JP4848500B2

JP4848500B2 - 多孔質光触媒

Info

Publication number: JP4848500B2
Application number: JP2001377434A
Authority: JP
Inventors: 博史 ▲たお▼田; 健楊
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: JP2003170061A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、諸種の悪臭や空気中に漂う有害物質の除去或いは排水処理や浄水処理などを行うための環境浄化材料として用いられている多孔質光触媒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、抗菌効果、水質浄化効果、脱臭防臭効果、有毒ガス除去効果、空気清浄効果のある光触媒製品の開発は目覚ましいものがあり、中でもその代表的なものとして酸化チタンを利用した製品は急増しており、例示すれば建材や外壁材等の建築材料、障子紙、水処理浄化システム、塗料等に用いられるところである。過去の文献を検索すると、特開平６−２９８５２０号公報には、シリカゲル表面に酸化チタン光触媒をコーティングする方法、すなわち酸化チタン微粒子をシリカゲルコロイドに分散した後、コロイドをゲル化し、ついで焼成することで酸化チタン超微粒子を分散状態で含むシリカゲルを製造する方法を用いることで、透明性良好な酸化チタン超微粒子分散シリカゲルを、容易に入手可能な原料を用いて簡単な操作で効率よく得られることが記載されている。また、特願２０００−３８８１０８号には、光触媒コーティングするときに、シリカゲルを光触媒ゾル中にディップコーティングが、急激な水分吸収によるシリカゲルの膨張と熱吸着による発熱が発生し、割れが生じることを防止する新しい手法が記載されている。
【０００３】
上記方法は、多孔質光触媒の製造方法については、ほぼ充分な解決方法が確立しか。しかし、使用する条件が水処理に利用する時には、急激な水分吸収による割れが発生する。また、焼却炉による有害物質処理時においても、水分を多く含んだ煙を処理する必要がある。これらの利用環境を考慮すると、いくら製造時の割れを防止する画期的な手法を開発しても、充分とは言いにくい。実際に、焼却炉へ従来の合成法により得られた光触媒コートシリカゲルを装填し、運転を開始すると、時間の経過とともに排ガスの流れが滞り、背圧が徐々に上昇していく事がわかった。これは、水分を大量に含んだ排ガスが多孔質光触媒へ流れ込み、多孔質光触媒を細かく破壊し、フィルターの目づまりを起こしたものであった。これから理解されるように、水分による割れ、亀裂の防止は必須条件であることがわかる。更に油（タール等）、有害物質の細孔への吸着においても、耐熱性を併せ持った多孔質光触媒であれば熱処理により分解再生できる。従来の例えば、シリカゲルを２００゜Ｃ以上で熱処理すると、吸着性能が極端に落ちてしまう。このような欠点を克服する必要もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明に係る多孔質光触媒は、上記従来の欠陥に鑑み鋭意研究の結果開発されたものであって、これらの欠点を完全に解決できる多孔質光触媒を提供することを目的とする。具体的には、シリカゲルを粉砕しバインダーによるシリカゲル体に酸化チタン光触媒をコーティングし多孔質光触媒ゲルを提供とすることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
光触媒多孔質体の合成方法として、酸化チタンを造粒することによってつくろうとする方法と、シリカゲル等の多孔質原料の表面を光触媒化しようとする２つの方法があげられる。しかし、いずれの方法も上記課題を解決するためにの完全な手法を得るに至ってない。本発明者等は、研究改良を重ね検討した結果、本発明をなすに至ったもので、即ち、本発明は、シリカゲルとバインダーを出発原料として、表面に酸化チタンをコーティングした多孔質光触媒を特徴とし、また、細孔の孔径を１〜１００ｎｍの範囲で任意の大きさに調整してなる孔径のそろった細孔を有する酸化チタン薄膜で被覆した多孔質光触媒を特徴とし、また、酸化チタン多孔質薄膜の結晶形がアナターゼである多孔質光触媒を特徴とし、またシリカゲル体を構成する粉砕微粒子として、上記シリカゲルに活性アルミナ等の無機質材料を混ぜた多孔質光触媒を特徴とするものである。
【０００６】
本発明は、従来のシリカゲル製造方法とは異なり、従来の製造方法にて得られたシリカゲルを微粒子とし、バインダーとともに造粒化し熱処理を施す事により、水分と熱に耐性のある粒子を得る事ができる。また、本発明は、Ａ型シリカゲル、Ｂ型シリカゲルをとわず実施可能である。そして、これにより得られた多孔質粒子を光触媒溶液に浸漬するか、またはスプレーして酸化チタンをコーティングし、乾燥せしめ多孔質光触媒とする。これにより、耐水性の良好な光触媒多孔質体を得る事ができる。本発明に用いられる光触媒溶液については特に制限はないが、例えば、チタニアアルコキシド、ハロゲン化チタン、金属チタンから調整する。また、市販の光触媒ゾルを利用するなど公知のものの中から任意に選んで使用する事ができる。
【０００７】
【実施例】
以下に本発明に係る多孔質光触媒に関する実施の一例について詳述する。
シリカゲル体の調整方法１
Ｂ型シリカゲルをポットミルを使って１０μｍ程度に粉砕する。充分に乾燥させた粉砕シリカゲルに１０重量％バインダーを入れ、再度水分調整し粒状に成型する。成型品を乾燥させることによりＢ型シリカゲルと同程度の水分吸着性能のある粒状物を得る。バインダー剤として、無機系（モンモリロナイト等）、有機系（ポリビニルアルコール等）特に限定はないが、光触媒としての特性を考えた場合無機系が好ましい。造粒方法は、打錠機による方法でもビルドアップによる方法でも特に限定するものではない。
上記方法により、どのような粒子径のものも任意に造ることが出来る。
シリカゲル体の調整方法２
前記シリカゲル体の調整方法１のＢ型シリカゲルに活性アルミナゲルを適量混ぜ同様の操作にて、シリカゲル体を調整した。
光触媒ゾルの調整方法
チタンテトライソプロプキシド６０ｇを５００ｍｌの無水エタノールで希釈し、攪拌しながら、ジエタノールアミン２０ｇと水５ｇを添加し、更に分子量１０００のポリエチレングリコール５ｇを添加して透明なゾル液を調整した。
実施例１
前記シリカゲル体の調整方法１で合成したシリカゲル体を、前記光触媒ゾルの調整方法で調整した光触媒溶液の中にゲルが浸るように５分間ディッピングし引き上げる。次に、光触媒溶液をよく切り１７０゜Ｃで乾燥させた。更に、チタニアの結晶型をルチルからアナターゼにすべくゲルを５００゜Ｃで焼成させて多孔質光触媒を得た。
実施例２
前記シリカゲル体の調整方法１で合成したシリカゲル体を株式会社光触媒研究所製光触媒ゾルＡＴ−０１溶液の中に浸るように５分間ディッピングし引き上げる。次に、溶液をよく切り１７０゜Ｃで乾燥させた。この光触媒ゾルＡＴ−０１はアナターゼ化されている為乾燥させるだけで多孔質光触媒を得た。
実施例３
前記シリカゲル体の調整方法１と同様に多孔質光触媒を調整しスプレー法により酸化チタン膜をコーティングした。すなわち、このゾル液にシリカゲル体を微細な金網の上でゆすりながらゾル液をスプレーし、乾燥した後室温から１７０゜Ｃまでプレヒートさせ、更に５００゜Ｃの温度まで加熱昇温して焼成して多孔質光触媒を得た。この操作を数回繰り返すことにより膜が厚くなり光活性も増加する。
実施例４
前記シリカゲル体の調整方法２で合成したシリカゲル体を、前記光触媒ゾルの調整方法で調整した光触媒溶液の中にゲルが浸るように５分間ディッピングし引き上げる。次に、光触媒溶液をよく切り、１７０゜Ｃで乾燥させた。更に、チタニアの結晶型をルチルからアナターゼにすべくゲルを５００゜Ｃで焼成させて多孔質光触媒を得た。
実施例５
前記シリカゲル体の調整方法２で合成したシリカゲル体を株式会社光触媒研究所製光触媒ゾルＡＴ−０１溶液の中に浸るように５分間ディッピングし引き上げる。次に溶液をよく切り、１７０゜Ｃで乾燥させた。この光触媒ゾルＡＴ−０１はアナターゼ化されている為乾燥させるだけで多孔質光触媒を得た。
実施例６
前記シリカゲル体の調整方法２と同様に多孔質光触媒を調整しスプレー法により酸化チタン膜をコーティングした。すなわち、このゾル液にシリカゲル体を微細な金網の上でゆすりながらゾル液をスプレーし、乾燥した後室温から１７０゜Ｃまでプレヒートさせ、更に５００゜Ｃの温度まで加熱昇温して焼成して多孔質光触媒を得た。この操作を数回繰り返すことにより膜が熱くなり光活性も増加する。
比較例１
Ａ型球状シリカゲル（ＪＩＳ規格品）を株式会社光触媒研究所製光触媒ゾルＡＴ−０１溶液の中にディップコーティングしたところ、投入直後より発熱反応を伴って、音を立てて細かく割れ微粒子となってしまった。
比較例２
Ｂ型球状シリカゲル（ＪＩＳ規格品）を株式会社光触媒研究所製光触媒ゾルＡＴ−０１溶液の中にディップコーティングしたところ、投入直後より発熱反応を伴って、音を立てて細かく割れ微粒子となってしまった。
比較例３
硫酸（２０重量％）１００重量部に、珪酸ソーダ（２４ボーメ）１００重量部の２液を混合し反応させ水洗することによりヒドロゲルを得る。そのヒドロゲルを乾燥、水分調整、分級を行う。この時の含水率を６０％に調整し、光触媒溶液中に５分間ディッピングし引き上げる。この光触媒を１７０゜Ｃで乾燥させ、更に、５００゜Ｃで焼成させて多孔質光触媒を得た。
光触媒効果の評価方法
メチレンブルーを１００ｐｐｍに調整した水溶液の中に実施例１、２、３、４、５、６、比較例１、２、３で得られた多孔質光触媒をそれぞれ入れ、ブラックライトを２４時間照射したところ、多孔質光触媒のメチレンブルーが消失したことを観察した。明らかに、実施例１、２、３、４、５、６で合成したシリカゲル体、比較例１、２、３で合成した多孔質ゲルは、多孔質光触媒であった。しかし、形状を観察したところ、比較例１、２、３は、細かく割れ元の形状を保持できていない。これに対して、実施例１、２、３、４、５、６で得られた光触媒ゲルは形状を保持している。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔質光触媒の製造工程中、焼却炉、水処理装置へ多孔質光触媒を装着中に割れ亀裂が発生せず、格段に優れた生産効果を備え、経済的に提供し得ると同時に、安全性や耐候性、安定性、作業性の面から極めて優れた特性を有した多孔質光触媒が得られた。

Claims

シリカゲルを粉砕して微粒子としてなる粉砕シリカゲルにバインダーを添加してバインダーとともに粒状に成型して造粒化した粒状物のシリカゲル体の粒子の多孔質表面に、酸化チタン光触媒ゾル液をコーティングし、焼成した多孔質光触媒であって、
該多孔質光触媒は、上記シリカゲル体の粒子と該粒子の表面にコーティングされた酸化チタンの薄膜とから構成され、上記シリカゲル体の粒子の多孔質表面が、細孔の孔径を１〜１００ｎｍの範囲で任意の大きさに調整してなる孔径のそろった細孔を有する酸化チタン多孔質薄膜で被覆されている構造を有することを特徴とする多孔質光触媒。
酸化チタン多孔質薄膜の結晶形がアナターゼであることを特徴とする請求項１記載の多孔質光触媒。
シリカゲル体を構成する粉砕微粒子が、シリカゲルに活性アルミナの無機質材料を混ぜたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の多孔質光触媒。