JP3496229B2 - Method for producing photocatalyst body - Google Patents

Method for producing photocatalyst body

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JP3496229B2
JP3496229B2 JP05491493A JP5491493A JP3496229B2 JP 3496229 B2 JP3496229 B2 JP 3496229B2 JP 05491493 A JP05491493 A JP 05491493A JP 5491493 A JP5491493 A JP 5491493A JP 3496229 B2 JP3496229 B2 JP 3496229B2
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雅紀 北村
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、浄水,脱臭,殺菌,排
水処理,水分解,各種有機化学反応等に用いられる光触
媒体の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a photocatalyst used for water purification, deodorization, sterilization, wastewater treatment, water decomposition, various organic chemical reactions and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体にそのバンドギャップ以上のエネ
ルギーを有するしかるべき波長の光を照射すると、光励
起により、価電子帯から伝導体に電子が遷移すると同時
に、価電子帯に正孔が生成し、いわゆる電荷分離が起こ
る。また、半導体に光を照射しつつ、水あるいは溶液を
接触させると、ショットキーバリヤに類似した接合が形
成され、半導体がn型の場合には正孔が、p型の場合に
は電子が、それぞれ半導体の固−液界面側の表面に集ま
ってくることは、よく知られている。そして、n型半導
体の場合には、正孔が水あるいは溶液種から電子を引き
抜き、その結果、水が分解したり、溶液中の溶質が酸化
されたりする。また、p型半導体の場合には、電子が、
隣接する水あるいは溶液種に付与され、その水あるいは
溶液種の還元反応が起こる。このように、光酸化還元反
応を促進する半導体を、特に半導体光触媒あるいは、単
に光触媒という。
2. Description of the Related Art When a semiconductor is irradiated with light of an appropriate wavelength having an energy higher than its band gap, photoexcitation causes electrons to transit from the valence band to a conductor, and at the same time, holes are generated in the valence band. So-called charge separation occurs. Further, when the semiconductor is irradiated with light and brought into contact with water or a solution, a junction similar to a Schottky barrier is formed, and holes are emitted when the semiconductor is n-type and electrons are emitted when the semiconductor is p-type. It is well known that they gather on the surface of the semiconductor on the solid-liquid interface side. In the case of an n-type semiconductor, holes withdraw electrons from water or solution species, and as a result, water is decomposed or solutes in the solution are oxidized. In the case of a p-type semiconductor, electrons are
It is applied to adjacent water or solution species, and a reduction reaction of the water or solution species occurs. The semiconductor that promotes the photooxidation / reduction reaction is called a semiconductor photocatalyst or simply a photocatalyst.

【0003】従来、光触媒を用いた酸化還元反応もしく
は酸化還元反応操作としては、水の分解反応、微生物を
殺す反応、脱臭反応、殺菌反応、水の浄化、脱臭、排水
処理、その他各種有機化学反応などが提案されている。
光触媒としては、具体的には、n型半導体としての酸化
チタンが、その化学的安定性の故に、最も広く使用され
ている。酸化チタンは、粉末状で溶液に懸濁された形で
用いられる場合と、何らかの基体上に担持した形で使用
される場合とがある。光触媒の活性という見地からみる
と、その表面積の大きさから、一般に、前者の方がより
活性であるが、実用的見地からすると、その取扱い易さ
からいって、前者より後者の方を採用せざるを得ない場
合が多い。
Conventionally, as a redox reaction or a redox reaction operation using a photocatalyst, water decomposition reaction, microorganism killing reaction, deodorization reaction, sterilization reaction, water purification, deodorization, wastewater treatment, and other various organic chemical reactions Have been proposed.
Specifically, titanium oxide as an n-type semiconductor is most widely used as a photocatalyst because of its chemical stability. Titanium oxide may be used in the form of powder and suspended in a solution, or may be used in the form of being supported on some substrate. From the viewpoint of photocatalytic activity, the former is generally more active due to its large surface area, but from a practical standpoint, the latter should be used rather than the former because of its ease of handling. In many cases, it is unavoidable.

【0004】光触媒を基体に担持する方法としては、例
えば、多孔性ガラス支持体にチタン(IV)テトラブトキ
シオキサイドのアルコール溶液を含浸し、加熱して、ア
ナターゼ型の酸化チタンにすることによって、多孔性ガ
ラス支持体に保持・固定する方法が提案されている。
As a method of supporting a photocatalyst on a substrate, for example, a porous glass support is impregnated with an alcohol solution of titanium (IV) tetrabutoxyoxide and heated to form anatase-type titanium oxide. A method of holding and fixing to a transparent glass support has been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のような、単にゾ
ルゲル法で塗着した場合には、微細な孔はあるものの、
これらは非常に小さな孔であるため、ほんの表面層にし
か紫外光が到達できないといった問題点があった。
When the coating is simply applied by the sol-gel method as described above, although there are fine pores,
Since these are very small holes, there was a problem that ultraviolet light could reach only the surface layer.

【0006】また、形成した光触媒層の機械的強度を上
げるため、より高い温度で焼成すると、金属酸化物の結
晶化が進み、このような微細な孔も小さくなり、緻密な
膜となるため、その紫外光の深さ方向の侵入がより困難
になるといった問題点があった。
Further, in order to increase the mechanical strength of the formed photocatalyst layer, if it is fired at a higher temperature, the crystallization of the metal oxide will proceed, and such fine pores will become smaller, resulting in a dense film, There is a problem that the penetration of the ultraviolet light in the depth direction becomes more difficult.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、粉末状光触媒
と該粉末状光触媒の結着剤として作用する金属酸化物ゾ
ルとの混合物もしくは光触媒の出発物質となる金属酸化
物ゾルを、ゲル化したのち、40〜100℃の熱水中に
浸漬するか100〜200℃の水蒸気に接触させること
により、また、粉末状光触媒と該粉末状光触媒の結着剤
として作用する金属酸化物ゾルとの混合物もしくは光触
媒の出発物質となる金属酸化物ゾルを、光触媒の支持体
に担持し、ゲル化したのち、40〜100℃の熱水中に
浸漬するか100〜200℃の水蒸気に接触させ、さら
に800℃以下の温度で加熱することにより、上述の如
き問題を解決しようとするものである。
The present invention is a method of gelling a mixture of a powdery photocatalyst and a metal oxide sol acting as a binder for the powdery photocatalyst or a metal oxide sol as a starting material of the photocatalyst . After that, in hot water at 40-100 ° C
Immersion or contact with steam at 100-200 ° C
Also, a powdery photocatalyst and a binder for the powdery photocatalyst
Mixture with metal oxide sol that acts as
The metal oxide sol, which is the starting material of the medium, is used as a support for the photocatalyst.
After being loaded on and gelled, it is placed in hot water at 40 to 100 ° C.
Immerse or contact with steam at 100-200 ℃,
By heating at a temperature of 800 ° C. or lower , the above problems are solved.

【0008】[0008]

【作用】さまざまな基体上に金属酸化物を薄膜または皮
膜状に合成する技術としては、いくつかの方法が知られ
ているが、このうち、いわゆるゾルゲル法は、金属酸化
物を低温で合成できる、容易に複合酸化物をつくれると
いった特徴を持つ方法として知られる。このゾルゲル法
の技術において、近年、アルミナゲルを熱水中で処理す
ることによってスポンジ状のアルミナ薄膜を得る方法が
提案された(長谷川章,日本化学会誌,12,1511
(1992))。
There are several known methods for synthesizing metal oxides in the form of thin films or films on various substrates. Among them, the so-called sol-gel method can synthesize metal oxides at low temperature. It is known as a method having a feature that a complex oxide can be easily manufactured. In the sol-gel technique, a method of obtaining a sponge-like alumina thin film by treating alumina gel in hot water has recently been proposed (Akira Hasegawa, Journal of the Chemical Society of Japan, 12, 1511).
(1992)).

【0009】そこで、本発明者らは、その光透過性、物
質移動の有効性などの理由から、半導体光触媒として用
いられる金属酸化物材料、または金属酸化物を粉末光触
媒の担持固定化剤として用いる金属酸化物が、同様の手
法を用いることで光触媒層として非常に有効な構成とな
る可能性に着目し、誠意研究の結果、本発明に至った。
Therefore, the inventors of the present invention use a metal oxide material used as a semiconductor photocatalyst or a metal oxide as a supporting / immobilizing agent for a powder photocatalyst because of its light transmittance, mass transfer effectiveness, and the like. Focusing on the possibility that a metal oxide can be a very effective structure as a photocatalyst layer by using the same method, the present invention has been achieved as a result of sincere research.

【0010】本発明にかかる光触媒組成物または光触媒
体の特徴は、その触媒組成物の立体的構造が3次元的な
大きな空孔を持つか、または粉末状触媒の担持固定化剤
が3次元的な大きな空孔を持ち、かつ紫外光を反射、散
乱することが少なく、紫外光の深さ方向の透過性に非常
に優れていることである。
The photocatalyst composition or photocatalyst body according to the present invention is characterized in that the three-dimensional structure of the catalyst composition has large three-dimensional pores, or that the powdery catalyst carrying and immobilizing agent is three-dimensional. It has large pores, reflects little ultraviolet light and scatters it, and is extremely excellent in the transmittance of ultraviolet light in the depth direction.

【0011】さらに、これらの製造方法においては、こ
のような光触媒として理想的な構造を、簡便に、かつ環
境や人体に全く害のない、少量の水による処理だけで可
能となる点にある。
Further, in these manufacturing methods, such an ideal structure as a photocatalyst can be simply and simply treated with a small amount of water which does not harm the environment or human body.

【0012】以下、本発明にかかる光触媒体の製造過
程、構成およびその意義について詳述する。本発明にか
かる光触媒体の製造過程にはさまざまな方法があるが、
まず光触媒活性成分となる金属酸化物のゾルを直接合成
する方法を図1に示し、光触媒活性成分として粉末状の
光触媒を用い、その結着剤として金属酸化物を用いる場
合の製造方法を図2に示した。図1および図2におい
て、1は光触媒活性成分、2は光触媒粉末、3は結着
剤、4は基体、5は空孔部である。
The manufacturing process, structure and meaning of the photocatalyst according to the present invention will be described in detail below. In the present invention
There are various methods in the manufacturing process of such a photocatalyst,
First, the metal oxide sol, which is the photocatalytically active component, is directly synthesized.
The method for doing so is shown in FIG.
When using a photocatalyst and a metal oxide as its binder
The manufacturing method of the combination is shown in FIG. 1 and 2
, 1 is a photocatalytically active component, 2 is a photocatalyst powder, and 3 is a binder.
The agent, 4 is a substrate, and 5 is a void portion.

【0013】まず、基体4として用いられる材料は、金
属酸化物ゾルを、塗着、含浸などの方法で担持したり、
あるいはディップコーティング、スピンコーティングな
どの方法で皮膜を形成できたりするものであれば、何で
も適用できる。例えば、ガラスやセラミックの繊維を水
中に分散し、紙すきの要領で抄造して得られるセラミッ
クマット、多孔性ガラス、またはナイロン,アクリル,
ポリエステルなどの繊維製品などのような三次元的な空
孔をもつもの、あるいはガラス、PMMAなどの透光性
の板状、線状、管状のもの、セラミック、金属、プラス
チックの成形品などである。
First, as the material used as the substrate 4 , a metal oxide sol is carried by a method such as coating or impregnation,
Alternatively, any material can be applied as long as it can form a film by a method such as dip coating or spin coating. For example, ceramic mats obtained by dispersing glass or ceramic fibers in water and making paper in the manner of papermaking, porous glass, or nylon, acrylic,
Those having three-dimensional voids such as polyester and other textile products, or translucent plate-like, linear, tubular products such as glass and PMMA, ceramic, metal and plastic molded products. .

【0014】次に、光触媒活性成分1または光触媒粉末
2としては、TiO,ZnO,SrTiO,Cd
S,GaP,InP,GaAs,BaTiO,K
bO,Fe,Ta,WO,SnO
Bi,NiO,CuO,SiC,SiO,M
oS,InPb,RuO,CeOなど、およびこ
れらの光触媒にPt,Rh,RuO,Nb,Cu,S
n,NiOなどの金属及び金属酸化物を担持した従来公
知のものが、すべて適応できる。
Next, as the photocatalyst active component 1 or the photocatalyst powder 2, TiO 2 , ZnO, SrTiO 3 and Cd are used.
S, GaP, InP, GaAs, BaTiO 3 , K 2 N
bO 3 , Fe 2 O 3 , Ta 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 ,
Bi 2 O 3 , NiO, Cu 2 O, SiC, SiO 2 , M
oS 2 , InPb, RuO 2 , CeO 2, etc., and Pt, Rh, RuO 2 , Nb, Cu, S for these photocatalysts.
Conventionally known materials carrying metals such as n and NiO and metal oxides are all applicable.

【0015】さて、本発明にかかる光触媒体の製造過程
にはさまざまな方法があるが、まず光触媒活性成分1
なる金属酸化物のゾルを直接合成する方法を図1に基づ
いて述べる。
There are various methods for producing the photocatalyst body according to the present invention . First , the method for directly synthesizing the sol of the metal oxide as the photocatalytically active component 1 will be described with reference to FIG .

【0016】この場合の典型的な製造方法は、前述のよ
うな基体4に、光触媒活性成分1となる金属酸化物ゾル
を、含浸などの方法で、担持する方法である。
A typical production method in this case is a method of supporting a metal oxide sol which becomes the photocatalytically active component 1 on the substrate 4 as described above by a method such as impregnation.

【0017】つまり、まずゾルゲル法で採用されるよう
な金属のアルコキシド、アセチルアセトネート、カルボ
キシレートなどの金属有機化合物や四塩化チタンといっ
た塩化物のアルコール溶液を、酸あるいはアルカリ触媒
存在下、加水分解することにより得られる金属酸化物の
ゾルを調製し、これを、塗着法、スプレー吹き付け法、
ディップコーティング法などの方法で、基体に担持す
る。次に、溶媒成分を揮発させ、ゲル化し、金属酸化物
ゲルとしておく。ただしこの場合、最終的に得られる
属酸化物は、光触媒として活性なものとなる材料に限ら
れる。
That is, first, an alcoholic solution of a metal organic compound such as a metal alkoxide, acetylacetonate, or carboxylate as employed in the sol-gel method or a chloride such as titanium tetrachloride is hydrolyzed in the presence of an acid or alkali catalyst. By preparing a sol of the metal oxide obtained by doing, coating method, spraying method,
The substrate is supported by a method such as a dip coating method. Next, the solvent component is volatilized and gelled to form a metal oxide gel. However, in this case, the final amount of money
Group oxides are limited to materials that become active as photocatalysts.

【0018】次に、こうして得られた金属酸化物ゲル層
を、40〜100℃の熱水中に浸漬するか100〜20
0℃の水蒸気と接触させる。そして、その光触媒層の結
着強度を大きくするため、またはその機械的強度をより
大きいものとするために、800℃以下の温度で、好ま
しくは200〜600℃の温度で加熱することによっ
て、目的の光触媒体を得る。
Next, the metal oxide gel layer thus obtained is immersed in hot water at 40 to 100 ° C. or 100 to 20.
Contact with 0 ° C. steam . Then, in order to increase the binding strength of the photocatalyst layer or to increase the mechanical strength thereof, by heating at a temperature of 800 ° C. or lower, preferably at a temperature of 200 to 600 ° C. To obtain a photocatalyst.

【0019】次に、光触媒活性成分として粉末状の光触
媒を用い、その結着剤として金属酸化物を用いる場合の
製造方法を図2に基づいて述べる。
Next, a manufacturing method in which a powdery photocatalyst is used as the photocatalytically active component and a metal oxide is used as the binder will be described with reference to FIG .

【0020】この場合の製造方法にはさまざまな方法が
あるが、一つの典型的な製造方法は、まずあらかじめ
触媒活性成分1である光触媒粉末2基体4に担持し、
しかるのちに、光触媒としては作用しないか、又は、そ
の効果があまりない金属酸化物ゾルを、含浸などの方法
で作用させる方法である。
There are various manufacturing methods in this case, but one typical manufacturing method is to use the optical method in advance.
The photocatalyst powder 2 which is the catalytically active component 1 is supported on the substrate 4 ,
Then, a method of impregnating a metal oxide sol which does not act as a photocatalyst or has little effect on the photocatalyst is used.

【0021】すなわち、まず、あらかじめの基体4の表
面に、スプレー吹き付け法、ディップコーティング法、
スピンコーティング法などの方法で、光触媒粉末2の層
を形成しておく。この光触媒粉末2を付着せしめただけ
の光触媒粉末担持体に、結着剤3となる金属酸化物のゾ
ルを、スプレー法、含浸法などの方法で、付着あるいは
含浸し、溶媒を飛ばしてゲル化し、光触媒−金属酸化物
ゲル層とする。この場合の金属酸化物は、光触媒として
の活性を全く持たなくても良いため、ゾルゲル法に適応
可能ないずれの材料をも用いることができるが、シリ
カ、アルミナ等の紫外光の透光性にすぐれた材料が好ま
しい。さらには、2種以上の金属酸化物のゾルを混合し
て金属複合酸化物のゲルとして用いると、有効なことが
ある。
[0021] That is, first, in advance of the surface of the substrate 4, a spray spraying, dip coating,
A layer of the photocatalyst powder 2 is formed by a method such as a spin coating method. The photocatalyst powder carrier, to which the photocatalyst powder 2 has just been adhered, is adhered or impregnated with a sol of a metal oxide to be the binder 3 by a method such as a spray method or an impregnation method, and the solvent is removed to form a gel. , A photocatalyst-metal oxide gel layer. Since the metal oxide in this case does not need to have any activity as a photocatalyst, any material that can be applied to the sol-gel method can be used. Excellent materials are preferred. Further, it may be effective to mix two or more kinds of metal oxide sols to use as a gel of the metal composite oxide.

【0022】また、他の方法として、光触媒粉末と金属
酸化物のゾルの混合液を調製し、基体に半導体光触媒粉
末のみを担持するかわりに、この混合液を含浸、塗布、
あるいはさまざまなコーティング法などによって担持し
ゲル化する方法において、光触媒−金属酸化物ゲル層と
しても良い。
As another method, a mixed solution of a photocatalyst powder and a sol of a metal oxide is prepared, and instead of carrying only the semiconductor photocatalyst powder on a substrate, this mixed solution is impregnated, coated,
Alternatively, a photocatalyst-metal oxide gel layer may be used in a method of supporting and gelling by various coating methods.

【0023】あるいは、金属酸化物ゾルを得る前に、前
述の金属有機化合物や塩化物のアルコール溶液に光触媒
粉末をまず混合し、酸あるいはアルカリ触媒存在下、加
水分解することにより得られる光触媒粉末−金属酸化物
混合ゾルを、基体に含浸、塗布あるいは様々なコーティ
ング法にて担持し、ゲル化する方法においても、同様の
光触媒−金属酸化物ゲル層を得ることができる。
Alternatively, before obtaining the metal oxide sol, the photocatalyst powder is first mixed with an alcohol solution of the above-mentioned metal organic compound or chloride, and the photocatalyst powder is obtained by hydrolysis in the presence of an acid or alkali catalyst. A similar photocatalyst-metal oxide gel layer can also be obtained by a method in which a metal oxide mixed sol is impregnated into a substrate, coated, or supported by various coating methods and gelled.

【0024】さて次に、こうして得られた金属酸化物ゲ
ル層または金属酸化物ゲルを含む光触媒層を、40〜1
00℃の熱水中に浸漬するか、または100〜200℃
の水蒸気に接触させる。次に、その光触媒層の結着強度
を大きくするため、またはその機械的強度をより大きい
ものとするために、800℃以下の温度、好ましくは2
00〜600℃の温度で加熱することによって、目的の
光触媒体を得る。
Next, the metal oxide gel layer or the photocatalyst layer containing the metal oxide gel thus obtained is mixed with 40 to 1
Immerse in hot water at 00 ° C or 100-200 ° C
Contact with water vapor . Next, in order to increase the binding strength of the photocatalyst layer or to increase the mechanical strength thereof , a temperature of 800 ° C. or lower, preferably 2
The desired photocatalyst is obtained by heating at a temperature of 00 to 600 ° C.

【0025】さて、本発明にかかる光触媒体の製造過程
においては、光触媒活性成分となる金属酸化物層また
は、半導体光触媒粉末と結着剤との混合層となる光触媒
−金属酸化物層を、良好な構成とすることが最も重要な
点であって、用いる基体の材料、形状、物性はもちろん
のこと、光触媒活性成分および光触媒粉末の担持固定化
剤3そのものの原料、取扱い方法などを、なんら限定す
るものではない。
In the process of producing the photocatalyst according to the present invention, a metal oxide layer as a photocatalytically active component or a photocatalyst-metal oxide layer as a mixed layer of a semiconductor photocatalyst powder and a binder is preferably used. This is the most important point, and not only the material, shape, and physical properties of the substrate used, but also the raw material of the photocatalytically active component and the photocatalyst powder-carrying and immobilizing agent 3 itself, the handling method, etc. are limited. Not something to do.

【0026】ここで、この光触媒粉末と担持固定化剤と
の良好な構成およびその意義とは、次のようなものであ
るとも考えられる。すなわち、スプレー法、塗着法、含
浸法、ディップコーティング法などの方法で基体上に担
持されゲル化した金属酸化物ゾルは、基体上で微細な孔
を持つ膜状の金属酸化物ゲル層、あるいは基体上で光触
媒粉末粒子と基体とのあいだに入り込んだ多孔性金属酸
化物ゲルのネットワークとなり、膜状の光触媒−金属酸
化物ゲル層となる。これを熱水または水蒸気処理する
と、ゲル中の溶媒の抜けた孔に水が入り込み、膨潤し、
相対的に大きな孔になる。次にこれを焼成すると、3次
元的な大きな空孔を持つ金属酸化物層となる。しかしな
がら、こうして生成した金属酸化物そのもの自体は、紫
外光を散乱や反射する程度の大きさとはならないため、
照射される紫外光は、その”裏”に位置する光触媒活性
成分をも励起する、つまり光触媒として機能することが
できる。つまり、いわゆるゾルゲル法によって得られる
金属酸化物に比して、紫外光が深さ方向に深く入り込む
ことができる。この点が、ゾルゲル法などの方法で製造
される場合と、大きく異なる点である。さらには、この
ような構成が、反応物質の出入りを良好にしていると考
えられる。
Here, it is considered that the good constitution of the photocatalyst powder and the supporting / immobilizing agent and its significance are as follows. That is, the metal oxide sol, which is supported and gelled on the substrate by a method such as a spray method, a coating method, an impregnation method, or a dip coating method, is a film-like metal oxide gel layer having fine pores on the substrate, Alternatively, it forms a network of porous metal oxide gel that has entered between the photocatalyst powder particles and the substrate on the substrate to form a film-shaped photocatalyst-metal oxide gel layer. When this is treated with hot water or steam, water enters the pores of the gel where the solvent has escaped and swells,
It becomes a relatively large hole. Next, this is baked to form a metal oxide layer having three-dimensional large pores. However, since the metal oxide itself generated in this way is not large enough to scatter or reflect ultraviolet light,
The irradiated ultraviolet light can also excite the photocatalytically active component located "behind" it, that is, function as a photocatalyst. That is, the ultraviolet light can penetrate deeper in the depth direction than the metal oxide obtained by the so-called sol-gel method. This is a point that is significantly different from the case of manufacturing by a method such as a sol-gel method. Furthermore, it is considered that such a configuration improves the inflow and outflow of the reactant.

【0027】そして、このような光触媒体として理想的
な構成が、ゾルゲル法の製造工程に熱水中に浸漬する、
または水蒸気に接触させる工程を加えることのみによっ
て実現できる点も、特徴の一つである。
An ideal structure as such a photocatalyst body is immersed in hot water in the manufacturing process of the sol-gel method .
Another feature is that it can be realized only by adding a step of contacting with steam.

【0028】本発明の作用機構については、本発明者ら
に解明できていない点もある。しかしながら、従来公知
の製造方法では得られなかった、触媒活性に優れ、かつ
一定の機械的強度をもつ光触媒体が、本発明によって、
はじめて、得ることが可能となったのである。
There is a point that the present inventors have not been able to elucidate the action mechanism of the present invention. However, according to the present invention, a photocatalyst having excellent catalytic activity and constant mechanical strength, which has not been obtained by a conventionally known production method, can be obtained.
For the first time, it was possible to obtain it.

【0029】[0029]

【実施例】<実施例1> テトラエトキシシラン4gを50ミリリットルのエタノ
ールに溶解し、ここに20ミリリットルのエタノール、
2ミリリットルの水、及び0.3ミリリットルの濃塩酸
の混合溶液を加え、シリカゾルを得た。これに、あらか
じめ350℃で2時間熱処理したアナターゼ型酸化チタ
ン(粒子径0.03μm)5gを分散して、これを直径
36mmのガラス板にディップコーティング法にて光触
媒層を形成し、溶媒をとばし、ゲル化した。その後、1
00℃の熱水中1時間浸漬し、400℃で1時間焼成
し、光触媒体とした。このときの酸化チタンの担持量は
2.5mgであった。比較のために、同様の製作方法で
熱水中に浸漬しないものを用意した。
<Example 1> 4 g of tetraethoxysilane was dissolved in 50 ml of ethanol, and 20 ml of ethanol was added thereto.
A mixed solution of 2 ml of water and 0.3 ml of concentrated hydrochloric acid was added to obtain a silica sol. 5 g of anatase-type titanium oxide (particle diameter 0.03 μm), which had been preliminarily heat-treated at 350 ° C. for 2 hours, was dispersed in this, a photocatalyst layer was formed on a glass plate having a diameter of 36 mm by a dip coating method, and the solvent was removed , Gelled. Then 1
It was immersed in hot water at 00 ° C for 1 hour and baked at 400 ° C for 1 hour to obtain a photocatalyst. The amount of titanium oxide supported at this time was 2.5 mg. For comparison, it was prepared which do not immersed in hot water in the same fabrication process.

【0030】得られた光触媒体を、130mlビーカー
の底面に配置した。ここに濃度0.02mmol/lの
フェノール水溶液100ミリリットルを入れ、ビーカー
底面より1kW高圧水銀ランプの400nm−300n
mの紫外光を照射し、この水溶液の光照射時間に対する
フェノール濃度の経時変化を検討した。このときの紫外
線強度は、11mW/cm2(365nm)であった。
The resulting photocatalyst was placed on the bottom of a 130 ml beaker. 100 ml of an aqueous phenol solution having a concentration of 0.02 mmol / l was put into the beaker, and 400 nm-300 n of a 1 kW high pressure mercury lamp from the bottom of the beaker.
m of ultraviolet light was irradiated, and the change with time of the phenol concentration with respect to the light irradiation time of this aqueous solution was examined. The ultraviolet intensity at this time was 11 mW / cm2 (365 nm).

【0031】その結果、光照射開始後約20分でフェノ
ールの濃度は半減し、約2時間で検出限界以下に分解さ
れた。比較のために、熱水中に浸漬せずに製作したもの
について同様の検討を行ったところ、熱水中に浸漬せず
に製作したものについては、3時間の光照射後も完全に
は分解されなかった。
As a result, the concentration of phenol was halved about 20 minutes after the start of light irradiation, and it was decomposed below the detection limit in about 2 hours. For comparison, was subjected to the same examination for those manufactured without immersion in hot water during, for those manufactured without immersion in hot water in the completely even after light irradiation for 3 hours degradation Was not done.

【0032】<実施例2> チタンテトライソプロポキシド10gを50ミリリット
ルのエタノールに溶解し、ここに20ミリリットルのエ
タノール、2ミリリットルの水、及び0.3ミリリット
ルの濃塩酸の混合溶液を加え、酸化チタンゾルを得た。
これを、30mm×30mm角のガラス板に、ディップ
コーティング法にて、光触媒層を形成し、溶媒をとば
し、ゲル化した。その後、100℃の熱水1時間浸漬
し、400℃で1時間焼成し、光触媒体とした。比較の
ために、同様の製作方法で熱水処理しないものを用意し
た。
Example 2 Titanium tetraisopropoxide (10 g) was dissolved in 50 ml of ethanol, and a mixed solution of 20 ml of ethanol, 2 ml of water and 0.3 ml of concentrated hydrochloric acid was added to the solution for oxidation. A titanium sol was obtained.
A photocatalyst layer was formed on a 30 mm × 30 mm square glass plate by a dip coating method, the solvent was removed, and the mixture was gelled. Then, it was immersed in hot water at 100 ° C. for 1 hour and baked at 400 ° C. for 1 hour to obtain a photocatalyst. For comparison, the same manufacturing method without hot water treatment was prepared.

【0033】得られた光触媒体を直径50mmのガラス
管内部に配置し、密閉系とし、アセトアルデヒド20p
pmを含む空気を還流させながら、光触媒体に300W
のキセノンランプの400−300nmの紫外光を40
mW/cm2(365nm)で照射したところ、光照射
開始後約15分でアセトアルデヒドはほぼ分解された。
比較のために、ゾルゲル法にて調製した酸化チタン1.
1mgについて同様の検討を行ったところ、4時間の光
照射後も分解されなかった。
The obtained photocatalyst was placed inside a glass tube having a diameter of 50 mm to form a closed system, and acetaldehyde 20 p
300 W on the photocatalyst while circulating air containing pm
40-300nm UV light from the xenon lamp
When irradiated with mW / cm 2 (365 nm), acetaldehyde was almost decomposed about 15 minutes after the start of light irradiation.
For comparison, titanium oxide prepared by the sol-gel method 1.
When the same examination was carried out for 1 mg, it was not decomposed even after irradiation with light for 4 hours.

【0034】<実施例3> 実施例1において用いた酸化チタン−シリカゾル層を、
直径1.5mmのガラスビーズ上に形成した。その後、
100℃の熱水1時間浸漬し、450℃で3時間焼成
し、光触媒担持充填物とした。比較のために、同様の製
作方法で熱水処理しないものを用意した。
Example 3 The titanium oxide-silica sol layer used in Example 1 was
It was formed on glass beads having a diameter of 1.5 mm. afterwards,
It was immersed in hot water at 100 ° C. for 1 hour and baked at 450 ° C. for 3 hours to obtain a photocatalyst-supporting filling material. For comparison, the same manufacturing method without hot water treatment was prepared.

【0035】この、光触媒担持充填物を、図3に示した
ような高ケイ酸ガラス製反応器8(中空構造,内容積5
0ml,紫外光受光面積100cm2)中に充填し、空
間時間50秒で500pptの濃度のジェオスミンを含
む水を処理水導入口6より連続的に流したところ、処理
水排出口7のジェオスミン濃度が100ppt程度まで
処理され、これが24時間以上持続した。比較のため
に、熱水処理していない光触媒充填物を用いて同様の実
験を行ったところ、同様の反応率を得るためには、その
空間時間が100秒程度となった。
This photocatalyst-supporting packing was applied to a high silicate glass reactor 8 (hollow structure, internal volume 5 as shown in FIG.
0 ml, was charged into an ultraviolet light receiving area 100 cm @ 2) in, was flushed with water containing geosmin concentration of 500ppt continuously from the processing water inlet 6 at a space time of 50 seconds, the processing
The geosmin concentration at the water outlet 7 was treated to about 100 ppt, which continued for 24 hours or more. For comparison, a similar experiment was conducted using a photocatalyst filler that had not been subjected to hydrothermal treatment. As a result, the space time was about 100 seconds in order to obtain the same reaction rate.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、ゾルゲ
ル法による光触媒体の製造方法であって、粉末状光触媒
と該粉末状光触媒の結着剤として作用する金属酸化物ゾ
ルとの混合物もしくは光触媒の出発物質となる金属酸化
物ゾルを、ゲル化したのち、40〜100℃の熱水中に
浸漬するか100〜200℃の水蒸気に接触させること
を特徴とする光触媒体の製造方法に関するものである。
また、本発明は、粉末状光触媒と該粉末状光触媒の結着
剤として作用する金属酸化物ゾルとの混合物もし くは光
触媒の出発物質となる金属酸化物ゾルを、光触媒の支持
体に担持し、ゲル化したのち、40〜100℃の熱水中
に浸漬するか100〜200℃の水蒸気に接触させ、さ
らに800℃以下の温度で加熱することにより、上記金
属酸化物ゲルを発泡体状金属酸化物とすることを特徴と
する光触媒体の製造方法に関するものである。これによ
れば、一定の機械的強度を持っていて、なおかつ、高い
光触媒活性を有する光触媒を、非常に簡便、かつ環境負
荷の軽い製造方法で製造することができる。本発明の工
業的価値は極めて大きい。
As described above in detail, the present invention is based on the sorge.
A method for producing a photocatalyst by the method of claim 1, wherein a mixture of a powdery photocatalyst and a metal oxide sol acting as a binder for the powdery photocatalyst or a metal oxide sol as a starting material of the photocatalyst is gelled. After that, in hot water of 40-100 ° C
Immersion or contact with steam at 100-200 ° C
And a method for producing a photocatalyst.
The present invention also provides a powder photocatalyst and a binder for the powder photocatalyst.
Mixture if Ku light between the metal oxide sol which acts as agent
Support the photocatalyst of metal oxide sol, which is the starting material of the catalyst
After being supported on the body and gelling, hot water at 40-100 ° C
Or contact it with steam at 100-200 ° C.
Furthermore, the present invention relates to a method for producing a photocatalyst, characterized in that the metal oxide gel is made into a foam-like metal oxide by heating at a temperature of 800 ° C. or lower . According to this, a photocatalyst having a certain mechanical strength and a high photocatalytic activity can be produced by a very simple and environmentally friendly production method. The industrial value of the present invention is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】発明にかかる光触媒を説明するための断面概略
図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a photocatalyst according to the invention.

【図2】本発明にかかる光触媒体を説明するための断面
概略図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a photocatalyst body according to the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例にかかる光触媒反応器の
外観を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing an appearance of a photocatalytic reactor according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

光触媒活性成分 2 光触媒粉末 3 結着剤 4 基体 5 空孔部 6 被処理水導入口 7 処理水排出口 8 反応器1 Photocatalytically Active Component 2 Photocatalyst Powder 3 Binder 4 Base 5 Hole 6 Treated Water Inlet 7 Treated Water Outlet 8 Reactor

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ゾルゲル法による光触媒体の製造方法で
あって、粉末状光触媒と該粉末状光触媒の結着剤として
作用する金属酸化物ゾルとの混合物もしくは光触媒の出
発物質となる金属酸化物ゾルを、ゲル化したのち、40
〜100℃の熱水中に浸漬するか100〜200℃の水
蒸気に接触させることを特徴とする光触媒体の製造方
法。
1. A method for producing a photocatalyst body by a sol-gel method, comprising a powdery photocatalyst and a binder for the powdery photocatalyst.
Mixture with working metal oxide sol or release of photocatalyst
The metal oxide sol serving as originating materials, after gelation, 40
Immerse in hot water at ~ 100 ° C or water at 100 ~ 200 ° C
A method for producing a photocatalyst body, which comprises contacting with steam .
【請求項2】 粉末状光触媒と該粉末状光触媒の結着剤
として作用する金属酸化物ゾルとの混合物もしくは光触
媒の出発物質となる金属酸化物ゾルを、光触媒の支持体
に担持し、ゲル化したのち、40〜100℃の熱水中に
浸漬するか100〜200℃の水蒸気に接触させ、さら
に800℃以下の温度で加熱することにより、上記金属
酸化物ゲルを発泡体状金属酸化物とすることを特徴とす
る光触媒体の製造方法。
2. A mixture of a powdery photocatalyst and a metal oxide sol which acts as a binder for the powdery photocatalyst or a metal oxide sol which is a starting material of the photocatalyst is supported on a photocatalyst support and gelled. After that, in hot water at 40-100 ° C
A method for producing a photocatalyst, characterized in that the metal oxide gel is made into a foam-like metal oxide by immersing it or bringing it into contact with water vapor of 100 to 200 ° C. and further heating at a temperature of 800 ° C. or lower.
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