JP3884104B2

JP3884104B2 - 光触媒体とその製造方法

Info

Publication number: JP3884104B2
Application number: JP20530596A
Authority: JP
Inventors: 竜司増田; 孝一川島
Original assignee: Nippon Muki Co Ltd
Current assignee: Nippon Muki Co Ltd
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JPH1028867A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒を被覆した無機質繊維の成形体とその製造方法に関する。さらに詳しくは、乾燥、焼成の前に賦形処理を行うことにより高い形状保持性を有し、さらに高い反応性を有しかつ比較的軽量な光触媒体とその製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光触媒を被覆した成形体としては、酸化物焼結体によって、粒状、板状、筒状あるいはハニカム状などにしたもの（特開平６−１７８９３５号公報）が知られている。また、粒状、板状、筒状あるいはハニカム状などの形状の定まった基材に光触媒を担持させて光触媒体とする方法も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記酸化物焼結体による方法では、反応物質を含む気体や液体などが接触する有効面積が小さく比較的反応活性が小さい。さらに、形状保持のために重量が比較的大きくなるといった欠点を有していた。
また、各種形状の基材に光触媒を担持させる方法では、その形状は最初の基材形状によって決定されてしまうといった欠点があった。
本発明は、これら従来技術の欠点を解消し、形状保持性が高く、さらに高い反応活性を有し、比較的軽量な光触媒体とその製造方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記欠点を解決するため鋭意研究の結果、酸化物を主成分とした無機質繊維スリーブを、加熱により光触媒になる光触媒前駆体と有機物樹脂とを相溶性のある溶媒に溶解してなる溶液に浸漬したのち任意の形状に整えた後、乾燥、焼成することにより、継目のない成形体として形状保持ができることを見いだし、本発明を完成させた。
即ち請求項１の光触媒体の製造方法は、組成式ＡＯ_xで表される酸化物を主成分とした無機質繊維体からなる基材を、加熱によりＢＯ_yで表される光触媒になる光触媒前駆体と有機物樹脂とを相溶性のある溶媒に溶解してなる溶液に浸漬した後、乾燥、焼成することにより、前記基材にこれとＡ−Ｏ−Ｂなる結合層を介して酸化物を被覆する光触媒体の製造方法であって、前記無機質繊維体として無機質繊維を継目のない筒状に編んだ無機質繊維スリーブを用い、前記溶液に浸漬し、これを任意の形状に整えた後に、乾燥、焼成をすることを特徴とする。
また請求項２記載の光触媒体の製造方法は、前記焼成時の温度を２００〜６００℃の範囲の温度とすることにより、残留有機物を除去し被覆された光触媒の特性を発現させることを特徴とする。
また請求項３記載の光触媒体の製造方法は、前記有機物樹脂を、２００℃以上かつ前記焼成温度以下の分解温度を有する樹脂とすることにより、被覆された光触媒の脱落を小さくすることを特徴とする。
また請求項４記載の光触媒体の製造方法は、前記光触媒を酸化チタンとすることにより、安定な光触媒を得ることを特徴とする。
また請求項５記載の光触媒体の製造方法は、前記基材を酸化珪素を主成分とした無機質繊維体とすることにより、酸化物薄膜と強固な結合を形成することを特徴とする。
また、請求項６記載の光触媒体の製造方法は、筒状の光触媒体とすることにより、内部に光源を配置することができ、効率的に光を照射できるようにすることを特徴とする。
また、請求項７記載の光触媒体は、組成式ＡＯ _x で表される酸化物を主成分とした無機質繊維体からなる基材を、加熱によりＢＯ _y で表される光触媒になる光触媒前駆体と有機物樹脂とを相溶性のある溶媒に溶解してなる溶液に浸漬した後、乾燥、焼成することにより、前記基材にこれとＡ−Ｏ−Ｂなる結合層を介して酸化物を被覆する筒状の光触媒体において、平均繊維径０．１〜２０ミクロンの無機質繊維を継目のない筒状に編んで無機質繊維スリーブとし、これを前記溶液に浸漬して、任意の形状に整えた後に、乾燥、焼成をすることにより前記無機質繊維に触媒成分を担持して筒状に賦形したことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
前記酸化物を主成分とした無機質繊維体としては、無機質繊維スリーブ、即ち、予め管状に編んだ繊維製品を用いる必要があり、この無機質繊維体の内径（ｍｍ）及び単重（ｇ／ｍ）は、いくらのものでも構わないが、取扱い性や酸化物の担持量の関係から、１〜１００ｍｍ、１〜３００ｇ／ｍ、特に１５〜５０ｍｍ、２５〜１３０ｇ／ｍが好ましい。
【０００６】
また、繊維体を構成する無機質繊維の材質は、ガラスやセラミック等、主成分としてＡ＝Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ等の酸化物を有するものであればよい。なかでも酸化物薄膜と強固な結合を形成できる酸化珪素を主成分とした無機質繊維が好ましい。ここでいう、酸化珪素を含む無機質繊維とは、例えば、石英ガラス、高石英ガラス、Ｅガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ａガラス等からなる繊維が挙げられるが、経済性からＥガラス繊維が好ましい。
無機質繊維の平均繊維径は特に限定されるものではないが、製造可能でしかも繊維体に加工するのが容易であることから、０．１〜２０ミクロンが好ましい。
【０００７】
また、加熱により金属酸化物となる前駆体としては、金属アルコキシド、金属塩化物、金属硫化物、金属酢酸塩等が使用できるが、有機物樹脂との相溶性の関係から、アルコール類を相溶性溶媒とする場合は金属アルコキシド、水を相溶性溶媒とする場合は金属塩化物を選択することが好ましい。しかし、前駆体と有機物樹脂が相溶する場合はどの組み合わせを選択してもかまわない。
【０００８】
また、有機物樹脂としてはアクリル系、オレフィン系等が一般的であるが、製造工程中の焼成工程で酸化分解することが必要であるため分解温度が２００℃以上かつ焼成温度以下の樹脂で、さらに該金属酸化物前駆体との相溶性であればよく、モノマーの種類や分子量によって特に限定されるものではない。
【０００９】
このようにして選定された有機物樹脂と金属酸化物前駆体の溶液に、無機質繊維スリーブを浸漬し任意の形状に整えたのち、乾燥する。このとき、任意の形状に整えるために、金属、セラミック、プラスチック、木などの型を用いて成形するとよい。
【００１０】
乾燥温度は相溶性溶媒の沸点により異なるが、４０〜１５０℃の範囲で行うのが好ましい。次に、乾燥膜を焼成することにより、有機物樹脂や金属酸化物の前駆体を構成している有機残基を取り除く。この焼成で金属酸化物前駆体は金属酸化物に変化し、有機物樹脂は酸化分解されＡ−Ｏ−Ｂ結合を有する薄膜が得られる。加えて、薄膜の焼結作用で形状保持が可能となる。
【００１１】
筒状の光触媒は、成形に用いる型を目的の形状に合わせて円筒、角筒あるいは異形筒など筒状体としておき、有機物樹脂と金属酸化物前駆体の溶液に浸漬したスリーブを、この型の外壁にかぶせて成形するか、あるいは内壁に密着させて成形するとよい。
【００１２】
このようにして得られた筒状の光触媒体の内部に光源に配置し光を照射することにより、照射された光が有効に光触媒体に照射される。
【００１３】
このとき用いる光源は、低圧水銀灯や殺菌灯あるいはブラックライト蛍光灯等を用いるとよいが、反応速度を考慮しなければ一般蛍光灯でもかまわない。
【００１４】
【実施例】
次に、より具体的な実施例を説明する。
無機質繊維スリーブ、光触媒の前駆体材料および有機物樹脂などは前記条件を満たしておけば効果は同じである。そこで代表として、無機質繊維スリーブとしてＥガラス繊維スリーブ（主成分ＳｉＯ_２）、金属酸化物の前駆体としてチタンイソプロポキシド、有機物樹脂としてアクリル系樹脂（分解温度３５０℃）および相溶媒としてエチルアルコールの組み合わせを選んで説明する。
【００１５】
（実施例１）
内径４５ｍｍφのＥガラス繊維スリーブを、金属酸化物前駆体であるチタンイソプロポキシド１０ｇとアクリル系樹脂１０ｇをエチルアルコール１８０ｇに溶解した溶液に浸漬した。このスリーブを溶液から取り出し４０ｍｍφのセラミック製丸筒にかぶせた状態で６０℃で１時間乾燥して硬化させたのち、毎分１℃の速度で４５０℃まで昇温し、４５０℃で５時間保持することにより、有機物樹脂を完全に酸化分解し、同時にチタンイソプロポキシドもＴｉＯ₂の酸化物に変化させ、スリーブ中の繊維上にＴｉＯ₂膜を形成し、円筒状の光触媒体を作製した。
【００１６】
このときの形状保持性は良好であった。また、ＴｉＯ₂膜の厚さをＳＥＭで確認したところ約０．３ミクロンであり、強固に付着していた。さらに、この膜についてＥＰＭＡおよびＥＳＣＡにより分析を行ったところ、Ｓｉ−Ｏ−Ｔｉ結合の存在が確認された。
【００１７】
この円筒状光触媒体の内部に、三共電気（株）製殺菌ランプＧＬ２０を１本配置して光を照射し、ここにトリクロロエチレンを含む空気を１リットル／分の速度で通過させ、分解効率を測定した。その結果、初期トリクロロエチレン濃度１０ｐｐｍの空気が、出口では濃度１ｐｐｍ以下となり、光触媒による反応が効率的に進行していることが確認された。
ここで図１は本実施例にしたがって作製された円筒状の光触媒体１の外観図である。また、図２は前記円筒状の光触媒体１の内部に光源２を配置したときのモデル図である。なお、図中３は反応物の流路を示す。
【００１８】
【発明の効果】
このように、本発明による光触媒体は、繊維上にＡ−Ｏ−Ｂ結合を持つ層を有した薄膜を形成することにより形状保持性に優れており、さらに比較的軽量で、継目のない光触媒成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光触媒体の一例を示したもので、円筒状のものである。
【図２】本発明の光触媒体の使用方法の一例を示したもので、円筒状の光触媒体の内部に光源を配置したものである。
【符号の説明】
１円筒状の光触媒体
２光源
３反応物の流路

Claims

組成式ＡＯ_xで表される酸化物を主成分とした無機質繊維体からなる基材を、加熱によりＢＯ_yで表される光触媒になる光触媒前駆体と有機物樹脂とを相溶性のある溶媒に溶解してなる溶液に浸漬した後、乾燥、焼成することにより、前記基材にこれとＡ−Ｏ−Ｂなる結合層を介して酸化物を被覆する光触媒体の製造方法であって、前記無機質繊維体として無機質繊維を継目のない筒状に編んだ無機質繊維スリーブを用い、前記溶液に浸漬し、これを任意の形状に整えた後に、乾燥、焼成をすることを特徴とする光触媒体の製造方法。
前記焼成時の温度が２００〜６００℃の範囲の温度であることを特徴とする請求項１記載の光触媒体の製造方法。
前記有機物樹脂が、２００℃以上かつ前記焼成温度以下の分解温度を有する樹脂であることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の光触媒体の製造方法。
前記光触媒は酸化チタンであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光触媒体の製造方法。
前記基材が酸化珪素を主成分とする無機質繊維体であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光触媒体の製造方法。
前記光触媒体の形状が、筒状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の光触媒体の製造方法。
組成式ＡＯ _x で表される酸化物を主成分とした無機質繊維体からなる基材を、加熱によりＢＯ _y で表される光触媒になる光触媒前駆体と有機物樹脂とを相溶性のある溶媒に溶解してなる溶液に浸漬した後、乾燥、焼成することにより、前記基材にこれとＡ−Ｏ−Ｂなる結合層を介して酸化物を被覆する筒状の光触媒体において、平均繊維径０．１〜２０ミクロンの無機質繊維を継目のない筒状に編んで無機質繊維スリーブとし、これを前記溶液に浸漬して、任意の形状に整えた後に、乾燥、焼成をすることにより前記無機質繊維に触媒成分を担持して筒状に賦形したことを特徴とする光触媒体。