellent ultraviolet resistance can be manufactured.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前述のように、従来の光触媒反応装置では、シリカガラスをチューブ材とする紫外線ランプが光源とされていたが、光触媒の処理効率が低い等の問題があった。また、従来の光触媒反応ユニットを長時間使用した場合、光触媒反応ユニットの処理効率が低下し、耐久性が低い等の問題があった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.
As described above, in the conventional photocatalytic reaction apparatus, an ultraviolet lamp using silica glass as a tube material is used as a light source, but there are problems such as low processing efficiency of the photocatalyst. In addition, when the conventional photocatalytic reaction unit is used for a long time, the processing efficiency of the photocatalytic reaction unit is lowered and the durability is low.

本発明者は、これらのような問題を解決すべく、以下のような検討を行った。
従来から使用されている光触媒反応装置にはシリカガラスをチューブ材とする紫外線ランプが光源とされていたが、一般に紫外線ランプからは約150nm〜約450nmの紫外光(及び若干の可視領域の光)が発生するものであるが、約250nm以下の波長の紫外光は酸素によって吸収されやすいため、光触媒反応においては利用しにくい紫外光であり、実際の光触媒反応には約250nm以上の波長の光が主に寄与している。従って、光触媒反応を促進させるためには、約250nm〜450nm波長の光を強く発生させる必要があった。つまり、本来の250nm程度以上の波長の光に加え、約250nm以下の波長の光も、酸素等に吸収されずに光触媒反応に利用できれば、光触媒反応効率を向上させることができることになる。そして、約250nm以下の光を、約250nm〜450nmへ波長変換することができれば、光触媒反応効率を向上させることができると考えた。
In order to solve these problems, the present inventor has conducted the following studies.
Conventionally, the photocatalytic reaction apparatus used is an ultraviolet lamp made of silica glass as a tube material. Generally, the ultraviolet lamp has an ultraviolet light of about 150 nm to about 450 nm (and light in the visible region). However, since ultraviolet light having a wavelength of about 250 nm or less is easily absorbed by oxygen, it is difficult to use in photocatalytic reaction. In actual photocatalytic reaction, light having a wavelength of about 250 nm or more is used. Mainly contributing. Therefore, in order to promote the photocatalytic reaction, it was necessary to strongly generate light having a wavelength of about 250 nm to 450 nm. In other words, in addition to the original light having a wavelength of about 250 nm or more, if light having a wavelength of about 250 nm or less can be used for the photocatalytic reaction without being absorbed by oxygen or the like, the photocatalytic reaction efficiency can be improved. And if the wavelength of light of about 250 nm or less can be wavelength-converted to about 250 nm to 450 nm, it was considered that the photocatalytic reaction efficiency can be improved.

本発明者らは、さらに鋭意検討及び実験を行い、光触媒反応装置用に好ましいシリカガラスの物性組合せは、OH基含有量が10wt.ppm以下、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲、かつ塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下であることを見出した。そして、この3つの物性組合せによって紫外線ランプ光源からの約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより光触媒反応効率を向上させることができるとともに、初期の耐化学薬品性、耐熱性、強度を高くすることができ、かつ長時間にわたる光触媒装置の運転においても酸・アルカリ・塩を含む溶液に対して高い耐エッチング性を維持し、耐熱性や強度も維持することができることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors conducted further diligent studies and experiments, and a preferable combination of physical properties of silica glass for a photocatalytic reaction apparatus has an OH group content of 10 wt. ppm or less, the linear transmittance at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. It was found that it is below ppm. And by combining these three physical properties, it is possible to improve the photocatalytic reaction efficiency by converting the light of about 250 nm or less from the ultraviolet lamp light source to about 250 nm to 450 nm, and at the same time, the initial chemical resistance, heat resistance, It has been found that the strength can be increased and high etching resistance can be maintained with respect to a solution containing acid, alkali and salt even in the operation of the photocatalytic device for a long time, and heat resistance and strength can be maintained, The present invention has been completed.

以下、本発明について図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

光触媒用シリカガラスとして好ましい物性の組合せは、OH基含有量が10wt.ppm以下、シリカガラスの厚さを10mmとしたときの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下の3項目を同時に満足することである。   A preferred combination of physical properties for the silica glass for photocatalyst has an OH group content of 10 wt. ppm or less, the linear transmittance at a wavelength of 245 nm when the thickness of the silica glass is 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. It is to satisfy three items below ppm at the same time.

(OH基含有量、塩素及びフッ素の含有量について)
シリカガラスはシリコンSiと酸素Oとの連続網目構造(ネットワークストラクチャー)より成るものであるが、OH基やフッ素(F)、塩素(Cl)はこの網目構造の終端部(ネットワークターミネーター)となるものである。光触媒用シリカガラスとして使用される場合、シリカガラス材料は、紫外線照射下にさらされることになる。シリカガラス中にOH基が適量存在すると、Si−O−Siの結合角度が安定角度に近づき、シリカガラスの網目構造が安定する。そのことにより、例えばイープライムセンター(E’Center)等の紫外域で大きな吸収を引き起こす吸収帯の生成を低減させる効果があり、電離作用等によって引き起こされる強度低下や透過率低下などの紫外線照射によるダメージを抑制することができる。
(About OH group content, chlorine and fluorine content)
Silica glass is composed of a continuous network structure (network structure) of silicon Si and oxygen O, but OH groups, fluorine (F), and chlorine (Cl) serve as terminal portions (network terminators) of this network structure. It is. When used as a silica glass for photocatalysts, the silica glass material is exposed to ultraviolet irradiation. When an appropriate amount of OH groups are present in the silica glass, the Si—O—Si bond angle approaches the stable angle, and the network structure of the silica glass is stabilized. This has the effect of reducing the generation of absorption bands that cause large absorption in the ultraviolet region, such as the e-prime center (E'Center), and is due to ultraviolet irradiation such as a decrease in intensity and a decrease in transmittance caused by ionization. Damage can be suppressed.

そのため、紫外線照射下で用いられるシリカガラスには、一般的には耐紫外線性を向上させるために例えば1000wt.ppm程度以下のような、低濃度のOH基を含有させることがある。しかし前述のネットワークターミネーターの含有量が多くなりすぎると耐化学薬品性が低下し、酸・アルカリ・塩の少なくともいずれかを含む溶液と接触した場合のシリカガラスのエッチング速度が大きくなってしまう。   Therefore, the silica glass used under ultraviolet irradiation generally has, for example, 1000 wt. A low concentration of OH groups, such as about ppm or less, may be contained. However, if the content of the network terminator is too large, the chemical resistance is lowered, and the etching rate of the silica glass is increased when it comes into contact with a solution containing at least one of acid, alkali, and salt.

そこで、本発明の光触媒用シリカガラスでは、OH基含有量(濃度)を10wt.ppm以下とする。なお、このOH基濃度は5wt.ppm以下とすれば、耐化学薬品性がより向上するのでさらに好ましいものとなる。
また、同様の理由により、本発明の光触媒用シリカガラスでは、フッ素と塩素の合計含有量を100wt.ppm以下、好ましくは50wt.ppm以下とする。
Therefore, in the silica glass for a photocatalyst of the present invention, the OH group content (concentration) is 10 wt. ppm or less. The OH group concentration is 5 wt. If it is less than or equal to ppm, the chemical resistance is further improved, which is more preferable.
For the same reason, in the silica glass for a photocatalyst of the present invention, the total content of fluorine and chlorine is 100 wt. ppm or less, preferably 50 wt. ppm or less.

なお、OH基濃度の制御は、例えば、後述するような高純度シリカ粉を電気加熱溶融して透明シリカガラスインゴットとしてシリカガラスを製造する場合には、加熱溶融時の雰囲気圧力や含有ガスの種類、特に水分量を変化させること等により可能である。また、後述するような四塩化ケイ素SiCl原料等の酸水素火炎加水分解法により白色スート体を作製して引き続き真空炉内で帯域加熱溶融させ透明シリカガラスインゴットを製造する場合には、白色スート体合成時の酸素と水素の流量比率を変化、制御すること、あるいは、白色スート体の加熱溶融透明ガラス化時の雰囲気ガス、圧力を制御すること等により可能である。 In addition, the control of the OH group concentration is, for example, in the case of producing silica glass as a transparent silica glass ingot by electrically heating and melting high-purity silica powder as will be described later, the atmospheric pressure at the time of heating and melting, and the type of contained gas In particular, it is possible by changing the amount of water. In addition, when producing a transparent silica glass ingot by producing a white soot body by an oxyhydrogen flame hydrolysis method such as silicon tetrachloride SiCl 4 raw material as will be described later, and subsequently heating the zone in a vacuum furnace, This can be achieved by changing and controlling the flow rate ratio of oxygen and hydrogen during body synthesis, or by controlling the atmospheric gas and pressure during the heating and melting of the white soot body.

また、塩素含有量の制御は、後述するSiCl原料の酸水素火炎加水分解法の白色スート体の脱水処理時の真空度及び温度の制御によって可能である。より具体的には白色スート体の脱水処理時に炉内を水素又は塩素含有雰囲気にしつつ、先ず500〜1000℃程度で仮焼し、充分水HOや塩素を脱ガスさせた後1300〜1600℃程度、10Pa以下の真空下で透明ガラス化すると、塩素含有量を低減することが可能である。 The chlorine content can be controlled by controlling the degree of vacuum and temperature during the dehydration treatment of the white soot body in the oxyhydrogen flame hydrolysis method of the SiCl 4 raw material described later. More specifically, while dehydrating the white soot body, first, the furnace is preliminarily calcined at about 500 to 1000 ° C. while degassing water H 2 O and chlorine after 1300 to 1600 while hydrogen or chlorine is contained in the furnace. ℃ about, when vitrified under a vacuum of 10 2 Pa, it is possible to reduce the chlorine content.

また、フッ素含有量の制御は、後述するように、白色スート体をフッ素含有雰囲気にて200〜800℃程度で加熱処理するとOH基を大幅に低減させることができるが、この時のフッ素含有雰囲気のフッ素ガス濃度を低く設定しておくことによりシリカガラスのフッ素含有量を低くさせることができる。   In addition, as described later, the fluorine content can be controlled by heating the white soot body at a temperature of about 200 to 800 ° C. in a fluorine-containing atmosphere. By setting the fluorine gas concentration of the silica glass low, the fluorine content of the silica glass can be lowered.

(波長245nmの光の透過率について)
また、本発明では上記のように、波長245nm(光のエネルギーとしては5.0eV)における厚さ10mm両面平行光学研磨面(直径20mmエリアにおける633nm光干渉計測定での面精度値λ/20以下)における直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲とする。また、80.0%〜50.0%の範囲とすることがより好ましい。
例えば、後述する高純度シリカ粉原料を電気加熱溶融して、作製したOH基含有量が10wt.ppm以下かつ塩素とフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下の組成を有する還元雰囲気下で作製されたシリカガラスには、酸素欠損型関連欠陥を含むものがあり、その様なシリカガラスは波長245nm付近に吸収を示す。
(About the transmittance of light having a wavelength of 245 nm)
Further, in the present invention, as described above, a 10 mm-thick double-sided parallel optical polished surface at a wavelength of 245 nm (light energy is 5.0 eV) (surface accuracy value λ / 20 or less in 633 nm optical interferometer measurement in a 20 mm diameter area) ) In the range of 90.0% to 30.0%. Moreover, it is more preferable to set it as the range of 80.0%-50.0%.
For example, a high-purity silica powder raw material described later is electrically heated and melted, and the produced OH group content is 10 wt. ppm or less and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. Some silica glasses produced in a reducing atmosphere having a composition of ppm or less contain oxygen deficiency-related defects, and such silica glasses show absorption near a wavelength of 245 nm.

特に波長245nm付近に吸収ピークを持つ吸収帯は、ショットキー欠陥型のいわゆるB帯と総称されている。B帯の代表例としてはBα帯があり247nm(5.02eV)に吸収ピークを持ち、光励起により280nm(4.42eV)と450nm(2.74eV)にピークを示す発光帯が生ずる。また、Bβ帯があり240nm(5.15eV)に吸収ピークを持ち、290nm(4.24eV)と390nm(3.16eV)に発光ピークを示す。以下、この光吸収及び異なる波長における発光の現象を光波長変換現象と呼ぶ。 In particular the absorption band with an absorption peak near wavelengths 245nm are generally referred to as so-called B 2 band Schottky defect type. Representative examples of B 2 band has an absorption peak at 247nm (5.02eV) has B 2 alpha band, emission band is generated showing peaks at 280nm (4.42eV) and 450 nm (2.74 eV) by photoexcitation. In addition, there is a B 2 β band, an absorption peak at 240 nm (5.15 eV), and emission peaks at 290 nm (4.24 eV) and 390 nm (3.16 eV). Hereinafter, this light absorption and light emission phenomenon at different wavelengths is referred to as a light wavelength conversion phenomenon.

この光波長変換現象により、光触媒装置を構成する材料としてこのシリカガラスを用いると、紫外線ランプ光源から発生する約150nm〜約250nmの紫外光を約250nm〜約450nmへ波長変換することになり、光触媒反応効率を向上させることができる。   Due to this light wavelength conversion phenomenon, when this silica glass is used as the material constituting the photocatalyst device, the wavelength of about 150 nm to about 250 nm ultraviolet light generated from the ultraviolet lamp light source is converted to about 250 nm to about 450 nm. Reaction efficiency can be improved.

この光波長変換現象は、シリカガラスに高出力紫外線が長時間照射されたり酸素含有雰囲気下で長時間高温加熱されると、変換効率が低下してしまう場合もある。しかしシリカガラス中のOH基含有量を10wt.ppm以下に保つことにより、変換効率の低下を抑制することが可能となる。   In this light wavelength conversion phenomenon, when silica glass is irradiated with high-power ultraviolet rays for a long time or heated at a high temperature for a long time in an oxygen-containing atmosphere, the conversion efficiency may be lowered. However, the OH group content in the silica glass is 10 wt. By keeping it at ppm or less, it is possible to suppress a decrease in conversion efficiency.

この他、波長163nm(光のエネルギー7.6eV)における厚さ1mm両面平行光学研磨面(直径20mmエリアにおける633nm光干渉計測定での面精度値λ/20以下)における直線透過率が40.0%〜1.0%の範囲とすることが好ましく、30.0%〜5.0%の範囲とすることがより好ましい。
これは、例えば、後述するケイ素化合物を原料とする火炎加水分解法により白色スート体を合成し、次いで白色スート体を水素、塩素、フッ素の少なくとも1種類を含む雰囲気ガス下にて脱水処理した後透明ガラス化された合成シリカガラスにおいて認められる酸素欠損型関連欠陥であり、波長163nm付近に吸収を示す。
この吸収帯を示すシリカガラスは、この吸収帯を示さないものに比較して、より良好な耐化学薬品性(酸やアルカリ、塩等を含む溶液やガスに対する耐エッチング性)を示す。詳細メカニズムは不明だが、Si−Si結合の存在が対化学薬品性を向上させているものと推定される。また、この吸収帯を示すシリカガラスは、B帯と同様の酸素欠損型関連欠陥であることから、波長変換現象を増加させているものと推定される。
In addition, the linear transmittance at a wavelength of 163 nm (light energy: 7.6 eV) at a thickness of 1 mm double-sided parallel optical polished surface (surface accuracy value λ / 20 or less in a 633 nm optical interferometer measurement in a 20 mm diameter area) is 40.0. % To 1.0% is preferable, and 30.0% to 5.0% is more preferable.
For example, a white soot body is synthesized by a flame hydrolysis method using a silicon compound described later as a raw material, and then the white soot body is dehydrated under an atmosphere gas containing at least one of hydrogen, chlorine, and fluorine. It is an oxygen deficiency related defect observed in a synthetic vitrified synthetic silica glass, and shows absorption near a wavelength of 163 nm.
Silica glass exhibiting this absorption band exhibits better chemical resistance (etching resistance to solutions and gases containing acids, alkalis, salts, etc.) than those not exhibiting this absorption band. Although the detailed mechanism is unknown, it is presumed that the presence of Si—Si bonds improves the chemical resistance. Further, the silica glass showing the absorption band, since it is the same oxygen-deficient related defects and B 2 band is presumed to increase the wavelength conversion phenomenon.

(シリカガラスの純度について)
本発明に係る光触媒用シリカガラスは、表層部分から内部に渡って全て高純度であることが好ましい。
(About the purity of silica glass)
The silica glass for a photocatalyst according to the present invention is preferably highly pure from the surface layer portion to the inside.

また、光触媒用シリカガラスは、被処理物の物性にもよるが、紫外線照射下において常温ないし高温の腐蝕性排ガス又は排水と接触しながら、また、それら被処理物による応力を受けながら長時間にわたり材料にとって苛酷な条件下で使用される。   The silica glass for photocatalysts depends on the physical properties of the material to be treated, but is in contact with normal temperature or high temperature corrosive exhaust gas or waste water under ultraviolet irradiation, and for a long time while receiving stress from the material to be treated. Used under conditions that are severe for the material.

シリカガラスにアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素が一定濃度以上に高濃度で含まれていると、シリカガラスがクリストバライト等の微結晶に相転移することにより、再結晶化が起こりやすくなり、いわゆる白色失透化が起こりやすくなる。その結果400nm以下の紫外域光透過率低下や曲げ強度等の強度低下を引き起こす。   If silica glass contains alkali metal element, alkaline earth metal element, or transition metal element at a concentration higher than a certain level, recrystallization occurs due to the phase transition of silica glass to microcrystals such as cristobalite. This tends to cause so-called white devitrification. As a result, the ultraviolet light transmittance of 400 nm or less is lowered, and the strength such as bending strength is lowered.

再結晶を防止するためには、シリカガラス全体の不純物金属元素含有量を少なくすることが必要であるが、特にシリカガラスの表層部分を高純度に保つことが必要である。具体的には、シリカガラスの表層部から内部に渡って、すべての領域でLi、Na、K、Mg、Ca、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、の各濃度が100wt.ppb以下とすることが好ましい。
さらに、アルカリ金属元素Li、Na、Kの各々が50wt.ppb以下、かつアルカリ土類金属元素Mg、Caの各々が10wt.ppb以下、かつ遷移金属元素Cr、Fe、Ni、Cu、Znの各々が5wt.ppb以下とすることが特に好ましい。また、アルカリ金属元素Li、Na、Kの各々を10wt.ppb以下、かつアルカリ土類金属元素Mg、Caの各々を5wt.ppb以下、かつ遷移金属元素Cr、Fe、Ni、Cu、Znの各々を1wt.ppb以下とすることがさらに好ましい。
In order to prevent recrystallization, it is necessary to reduce the content of impurity metal elements in the entire silica glass. In particular, it is necessary to maintain the surface layer portion of the silica glass with high purity. Specifically, each concentration of Li, Na, K, Mg, Ca, Cr, Fe, Ni, Cu, and Zn is 100 wt. It is preferable to set it to ppb or less.
Further, each of the alkali metal elements Li, Na, and K is 50 wt. ppb or less, and each of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 10 wt. ppb or less, and each of transition metal elements Cr, Fe, Ni, Cu, Zn is 5 wt. It is particularly preferable to set it to ppb or less. Further, each of the alkali metal elements Li, Na, and K was added at 10 wt. ppb or less and each of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 5 wt. ppb or less and each of the transition metal elements Cr, Fe, Ni, Cu, Zn is 1 wt. More preferably, it is ppb or less.

また、このような高純度であれば、不純物の混入により発生する、より長波長側の可視光領域(すなわち、光触媒作用に寄与しない約500nm〜約600nmの波長領域)への波長変換の増大を防止することもできる。   Further, with such high purity, the wavelength conversion to the longer wavelength side visible light region (that is, the wavelength region of about 500 nm to about 600 nm that does not contribute to the photocatalytic action) generated by mixing of impurities is increased. It can also be prevented.

表層部分を高純度に保つためには、シリカガラスの原料のみならず、所定の形状に加工する前の段階の透明シリカガラス母材を高純度で作製する必要があり、さらに光触媒用シリカガラスとして切断、研削等の加工、電気炉内加熱処理、フッ化水素酸溶液によるエッチング洗浄処理等の各種加工工程での工程汚染を防止する必要がある。この方法の詳細は後述する。   In order to keep the surface layer portion in high purity, it is necessary to produce not only the raw material of silica glass but also the transparent silica glass base material in the stage before processing into a predetermined shape with high purity, and further, as silica glass for photocatalyst It is necessary to prevent process contamination in various processing processes such as processing such as cutting and grinding, heat treatment in an electric furnace, and etching cleaning treatment using a hydrofluoric acid solution. Details of this method will be described later.

以下では、上記のような特性を有する光触媒用シリカガラスを製造する方法を説明する。   Below, the method to manufacture the silica glass for photocatalysts which has the above characteristics is demonstrated.

(製造方法1)
図1に、本発明に係る光触媒用シリカガラスの製造方法の一例として、透明シリカガラスインゴットの作製を、シリカ粉の電気加熱溶融処理により行う方法を示した。
(Manufacturing method 1)
FIG. 1 shows a method for producing a transparent silica glass ingot by an electric heating and melting treatment of silica powder as an example of the method for producing a photocatalyst silica glass according to the present invention.

まず、図1(a)に示したように、シリカ粉を準備する(工程1−a)。
このときのシリカ粉としては種々のものを使用することができるが、できるだけ高純度のものとすることが好ましい。具体的には、高純度のシリカ原料から合成された合成シリカ粉や、高品質天然石英粉を塩化水素HClガス含有雰囲気等によって600〜900℃程度で、高純度化処理を複数回行い、高純度化したシリカ粉等を用いることができる。
First, as shown to Fig.1 (a), a silica powder is prepared (process 1-a).
Various silica powders can be used at this time, but it is preferable to make the silica powder as highly pure as possible. Specifically, synthetic silica powder synthesized from high-purity silica raw material or high-quality natural quartz powder is subjected to high-purification treatment multiple times at about 600 to 900 ° C. in an atmosphere containing hydrogen chloride HCl gas, etc. Purified silica powder or the like can be used.

次に、図1(b)に示したように、シリカ粉原料を500℃〜1000℃の温度範囲にて加熱脱水処理する(工程1−b)。
この工程により、主にOH基を調節することができる。
Next, as shown in FIG.1 (b), a silica powder raw material is heat-dehydrated in the temperature range of 500 to 1000 degreeC (process 1-b).
By this step, mainly OH groups can be adjusted.

次に、図1(c)に示したように、加熱脱水処理されたシリカ粉を、少なくとも水素を含む雰囲気下にて電気加熱溶融することにより、透明シリカガラスインゴットを作製する(工程1−c)。
このような還元性雰囲気下で、最終的にOH基濃度が10wt.ppm以下となるようにする。
このようにして、OH基濃度が10wt.ppm以下の透明シリカガラスインゴットを、金属不純物濃度を低く抑制しながら合成することができる。また、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下とすることができる。
Next, as shown in FIG. 1 (c), the silica powder that has been heat-dehydrated is electrically heated and melted in an atmosphere containing at least hydrogen, thereby producing a transparent silica glass ingot (step 1-c). ).
Under such a reducing atmosphere, the final OH group concentration is 10 wt. It is made to become below ppm.
In this way, the OH group concentration is 10 wt. A transparent silica glass ingot of ppm or less can be synthesized while suppressing the metal impurity concentration to a low level. The total content of chlorine and fluorine is 100 wt. ppm or less.

次に、図1(d)に示すように、工程1−cで作製した透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する(工程1−d)。
加工方法は、成型、切断、研削、溶接、接着、研磨、洗浄等で行い、特に限定されないが、工程汚染をできるだけ防止する。
Next, as shown in FIG.1 (d), the transparent silica glass ingot produced at process 1-c is processed into a defined shape (process 1-d).
The processing method is performed by molding, cutting, grinding, welding, adhesion, polishing, washing, and the like, and is not particularly limited, but prevents process contamination as much as possible.

次に、図1(e)に示すように、工程1−dで形状加工したシリカガラスに対し、該シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去を行う(工程1−e)。   Next, as shown in FIG. 1 (e), processing strain removal by annealing treatment using a shielding material for preventing impurities from being mixed into the silica glass is performed on the silica glass shaped in step 1-d. Perform (step 1-e).

このときの、シールド材としては、アルミニウムAlを10〜1000wt.ppm含有したシリカガラス板等が好ましい。Alの他、ジルコニウムZrを10〜1000wt.ppm程度含有してもよい。このようなAlドープシリカガラス板等をシールド材として用いれば、特許第3393063号公報に示されているように、熱処理されるシリカガラスへの金属不純物の混入を効果的に防止することができる。なお、シールド材は、Si単結晶板、Si多結晶板等でもよい。これらを用いることにより金属不純物の混入が防がれる理由は必ずしも明らかではないが、Alをドープしたシリカガラスの場合、シリカガラス網目構造におけるSi元素の一部がAlに置換されており、このAl元素がNa、K、Li等の不純物陽イオンをイオン結合の形で固定、吸収するものと推定される。また、Si単結晶やSi多結晶の場合、Si元素が結晶構造として緻密に配列しているため不純物元素の拡散、侵入を防止しているものと推定される。
なお、アニール処理による加工歪除去は、各種加工された光触媒用シリカガラスの強度向上に必須の工程である。
As a shielding material at this time, aluminum Al is 10 to 1000 wt. A silica glass plate containing ppm is preferred. In addition to Al, zirconium Zr was added in an amount of 10 to 1000 wt. You may contain about ppm. If such an Al-doped silica glass plate or the like is used as a shielding material, it is possible to effectively prevent metal impurities from being mixed into the silica glass to be heat-treated, as disclosed in Japanese Patent No. 3393063. The shield material may be a Si single crystal plate, a Si polycrystalline plate, or the like. The reason why mixing of metal impurities is prevented by using these is not always clear, but in the case of silica glass doped with Al, a part of the Si element in the silica glass network structure is replaced by Al. It is presumed that the element fixes and absorbs impurity cations such as Na + , K + and Li + in the form of ionic bonds. Further, in the case of a Si single crystal or Si polycrystal, it is presumed that the Si elements are densely arranged as a crystal structure, thereby preventing the diffusion and penetration of impurity elements.
The processing strain removal by the annealing treatment is an essential process for improving the strength of the various processed silica glass for photocatalyst.

この工程で用いるアニール炉の具体例を図3、4に示した。
図3に示したアニール炉(電気加熱炉)10は、高純度アルミナボードのような保温材が内側に張られたチャンバー11、2ケイ化モリブデンヒータ等のヒータ12を具備する。図3には、炉床材13として、シールド材の単結晶シリコンウエハーを、シールドチャンバー14として、シールド材のAlドープシリカガラスを用いた例を示した。
被熱処理体15は、上記形状加工処理を行ったシリカガラスである。
Specific examples of the annealing furnace used in this step are shown in FIGS.
An annealing furnace (electric heating furnace) 10 shown in FIG. 3 includes a chamber 11 and a heater 12 such as a molybdenum silicide heater in which a heat insulating material such as a high-purity alumina board is stretched. FIG. 3 shows an example in which a single crystal silicon wafer as a shielding material is used as the hearth material 13 and an Al-doped silica glass as a shielding material is used as the shielding chamber 14.
The to-be-heated body 15 is the silica glass which performed the said shape processing process.

図4に示したアニール炉20は、高純度アルミナボードのような保温材が内側に張られたチャンバー21内に2ケイ化モリブデンヒータ等のヒータ22a、22bを具備する。ヒータ22a、22bは図4に示したように上下に配置してもよい。
図4には、炉床材23として、シールド材の単結晶シリコンウエハーを、筒状のシールドチューブ24として、シールド材のAl、Zrドープシリカガラスを用いた例を示した。
被熱処理体25は、上記形状加工処理を行ったシリカガラスである。
An annealing furnace 20 shown in FIG. 4 includes heaters 22a and 22b such as a molybdenum disilicide heater in a chamber 21 in which a heat insulating material such as a high-purity alumina board is stretched. The heaters 22a and 22b may be arranged vertically as shown in FIG.
FIG. 4 shows an example in which a single crystal silicon wafer as a shielding material is used as the hearth material 23, and Al or Zr-doped silica glass as a shielding material is used as the cylindrical shielding tube 24.
The heat-treated body 25 is silica glass that has been subjected to the shape processing.

以上のような工程の他、各種加工された光触媒用シリカガラスの表面に存在する進行性の微細クラックの溶解除去、またそれによる強度向上効果並びに光透過性向上効果等を目的として火炎研磨(ファイアポリッシュとも言う)を行ってもよいが、この火炎研磨は、上記したような工程汚染防止の観点から、石英製のバーナーを用いて行うことが好ましい。通常、火炎研磨には、金属バーナーが用いられるが、金属バーナーを用いると、シリカガラスの表層、特に表面から30μmまでの深さで金属汚染が生じる。これを、石英バーナーを用いて火炎研磨することで、シリカガラスの表面層の金属汚染を防止することができる。
なお、この火炎研磨は、上記加工歪除去のためのアニール処理の後に行う場合があるが、少なくとも透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工した後であれば、どの段階で行ってもよい。
In addition to the above steps, flame polishing (fire) for the purpose of dissolving and removing progressive fine cracks existing on the surface of various processed silica glass for photocatalysts, as well as improving strength and light transmission. This flame polishing is preferably performed using a quartz burner from the viewpoint of preventing process contamination as described above. Usually, a metal burner is used for flame polishing. However, when a metal burner is used, metal contamination occurs at a depth of 30 μm from the surface of the silica glass, particularly from the surface. By subjecting this to flame polishing using a quartz burner, metal contamination of the surface layer of silica glass can be prevented.
The flame polishing may be performed after the annealing treatment for removing the processing strain, but may be performed at any stage as long as at least the transparent silica glass ingot is processed into a predetermined shape.

次に、図1(f)に示すように、工程1−eで加工歪除去を行ったシリカガラスを光触媒反応ユニットに使用される形状に組み立てる(工程1−f)。
ここで加工される形状としては、特に限定されないが、例えば、光触媒反応ユニットを構成する部材のうち、光触媒作用を示す光触媒体の収納容器、光源用紫外線ランプチューブ、光源用紫外線ランプ窓、紫外線反射板等に加工及び組み立てすることができ、光触媒材料を担持する担体に加工することも可能である。
Next, as shown in FIG.1 (f), the silica glass which removed the process distortion at process 1-e is assembled in the shape used for a photocatalytic reaction unit (process 1-f).
The shape processed here is not particularly limited. For example, among the members constituting the photocatalytic reaction unit, a photocatalyst body storage container that exhibits a photocatalytic action, an ultraviolet lamp tube for a light source, an ultraviolet lamp window for a light source, an ultraviolet reflection It can be processed and assembled into a plate or the like, and can also be processed into a carrier carrying a photocatalytic material.

以上のような工程を経て、本発明に係る光触媒用シリカガラスを製造することができる。そして、このような光触媒用シリカガラスの製造方法であれば、製造されるシリカガラスのOH基含有量を10wt.ppm以下、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率を90.0%〜30.0%の範囲、塩素及びフッ素の合計含有量を100wt.ppm以下とすることができる。   The silica glass for photocatalysts based on this invention can be manufactured through the above processes. And if it is a manufacturing method of such a silica glass for photocatalysts, 10 wt. ppm or less, linear transmittance at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. ppm or less.

本発明の光触媒用シリカガラスは、以下のようにしても製造することができる。
(製造方法2)
図2に、本発明に係る光触媒用シリカガラスの製造方法の一例として、透明シリカガラス母材(透明シリカガラスインゴット)の作製を、一旦白色スート体を合成した後に行う方法を示した。
まず、図2(a)に示すように、ケイ素化合物を原料とする火炎加水分解法により白色スート体を合成する(工程2−a)。
原料とするケイ素化合物としては、高純度ケイ素化合物、例えば四塩化ケイ素SiClを用い、酸水素ガス又はプロパンガス等を用いた火炎加水分解法により、比較的低温(500〜800℃程度)で白色不透明のスート体を作製する。
なお、このとき、酸素と水素の流量比率を調節し、最終的に製造されるシリカガラスのOH基含有量が10wt.ppm以下となるようにする。
原料とするケイ素化合物はできるだけ高純度のものを用いることが好ましい。
The silica glass for photocatalysts of the present invention can also be produced as follows.
(Manufacturing method 2)
FIG. 2 shows a method for producing a transparent silica glass base material (transparent silica glass ingot) as an example of a method for producing a photocatalyst silica glass according to the present invention, after once synthesizing a white soot body.
First, as shown to Fig.2 (a), a white soot body is synthesize | combined by the flame hydrolysis method which uses a silicon compound as a raw material (process 2-a).
As a silicon compound used as a raw material, a high-purity silicon compound such as silicon tetrachloride SiCl 4 is used, and white at a relatively low temperature (about 500 to 800 ° C.) by flame hydrolysis using oxyhydrogen gas or propane gas. An opaque soot body is produced.
At this time, the flow rate ratio of oxygen and hydrogen is adjusted, and the OH group content of the finally produced silica glass is 10 wt. It is made to become below ppm.
It is preferable to use a silicon compound as a raw material with as high a purity as possible.

次に、図2(b)に示すように、工程2−aで合成した白色スート体を、少なくとも水素を含み、かつ、塩素、フッ素の少なくともいずれかを含む雰囲気下にて加熱脱水処理する(工程2−b)。
この工程により、OH基濃度を大幅に低減することができる。特に、塩素、フッ素のいずれか一方を含んだ雰囲気下であれば、より効率よくOH基濃度を低減することができる。ただし、本発明においては、塩素、フッ素の含有量も低いものとするため、雰囲気の塩素、フッ素濃度は一定程度以下とすることが好ましい。例えば大気圧において、塩素(またはフッ素)の流量比率を10%以下とした水素含有雰囲気等が好ましい。
Next, as shown in FIG. 2 (b), the white soot synthesized in step 2-a is subjected to heat dehydration treatment in an atmosphere containing at least hydrogen and containing at least one of chlorine and fluorine ( Step 2-b).
By this step, the OH group concentration can be greatly reduced. In particular, the OH group concentration can be more efficiently reduced under an atmosphere containing either chlorine or fluorine. However, in the present invention, the chlorine and fluorine concentrations in the atmosphere are preferably set to a certain level or less in order to reduce the chlorine and fluorine contents. For example, a hydrogen-containing atmosphere in which the flow rate ratio of chlorine (or fluorine) is 10% or less at atmospheric pressure is preferable.

次に、図2(c)に示すように、加熱脱水処理された白色スート体を、10Pa以下の真空下にて電気加熱溶融することにより透明シリカガラスインゴットとする(工程2−c)。
このように、雰囲気ガスの圧力を10Pa以下の真空とすることにより、確実に、シリカガラスに含まれるOH基、塩素、フッ素の含有量を、上記適切な範囲内とすることができる。
このように工程2−b及び2−cにより、OH基含有量が10wt.ppmであり、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下である透明シリカガラスインゴットを、金属不純物濃度を低く抑制して合成することができる。
Next, as shown in FIG. 2 (c), the heat-dehydrated white soot body is electrically heated and melted under a vacuum of 10 2 Pa or less to obtain a transparent silica glass ingot (step 2-c). .
Thus, by setting the pressure of the atmospheric gas to a vacuum of 10 2 Pa or less, the contents of OH groups, chlorine, and fluorine contained in the silica glass can be surely set within the appropriate range.
As described above, by the steps 2-b and 2-c, the OH group content is 10 wt. ppm, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. A transparent silica glass ingot having a ppm or less can be synthesized while suppressing the metal impurity concentration to a low level.

このように作製した透明シリカガラスインゴットに対し、後続の工程を行うが、図2(d)、(e)、(f)に示した透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する工程(工程2−d)、不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去を行う工程(工程2−e)、火炎研磨工程、シリカガラスを光触媒反応ユニットに使用される形状に組み立てる工程(工程2−f)等は、上記製造方法1と同様に行うことができる。   Subsequent steps are performed on the transparent silica glass ingot thus produced, and the step of processing the transparent silica glass ingot shown in FIGS. 2D, 2E, and 2F into a predetermined shape (step 2). -D), a process of removing processing strain by annealing using a shielding material for preventing impurities from being mixed (process 2-e), a flame polishing process, and a process of assembling silica glass into a shape used for a photocatalytic reaction unit (Step 2-f) and the like can be performed in the same manner as in Production Method 1.

そして、これらのような、本発明に係る光触媒用シリカガラスが採用された光触媒反応ユニットは、紫外線ランプ光源からの約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより、光触媒反応に寄与する約250〜450nmの波長の光の強度を上げることができるので、光触媒反応効率を向上させることができる。また、長時間の紫外線照射下での光化学反応処理に使用しても、シリカガラスの性能の劣化を防止することができるので、処理能力の低下や耐久性の低下を抑制して長期間の操業を行うことができる。   The photocatalytic reaction unit employing the silica glass for photocatalyst according to the present invention contributes to the photocatalytic reaction by converting the wavelength of about 250 nm or less from the ultraviolet lamp light source to about 250 nm to 450 nm. Since the intensity of light having a wavelength of about 250 to 450 nm can be increased, the photocatalytic reaction efficiency can be improved. In addition, even when used for photochemical reaction treatment under long-term UV irradiation, it is possible to prevent the performance of silica glass from being deteriorated, so long-term operation is suppressed by suppressing the reduction in processing capacity and durability. It can be performed.

図5、6には、それぞれ、本発明に係る光触媒用シリカガラスを使用することができる光触媒反応ユニットの具体例の一例を示した。   FIGS. 5 and 6 show examples of specific examples of the photocatalytic reaction unit that can use the silica glass for photocatalyst according to the present invention.

図5には、反応チャンバー内に充填された光触媒体に、被処理物を通過させる方式の光触媒反応ユニットの例を示した。なお、図5(a)は光触媒反応ユニットの側面方向から見た概略断面図であり、図5(b)は、図5(a)中のA−A’面の概略断面図である。
光触媒反応ユニット30として、シリカガラス製のランプチューブを有する紫外線ランプ31、紫外線反射板32を外側に具備し、光触媒体35が内部に充填された光触媒反応チャンバー33を内側に具備しているものを示した。光触媒反応ユニット30は、その他、光触媒反応チャンバー33の内圧に対する補強のため、耐圧補強フィン34を具備するものでもよい。その他、光触媒反応チャンバー33内に排ガスを導入する排ガス導入管36、光触媒反応チャンバー33内から処理されたガスが排出される処理ガス排出管37等を具備する。
FIG. 5 shows an example of a photocatalytic reaction unit of a type in which an object to be processed is passed through a photocatalyst body filled in a reaction chamber. 5A is a schematic cross-sectional view as viewed from the side of the photocatalytic reaction unit, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view along the AA ′ plane in FIG. 5A.
The photocatalytic reaction unit 30 includes an ultraviolet lamp 31 having a silica glass lamp tube and an ultraviolet reflecting plate 32 on the outside and a photocatalytic reaction chamber 33 filled with a photocatalyst 35 inside. Indicated. In addition, the photocatalytic reaction unit 30 may include a pressure-proof reinforcing fin 34 for reinforcing the internal pressure of the photocatalytic reaction chamber 33. In addition, an exhaust gas introduction pipe 36 that introduces exhaust gas into the photocatalytic reaction chamber 33, a processing gas discharge pipe 37 that discharges the processed gas from the photocatalytic reaction chamber 33, and the like are provided.

このような光触媒反応ユニット30では、紫外線ランプ31から放射された紫外線は、直接、また、紫外線反射板32により反射されるなどして光触媒反応チャンバー33内の光触媒体35に照射される。排ガス導入管36、処理ガス排出管37等により被処理物が光触媒反応チャンバー33内を通過させられ、光触媒体35に含まれる光触媒の作用により、浄化処理される。   In such a photocatalytic reaction unit 30, the ultraviolet light emitted from the ultraviolet lamp 31 is directly or directly reflected by the ultraviolet reflecting plate 32 to irradiate the photocatalytic body 35 in the photocatalytic reaction chamber 33. An object to be processed is passed through the photocatalytic reaction chamber 33 by the exhaust gas introduction pipe 36, the processing gas discharge pipe 37, and the like, and is purified by the action of the photocatalyst contained in the photocatalyst body 35.

そして、本発明の光触媒用シリカガラスは、紫外線ランプ31のランプチューブや、紫外線反射板32の反射面保護材、光触媒反応チャンバー33及び耐圧補強フィン34の材料等に用いることができる。また、光触媒体35の、二酸化チタンが担持される担体として用いることもできる。   And the silica glass for photocatalysts of this invention can be used for the material of the lamp tube of the ultraviolet lamp 31, the reflective surface protection material of the ultraviolet reflector 32, the photocatalyst reaction chamber 33, the pressure | voltage resistant reinforcement fin 34, etc. The photocatalyst 35 can also be used as a carrier on which titanium dioxide is supported.

図6には、汚染ガス浄化装置の一例として、光触媒体の中心部に紫外線ランプが配置された光触媒反応ユニット40を示した。金属製チャンバー41に覆われており、例えばらせん状の仕切り板42aを有するシリカガラスチャンバー42が反応器となる。また、その中心部に紫外線ランプ43が配置されている。光触媒体45はシリカガラスチャンバー42内に充填される。紫外線ランプ43により光触媒体45に紫外線を照射しながら汚染ガス導入口46から汚染ガスを導入し、光触媒体45を通過させることにより汚染ガスを浄化し、浄化ガス排出口47から浄化されたガスを排出させる。仕切り板42aはなくてもよいが、このようならせん状の仕切り板42aを反応器内に配置することで、光触媒体内におけるガスの通過距離を長くすることができ、汚染ガスの浄化処理を効果的に行うことができる。
なお、紫外線ランプ43は、少なくとも波長400nm以下の紫外線を含む光線を照射できるものであればよいが、効率よく紫外線を照射するために、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、エキシマランプ、発光ダイオード、レーザーダイオード等を用いることが好ましい。
FIG. 6 shows a photocatalytic reaction unit 40 in which an ultraviolet lamp is arranged at the center of the photocatalyst body as an example of the pollutant gas purification apparatus. A silica glass chamber 42 covered with a metal chamber 41, for example, having a spiral partition plate 42a serves as a reactor. In addition, an ultraviolet lamp 43 is disposed at the center thereof. The photocatalyst body 45 is filled in the silica glass chamber 42. While irradiating the photocatalyst 45 with ultraviolet rays by the ultraviolet lamp 43, the pollutant gas is introduced from the pollutant gas inlet 46, and the pollutant gas is purified by passing through the photocatalyst 45, and the purified gas is removed from the purified gas outlet 47. Let it drain. The partition plate 42a may be omitted, but by arranging such a spiral partition plate 42a in the reactor, the gas passage distance in the photocatalyst body can be increased, and the pollutant gas purification process is effective. Can be done automatically.
The ultraviolet lamp 43 is not limited as long as it can irradiate light including ultraviolet rays having a wavelength of 400 nm or less. However, in order to efficiently irradiate ultraviolet rays, a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, an excimer lamp, a light emitting diode, and a laser are used. It is preferable to use a diode or the like.

そして、本発明の光触媒用シリカガラスは、紫外線ランプ43のランプチューブや、らせん状の仕切り板42aを含むシリカガラスチャンバー42、汚染ガス導入口46、浄化ガス排出口47の材料等に用いることができる。また、光触媒体45の、二酸化チタンが担持される担体として用いることもできる。   The silica glass for photocatalyst of the present invention is used as a material for the lamp tube of the ultraviolet lamp 43, the silica glass chamber 42 including the spiral partition plate 42a, the contaminated gas inlet 46, the purified gas outlet 47, and the like. it can. The photocatalyst 45 can also be used as a carrier on which titanium dioxide is supported.

なお、上記具体例では紫外線ランプを具備する浄化装置としての光触媒反応ユニットを例示したが、太陽光に含まれる紫外線による光触媒反応を用いるような光触媒反応ユニットであっても、本発明に係る光触媒用シリカガラスを問題なく使用することができ、光に含まれる約250nm以下の光を約250nm〜450nmへ波長変換することにより光触媒反応効率を向上させることができる。
また、光触媒反応ユニットを構成するシリカガラス製の部材の全てについて、本発明に係る光触媒用シリカガラスを使用することも可能である。例えば、光源用紫外線ランプチューブや窓に本発明のシリカガラスを用いてもよい。
In the above specific example, the photocatalytic reaction unit as a purification device having an ultraviolet lamp is exemplified, but even a photocatalytic reaction unit using a photocatalytic reaction by ultraviolet rays contained in sunlight is used for the photocatalyst according to the present invention. Silica glass can be used without any problem, and the photocatalytic reaction efficiency can be improved by converting the wavelength of light of about 250 nm or less contained in light to about 250 nm to 450 nm.
Moreover, it is also possible to use the silica glass for photocatalysts based on this invention about all the members made from a silica glass which comprise a photocatalytic reaction unit. For example, the silica glass of the present invention may be used for an ultraviolet lamp tube for a light source or a window.

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示したような、シリカ粉を原料とした電気加熱溶融法による光触媒用シリカガラスの製造方法に従い、以下のように、シリカガラスを製造した。なお、原料のシリカ粉は天然石英粉とした例である。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.
Example 1
According to the method for producing a silica glass for a photocatalyst by an electric heating melting method using silica powder as a raw material as shown in FIG. 1, a silica glass was produced as follows. The raw silica powder is an example of natural quartz powder.

(インゴットまで作製)
まず、高品質天然石英粉を出発原料粉として、粒径50〜200μmの高品位天然石英粉90kgを800〜1000℃の塩化水素ガスHCl含有雰囲気にて加熱処理することにより不純物金属元素を塩化物として蒸発させて高純化を行った。次いで、高純化された石英原料粉を700℃、1時間、10Pa以下の真空度にて加熱脱ガス処理を行った(工程1−a)。
(Made to ingot)
First, using high-quality natural quartz powder as a starting material powder, 90 kg of high-quality natural quartz powder with a particle size of 50 to 200 μm is heat-treated in an atmosphere containing hydrogen chloride gas HCl at 800 to 1000 ° C. And purified to high purity. Next, the highly purified quartz raw material powder was subjected to heat degassing treatment at 700 ° C. for 1 hour at a vacuum degree of 10 2 Pa or less (step 1-a).

次に、この高純度化した原料粉をタングステン(W)ルツボ内に投入し、それをステンレススチール製ジャケット、タングステンメッシュヒーターの高純度真空炉内に設置し、炉内を密閉し徐々に真空引きして10Pa以下に設定し、800℃の温度にて1時間加熱を行い脱ガス処理を行った。次いで、炉内をヘリウムHeガス100%、10Pa(大気圧力とほぼ同じ)とし、再度真空引きして10Paに設定した(工程1−b)。 Next, this highly purified raw material powder is put into a tungsten (W) crucible, which is placed in a high purity vacuum furnace of a stainless steel jacket and a tungsten mesh heater, and the furnace is sealed and gradually evacuated. Then, the pressure was set to 10 Pa or less, and degassing was performed by heating at a temperature of 800 ° C. for 1 hour. Next, the inside of the furnace was set to 100% helium He gas, 10 5 Pa (substantially the same as atmospheric pressure), and was evacuated again to 10 2 Pa (step 1-b).

次に、電気抵抗加熱により1750℃にて1時間保持し、その後室温まで除冷した。なお、昇温するのに伴って、雰囲気圧力を10Paに一定に保ち1750℃に達した時点で10Pa程度の水素Hガス10%含有の窒素ガス雰囲気とした。その後冷却して真空炉から取り出し、寸法:直径200mm、長さ900mmの円柱状透明シリカガラスインゴット(母材)を得た(工程1−c)。次いで、外表面部分の汚染を除去するため、フッ酸HF50%水溶液にてエッチング処理及び純水による洗浄を行った。 Next, it was held at 1750 ° C. for 1 hour by electrical resistance heating, and then cooled to room temperature. As the temperature increased, the atmospheric pressure was kept constant at 10 2 Pa, and when the temperature reached 1750 ° C., a nitrogen gas atmosphere containing about 10 5 Pa of hydrogen H 2 gas at 10% was used. Thereafter, it was cooled and taken out from the vacuum furnace to obtain a cylindrical transparent silica glass ingot (base material) having dimensions: 200 mm in diameter and 900 mm in length (step 1-c). Subsequently, in order to remove contamination on the outer surface portion, etching treatment and cleaning with pure water were performed with a 50% aqueous solution of hydrofluoric acid HF.

(物性評価用サンプルへ加工)
次に、この透明シリカガラスインゴットを、切断研削及び全面研磨して、各物性評価用サンプルへと加工した(工程1−dに相当)。
なお、各サンプルの寸法(縦×横×厚さ)は、
塩素及びフッ素、及び不純物元素濃度分析用サンプル(寸法30×30×30mm)、
OH基濃度測定用サンプル(寸法30×30×t10mm)、
透過率測定用サンプル(寸法30×30×t10mm、30×30×t1mm)
耐酸性評価試験用サンプル(寸法50×50×t1mm)、
耐アルカリ性評価試験用サンプル(寸法50×50×t1mm)、
耐塩性評価試験用サンプル(寸法50×50×t1mm)、
波長変換効果試験用サンプル(寸法10×10×t70mm)
とした。
また、その他評価用サンプル各々複数個及び図6に示すような光触媒反応容器を組み立てるためのシリカガラス部品一式、具体的には、らせん状の仕切り板42aを含むシリカガラスチャンバー42を組み立てるための部品や紫外線ランプ43等の部品一式を作製した(工程1−d)。
(Processing into physical property evaluation samples)
Next, this transparent silica glass ingot was cut and ground and polished to process each physical property evaluation sample (corresponding to Step 1-d).
In addition, the dimensions (length x width x thickness) of each sample are
Chlorine, fluorine, and impurity element concentration analysis samples (dimensions 30 × 30 × 30 mm),
Sample for measuring OH group concentration (dimension 30 × 30 × t10 mm),
Sample for measuring transmittance (dimensions 30 × 30 × t10 mm, 30 × 30 × t1 mm)
Sample for acid resistance evaluation test (size 50 × 50 × t1 mm),
Sample for alkali resistance evaluation test (dimensions 50 × 50 × t1 mm),
Sample for salt tolerance evaluation test (dimensions 50 × 50 × t1 mm),
Sample for wavelength conversion effect test (dimensions 10 × 10 × t70mm)
It was.
Further, a plurality of other samples for evaluation and a set of silica glass parts for assembling a photocatalytic reaction vessel as shown in FIG. 6, specifically, a part for assembling a silica glass chamber 42 including a spiral partition plate 42a. And a set of parts such as an ultraviolet lamp 43 (step 1-d).

(加工歪除去のための熱処理(アニール処理))
評価用サンプル及び光触媒反応容器用部品一式に対し、図3のような、シールド材を具備したアニール炉により加工歪除去のための熱処理を行った(工程1−e)。
まず、高純度のアルミナ耐火材を使用した大気雰囲気電気加熱炉10内に、炉床板13として単結晶シリコンウエハーを敷いた。さらに、その上に、図3中に示すような、ドーム状のシリカガラス容器(シールドチャンバー)14を置いた。このシリカガラス容器の材質は、スート法で合成された、アルミニウムAlが100wt.ppm及びジルコニウムZrが10wt.ppmドープされたドープトシリカガラスとし、不純物シールド効果を有するものとした。
そして、大気雰囲気にて高純度アルミナ保温材の電気炉内にて1150℃、10時間保持した後、10℃/時間の降温速度にて1000℃まで降温し、その後室温まで自然除冷した。
(Heat treatment to remove processing strain (annealing))
The sample for evaluation and the set of parts for the photocatalytic reaction vessel were subjected to heat treatment for removing processing strain in an annealing furnace equipped with a shielding material as shown in FIG. 3 (step 1-e).
First, a single crystal silicon wafer was laid as a hearth plate 13 in an air atmosphere electric heating furnace 10 using a high-purity alumina refractory material. Further, a dome-shaped silica glass container (shield chamber) 14 as shown in FIG. 3 was placed thereon. The silica glass container is made of 100 wt. ppm and zirconium Zr of 10 wt. The doped silica glass was doped with ppm and had an impurity shielding effect.
And it kept at 1150 degreeC for 10 hours in the electric furnace of a high purity alumina heat insulating material in air | atmosphere, Then, it cooled to 1000 degreeC with the temperature-fall rate of 10 degreeC / hour, and carried out natural cooling to room temperature after that.

光触媒反応容器用部品一式から、形状を微調整しつつ直径10cm長さ30cmのシリカガラス製光触媒反応ユニット(光触媒反応容器)を組み立てた(工程1−f)。   A silica glass photocatalytic reaction unit (photocatalytic reaction vessel) having a diameter of 10 cm and a length of 30 cm was assembled from a set of parts for the photocatalytic reaction vessel (step 1-f) while finely adjusting the shape.

(実施例2)
図2に示したような白色シリカスート体を経由する方法により、光触媒用シリカガラスの製造を行った。
(Example 2)
The silica glass for photocatalyst was manufactured by the method passing through the white silica soot body as shown in FIG.

(スート体の合成)
純度99.9999wt%の四塩化ケイ素SiClガスを室温25℃換算で2L/分と固定し、酸素Oガスを2〜20L/分、水素Hガスを6〜60L/分の範囲の比率で調整しつつキャリアガスをアルゴンArとし合成用シリカガラス製バーナーに導入しOH基を含有する白色スート体を作製した(工程2−a)。
次いで、窒素ガスN90%、水素ガスH9%、塩化水素HCl1%の10Pa雰囲気(ほぼ大気圧)にて、500℃、3時間の雰囲気加熱処理を行った(工程2−b)。
(Synthesis of soot body)
Silicon tetrachloride SiCl 4 gas with a purity of 99.9999 wt% is fixed at 2 L / min in terms of room temperature 25 ° C., oxygen O 2 gas is 2 to 20 L / min, and hydrogen H 2 gas is 6 to 60 L / min. The white soot body containing an OH group was prepared by adjusting the carrier gas to argon Ar and introducing it into a silica glass burner for synthesis (step 2-a).
Next, an atmosphere heat treatment was performed at 500 ° C. for 3 hours in a 10 5 Pa atmosphere (approximately atmospheric pressure) of nitrogen gas N 2 90%, hydrogen gas H 2 9%, and hydrogen chloride HCl 1% (step 2-b). ).

(透明シリカガラスインゴットの作製)
上記スート体を円筒型グラファイトヒーターを内装したステンレススチール製真空電気炉内に設置し、電気炉内を10Pa以下の真空度とするとともに、1550℃の温度の加熱帯域をゆっくり下方から上方へ移動しながら溶融して、寸法直径200mm×長さ1000mmの透明シリカガラスインゴットを作製した(工程2−c)。
(Production of transparent silica glass ingot)
The soot body is installed in a stainless steel vacuum electric furnace equipped with a cylindrical graphite heater, the inside of the electric furnace is set to a vacuum of 10 2 Pa or less, and the heating zone at a temperature of 1550 ° C. is slowly extended from below to above. By melting while moving, a transparent silica glass ingot having a dimension diameter of 200 mm × length of 1000 mm was produced (step 2-c).

続いて、評価用シリカガラスサンプルへの加工、光触媒反応容器及び部材一式作製、加工歪除去、光触媒用反応ユニット組み立て(工程2−d〜工程2−f)は実施例1の場合(工程1−d〜工程1−f)と同様に行った。   Subsequently, the processing to the silica glass sample for evaluation, the photocatalyst reaction vessel and member set production, the processing strain removal, and the reaction unit assembly for the photocatalyst (steps 2-d to 2-f) are performed in the case of Example 1 (step 1-). d to step 1-f).

(実施例3)
図2に示したような白色シリカスート体を経由する方法により、光触媒用シリカガラスの製造を行った。
(スート体の合成)
実施例2と同様の方法により、OH基を含有する白色スート体を作製した(工程2−a)。
(Example 3)
The silica glass for photocatalyst was manufactured by the method passing through the white silica soot body as shown in FIG.
(Synthesis of soot body)
A white soot body containing an OH group was produced in the same manner as in Example 2 (step 2-a).

(フッ素Fドープ、脱水処理)
上記のOH基を含有する白色スート体を、四フッ化ケイ素SiF1%含有ガス雰囲気、10Pa(ほぼ大気圧と同じ)、400℃にてFドープ、脱水処理を行った(工程2−b)。
(Fluorine F dope, dehydration treatment)
The white soot body containing the OH group was subjected to F doping and dehydration treatment in a gas atmosphere containing 1% silicon tetrafluoride SiF 4 at 10 5 Pa (approximately the same as atmospheric pressure) at 400 ° C. (step 2). -B).

(透明シリカガラスインゴットの作製)
上記スート体を円筒型グラファイトヒーターを内装したステンレススチール製真空電気炉内に設置し、電気炉内を10Pa以下の真空度とするとともに1550℃の温度の加熱帯域をゆっくり下方から上方へ移動しながら溶融して寸法直径200mm×長さ1000mmの透明シリカガラスインゴットを作製した(工程2−c)。
(Production of transparent silica glass ingot)
The soot body is installed in a stainless steel vacuum electric furnace equipped with a cylindrical graphite heater. The electric furnace is evacuated to 10 2 Pa or less, and the heating zone at a temperature of 1550 ° C. is slowly moved from below to above. While melting, a transparent silica glass ingot having a diameter of 200 mm and a length of 1000 mm was produced (step 2-c).

続いて、評価用シリカガラスサンプルへの加工、光触媒反応容器一式作製、加工歪除去、光触媒用反応容器組み立て(工程2−d〜工程2−f)を、実施例1、2の場合と同様に行った。   Subsequently, processing into a silica glass sample for evaluation, production of a set of photocatalytic reaction vessels, removal of processing strain, and assembly of photocatalyst reaction vessels (steps 2-d to 2-f) were performed in the same manner as in Examples 1 and 2. went.

(比較例1)
以下のように、天然石英粉を原料とした酸水素火炎ベルヌイ法による従来の製法により、シリカガラスを製造した。
(Comparative Example 1)
As described below, silica glass was produced by a conventional production method based on the oxyhydrogen flame Bernoulli method using natural quartz powder as a raw material.

(天然石英原料粉の準備)
粒径50〜200μmに調整した天然石英粉約90kgを準備した。
(酸水素火炎ベルヌイ溶融)
上記の原料粉を一定供給量にて酸水素火炎ベルヌイバーナーに導入し、溶融させつつ下部の高純度グラファイト性円板上ターゲットに層状に堆積させた。その後透明溶融シリカガラスインゴットを取り出し、寸法が直径300mm×高さ300mmの円板状ガラスを得た。次いで、外表面部分の汚染を除去するためHF水溶液にてエッチング処理及び純水による洗浄処理を行った。
(Preparation of natural quartz raw material powder)
About 90 kg of natural quartz powder adjusted to a particle size of 50 to 200 μm was prepared.
(Oxyhydrogen flame Bernoulli melting)
The above raw material powder was introduced into an oxyhydrogen flame Bernoulli burner at a constant supply amount, and was deposited in a layered manner on the target on the lower high-purity graphite disc while being melted. Thereafter, a transparent fused silica glass ingot was taken out to obtain a disk-like glass having a diameter of 300 mm × height of 300 mm. Next, in order to remove contamination on the outer surface portion, etching treatment and cleaning treatment with pure water were performed with an HF aqueous solution.

続いて、評価用シリカガラスサンプルへの加工、光触媒反応容器一式作製、加工歪除去、光触媒用反応ユニット組み立てを、各実施例の場合と同様に行った。   Subsequently, processing into a silica glass sample for evaluation, production of a set of photocatalytic reaction containers, removal of processing strain, and assembly of a reaction unit for photocatalyst were performed in the same manner as in each example.

(比較例2)
以下のように、白色スート体を経由する方法で、フッ素を高濃度に含有するシリカガラスを製造した。
(Comparative Example 2)
As described below, silica glass containing fluorine in a high concentration was produced by a method through a white soot body.

(白色スート体の合成)
まず、実施例2、3と同様の方法により白色スート体を合成した。
(フッ素Fドープ処理)
次に、上記で合成した白色スート体をSiF1%含有ガス雰囲気10Pa(ほぼ大気圧と同じ)、300℃にてFドープ処理を行った。
(加熱溶融透明ガラス化)
上記Fドープ白色スート体を円筒型グラファイトヒーターを内装したステンレススチール製真空電気炉内に設置し、実施例3と同様の雰囲気温度条件にて加熱溶融し寸法、直径200mm×長さ300mmの透明シリカガラスインゴットを作製した。
(Synthesis of white soot)
First, a white soot body was synthesized by the same method as in Examples 2 and 3.
(Fluorine F dope treatment)
Next, the white soot body synthesized above was F-doped at 300 ° C. under a gas atmosphere containing 10% SiF 4 at 10 5 Pa (approximately the same as atmospheric pressure).
(Heated and melted transparent glass)
The F-doped white soot body is placed in a stainless steel vacuum electric furnace equipped with a cylindrical graphite heater, heated and melted under the same atmospheric temperature conditions as in Example 3, and a transparent silica having dimensions of 200 mm in diameter and 300 mm in length. A glass ingot was produced.

続いて、評価用シリカガラスサンプルへの加工、光触媒反応容器一式作製、加工歪除去、光触媒用反応容器組み立てを、各実施例の場合と同様に行った。   Subsequently, processing into a silica glass sample for evaluation, production of a set of photocatalytic reaction vessels, removal of processing strain, and assembly of the photocatalyst reaction vessel were performed in the same manner as in each example.

(比較例3)
以下のように、白色スート体を経由する方法で、OH基及び塩素を高濃度に含有するシリカガラスを製造した。
(Comparative Example 3)
As described below, silica glass containing OH groups and chlorine at high concentrations was produced by a method through a white soot body.

(白色スート体の合成)
まず、実施例2、3および比較例2と同様の方法により白色スート体を合成した。
(加熱溶融透明ガラス化)
その後、脱水処理を行わずに、上記白色スート体を円筒型グラファイトヒーターを内装したステンレススチール製真空電気炉内に設置し、電気炉内を10Pa(0.1気圧程度)の減圧度としつつ1500℃の加熱帯域をゆっくり下方から上方へ移動させながら溶融して寸法、直径200mm×長さ300mmの透明シリカガラスインゴットを作製した。
(Synthesis of white soot)
First, white soot bodies were synthesized by the same method as in Examples 2 and 3 and Comparative Example 2.
(Heated and melted transparent glass)
Then, without performing dehydration, the white soot body was placed in a stainless steel vacuum electric furnace equipped with a cylindrical graphite heater, and the pressure inside the electric furnace was reduced to 10 4 Pa (about 0.1 atm). While melting at a temperature of 1500 ° C. while slowly moving from below to above, a transparent silica glass ingot having a size of 200 mm in diameter and 300 mm in length was produced.

続いて、評価用シリカガラスサンプルへの加工、光触媒反応容器一式作製、加工歪除去、光触媒用反応ユニット組み立てを、各実施例の場合と同様に行った。   Subsequently, processing into a silica glass sample for evaluation, production of a set of photocatalytic reaction containers, removal of processing strain, and assembly of a reaction unit for photocatalyst were performed in the same manner as in each example.

以上で製造した実施例1〜3、比較例1〜3で製造したそれぞれのシリカガラスについて、以下のように各種物性評価を行った。
まず、シリカガラスとしての各種物性評価の方法を説明する。
About each silica glass manufactured by Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 manufactured above, various physical-property evaluation was performed as follows.
First, various physical property evaluation methods as silica glass will be described.

(OH基濃度)
両面平行光学研磨された30×30×t10mmシリカガラスサンプルの赤外線吸収分光光度法により濃度分析を行った。濃度換算は下記文献に従った。定量下限値は1wt.ppmであった。
D.M.Dodd and D.B.Fraser, Optical determination of OH in fused silica, Journal of Applied Physics, Vol. 37 (1966)P.3911。
(OH group concentration)
Concentration analysis was performed by infrared absorption spectrophotometry of a 30 × 30 × t10 mm silica glass sample subjected to double-sided parallel optical polishing. Concentration conversion was according to the following document. The lower limit of quantification is 1 wt. ppm.
D. M.M. Dodd and D.D. B. Fraser, Optical determination of OH in fused silica, Journal of Applied Physics, Vol. 37 (1966) P.I. 3911.

(塩素濃度分析)
シリカガラス粉砕片をHF水溶液により溶解後、AgNO添加による比濁法により濃度分析を行った。なお、定量下限値は5wt.ppmであった。
(フッ素濃度分析)
シリカガラス粉砕片をNaOH水溶液により溶解後、イオン電極法により濃度分析を行った。なお、定量下限値は10wt.ppmであった。
(Chlorine concentration analysis)
After the silica glass pulverized pieces were dissolved in an HF aqueous solution, concentration analysis was performed by a turbidimetric method using AgNO 3 addition. The lower limit of quantification is 5 wt. ppm.
(Fluorine concentration analysis)
After the silica glass pulverized pieces were dissolved in an aqueous NaOH solution, concentration analysis was performed by an ion electrode method. The lower limit of quantification is 10 wt. ppm.

(不純物金属元素濃度、表層部汚染量分析)
不純物分析用シリカガラスサンプル30×30×30mmをフッ素樹脂製容器に入れ、HF水溶液により表層30μmのエッチング溶解処理を行った。次にその溶液を乾燥し、硝酸の酸性溶液とした後、ICP発光分析法(ICP−AES)又はICP質量分析法(ICP−MS)によりLi、Na、K、Mg、Ca、Cr、Fe、Ni、Cu、Znの10元素分析を行った。したがって、得られた分析値は表面から30μmの深さまでの部分(表層30μm部分)の平均濃度となっている。
(Impurity metal element concentration, surface layer contamination analysis)
A silica glass sample 30 × 30 × 30 mm for impurity analysis was placed in a fluororesin container, and an etching dissolution treatment of a surface layer of 30 μm was performed with an HF aqueous solution. Next, the solution was dried to make an acidic solution of nitric acid, and then Li, Na, K, Mg, Ca, Cr, Fe, ICP emission spectrometry (ICP-AES) or ICP mass spectrometry (ICP-MS). Ten elemental analysis of Ni, Cu, and Zn was performed. Therefore, the obtained analysis value is an average concentration of a portion (surface layer 30 μm portion) from the surface to a depth of 30 μm.

(不純物金属元素濃度、内部バルク純度分析)
不純物分析用シリカガラスサンプル30×30×30mmの略中心部分から1g相当のガラス片を切り出し、HF水溶液によるエッチング及び純水洗浄を行った後、残りのガラス片をHF水溶液にて全量溶解処理を行った。次にその溶液を乾燥し、硝酸の酸性溶液とし、分析溶液として調整した。その後、この溶液を、ICP−AES法及びICP−MS法により上記10元素分析を行った。
(Impurity metal element concentration, internal bulk purity analysis)
A glass piece equivalent to 1 g is cut out from a substantially central part of a silica glass sample for impurity analysis 30 × 30 × 30 mm, etched with HF aqueous solution and washed with pure water, and then the remaining glass piece is completely dissolved in HF aqueous solution. went. Next, the solution was dried to prepare an acidic solution of nitric acid, which was prepared as an analysis solution. Then, the 10 elemental analysis was performed on this solution by ICP-AES method and ICP-MS method.

(波長245nm透過率測定)
両面平行光学研磨された30×30×t10mmシリカガラスサンプルの紫外線吸収分光光度法により波長245nmでの見かけの直線光透過率(%)を測定した。同一サンプルの繰り返し測定精度は±0.1%以内であった。
(波長163nm透過率)
両面平行光学研磨された30×30×t1mmシリカガラスサンプルの真空紫外線吸収分光光度法により波長163nmでの見かけの直線光透過率(%)を測定した。同一サンプルの繰り返し測定精度は±0.1%以内であった。
(Wavelength 245 nm transmittance measurement)
Apparent linear light transmittance (%) at a wavelength of 245 nm was measured by ultraviolet absorption spectrophotometry of a 30 × 30 × t10 mm silica glass sample subjected to double-side parallel optical polishing. The repeat measurement accuracy of the same sample was within ± 0.1%.
(Wavelength 163 nm transmittance)
Apparent linear light transmittance (%) at a wavelength of 163 nm was measured by vacuum ultraviolet absorption spectrophotometry of a 30 × 30 × t1 mm silica glass sample subjected to double-sided parallel optical polishing. The repeat measurement accuracy of the same sample was within ± 0.1%.

(耐酸性評価試験)
両面鏡面研磨された50×50×t1mmのシリカガラスサンプルを10枚作製し、フッ素樹脂製容器に96%硫酸HSO水溶液を充分量満たし、その中にサンプル10枚を設定した。大気中、30℃、100時間、硫酸溶液を撹拌しながらサンプルの溶解を行った。次いで、サンプルを取り出し精密重量計によりサンプル重量減を求め、面積当りの溶解量(g/m)を求めた。
(Acid resistance test)
Ten silica glass samples of 50 × 50 × t1 mm that were mirror-polished on both sides were prepared, a sufficient amount of 96% sulfuric acid H 2 SO 4 aqueous solution was filled in a fluororesin container, and 10 samples were set therein. The sample was dissolved in the air at 30 ° C. for 100 hours while stirring the sulfuric acid solution. Next, the sample was taken out and the weight loss of the sample was determined with a precision weighing scale, and the amount of dissolution per area (g / m 2 ) was determined.

(耐アルカリ性評価試験)
両面鏡面研磨された50×50×t1mmのシリカガラスサンプル10枚を作製し、フッ素樹脂製容器に10%水酸化ナトリウムNaOH水溶液を充分量満たし、その中にサンプル10枚を設定した。大気中、30℃、100時間、水酸化ナトリウム溶液を撹拌しながらサンプル溶解を行った。その後サンプルを取り出し、重量減少を求め、面積当りの溶解量(g/m)を求めた。
(耐塩性評価試験)
両面鏡面研磨された50×50×t1mmのシリカガラスサンプル10枚を作製し、フッ素樹脂製容器に10%塩化ナトリウムNaCl水溶液を充分量満たし、その中にサンプル10枚を設定した。大気中、50℃、100時間、塩化ナトリウム溶液を撹拌しながらサンプル溶解を行った。その後サンプルを取り出し、重量減少を求め、面積当りの溶解量(g/m)を求めた。
(Alkali resistance evaluation test)
Ten double-side mirror-polished 50 × 50 × t1 mm silica glass samples were prepared, a sufficient amount of 10% sodium hydroxide NaOH aqueous solution was filled in a fluororesin container, and 10 samples were set therein. The sample was dissolved in the atmosphere at 30 ° C. for 100 hours while stirring the sodium hydroxide solution. Thereafter, a sample was taken out, weight reduction was determined, and the dissolution amount per area (g / m 2 ) was determined.
(Salt tolerance evaluation test)
Ten 50 × 50 × t1 mm silica glass samples that were mirror-polished on both sides were prepared. A fluororesin container was filled with a sufficient amount of 10% sodium chloride NaCl solution, and 10 samples were set therein. The sample was dissolved in the air at 50 ° C. for 100 hours while stirring the sodium chloride solution. Thereafter, a sample was taken out, weight reduction was determined, and the dissolution amount per area (g / m 2 ) was determined.

また、各実施例及び比較例で組み立てた光触媒反応容器を用いて、実際に紫外線ランプを照射し、光触媒反応効率の測定を行った。
ただし、光触媒体は、各実施例、各比較例の比較のため、各実施例、各比較例ともに、以下のような方法により作製したものを統一して用いた。
In addition, the photocatalytic reaction vessel assembled in each example and comparative example was used to actually irradiate an ultraviolet lamp, and the photocatalytic reaction efficiency was measured.
However, the photocatalyst body used in a unified manner for each example and each comparative example was prepared by the following method for comparison between each example and each comparative example.

(繊維状高純度シリカ担体の作製)
高純度四塩化ケイ素を原料とした酸水素火炎加水分解法のスート法によりOH基を250wt.ppm含有する高純度透明合成シリカガラスを作製した。この合成シリカガラスを切断加工することにより、約3mm×10mm角、長さ1mの棒状合成シリカガラスを20本作製した。次にこれら20本のシリカガラス棒を繊維製造装置に原料棒としてセットし、第1のガスバーナにて火炎加熱により軟化延伸して直径200〜300μm程度の太い繊維とし、引き続き第2のガスバーナにて火炎加熱により軟化延伸して細い繊維とすると同時にジェットブローにより直径4〜10μm程度のウールの作製を行った。ウールの直径は原料棒としての合成シリカガラスの送り速度、繊維の引っ張り速度、火炎量と温度コントロールにより制御することができた。ウールを巻き取り器に収容した後、長さ500〜1000mm程度になる様に切断し、混合して綿状で塊状の繊維状高純度シリカ担体を作製した。ファイバーカール半径は50〜100mmであった。
(Preparation of fibrous high-purity silica support)
The OH group is 250 wt.% By the soot method of oxyhydrogen flame hydrolysis using high purity silicon tetrachloride as a raw material. A high-purity transparent synthetic silica glass containing ppm was prepared. By cutting this synthetic silica glass, 20 rod-shaped synthetic silica glasses having a size of about 3 mm × 10 mm square and a length of 1 m were produced. Next, these 20 silica glass rods are set as raw material rods in a fiber manufacturing apparatus, softened and stretched by flame heating with a first gas burner to form thick fibers having a diameter of about 200 to 300 μm, and subsequently with a second gas burner. Wool having a diameter of about 4 to 10 μm was produced by jet blow while softening and stretching to form thin fibers by flame heating. The diameter of the wool could be controlled by controlling the feed speed of the synthetic silica glass as the raw material rod, the fiber pulling speed, the flame amount and the temperature control. After the wool was housed in a winder, it was cut so as to have a length of about 500 to 1000 mm, and mixed to prepare a cottony and massive fibrous high-purity silica carrier. The fiber curl radius was 50-100 mm.

(ディップコーティング法による光触媒体被膜形成処理(ディップコーティング法))
光触媒の酸化チタン源となるチタンアルコキシドと溶媒となるエチルアルコール、安定化剤となるポリエチレングリコール等の試薬を混合してディップコーティング液として調整した。次いで、耐圧性のグローブボックス内に、先に作られた繊維状高純度シリカ担体と容器入りのディップコーティング液を別々に入れ、次いでグローブボックス内を10Pa以下の減圧にしつつ繊維状シリカ担体を脱ガスして、次いで常圧に戻しつつこの担体をディップコーティング液に入れてチタン化合物液に浸漬させた。このディップコーティング操作を5回繰り返した後、グローブボックスより取り出し、電気炉内に設置し、450℃1時間で焼成を行い透明の被膜を得た。その後この透明被膜をX線回析分析法等により調べたところ、アナターゼ型の酸化チタン(TiO)であることが確認され、また走査型電子顕微鏡(SEM)等により観察したところ被膜表面は粒径5〜10nm程度の酸化チタンの超微粒子から成り、2〜3nm程度の細孔を有しており、比表面積は約100m/gであった。
このようにして繊維状シリカガラス担体上に光触媒となる材料(酸化チタン)が被膜されている繊維状光触媒体を作製した。
(Photocatalyst film formation treatment by dip coating method (dip coating method))
Reagents such as titanium alkoxide as a photocatalyst source of titanium oxide, ethyl alcohol as a solvent, and polyethylene glycol as a stabilizer were mixed to prepare a dip coating solution. Next, the fibrous high-purity silica carrier previously prepared and the dip coating liquid in the container are put separately in a pressure-resistant glove box, and then the fibrous silica carrier is used while reducing the pressure in the glove box to 10 3 Pa or less. Was degassed, and then the carrier was put into a dip coating solution while being returned to normal pressure and immersed in a titanium compound solution. After repeating this dip coating operation 5 times, it was taken out from the glove box, placed in an electric furnace, and baked at 450 ° C. for 1 hour to obtain a transparent film. Thereafter, when this transparent film was examined by X-ray diffraction analysis or the like, it was confirmed that it was anatase-type titanium oxide (TiO 2 ), and it was observed by a scanning electron microscope (SEM) or the like. It consists of ultrafine particles of titanium oxide having a diameter of about 5 to 10 nm, has pores of about 2 to 3 nm, and a specific surface area of about 100 m 2 / g.
In this way, a fibrous photocatalyst was produced in which a material (titanium oxide) that serves as a photocatalyst was coated on a fibrous silica glass support.

(NOx(窒素酸化物)浄化試験)
上記のように作製した評価用繊維状光触媒体を反応容器内に設置した。
光触媒体の浄化処理能力を評価するため、図7に概念図を示したような評価装置を用いて、窒素酸化物(NOx)の分解実験を行った。NOxとしては、具体的には、一酸化窒素(NO)を用いた。
光触媒反応ユニット40は、具体的には図6に示した通りの構造であり、各実施例、各比較例において組み立てたシリカガラスチャンバー42の中心に紫外線ランプ43を通し、その周りに繊維状光触媒体45を配置している。
その他、空気ガスボンベ61、NO100wt.ppm標準ガスを流せるNOxガスボンベ62、圧力調整器63、マスフローコントローラ64、各種バルブ65、NOx濃度計66、排気ファン67等を備えているシステムである。
反応容器の外寸法は直径11cm長さ32cm、光触媒体の収納シリカガラスチャンバーの外径10cm、内径3cm、長さ30cm、容積約2L、繊維状光触媒体の投入量400gである。
(NOx (nitrogen oxide) purification test)
The evaluation fibrous photocatalyst produced as described above was placed in a reaction vessel.
In order to evaluate the purification capacity of the photocatalyst, a nitrogen oxide (NOx) decomposition experiment was performed using an evaluation apparatus such as the conceptual diagram shown in FIG. Specifically, nitric oxide (NO) was used as NOx.
Specifically, the photocatalytic reaction unit 40 has a structure as shown in FIG. 6. An ultraviolet lamp 43 is passed through the center of the silica glass chamber 42 assembled in each example and each comparative example, and a fibrous photocatalyst is surrounded by the ultraviolet lamp 43. The body 45 is arranged.
In addition, air gas cylinder 61, NO100 wt. The system includes a NOx gas cylinder 62 through which ppm standard gas can flow, a pressure regulator 63, a mass flow controller 64, various valves 65, a NOx concentration meter 66, an exhaust fan 67, and the like.
The outer dimensions of the reaction vessel are 11 cm in diameter and 32 cm in length, the outer diameter of the photocatalyst housing silica glass chamber is 10 cm, the inner diameter is 3 cm, the length is 30 cm, the volume is about 2 L, and the input amount of the fibrous photocatalyst is 400 g.

実験条件は以下の通りである。
(1)吸着安定化を図るため、NOxガスフローを、NO濃度1wt.ppm、ガス流量60ml/minで30分行った。
(2)次に、反応容器内の紫外線ランプ(超高圧水銀ランプ)を点灯、ランプ表面での150nm〜450nm域紫外線平均強度を1mW/cmとした。
この状態で、NOxガスフロー、NO濃度1wt.ppm、ガス流量180ml/min、温度25℃、相対湿度50%、5時間の連続運転を行い、光触媒作用によるNOの分解実験を行った。
The experimental conditions are as follows.
(1) In order to stabilize adsorption, the NOx gas flow is changed to a NO concentration of 1 wt. The measurement was performed at a ppm flow rate of 60 ml / min for 30 minutes.
(2) Next, the ultraviolet lamp (ultra-high pressure mercury lamp) in the reaction vessel was turned on, and the average ultraviolet intensity in the 150 nm to 450 nm region on the lamp surface was 1 mW / cm 2 .
In this state, NOx gas flow, NO concentration 1 wt. A continuous decomposition operation at ppm, gas flow rate of 180 ml / min, temperature of 25 ° C., relative humidity of 50% and 5 hours was performed, and NO decomposition experiment by photocatalysis was performed.

NOx分解性能の評価は、下記の式(1)により計算された数値に基づいて行った。
NOx分解率(%)=100×{(NO初期濃度wt.ppm)−(NO浄化後濃度wt.ppm)}/(NO初期濃度wt.ppm)・・・式(1)
NO分解率が80%以上を○、80%〜50%を△、50%未満を×と評価した。
The evaluation of NOx decomposition performance was performed based on the numerical value calculated by the following formula (1).
NOx decomposition rate (%) = 100 × {(NO initial concentration wt.ppm) − (NO purification concentration wt.ppm)} / (NO initial concentration wt.ppm) Equation (1)
A NO decomposition rate of 80% or more was evaluated as ○, 80% to 50% as Δ, and less than 50% as ×.

各種物性評価及びNOx浄化試験の結果を下記の表1にまとめた。   The results of various physical property evaluations and NOx purification tests are summarized in Table 1 below.

Figure 2009154090
Figure 2009154090

実施例1〜3のシリカガラスは、比較例1〜3に比べ、酸、アルカリ、塩の各水溶液に対する耐エッチング性が高かった。
また、実施例1〜3のシリカガラスにより作製された光触媒反応容器を用いた場合、比較例1〜3の場合に比べ、NOの分解性能が高かった。
The silica glasses of Examples 1 to 3 had higher etching resistance to acid, alkali, and salt aqueous solutions than Comparative Examples 1 to 3.
Moreover, when the photocatalyst reaction container produced with the silica glass of Examples 1-3 was used, compared with the case of Comparative Examples 1-3, the decomposition | disassembly performance of NO was high.

また、以下のように、各実施例及び各比較例で製造されたシリカガラスの光波長変換効果を評価した。
(光波長変換効果試験)
各実施例及び各比較例において作製した寸法10×10×70mmの全面鏡面研磨仕上げの角柱状サンプルに対して主として波長254nmを発生する低圧水銀ランプ光(入力電力40W)を照射し、その時発生する長波長側の変換光を分光光度計により測定することにより相対発光強度を求め、表2にしめした。相対発光強度は比較例1における500〜600nm付近の蛍光スペクトル(不純物元素による発光)のピーク強度を100として、他は相対強度として示した。
Moreover, the light wavelength conversion effect of the silica glass manufactured by each Example and each comparative example was evaluated as follows.
(Optical wavelength conversion effect test)
A low-pressure mercury lamp light (input power 40 W) that generates a wavelength of 254 nm is mainly irradiated to a prismatic sample having a size of 10 × 10 × 70 mm and having a mirror-finished surface of 10 × 10 × 70 mm produced in each example and each comparative example. The relative emission intensity was determined by measuring the converted light on the long wavelength side with a spectrophotometer, and is shown in Table 2. The relative light emission intensity was shown as the relative intensity with the peak intensity of the fluorescence spectrum (light emission by the impurity element) in the vicinity of 500 to 600 nm in Comparative Example 1 being 100.

Figure 2009154090
Figure 2009154090

実施例1〜3で製造したシリカガラスの270〜300nm付近の相対発光強度及び380〜450nm付近の相対発光強度が比較例1〜3の場合より高く、本発明のシリカガラスによる光波長変換効果が得られていることがわかる。   The relative emission intensity around 270 to 300 nm and the relative emission intensity around 380 to 450 nm of the silica glass produced in Examples 1 to 3 are higher than those in Comparative Examples 1 to 3, and the light wavelength conversion effect by the silica glass of the present invention is high. It turns out that it is obtained.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

本発明に係る光触媒用シリカガラスの製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the silica glass for photocatalysts which concerns on this invention. 本発明に係る光触媒用シリカガラスの製造方法の別の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows another example of the manufacturing method of the silica glass for photocatalysts which concerns on this invention. 本発明の光触媒用シリカガラスに適用することができる、シールド材を具備した電気加熱炉の一例を模式的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows typically an example of the electric heating furnace which comprised the shielding material which can be applied to the silica glass for photocatalysts of this invention. 本発明の光触媒用シリカガラスに適用することができる、シールド材を具備した電気加熱炉の別の一例を模式的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows typically another example of the electric heating furnace which comprised the shielding material which can be applied to the silica glass for photocatalysts of this invention. 本発明に係る光触媒用シリカガラスを使用することができる光触媒反応ユニットの一例を示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows an example of the photocatalyst reaction unit which can use the silica glass for photocatalysts which concerns on this invention. 本発明に係る光触媒用シリカガラスを使用することができる光触媒反応ユニットの別の一例を示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows another example of the photocatalyst reaction unit which can use the silica glass for photocatalysts which concerns on this invention. 光触媒体の処理能力を評価する装置の一例であり、実施例および比較例で用いたNOx浄化試験装置を示した概略図である。It is an example of the apparatus which evaluates the processing capability of a photocatalyst body, and is the schematic which showed the NOx purification test apparatus used by the Example and the comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10…電気加熱炉、 11…チャンバー、 12…ヒータ、
13…炉床材、 14…シールドチャンバー、 15…シリカガラス、
20…電気加熱炉、 21…チャンバー、 22a…上ヒータ、 22b…下ヒータ、
23…炉床材、 24…シールドチューブ、 25…シリカガラス、
30…光触媒反応ユニット、
31…紫外線ランプ、 32…紫外線反射板、
33…光触媒反応チャンバー、 34…耐圧補強フィン、 35…光触媒体、
36…排ガス導入管、 37…処理ガス排出管、
40…光触媒反応ユニット、
41…金属製チャンバー、
42…シリカガラスチャンバー、 42a…らせん状仕切り板、
43…紫外線ランプ、 45…光触媒体、
46…汚染ガス導入口、 47…浄化ガス排出口、
61…空気ガスボンベ、
62…NOxガスボンベ(NO100wt.ppm標準ガス)、
63…圧力調整器、 64…マスフローコントローラ、
65…バルブ、 66…NOx濃度計、 67…排気ファン。
10 ... Electric heating furnace, 11 ... Chamber, 12 ... Heater,
13 ... hearth material, 14 ... shield chamber, 15 ... silica glass,
20 ... Electric heating furnace, 21 ... Chamber, 22a ... Upper heater, 22b ... Lower heater,
23 ... hearth material, 24 ... shield tube, 25 ... silica glass,
30: Photocatalytic reaction unit,
31 ... UV lamp, 32 ... UV reflector,
33 ... Photocatalytic reaction chamber, 34 ... Pressure-resistant reinforcing fin, 35 ... Photocatalyst body,
36 ... exhaust gas introduction pipe, 37 ... treatment gas discharge pipe,
40: Photocatalytic reaction unit,
41 ... Metal chamber,
42 ... Silica glass chamber, 42a ... Spiral partition plate,
43 ... UV lamp, 45 ... Photocatalyst,
46 ... Pollutant gas inlet, 47 ... Purified gas outlet,
61 ... Air gas cylinder,
62 ... NOx gas cylinder (NO100wt.ppm standard gas),
63 ... Pressure regulator, 64 ... Mass flow controller,
65 ... Valve, 66 ... NOx concentration meter, 67 ... Exhaust fan.

Claims (10)

シリカガラスにおいて、少なくとも、前記シリカガラスは、OH基含有量が10wt.ppm以下であり、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲であり、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下であり、光触媒反応ユニットに使用されるものであることを特徴とする光触媒用シリカガラス。   In the silica glass, at least the silica glass has an OH group content of 10 wt. The linear transmittance at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm is in the range of 90.0% to 30.0%, and the total content of chlorine and fluorine is 100 wt. Silica glass for photocatalyst characterized by being not more than ppm and used in a photocatalytic reaction unit. 前記シリカガラスは、厚さ1mmの波長163nmでの直線透過率が40.0%〜1.0%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光触媒用シリカガラス。   The silica glass for a photocatalyst according to claim 1, wherein the silica glass has a linear transmittance in a range of 40.0% to 1.0% at a wavelength of 163 nm having a thickness of 1 mm. 前記シリカガラスの金属不純物濃度は、表面から30μmまでの部分及びそれよりも内側の部分のそれぞれにおいて、ともに、アルカリ金属元素Li、Na、Kの各濃度が50wt.ppb以下、アルカリ土類金属元素Mg、Caの各濃度が10wt.ppb以下、遷移金属元素Cr、Fe、Ni、Cu、Znの各濃度が5wt.ppb以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光触媒用シリカガラス。   The silica glass has a metal impurity concentration of 50 wt.% For each of the alkali metal elements Li, Na, and K in each of the portion from the surface to 30 μm and the inner portion thereof. ppb or less, each concentration of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 10 wt. Less than ppb, each concentration of transition metal elements Cr, Fe, Ni, Cu, Zn is 5 wt. The silica glass for a photocatalyst according to claim 1 or 2, wherein the silica glass is ppb or less. 前記シリカガラスは、シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去、及び、石英バーナーを用いた火炎研磨を施されたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の光触媒用シリカガラス。   The silica glass is subjected to processing strain removal by annealing treatment using a shielding material for preventing contamination of silica glass and flame polishing using a quartz burner. The silica glass for photocatalysts as described in any one of Claims 1 thru | or 3. 前記光触媒用シリカガラスは、前記光触媒反応ユニットを構成する部材のうち、光触媒材料を担持する担体、光触媒材料が担体に担持されたものである光触媒体の収納容器、光源用紫外線ランプチューブ、光源用紫外線ランプ窓、紫外線反射板の少なくともいずれか1つに使用されるものであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の光触媒用シリカガラス。   The silica glass for photocatalyst is a carrier supporting a photocatalyst material among the members constituting the photocatalytic reaction unit, a photocatalyst housing container in which the photocatalyst material is supported on the carrier, an ultraviolet lamp tube for a light source, and a light source The silica glass for a photocatalyst according to any one of claims 1 to 4, which is used for at least one of an ultraviolet lamp window and an ultraviolet reflector. 光触媒反応ユニットに使用される、光触媒用シリカガラスを製造する方法であって、少なくとも、
シリカ粉を原料とし、該シリカ粉原料を500℃〜1000℃の温度範囲にて加熱脱水処理する工程と、
該加熱脱水処理されたシリカ粉を、少なくとも水素を含む雰囲気下にて電気加熱溶融することにより、透明シリカガラスインゴットを作製する工程と、
該透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する工程と、
該形状加工したシリカガラスに対し、該シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去を行う工程と、
該加工歪除去を行ったシリカガラスを前記光触媒反応ユニットに使用される形状に組み立てる工程と
を含むことを特徴とする光触媒用シリカガラスの製造方法。
A method for producing a silica glass for photocatalyst used in a photocatalytic reaction unit, comprising at least:
Using silica powder as a raw material, and heat dehydrating the silica powder raw material in a temperature range of 500 ° C. to 1000 ° C .;
A step of producing a transparent silica glass ingot by electrically heating and melting the heat-dehydrated silica powder in an atmosphere containing at least hydrogen; and
Processing the transparent silica glass ingot into a predetermined shape;
For the processed silica glass, removing the processing strain by annealing using a shielding material to prevent impurities from being mixed into the silica glass;
And a step of assembling the silica glass from which the processing strain has been removed into a shape used for the photocatalytic reaction unit.
光触媒反応ユニットに使用される、光触媒用シリカガラスを製造する方法であって、少なくとも、
ケイ素化合物を原料とする火炎加水分解法により白色スート体を合成する工程と、
該白色スート体を、少なくとも水素を含み、かつ、塩素、フッ素の少なくともいずれかを含む雰囲気下にて加熱脱水処理する工程と、
該加熱脱水処理された白色スート体を、10Pa以下の真空下にて電気加熱溶融することにより透明シリカガラスインゴットとする工程と、
該透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する工程と、
該形状加工したシリカガラスに対し、該シリカガラスへの不純物の混入を防ぐためのシールド材を用いたアニール処理による加工歪除去を行う工程と、
該加工歪除去を行ったシリカガラスを前記光触媒反応ユニットに使用される形状に組み立てる工程と
を含むことを特徴とする光触媒用シリカガラスの製造方法。
A method for producing a silica glass for photocatalyst used in a photocatalytic reaction unit, comprising at least:
A step of synthesizing a white soot body by a flame hydrolysis method using a silicon compound as a raw material;
A step of subjecting the white soot body to heat dehydration treatment in an atmosphere containing at least hydrogen and containing at least one of chlorine and fluorine;
A step of obtaining a transparent silica glass ingot by electrically heating and melting the heat-dehydrated white soot body under a vacuum of 10 2 Pa or less;
Processing the transparent silica glass ingot into a predetermined shape;
For the processed silica glass, removing the processing strain by annealing using a shielding material to prevent impurities from being mixed into the silica glass;
And a step of assembling the silica glass from which the processing strain has been removed into a shape used for the photocatalytic reaction unit.
前記製造するシリカガラスを、OH基含有量が10wt.ppm以下、厚さ10mmの波長245nmでの直線透過率が90.0%〜30.0%の範囲、塩素及びフッ素の合計含有量が100wt.ppm以下になるようにすることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の光触媒用シリカガラスの製造方法。   The silica glass to be produced has an OH group content of 10 wt. ppm or less, a linear transmittance of 90.0% to 30.0% at a wavelength of 245 nm with a thickness of 10 mm, and a total content of chlorine and fluorine of 100 wt. The method for producing a silica glass for a photocatalyst according to claim 6 or 7, wherein the concentration is not more than ppm. 前記形状を加工したシリカガラスに対するアニール処理を、電気抵抗加熱処理炉において、前記シールド材として、Al及び/またはZrを10〜1000wt.ppm含有したシリカガラス板、Si単結晶板、Si多結晶板の少なくともいずれか1種を用いて行うことを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか一項に記載の光触媒用シリカガラスの製造方法。   In the electric resistance heat treatment furnace, the silica glass having the processed shape is annealed with Al and / or Zr of 10 to 1000 wt. The silica glass for a photocatalyst according to any one of claims 6 to 8, wherein the silica glass plate contains at least one of ppm-containing silica glass plate, Si single crystal plate, and Si polycrystal plate. Manufacturing method. 請求項6ないし請求項9のいずれか一項に記載の光触媒用シリカガラスの製造方法において、少なくとも前記透明シリカガラスインゴットを所定の形状に加工する工程よりも後に、さらに、石英バーナーを用いた火炎研磨を行う工程を有することを特徴とする光触媒用シリカガラスの製造方法。   The method for producing a silica glass for a photocatalyst according to any one of claims 6 to 9, further comprising a flame using a quartz burner at least after the step of processing the transparent silica glass ingot into a predetermined shape. The manufacturing method of the silica glass for photocatalysts which has the process of grind | polishing.
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