JP3799653B2 - 光触媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はNOxや悪臭物質の分解除去、汚染河川や湖沼の清浄化など、空気と水の浄化に用いられる光触媒体に関するものである。より具体的には該光触媒体として特定のBET比表面積を有するチタニア繊維を用いることを特徴とするものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体に光を照射すると強い還元作用を持つ電子と強い酸化作用を持つ正孔が生成し、半導体に接触した分子種を酸化還元作用により分解する。半導体のこのような光触媒作用を利用することによって、大気中のNOxの分解、居住空間や作業空間での悪臭物質やカビなどの分解除去、あるいは水中の有機溶剤や農薬、界面活性剤などの環境汚染物質の分解除去を行うことができる。
【0003】
このような光触媒機能を有する物質として微細な酸化チタン粒子が着目されているが粉末であるためにその取り扱いや使用が難しいとの欠点を持っていた。
従って通常、光触媒粒子の飛散や流出を防止し、処理系からの分離を容易にするために、光触媒粒子よりも大きな基体の上に光触媒粒子を接着させて、即ち固定化させて使用する方法が提案されている。
【0004】
例えば、特開平4−284851号公報には、光触媒粒子とフッ素系ポリマーとの混合物を積層、圧着する方法が、また特開平4−334552号公報には、光触媒粒子をフッ素系ポリマーに熱融着する方法が、特開平7−171408号公報には、基体上への接着剤として難分解性結着剤を用いる方法が記載されている。
【0005】
また、基体上に光触媒粒子を接着させる方法として、特開平7−100378号公報では、光触媒粒子を出発とするのではなく、チタニアゾルを基体にコーティングした後、熱処理して基体上にチタニア薄膜を形成させる方法が記載されている。
【0006】
以上のように、光触媒粒子を基体上に接着させる種々の方法が提案されているが、接着方法が特殊な手段であったり、あるいは長時間の使用での接着剤や基体の劣化による接着強度の低下によって触媒粒子が脱落したり、光触媒機能が低下するなど、固定化に伴う問題点は多い。
【0007】
一方、特開平7−108175号公報においては、光触媒粒子を接着させるのではなく、光触媒を通気性シートに内包させる方法が記載されている。しかしこの方法では、光触媒を内包させる構造であるため、触媒の機能を十分に生かせないとか、あるいは使用方法が限定される等の問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はNOxや悪臭物質の分解除去、汚染河川や湖沼の清浄化など、空気と水の浄化に用いられる光触媒体において、前述したような光触媒粒子の固定化に伴う問題点のない光触媒体を提供することにあり、光触媒体として、光触媒機能を有するチタニア繊維を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、光触媒粒子の固定化に伴う問題点を解決するために、固定化をする必要がなく、それ自身が光触媒機能を有する物質を見出すべく鋭意検討した結果、特定の物性を有するチタニア繊維がかかる要件を全て満足することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、本発明はBET比表面積が10m2 /g以上であるチタニア繊維よりなる光触媒体を提供するにある。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の光触媒体に用いるチタニア繊維は、そのBET比表面積が約10m2 /g以上、より好ましくは約30m2 /g〜300m2 /g、繊維径は約3μm〜約100μm、好ましくは約5μm〜約50μmである。
BET比表面積が10m2 /gよりも小さい場合、光触媒活性が十分でなく、実用的ではない。
【0012】
また該チタニア繊維はその結晶形態は特に制限されないが、アナターゼの結晶形を有するものが好ましい。ルチル形では光触媒機能はあるものの、その活性はアナターゼ形に比べて低いものである。
【0013】
チタニア繊維は連続繊維であることが好ましい。ウィスカーや短繊維は光触媒体として使用する際には固定化が必要であるが、連続繊維の場合にはストランドやヤーンの形態に、或いは織物等の形態に加工して使用することができるため、実際に空気中や水中で光触媒体として利用することが容易になる。加工の際、チタニア繊維の単繊維の引っ張り強度は、1GPa程度あれば十分である。
【0014】
また該チタニア繊維には、シリカが約1重量%〜約50重量%含有されるものが好ましい。シリカ成分は光触媒機能には無関係であるが、チタニア繊維中にシリカ成分が含有されているとアナターゼの結晶構造を安定化させ、かつ繊維を構成する一次粒子の粒成長を抑制する効果があるために、光触媒として適当な一次粒子径を実現できるからである。
【0015】
シリカの含有量は、より好ましくは約5重量%〜約30重量%である。シリカの含有量は50重量%を越えるとシリカ成分が光触媒機能に無関係であるため、結果的にチタニア繊維の光触媒性能を損なうことになる。
【0016】
本発明のチタニア繊維は公知の方法によって製造できる。例えば、特開昭49−124336号公報、特開昭60−215815号公報に記載されているように、ポリメタロキサン(ポリチタノキサン)を含む紡糸液を、紡糸して焼成することによって、チタニア繊維を得ることができる。また、特開昭62−223323号公報に記載されているゾルーゲル法によるチタニア繊維であってもよい。
【0017】
本発明のチタニア繊維よりなる光触媒体は、それ自身が光触媒能を有する光触媒体である。従って、光触媒粒子を基体上に固定化する等の方法が不要であり、繊維自身を触媒体として用いることができる。
【0018】
本発明のチタニア繊維よりなる光触媒体を、空気中に光が照射されるように設置すれば、それだけで空気中のNOxや悪臭成分を分解除去することができる。また、水中において光が照射されるように設置すれば、それだけで水中の有機溶剤や農薬、界面活性剤などの環境汚染物質の分解除去を行うことができる。
【0019】
また、本発明の光触媒体であるチタニア繊維が連続繊維の場合にはストランドやヤーンに加工し、あるいは織物に加工して、例えばフィルターのようにして使用すれば、効率よく、空気中、水中の有害物質を分解除去することが容易にできる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例により制限されるものではない。
尚、本実施例に於いてチタニア繊維の製造および光触媒機能の測定は以下の方法により実施した。
【0021】
チタニア繊維の製造
チタンテトライソプロポキシド1モルをテトラヒドロフランに溶解させ、1.5モルの水で部分加水分解してポリチタノキサンを得た。これにテトラエトキシシランの部分加水分解物であるエチルシリケートを加えた後、濃縮して紡糸液を調製した。該紡糸液を孔径50μmの紡糸口金より押し出して前駆体連続繊維を得、加湿雰囲気下で処理した後、焼成してチタニア連続繊維を得た。
【0022】
光触媒機能の測定
密閉式のパイレックス製ガラス反応容器(直径15cm×長さ28cm、容量約5リットル)内に、直径6cmのガラス製シャーレを設置し、そのシャーレ上にサンプルを置いた。NO標準ガス(住友精化製:窒素バランス、NO濃度23.03ppm)を封入し、NOxの経時変化をNOxガス検知管(ガステック社製:11L)を用いて定量評価した。光源には、20Wブラックライトを2本使用し、照射時にサンプル表面における紫外線強度が2mW/cm2 となるように調整した。
【0023】
実施例1
結晶形がアナターゼであり、シリカ含有量が15重量%であり、BET比表面積が116m2 /gである、チタニア連続繊維(単繊維径30μm、長さ1m以上)を、0.175g秤量し、直径6cmのガラス製シャーレの上に繊維を広げて設置し、NO標準ガスを反応容器内に導入した。NOガスの初期濃度は15.2ppmであった。
続いてブラックライトを照射し、NOの光分解を開始した。30分後のNOx濃度は5.6ppmであり、60分後は、0.6ppmにまで減少していた。
【0024】
比較例1
結晶形がアナターゼであり、シリカ含有量が15重量%であり、BET比表面積が0.1m2 /gである、チタニア連続繊維(単繊維径24μm、長さ1m以上)を用いて、初期NOガス濃度を14.9ppmにしたこと以外は、実施例1と同様にして実験した。
ブラックライト照射後のNOx濃度は、60分後で、13.5ppm、180分後で10.2ppmであった。
【0025】
比較例2
ブラックライトを照射せず、NOの初期濃度が17.5ppmであること以外は、実施例1と同様に実験した。NOx濃度は、60分後で13.5ppm、780分後で7.3ppmであった。
【0026】
比較例3
比較のため、光触媒能があると報告されている、酸化チタン粒子を用いた。用いた酸化チタン粒子は、結晶形がアナターゼであり、BET比表面積は320m2 /gであった。該粉末0.2gを、実施例1と同様に直径6cmのガラス製シャーレ上に広げて設置し、NO標準ガスを導入した。初期濃度は15.8ppmであった。
続いてブラックライトを照射したところ、20分後のNOx濃度は、12.2ppm、60分後で、5.6ppm、80分後で、1.8ppmであった。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のチタニア繊維よりなる光触媒体はNOxや悪臭物質の分解除去、汚染河川や湖沼の清浄化など、空気と水の浄化に用いられる光触媒体であって、それ自身が光触媒能を有する光触媒体である。従って、光触媒粒子を基体上に固定化する等の方法を採用することなく、繊維自身を触媒体として用いることができるものであり、空気中に光が照射されるように設置すれば、それだけで空気中のNOxや悪臭成分を分解除去することができ、また、水中において光が照射されるように設置すれば、それだけで水中の有機溶剤や農薬、界面活性剤などの環境汚染物質の分解除去を行うことができる。また、チタニア繊維が連続繊維の場合にはストランドやヤーンに加工し、あるいは織物に加工して、例えばフィルターのようにして使用すれば、効率よく、空気中、水中の有害物質を分解除去することが容易にできるものであり、その産業上の利用価値は頗る大きいものである。
Claims (4)
- BET比表面積が10m2/g以上であり、アナターゼの結晶形を有するチタニア繊維よりなる光触媒体。
- チタニア繊維が連続繊維であることを特徴とする請求項1に記載の光触媒体。
- 長さ1m以上の連続繊維である請求項2に記載の光触媒体。
- シリカを1重量%〜50重量%含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の光触媒体。
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