JP4848479B2 - 分解触媒 - Google Patents

Description

本発明は、分解触媒に関するものである。

分解触媒とは、化合物、特に有機物を分解するための触媒であって、熱分解触媒、酸化分解触媒、光触媒その他どのようなものでもよい。触媒自体の材質も金属、金属酸化物、セラミック、その他どのようなものでもよい。

最近、プラスチック等の有機物の処理が大きな社会問題となっている。これはプラスチックがそのままでは分解しないため、埋め立てでは解決しないこと、またその埋め立て場所もなくなりつつあるということが大きな原因である。

このようなプラスチック等の処理は、従来から焼却法であった。焼却は炉内で高温で燃焼させ、二酸化炭素、その他の酸化物にすることである。しかしながら、燃焼方法では完全燃焼しない限り有毒ガスが発生する危険性がある。よって、どうしても高温で燃料を使用して燃焼させることとなる。よって、不要な燃料も焼却しているため、周囲環境を加熱し、二酸化炭素を不必要に発生していることとなる。更に、燃焼灰が残り、その中に有毒成分が残留することも指摘されている。

また、プラスチックを分解触媒によって、熱や光をエネルギー源として分解させる方法もある。これは、プラスチック砕片を触媒粉体と混合するものであり、比較的簡単にプラスチックが分解できる方法である。

しかしながら、この方法では、触媒効率の点からは触媒は小さくて表面積が大きいほどよいが、単に小さいだけでは、舞い上がり、分解物に同伴され系外に出るという欠点がある。また、触媒効率はよいが、全体としての分解効率がよいとは限らないことも分かった。
即ち、従来では触媒はほぼ単一で、すべてがほぼ同じサイズであり、わざわざ篩等でサイズを合わせていた。これが逆効果であったのである。

そこで、物質の全体としての分解効率のよい触媒を提供する。

以上のような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明触媒を完成したものであり、その特徴とするところは、分解触媒であって、その粒度分布が次の範囲に入る点にある。
１．２ｍｍ以上が、１〜５０重量％、
０．５〜１．２ｍｍが、４０〜９０重量％
０．５ｍｍ以下が、１〜２０重量％。

本発明者等は、触媒は混合攪拌して使用することが多いという点に着目し、攪拌効率や触媒自体による被分解物の物理的分解という触媒効果以外の要素を種々研究することによって完成させたのである。

被分解物としては、通常は有機物である。例えば、プラスチック、ゴム、植物等である。勿論、これらは分解できる触媒との関係であり、その触媒が分解できればどのようなものでもよい。

まず、触媒はその粒度分布が重要であり、触媒効率だけでなく、種々の物理的要素を考慮した結果、請求項１記載の範囲が最適であることが分かった。
ここで、触媒とは、化合物の分解を助けるものであり、熱分解触媒、光分解触媒、その他種々の分解触媒でよい。材質も前記した通り、酸化チタン等どのようなものでもよい。

ここで、この触媒サイズは、触媒そのもののサイズでも、触媒粉体を造粒したものでも、また再度それを粉砕したものでもよい。形状も球状、単なる粉砕形状でもどのようなものでもよい。

造粒の方法としては、バインダーによる粉体の固着、燒結、その他粉体を集めて大きくする方法であればよい。特にバインダーを用いる方法では、触媒と同種のバインダーで固着する方法が好適である。例えば、触媒粉体が酸化チタンの場合、バインダーとしてチタンアルコキシドを用いる等である。

本発明の粒度分布の基本は、大きく分けて３種の大きさの粒体を用いることにある。大きいものは、１．２ｍｍ以上であり、中サイズは、０．５〜１．２ｍｍであり、小サイズは、０．５ｍｍ以下である。ここで、サイズは球状を代表としてその径であらわしたが、異形の場合にはその最大長さとする。

まず、１．２ｍｍ以上のものは、１〜５０重量％であるが、７〜１２重量％が好適である。これは、この１．２ｍｍ以上という大きな粒が攪拌させることによって、被分解物を物理的に分解したり、攪拌効率を上げたりする。しかし、多過ぎると、表面積が小さくなるため、触媒効率が下がる。

０．５〜１．２ｍｍのものは、４０〜９０重量％である。これが触媒としての主体を占めるものである。このサイズのものが、最も多く存在することによって触媒としての効率を維持している。これが少なすぎると、粗すぎて効率が下がるか、細かすぎて舞い上がるか取扱い不便になる。

最後に、０．５ｍｍ以下が、１〜２０重量％である。これは、小さいものも必要であり、被分解物が小さくなったときにも効率よく接触するためと、表面積を十分に確保するためである。これも。７〜１２重量％が好適である。

この上記した粒度分布を更に細かく分けて、より厳密に区分けしてもよい。例えば、次のように分けてもよい。
１．６ｍｍ以上、０．１〜２．０重量％、
１．２〜１．６ｍｍが、５〜１５重量％、
０．７〜１．０ｍｍが、２０〜４０重量％、
０．５〜０．７ｍｍが、３０〜５０重量％、
０．５ｍｍ以下が、１〜１５重量％。

このようにより細かく分けてもよい。これは実験により、種々のサイズのものがある方がよいことが分かったためである。

更に、本発明触媒は、触媒自体又は触媒粉体を造粒したものだけではなく、触媒粉体を他の担体に担持したものでもよい。

担体としては、ケイ砂等どのような粒子でもよい。サイズは、上記のサイズに適合するようなものである。
担体への固着の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂やシリコン系の樹脂で接着してもよい。また、酸化チタン触媒の場合には、前記同様接着剤としてチタンアルコキシドを使用すると全体として触媒効率が向上すると考えられる。また破砕したときにも同様である。

更に、水系樹脂（水溶性樹脂やエマルジョンタイプ樹脂）とセメント（水硬反応で硬化するものすべて）の両方で、担体に光触媒を固着したものでもよい。
固着の方法は、まず担体に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び触媒を固着するものである。最初に水系樹脂の初期接着力によりセメントや触媒を固着する。そして、セメントが硬化すれば、触媒による酸化力等で水系樹脂が分解されてもセメントによって保持されているのである。

本発明触媒の使用方法は、自由であり、従来の触媒と同様に使用すればよい。しかし、被分解物と混合、攪拌して使用する子が好適であり、最も効果を発揮する方法である。
熱触媒は加熱する等の温度、圧力、電磁波の照射の有無、液中ならばそのｐＨ等の条件も自由であり、適宜決めればよい。

本発明触媒には、次のような大きな利点がある。
（１） 触媒のサイズが単一でなく、特定の粒度分布を有しているため、分解効率が非常によい。
（２） 特に粉体を造粒したものを使用すれば、種々のサイズが自由に製造できるため実施が容易である。
（３） 本発明の粒度分布を持った触媒では、舞い上がりや同伴といった欠点も軽減できる。

以下好適な実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

実施例１
ここでは、触媒として、酸化チタン（アナターゼ型の光触媒）粉体（サイズは数ｎｍ〜数十ｎｍ）を、造粒したものを用いた。造粒法はここでは燒結法であった。粒度分布は次の通りである。
１．６ｍｍ以上、０．９８重量％、
１．２〜１．６ｍｍが、１０．０重量％、
０．７〜１．２ｍｍが、３４．３重量％、
０．５〜０．７ｍｍが、４１・９重量％、
０．３〜０．５ｍｍが、９．８７重量％。
０．３ｍｍ以下が、２．９５重量％。

実施例２
実施例１と同じ触媒を用いた。粒度分布は次の通りである。
１．６ｍｍ以上、２２．２重量％、
１．２〜１．６ｍｍが、２１．４重量％、
０．７〜１．２ｍｍが、２５．８重量％、
０．５〜０．７ｍｍが、２２．７重量％、
０．３〜０．５ｍｍが、７．３重量％。
０．３ｍｍ以下が、０．６重量％。

比較例１
同じ触媒でサイズを０．１〜０．３ｍｍに統一したものを比較例とした。

図１は、触媒の分解効率を調べるための簡単な装置である。５００ｃｃビーカー１に攪拌装置２と加熱装置３を設けたものである。ここに電磁波を照射してもよいがなくてもよい。光触媒は電磁波がなくとも、加熱すれば触媒効果を発揮することが発明者の実験で分かっている。
この装置にプラスチック小片４（ポリエチレンの約５ｍｍの破砕品）と触媒をほぼ同量（５０ｇ）導入して、加熱（約４００℃）混合してプラスチックが分解して気体になる時間を計った。

比較例では、プラスチック片がなくなるのに、約３０分かかった。そして、相当の触媒が舞い上がり空中に散逸した。本発明実施例１では１５分でほぼなくなり、舞い上がりも少なかった。また、実施例２では、１３分でほぼなくなった。更に、比較例より小さい粉体だけでも行なったが、舞い上がりが多く継続不可能であった。

本発明触媒の効果を調べる装置の１例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ ビーカー
２ 攪拌装置
３ 加熱装置
４ プラスチック片
５ 触媒

Claims (4)

1. 粒度分布が次の範囲に入ることを特徴とする酸化チタン触媒を用いたプラスチックの分解方法。
   １．２ｍｍ以上が、１〜５０重量％、
   ０．５〜１．２ｍｍが、４０〜９０重量％
   ０．５ｍｍ以下が、１〜２０重量％。
2. 該触媒が微粉末を造粒したものである請求項１記載の分解方法。
3. 該触媒は光触媒である請求項１又は２記載の分解方法。
4. 該造粒は、燒結法又は接着法である請求項２又は３記載の分解方法。

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