JP4182209B2 - 微細セル磁器質構造体、磁器質フィルター、光触媒磁器質フィルターとその製造方法、及び浄化装置 - Google Patents

微細セル磁器質構造体、磁器質フィルター、光触媒磁器質フィルターとその製造方法、及び浄化装置 Download PDF

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Description

本発明は、高温酸化雰囲気で使用可能な微細セル磁器質構造体、磁器質フィルターとその製造方法、高効率の光触媒作用が得られる光触媒磁器質フィルターとその製造方法、及びNOx等の有害物を含む汚染空気の浄化や汚染水の清浄化等を高効率に行うことができる浄化装置に関するものである。
従来、高温、酸化雰囲気等の厳しい環境で使用できる素材は、ステンレスや貴金属、セラミック等に代表されるように高価で重量の嵩む材料が多い。このため、例えば、高温、酸化作用を有する流れの中に置かれ、長時間にわたって処理を行える安価で軽量のフィルターは少ないのが現状である。今のところ、こうした材料として、耐酸性、耐熱性の特性を有し、表面積が大きいセラミックハニカムや3次元セラミックフォームフィルター(以下、3次元セラミックフィルター)等が知られている。例えば、従来ブリジストン株式会社から販売されている鋳鉄用セラミックフォームフィルターもその1つである。これは、スポンジを炭化ケイ素粉末スラリーに含浸後、余剰スラリーの除去を行った後、乾燥、焼成して多孔質炭化ケイ素構造体として作成したものである。その物性値は、公称では、気孔率は約85%、かさ密度約0.42g/cm3となっている。すなわち、この3次元セラミックフィルターは従来の素材と比較すると格段に軽量である。
また、同社では、コーディエライトとアルミナのブレンドタイプの酸化物系3次元セラミックフィルターも開発している(特許文献1参照)。特許文献1の3次元セラミックフィルターは、コーディエライト50重量部とアルミナ50重量部の粉末原料にシリカゾルと水が2対1からなる液体原料を加え、セラミックス泥漿を作成し、この泥漿を軟質ウレタンフォームに含浸、乾燥を所定の比重になるまで繰り返したのち、約1350℃で焼成して製造する。その空隙率(気孔率)は75〜95%である。
ところで、このほかにさらに汚染の進行が加わる環境もある。このような環境では、酸化チタンを被覆するなどして汚染物質を分解することが行われている。すなわち、酸化チタンは、太陽や蛍光灯などの光、とくに紫外線による光触媒作用でその表面に強力な酸化力が生まれ、接触している有機化合物や細菌などの有害な汚染物質を除去することができる(例えば、特許文献2参照)。しかし、酸化チタンは粉末状であって、そのままの状態で使用すると気体や流体中に拡散してしまうため、粉末を固定化して使用する必要がある。このとき、この粉末を固定化する担持体の構造、素材によって汚染物質と酸化チタンが接触する確率が左右されるため、光が酸化チタンに届かない場合には光触媒作用は得られない。
例えば、上述した3次元セラミックフィルターは、架橋部のセラミックスが透光性を有さず、また、セラミックスの粉末を焼結法で作製するため、スポンジ状骨格の架橋部分をある程度肉厚にしないと強度的に弱くなる。強度を上げるために肉厚にすると、余剰セラミックスがセルとなる部分の目を塞ぎ、流れも光も遮断してしまうし、スポンジ状骨格の架橋太さも太くなる。これらのことから、上述した3次元セラミックフィルターの透光性は低くならざるを得ず、酸化チタンの担持体には不向きである。
従来こうしたことから、特許文献1に記載されているような各種形状の基板、あるいは、膜状体、ガラスビーズ、シリカゲル、ステンレスウール等、様々のものが提案された。本発明者の一人も、微細中空ガラス球状体に酸化チタンを被覆したフィルター素材を発明し、これを使った浄化装置を提案した(特許文献3参照)。図示はしないが、この浄化装置は光源と外套管との間の空隙に上述の酸化チタンを被覆した多数の微細中空ガラス球状体を充填したものであり、簡単な構成で、組み立ても容易であり、しかも二次公害のおそれなしに、汚染流体を浄化しうるものであった。しかし、このような微細中空ガラス球状体では紫外線が充填空間内部まで届きにくく、さらに透光性に優れたフィルター素材の開発が望まれた。
そこで、本発明者らは、シリコンと炭化ケイ素からなる気孔率85%以上のスポンジ状多孔質構造体を、酸化チタンを含有または生成する溶液に浸漬し、乾燥した後、酸化雰囲気下において100〜800℃で焼成することにより酸化チタン皮膜を形成した3次元微細セル構造光触媒フィルターと、この3次元微細セル構造光触媒フィルターを使い、透光域から光を照射したり、リング状にして内部に流体を流し、リング中心部の空隙内の光源から光を照射する方法を提案した(特願2003−118073号)。
なお、このほかの技術として、三次元網目構造を有するセラミック多孔体の表面に平均粒径が1μm〜100μmの表層用セラミック粒子によって形成した凹凸表面層を有してなるとともに、凹凸表面層に光触媒を担持させてなる光触媒フィルターも開発されている(特許文献4参照)。これは、セラミック微粉末(アルミナ微粉末)、タルク、木節粘土、水、分散剤を加え、ポットミル粉砕・混合後、有機バインダーを添加し、更に長時間の攪拌を行ってアルミナ微粉末を含む泥漿とし、この泥漿に、三次元網目構造を有する有機多孔体であるウレタンフォームを投入、ウレタンフォームの表面に泥漿を馴染ませた後に、余分に付着した泥漿をローラーで押出すことにより除去し、次いで、上記ウレタンフォームの空隙に詰まった泥漿を、スプレーを用いて吹き飛ばすことにより目詰まりを解消し、次いで、上記ウレタンフォームに付着した泥漿に、篩を用いて表層用セラミック粒子(アルミナ粒子)を振り掛けることにより均一に付着させ、次いで、余分なアルミナ粒子を払い落として、オーブン中で乾燥させ、その後、1600℃、1時間の焼成を行うことにより、上記ウレタンフォームを焼失させるとともに、上記アルミナ微粉末とアルミナ粒子を焼結させ、これにより、三次元網目構造を有するセラミック多孔体の表面に上記アルミナ粒子からなる凹凸表面層を形成するものである。
特公昭57−35048号公報 特許第2883761号公報 特開2001−179246号公報 特開2001−38218号公報
上述したように本発明者の一人が提案した特許文献3の浄化装置は、画期的ではあったが、光触媒の作用効果を最大限まで引き出したとまではいえないものであった。また、従来の3次元セラミックフィルターは、焼結法で作製するためある程度肉厚が必要で、スポンジ状骨格の架橋太さの平均(骨部分の太さの平均値)が太くなって気孔率が低くなる上に、余剰スラリーが残ってセルとなる部分の目を塞ぎ、流れを遮断し、内部に十分光が通らないものであった。そして従来の3次元セラミックフィルターでは、光を透過させることは想定外のことである。
また、先に提案した3次元微細セル構造光触媒フィルターとそれを用いた浄化装置は、可視光応答型3次元微細セル構造光触媒フィルターとして画期的であるが、3次元微細セル構造フィルターは、スポンジ状骨格を有する高分子化合物、糸または紙類の原型構造体に、炭素源としてのフェノール樹脂及びシリコン粉末をエタノールと混合したスラリーに浸し、過剰のスラリーを除去した後、アルゴン雰囲気下で焼成して炭素化した後、この炭素化したスポンジを真空中で昇温して反応焼結させるとともにシリコンを溶融含浸させることにより製造するため、製造工程が複雑で、ガス置換が可能な、また真空炉等の特殊な加熱炉を必要とするため、高価になるものであった。
さらに、特許文献1の3次元セラミックフィルターの製造方法は、泥漿の調整方法や繰り返し含浸工程が複雑であり、同様に、特許文献4のセラミック多孔体の製造方法も、泥漿の調整方法が複雑で、バインダーも必要で、焼成前までに行う工程が複雑であった。
そこで本発明は、製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体、磁器質フィルター及び光触媒磁器質フィルターを提供することを目的とする。
また、本発明は、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、1300℃以下の酸化雰囲気で製造でき、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体の製造方法と光触媒磁器質フィルターの製造方法を提供することを目的とする。
また本発明は、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる浄化装置を提供することを目的とする。
上記目的を解決するため本発明の微細セル磁器質構造体は、磁器素地粉体を焼結することにより形成されたガラスを主成分とする半透明の磁器質のスポンジ状骨格を備え、該骨格の架橋太さの平均が1mm以下で気孔率が95%以上、且つ光透過率が8.5%/10mm〜10.0%/10mmの微細セル磁器質構造体であって、スポンジ状骨格が、焼失可能な原型構造体に磁器素地粉体を含む陶土スラリーを含浸させて900℃〜1300℃で焼結した構造を有し、磁器質のガラスマトリックスにはムライト、石英の微粒子が点在することを主要な特徴とする。
本発明によれば、通常の加熱炉を用いることができ製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体、磁器質フィルター及び光触媒磁器質フィルターを提供できる。そして、この磁器質フィルターや光触媒磁器質フィルターを使用することにより、製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量な浄化装置を実現できるし、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる浄化装置を提供することができる。
また、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、1300℃以下の酸化雰囲気で製造でき、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体の製造方法と光触媒磁器質フィルターの製造方法を提供できる。
本発明の実施のための第1の形態は、磁器素地粉体を焼結することにより形成されたガラスを主成分とする半透明の磁器質のスポンジ状骨格を備え、該骨格の架橋太さの平均が1mm以下で気孔率が95%以上、且つ光透過率が8.5%/10mm〜10.0%/10mmの微細セル磁器質構造体であって、スポンジ状骨格が、焼失可能な原型構造体に磁器素地粉体を含む陶土スラリーを含浸させて900℃〜1300℃で焼結した構造を有し、磁器質のガラスマトリックスにはムライト、石英の微粒子が点在する微細セル磁器質構造体であり、磁器質の架橋により微細セルが多数繋がった構成のスポンジ状骨格を容易に製造することができ、架橋部(3次元の網目状の骨格)の磁器質素材が半透明であるため構造全体の透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量の微細セル磁器質構造体を提供できる。900℃より低い温度では脆くなるが、900℃以上で焼結するため磁器質の架橋1本の強度は低いが、スポンジ状骨格全体で大きな強度が得られる。1300℃以下であるため通常の加熱炉が使用できる。
本発明の実施のための第2の形態は、第1の形態に加えて、スポンジ状骨格が、磁器原料を粉砕した平均粒径5μm〜20μm、最大粒径100μmの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを原型構造体に含浸させて焼結してなる構造を備えている微細セル磁器質構造体であり、スラリーの調製が容易で、表面粗さの管理ができ、架橋を細くしても強度が強く、高気孔率の半透明のスポンジ状骨格にすることができる。
本発明の実施のための第3の形態は、流れの中に置かれたときに異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が第1または2の形態の微細セル磁器質構造体から構成された磁器質フィルターであり、製造が容易で、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量の微細セル磁器質構造体を提供できる。スラリーの調製が容易で、架橋を細くしても強度が強く、高気孔率の半透明の磁器質フィルターにすることができる。
本発明の実施のための第4の形態は、流れの中に置かれたとき異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が第1または第2の形態の微細セル磁器質構造体から構成され、かつ、微細セル磁器質構造体の表面に酸化チタン被覆された光触媒磁器質フィルターであり、製造が容易で、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量の微細セル磁器質構造体を提供できる。スラリーの調製が容易で、酸化チタンの被覆に好適な表面粗さとすることができ、架橋を細くしても強度が強く、高気孔率の半透明の光触媒磁器質フィルターにすることができる。
本発明の実施のための第5の形態は、両端に流体導入口と流体出口が設けられるとともに外部に紫外線を透過できる透光域が設けられた容器と、容器の内部に収容された光触媒フィルターとを備え、透光域から受光した紫外線により光触媒フィルターが流体導入口から流入した流体を浄化して流体出口から排出する浄化装置であって、光触媒フィルターが、第4の形態の光触媒磁器質フィルターを平板状に形成したフィルターユニットで構成された浄化装置であり、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる。透光域(外表面の一部となる透光窓とするのでも、外表面全体を透光域とするのでもよい)を設け、透光域に透明なガラスや樹脂製板が設けられるため、流体を流すことができるとともに紫外線を透過することができる。平板状のフィルターユニットを重ねて利用するため、内部にまで光が届くとともに、整形と組み立てが容易であり、低コストで汚染物質を含むガスや液体に対して高効率の光触媒作用が得られる浄化装置を提供できる。
本発明の実施のための第6の形態は、流体導入口と流体出口とが両端に設けられた容器と、容器の内部に収容され内部に円筒状空隙が設けられたリング状光触媒フィルターと、円筒状空隙内に設けられ紫外線をリング状光触媒フィルターの内面に照射できる光源を備え、光源から照射された紫外線によりリング状光触媒フィルターが流体導入口から流入した流体を浄化して流体出口から排出する浄化装置であって、リング状光触媒フィルターが、第4の形態の光触媒磁器質フィルターをリング状に形成したフィルターユニットで構成された浄化装置であり、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる。汚染物質を含むガスや液体に対しては高効率の光触媒作用が得られる浄化装置とすることができる。流体導入口と流体出口とが両端に設けられた容器内にリング状のフィルターユニットを設置するから、組み立てが容易であり、リング状のフィルターユニット内部の円筒状空隙に直接または内管を介してブラックライトや殺菌灯、さらには蛍光灯を配置することにより、容易にこの浄化装置を提供できる。
本発明の実施のための第7の形態は、気孔率が95%以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が1mm以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径5μm〜20μm、最大粒径100μmの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下900℃〜1300℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成する微細セル磁器質構造体の製造方法であり、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、1300℃以下の酸化雰囲気で製造でき、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量な微細セル磁器質構造体を製造できる。
本発明の実施のための第8の形態は、第7の形態に加えて、原型構造体が、焼失可能な高分子化合物から構成される微細セル磁器質構造体の製造方法であり、原型構造体を作製するのが容易で、陶土スラリーが含浸し易くなる。
本発明の実施のための第9の形態は、気孔率が95%以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が1mm以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径5μm〜20μm、最大粒径100μmの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下900℃〜1300℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成し、このスポンジ状骨格の表面に酸化チタンを被覆する光触媒磁器質フィルターの製造方法であり、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、1300℃以下の酸化雰囲気で製造でき、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、酸化チタンで被覆し易く、安価、軽量な微細セル磁器質構造体を製造できる。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の浄化装置について図1(a)(b)に基づいて説明する。図1(a)は本発明の実施の形態1における透光窓を備えた浄化装置の断面図、図1(b)は本発明の実施の形態1における内部光源を備えた浄化装置の断面図である。
図1(a)において、1は樹脂等で形成された平板状の容器、1aは流体導入口、1bは流体出口、2は骨格の架橋太さの平均が1mm以下、気孔率が95%以上で、光透過率が8.5%/10mm〜10.0%/10mm、表面に酸化チタンが被覆された光触媒磁器質フィルターである。この光触媒磁器質フィルター2は、5mm〜30mm、できれば5mm〜20mm厚さの平板状のフィルターユニットから構成し、図1(a)に示すように積層して容器1内に収容される。3は平板状の容器1の正面に設けられた透明なガラスや樹脂製板等の透光窓(本発明の透光域)である。なお、実施の形態1の浄化装置は物理的な濾過を行わず、流体導入口1aの上流に物理的なフィルター要素が置かれている(図示しない)。
流体導入口1aから導入された流体は容器1内に入り、透光窓3を透過した外部からの紫外線等によって、高効率の光触媒作用を行って、流体出口1bから流出するものである。平板状のフィルターユニットを重ねて利用するため、内部にまで光が届くとともに、整形と組み立てが容易である。
次に、図1(a)の浄化装置は平板状で透光窓から紫外線を照射するものであったが、図1(b)の浄化装置は内部に光源を設けたものである。図1(b)において、4は円筒状の容器、4aは流体導入口、4bは流体出口、5はリング状光触媒磁器質フィルターである。光触媒磁器質フィルター5は内径20mm〜40mm、外径50mm〜80mm、高さ20mm〜30mmのリング状のフィルターユニットで、図1(b)に示すように積層して容器1内に収容される。6はブラックライトや殺菌灯、蛍光灯等の光源、7は透光性のあるガラスや樹脂等の内管、8は流体導入口1aのリング状光触媒磁器質フィルター5への入口と、流体出口4bのリング状光触媒磁器質フィルター5からの出口に設けられた物理的フィルターである。
流体導入口1aから導入された流体は容器1内に入り、光源6からの紫外線等によって、高効率の光触媒作用を行って、流体出口1bから流出するものである。コンパクトな構成であり、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
図2は本発明の実施例1における微細セル磁器質構造体がガラスを主成分とし、ガラスマトリックスの中にムライト、石英、クリストバライト微粒子が点在することを示すX線回折図である。
実施例1は、10mm×50mm×50mmの板状の形態を有し、スポンジ状骨格の架橋太さの平均が約0.2mm、セル数の平均が約13個/25mmのポリウレタン製のスポンジ状原型構造体に対して、石英の含有割合が約50wt%、カオリン鉱物の含有割合が約25wt%、セリサイトの含有割合が約25wt%、平均粒径が約10μmの磁器素地粉体100重量部に93重量部の水を添加したスラリーに浸漬した後、過剰のスラリーを絞って除去し、大気中で昇温速度10℃/分で1300℃まで昇温し、1時間保持した後、室温まで冷却した。なお、磁器質自体の透光性を上げるためには、磁器原料ごとに具体的に、平均粒径5μm〜20μm(最大粒径100μm)から選び、且つ100重量部に対して70重量部〜130重量部の水を添加し濃度調整して確認するのがよい。気孔率のコントロールに関しては、スポンジ状原型構造体の材料、架橋太さの平均値、セル数の平均値を選択して原型構造体の気孔率を95%以上にし、磁器素地粉体の材料と粒度、スラリー濃度を選択し、さらに熱処理温度を900℃〜1300℃で調整することにより、焼結後の微細セル磁器質構造体の気孔率を原型構造体の気孔率より高いか、あるいはそれを維持する95%以上の気孔率にすることができる。なお、焼結後98%以上の気孔率だと実用上の強度が不足してしまうので避けるのがよい。
(表1)は本発明の骨格の架橋太さの平均が1mm以下のスポンジ状骨格を有する微細セル磁器質構造体と比較例試料のかさ密度、気孔率、365nm光透過率である。この微細セル磁器質構造体は微細セル構造磁器質フィルターとして使用できるものである。なお、比較例1は、ブリジストン株式会社から販売されている鋳鉄用セラミックフォームフィルター#13、比較例2は、特許文献1記載の3次元微細セル構造光触媒フィルターである。比較例1,2はいずれも、セル数が約13個/25mmで、10mm×50mm×50mmの板状構造を有しているものである。
Figure 0004182209
こうして得た実施例1の微細セル磁器質構造体は、微細セル構造磁器質フィルターとしてガスや水を通しても破壊しない0.365kg/cm2の強度を有し、磁器質で9mm×44mm×44mmの板状であって、(表1)に示すようにかさ密度0.087g/cm3、気孔率96.7%である。光透過率は9mmの厚さ方向に透過して換算した。また、図2(a)は長波長CuKαを使ったこの骨格のX線回折図であるが、この図2(a)に示すように、この骨格はガラスを主成分として、ガラスマトリックスの中にムライト、石英、クリストバライト微粒子が点在している構造であるため、8.5%/10mm〜10.0%/10mmの光透過率を有していると考えられる。なお、図2(b)は比較のためのガラスのX線回折図である。磁器材料を選べば、さらに透光性を向上させることができる。
実施例2は、実施例1の微細セル磁器質構造体を、光触媒用酸化チタンコーティング剤、テイカ株式会社の商品名「TKC−303」の溶液に浸漬し、乾燥した後、大気中等の酸化雰囲気において昇温速度10℃/分で400℃まで昇温し、1時間保持した後、室温まで冷却した酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体であり、光触媒フィルターとして使用する光触媒磁器質フィルターである。
実施例1の微細セル磁器質構造体は、上述したように、9mm×44mm×44mmの板状形態を有し、ポリウレタン製のスポンジ状原型構造体の形態とほぼ同一形態を保持しており、架橋太さの平均も約0.2mmでほぼ同一であるが、酸化チタンは0.141g付着した。
(表2)は、骨格の架橋太さの平均が1mm以下のスポンジ状骨格を有する微細セル構造磁器質光触媒フィルターと比較例試料の比較表で、試料寸法、試料重量、酸化チタン被覆量で比較している。なお、ここで比較例3は、実施例2と同様に、ブリジストン株式会社から販売されている鋳鉄用セラミックフォームフィルター#13を光触媒用酸化チタンコーティング剤、テイカ株式会社の商品名「TKC−303」の溶液に浸漬し、乾燥した後、大気中等の酸化雰囲気において昇温速度10℃/分で400℃まで昇温し、1時間保持した後、室温まで冷却したものである。比較例4は、特許文献1記載の3次元微細セル構造光触媒フィルターである。
Figure 0004182209
次いで、酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体の光触媒効果の比較を行うため、この酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体を密閉容器中に入れ、複数の波長の光を照射し、1〜5ppmのNOxガスを含む空気を500ml/分で通過させて、NOxガス濃度を測定した。NOxガス濃度の低下が大きいものほど、酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体の光触媒効果が大きいことを示す。(表3)は殺菌灯(254nm)を照射したときのNOx分解に基づく酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体の光触媒作用の比較表、(表4)はブラックライト(365nm)を照射したときのNOx分解に基づく酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体の光触媒作用の比較表である。
Figure 0004182209
Figure 0004182209
また、図3(a)(b)は(表3)(表4)を図示したもので、図3(a)は本発明の実施例2における酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体のNOx分解に基づく光触媒作用の第1説明図、図3(b)は本発明の実施例2における酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体のNOx分解に基づく光触媒作用の第2説明図である。なお、(表3)、(表4)の中で、「実施例2」と記載しているのが実施例2の酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体、「比較例3」と記載しているのが実施例2の比較例3、「比較例4」と記載しているのが実施例2の比較例4の3次元微細セル構造光触媒フィルターを示している。測定は、各実施例のおいて最強波長254nmの紫外線(殺菌灯)、最強波長365nmの紫外線(ブラックライト)をそれぞれ照射することで行っている。
試料寸法が9mm×44mm×44mmと小さいにも係わらず、(表3)に示すように高濃度になっても、波長254nmの紫外線では、入口濃度5.08ppmで出口濃度3.46ppmになり、大きな光触媒効果が認められた。波長365nmの紫外線では、(表4)に示すように入口濃度4.97ppmで出口濃度2.65ppmとなり、顕著な光触媒効果が認められた。
図3(a)は(表3)の測定における光触媒効果、図3(b)は(表4)の測定における光触媒効果を示している。両図を比較すると、波長365nmの紫外線が波長254nmの紫外線より光触媒効果は大きくなっているのが分かる。
また(表2)によれば、実施例2と比べて、比較例3が酸化チタンの付着量は多いにもかかわらず光触媒作用が劣っている。これは、本発明の酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体が透光性によってきわめて高効率の光触媒作を奏することを示している。
実施例3は、実施例2と同じ条件で酸化チタンを被覆した酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体を、図1(b)に示す浄化装置で動作させるために加工し、浄化装置内に収容して測定したものである。まず、微細セル磁器質構造体の形状を内径約30mm、外径約65mm、高さ約25mmのリング状のフィルターユニットに加工し、これを14枚積層して約350mmにした。このリング状のフィルターユニットの積層体を光触媒磁器質フィルターとして、両端に流体導入口と流体出口が設けられた内径65mmの外套管と、内部に光源が配設され、透光構造に形成された外径30mmの内管(石英管)からなる長さ約450mmの二重管から構成された浄化装置内に収容した。
光源として、ブラックライト(最強波長365nm)、殺菌灯(最強波長254nm)を用いた。1ppm〜16ppmのNOxガスを含む空気をこの浄化装置に通過させて、NOxガス濃度を測定した。(表5)は500ml/分で通過させたときのこの浄化装置によるNOxガスの測定値であり、(表6)は1000ml/分で通過させたときのこの浄化装置によるNOxガスの測定値であり、図3(a)は(表5)を図示したもので、本発明の実施例3における光触媒磁器質フィルターを含む浄化装置に空気流量500ml/minで汚染空気を通過させたときのNOx分解に基づく光触媒作用の第3説明図であり、図3(b)は(表6)を図示したもので、本発明の実施例3における光触媒磁器質フィルターを含む浄化装置に空気流量1000ml/minで汚染空気を通過させたときのNOx分解に基づく光触媒作用の第4説明図である。
Figure 0004182209
Figure 0004182209
500ml/分で通過させた時は、殺菌灯(波長254nm)では、15.25ppmのNOxガスが1回の処理で1ppm以下になり、ブラックライト(波長365nm)では、10.56ppmのNOxガスも1回の処理で1ppm以下になる。1000ml/分で通過させた時は、殺菌灯(波長254nm)では、5.24ppmのNOxガスが1回の処理で約1ppmになる。このように実施例2のスポンジ状多孔質構造体からなる3次元微細セル構造光触媒フィルターは、ブラックライトでも、殺菌灯でも、大きな光触媒効果を示すことが分かる。
本発明の微細セル磁器質構造体は、製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量であるため磁器質フィルターや建材に最適であり、酸化チタンを被覆すると汚染物質を分解できる光触媒磁器質フィルター及びそれを内蔵した浄化装置に適用できる。光触媒磁器質フィルターも汚染物質を分解できる建材として用いることができる。
(a)本発明の実施の形態1における透光窓を備えた浄化装置の断面図、(b)本発明の実施の形態1における内部光源を備えた浄化装置の断面図 本発明の実施例1における微細セル磁器質構造体がガラスを主成分とし、ガラスマトリックスの中にムライト、石英、クリストバライト微粒子が点在することを示すX線回折図 (a)本発明の実施例2における酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体の殺菌灯を照射したときのNOx分解に基づく光触媒作用の第1説明図、(b)本発明の実施例2における酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体のブラックライトを照射したときのNOx分解に基づく光触媒作用の第2説明図 (a)本発明の実施例3における光触媒磁器質フィルターを含む浄化装置に空気流量500ml/minで汚染空気を通過させたときのNOx分解に基づく光触媒作用の第3説明図、(b)本発明の実施例3における光触媒磁器質フィルターを含む浄化装置に空気流量1000ml/minで汚染空気を通過させたときのNOx分解に基づく光触媒作用の第4説明図
符号の説明
1,4 容器
1a,4a 流体導入口
1b,4b 流体出口
2 光触媒磁器質フィルター
3 透光窓
5 リング状光触媒磁器質フィルター
6 光源
7 内管
8 物理的フィルター

Claims (9)

  1. 磁器素地粉体を焼結することにより形成されたガラスを主成分とする半透明の磁器質のスポンジ状骨格を備え、該骨格の架橋太さの平均が1mm以下で気孔率が95%以上、且つ光透過率が8.5%/10mm〜10.0%/10mmの微細セル磁器質構造体であって、前記スポンジ状骨格が、焼失可能な原型構造体に前記磁器素地粉体を含む陶土スラリーを含浸させて900℃〜1300℃で焼結した構造を有し、前記磁器質のガラスマトリックスにはムライト、石英の微粒子が点在することを特徴とする微細セル磁器質構造体。
  2. 前記スポンジ状骨格が、磁器原料を粉砕した平均粒径5μm〜20μm、最大粒径100μmの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを前記原型構造体に含浸させて焼結してなる構造を備えていることを特徴とする請求項1記載の微細セル磁器質構造体。
  3. 流れの中に置かれたときに異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が請求項1または2に記載された微細セル磁器質構造体から構成されたことを特徴とする磁器質フィルター。
  4. 流れの中に置かれたとき異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が請求項1または2に記載された微細セル磁器質構造体から構成され、かつ、前記微細セル磁器質構造体の表面に酸化チタンが被覆されたことを特徴とする光触媒磁器質フィルター。
  5. 両端に流体導入口と流体出口が設けられるとともに外部に紫外線を透過できる透光域が設けられた容器と、前記容器の内部に収容された光触媒フィルターとを備え、前記透光域から受光した紫外線により光触媒フィルターが前記流体導入口から流入した流体を浄化して前記流体出口から排出する浄化装置であって、前記光触媒フィルターが、請求項4に記載された光触媒磁器質フィルターを平板状に形成したフィルターユニットで構成されたことを特徴とする浄化装置。
  6. 流体導入口と流体出口とが両端に設けられた容器と、前記容器の内部に収容され内部に円筒状空隙が設けられたリング状光触媒フィルターと、前記円筒状空隙内に設けられ紫外線を前記リング状光触媒フィルターの内面に照射できる光源を備え、前記光源から照射された紫外線によりリング状光触媒フィルターが前記流体導入口から流入した流体を浄化して前記流体出口から排出する浄化装置であって、前記リング状光触媒フィルターが、請求項4に記載された光触媒磁器質フィルターをリング状に形成したフィルターユニットで構成されたことを特徴とする浄化装置。
  7. 気孔率が95%以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が1mm以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径5μm〜20μm、最大粒径100μmの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下900℃〜1300℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成することを特徴とする微細セル磁器質構造体の製造方法。
  8. 前記原型構造体が、焼失可能な高分子化合物から構成されることを特徴とする請求項7記載の微細セル磁器質構造体の製造方法。
  9. 気孔率が95%以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が1mm以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径5μm〜20μm、最大粒径100μmの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下900℃〜1300℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成し、このスポンジ状骨格の表面に酸化チタンを被覆することを特徴とする光触媒磁器質フィルターの製造方法。
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