JP2013202215A - Air cleaner - Google Patents

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Hiroyuki Yamaoka
裕幸 山岡
Yoshikatsu Harada
義勝 原田
Shinichiro Otani
慎一郎 大谷
Teruaki Fujii
輝昭 藤井
Sadayoshi Suhara
貞義 須原
Koichiro Toyama
宏一郎 陶山
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air cleaner using a photocatalyst filter having a large area of a photocatalyst to be irradiated with light and a high air cleaning performance, capable of removing catalyst poisoning components by washing and maintaining the air cleaning performance for a long period of time even when washing is repeated.SOLUTION: An air cleaner includes a photocatalyst filter composed of planar nonwoven fabric of photocatalyst fibers having titanium oxide on a surface and an ultraviolet ray irradiation means capable of radiating ultraviolet rays, the surface of the planar nonwoven fabric and the longitudinal direction of the ultraviolet ray irradiation means are roughly in parallel, and the flow of air is roughly vertical to the planar nonwoven fabric. In the air cleaner, the photocatalyst fiber is a silica-based composite oxide fiber composed of a composite oxide phase of an oxide phase (first phase) mainly composed of a silica component and a metal oxide phase (second phase) containing titanium, and is the fiber in which the presence ratio of the titanium of the metal oxide configuring the second phase is increased gradually toward the surface layer of the fiber.

Description

本発明は、空気中に含まれるVOC(揮発性有機化合物)を除去するための空気清浄装置に関する。   The present invention relates to an air cleaning device for removing VOC (volatile organic compounds) contained in air.

空気中のVOCを除去するために、酸化チタンなどの光触媒を用いた空気清浄装置が利用されている。これは、酸化チタンなどの光触媒に光を照射することにより光触媒を励起させ、酸化力の強いOHラジカルを生成することにより、VOCを酸化分解させることにより除去するものである。   In order to remove VOC in the air, an air cleaning device using a photocatalyst such as titanium oxide is used. In this method, the photocatalyst such as titanium oxide is irradiated with light to excite the photocatalyst to generate OH radicals having strong oxidizing power, thereby removing VOC by oxidative decomposition.

酸化チタンなどの光触媒は一般的に粉末状であるため、空気清浄装置で用いるためにはフィルター形状物に固定化することが必要である。例えば特許文献1には、多孔質セラミックスに酸化チタンをコーティングした光触媒フィルターが示されている。   Since photocatalysts such as titanium oxide are generally in the form of powder, it is necessary to immobilize them in a filter shape in order to use them in an air cleaning device. For example, Patent Document 1 discloses a photocatalytic filter obtained by coating porous ceramics with titanium oxide.

また、空気清浄装置の性能を長期間維持するためには、光触媒表面に付着する触媒被毒成分を除去することが必要であり、例えば特許文献2には、特許文献1に示された光触媒フィルターを利用し、水洗等で触媒被毒成分を除去できる空気清浄装置が示されている。   Further, in order to maintain the performance of the air cleaning device for a long period of time, it is necessary to remove the catalyst poisoning component adhering to the surface of the photocatalyst. For example, Patent Document 2 discloses a photocatalytic filter disclosed in Patent Document 1. An air cleaning device that can remove catalyst poisoning components by washing with water is shown.

特開2003−053194号JP 2003-053194 A 特開2005−205094号JP 2005-205094 A

先述のように、光触媒を用いた空気浄化の原理は、光触媒に光を照射し、励起させることにより生成するOHラジカルがVOCを酸化分解するものである。しかしながら、OHラジカルの寿命は10−6秒と極めて短いことから、OHラジカルは光が照射されている光触媒上にしか存在することはない。したがって、空気清浄性能を発揮するためには、光が照射される光触媒の面積を増大させることが必要である。 As described above, the principle of air purification using a photocatalyst is that OH radicals generated by irradiating and exciting the photocatalyst oxidize and decompose VOC. However, since the lifetime of the OH radical is as extremely short as 10 −6 seconds, the OH radical exists only on the photocatalyst irradiated with light. Therefore, in order to exhibit the air cleaning performance, it is necessary to increase the area of the photocatalyst irradiated with light.

また、光触媒が空気清浄性能を長時間維持するためには、水洗などによって触媒被毒成分を除去することで、光触媒がその初期の性能を回復できることが必要である。   Further, in order for the photocatalyst to maintain the air cleaning performance for a long time, it is necessary that the photocatalyst can recover its initial performance by removing the catalyst poisoning component by washing or the like.

しかしながら、特許文献1記載の光触媒フィルターは、多孔性のセラミックス基材に光触媒をコーティングしたものであり、実際には孔内部に光は照射されないため、実質的な光照射面積は小さく、十分な空気清浄性能を発揮することはできない。   However, the photocatalytic filter described in Patent Document 1 is a porous ceramic base material coated with a photocatalyst, and since light is not actually irradiated into the pores, the substantial light irradiation area is small and sufficient air is sufficient. The cleaning performance cannot be demonstrated.

また、光触媒がセラミックス基材にコーティングされたものであるために、触媒被毒成分除去のための水洗が繰り返されると、セラミックス基材より光触媒が剥離するなどして、光触媒フィルターは徐々に光触媒性能を低下させることになる。   In addition, because the photocatalyst is coated on the ceramic substrate, the photocatalyst filter gradually becomes more photocatalytic performance because the photocatalyst peels off from the ceramic substrate when washing with water to remove the catalyst poisoning component is repeated. Will be reduced.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、水洗によって触媒被毒成分の除去が可能で、水洗が繰り返されても空気清浄性能を長期間維持することができ、且つ、光が照射される光触媒の面積が大きく、空気清浄性能の高い光触媒フィルターを用いた空気清浄装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to remove catalyst poisoning components by washing with water, maintaining air cleaning performance for a long period of time even if washing with water is repeated, and An object of the present invention is to provide an air cleaning device using a photocatalytic filter having a large area of photocatalyst irradiated with light and high air cleaning performance.

以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定の光触媒繊維の平板状不織布からなる光触媒フィルターと、380nm以下の波長の紫外線を照射可能な紫外線照射手段とから構成される空気清浄装置が、高いVOC除去性能を有し、前記光触媒フィルターを水洗して繰り返し使用することで、その高いVOC除去性能を長期間維持できることを見出した。   In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research, and as a result, a photocatalytic filter comprising a flat nonwoven fabric of a specific photocatalytic fiber, and an ultraviolet irradiation means capable of irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 380 nm or less. It has been found that the air purifier comprising the above has a high VOC removal performance, and that the high VOC removal performance can be maintained for a long period of time by repeatedly washing the photocatalytic filter with water.

すなわち本発明は、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の平板状不織布からなる光触媒フィルターと、380nm以下の波長の紫外線を照射可能な長手方向に延びる形状を有する紫外線照射手段とを備え、前記平板状不織布の面と紫外線照射手段の長手方向とは略平行であり、空気の流れが前記平板状不織布と略垂直であることを特徴とする空気清浄装置であって、前記光触媒繊維が、シリカ成分を主体とする酸化物相(第1相)とチタンを含む金属酸化物相(第2相)との複合酸化物相からなるシリカ基複合酸化物繊維であって、第2相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大した繊維であることを特徴とする空気清浄装置に関する。   That is, the present invention comprises a photocatalytic filter comprising a flat nonwoven fabric of photocatalytic fibers having titanium oxide on the surface, and an ultraviolet irradiation means having a shape extending in the longitudinal direction capable of irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 380 nm or less, and the flat plate shape. The surface of the nonwoven fabric and the longitudinal direction of the ultraviolet irradiation means are substantially parallel, and the air flow is substantially perpendicular to the flat nonwoven fabric, wherein the photocatalytic fiber contains a silica component. A silica-based composite oxide fiber comprising a composite oxide phase of a main oxide phase (first phase) and a titanium-containing metal oxide phase (second phase), the metal oxide constituting the second phase The present invention relates to an air purifying apparatus characterized in that the presence ratio of titanium in the product is a fiber in which the proportion of the titanium increases gradually toward the fiber surface layer.

前記光触媒繊維が、繊維表面から繊維内部に向かう、平均細孔径が2〜30nmのメソポアが形成されている繊維であることが好ましい。   The photocatalytic fiber is preferably a fiber in which mesopores having an average pore diameter of 2 to 30 nm are formed from the fiber surface toward the inside of the fiber.

また前記メソポア内に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1以上の金属が担持されていることがさらに好ましい。   In the mesopores, platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe), nickel (Ni) It is more preferable that at least one metal is supported among zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), indium (In), and tin (Sn).

また本発明は、前記光触媒フィルターが脱着可能であることを特徴とする前記空気清浄装置に関する。   The present invention also relates to the air cleaning device, wherein the photocatalytic filter is detachable.

以上のように、本発明によれば、光が照射される光触媒の面積が大きく、空気清浄性能が高く、水洗によって触媒被毒成分の除去が可能な光触媒フィルターを備えた、高いVOC除去性能を長期に亘って維持することが可能な空気清浄装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the photocatalyst filter having a large area of the photocatalyst irradiated with light, high air cleaning performance and capable of removing catalyst poisoning components by washing with water has high VOC removal performance. It is possible to provide an air cleaning device that can be maintained for a long time.

本発明の空気清浄装置の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the air purifying apparatus of this invention. 本発明の光触媒フィルターの拡大図である。It is an enlarged view of the photocatalyst filter of this invention. 光触媒フィルターの脱着方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the desorption method of a photocatalyst filter.

本発明に係る空気清浄装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。   Although an embodiment of an air cleaning device concerning the present invention is described in detail using a drawing, the present invention is not limited to this embodiment.

本発明に係る空気清浄装置は、図1に示すように、底面に形成された流入口5から上面に形成された流出口6を備えたケーシング1と、ケーシング1内に収容され、空気の流れ方向に対してその面が垂直に交わるように互いに平行に設置された3個の光触媒フィルター2と、これら光触媒フィルター2の間に、平板状不織布10の面と紫外線ランプ3の長手方向とが平行になるように配置された紫外線ランプ3とを備えている。   As shown in FIG. 1, the air purifying apparatus according to the present invention includes a casing 1 having an inflow port 5 formed on the top surface from an inflow port 5 formed on the bottom surface, and a casing 1 that is accommodated in the casing 1, and the air flow. Three photocatalytic filters 2 installed parallel to each other so that the surfaces intersect perpendicularly with respect to the direction, and between these photocatalytic filters 2, the surface of the flat nonwoven fabric 10 and the longitudinal direction of the ultraviolet lamp 3 are parallel. And an ultraviolet lamp 3 arranged so as to be.

紫外線ランプ3から照射される紫外線は、380nm以下にピーク波長を有しており、紫外線ランプによってそのピーク波長は異なる。例えば、ブラックライトの場合はピーク波長が概ね350〜370nmであり、低圧水銀ランプの場合は概ね250〜260nmである。紫外線ランプ3は、各光触媒フィルター2の間に2本ずつ、計4本配置されており、各光触媒フィルターが備える平板状不織布10の両面に紫外線が照射可能となっている。紫外線ランプ3は、それぞれ平行に、且つ、その軸方向が光触媒フィルター2に平行となるように配置されている。光触媒フィルター2及び紫外線ランプ3の数は、求められるVOC除去性能等に応じて決定される。   The ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet lamp 3 have a peak wavelength of 380 nm or less, and the peak wavelength differs depending on the ultraviolet lamp. For example, in the case of black light, the peak wavelength is approximately 350 to 370 nm, and in the case of a low-pressure mercury lamp, it is approximately 250 to 260 nm. Two ultraviolet lamps 3 are arranged between each photocatalytic filter 2 in total, and four ultraviolet lamps 3 can be irradiated on both surfaces of the flat nonwoven fabric 10 provided in each photocatalytic filter. The ultraviolet lamps 3 are arranged in parallel so that their axial directions are parallel to the photocatalytic filter 2. The numbers of the photocatalytic filters 2 and the ultraviolet lamps 3 are determined according to the required VOC removal performance and the like.

光触媒フィルター2への空気中の埃等の無機粒子状物の付着を防止するために、流入口5と光触媒フィルター2との間に、光触媒フィルターと平行に除塵フィルター4を必要に応じて設置しても良い。除塵フィルターに特に制限は無いが、エレクトリック不織布をプリーツ加工したフィルター、HEPAフィルター等が利用できる。   In order to prevent adhesion of inorganic particulate matter such as dust in the air to the photocatalytic filter 2, a dust removal filter 4 is installed between the inlet 5 and the photocatalytic filter 2 in parallel with the photocatalytic filter as necessary. May be. Although there is no restriction | limiting in particular in a dust removal filter, The filter which carried out the pleating process of the electric nonwoven fabric, a HEPA filter, etc. can be utilized.

各光触媒フィルター2は、図2に示すように平板状不織布10と一対の金網11とからなり、平板状不織布10が一対のステンレス製の金網11に挟持されている。このように、金網11をサポート材として用いてフィルター状にすることにより、触媒被毒成分が付着し、光触媒性能が劣化した光触媒フィルター2を容易に取り外し、水洗後に再度取り付けることが可能である。光触媒フィルター2の脱着は例えば図3に示すように、ケーシング1の側面から引き抜く、あるいは挿入する構造にすることが好ましい。以上のように、前記光触媒フィルターが前記空気清浄装置より脱着可能になることで、前記光触媒フィルターを容易に十分水洗できるようになり、前記光触媒フィルターに付着した触媒被毒物質の徹底的な除去が可能になる。前記光触媒フィルターは、水洗が繰り返されても光触媒物質が剥離するようなことがなく、フィルターごとの水洗によりその光触媒性能がほぼ回復するので、前記空気清浄装置は、高いVOC除去性能を容易に長期間維持できる。   As shown in FIG. 2, each photocatalytic filter 2 includes a flat nonwoven fabric 10 and a pair of wire meshes 11, and the flat nonwoven fabric 10 is sandwiched between a pair of stainless steel wire meshes 11. In this way, by using the wire mesh 11 as a support material to form a filter, it is possible to easily remove the photocatalytic filter 2 to which the catalyst poisoning component has adhered and the photocatalytic performance has deteriorated, and attach it again after washing with water. For example, as shown in FIG. 3, the photocatalytic filter 2 is preferably detached from the side surface of the casing 1 or inserted. As described above, since the photocatalyst filter can be detached from the air cleaning device, the photocatalyst filter can be easily washed with water, and the catalyst poisoning substances attached to the photocatalyst filter can be thoroughly removed. It becomes possible. The photocatalytic filter does not peel off the photocatalytic substance even after repeated washing with water, and the photocatalytic performance of the filter is almost restored by washing with water for each filter. Therefore, the air purifier easily provides high VOC removal performance. You can maintain the period.

本実施形態においては、平板状不織布10を3個としたが、求められるVOC除去性能等に応じて、任意にその数を決定することができる。また、本実施形態において、各光触媒フィルター2は、その面が空気の流れ方向に垂直に交わるように設置したが、流通する空気が効率良く平板状不織布10を通過すれば良く、例えば、流通方向に対して10°前後、好ましくは5°前後、傾いて設置されても良い。   In the present embodiment, the number of flat nonwoven fabrics 10 is three, but the number can be arbitrarily determined according to the required VOC removal performance or the like. Further, in the present embodiment, each photocatalytic filter 2 is installed such that its surface intersects perpendicularly to the air flow direction, but it is sufficient that the circulating air passes through the flat nonwoven fabric 10 efficiently. It may be installed at an angle of around 10 °, preferably around 5 °.

平板状不織布10は、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維からなっており、より詳しくは、シリカ成分を主体とする酸化物相(第1相)とチタンを含む金属酸化物相(第2相)との複合酸化物相からなるシリカ基複合酸化物繊維であって、第2相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大した繊維からなっている。   The flat nonwoven fabric 10 is made of a photocatalytic fiber having titanium oxide on its surface, and more specifically, an oxide phase mainly composed of a silica component (first phase) and a metal oxide phase containing titanium (second phase). The composite oxide phase of the silica-based composite oxide fiber is a fiber in which the proportion of titanium of the metal oxide constituting the second phase is increased gradually toward the surface layer of the fiber.

第1相は、シリカ成分を主体とする酸化物相であり、非晶質であっても結晶質であってもよく、またシリカと固溶体あるいは共融点化合物を形成し得る金属元素あるいは金属酸化物を含有してもよい。シリカと固溶体を形成し得る金属元素(A)としては、例えば、チタン等が挙げられる。シリカと固溶体を形成し得る金属酸化物の金属元素(B)としては、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、及び鉄等が挙げられる。   The first phase is an oxide phase mainly composed of a silica component, and may be amorphous or crystalline, and may be a metal element or metal oxide capable of forming a solid solution or a eutectic compound with silica. It may contain. Examples of the metal element (A) that can form a solid solution with silica include titanium. Examples of the metal element (B) of the metal oxide that can form a solid solution with silica include aluminum, zirconium, yttrium, lithium, sodium, barium, calcium, boron, zinc, nickel, manganese, magnesium, and iron. It is done.

第1相は、前記シリカ基複合酸化物繊維の内部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割を演じている。前記シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第1相の存在割合は40〜98重量%であることが好ましく、目的とする第2相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性をも発現させるためには、第1相の存在割合を50〜95重量%の範囲内に制御することがさらに好ましい。   The first phase forms the internal phase of the silica-based composite oxide fiber and plays an important role in bearing the mechanical properties. The proportion of the first phase relative to the entire silica-based composite oxide fiber is preferably 40 to 98% by weight, fully expressing the desired second phase function, and also exhibiting high mechanical properties. In order to achieve this, it is more preferable to control the proportion of the first phase within the range of 50 to 95% by weight.

一方、第2相は、チタンを含む金属酸化物相であり、光触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものである。金属酸化物を構成する金属としては、チタンが挙げられる。この金属酸化物は、単体でもよいし、その共融点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成したもの等でもよいが、チタニアであることが好ましい。第2相は、前記シリカ基複合酸化物繊維の表層相を形成しており、前記シリカ基複合酸化物繊維の第2相の存在割合は、金属酸化物の種類により異なるが、2〜60重量%が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させるには5〜50重量%の範囲内に制御することがさらに好ましい。第2相のTiを含む金属酸化物の結晶粒径は15nm以下が好ましく、特に10nm以下が好ましい。   On the other hand, the second phase is a metal oxide phase containing titanium and plays an important role in developing the photocatalytic function. An example of the metal constituting the metal oxide is titanium. The metal oxide may be a simple substance, or may be a co-melting compound or a substance in which a substitutional solid solution is formed with a specific element, but is preferably titania. The second phase forms the surface layer phase of the silica-based composite oxide fiber, and the proportion of the second phase of the silica-based composite oxide fiber varies depending on the type of metal oxide, but is 2 to 60 weights. % Is preferable, and it is more preferable to control the content within the range of 5 to 50% by weight in order to sufficiently exhibit its function and to simultaneously exhibit high strength. The crystal grain size of the metal oxide containing Ti of the second phase is preferably 15 nm or less, particularly preferably 10 nm or less.

前記第2相に含まれる金属酸化物のチタンの存在割合は、前記シリカ基複合酸化物繊維の表面に向かって傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは表層から5〜500nmの範囲に制御することが好ましいが、繊維直径の約1/3に及んでもよい。尚、第1相及び第2相の「存在割合」とは、第1相を構成する金属酸化物と第2相を構成する金属酸化物全体、即ち前記シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第1相の金属酸化物及び第2相の金属酸化物の重量%を示している。   The proportion of titanium in the metal oxide contained in the second phase increases in a gradient toward the surface of the silica-based composite oxide fiber, and the thickness of the region where the gradient of the composition is clearly recognized Is preferably controlled within the range of 5 to 500 nm from the surface layer, but may be about 1/3 of the fiber diameter. Note that the “existence ratio” of the first phase and the second phase is the first of the metal oxide constituting the first phase and the whole metal oxide constituting the second phase, that is, the whole silica-based composite oxide fiber. The weight percentages of the phase metal oxide and the second phase metal oxide are shown.

また、本発明においてより好ましい前記シリカ基複合酸化物繊維は、繊維表面から繊維内部に向かう、平均細孔径が2〜30nmのメソポアが形成された繊維である。このようなシリカ基複合酸化物繊維の不織布からなる光触媒フィルターは、VOC吸着能力がより高く、この光触媒フィルターを備えた本発明の空気清浄装置は、より高い空気清浄能力を持つ。   The silica-based composite oxide fiber that is more preferable in the present invention is a fiber in which mesopores having an average pore diameter of 2 to 30 nm are formed from the fiber surface toward the inside of the fiber. Such a photocatalytic filter made of a nonwoven fabric of silica-based composite oxide fibers has a higher VOC adsorption capacity, and the air cleaning device of the present invention provided with this photocatalytic filter has a higher air cleaning capacity.

さらに好ましいシリカ基複合酸化物繊維は、前記メソポア内に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1以上の金属が担持された繊維である。このようなシリカ基複合酸化物繊維の不織布からなる光触媒フィルターは、VOC吸着能力が高いことに加えて、光触媒性能そのものがより高く、この光触媒フィルターを備えた本発明の空気清浄装置は、さらに高い空気清浄能力を持つ。 また、前記金属は、前記シリカ基複合酸化物繊維の繊維表面から繊維内部に向かう、平均細孔径が2〜30nmのメソポアに担持されているので、前記シリカ基複合酸化物繊維の不織布からなる光触媒フィルターが繰り返し洗浄されても、前記金属が前記シリカ基複合酸化物繊維から脱落することがなく、前記光触媒フィルターは光触媒性能を長時間維持することができる。   Further preferred silica-based composite oxide fibers include platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), in the mesopores. It is a fiber in which at least one metal is supported among iron (Fe), nickel (Ni), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), indium (In), and tin (Sn). Such a photocatalytic filter made of a nonwoven fabric of silica-based composite oxide fibers has a higher VOC adsorption capability and higher photocatalytic performance itself, and the air cleaning device of the present invention equipped with this photocatalytic filter is even higher. Has air cleaning ability. The metal is supported on a mesopore having an average pore diameter of 2 to 30 nm from the surface of the silica-based composite oxide fiber toward the inside of the fiber, so that the photocatalyst is formed of a nonwoven fabric of the silica-based composite oxide fiber. Even if the filter is washed repeatedly, the metal does not fall off from the silica-based composite oxide fiber, and the photocatalytic filter can maintain the photocatalytic performance for a long time.

本発明に係る空気清浄装置において、光触媒フィルターを構成する平板状不織布上の平均紫外線強度は、1〜10mW/cmであることが好ましく、さらに2〜8mW/cmの範囲であることが好ましい。平板状不織布表面での紫外線強度が1〜10mW/cmであると、VOCの除去を高効率に行うことができる。このような範囲にするには、紫外線照射手段と平板状不織布との距離等を適当な範囲になるようにすればよい。ここで、平均紫外線強度は、不織布表面の中央部から端部までの複数個所の紫外線強度を測定し、それらの値を平均して平均紫外線強度とすることができる。 In the air cleaning apparatus according to the present invention, the average intensity of ultraviolet light on the flat nonwoven fabric constituting the photocatalyst filter is preferably is preferably 1~10mW / cm 2, a further range of 2~8mW / cm 2 . When the ultraviolet intensity on the surface of the flat nonwoven fabric is 1 to 10 mW / cm 2 , VOC can be removed with high efficiency. In order to make such a range, the distance between the ultraviolet irradiation means and the flat nonwoven fabric may be set to an appropriate range. Here, the average ultraviolet intensity can be obtained by measuring the ultraviolet intensity at a plurality of locations from the center to the end of the nonwoven fabric surface and averaging the values to obtain the average ultraviolet intensity.

次に、前記シリカ基複合酸化物繊維の製造方法について説明する。   Next, a method for producing the silica-based composite oxide fiber will be described.

(溶融紡糸法)
光触媒繊維は、主として一般式
(Melt spinning method)
Photocatalytic fibers are mainly of the general formula

Figure 2013202215
Figure 2013202215

(但し、式中のRは水素原子、低級アルキル基又はフェニル基を示し、nは1より大きい整数を示す。)で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が200〜10,000のポリカルボシランを、有機金属化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと有機金属化合物との混合物を得る第A工程、溶融紡糸する第B工程、不融化処理する第C工程、及び空気中又は酸素中で焼成する第D工程により製造することができる。 (Wherein, R represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group, and n represents an integer greater than 1). The number average molecular weight is 200 to 10,000. Step A for obtaining modified polycarbosilane having a structure obtained by modifying carbosilane with an organometallic compound, or a mixture of modified polycarbosilane and organometallic compound, Step B for melt spinning, Step C for infusible treatment , And the D step of baking in air or oxygen.

第A工程は、シリカ基複合酸化物繊維を製造するための出発原料として使用する数平均分子量が1,000〜50,000の変性ポリカルボシランを製造する工程である。上記変性ポリカルボシランの基本的な製造方法は、特開昭56−74126号に極めて類似しているが、その中に記載されている官能基の結合状態を注意深く制御する必要がある。   Step A is a step of producing a modified polycarbosilane having a number average molecular weight of 1,000 to 50,000 used as a starting material for producing a silica-based composite oxide fiber. The basic method for producing the modified polycarbosilane is very similar to JP-A-56-74126, but it is necessary to carefully control the bonding state of the functional groups described therein.

変性ポリカルボシランは、主として上記化1で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が200〜10,000のポリカルボシランと、一般式、M(OR’)nあるいは、MR”m(Mは金属元素、R’は炭素原子数1〜20個を有するアルキル基又はフェニル基、R”はアセチルアセトナート、mとnは1より大きい整数)を基本構造とする有機金属化合物とから誘導されるものである。   The modified polycarbosilane is mainly composed of a polycarbosilane having a main chain skeleton represented by the above chemical formula 1 having a number average molecular weight of 200 to 10,000 and a general formula of M (OR ′) n or MR ″ m (M Is a metal element, R ′ is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a phenyl group, R ″ is acetylacetonate, and m and n are integers greater than 1). Is.

傾斜構造を有する光触媒繊維を製造するには、前記有機金属化合物の一部のみがポリカルボシランと結合を形成する緩慢な反応条件を選択する必要がある。その為には280℃以下、好ましくは250℃以下の温度で、不活性ガス中で反応させる必要がある。この反応条件では、有機金属化合物はポリカルボシランと反応したとしても、1官能性重合体として結合(即ちペンダント状に結合)しており、大幅な分子量の増大は起こらない。この有機金属化合物が一部結合した変性ポリカルボシランは、ポリカルボシランと有機金属化合物の相溶性を向上させる上で重要な役割を演じる。   In order to produce a photocatalytic fiber having an inclined structure, it is necessary to select a slow reaction condition in which only a part of the organometallic compound forms a bond with polycarbosilane. For this purpose, it is necessary to react in an inert gas at a temperature of 280 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower. Under these reaction conditions, even if the organometallic compound reacts with polycarbosilane, it is bonded as a monofunctional polymer (that is, bonded in a pendant form), and no significant increase in molecular weight occurs. The modified polycarbosilane partially bonded with the organometallic compound plays an important role in improving the compatibility between the polycarbosilane and the organometallic compound.

なお、2官能以上の多くの官能基が結合した場合は、ポリカルボシランの橋掛け構造が形成されると共に顕著な分子量の増大が認められる。この場合は、反応中に急激な発熱と溶融粘度の上昇が起こる。一方、1官能しか反応せず未反応の有機金属化合物が残存している場合は、逆に溶融粘度の低下が観察される。   In addition, when many functional groups more than bifunctional couple | bond together, the bridge | crosslinking structure of polycarbosilane is formed and the remarkable increase in molecular weight is recognized. In this case, a sudden exotherm and a rise in melt viscosity occur during the reaction. On the other hand, when only one function reacts and an unreacted organometallic compound remains, conversely, a decrease in melt viscosity is observed.

傾斜構造を有する光触媒繊維を製造するには、未反応の有機金属化合物を意図的に残存させる条件を選択することが望ましい。主として上記変性ポリカルボシランと未反応状態の有機金属化合物あるいは2〜3量体程度の有機金属化合物が共存したものを出発原料として用いるが、変性ポリカルボシランのみでも、極めて低分子量の変性ポリカルボシラン成分が含まれる場合は、同様に出発原料として使用できる。   In order to produce a photocatalytic fiber having an inclined structure, it is desirable to select conditions that intentionally leave an unreacted organometallic compound. Mainly, the modified polycarbosilane and the unreacted organometallic compound or the organic metal compound of about 2 to 3 mer are used as starting materials. However, the modified polycarbosilane alone has a very low molecular weight modified polycarbosilane. If a silane component is included, it can be used as a starting material as well.

第B工程においては、第A工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物(以下、前駆体という場合がある。)を溶融させて紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害となる物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸用装置により紡糸する。紡糸する際の紡糸原液の温度は原料の変性ポリカルボシランの軟化温度によって異なるが、50〜200℃の温度範囲が有利である。上記紡糸装置において、必要に応じてノズル下部に加湿加熱筒を設けてもよい。なお、繊維径は、ノズルからの吐出量と紡糸機下部に設置された高速巻き取り装置の巻き取り速度を変えることにより調整される。   In step B, the modified polycarbosilane obtained in step A or a mixture of modified polycarbosilane and a low molecular weight organometallic compound (hereinafter sometimes referred to as a precursor) is melted to prepare a spinning dope. In some cases, this is filtered to remove substances that are harmful when spinning, such as microgel and impurities, and this is spun by a commonly used synthetic fiber spinning device. The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the raw material modified polycarbosilane, but a temperature range of 50 to 200 ° C. is advantageous. In the above spinning apparatus, a humidification heating cylinder may be provided below the nozzle as necessary. The fiber diameter is adjusted by changing the discharge amount from the nozzle and the winding speed of a high-speed winding device installed at the lower part of the spinning machine.

前記紡糸の他に、第A工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物を、例えばベンゼン、トルエン、キシレンあるいはその他該変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物を溶融することのできる溶媒に溶解させ、紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してマクロゲル、不純物等紡糸に際して有害な物質を除去した後、前記紡糸原液を通常用いられる合成繊維紡糸装置により乾式紡糸法により巻き取り速度を制御しながら紡糸してもよい。   In addition to the spinning, the modified polycarbosilane obtained in Step A, or a mixture of the modified polycarbosilane and a low molecular weight organometallic compound is used, for example, benzene, toluene, xylene or other modified polycarbosilane and other low molecular weight compounds. Synthetic fibers that are usually used after dissolving the organometallic compound in a solvent that can be melted to prepare a spinning stock solution, and in some cases filtering it to remove harmful substances such as macrogel and impurities. Spinning may be performed while controlling the winding speed by a dry spinning method with a spinning device.

これらの紡糸工程において、必要ならば、紡糸装置に紡糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記溶媒のうち少なくとも1つの気体との混合雰囲気とするか、あるいは空気、不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、スチーム、アンモニアガス、炭化水素ガス、又は有機ケイ素化合物ガスの雰囲気とすることにより、紡糸筒中の繊維の固化を制御することができる。   In these spinning processes, if necessary, a spinning cylinder is attached to the spinning device, and the atmosphere in the cylinder is mixed with at least one gas of the solvent, or air, inert gas, hot air, By setting the atmosphere of heat inert gas, steam, ammonia gas, hydrocarbon gas, or organosilicon compound gas, solidification of fibers in the spinning cylinder can be controlled.

第C工程においては、第B工程で得られた紡糸繊維を酸化雰囲気中で、張力又は無張力の作用の下で予備加熱を行い、前記紡糸繊維の不融化を行う。第C工程は、第D工程の焼成の際に、繊維が溶融せず、且つ隣接繊維と接着しないことを目的として行うものである。処理温度並びに処理時間は、組成により異なり、特に限定されないが、一般に50〜400℃の範囲内で、数時間〜30時間の処理上条件が選択される。酸化雰囲気中には、水分、窒素酸化物、オゾン等、紡糸繊維の酸化力を高めるものが含まれていてもよく、酸素分圧を意図的に変えてもよい。   In Step C, the spun fiber obtained in Step B is preheated in an oxidizing atmosphere under the action of tension or no tension to infusibilize the spun fiber. The C step is performed for the purpose of preventing the fibers from melting and adhering to adjacent fibers during the firing of the D step. The treatment temperature and treatment time vary depending on the composition and are not particularly limited, but generally, a treatment condition of several hours to 30 hours is selected within a range of 50 to 400 ° C. The oxidizing atmosphere may contain moisture, nitrogen oxides, ozone, or the like that increases the oxidizing power of the spun fiber, and the oxygen partial pressure may be changed intentionally.

ところで、原料中に含まれる低分子量物の割合によっては、紡糸繊維の軟化温度が50℃を下回る場合もあり、その場合は、あらかじめ上記処理温度よりも低い温度で、繊維表面の酸化を促進する処理を施す場合もある。なお、第C工程並びに第B工程の際に、原料中に含まれる低分子量物の繊維表面へのブリードアウトが進行し、目的とする傾斜組成の下地が形成されるものと考えられる。   By the way, depending on the ratio of the low molecular weight substance contained in the raw material, the softening temperature of the spun fiber may be lower than 50 ° C. In this case, the fiber surface oxidation is promoted at a temperature lower than the treatment temperature in advance. In some cases, processing is performed. In addition, it is thought that the bleed-out to the fiber surface of the low molecular weight substance contained in a raw material advances in the C process and the B process, and the base | substrate of the target gradient composition is formed.

第D工程においては、第C工程により不融化された繊維を、張力又は無張力下で、500〜1800℃の温度範囲で酸化雰囲気中において焼成し、目的とする、シリカ成分を主体とする酸化物相(第1相)とチタンを含む金属酸化物相(第2相)との複合酸化物相からなり、表層に向かって第2相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が傾斜的に増大するシリカ基複合酸化物繊維を得る。第D工程において、不融化繊維中に含まれる有機物成分は基本的には酸化されるが、選択する条件によっては、炭素や炭化物として繊維中に残存する場合もある。このような状態でも、目的とする機能に支障をきたさない場合はそのまま使用されるが、支障をきたす場合は、更なる酸化処理が施される。その際、目的とする傾斜組成及び結晶構造に問題が生じない温度、及び処理時間が選択される。   In Step D, the fiber infusible in Step C is baked in an oxidizing atmosphere at a temperature range of 500 to 1800 ° C. under tension or no tension, and the target is an oxidation mainly composed of a silica component. It consists of a composite oxide phase of a physical phase (first phase) and a metal oxide phase containing titanium (second phase), and the proportion of titanium in the metal oxide that constitutes the second phase toward the surface layer is inclined. A silica-based composite oxide fiber that increases rapidly is obtained. In Step D, the organic component contained in the infusible fiber is basically oxidized, but depending on the conditions selected, it may remain in the fiber as carbon or carbide. Even in such a state, when the target function is not hindered, it is used as it is. However, when the target function is hindered, further oxidation treatment is performed. At that time, a temperature at which no problem occurs in the target gradient composition and crystal structure and a processing time are selected.

第E工程においては、第D工程で得られたシリカ基複合酸化物繊維の表面側に処理を施すことで表面近傍のシリカを除去し、繊維表面にメソポアを形成させることができる。このシリカを除去する方法に、特に制限はなく、物理的方法及び化学的方法を用いることができる。その例として、減圧高温下でシリカを蒸発させる方法、及び酸を用いてシリカを溶出させる方法などが挙げられる。特に、第D工程で得られたシリカ基複合酸化物繊維を、2重量%のフッ化水素水溶液に10分程度、あるいは10重量%の水酸化ナトリウム水溶液に12時間程度浸漬することによってシリカを除去する方法が好適である。第E工程を経て、繊維表面から繊維内部に向かう、平均細孔径が2〜30nmのメソポアが形成されたシリカ基複合酸化物繊維が得られる。   In the E step, the silica in the vicinity of the surface can be removed by applying treatment to the surface side of the silica-based composite oxide fiber obtained in the D step, and mesopores can be formed on the fiber surface. There is no restriction | limiting in particular in the method of removing this silica, A physical method and a chemical method can be used. Examples thereof include a method of evaporating silica under reduced pressure and high temperature, and a method of eluting silica using an acid. In particular, silica is removed by immersing the silica-based composite oxide fiber obtained in Step D in a 2% by weight hydrogen fluoride aqueous solution for about 10 minutes or in a 10% by weight sodium hydroxide aqueous solution for about 12 hours. Is preferred. Through step E, silica-based composite oxide fibers having mesopores with an average pore diameter of 2 to 30 nm formed from the fiber surface toward the inside of the fiber are obtained.

第F工程においては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1以上の金属を含む溶液に、第E工程を経て得られたシリカ基複合酸化物繊維を接触させながら光を照射することにより、シリカ基複合酸化物繊維のメソポア内に前記金属粒子を担持させて、前記金属が担持されたシリカ基複合酸化物繊維を作製する。前記溶液に、繊維表面にメソポアが形成されたシリカ基複合酸化物繊維を接触させながら、第2相を構成する金属酸化物のバンドギャップに相当するエネルギー以上のエネルギーを有する光を照射することによって、金属酸化物の還元サイト(光の非照射面、つまりメソポア内)に選択的に、前記金属粒子を担持することができる。この場合、必要に応じて、エタノール、メタノールなどの電子供与犠牲剤を前記溶液に併存させても良い。第F工程を経て、メソポア内に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1以上の金属が担持されたシリカ基複合酸化物繊維が得られる。   In the F step, platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe), nickel (Ni) , A silica-based composite oxide obtained through Step E in a solution containing at least one metal of zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), indium (In), and tin (Sn) By irradiating light while contacting the fiber, the metal particles are supported in the mesopores of the silica-based composite oxide fiber, and the silica-based composite oxide fiber supporting the metal is produced. By irradiating the solution with light having energy equal to or higher than the energy corresponding to the band gap of the metal oxide constituting the second phase while contacting the silica-based composite oxide fiber having mesopores formed on the fiber surface. The metal particles can be selectively supported on the metal oxide reduction site (non-light-irradiated surface, that is, in the mesopores). In this case, if necessary, an electron donating sacrificial agent such as ethanol or methanol may coexist in the solution. Through the F step, platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe), A silica-based composite oxide fiber carrying at least one metal among nickel (Ni), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), indium (In) and tin (Sn) is obtained.

なお、第D工程までの工程で得られた前記シリカ基複合酸化物繊維、第E工程までの工程で得られた平均細孔径が2〜30nmのメソポアが形成されたシリカ基複合酸化物繊維、または、第F工程までの工程で得られた、メソポア内に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1以上の金属が担持されたシリカ基複合酸化物繊維のいずれの繊維も、短繊維にした後、ニードルパンチを行うことにより平板状不織布とするとすることができる。   The silica-based composite oxide fiber obtained in the steps up to the D step, the silica-based composite oxide fiber formed with mesopores having an average pore diameter of 2 to 30 nm obtained in the steps up to the E step, Alternatively, platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu) in the mesopores obtained in the steps up to the Fth step. ), Iron (Fe), nickel (Ni), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), indium (In) and tin (Sn) on which at least one metal is supported. Any fiber of oxide fibers can be made into a flat nonwoven fabric by performing needle punching after making short fibers.

(メルトブロー法)
平板状不織布は、メルトブロー法を用いて、第A工程で得られた前駆体を溶融し、溶融物を紡糸ノズルから吐出するとともに、前記紡糸ノズルの周囲から加熱窒素ガスを噴出させて紡糸し、紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集することにより不織布を形成させ、次いで、該不織布を不融化処理後、酸化雰囲気中で焼成することにより製造することもできる。
(Melt blow method)
The flat nonwoven fabric melts the precursor obtained in Step A using a melt blow method, discharges the melt from the spinning nozzle, and spouts heated nitrogen gas from the periphery of the spinning nozzle. The nonwoven fabric can be formed by collecting the spun fibers in a receiver arranged at the lower part of the spinning nozzle, and then the nonwoven fabric is infusible and then fired in an oxidizing atmosphere.

紡糸ノズルの直径は通常100〜500μm程度のものを用いる。窒素ガス噴出速度は30〜300m/s程度であり、速度が速いほど細い繊維が得られる。窒素ガスの加熱温度は、所望の紡糸繊維が得られれば特に制限はないが、通常500℃程度に加熱した窒素ガスを噴出させる。従来、一般的なメルトブロー法では、噴出ガスとして空気が用いられているが、第A工程で得られた前記前駆体を紡糸するには窒素を用いる必要がある。噴出ガスとして窒素を用いることにより安定して紡糸を行うことができる。   The diameter of the spinning nozzle is usually about 100 to 500 μm. Nitrogen gas ejection speed is about 30 to 300 m / s, and the higher the speed, the thinner the fiber. The heating temperature of nitrogen gas is not particularly limited as long as a desired spun fiber can be obtained, but nitrogen gas heated to about 500 ° C. is usually ejected. Conventionally, in a general melt-blowing method, air is used as the jet gas, but nitrogen needs to be used to spin the precursor obtained in the step A. Spinning can be performed stably by using nitrogen as the jet gas.

紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集する際、吸引可能な受器を用いて、受器の下側から吸引しながら紡糸することが好ましい。吸引することにより、繊維が効果的にからまり、高強度の不織布が得られる。吸引速度は2〜10m/s程度の範囲が好ましい。   When collecting the spun fiber in a receiver disposed at the lower part of the spinning nozzle, it is preferable to perform spinning while sucking from the lower side of the receiver using a suckable receiver. By sucking, the fibers are effectively entangled and a high-strength nonwoven fabric is obtained. The suction speed is preferably in the range of about 2 to 10 m / s.

得られた不織布は、上記溶融紡糸法の場合と同様の不融化処理及び焼成(第C工程及び第D工程)を行うことにより、シリカ基複合酸化物繊維からなる不織布が得られる。メルトブロー法により製造されるシリカ基複合酸化物繊維は、平均繊維径が1〜20μm、好ましくは、1〜8μm、より好ましくは、2〜6μmと、溶融紡糸法で製造される繊維に比べてより細いものとすることができる。これにより、繊維の表面積も大きくでき、触媒活性が増大する。また、メルトブロー法により製造される平板状不織布は、溶融紡糸法で製造された長さ40〜50mm程度の短繊維をニードルパンチ法で不織布としたものに比べて繊維が長いものとなる。その結果、不織布は強度が高く(引張強度2N以上)、フィルター等に加工する際に十分なプリーツ加工性を有する。   The obtained nonwoven fabric is subjected to the same infusibilization treatment and firing (step C and step D) as in the melt spinning method, whereby a nonwoven fabric made of silica-based composite oxide fibers is obtained. The silica-based composite oxide fiber produced by the melt blow method has an average fiber diameter of 1 to 20 μm, preferably 1 to 8 μm, more preferably 2 to 6 μm, as compared to the fiber produced by the melt spinning method. It can be thin. Thereby, the surface area of a fiber can also be enlarged and catalyst activity increases. Moreover, the flat nonwoven fabric manufactured by a melt blow method has a long fiber compared with the short fiber manufactured by the melt spinning method about 40-50 mm in length made into the nonwoven fabric by the needle punch method. As a result, the nonwoven fabric has high strength (tensile strength of 2N or more) and has sufficient pleatability when processed into a filter or the like.

平板状不織布の目付けや厚みについては特に限定は無いが、通常目付けが30〜300g/m、厚みは0.2〜10mmであることが好ましい。厚みは、必要に応じて不織布を積層することにより調整できる。厚みは、0.2mmよりも薄い場合には、光触媒量そのものが少なすぎてVOCの除去効果が十分に得られない。10mmよりも厚い場合は平板状不織布が抵抗となり、圧力損失が増大し、空気が流通しにくくなる。平板状不織布の形状は特に制限はないが、平板状不織布を挿入するケーシングの形状に合わせて、丸型、角型などにすることができ、平板状不織布の表面積を大きくするために波板状にすることもできる。 The basis weight and thickness of the flat nonwoven fabric are not particularly limited, but it is usually preferable that the basis weight is 30 to 300 g / m 2 and the thickness is 0.2 to 10 mm. The thickness can be adjusted by laminating a nonwoven fabric as necessary. If the thickness is less than 0.2 mm, the amount of photocatalyst itself is too small to obtain a sufficient VOC removal effect. When it is thicker than 10 mm, the flat nonwoven fabric becomes a resistance, the pressure loss increases, and the air hardly flows. The shape of the flat nonwoven fabric is not particularly limited, but can be round, square, etc. according to the shape of the casing into which the flat nonwoven fabric is inserted, and corrugated to increase the surface area of the flat nonwoven fabric. It can also be.

上記のような平板状不織布10の製造方法によれば、繊維同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面に酸化チタンを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造のシリカ基複合酸化物繊維からなる平板状不織布10が得られる。また、このシリカ基複合酸化物繊維は、コーティングによって光触媒が固定化されていないため、繊維表面の光触媒成分が脱落するという問題がない。さらにこのシリカ基複合酸化物繊維からなる平板状不織布10は、繊維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造になっているために、空気と光触媒との接触面積が非常に大きくなる。一般に、光触媒の機能を十分に引き出すためには、光触媒への光の照射効率と処理流体との接触効率を高めることが必要である。   According to the method for producing the flat nonwoven fabric 10 as described above, there is no bridging between fibers, and a silica-based composite having a structure in which photocatalytic components such as titanium oxide are densely deposited on the surface of each fiber. A flat nonwoven fabric 10 made of oxide fibers is obtained. Moreover, since the photocatalyst is not fixed by the coating in this silica-based composite oxide fiber, there is no problem that the photocatalyst component on the fiber surface is dropped. Further, the flat nonwoven fabric 10 made of the silica-based composite oxide fiber has a structure in which each of the fibers is dispersed with a certain amount of voids, so that the contact area between the air and the photocatalyst is very large. Become. Generally, in order to fully exploit the function of the photocatalyst, it is necessary to increase the light irradiation efficiency to the photocatalyst and the contact efficiency with the processing fluid.

次に、本実施の形態に係るVOC除去方法について説明する。   Next, the VOC removal method according to the present embodiment will be described.

図1に示すように、空気が流入口5から流入され、ケーシング1内を通って流出口6から排出される。図2に示す平板状不織布10は、繊維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造になっているために、空気が光触媒フィルター2を通過する際、光触媒との接触面積が非常に大きい。このため、光触媒機能を有する平板状不織布10によって効率的にラジカルが発生し、VOCを分解する。VOCの分解の原理は、次の通りである。シリカ基複合酸化物繊維に含まれる酸化チタンは紫外線の照射によって励起され、価電子帯の電子が伝導帯へと移動する。このとき酸化チタンの価電子帯には、正孔(ホール)が生成する。この正孔は、酸化チタン周囲の水分から電子を奪うことにより強力な酸化力を持ったOHラジカルを代表とする活性酸素種が生成する。この活性酸素種が様々な有機物を酸化分解する。VOCも有機物であり、酸化分解される。平板状不織布10の表面及び裏面の両面に紫外線が照射されることにより、さらに効率的にラジカルを発生させることができる。   As shown in FIG. 1, air is introduced from the inlet 5, passes through the casing 1, and is discharged from the outlet 6. The flat nonwoven fabric 10 shown in FIG. 2 has a structure in which each of the fibers is dispersed with a certain amount of voids, so that when the air passes through the photocatalytic filter 2, the contact area with the photocatalyst is very large. Big. For this reason, radicals are efficiently generated by the flat nonwoven fabric 10 having a photocatalytic function, and VOC is decomposed. The principle of decomposition of VOC is as follows. Titanium oxide contained in the silica-based composite oxide fiber is excited by ultraviolet irradiation, and electrons in the valence band move to the conduction band. At this time, holes are generated in the valence band of titanium oxide. These holes generate active oxygen species typified by OH radicals having strong oxidizing power by taking electrons from the water around the titanium oxide. This active oxygen species oxidatively decomposes various organic substances. VOC is also an organic substance and is oxidatively decomposed. Radiation can be generated more efficiently by irradiating both the front and back surfaces of the flat nonwoven fabric 10 with ultraviolet rays.

以下、本発明を実施例により説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

(製造例1)
5リットルの三口フラスコに無水トルエン2.5リットルと金属ナトリウム400gとを入れ窒素ガス気流下でトルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン1リットルを1時間かけて滴下した。滴下終了後、10時間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン420gを得た。ポリジメチルシラン250gを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕込み、窒素気流下、420℃で30時間加熱反応させて数平均分子量が1200のポリカルボシランを得た。
(Production Example 1)
A 5-liter three-necked flask was charged with 2.5 liters of anhydrous toluene and 400 g of metallic sodium, heated to the boiling point of toluene under a nitrogen gas stream, and 1 liter of dimethyldichlorosilane was added dropwise over 1 hour. After completion of the dropwise addition, the mixture was heated to reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered, washed with methanol and then with water to obtain 420 g of white powder of polydimethylsilane. Polydimethylsilane (250 g) was charged into a three-necked flask equipped with a water-cooled reflux condenser, and heated and reacted at 420 ° C. for 30 hours under a nitrogen stream to obtain polycarbosilane having a number average molecular weight of 1200.

前記ポリカルボシラン16gにトルエン100gとテトラブトキシチタン64gを加え、100℃で1時間予備加熱させた後、150℃までゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま5時間反応させ、更に250℃まで昇温して5時間反応させ、変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で5gのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。   After adding 100 g of toluene and 64 g of tetrabutoxytitanium to 16 g of the polycarbosilane, preheating it at 100 ° C. for 1 hour, slowly raising the temperature to 150 ° C., distilling off the toluene, and allowing the reaction to proceed for 5 hours. The mixture was heated up to react for 5 hours to synthesize modified polycarbosilane. In order to intentionally allow the low molecular weight organometallic compound to coexist with the modified polycarbosilane, 5 g of tetrabutoxytitanium was added to obtain a mixture of the modified polycarbosilane and the low molecular weight organometallic compound.

この変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物をトルエンに溶解させた後、ガラス製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから昇温してトルエンを留去させて、180℃で溶融紡糸を行った。紡糸繊維を空気中、段階的に150℃まで加熱し不融化させた後、1200℃の空気中で1時間焼成を行い、製造例1に係るチタニア/シリカ繊維(光触媒繊維)を得た。   After the mixture of the modified polycarbosilane and the low molecular weight organometallic compound was dissolved in toluene, the mixture was charged into a glass spinning apparatus, the interior was sufficiently purged with nitrogen, and the temperature was raised to distill off the toluene. Melt spinning was carried out at 0 ° C. The spun fiber was heated to 150 ° C. stepwise in air and then infusible, and then fired in air at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a titania / silica fiber (photocatalyst fiber) according to Production Example 1.

(実施例1)
製造例1により得られたシリカ基複合酸化物繊維を平板状不織布とし、図2のような光触媒フィルターを作製した。このフィルターの大きさは、0.3m×0.3m×0.5mmt(面積:0.09m)である。これをケーシング内に配置し、図1に示される空気清浄装置を作製した。これに使われる紫外線ランプの出力は40Wであり、4本を使用した。また、光触媒フィルターは3枚を使用し、流入口と光触媒フィルターとの間にエレクトリック不織布製の除塵フィルター1枚を光触媒フィルターと平行に配置した。紫外線ランプは、351nmにピーク波長を有するものである。紫外線ランプと光触媒フィルターとの距離は60mmとし、光触媒フィルター表面の平均紫外線強度は3mW/cmであった。この空気清浄装置を送風機と接続し、容積30mの密閉室に設置した。この密閉室は、VOCの吸着を防止するため、ステンレス製の内壁となっている。密閉室内のアセトアルデヒド濃度が5ppmとなるようにアセトアルデヒドを密閉室内に充填した後、密閉室内の空気を送風機を用いて、空気清浄装置の流入口から流入させ、循環処理を60分行った。この循環処理の処理速度は10m/minとした。循環処理前後の密閉室内のアセトアルデヒド濃度をINOVA社製光音響式マルチガスモニター1312型を用いて測定した。この試験を1回/日、180日間継続して行った。このとき、30日毎に図3に示すようにケーシングの側面から光触媒フィルターを脱着、水洗を行った。結果は表1に示すように、アセトアルデヒド除去率は180日間にわたって80%以上を維持し、除去率が僅かに低下した場合でも、水洗によって除去率が完全に回復することが分かった。
Example 1
The silica-based composite oxide fiber obtained in Production Example 1 was used as a flat nonwoven fabric to produce a photocatalytic filter as shown in FIG. The size of this filter is 0.3 m × 0.3 m × 0.5 mmt (area: 0.09 m 2 ). This was arrange | positioned in a casing and the air purifying apparatus shown by FIG. 1 was produced. The output of the ultraviolet lamp used for this is 40 W, and four were used. In addition, three photocatalytic filters were used, and one dust removal filter made of an electric nonwoven fabric was arranged in parallel with the photocatalytic filter between the inlet and the photocatalytic filter. The ultraviolet lamp has a peak wavelength at 351 nm. The distance between the ultraviolet lamp and the photocatalytic filter was 60 mm, and the average ultraviolet intensity on the photocatalytic filter surface was 3 mW / cm 2 . This air purifier was connected to a blower and installed in a sealed room with a volume of 30 m 3 . This sealed chamber is a stainless steel inner wall to prevent adsorption of VOC. After acetaldehyde was filled in the sealed chamber so that the acetaldehyde concentration in the sealed chamber was 5 ppm, the air in the sealed chamber was introduced from the inlet of the air purifier using a blower, and the circulation treatment was performed for 60 minutes. The processing speed of this circulation processing was 10 m 3 / min. The concentration of acetaldehyde in the sealed chamber before and after the circulation treatment was measured using a photoacoustic multigas monitor type 1312 manufactured by INOVA. This test was conducted once a day for 180 days. At this time, the photocatalytic filter was detached from the side surface of the casing every 30 days and washed with water as shown in FIG. As shown in Table 1, the acetaldehyde removal rate was maintained at 80% or more over 180 days, and even when the removal rate was slightly lowered, it was found that the removal rate was completely recovered by washing with water.

(実施例2)
製造例1により得られた光触媒繊維を平板状不織布とし、これを2重量%のフッ化水素水溶液に10分間浸漬することによって繊維表面のシリカを溶出させ、繊維表面にメソポアを形成させた。このメソポアの平均細孔径は25nmであった。メソポアの平均細孔径は、液体窒素温度で測定した窒素吸着等温曲線及びBJH法による解析から算出した。このメソポアを持つ光触媒繊維からなる平板状不織布から、実施例1と同様に、図2のような光触媒フィルターを作製した。このフィルターの大きさは、0.3m×0.3m×0.5mmt(面積:0.09m)である。これをケーシング内に配置し、実施例1と同様に図1に示される空気清浄装置を作製し、循環処理試験を実施した。結果は表1に示すように、アセトアルデヒド除去率は180日間にわたって90%以上を維持し、実施例1よりも高い除去率を示した。また、除去率が僅かに低下した場合でも、実施例1と同様に水洗によって除去率が完全に回復することが分かった。
(Example 2)
The photocatalyst fiber obtained in Production Example 1 was formed into a flat nonwoven fabric, and this was immersed in a 2 wt% hydrogen fluoride aqueous solution for 10 minutes to elute silica on the fiber surface to form mesopores on the fiber surface. The average pore diameter of this mesopore was 25 nm. The average pore diameter of the mesopore was calculated from the nitrogen adsorption isotherm measured at the liquid nitrogen temperature and the analysis by the BJH method. Similar to Example 1, a photocatalytic filter as shown in FIG. 2 was produced from a flat nonwoven fabric made of photocatalytic fibers having mesopores. The size of this filter is 0.3 m × 0.3 m × 0.5 mmt (area: 0.09 m 2 ). This was disposed in the casing, and the air purifier shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 and a circulation treatment test was performed. As a result, as shown in Table 1, the acetaldehyde removal rate was maintained at 90% or more over 180 days, and the removal rate was higher than that of Example 1. Further, it was found that even when the removal rate slightly decreased, the removal rate was completely recovered by washing with water as in Example 1.

(実施例3)
実施例2により得られた繊維表面に平均細孔径が25nmのメソポアが形成された光触媒繊維からなる平板状不織布を、塩化パラジウム(II)ナトリウム三水和物水溶液(パラジウム濃度:30ppm)に浸漬し、中心波長が254nmの紫外線を2mW/cmの強度で3時間照射した。照射後、水洗、さらに乾燥を行うことにより、パラジウム担持光触媒繊維を得た。ICPで分析した結果、パラジウム担持量は2000ppmであった。また、TEM観察の結果から、担持されたパラジウムはメソポア内に担持されていることが分かった。このメソポア内にパラジウムを担持した光触媒繊維からなる平板状不織布から、実施例1と同様に、図2のような光触媒フィルターを作製した。このフィルターの大きさは、0.3m×0.3m×0.5mmt(面積:0.09m)である。これをケーシング内に配置し、実施例1と同様に図1に示される空気清浄装置を作製し、循環処理試験を実施した。結果は表1に示すように、アセトアルデヒド除去率は180日間にわたって95%以上を維持し、実施例1及び実施例2よりも高い除去率を示した。また、除去率が僅かに低下した場合でも、実施例1と同様に水洗によって除去率が完全に回復することが分かった。
(Example 3)
A flat nonwoven fabric composed of photocatalytic fibers having mesopores with an average pore diameter of 25 nm formed on the fiber surface obtained in Example 2 was immersed in an aqueous solution of palladium (II) chloride trihydrate (palladium concentration: 30 ppm). Then, ultraviolet rays having a central wavelength of 254 nm were irradiated for 3 hours at an intensity of 2 mW / cm 2 . After irradiation, washing with water and further drying were performed to obtain a palladium-supported photocatalytic fiber. As a result of analysis by ICP, the amount of palladium supported was 2000 ppm. From the result of TEM observation, it was found that the supported palladium was supported in the mesopores. Similar to Example 1, a photocatalytic filter as shown in FIG. 2 was produced from a flat nonwoven fabric made of photocatalytic fibers carrying palladium in the mesopores. The size of this filter is 0.3 m × 0.3 m × 0.5 mmt (area: 0.09 m 2 ). This was disposed in the casing, and the air purifier shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 and a circulation treatment test was performed. As a result, as shown in Table 1, the acetaldehyde removal rate was maintained at 95% or more over 180 days, and the removal rate was higher than that of Example 1 and Example 2. Further, it was found that even when the removal rate slightly decreased, the removal rate was completely recovered by washing with water as in Example 1.

(比較例1)
ガラス繊維クロス(平織、目付重量:300g/m)を基材として、酸化チタン含有ゾル液(光触媒研究所製、ATN−2)を用いて酸化チタンのコーティングを行い、光触媒フィルターを作成した。乾燥・焼成は120℃で1時間行った。このフィルターの大きさは、0.3m×0.3m×0.5mmt(面積:0.09m)である。この光触媒フィルター3枚を用いて、実施例1と同様に循環処理試験を行った。結果は表1に示すように、アセトアルデヒド除去率は、試験開始時で65%、30日後では55%まで低下した。水洗によって除去率はある程度回復するものの、完全に回復することは無く、徐々に除去率は低下することが分かった。これは、水洗によって光触媒フィルター表面の酸化チタンが剥落し、光触媒性能が低下するためであると考えられる。
(Comparative Example 1)
Using a glass fiber cloth (plain weave, basis weight: 300 g / m 2 ) as a base material, titanium oxide coating was performed using a titanium oxide-containing sol solution (manufactured by Photocatalyst Laboratory, ATN-2) to prepare a photocatalytic filter. Drying and baking were performed at 120 ° C. for 1 hour. The size of this filter is 0.3 m × 0.3 m × 0.5 mmt (area: 0.09 m 2 ). Using these three photocatalytic filters, a circulation treatment test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 1, the acetaldehyde removal rate decreased to 65% at the start of the test and to 55% after 30 days. Although the removal rate recovered to some extent by washing with water, it was found that the removal rate did not completely recover and gradually decreased. This is considered to be because the titanium oxide on the surface of the photocatalytic filter is peeled off by washing with water and the photocatalytic performance is lowered.

Figure 2013202215
Figure 2013202215

1 ケーシング
2 光触媒フィルター
3 紫外線ランプ
4 除塵フィルター
5 流入口
6 流出口
10 平板状不織布
11 金網
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2 Photocatalyst filter 3 Ultraviolet lamp 4 Dust removal filter 5 Inlet 6 Outlet 10 Flat nonwoven fabric 11 Wire mesh

Claims (4)

酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の平板状不織布からなる光触媒フィルターと、380nm以下の波長の紫外線を照射可能な長手方向に延びる形状を有する紫外線照射手段とを備え、前記平板状不織布の面と紫外線照射手段の長手方向とは略平行であり、空気の流れが前記平板状不織布と略垂直であることを特徴とする空気清浄装置であって、
前記光触媒繊維が、シリカ成分を主体とする酸化物相(第1相)とチタンを含む金属酸化物相(第2相)との複合酸化物相からなるシリカ基複合酸化物繊維であって、第2相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大した繊維であることを特徴とする空気清浄装置。
A photocatalytic filter comprising a flat nonwoven fabric of photocatalytic fibers having titanium oxide on the surface, and an ultraviolet irradiation means having a shape extending in the longitudinal direction capable of irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 380 nm or less, and the surface of the flat nonwoven fabric and ultraviolet rays An air cleaning device characterized by being substantially parallel to the longitudinal direction of the irradiating means and having a flow of air substantially perpendicular to the flat nonwoven fabric,
The photocatalytic fiber is a silica-based composite oxide fiber composed of a composite oxide phase of an oxide phase (first phase) mainly composed of a silica component and a metal oxide phase containing titanium (second phase), An air cleaning device, wherein the proportion of the metal oxide titanium constituting the second phase is a fiber that increases in a slanting manner toward the surface layer of the fiber.
前記光触媒繊維が、繊維表面から繊維内部に向かう、平均細孔径が2〜30nmのメソポアが形成されている繊維であることを特徴とする請求項1記載の空気清浄装置。   2. The air cleaning device according to claim 1, wherein the photocatalytic fiber is a fiber in which mesopores having an average pore diameter of 2 to 30 nm are formed from the fiber surface toward the inside of the fiber. 請求項2記載の光触媒繊維のメソポア内に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1以上の金属が担持されていることを特徴とする請求項2記載の空気清浄装置。   In the mesopores of the photocatalytic fiber according to claim 2, platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe) ), Nickel (Ni), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), indium (In), and tin (Sn), at least one metal is supported. 2. The air purifier according to 2. 前記光触媒フィルターが脱着可能であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の空気清浄装置。   The air purifier according to any one of claims 1 to 3, wherein the photocatalytic filter is detachable.
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