JP5238385B2 - Visible light responsive fibrous photocatalyst and purification device - Google Patents

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Description

本発明は、光触媒材料が担体に担持された光触媒体及びこれの製造方法、並びにこれを利用した浄化装置に関し、特には、大きな比表面積を有する光触媒体等に関する。   The present invention relates to a photocatalyst having a photocatalyst material supported on a carrier, a method for producing the photocatalyst, and a purification device using the photocatalyst, and particularly to a photocatalyst having a large specific surface area.

従来、紫外光照射下の光触媒により水や空気を浄化する技術が知られている。光触媒としては、酸化物半導体、特に酸化チタン(TiO)は優れた触媒作用があり、化学的に安定であり、溶出して環境汚染する可能性の低い安全な化合物であることが知られている。 Conventionally, a technique for purifying water and air with a photocatalyst under ultraviolet light irradiation is known. As photocatalysts, oxide semiconductors, especially titanium oxide (TiO 2 ), are known to be safe compounds that have excellent catalytic action, are chemically stable, and have a low possibility of elution and environmental pollution. Yes.

酸化チタンの光触媒作用を利用して各種の環境汚染物質の分解除去が行われている。例えば、水の浄化、又は水中のアンモニア、アルデヒド類、アミン類等の悪臭物質の分解、及び菌類の殺菌、藻類の殺藻等に利用されている。
空気やガスの処理については、例えば、トイレの尿臭、ペットの臭い、煙草の臭い等の悪臭物質の分解、又は焼却炉から排出される窒素化合物、硫化化合物、ダイオキシン等の環境汚染物質の分解除去においても酸化チタンの光触媒作用が使われている。
Various kinds of environmental pollutants are decomposed and removed by utilizing the photocatalytic action of titanium oxide. For example, it is used for purification of water, decomposition of malodorous substances such as ammonia, aldehydes and amines in water, sterilization of fungi, algae killing of algae and the like.
For air and gas treatment, for example, decomposition of malodorous substances such as toilet urine odor, pet odor and cigarette odor, or decomposition of environmental pollutants such as nitrogen compounds, sulfide compounds and dioxins discharged from incinerators The photocatalytic action of titanium oxide is also used for removal.

酸化チタンを各種用途の光触媒として使用する場合、他の無機材料を担体として、それに担持させることが一般的である。なお、本明細書中においては、担体と該担体に担持させた光触媒材料とからなる複合体を、単に「光触媒体」と呼ぶ。   When titanium oxide is used as a photocatalyst for various applications, it is common to support other inorganic materials as carriers. In the present specification, a complex composed of a carrier and a photocatalytic material carried on the carrier is simply referred to as a “photocatalyst”.

光触媒体を多孔質形状とし、光触媒材料が被処理物と接触できる比表面積を大きくすることにより、光触媒作用を効率良く発揮させるための試みが多々なされている。
例えば特許文献1には、陶磁器、セメント、発泡コンクリート、レンガ、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム等を主体とするセラミックス多孔体が担体として好ましいことが開示されている。この公報において多孔体と記述されているものは、上記各種無機材料をジョークラッシャー等の粉砕機により破砕し数mm〜数十mm、典型的には1〜100mmの細片状若しくは粒状にしたものである。
Many attempts have been made to efficiently exhibit the photocatalytic action by making the photocatalyst body porous and increasing the specific surface area with which the photocatalyst material can come into contact with the object to be treated.
For example, Patent Document 1 discloses that a ceramic porous body mainly composed of ceramics, cement, foamed concrete, brick, silica, alumina, zirconia, silicon carbide, silicon nitride, barium titanate or the like is preferable as a carrier. What is described as a porous material in this publication is a material in which the above-mentioned various inorganic materials are crushed by a crusher such as a jaw crusher into pieces of several mm to several tens mm, typically 1 to 100 mm, in the form of strips or granules. It is.

また、別の例として、特許文献2において活性炭、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、パーライト、多孔質ガラスが担体として用いられており、特に活性炭が好ましい旨が開示されている。活性炭の製造方法として、椰子殻を乾燥して微粉を除いた活性炭原料をロータリーキルン(550〜650℃)中に投入し、赤熱した状態で水蒸気、炭酸ガス(燃焼ガス中のCO)及び酸素(燃焼空気中のO)の混合雰囲気にて、温度850〜950℃で活性化処理することにより、粒状の活性炭としている。 As another example, Patent Document 2 discloses that activated carbon, zeolite, silica gel, alumina, pearlite, and porous glass are used as carriers, and that activated carbon is particularly preferable. As a method for producing activated carbon, an activated carbon raw material from which coconut shells are dried and fine powder is removed is put into a rotary kiln (550 to 650 ° C.), and in a red hot state, steam, carbon dioxide (CO 2 in combustion gas) and oxygen ( Granular activated carbon is obtained by activation at a temperature of 850 to 950 ° C. in a mixed atmosphere of O 2 ) in the combustion air.

また、特許文献3では、炭化ケイ素、シリカガラス、活性炭、ゼオライト、セピオライトを主成分とする無機紙を担体としその上に薄膜状酸化チタンを形成する例が示されている。
また、特許文献4及び5では、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、多孔質ガラスが担体として用いられている光触媒を用いた水浄化装置の例、及び排気ガス浄化装置の例が示されている。
Patent Document 3 shows an example in which a thin film of titanium oxide is formed on an inorganic paper mainly composed of silicon carbide, silica glass, activated carbon, zeolite, and sepiolite.
Patent Documents 4 and 5 show an example of a water purification device using a photocatalyst using activated carbon, activated alumina, silica gel, and porous glass as a carrier, and an example of an exhaust gas purification device.

また、特許文献6では、ニッケルカドミウム、ステンレス、バーマロイ、アルミニウム合金、銅の多孔質金属担体、及び活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、多孔質ガラス粒状セラミックス、粘土の多孔質セラミック担体の例が示されている。
また、特許文献7では、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、多孔質ガラスが担体として用いられる光触媒を用いた排気ガス処理装置の例が示されている。
Patent Document 6 shows examples of nickel cadmium, stainless steel, vermalloy, aluminum alloy, copper porous metal carrier, and activated carbon, activated alumina, silica gel, porous glass granular ceramic, clay porous ceramic carrier. Yes.
Patent Document 7 shows an example of an exhaust gas treatment apparatus using a photocatalyst in which activated carbon, activated alumina, silica gel, and porous glass are used as a carrier.

しかしながら、これらのような従来の多孔質光触媒体は、比表面積を大きくするために多孔質としているにも関わらず、担体が紫外光に対して不透明であること等の理由から、その大きな比表面積から期待されるほどの処理能力が得られていなかった。また、これらのような従来の多孔質光触媒体は、一般に、耐熱性、耐薬品性、化学的安定性等が低く、また、機械的強度が弱い等の問題があり、長期間の使用や、特には、過酷な条件下での使用には耐えられなかった。   However, the conventional porous photocatalysts such as these have a large specific surface area because they are opaque to ultraviolet light, although they are porous to increase the specific surface area. The processing power that was expected was not obtained. In addition, conventional porous photocatalysts such as these generally have problems such as low heat resistance, chemical resistance, chemical stability, and low mechanical strength. In particular, it could not withstand use under harsh conditions.

また、不純物が多く含まれる場合、例えば水の浄化においては、担体の不純物元素含有量が多くまた化学安定性が低いために、浄化した水にこれら担体に含有される不純物元素が溶出して混入することが多々起こる。あるいは空気の浄化においては、担体の不純物元素含有量が多くまた担体が破砕された粉体であるために、浄化した空気にこれら担体に含有される不純物元素含有微粉末が混入することが多々起こる。特に、処理する気体が高温で腐蝕性ガスを含んでいる場合には、担体が劣化することにより二次的不純物が発生してしまう。   Also, when many impurities are contained, for example, in the purification of water, the impurity elements contained in the carrier are eluted and mixed into the purified water because the impurity element content of the carrier is large and the chemical stability is low. There are many things to do. Or, in the purification of air, since the impurity element content of the carrier is large and the carrier is a crushed powder, the impurity element-containing fine powder contained in the carrier often mixes with the purified air. . In particular, when the gas to be treated contains a corrosive gas at a high temperature, secondary impurities are generated due to deterioration of the carrier.

また酸化チタンは、高いエネルギーバンドギャップ構造(3.2eV)を持つため、波長が短い紫外光しか吸収せず、可視光による触媒反応がほとんど起こらない。室内灯や太陽光の大部分を占める可視光を有効利用できる可視光応答型の酸化チタン光触媒の開発とその応用が現在の重要な研究課題である。   In addition, since titanium oxide has a high energy band gap structure (3.2 eV), it absorbs only ultraviolet light having a short wavelength, and hardly causes a catalytic reaction by visible light. The development and application of visible light responsive titanium oxide photocatalysts that can effectively use visible light, which occupies most of indoor light and sunlight, are currently important research subjects.

このような可視光応答型の酸化チタン粉末の製造方法が種々提案されている。例えば、特許文献8、9には、二酸化チタン等の光触媒にバナジウム、クロム、マンガン等の金属イオンを化学的にドーピングする製造方法が記載されている。しかしながら、前述のバナジウム等の金属陽イオンを化学的にドーピングした光触媒では、可視光における光触媒活性は認められるものの、ドーピング前の光触媒が本来保有していた紫外光における光触媒活性の低下が見られる場合が多い。これは、新たに導入した金属イオンが光触媒表面に凝集することにより新たな不純物エネルギー順位を形成し、これが紫外光照射により生じる正孔と電子の再結合中心となり、光触媒活性の低下をもたらすからだと推定されている。   Various methods for producing such visible light responsive titanium oxide powder have been proposed. For example, Patent Documents 8 and 9 describe a production method in which a photocatalyst such as titanium dioxide is chemically doped with metal ions such as vanadium, chromium, and manganese. However, the photocatalyst chemically doped with a metal cation such as vanadium as described above has a photocatalytic activity in visible light, but a decrease in the photocatalytic activity in ultraviolet light originally possessed by the photocatalyst before doping is observed. There are many. This is because newly introduced metal ions aggregate on the surface of the photocatalyst to form a new impurity energy level, which becomes a recombination center of holes and electrons generated by ultraviolet light irradiation, resulting in a decrease in photocatalytic activity. It is estimated.

特許文献10では、二酸化チタンの光触媒にバナジウム、クロム、マンガン等の遷移金属をイオン注入する製造方法が示されている。遷移金属イオンを注入した光触媒では注入された遷移金属イオンは、二酸化チタンの表面構造を劣化させることなく内部の適切な深さに均一に注入されるため、注入前に備えていた紫外光における固有の光触媒活性を維持しながら可視光においても光触媒活性が発現する。しかし、イオン注入する製造方法は大規模な製造装置や厳密な製造工程管理等を必要とし、生産性及びコストの両面で問題がある。   Patent Document 10 discloses a production method in which a transition metal such as vanadium, chromium, or manganese is ion-implanted into a titanium dioxide photocatalyst. In the photocatalyst implanted with transition metal ions, the implanted transition metal ions are uniformly implanted at an appropriate depth inside without deteriorating the surface structure of titanium dioxide. While maintaining the photocatalytic activity, visible light also exhibits photocatalytic activity. However, the ion implantation manufacturing method requires a large-scale manufacturing apparatus, strict manufacturing process control, and the like, and has problems in both productivity and cost.

特許文献11では、可視光にも応答する光触媒材料として窒素を含む金属酸化物と酸化チタンの複合微粒子を高収率で得ることが示されている。また特許文献12では、この類似発明として窒素を含む酸化チタン微粒子を高収率で得ることが示されている。しかしながら、これらの文献に示された酸化チタンから成る光触媒は微粒子形状であるため、そのまま光触媒反応装置(ユニット)に搭載して、排気ガス処理や排水処理に使用できるものではなかった。   Patent Document 11 shows that a composite fine particle of a metal oxide containing nitrogen and titanium oxide can be obtained in a high yield as a photocatalytic material that also responds to visible light. Patent Document 12 shows that titanium oxide fine particles containing nitrogen can be obtained in a high yield as this similar invention. However, since the photocatalyst made of titanium oxide shown in these documents is in the form of fine particles, it cannot be directly mounted on a photocatalytic reaction device (unit) and used for exhaust gas treatment or wastewater treatment.

特開2004−230301号公報JP 2004-230301 A 特開2006−110470号公報JP 2006-110470 A 特開2004−305883号公報JP 2004-305883 A 特開2003−181475号公報JP 2003-181475 A 特開2002−35551号公報JP 2002-35551 A 特開2001−232206号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-232206 特開2001−170453号公報JP 2001-170453 A 特開平9−192496号公報JP-A-9-192896 特開2000−237598号公報JP 2000-237598 A 特開平9−262482号公報JP-A-9-262482 特開2005−138008号公報JP 2005-138008 A 特開2005−139020号公報JP 2005-139020 A

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、紫外光のみならず可視光照射下において光触媒作用を効率良く発揮させることができる光触媒体及びこれの製造方法、並びにこのような光触媒体を用いた浄化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can provide a photocatalyst capable of efficiently exhibiting photocatalytic action under irradiation of not only ultraviolet light but also visible light, a method for producing the same, and such a photocatalyst. An object of the present invention is to provide a purifying apparatus using the above.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも、シリカガラス繊維からなる繊維状シリカガラス担体と、該繊維状シリカガラス担体の表面に形成された、金属酸化物を主成分とする光触媒材料の被膜とからなる繊維状光触媒体であって、前記光触媒材料は、さらに添加元素として前記主成分の金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素のいずれか一種及び/又は窒素を含有し、可視光応答性を有するものであり、前記繊維状光触媒体が、可視光応答性を有する光触媒体として機能することを特徴とする可視光応答型繊維状光触媒体を提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes at least a fibrous silica glass support composed of silica glass fibers, and a metal oxide formed on the surface of the fibrous silica glass support as a main component. A fibrous photocatalyst comprising a coating of a photocatalyst material, wherein the photocatalyst material further includes any one of transition metal elements other than the metal element constituting the main component metal oxide and / or nitrogen as an additional element contain, are those having a visible light responsive, the fibrous photocatalyst is, that provides visible light responsive fibrous photocatalyst characterized by functioning as a photocatalyst having visible light responsiveness.

このような可視光応答型繊維状光触媒体であれば、紫外光のみならず可視光照射によっても光触媒作用を発生させることができる繊維状光触媒体となる。
また、担体が、高い光透過性を有するシリカガラス繊維からなるので、高い光透過性を有するとともに、繊維状であるがゆえに通気性及び通水性が高く、また、光触媒材料と被処理物とが接触することができる比表面積が大きい光触媒体とすることができる。そして、これらの特徴を同時に有することにより、光触媒作用を効率よく発揮させることができる。
また、繊維状の光触媒体であるので、粒子状の光触媒体と比較して飛散しにくく取扱いが容易である。また、塊状の光触媒体と比較して任意の形状に成形しやすく、任意の形状の容器に容易に充填することができる。
また、繊維状の光触媒体であるので、目的に応じて充填密度、空隙率を容易に任意に設定することができる。また、用途に合わせて布状、ウール状、フェルト状等にすることができる。
また、このように担体がシリカガラス繊維からなるものであれば、化学的安定性が高く、耐熱性が高い可視光応答型繊維状光触媒体とすることができる。
Such a visible light responsive fibrous photocatalyst is a fibrous photocatalyst capable of generating a photocatalytic action not only by ultraviolet light but also by visible light irradiation.
In addition, since the carrier is made of silica glass fiber having high light transmittance, it has high light transmittance, and since it is fibrous, it has high air permeability and water permeability, and the photocatalyst material and the object to be treated are It can be set as the photocatalyst body with a large specific surface area which can be contacted. And by having these characteristics simultaneously, a photocatalytic action can be exhibited efficiently.
Moreover, since it is a fibrous photocatalyst, it is less likely to scatter than a particulate photocatalyst and is easy to handle. Moreover, it can be easily formed into an arbitrary shape as compared with the bulk photocatalyst body, and can be easily filled into a container of an arbitrary shape.
Further, since it is a fibrous photocatalyst, the packing density and the porosity can be easily set arbitrarily according to the purpose. Moreover, it can be made into cloth shape, wool shape, felt shape, etc. according to a use.
In addition, when the support is made of silica glass fiber, a visible light responsive fibrous photocatalyst having high chemical stability and high heat resistance can be obtained.

この場合、前記光触媒材料は、前記主成分の金属酸化物が酸化チタンであり、前記添加元素としてチタン以外の遷移金属元素のいずれか一種及び/又は窒素を含有するものであることが好ましい。そして、前記チタン以外の遷移金属元素が、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、パラジウム、銀、白金、セリウム、ネオジムの少なくともいずれか一種であることが好ましい。
本発明に用いる光触媒材料をこのような成分からなるものとすれば、特に可視光領域において、より高い光触媒作用を有する光触媒体とすることができる。
In this case, the photocatalyst material is the a metal oxide is titanium oxide of the main component, it is not preferable are those containing either one and / or nitrogen transition metal elements other than titanium as the additional element . Then, a transition metal element other than the titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, palladium, silver, platinum, cerium, have preferably be at least one selected from the group consisting of neodymium.
If the photocatalyst material used in the present invention comprises such a component, a photocatalyst having a higher photocatalytic action can be obtained particularly in the visible light region.

また、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体は、前記繊維状シリカガラス担体に含有される元素のうち、アルカリ金属元素Li、Na、K各々の含有量が100wt.ppb以下であり、アルカリ土類金属元素Mg、Ca各々の含有量が50wt.ppb以下である可視光応答型繊維状光触媒体とすることができる。
このように、繊維状シリカガラス担体に含有される元素のうち、各種金属元素が上記のような含有量であれば、純度が十分に高い繊維状シリカガラス担体とすることができる。そして、このような、不純物金属元素が非常に少なく、純度が十分に高い繊維状シリカガラス担体であれば、再結晶化などによる繊維状シリカガラス担体の劣化(失透)を効果的に防止することができ、また、可視光応答型光触媒材料を利用する際の環境中への不純物の放出も防止することができる。
In the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention, among the elements contained in the fibrous silica glass carrier, the content of each of the alkali metal elements Li, Na, and K is 100 wt. ppb or less, and the content of each of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 50 wt. ppb or less is Ru may be a visible light responsive fibrous photocatalyst.
Thus, if various metal elements are contained as described above among the elements contained in the fibrous silica glass support, a fibrous silica glass support having a sufficiently high purity can be obtained. And, if such a fibrous silica glass carrier having a very small amount of impurity metal elements and a sufficiently high purity, deterioration (devitrification) of the fibrous silica glass carrier due to recrystallization or the like is effectively prevented. It is also possible to prevent the release of impurities into the environment when using the visible light responsive photocatalytic material.

また、前記シリカガラス繊維は、繊維径が5〜300μm、長さが100mm以上であることが好ましい。
このように、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体に係るシリカガラス繊維の繊維径が5μm以上であれば、シリカガラス繊維の強度を十分確保できるので、切断されて粒子様になってしまうことなどを防止することができ、より取り扱い易いものとすることができる。また、繊維径が300μm以下であれば、繊維の強度が強すぎることなく適度であり、より取り扱い易いものとすることができる。
なお、本明細書における繊維径とは、通常用いられる定義に準じ、繊維の断面積を、該繊維の断面形状が真円形であると仮定して換算したときの直径に該当する値を意味するものであり、断面形状が真円形でなくとも定義されるものである。
また、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体のシリカガラス繊維の長さが100mm以上であれば、より取り扱いしやすい可視光応答型繊維状光触媒体とすることができる。
Further, the silica glass fibers, fiber diameter 5 to 300 .mu.m, it is not preferable is that 100mm or more in length.
As described above, if the fiber diameter of the silica glass fiber according to the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention is 5 μm or more, the silica glass fiber can have sufficient strength, and thus is cut and becomes particle-like. Can be prevented, and can be handled more easily. Moreover, if the fiber diameter is 300 μm or less, the strength of the fiber is moderate without being too strong, and can be handled more easily.
The fiber diameter in the present specification means a value corresponding to the diameter when the cross-sectional area of the fiber is converted on the assumption that the cross-sectional shape of the fiber is a true circle, in accordance with the definition usually used. It is defined even if the cross-sectional shape is not a perfect circle.
Moreover, if the length of the silica glass fiber of the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention is 100 mm or more, the visible light responsive fibrous photocatalyst can be easily handled.

また、前記シリカガラス繊維は、ファイバーカール半径が200mm以下であることが好ましい。
このようにシリカガラス繊維のファイバーカール半径が200mm以下であれば、シリカガラス繊維に適度なカールを持たせることができ、可視光応答型繊維状光触媒体を塊状にまとめて取り扱うことをより容易にすることができる。
Further, the silica glass fibers, it is not preferable fiber curl radius is less than 200 mm.
Thus, if the fiber curl radius of the silica glass fiber is 200 mm or less, the silica glass fiber can have an appropriate curl, and it is easier to handle the visible light responsive fibrous photocatalyst in a lump. can do.

また、本発明は、少なくとも、光触媒反応器と、該光触媒反応器内に収容された、上記のいずれかの可視光応答型繊維状光触媒体と、少なくとも紫外光及び可視光を含む光線を発する光源とを具備し、前記光源で前記可視光応答型繊維状光触媒体に前記光線を照射しながら、前記可視光応答型繊維状光触媒体を収容した前記光触媒反応器に被処理物を通過させ、光触媒作用によって被処理物を浄化処理するものであることを特徴とする浄化装置を提供する。 In addition, the present invention provides at least a photocatalytic reactor, any one of the above visible light responsive fibrous photocatalysts contained in the photocatalytic reactor, and a light source that emits light including at least ultraviolet light and visible light. And irradiating the visible light responsive fibrous photocatalyst with the light beam with the light source, and passing the object to be processed through the photocatalytic reactor containing the visible light responsive fibrous photocatalyst, that provides purifying apparatus, characterized in that the purification treatment of the object to be processed by the action.

このような、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体を具備する浄化装置であれば、紫外線のみならず可視光の照射によっても光触媒作用を効率よく発揮させることができる可視光応答型繊維状光触媒体を具備する浄化装置であるので、高い処理能力を有する浄化装置とすることができる。   If it is such a purification device comprising the visible light responsive fiber photocatalyst according to the present invention, the visible light responsive fiber that can efficiently exhibit the photocatalytic action not only by ultraviolet rays but also by irradiation with visible light. Therefore, it is possible to provide a purification device having a high processing capacity.

また、本発明は、少なくとも、シリカガラス繊維からなる繊維状シリカガラス担体を作製する工程と、該繊維状シリカガラス担体の表面に、光触媒材料となる金属酸化物の被膜を形成する工程と、該金属酸化物の被膜を形成した繊維状シリカガラス担体に窒素ドープ処理を行う工程とを含むことを特徴とする可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法を提供する。 The present invention includes at least a step of producing a fibrous silica glass support composed of silica glass fibers, a step of forming a metal oxide film serving as a photocatalytic material on the surface of the fibrous silica glass support, that provides a method of manufacturing a visible-light-responsive fibrous photocatalyst which comprises a step of performing nitrogen doping treatment to a fibrous silica glass support to form a coating of metal oxides.

このような可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法であれば、繊維状シリカガラス担体と、その表面に形成された、金属酸化物を主成分とし、窒素を含有し、可視光応答性を有する光触媒材料の被膜とからなり、可視光応答性を有する光触媒体として機能する可視光応答型繊維状光触媒体を製造することができる。   If it is a manufacturing method of such a visible-light-responsive type fiber photocatalyst body, it has a fibrous silica glass support | carrier and the metal oxide formed in the surface as a main component, nitrogen is contained, and visible light responsiveness is shown. A visible light responsive fibrous photocatalyst that functions as a photocatalyst having visible light responsiveness can be produced.

この場合、前記金属酸化物を、酸化チタンとすることが好ましい。
このように、光触媒材料の主成分である金属酸化物を酸化チタンとすれば、より高い光触媒作用を有する光触媒体とすることができる。
In this case, the metal oxide, have preferably be an oxide of titanium.
Thus, if the metal oxide which is the main component of the photocatalytic material is titanium oxide, a photocatalyst having a higher photocatalytic action can be obtained.

また、本発明は、少なくとも、シリカガラス繊維からなる繊維状シリカガラス担体を作製する工程と、該繊維状シリカガラス担体の表面に、可視光応答性を有する光触媒材料の被膜として、金属酸化物及び添加金属元素として前記金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素のいずれか一種を含む被膜を形成する工程とを含むことを特徴とする可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法を提供する。 The present invention also includes a step of producing a fibrous silica glass carrier comprising at least silica glass fibers, and a coating of a photocatalytic material having visible light responsiveness on the surface of the fibrous silica glass carrier. And a step of forming a coating containing any one of transition metal elements other than the metal elements constituting the metal oxide as an additive metal element. A method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst is provided. you.

このような可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法であれば、繊維状シリカガラス担体と、その表面に形成された、金属酸化物を主成分とし、該金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素が添加された、可視光応答性を有する光触媒材料の被膜とからなり、可視光応答性を有する光触媒体として機能する可視光応答型繊維状光触媒体を製造することができる。   If it is a manufacturing method of such a visible-light-responsive type fibrous photocatalyst body, it is the fibrous silica glass support | carrier and the metal element formed in the surface other than the metal element which has a metal oxide as a main component and comprises this metal oxide Thus, a visible light responsive fibrous photocatalyst that functions as a photocatalyst having visible light responsiveness can be produced.

この場合、前記金属酸化物を酸化チタンとし、前記添加金属元素を、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、パラジウム、銀、白金、セリウム、ネオジムの少なくともいずれか一種とすることが好ましい。
このような光触媒材料の成分とすれば、特に可視光領域における光触媒作用をより高いものとした光触媒体とすることができる。
In this case, the metal oxide may be titanium oxide, and the additive metal element may be at least one of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, palladium, silver, platinum, cerium, and neodymium. It has preferred.
By using such a photocatalytic material component, a photocatalyst having a higher photocatalytic activity particularly in the visible light region can be obtained.

また、この場合、製造された可視光応答型繊維状光触媒体に、さらに、窒素ドープ処理を行うことができる。
このように、上記のように、金属酸化物を主成分とし、該金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素が添加された光触媒材料被膜を有するように製造された可視光応答型繊維状光触媒体に、さらに、窒素ドープ処理を行うことができる。
In this case, the visible light responsive fibrous photocatalyst produced, further, Ru can be performed nitrogen doping treatment.
Thus, as described above, a visible light responsive fiber manufactured to have a photocatalytic material coating containing a metal oxide as a main component and a transition metal element other than the metal element constituting the metal oxide added. Further, the nitrogen-like photocatalyst can be subjected to nitrogen doping treatment.

また、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法においては、前記窒素ドープ処理を、アンモニア含有雰囲気下、400℃〜700℃にて熱処理を行うことによって行うことができる。
このような条件で窒素ドープ処理を行うことによって、より適切に窒素ドープを行うことができる。
In the method of manufacturing the visible-light-responsive fibrous photocatalyst of the present invention, the nitrogen doping treatment, an ammonia-containing atmosphere, Ru can be done by performing a heat treatment at 400 ° C. to 700 ° C..
Nitrogen doping can be performed more appropriately by performing nitrogen doping under such conditions.

また、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法においては、前記繊維状シリカガラス担体の作製を、少なくとも、ケイ素化合物を原料として、火炎加水分解法により、透明シリカガラス母材を形成する工程と、該透明シリカガラス母材を棒状体に加工する工程と、該透明シリカガラス棒状体を溶融し、繊維状に線引きしてシリカガラス繊維を作製する工程とにより行うことが好ましい。
このような工程を経て繊維状シリカガラス担体の作製を行えば、高純度のシリカガラスからなる繊維状担体を、より容易に製造することができる。
In the method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention, the production of the fibrous silica glass support is performed by forming a transparent silica glass base material by a flame hydrolysis method using at least a silicon compound as a raw material. a step of the step of processing the transparent silica glass base material rod body, to melt the transparent silica glass rod-like body, have preferably be carried out by a step in drawing the fibrous producing silica glass fibers .
If a fibrous silica glass carrier is produced through such steps, a fibrous carrier made of high-purity silica glass can be more easily produced.

以上のように、本発明に従う可視光応答型繊維状光触媒体及び可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法であれば、紫外光のみならず可視光照射によっても光触媒作用を発生させることができる繊維状光触媒体とすることができる。また、担体がシリカガラス繊維からなるので、高い光透過性を有するとともに、通気性及び通水性が高く、光触媒材料と被処理物とが接触することができる比表面積が大きい可視光応答型繊維状光触媒体とすることができる。   As described above, the visible light responsive fibrous photocatalyst and the method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention can generate photocatalytic action not only by ultraviolet light but also by visible light irradiation. It can be set as a fibrous photocatalyst. In addition, since the support is made of silica glass fiber, it has high light permeability, high air permeability and water permeability, and has a large specific surface area that allows the photocatalyst material and the object to be processed to contact each other. It can be set as a photocatalyst.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前述のように、従来の光触媒体は、比表面積を大きくする工夫がなされているにも関わらず、その大きな比表面積から期待されるほどの処理能力が得られていないという問題があった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.
As described above, the conventional photocatalyst has a problem that the processing capability as expected from the large specific surface area is not obtained although the device has been devised to increase the specific surface area.

本発明者らは、これらのような問題を解決すべく、以下のような検討を行った。
例えば、特許文献1に記載されている光触媒体を構成する担体は、前述のように、多孔体ではあるが、各種無機材料を破砕し1〜100mmの細片状若しくは粒状にしたものである。粒子状であるので、光反応を促進させるために担体の外側から可視光ないし紫外光を照射しても担体粒子の表面で乱反射してしまい、光触媒体内側まで光が十分に届かないものである。また、粉砕過程により、どうしても金属等の不純物が混入し、純度を高く保てないものであった。このように不純物が入るため、耐熱性、耐薬品性、化学的安定性はよりいっそう低いものとなってしまう。
また、従来の担体は可視光ないし紫外光の透過性が無いのが一般的であり、比表面積を大きくした光触媒体を使用した光化学反応が、主にこれら光触媒体の表層部分でしか起こっておらず、効率の低いものとなっていた。
In order to solve these problems, the present inventors have conducted the following studies.
For example, although the support | carrier which comprises the photocatalyst body described in patent document 1 is a porous body as mentioned above, it crushes various inorganic materials and makes it 1-100 mm strip shape or a granular form. Because it is in the form of particles, even if it is irradiated with visible light or ultraviolet light from the outside of the carrier to promote the photoreaction, it is diffusely reflected on the surface of the carrier particles, and the light does not reach the inside of the photocatalyst sufficiently. . Further, impurities such as metals are inevitably mixed by the pulverization process, and the purity cannot be kept high. Since impurities enter in this way, the heat resistance, chemical resistance, and chemical stability become even lower.
In addition, conventional carriers generally have no visible light or ultraviolet light permeability, and photochemical reactions using photocatalysts with a large specific surface area mainly occur only on the surface layer of these photocatalysts. However, the efficiency was low.

そこで、本発明者らは、まず、微粉末状の光触媒体や、微粉末を焼結することにより製造することにより比表面積を大きくした光触媒体に比べ、可視光ないし紫外線の透過性が高い繊維状シリカガラス担体を作製し、これを繊維状光触媒体とすることを考えた。
このような光触媒体であれば、紫外線の透過率が高く、また、繊維の間の空隙を被処理物が通過できるので、光触媒作用を効果的に発揮させることができると考えた。
Therefore, the present inventors firstly used a fine powder photocatalyst and a fiber having a high transmittance of visible light or ultraviolet light compared to a photocatalyst produced by sintering fine powder and having a large specific surface area. It was considered that a glassy silica glass support was prepared and used as a fibrous photocatalyst.
Such a photocatalyst was considered to have a high ultraviolet transmittance and allow the object to be processed to pass through the gaps between the fibers, so that the photocatalytic action can be effectively exhibited.

一方、透明なシリカゲル粒子も同様に使用できるのではないかと考えられるが、粒径の大きいシリカゲルの場合、これを担体として使用しても浄化処理物の空気や水が粒子の隙間を流れてしまい、シリカゲル粒子内部の細孔には入りにくく、結果として光触媒反応の効率が悪いという結果になってしまう。反対に、粒子の細かいシリカゲルの場合、空気や水の処理時に目詰まりを起こしたり、粒子内部に紫外光が入りにくく、結果として光触媒反応の効率が悪いという結果になってしまう。   On the other hand, it is thought that transparent silica gel particles can be used in the same way. However, in the case of silica gel with a large particle size, even if this is used as a carrier, the air or water of the purified product flows through the gaps between the particles. This makes it difficult to enter the pores inside the silica gel particles, resulting in poor photocatalytic reaction efficiency. On the other hand, in the case of silica gel with fine particles, clogging occurs during the treatment of air or water, or ultraviolet light is difficult to enter inside the particles, resulting in poor photocatalytic reaction efficiency.

なお、繊維状シリカガラスの製造方法は古くから知られているが、最近の文献としては特開2004−99376号公報、特開2004−99377号公報、特開2004−352576号公報、特開2006−27960号公報、特開2006−282401号公報等が上げられる。   In addition, although the manufacturing method of fibrous silica glass is known for a long time, as a recent literature, JP, 2004-99376, JP, 2004-99377, JP, 2004-352576, A JP, 2006, is mentioned. JP-A No. 27960 and JP-A No. 2006-282401.

しかしながら、繊維状シリカガラスに関するこれら近年の発明は多層プリント配線に用いられる合成シリカガラス繊維、糸、布に関するものであり、特に1GHz以上の高周波回路に必要な低誘電率、低損失なプリント基板に関するものである。   However, these recent inventions related to fibrous silica glass relate to synthetic silica glass fibers, yarns and fabrics used for multilayer printed wiring, and particularly to low dielectric constant and low loss printed circuit boards necessary for high frequency circuits of 1 GHz or higher. Is.

また、特開2006−231171号公報において窒素酸化物(NO)を紫外線から可視光照射下における光触媒と尿素により、窒素へ還元する方法が示されている。この中で尿素の担体として、活性炭、活性炭素繊維、酸化チタン、アルミナ、シリカゲル、石英ウールが考えられている。
しかしながら、この文献の石英ウールはそもそも尿素の担体として考えられており、酸化チタンの担体ではない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-231171 discloses a method of reducing nitrogen oxide (NO) to nitrogen by a photocatalyst and urea under irradiation of visible light from ultraviolet rays. Among these, activated carbon, activated carbon fiber, titanium oxide, alumina, silica gel, and quartz wool are considered as urea carriers.
However, the quartz wool of this document is originally considered as a carrier for urea and is not a carrier for titanium oxide.

本発明者らは、これらの知見から、光触媒体に可視光ないし紫外光の光透過性と通気性及び通水性を付与すべく、繊維状シリカガラス担体を作製し、次いで、該繊維状シリカガラス担体の表面に、可視光応答性を有する光触媒となる材料の被膜を形成する処理を行うことによって可視光応答型繊維状光触媒体の製造を行うことを見出した。そして、このような製造方法によれば、高い光透過性を有するとともに、通気性及び通水性も高く、光触媒材料と被処理物とが接触することができる比表面積が大きい光触媒体とすることができることに想到し、本発明を完成させた。   Based on these findings, the present inventors prepared a fibrous silica glass support to impart visible light or ultraviolet light transmittance, air permeability, and water permeability to the photocatalyst, and then produced the fibrous silica glass. It has been found that a visible light-responsive fibrous photocatalyst is produced by performing a treatment for forming a coating film of a material to be a photocatalyst having a visible light response on the surface of the carrier. And according to such a manufacturing method, it can be set as a photocatalyst body which has high light permeability, high air permeability and water permeability, and a large specific surface area that allows the photocatalyst material and the object to be processed to come into contact with each other. The present invention has been completed by conceiving what can be done.

また、従来の粉体や焼結体の担体のように、担体に不純物が多く含まれる場合、例えば水の浄化においては、担体の不純物元素含有量が多くまた化学的安定性が低いために、浄化した水にこれら担体に含有される不純物元素が溶出して混入することが多々起こる。あるいは空気の浄化においては、担体の不純物元素含有量が多くまた担体が破砕された粉体、あるいは粉体を焼結した塊状体であるために、浄化した空気にこれら担体に含有される不純物元素含有微粉末が混入することが多々起こる。特に、処理する気体が高温で腐蝕性ガスを含んでいる場合には、担体が劣化することにより2次的不純物が発生してしまうことがあった。
また、微粉末状の光触媒体は、飛散しやすいなどの問題に加え、一般に、耐熱性、耐薬品性、化学的安定性等が低く、長期間の使用や、特には、紫外線照射下での高温の流体を処理する様な過酷な条件下での使用には耐えられなかった。
また、固い塊状の光触媒体は加工性に難があった。
In addition, when the carrier contains a large amount of impurities, such as conventional powder and sintered body carriers, for example, in the purification of water, the carrier contains a large amount of impurity elements and the chemical stability is low. In many cases, impurity elements contained in these carriers are eluted and mixed in the purified water. Alternatively, in the purification of air, since the carrier has a large impurity element content and the carrier is crushed powder or a lump of sintered powder, the impurity element contained in these carriers in the purified air In many cases, the contained fine powder is mixed. In particular, when the gas to be treated contains a corrosive gas at a high temperature, secondary impurities may be generated due to deterioration of the carrier.
In addition to the problem of fine powder photocatalysts being easily scattered, the heat resistance, chemical resistance, chemical stability, etc. are generally low, and it is used for a long time, especially under ultraviolet irradiation. It could not withstand use under harsh conditions such as treating hot fluids.
In addition, the hard lump photocatalyst has difficulty in processability.

これに対し、本発明のように、繊維状シリカガラス担体の表面に、可視光応答性を有する光触媒材料の被膜が形成された可視光応答型繊維状光触媒体であれば、加工性にも優れ、また、担体の材質がシリカガラスであるので、可視光ないし紫外光の光透過性が良好であり、かつ、化学的安定性、耐熱性が高い光触媒体とすることができる。   On the other hand, if it is a visible light responsive fibrous photocatalyst having a visible light responsive photocatalyst film formed on the surface of the fibrous silica glass carrier as in the present invention, it is excellent in processability. In addition, since the material of the carrier is silica glass, it is possible to obtain a photocatalyst that has good light transmittance of visible light or ultraviolet light, and has high chemical stability and heat resistance.

また、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体は、紫外光のみならず可視光照射によっても光触媒作用を発生させることができる。例えば太陽光に含まれる紫外光は全光エネルギーに比較すると少量であるが光触媒作用は可視光に比べると大きなものである。従って酸化チタン(TiO)等の光触媒材料に固有な紫外光触媒作用を維持しつつ可視光においても高い応答性を有する光触媒体の開発は重要である。また例えば各種水銀ランプでは、紫外光の他に多量の可視光が発生しており、紫外光のみならず可視光においても高い応答性を発揮する光触媒体の開発は大変重要である。 Further, the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention can generate a photocatalytic action not only by ultraviolet light but also by irradiation with visible light. For example, the amount of ultraviolet light contained in sunlight is small compared to the total light energy, but the photocatalytic action is large compared to visible light. Accordingly, it is important to develop a photocatalyst having high responsiveness even in visible light while maintaining the ultraviolet photocatalytic action inherent in photocatalytic materials such as titanium oxide (TiO 2 ). For example, in various mercury lamps, a large amount of visible light is generated in addition to ultraviolet light, and it is very important to develop a photocatalyst that exhibits high responsiveness not only in ultraviolet light but also in visible light.

また本発明の可視光応答型繊維状光触媒体の最大の特徴は、光触媒体表面に照射される紫外光や可視光が内部まで透過、散乱することである。このことにより大きな体積を有する光触媒であっても、表面のみならず内部において光触媒反応を効率よく生じさせることができる。このようなことは従来の不透明なセラミックスを担体とし、光触媒材料を担持させた光触媒体では達成できないほどの光反応効率の向上をもたらす。   The greatest feature of the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention is that ultraviolet light and visible light irradiated on the surface of the photocatalyst are transmitted and scattered to the inside. Accordingly, even a photocatalyst having a large volume can efficiently cause a photocatalytic reaction not only on the surface but also inside. Such a thing brings about the improvement of the photoreaction efficiency which cannot be achieved with the photocatalyst which carried the conventional opaque ceramics as a support | carrier and carry | supported the photocatalyst material.

酸化チタンは、波長約400nm以下の紫外光を吸収することにより光触媒作用を発生する。酸化チタンは半導体の一種であり半導体は通常電気を通さない不導体であるが、光を照射すると電気を通すようになる。しかしどの様な光でも良いわけではなく、一定以上のエネルギーを持つ光が必要である。そのエネルギーをバンドギャップエネルギーと呼び、半導体の種類によって異なっている。バンドギャップエネルギー以上の紫外光を酸化チタンに照射すると価電子帯の電子がエネルギー準位の高い伝導帯というところに移動し、動けるようになる。伝導帯に電子が移動すると価電子帯には電子の抜けた孔が出来、この孔は正の電荷で持っており正孔と呼ばれる。電子と正孔は同時に生成し、電子は強い還元力を持ち正孔は強い酸化力を持つ。これが光触媒作用の基本メカニズムである。   Titanium oxide generates a photocatalytic action by absorbing ultraviolet light having a wavelength of about 400 nm or less. Titanium oxide is a kind of semiconductor, and a semiconductor is usually a nonconductor that does not conduct electricity, but it conducts electricity when irradiated with light. However, any light is not necessary, and light with a certain level of energy is required. This energy is called bandgap energy and varies depending on the type of semiconductor. When the titanium oxide is irradiated with ultraviolet light having a band gap energy or higher, electrons in the valence band move to a conduction band having a high energy level and can move. When electrons move to the conduction band, a hole is formed in the valence band, from which electrons are removed, and this hole has a positive charge and is called a hole. Electrons and holes are generated simultaneously, electrons have a strong reducing power, and holes have a strong oxidizing power. This is the basic mechanism of photocatalysis.

窒素やチタン以外の遷移金属元素をドープした酸化チタンでは、400nm以下の紫外光の吸収のみならず約800nm以下の可視光も吸収することにより、より大きな光触媒作用が発生するようになる。なお、窒素とチタン以外の遷移金属元素を酸化チタンにドープすることによる可視光応答性の発生の詳細なメカニズムは完全には解明されていないが、いずれにしても、窒素とチタン以外の遷移金属元素をドープすることにより可視光応答性が生じる。   Titanium oxide doped with a transition metal element other than nitrogen or titanium absorbs not only ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less but also visible light having a wavelength of about 800 nm or less, thereby generating a larger photocatalytic action. Although the detailed mechanism of visible light responsiveness by doping transition metal elements other than nitrogen and titanium into titanium oxide has not been fully elucidated, anyway, transition metals other than nitrogen and titanium Visible light responsiveness is produced by doping the element.

以下、本発明について図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

(製造方法1)
まず、光触媒材料被膜として、金属酸化物を主成分とし、添加元素として少なくとも窒素を含有する被膜を具備する可視光応答型繊維状光触媒体を製造する方法について説明する。
図1に、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法の一例を示す。
まず、図1(a)に示したような、シリカガラス繊維からなる繊維状シリカガラス担体11を作製する(工程1a)。なお、図1(a−1)には、繊維の軸方向に沿った断面、図1(a−2)には、繊維の軸方向に対する垂直断面をそれぞれ模式的に示している。
(Manufacturing method 1)
First, a method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst comprising a coating containing a metal oxide as a main component and at least nitrogen as an additive element as a photocatalyst material coating will be described.
FIG. 1 shows an example of a method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention.
First, the fibrous silica glass support | carrier 11 which consists of a silica glass fiber as shown to Fig.1 (a) is produced (process 1a). 1A-1 schematically shows a cross section along the fiber axial direction, and FIG. 1A-2 schematically shows a cross section perpendicular to the fiber axial direction.

この繊維状シリカガラス担体は、公知の方法(例えば、「高純度シリカの応用技術」(株式会社シーエムシー、1991年3月1日発行、P.202、第5章シリカ繊維とその応用)に概要が記載されている)によって作製することができるが、例えば、以下のような方法によって作製することが好ましい。   This fibrous silica glass support is obtained by a known method (for example, “Application Technology of High-Purity Silica” (CMC Co., Ltd., issued on March 1, 1991, P. 202, Chapter 5 Silica Fiber and its Application)). For example, it is preferable to prepare by the following method.

まず、以下のようにして透明シリカガラス母材を形成する(ステップ1)。
高純度ケイ素化合物、例えばSiClを原料とし、酸水素ガス又はプロパンガス等を用いた火炎加水分解法により透明シリカガラス母材を形成する。ここで行う火炎加水分解法は高温(1700℃以上)にして直接透明なシリカガラス母材を得る方法である直接溶融法や、比較的低温(500〜1000℃程度)で一度白色不透明のスート体を作った後、減圧下にて加熱溶融させて透明シリカガラス母材を得る方法であるスート法等の方法を適宜選択して行うことができる。火炎加水分解法以外の製造方法を用いて上記透明シリカガラス母材を製造してもよいが、火炎加水分解法によれば、より高純度なものが得られ、OH基の濃度も調節しやすいので好ましい。
First, a transparent silica glass base material is formed as follows (step 1).
A high-purity silicon compound such as SiCl 4 is used as a raw material, and a transparent silica glass base material is formed by flame hydrolysis using oxyhydrogen gas or propane gas. The flame hydrolysis method performed here is a direct melting method which is a method for obtaining a transparent silica glass base material directly at a high temperature (1700 ° C. or higher), or a white opaque soot body at a relatively low temperature (about 500 to 1000 ° C.). Then, a method such as a soot method, which is a method for obtaining a transparent silica glass base material by heating and melting under reduced pressure, can be appropriately selected. The transparent silica glass base material may be manufactured using a manufacturing method other than the flame hydrolysis method. However, according to the flame hydrolysis method, a higher-purity product can be obtained and the concentration of OH groups can be easily adjusted. Therefore, it is preferable.

次に、以下のようにして、上述の透明シリカガラス母材を棒状体に加工する(ステップ2)。これにより、次のステップ3における繊維形状への線引き加工を行いやすくする。
例えば、透明シリカガラス母材を加熱軟化させる熱加工により、直径5〜10mm、長さ500〜2000mm程度の棒状体に延伸加工する。このような加工方法とした場合、透明シリカガラス棒状体の軸方向に対する垂直断面形状は真円や楕円に近いものとなりやすい。
また、透明シリカガラス母材を切断機により加工し、必要に応じて、軸方向に対する垂直断面形状が正方形、長方形、三角形その他多角形の細長い棒状体に加工してもよい。寸法としては、多角形の辺の長さの合計が10〜50mm、長さ500〜2000mm程度とする。垂直断面形状を多角形とすることにより、次のステップ3の、繊維形状への延伸(線引き加工)によって繊維に適度な曲げ(ファイバーカール)を形成することができる。
Next, the above-described transparent silica glass base material is processed into a rod-shaped body as follows (step 2). Thereby, it becomes easy to perform the drawing process to the fiber shape in the next step 3.
For example, the transparent silica glass base material is stretched into a rod-like body having a diameter of about 5 to 10 mm and a length of about 500 to 2000 mm by heat processing for softening by heating. When such a processing method is adopted, the vertical cross-sectional shape with respect to the axial direction of the transparent silica glass rod-like body tends to be close to a perfect circle or an ellipse.
Further, the transparent silica glass base material may be processed by a cutting machine, and if necessary, processed into an elongated rod-like body whose vertical cross-sectional shape with respect to the axial direction is a square, rectangle, triangle or other polygon. As dimensions, the total length of the sides of the polygon is about 10 to 50 mm and the length is about 500 to 2000 mm. By making the vertical cross-sectional shape polygonal, an appropriate bend (fiber curl) can be formed in the fiber by drawing (drawing process) into the fiber shape in the next step 3.

次に、以下のようにして、上述の透明シリカガラス棒状体を溶融し、繊維状に線引きしてシリカガラス繊維を作製する(ステップ3)。
例えば、ステップ2で得られた直径5〜10mmの合成透明シリカガラス棒状体を10〜30本並列させてプロパン等の火炎、あるいは、ヒーターによる直接電気抵抗加熱、高周波誘導加熱にて加熱、溶融軟化し、延伸(線引き)させて、繊維径300μm程度以下のシリカガラス繊維とする。なお、溶融線引きの際の加熱方法は上記の方法を複数組み合わせてもよい。
このまま冷却し、連続繊維(長繊維)のシリカガラス繊維としてもよいが、このあと更に引き続き高速の流体を吹き付ける(例えば、火炎でジェットブローする)ことにより、繊維径5〜100μm程度のウール状(短繊維)のシリカガラス繊維を作製してもよい。
Next, as described below, the above-described transparent silica glass rod-like body is melted and drawn into a fiber shape to produce silica glass fibers (step 3).
For example, 10 to 30 synthetic transparent silica glass rods having a diameter of 5 to 10 mm obtained in Step 2 are juxtaposed and heated by propane or the like, direct electric resistance heating by a heater, high frequency induction heating, or melt softening Then, it is drawn (drawn) to obtain a silica glass fiber having a fiber diameter of about 300 μm or less. In addition, you may combine multiple said methods for the heating method in the case of melt drawing.
It may be cooled as it is, and it may be a continuous glass (long fiber) silica glass fiber, but after that, by further spraying a high-speed fluid (for example, jet blowing with a flame), a wool shape having a fiber diameter of about 5 to 100 μm ( (Short fiber) silica glass fiber may be produced.

以上のような各ステップを経ることにより、図1(a)に示したような、繊維状シリカガラス担体11を作製することができる。
また、シリカガラス繊維を収束したり、紡糸したり、編み込んだりして、ストランド、ヤーン、クロス等と呼ばれる形態として、繊維状シリカガラス担体としてもよい。その他、本発明に係る繊維状シリカガラス担体の形態としては、一般にシリカガラス繊維がとりうる種々の形態を適宜選択することができる。
By passing through the above steps, the fibrous silica glass support 11 as shown in FIG. 1A can be produced.
Moreover, it is good also as a fibrous silica glass support | carrier as a form called a strand, a yarn, a cloth | cross, etc. by converging, spinning, or braiding a silica glass fiber. In addition, as a form of the fibrous silica glass support according to the present invention, various forms that can be generally taken by the silica glass fiber can be appropriately selected.

この繊維状シリカガラス担体は、シリカガラス繊維一本の寸法については、下記のような理由により、直径(繊維径)が5〜300μm、長さ(繊維長)は100mm以上であることが好ましい。
なお、本明細書における繊維径とは、前述したように、繊維の断面積を、該繊維の断面形状が真円形であると仮定して換算したときの直径に該当する値を意味するものである。また、上記好ましい繊維径、繊維長の限定は、多数本のシリカガラス繊維の平均(平均繊維径、平均繊維長)により規定することができる。
In the fibrous silica glass support, the size of one silica glass fiber is preferably 5 to 300 μm in diameter (fiber diameter) and 100 mm or more in length (fiber length) for the following reasons.
As described above, the fiber diameter in the present specification means a value corresponding to the diameter when the cross-sectional area of the fiber is converted on the assumption that the cross-sectional shape of the fiber is a perfect circle. is there. Moreover, the limitation of the said preferable fiber diameter and fiber length can be prescribed | regulated by the average (average fiber diameter, average fiber length) of many silica glass fibers.

上記のように、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体に係るシリカガラス繊維の繊維径を5μm以上とすることが好ましい。このようにすれば、シリカガラス繊維の強度を十分確保できるので、切断されて粒子様になってしまうことなどを防止することができ、より取り扱い易いものとすることができる。また、繊維径が300μm以下であれば、繊維の強度が強すぎることがなく適度であり、より取り扱い易いものとすることができる。
また、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体に係るシリカガラス繊維の長さが100mm以上であれば、可視光応答型繊維状光触媒体をまとめて綿状の塊体とするときに適度にまとまりやすく、より取り扱いしやすい可視光応答型繊維状光触媒体とすることができるので好ましい。また、このシリカガラス繊維の長さは、3000mm以下であれば、繊維状光触媒体をまとめて綿状の塊体とするときに適度にまとまりやすく、より取り扱いやすい繊維状光触媒体とすることができるので好ましい。
As described above, the fiber diameter of the silica glass fiber according to the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention is preferably 5 μm or more. In this way, the strength of the silica glass fiber can be sufficiently secured, so that it can be prevented from being cut and become particle-like, and can be handled more easily. Moreover, if a fiber diameter is 300 micrometers or less, the intensity | strength of a fiber is not too strong, it is moderate, and it can be made easier to handle.
Moreover, if the length of the silica glass fiber according to the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention is 100 mm or more, when the visible light responsive fibrous photocatalyst is collectively made into a cottony lump, A visible light responsive fibrous photocatalyst that can be easily united and handled is preferable. Moreover, if the length of this silica glass fiber is 3000 mm or less, when the fibrous photocatalysts are put together into a cotton-like lump, it can be moderately easily bundled and a fibrous photocatalyst that is easier to handle can be obtained. Therefore, it is preferable.

なお、シリカガラス繊維の繊維径は、シリカガラス棒状体を線引きしてシリカガラス繊維とする時の、棒状体の送り速度、繊維の引っ張り速度、火炎量や温度等により制御することができる。
また、シリカガラス繊維の繊維長は、短繊維とする場合は、例えば、高速の流体を吹き付ける際の流速等により制御することができる。また、連続繊維とする場合には、巻き取った後に適度な長さで切断することなどにより調節することができる。
The fiber diameter of the silica glass fiber can be controlled by controlling the feed speed of the rod-shaped body, the fiber pulling speed, the amount of flame, the temperature, etc., when the silica glass rod-shaped body is drawn into silica glass fibers.
Moreover, when making the fiber length of a silica glass fiber into a short fiber, it can be controlled by the flow rate etc. at the time of spraying a high-speed fluid, for example. Moreover, when setting it as a continuous fiber, after winding up, it can adjust by cutting | disconnecting by moderate length.

また、シリカガラス繊維中のOH基は、1〜1000wt.ppm程度含有させておくことが好ましく、1〜100wt.ppm程度とすることがより好ましい。このようにすれば、耐紫外線性が向上し、特に光透過率低下と強度劣化を防止できる。また、この劣化によって引き起こされる光触媒材料被膜の剥離を抑制することができる。
これは、OH基はシリカのSi原子とO原子の網目構造(ネットワークストラクチャー)を終端させるもの(ネットワークターミネーター)であり、適量存在させることによりシリカガラス構造を安定化させ(リラックスさせ)、Si−O−Siの結合角度を安定値にすることができ、その結果、紫外線照射による劣化を抑制させることが可能となるからである。
The OH group in the silica glass fiber is 1-1000 wt. It is preferable to contain about ppm, 1-100 wt. More preferably, it is about ppm. In this way, the UV resistance is improved, and in particular, it is possible to prevent a decrease in light transmittance and deterioration in strength. Moreover, peeling of the photocatalyst material film caused by this deterioration can be suppressed.
This is because the OH group terminates the network structure (network structure) of Si atoms and O atoms of the silica (network terminator), and the silica glass structure is stabilized (relaxed) by being present in an appropriate amount. This is because the bond angle of O—Si can be set to a stable value, and as a result, deterioration due to ultraviolet irradiation can be suppressed.

また、上記ステップ2において、透明シリカガラス母材を、軸方向に対する垂直断面形状が正方形、長方形、三角形その他多角形の細長い棒状体に加工した場合には、線引きしてシリカガラス繊維としたときに、該シリカガラス繊維の垂直断面形状が正方形、長方形、三角形その他多角形になりやすいが、このような断面形状であれば、シリカガラス繊維に適度な曲げ(ファイバーカール)を形成することができる。繊維状シリカガラス担体の繊維はストレートであるよりも、むしろカールがある方が担体を塊状にまとめて取り扱う際の容易性の点から好ましい。
カールの程度は繊維を空気中の室温25℃、相対湿度50%以下の雰囲気にて乾燥したシリカガラス板上に上から落下させた後の形状から判断することが可能である。
このときのシリカガラス繊維の曲率半径、すなわちファイバーカール半径は、200mm以下が好ましく、100mm以下であることがさらに好ましい。ファイバーカール半径の好ましい範囲の下限は特に限定されるものではないが、取り扱いのし易さ等により決定することができ、例えば10mm程度である。
Further, in the above step 2, when the transparent silica glass base material is processed into an elongated rod-like body whose vertical cross-sectional shape with respect to the axial direction is square, rectangular, triangular or other polygonal shape, when drawn into a silica glass fiber The vertical cross-sectional shape of the silica glass fiber tends to be a square, rectangle, triangle or other polygonal shape. With such a cross-sectional shape, an appropriate bend (fiber curl) can be formed in the silica glass fiber. The fibers of the fibrous silica glass carrier are preferably curled rather than straight from the viewpoint of ease of handling the carrier in a lump.
The degree of curling can be judged from the shape after the fiber is dropped from above onto a silica glass plate dried in an atmosphere of air at room temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50% or less.
In this case, the radius of curvature of the silica glass fiber, that is, the fiber curl radius is preferably 200 mm or less, and more preferably 100 mm or less. The lower limit of the preferred range of the fiber curl radius is not particularly limited, but can be determined according to ease of handling and the like, for example, about 10 mm.

上記したような繊維状シリカガラス担体の製造方法であれば、極めて純度の高いシリカガラスからなる繊維状担体とすることができるので好ましい。   The method for producing a fibrous silica glass carrier as described above is preferable because it can be a fibrous carrier made of silica glass with extremely high purity.

以上のように、図1(a)に示したような繊維状シリカガラス担体11を作製した後、次に、図1(b)に示したように、この繊維状シリカガラス担体11の表面に、光触媒材料となる金属酸化物の被膜12を形成する(工程1b)。なお、この金属酸化物の被膜12を形成した繊維状シリカガラス担体11を、以下、中間複合体13と呼ぶことがある。
なお、図1(b−1)には、繊維の軸方向に沿った断面、図1(b−2)には、繊維の軸方向に対する垂直断面をそれぞれ模式的に示している。
As described above, after producing the fibrous silica glass support 11 as shown in FIG. 1A, next, as shown in FIG. 1B, the surface of the fibrous silica glass support 11 is formed. Then, a metal oxide film 12 to be a photocatalytic material is formed (step 1b). The fibrous silica glass carrier 11 on which the metal oxide coating 12 is formed may be hereinafter referred to as an intermediate composite 13.
1B-1 schematically shows a cross section along the fiber axial direction, and FIG. 1B-2 schematically shows a cross section perpendicular to the fiber axial direction.

本発明に用いられる光触媒材料となる金属酸化物としては酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム等が挙げられるが、光触媒活性が高い等の理由により酸化チタンが好ましい。酸化チタンには、純粋な無水酸化チタン(TiO)の他、各種の水和物等が包含される。また、ドープ剤やバインダーなどを含んでいてもよい。
本発明の実施にあたって使用する酸化チタンとしては、光触媒活性の高いアナターゼ型結晶構造のもの(アナターゼ型酸化チタン)が特に好ましい。
以下では、好適な例として、この工程1bにおいて酸化チタンの被膜を形成する場合について主に説明する。
Examples of the metal oxide used as the photocatalyst material for the present invention include titanium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, and the like. Titanium oxide is preferred for reasons such as high photocatalytic activity. Titanium oxide includes pure anhydrous titanium oxide (TiO 2 ) and various hydrates. Moreover, a dopant, a binder, etc. may be included.
As the titanium oxide used in the practice of the present invention, an anatase type crystal structure having high photocatalytic activity (anatase type titanium oxide) is particularly preferable.
In the following, as a preferred example, a case where a titanium oxide film is formed in Step 1b will be mainly described.

この金属酸化物被膜12は、例えば、以下のような方法により形成することができる。大きく分けて2種類、すなわち、乾式法と湿式法が挙げられる。   The metal oxide film 12 can be formed by the following method, for example. There are roughly two types, that is, a dry method and a wet method.

第1の方法は繊維状シリカガラス担体の表面への金属酸化物の蒸着である(乾式法)。蒸着法としては、酸化チタン(TiO)を、スパッタリング法、グロー放電法、熱蒸着法、真空蒸着法、化学蒸着法(CVD法)、イオンプレーティング法等の膜付け技術により蒸着することができる。技術的な手軽さやコスト面からは特に熱蒸着法が好ましい。被膜として形成される酸化チタンは二酸化チタン(TiO)が好ましく、構造としてはアナターゼ型酸化チタンが好ましい。 The first method is vapor deposition of a metal oxide on the surface of a fibrous silica glass support (dry method). As a vapor deposition method, titanium oxide (TiO 2 ) may be deposited by a film forming technique such as a sputtering method, a glow discharge method, a thermal vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method, a chemical vapor deposition method (CVD method), or an ion plating method. it can. In view of technical ease and cost, the thermal evaporation method is particularly preferable. The titanium oxide formed as a film is preferably titanium dioxide (TiO 2 ), and the structure is preferably anatase titanium oxide.

第2の方法は、金属酸化物の前駆体となる有機金属化合物の溶液、又は、金属酸化物の前駆体となる化合物からなる微粒子の分散液(酸化チタンの場合は、有機チタン化合物の溶液又は酸化チタン分散液)に、繊維状シリカガラス担体を含浸させた後、加熱乾燥処理することにより行うものである(ディップコーティング法、湿式法)。
例えば、有機チタン化合物を酸触媒下で加水分解によって調整した酸化チタン(TiO)のゾル溶液に繊維状シリカガラス担体を浸漬して含浸させ、次いで一定速度で引き上げて乾燥、300〜700℃程度で加熱焼成する。均一で高品質の酸化チタンの被膜を作製するためには、前述の浸漬・含浸・乾燥・焼成の各段階を複数回繰り返すのが好ましい。有機チタン化合物としては、チタンエトキシド[Ti(OC]、チタンプロキシド[Ti(OC]、チタンブロキシド[Ti(OC]等のチタンアルコキシドが利用できる。酸触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸、又は蓚酸、乳酸、酢酸などの有機酸を使用することができる。
The second method is a solution of an organometallic compound that becomes a precursor of a metal oxide, or a dispersion of fine particles made of a compound that becomes a precursor of a metal oxide (in the case of titanium oxide, a solution of an organotitanium compound or (Titanium oxide dispersion) is impregnated with a fibrous silica glass carrier and then heat-dried (dip coating method, wet method).
For example, a fibrous silica glass carrier is immersed and impregnated in a sol solution of titanium oxide (TiO 2 ) prepared by hydrolysis of an organic titanium compound in the presence of an acid catalyst, then pulled up at a constant speed and dried, about 300 to 700 ° C. Bake with heat. In order to produce a uniform and high-quality titanium oxide film, it is preferable to repeat the above-described steps of immersion, impregnation, drying, and baking a plurality of times. Examples of the organic titanium compound include titanium such as titanium ethoxide [Ti (OC 2 H 5 ) 4 ], titanium proxy [Ti (OC 3 H 7 ) 4 ], titanium bromide [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ]. Alkoxides can be used. As the acid catalyst, for example, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid, or organic acids such as oxalic acid, lactic acid, and acetic acid can be used.

この工程1bにおいて繊維状シリカガラス担体の表面部に形成、担持させる金属酸化物の量は、特に限定されるものではなく、その用途や目的、被処理体の気体又は液体かの物質形態等に応じて適宜選択することができる。一般的には繊維状シリカガラス担体100wt.%に対して、光触媒材料0.1〜50wt.%程度を被膜として担持させることができる。   The amount of the metal oxide formed and supported on the surface portion of the fibrous silica glass support in this step 1b is not particularly limited, and its use and purpose, the material form of gas or liquid of the object to be treated, etc. It can be appropriately selected depending on the case. Generally, fibrous silica glass support 100 wt. % To 0.1 to 50 wt. % Can be supported as a coating.

以上のように、図1(b)に示したような金属酸化物の被膜12を表面に形成した繊維状シリカガラス担体11(中間複合体13)に窒素ドープ処理を行う(工程1c)。
なお、図1(c−1)には、繊維の軸方向に沿った断面、図1(c−2)には、繊維の軸方向に対する垂直断面をそれぞれ模式的に示している。
As described above, the fibrous silica glass support 11 (intermediate composite 13) on which the metal oxide film 12 as shown in FIG. 1B is formed is subjected to nitrogen doping (step 1c).
1C-1 schematically shows a cross section along the fiber axial direction, and FIG. 1C-2 schematically shows a cross section perpendicular to the fiber axial direction.

この窒素ドープ処理は、金属酸化物の被膜12に窒素が添加されるものであれば特に限定されないが、好ましくは以下のような処理によって行うことができる。
すなわち、アンモニア(NH)ガス含有雰囲気下で、400℃〜700℃の温度範囲にて熱処理を行うことができる。このアンモニアガス熱処理は、例えばシリカガラスチャンバーを設置した電気加熱炉の中に金属酸化物被膜形成処理後の繊維状シリカガラス担体を入れ、チャンバー内部をアンモニアガス雰囲気とし、次いで600℃に昇温し、1時間保持後室温まで冷却処理を行う。また必要に応じて引き続きチャンバー内をアンモニアガスから窒素ガス雰囲気に切り替えて200℃〜300℃3時間程度のベーキング処理を行う。このベーキング処理は窒素ドープされた金属酸化物の被膜を物理的、化学的に安定化させる効果がある。
The nitrogen doping treatment is not particularly limited as long as nitrogen is added to the metal oxide film 12, but can be preferably performed by the following treatment.
That is, heat treatment can be performed in a temperature range of 400 ° C. to 700 ° C. in an ammonia (NH 3 ) gas-containing atmosphere. In this ammonia gas heat treatment, for example, the fibrous silica glass support after the metal oxide film formation treatment is placed in an electric heating furnace in which a silica glass chamber is installed, the inside of the chamber is made an ammonia gas atmosphere, and then the temperature is raised to 600 ° C. After holding for 1 hour, it is cooled to room temperature. Further, if necessary, the inside of the chamber is switched from ammonia gas to nitrogen gas atmosphere, and baking is performed at 200 ° C. to 300 ° C. for about 3 hours. This baking treatment has an effect of physically and chemically stabilizing the nitrogen-doped metal oxide film.

このような窒素ドープ処理を行うことにより、光触媒材料となる金属酸化物の被膜12に窒素を添加し、光触媒材料に可視光応答性を付加することができる。   By performing such nitrogen doping treatment, nitrogen can be added to the metal oxide film 12 to be a photocatalyst material, and visible light responsiveness can be added to the photocatalyst material.

以上のような工程1a、1b、1cを経ることにより、繊維状シリカガラス担体11の表面に、光触媒材料被膜として、金属酸化物を主成分とし、添加元素として少なくとも窒素を含有する可視光応答型光触媒材料の被膜15が形成された、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体16を製造することができる。   By passing through the steps 1a, 1b, and 1c as described above, a visible light responsive type containing a metal oxide as a main component and at least nitrogen as an additive element on the surface of the fibrous silica glass support 11 as a photocatalytic material coating. The visible light responsive fibrous photocatalyst body 16 according to the present invention in which the coating film 15 of the photocatalyst material is formed can be manufactured.

(製造方法2)
次に、光触媒材料被膜として、金属酸化物を主成分とし、添加元素として少なくとも該金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素を含有する被膜を具備する可視光応答型繊維状光触媒体を製造する方法について説明する。
図2に、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法の別の一例を示す。
まず、図2(a)に示したような、シリカガラス繊維からなる繊維状シリカガラス担体11を作製する(工程2a)。なお、図2(a−1)には、繊維の軸方向に沿った断面、図2(a−2)には、繊維の軸方向に対する垂直断面をそれぞれ模式的に示している。
この繊維状シリカガラス担体11の作製方法は、上記した製造方法1の工程1aと同様である。
(Manufacturing method 2)
Next, a visible light responsive fibrous photocatalyst comprising a coating containing a metal oxide as a main component and a transition metal element other than the metal element constituting the metal oxide as an additive element as a photocatalyst material coating A manufacturing method will be described.
FIG. 2 shows another example of the method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention.
First, the fibrous silica glass support | carrier 11 which consists of a silica glass fiber as shown to Fig.2 (a) is produced (process 2a). 2A-1 schematically shows a cross section along the fiber axial direction, and FIG. 2A-2 schematically shows a cross section perpendicular to the fiber axial direction.
The manufacturing method of this fibrous silica glass support | carrier 11 is the same as that of the process 1a of above-described manufacturing method 1.

次に、図2(b)に示したように、繊維状シリカガラス担体11の表面に、可視光応答性を有する光触媒材料の被膜として、金属酸化物及び添加金属元素として該金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素のいずれか一種を含む被膜17を形成し(工程2b)、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体18を製造する。添加金属元素としての遷移金属元素は、被処理体の特性又は光反応の光源の種類等にもよるが、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、パラジウム、銀、白金、セリウム、ネオジム等を採用することができる。
なお、図2(b−1)には、繊維の軸方向に沿った断面、図2(b−2)には、繊維の軸方向に対する垂直断面をそれぞれ模式的に示している。
Next, as shown in FIG. 2B, the metal oxide is formed on the surface of the fibrous silica glass support 11 as a coating of a photocatalytic material having visible light responsiveness as a metal oxide and an additive metal element. A film 17 containing any one of transition metal elements other than the metal element to be formed is formed (step 2b), and the visible light responsive fibrous photocatalyst 18 according to the present invention is manufactured. The transition metal element as the additive metal element depends on the properties of the object to be processed or the type of light source of the photoreaction, but vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, palladium, silver, platinum, cerium, Neodymium or the like can be employed.
FIG. 2B-1 schematically shows a cross section along the axial direction of the fiber, and FIG. 2B-2 schematically shows a vertical cross section with respect to the axial direction of the fiber.

前述したように、本発明に用いられる光触媒材料となる金属酸化物としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム等が挙げられるが、光触媒活性が高い等の理由により酸化チタンが好ましい。酸化チタンには、純粋な無水酸化チタン(TiO)の他、各種の水和物等が包含される。
本発明の実施にあたって使用する酸化チタンとしては、光触媒活性の高いアナターゼ型結晶構造のもの(アナターゼ型酸化チタン)が特に好ましい。
以下では、好適な例として、この工程2bにおいて形成する光触媒材料の主成分の金属酸化物を酸化チタンとする場合について主に説明する。
As described above, examples of the metal oxide used as the photocatalyst material for the present invention include titanium oxide, zinc oxide, and zirconium oxide. Titanium oxide is preferable because of its high photocatalytic activity. Titanium oxide includes pure anhydrous titanium oxide (TiO 2 ) and various hydrates.
As the titanium oxide used in the practice of the present invention, an anatase type crystal structure having high photocatalytic activity (anatase type titanium oxide) is particularly preferable.
Below, as a suitable example, the case where the metal oxide of the main component of the photocatalyst material formed in this process 2b is made into a titanium oxide is mainly demonstrated.

この金属酸化物被膜17は、例えば、以下のような方法により形成することができる。上記した製造方法1の場合と同様に、大きく分けて2種類、すなわち、乾式法と湿式法が挙げられる。   The metal oxide film 17 can be formed by the following method, for example. As in the case of the production method 1 described above, there are roughly two types, that is, a dry method and a wet method.

第1の方法は繊維状シリカガラス担体の表面への金属酸化物の蒸着である(乾式法)。蒸着法としては、添加金属元素としてチタン以外の遷移金属元素を少量ドープさせた酸化チタン(TiO)を、スパッタリング法、グロー放電法、熱蒸着法、真空蒸着法、化学蒸着法(CVD法)、イオンプレーティング法等の膜付け技術により蒸着する。技術的な手軽さやコスト面からは特に熱蒸着法が好ましい。 The first method is vapor deposition of a metal oxide on the surface of a fibrous silica glass support (dry method). As the vapor deposition method, titanium oxide (TiO 2 ) doped with a small amount of transition metal element other than titanium as an additive metal element is used, sputtering method, glow discharge method, thermal vapor deposition method, vacuum vapor deposition method, chemical vapor deposition method (CVD method). Vapor deposition is performed by a film deposition technique such as ion plating. In view of technical ease and cost, the thermal evaporation method is particularly preferable.

第2の方法は、金属酸化物の前駆体となる有機金属化合物の溶液、又は、金属酸化物の前駆体となる化合物からなる微粒子の分散液(酸化チタンの場合は、有機チタン化合物の溶液又は酸化チタン分散液)に、繊維状シリカガラス担体を含浸させた後、加熱乾燥処理することにより行うものである(ディップコーティング法、湿式法)。そして、このとき、酸化チタンの触媒活性を高めるために、被処理体の特性や光反応に用いる光源の種類等にもよるが、添加金属元素としてチタン以外の遷移金属元素の硝酸塩又は塩化物、その他の化合物を微量、有機チタン化合物又は酸化チタン分散液に混合する。   The second method is a solution of an organometallic compound that becomes a precursor of a metal oxide, or a dispersion of fine particles made of a compound that becomes a precursor of a metal oxide (in the case of titanium oxide, a solution of an organotitanium compound or (Titanium oxide dispersion) is impregnated with a fibrous silica glass carrier and then heat-dried (dip coating method, wet method). And at this time, in order to enhance the catalytic activity of titanium oxide, depending on the characteristics of the object to be treated and the type of light source used for the photoreaction, nitrate or chloride of a transition metal element other than titanium as an additive metal element, A small amount of other compound is mixed with an organic titanium compound or a titanium oxide dispersion.

この工程2bは、上記した乾式法と湿式法ともに、添加金属元素を加える以外は、製造方法1の工程1bと同様である。   This step 2b is the same as the step 1b of the manufacturing method 1 except that the additive metal element is added in both the dry method and the wet method.

以上のような工程2a、2bを経ることにより、繊維状シリカガラス担体11の表面に、光触媒材料被膜として、金属酸化物を主成分とし、添加元素として少なくとも主成分の金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素のいずれか一種を含有する可視光応答型光触媒材料の被膜17が形成された本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体18を製造することができる。   Through the steps 2a and 2b as described above, a metal that has a metal oxide as a main component as a photocatalyst material coating on the surface of the fibrous silica glass support 11 and at least a main component metal oxide as an additive element The visible-light-responsive fibrous photocatalyst body 18 according to the present invention in which the coating film 17 of the visible-light-responsive photocatalyst material containing any one of transition metal elements other than the elements can be produced.

また、上記の工程2a、2bを経て製造された可視光応答型繊維状光触媒体に、さらに、窒素ドープ処理を行うこともできる。すなわち、図2(b)に示したような可視光応答型繊維状光触媒体18に対し、窒素ドープ処理を行う(工程2c)。
この窒素ドープ処理条件は、金属酸化物の被膜17に窒素が添加されるものであれば特に限定されないが、製造方法1の工程1cと同様に行うことができる。
In addition, the visible light responsive fibrous photocatalyst produced through the above steps 2a and 2b can be further subjected to nitrogen doping treatment. That is, nitrogen doping treatment is performed on the visible light responsive fibrous photocatalyst 18 as shown in FIG. 2B (step 2c).
The nitrogen doping conditions are not particularly limited as long as nitrogen is added to the metal oxide film 17, but can be performed in the same manner as in the step 1 c of the manufacturing method 1.

以上説明したように、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法によれば、少なくとも、シリカガラス繊維からなる繊維状シリカガラス担体と、該繊維状シリカガラス担体の表面に形成された可視光応答性を有する光触媒材料の被膜からなる繊維状光触媒体を製造することができる。また、この可視光応答性を有する光触媒材料は、金属酸化物を主成分とし、さらに添加元素として主成分の金属酸化物を構成する金属元素以外の遷移金属元素のいずれか一種及び窒素のうち少なくとも一種の元素を含有している。そして、この繊維状光触媒体は、可視光応答性を有する光触媒体として機能する。   As described above, according to the method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention, at least a fibrous silica glass carrier composed of silica glass fibers and a surface of the fibrous silica glass carrier are formed. In addition, a fibrous photocatalyst comprising a coating of a photocatalytic material having visible light responsiveness can be produced. In addition, the photocatalytic material having visible light responsiveness includes a metal oxide as a main component, and further includes at least one of transition metal elements other than the metal element constituting the main component metal oxide as an additive element and nitrogen. Contains a kind of element. And this fibrous photocatalyst body functions as a photocatalyst body which has visible light responsiveness.

このような可視光応答型繊維状光触媒体であれば、紫外光のみならず可視光照射によっても光触媒作用を発生させることができる光触媒体とすることができる。また、担体がシリカガラス繊維からなるので、高い光透過性を有するとともに、通気性及び通水性が高く、光触媒材料と被処理物とが接触することができる比表面積が大きい可視光応答型繊維状光触媒体とすることができ、光触媒作用を効率よく発揮させることができる。   Such a visible light responsive fibrous photocatalyst body can be a photocatalyst body that can generate a photocatalytic action not only by ultraviolet light but also by visible light irradiation. In addition, since the support is made of silica glass fiber, it has high light permeability, high air permeability and water permeability, and has a large specific surface area that allows the photocatalyst material and the object to be processed to contact each other. It can be set as a photocatalyst body and can exhibit a photocatalytic action efficiently.

また、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体は、担体中に含まれるアルカリ金属元素Li、Na、K各々の含有量が100wt.ppb以下、特には50wt.ppb以下、アルカリ土類金属元素Mg、Ca各々の含有量が50wt.ppb以下、特には20wt.ppb以下とすることができる。
これらの金属元素は、それぞれ、作業者の人体、建築物の構成材料等から混入しやすいものであるが、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法によれば、可視光応答型繊維状光触媒体に含まれる不純物金属元素を上記範囲に抑制することが可能である。このように、不純物金属元素が非常に少なく、高純度の繊維状シリカガラス担体であれば、可視光ないし紫外光の透過率がさらに高くなり、水の浄化処理や空気の浄化処理における光化学反応をより促進させることができる。また、不純物が少ない繊維状シリカガラス担体であることにより、高温腐蝕性ガスや腐蝕性排水の処理時における繊維状シリカガラス担体の変質、劣化、再結晶化(失透)及びそれによって起こる強度低下及び透過率低下等を効果的に防止することができ、光触媒体として利用する際の環境中への不純物の放出も防止することができる。このような高純度は、従来の焼結法等による多孔質光触媒体の製造方法などでは達成することは極めて困難であった。従って、本発明の可視光応答型繊維状光触媒体は、耐久性に関しても優れている。
このような光触媒体は、耐熱性、耐薬品性、耐紫外線性、耐候性があり、高温下での排ガス処理、腐蝕性の排水処理、腐蝕性の排ガス処理等に好ましい。
In addition, the visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention has an alkali metal element Li, Na, K content of 100 wt. ppb or less, particularly 50 wt. ppb or less, the content of each of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 50 wt. ppb or less, particularly 20 wt. ppb or less.
These metal elements are each easily mixed from the worker's human body, building materials, etc., but according to the method for producing a visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention, visible light response It is possible to suppress the impurity metal element contained in the type fibrous photocatalyst to the above range. In this way, a highly pure fibrous silica glass support with very few impurity metal elements will further increase the transmittance of visible light or ultraviolet light, and the photochemical reaction in water purification treatment or air purification treatment. It can be promoted more. In addition, since the fibrous silica glass carrier is low in impurities, the fibrous silica glass carrier is deteriorated, deteriorated, recrystallized (devitrified) during processing of high-temperature corrosive gas and corrosive wastewater, and the strength reduction caused thereby. In addition, it is possible to effectively prevent a decrease in transmittance and the like, and it is also possible to prevent the release of impurities into the environment when used as a photocatalyst. Such high purity has been extremely difficult to achieve with a conventional method for producing a porous photocatalyst by a sintering method or the like. Therefore, the visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention is excellent in terms of durability.
Such a photocatalyst has heat resistance, chemical resistance, ultraviolet resistance, and weather resistance, and is preferable for exhaust gas treatment at high temperatures, corrosive wastewater treatment, corrosive exhaust gas treatment, and the like.

そして、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体を光触媒反応器内に収容し、少なくとも紫外光及び可視光を含む光線(以下紫外可視光と呼ぶことがある)を発する光源により可視光応答型繊維状光触媒体に光線を照射しながら、可視光応答型繊維状光触媒体に被処理物を接触させ、光触媒作用によって被処理物を浄化処理する浄化装置とすることができる。   The visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention is accommodated in a photocatalytic reactor, and a visible light response is generated by a light source that emits light including at least ultraviolet light and visible light (hereinafter sometimes referred to as ultraviolet visible light). It is possible to provide a purification device that purifies the object to be treated by photocatalytic action by bringing the object to be treated into contact with the visible light responsive fiber photocatalyst while irradiating the type fibrous photocatalyst with light.

浄化装置の構成は、様々な態様とすることができる。図3に可視光応答型繊維状光触媒体と光源とを具備する汚染ガス浄化装置の一例として、可視光応答型繊維状光触媒体の中心部に紫外可視光源が配置された例を示した。なお、図3(a)は光触媒反応ユニットの側面方向から見た概略断面図であり、図3(b)は、図3(a)中のA−A’面の概略断面図である。この汚染ガス浄化装置は、金属製(ステンレス、アルミニウム等)チャンバー21に覆われており、例えばらせん状の仕切り板22aを有するシリカガラスチャンバー22が反応器となる。また、その中心部に紫外可視光源23が配置されている。本発明の可視光応答型繊維状光触媒体25はシリカガラスチャンバー22内に充填される。紫外可視光源23により可視光応答型繊維状光触媒体25に紫外光及び可視光を照射しながら汚染ガス導入口26から汚染ガスを導入し、可視光応答型繊維状光触媒体25を通過させることにより汚染ガスを浄化し、浄化ガス排出口27から浄化されたガスを排出させる。仕切り板22aはなくてもよいが、このようならせん状の仕切り板22aを反応器内に配置することで、光触媒体内におけるガスの通過距離を長くすることができ、汚染ガスの浄化処理を効果的に行うことができる。
なお、紫外可視光源23は、少なくとも紫外光及び可視光を含む光線を照射できるものであれば良いが、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、レーザーダイオード、発光ダイオード等を用いることが可能である。
The configuration of the purification device can take various forms. FIG. 3 shows an example in which an ultraviolet-visible light source is disposed at the center of a visible light responsive fibrous photocatalyst as an example of a pollutant gas purifying apparatus including a visible light responsive fibrous photocatalyst and a light source. 3A is a schematic cross-sectional view as viewed from the side of the photocatalytic reaction unit, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the AA ′ plane in FIG. 3A. This pollutant gas purifier is covered with a metal (stainless steel, aluminum, etc.) chamber 21, and for example, a silica glass chamber 22 having a spiral partition plate 22a serves as a reactor. Moreover, the ultraviolet visible light source 23 is arrange | positioned in the center part. The visible light responsive fibrous photocatalyst 25 of the present invention is filled in the silica glass chamber 22. By introducing a pollutant gas from the pollutant gas inlet 26 while irradiating the visible light responsive fiber photocatalyst 25 with ultraviolet light and visible light from the ultraviolet visible light source 23, and passing the visible light responsive fiber photocatalyst 25 through The contaminated gas is purified, and the purified gas is discharged from the purified gas outlet 27. The partition plate 22a may not be provided, but by arranging such a spiral partition plate 22a in the reactor, the gas passage distance in the photocatalyst body can be lengthened, and the pollutant gas purification process is effective. Can be done automatically.
The ultraviolet-visible light source 23 may be any light source that can irradiate light including at least ultraviolet light and visible light. However, a medium-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an excimer lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a laser diode, and a light-emitting diode. Etc. can be used.

また、図4に可視光応答型繊維状光触媒体と紫外可視光源とを具備する汚染ガス浄化装置の別の一例として、可視光応答型繊維状光触媒体の外周部に紫外可視光源が配置された例を示した。なお、図4(a)は光触媒反応ユニットの側面方向から見た概略断面図であり、図4(b)は、図4(a)中のB−B’面の概略断面図である。この汚染ガス浄化装置は金属製チャンバー31に覆われたシリカガラス製外管32内に、反応器として、仕切り板34aを有するシリカガラス製内管34と紫外可視光源33が配置されている。そして、シリカガラス製内管34内に本発明の可視光応答型繊維状光触媒体35が配置されている。紫外可視光源33によりシリカガラス製内管34内の可視光応答型繊維状光触媒体35に紫外可視光を照射しながら汚染ガス導入口36から汚染ガスを導入し、可視光応答型繊維状光触媒体35を通過させることにより汚染ガスを浄化し、浄化ガス排出口37から浄化されたガスを排出させる。   In addition, as another example of the pollutant gas purification apparatus including the visible light responsive fibrous photocatalyst and the ultraviolet visible light source in FIG. 4, an ultraviolet visible light source is disposed on the outer periphery of the visible light responsive fibrous photocatalyst. An example is shown. 4A is a schematic cross-sectional view of the photocatalytic reaction unit as viewed from the side, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the B-B ′ plane in FIG. In this pollutant gas purifier, a silica glass inner tube 34 having a partition plate 34a and an ultraviolet / visible light source 33 are arranged as a reactor in a silica glass outer tube 32 covered with a metal chamber 31. The visible light responsive fibrous photocatalyst 35 of the present invention is disposed in the silica glass inner tube 34. While the visible light responsive fiber photocatalyst 35 in the silica glass inner tube 34 is irradiated with ultraviolet visible light by the ultraviolet visible light source 33, a contaminated gas is introduced from the contaminated gas inlet 36, and the visible light responsive fiber photocatalyst is obtained. The polluted gas is purified by passing through 35, and the purified gas is discharged from the purified gas discharge port 37.

また、図5に可視光応答型繊維状光触媒体と紫外可視光源とを具備する汚染ガス浄化装置のさらに別の一例を示した。なお、図5(a)は光触媒反応ユニットの上方から見た概略断面図であり、図5(b)は、図5(a)中のC−C’面の概略断面図である。この汚染ガス浄化装置は、特に車両等の排気ガス浄化処理ユニットに用いることができる。
この汚染ガス浄化装置は、楕円断面形状の筒型アルミニウム製排気ガス処理ユニットカバー40の内部に光触媒反応器としてシリカガラス製光触媒反応チャンバー41が配置されている。また、上記の楕円断面形状の焦点に相当する2箇所に紫外可視光源43a、43bが配置されている。また、シリカガラス製光触媒反応チャンバー41の内部に可視光応答型繊維状光触媒体42が配置されている。
また、車両のエンジンから排出される排気ガスは排気ガス導入口44に入り光触媒反応により浄化された後、浄化ガス排出口45から外部へ出される。排気ガスは高温であるため、光源を保護する目的から、冷却用空気が冷却空気入口46から入り冷却空気出口47から外部へ出る構造となっている。
FIG. 5 shows still another example of a pollutant gas purifying apparatus including a visible light responsive fiber photocatalyst and an ultraviolet visible light source. 5A is a schematic cross-sectional view as viewed from above the photocatalytic reaction unit, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of the CC ′ plane in FIG. 5A. This pollutant gas purification device can be used particularly for an exhaust gas purification processing unit of a vehicle or the like.
In this pollutant gas purifying apparatus, a silica glass photocatalytic reaction chamber 41 is arranged as a photocatalytic reactor inside a cylindrical aluminum exhaust gas treatment unit cover 40 having an elliptical cross section. In addition, ultraviolet visible light sources 43a and 43b are disposed at two locations corresponding to the focal points of the elliptical cross-sectional shape. In addition, a visible light responsive fibrous photocatalyst body 42 is disposed inside the silica glass photocatalytic reaction chamber 41.
Further, exhaust gas discharged from the engine of the vehicle enters the exhaust gas inlet 44 and is purified by a photocatalytic reaction, and is then discharged from the purified gas outlet 45 to the outside. Since the exhaust gas is hot, cooling air enters from the cooling air inlet 46 and exits from the cooling air outlet 47 to protect the light source.

そして、車両排気ガス処理の際には、紫外可視光源43a、43bにより、シリカガラス製光触媒反応チャンバー41内の可視光応答型繊維状光触媒体42に紫外可視光を照射しながら排気ガス導入口44から汚染ガスを導入し、可視光応答型繊維状光触媒体42を通過させることにより排気ガスを浄化し、浄化ガス排出口45から浄化されたガスを排出させる。また、排気ガスによる熱を冷却するため、冷却空気入口46及び冷却空気出口47によって排気ガス処理ユニットカバー40と光触媒反応チャンバー41との間の空間に冷却空気を流通させる。
なお、紫外可視光源43a、43bは高効率で紫外可視光を発光するものであれば良いが、水銀ランプ、エキシマランプ、メタルハライドランプ、発光ダイオード、レーザーダイオード等を用いることが可能である。
During the vehicle exhaust gas treatment, the exhaust gas introduction port 44 irradiates the visible light responsive fiber photocatalyst 42 in the silica glass photocatalyst reaction chamber 41 with ultraviolet visible light by the ultraviolet visible light sources 43a and 43b. The exhaust gas is purified by introducing a pollutant gas through the visible light responsive fibrous photocatalyst body 42 and the purified gas is discharged from the purified gas discharge port 45. Further, in order to cool the heat generated by the exhaust gas, the cooling air is circulated into the space between the exhaust gas processing unit cover 40 and the photocatalytic reaction chamber 41 by the cooling air inlet 46 and the cooling air outlet 47.
The ultraviolet-visible light sources 43a and 43b may be anything that emits ultraviolet-visible light with high efficiency, but mercury lamps, excimer lamps, metal halide lamps, light-emitting diodes, laser diodes, and the like can be used.

このような、本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体を具備する浄化装置であれば、高い化学的安定性を有するとともに、光触媒作用を効率よく発揮することができる光触媒体を具備する浄化装置であるので、高耐久性と高い処理能力を併せ持つ浄化装置とすることができる。したがって、悪臭や空気中の有害物質を除去する浄化装置として利用でき、特に、熱反応装置から排出される高温燃焼ガス中の環境汚染物質の除去等の過酷な環境下においても使用できる。例えば、焼却炉、火力発電所、自動車等の排ガスの処理に用いることができる。特に、高純度のシリカガラス繊維を担体とすれば、このような目的にさらに合致する。更に本装置の光触媒反応を高効率化、大型化させることにより、太陽光を光源として水を光触媒分解反応させて水素燃料を取り出すことも可能となる。   Such a purification device comprising the visible light responsive fibrous photocatalyst according to the present invention has a high chemical stability and a purification comprising a photocatalyst capable of efficiently exhibiting a photocatalytic action. Since it is an apparatus, it can be set as the purification apparatus which has high durability and high processing capability. Therefore, it can be used as a purification device for removing bad odors and harmful substances in the air, and in particular, it can also be used in harsh environments such as removal of environmental pollutants in high-temperature combustion gas discharged from a thermal reactor. For example, it can be used for the treatment of exhaust gas from incinerators, thermal power plants, automobiles and the like. In particular, if a high-purity silica glass fiber is used as a carrier, it further meets such a purpose. Further, by increasing the efficiency and size of the photocatalytic reaction of the present apparatus, it is possible to take out hydrogen fuel by photocatalytic decomposition reaction of water using sunlight as a light source.

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示したような、可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法(製造方法1)に従い、以下のように、可視光応答型繊維状光触媒体を製造した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.
Example 1
According to the visible light responsive fiber photocatalyst manufacturing method (manufacturing method 1) as shown in FIG. 1, a visible light responsive fiber photocatalyst was manufactured as follows.

まず、繊維状シリカガラス担体の作製を、四塩化ケイ素(SiCl)を原料とし、酸水素ガスを用いた火炎加水分解によるスート法によって以下のように行った(工程1a)。
高純度四塩化ケイ素を原料とした酸水素火炎加水分解法のスート法により、OH基を30wt.ppm含有する高純度透明合成シリカガラス母材を作製した。この透明合成シリカガラス母材を切断加工することにより、3mm×10mm角、長さ2mのシリカガラス棒状体を20本作製した。次にこれら20本のシリカガラス棒状体を繊維製造装置に原料棒としてセットし、第1のガスバーナにて火炎加熱により軟化延伸して直径200〜300μm程度の太い繊維とし、引き続き第2のガスバーナにて火炎加熱により軟化延伸して線引きして直径10〜50μm程度の細い繊維とすると同時にジェットブローにより短繊維(ウール)の作製を行った。ウールの直径は原料棒としてのシリカガラス棒状体の送り速度、繊維の引っ張り速度(線引き速度)、火炎量と温度コントロールにより制御することができた。ウールを巻き取り器に収容した後、長さ200〜500mm程度になるように切断し、混合して綿状で塊状の繊維状高純度シリカガラス担体を作製した。ファイバーカール半径は50〜100mmであった。
また、プラズマ発光分析法(ICP−AES)及びプラズマ質量分析法(ICP−MS)により、繊維状シリカガラス担体の不純物金属元素濃度分析を行った。
First, a fibrous silica glass support was produced as follows by a soot method by flame hydrolysis using silicon tetrachloride (SiCl 4 ) as a raw material (step 1a).
By the soot method of the oxyhydrogen flame hydrolysis method using high-purity silicon tetrachloride as a raw material, 30 wt. A high-purity transparent synthetic silica glass base material containing ppm was prepared. By cutting this transparent synthetic silica glass base material, 20 silica glass rods having a size of 3 mm × 10 mm square and a length of 2 m were produced. Next, these 20 silica glass rods are set as raw material rods in a fiber production apparatus, softened and stretched by flame heating in a first gas burner to form thick fibers having a diameter of about 200 to 300 μm, and subsequently to a second gas burner. Then, the fiber was softened and stretched by flame heating to draw a thin fiber having a diameter of about 10 to 50 μm, and at the same time, a short fiber (wool) was produced by jet blow. The diameter of the wool could be controlled by controlling the feed rate of the silica glass rod as the raw material rod, the fiber pulling rate (drawing rate), the flame amount and the temperature control. After accommodating the wool in a winder, the wool was cut to a length of about 200 to 500 mm and mixed to prepare a cottony and lump fibrous high purity silica glass carrier. The fiber curl radius was 50-100 mm.
Further, impurity metal element concentration analysis of the fibrous silica glass support was performed by plasma emission analysis (ICP-AES) and plasma mass spectrometry (ICP-MS).

次に、以下のように、繊維状シリカガラス担体の表面に、光触媒材料として酸化チタンを用いて、被膜をディップコーティング法により形成した(工程1b)。
光触媒の酸化チタン源となるチタンアルコキシドと溶媒となるエチルアルコール、安定化剤となるエチレングリコール等の試薬を混合してディップコーティング液として調整した。次いで、耐圧製のグローブボックス内に先に作られた繊維状シリカガラス担体と容器入りのディップコーティング液を入れ、次いでグローブボックス内を10−2Torr(約0.13Pa)以下の減圧にしつつ繊維状シリカガラス担体内部(多数本のシリカガラス繊維間の空隙)を脱ガスして、次いで常圧に戻しつつこの担体をディップコーティング液に入れてチタン化合物液に浸漬させた。このディップコーティング操作を10回繰り返した後、グローブボックスより取り出し、電気炉内に設置し、450℃1時間で焼成を行い透明の被膜とした。
Next, as described below, a film was formed on the surface of the fibrous silica glass support by dip coating using titanium oxide as a photocatalytic material (step 1b).
A titanium alkoxide serving as a titanium oxide source of the photocatalyst, ethyl alcohol serving as a solvent, and ethylene glycol serving as a stabilizer were mixed to prepare a dip coating solution. Next, the fibrous silica glass carrier previously made in the pressure-resistant glove box and the dip coating liquid in the container are put, and then the fiber is reduced while reducing the pressure in the glove box to 10 −2 Torr (about 0.13 Pa) or less. The inside of the glass silica glass support (the gaps between the many silica glass fibers) was degassed, and then the support was put into a dip coating solution while being returned to normal pressure and immersed in a titanium compound solution. After this dip coating operation was repeated 10 times, it was taken out from the glove box, placed in an electric furnace, and baked at 450 ° C. for 1 hour to obtain a transparent film.

次に、酸化チタンの被膜を形成した繊維状シリカガラス担体に窒素ドープ処理を以下のように行った(工程1c)。
酸化チタンを含有する光触媒材料被膜が形成された繊維状シリカガラス担体の綿状塊を100g程度取り、シリカガラスチャンバーが内部に設置されている電気炉内に入れた。そしてチャンバー内部へ窒素ガスで希釈されたアンモニアガス(窒素ガス50Vol.%、アンモニアガス50Vol.%)を導入し、60ml/minでフローさせつつ600℃1時間のアンモニアドープ処理を行った。次いでチャンバー内を窒素ガス100%雰囲気に変え、300℃3時間のベーキング処理を行い、添加した窒素を安定化させた。
Next, nitrogen dope treatment was performed on the fibrous silica glass support on which the titanium oxide film was formed as follows (step 1c).
About 100 g of a fibrous lump of fibrous silica glass carrier on which a photocatalytic material coating containing titanium oxide was formed was placed in an electric furnace in which a silica glass chamber was installed. Then, ammonia gas diluted with nitrogen gas (nitrogen gas 50 vol.%, Ammonia gas 50 vol.%) Was introduced into the chamber, and ammonia doping treatment was performed at 600 ° C. for 1 hour while flowing at 60 ml / min. Next, the inside of the chamber was changed to a nitrogen gas 100% atmosphere, and a baking process was performed at 300 ° C. for 3 hours to stabilize the added nitrogen.

その後この透明被膜をX線回折分析法等により調べたところ、アナターゼ型の酸化チタン(TiO)であることが確認され、また走査型電子顕微鏡(SEM)等により観察したところ被膜表面は粒径5〜10nm程度の酸化チタンの超微粒子から成り、2〜3nm程度の細孔を有しており、比表面積は約80m/gであった。 Thereafter, when this transparent film was examined by X-ray diffraction analysis or the like, it was confirmed that it was anatase-type titanium oxide (TiO 2 ), and it was observed by a scanning electron microscope (SEM) or the like. It consists of ultrafine particles of titanium oxide of about 5 to 10 nm, has pores of about 2 to 3 nm, and a specific surface area of about 80 m 2 / g.

(実施例2)
図2に示したような、可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法(製造方法2)に従い、以下のように、可視光応答型繊維状光触媒体を製造した。
まず、実施例1と同様に繊維状シリカガラス担体を作製した(工程2a)。
(Example 2)
According to the visible light responsive fibrous photocatalyst production method (manufacturing method 2) as shown in FIG. 2, a visible light responsive fibrous photocatalyst was produced as follows.
First, a fibrous silica glass support was produced in the same manner as in Example 1 (Step 2a).

次に、以下のようにして、繊維状シリカガラス担体の表面に、光触媒材料の主成分として酸化チタンを、添加元素としてクロム、バナジウムを用いて、被膜をディップコーティング法により形成した(工程2b)。
光触媒の酸化チタン源となるチタンアルコキシドと溶媒となるエチルアルコール、安定化剤となるエチレングリコール等の試薬、及び塩化クロムと塩化バナジウム(チタン重量に対して各々100分の1比率の各添加元素量)を混合してディップコーティング液として調整した。次いで、耐圧製のグローブボックス内に先に作られた繊維状シリカガラス担体と容器入りのディップコーティング液を入れ、次いでグローブボックス内を10−2Torr(約0.13Pa)以下の減圧にしつつ繊維状シリカガラス担体内部(多数本のシリカガラス繊維間の空隙)を脱ガスして、次いで常圧に戻しつつこの担体をディップコーティング液に入れてチタン化合物液に浸漬させた。このディップコーティング操作を10回繰り返した後、グローブボックスより取り出し、電気炉内に設置し、450℃1時間で焼成を行い透明の被膜とした。
Next, a film was formed on the surface of the fibrous silica glass support by the dip coating method using titanium oxide as the main component of the photocatalytic material and chromium and vanadium as the additive elements as follows (step 2b). .
Titanium alkoxide as a photocatalyst source and ethyl alcohol as a solvent, ethylene glycol as a stabilizer, reagents such as ethylene glycol, and chromium chloride and vanadium chloride (the amount of each added element in a ratio of 1/100 of each titanium weight) ) To prepare a dip coating solution. Next, the fibrous silica glass carrier previously made in the pressure-resistant glove box and the dip coating liquid in the container are put, and then the fiber is reduced while reducing the pressure in the glove box to 10 −2 Torr (about 0.13 Pa) or less. The inside of the glass silica glass support (the gaps between the many silica glass fibers) was degassed, and then the support was put into a dip coating solution while being returned to normal pressure and immersed in a titanium compound solution. After this dip coating operation was repeated 10 times, it was taken out from the glove box, placed in an electric furnace, and baked at 450 ° C. for 1 hour to obtain a transparent film.

この透明被膜をX線回析分析法等により調べたところ、アナターゼ型の酸化チタン(TiO)であることが確認され、また走査型電子顕微鏡(SEM)等により観察したところ被膜表面は粒径10〜20nm程度の酸化チタンの超微粒子から成り、2〜5nm程度の細孔を有しており、比表面積は50m/gであった。次いで酸化チタン被膜が形成された後の繊維状光触媒体の重量(g)を測定することにより、シリカガラス担体重量に対する光触媒重量比率(%)を求めた。
また、各物性値を実施例1と同様に測定した。
When this transparent film was examined by an X-ray diffraction analysis method or the like, it was confirmed that it was anatase-type titanium oxide (TiO 2 ), and it was observed by a scanning electron microscope (SEM) or the like. It consisted of ultrafine particles of titanium oxide of about 10 to 20 nm, had pores of about 2 to 5 nm, and a specific surface area of 50 m 2 / g. Next, by measuring the weight (g) of the fibrous photocatalyst after the titanium oxide film was formed, the photocatalyst weight ratio (%) relative to the silica glass support weight was determined.
Each physical property value was measured in the same manner as in Example 1.

(実施例3)
まず、実施例2と同様に、工程2bまで行った。さらに、実施例1と同様の窒素ドープ処理条件によって、酸化チタンを含有し、バナジウム、クロムを含有する被膜が形成された繊維状シリカガラス担体に対して窒素ドープ処理を行い、繊維状光触媒体とした(工程2c)。
また、各物性値を実施例1と同様に測定した。
(Example 3)
First, it carried out to the process 2b similarly to Example 2. Furthermore, under the same nitrogen doping treatment conditions as in Example 1, the fibrous silica glass carrier containing titanium oxide and formed with a coating containing vanadium and chromium was subjected to nitrogen doping treatment, and the fibrous photocatalyst and (Step 2c).
Each physical property value was measured in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
実施例1と同一の繊維状シリカガラス担体を所定量準備した。次に繊維状シリカガラス担体の表面に光触媒材料として酸化チタンのみの被膜形成処理を行い、繊維状光触媒体を製造した。
また、各物性値を実施例1と同様に測定した。
(Comparative Example 1)
A predetermined amount of the same fibrous silica glass support as in Example 1 was prepared. Next, the surface of the fibrous silica glass support was subjected to a film formation treatment using only titanium oxide as a photocatalyst material to produce a fibrous photocatalyst.
Each physical property value was measured in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
粒径1〜2mmのアルミナ(Al)セラミックス粒、純度99.99%グレード品をそのまま担体として用い、比較例1と同様に酸化チタンの被膜形成処理を行い、光触媒体とした。
この光触媒体は見た目でも不透明であった。
また、各物性値を実施例1と同様に測定した。なお、粉体であるため、繊維径、繊維長は定義できない。
(Comparative Example 2)
Alumina (Al 2 O 3 ) ceramic particles having a particle diameter of 1 to 2 mm and a 99.99% purity grade product were used as they were as a carrier, and a titanium oxide film was formed in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain a photocatalyst.
This photocatalyst was opaque in appearance.
Each physical property value was measured in the same manner as in Example 1. In addition, since it is powder, the fiber diameter and the fiber length cannot be defined.

実施例1〜3、比較例1、2で製造したそれぞれの光触媒体について、以下のように、アセトアルデヒド浄化試験と、NOx浄化試験を行い、光触媒特性を測定した。   For each of the photocatalysts produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the acetaldehyde purification test and the NOx purification test were performed as follows, and the photocatalytic characteristics were measured.

(光触媒作用の性能評価(アセトアルデヒド浄化試験))
作製した可視光応答型繊維状光触媒体を、アセトアルデヒド光分解反応を用いて、光触媒作用の性能評価を行った。
先ず、可視光応答型繊維状光触媒体の綿状体120gを、寸法100mm×100mm×10mmの板状に成形して準備した。
図6に示した可視光応答型繊維状光触媒体とアセトアルデヒドの反応装置は、閉鎖系装置であり、供試体である可視光応答型繊維状光触媒体57bを載置する高純度合成シリカガラス製容器57aを内部に設置する高純度合成シリカガラス製の内容量5Lの反応容器(チャンバー)55と光源(ランプ)56aから構成される。反応ガスは、アセトアルデヒドボンベ51から供給される、660Torr(約88kPa)のCHCHO(1000vol.ppm)及び希釈ガスとしてのHeと、酸素ガスボンベ52から供給される100Torr(約13kPa)Oの計760Torr(約101kPa)(ほぼ大気圧と同一)混合ガスとした。光源56aとしては、紫外〜可視光を照射することができる中圧水銀ランプを用いた。その他、ガス供給側にはガス圧力調整器53a、53b、マスフローコントローラ54a、54b等を具備する。また、ガス排出側には、ガス分析器(ガスクロマトグラフ装置)58、排気ファン59a、59b等を具備し、排出されたガスを分析する。
(Photocatalytic performance evaluation (acetaldehyde purification test))
The produced visible light responsive fibrous photocatalyst was evaluated for photocatalytic performance using acetaldehyde photolysis reaction.
First, 120 g of a visible light responsive fibrous photocatalyst body was prepared by molding it into a plate shape having dimensions of 100 mm × 100 mm × 10 mm.
The reactor for visible light responsive fibrous photocatalyst and acetaldehyde shown in FIG. 6 is a closed system device, and a high purity synthetic silica glass container on which the visible light responsive fibrous photocatalyst 57b as a specimen is placed. It is composed of a high-purity synthetic silica glass-made reaction vessel (chamber) 55 and a light source (lamp) 56a. The reaction gas is a total of 660 Torr (about 88 kPa) CH 3 CHO (1000 vol. Ppm) supplied from the acetaldehyde cylinder 51 and He as a dilution gas, and 100 Torr (about 13 kPa) O 2 supplied from the oxygen gas cylinder 52. A mixed gas of 760 Torr (about 101 kPa) (approximately the same as atmospheric pressure) was used. As the light source 56a, an intermediate pressure mercury lamp capable of irradiating ultraviolet to visible light was used. In addition, the gas supply side includes gas pressure regulators 53a and 53b, mass flow controllers 54a and 54b, and the like. Further, on the gas discharge side, a gas analyzer (gas chromatograph device) 58, exhaust fans 59a, 59b and the like are provided to analyze the discharged gas.

(アセトアルデヒド浄化試験1)
以下のような手順にて、紫外〜可視光の照射による光触媒作用を評価した。
(Acetaldehyde purification test 1)
The photocatalytic action by ultraviolet to visible light irradiation was evaluated by the following procedure.

(1) 光触媒反応用チャンバーの中に綿状供試体(可視光応答型繊維状光触媒体)重量120g、寸法100mm×100mm×10mm、1個を設置し、内部を25℃空気雰囲気とし、波長400nm以下の紫外線強度10mW/cm程度の出力で中圧水銀ランプ光を照射しつつ6時間保持する。 (1) A cotton-like specimen (visible light-responsive fibrous photocatalyst) weighing 120 g, dimensions of 100 mm × 100 mm × 10 mm, and a single one are installed in the photocatalytic reaction chamber, the interior is made into an air atmosphere at 25 ° C., and the wavelength is 400 nm. It is held for 6 hours while irradiating with medium pressure mercury lamp light at an output of the following ultraviolet intensity of about 10 mW / cm 2 .

(2) 反応チャンバー内を一度10Pa以下の真空にして排気した後、アセトアルデヒド混合ガス(660Torr(約88kPa)分圧のHe希釈されたCHCHO、1000vol.ppmガスと100Torr(約13kPa)分圧のOガス)を、10Pa(ほぼ大気圧)にて導入し、300ml/minの流量で流しつつ室温25℃で6時間放置した。この時ランプ光源は点灯していない。 (2) After the inside of the reaction chamber was once evacuated to a vacuum of 10 3 Pa or less, acetaldehyde mixed gas (660 Torr (about 88 kPa) partial pressure of He diluted CH 3 CHO, 1000 vol.ppm gas and 100 Torr (about 13 kPa)) Partial pressure O 2 gas) was introduced at 10 5 Pa (approximately atmospheric pressure) and allowed to stand at room temperature of 25 ° C. for 6 hours while flowing at a flow rate of 300 ml / min. At this time, the lamp light source is not lit.

(3) アセトアルデヒド混合ガスのガスフローを停止し反応チャンバー内(内容量5L)を封じ切り、中圧水銀ランプ照射を開始する。中圧水銀ランプの分光スペクトル分布を図8に、ランプ仕様を表1に示す。供試体の表面における波長400nm以下の紫外線強度は10mW/cmに設定する。 (3) The gas flow of the acetaldehyde mixed gas is stopped, the inside of the reaction chamber (inner volume 5 L) is shut off, and irradiation with a medium pressure mercury lamp is started. The spectral spectrum distribution of the medium pressure mercury lamp is shown in FIG. The intensity of ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less on the surface of the specimen is set to 10 mW / cm 2 .

Figure 0005238385
Figure 0005238385

(4) 反応チャンバーの温度を25℃に保ち中圧水銀ランプ光を連続照射し、6時間後の混合ガスのアセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフィーで測定を行う。 (4) Keep the temperature of the reaction chamber at 25 ° C., continuously irradiate with medium pressure mercury lamp light, and measure the acetaldehyde concentration of the mixed gas after 6 hours by gas chromatography.

このアセトアルデヒド浄化試験1における浄化率は、以下の計算式(1)によって求めた。
浄化率(%)=100×{(CHCHO初期濃度)−(CHCHO最終濃度)}/(CHCHO初期濃度)・・・(1)
The purification rate in this acetaldehyde purification test 1 was determined by the following calculation formula (1).
Purification rate (%) = 100 × {(CH 3 CHO initial concentration) − (CH 3 CHO final concentration)} / (CH 3 CHO initial concentration) (1)

浄化率の評価は、浄化率が100〜90%の場合は◎(極めて良好)、90〜70%の場合は○(良好)、70〜40%の場合は△(やや不良)、40〜0%の場合は×(不良)とした。   The purification rate is evaluated as ◎ (very good) when the purification rate is 100 to 90%, ○ (good) when 90 to 70%, △ (somewhat poor) when 70 to 40%, and 40 to 0. In the case of%, it was set as x (defect).

(アセトアルデヒド浄化試験2)
可視光のみの照射による光触媒作用を評価した。
具体的には、アセトアルデヒド浄化試験1と同様に、ただし、(3)(4)において、390nm以下の紫外線を吸収するランプ光源調整用フィルター56bを付けて供試体表面における400nm以上の可視光強度を5mW/cmに調整して中圧水銀ランプ照射を開始し、温度25℃、6時間照射試験を行った。
このアセトアルデヒド浄化試験2の浄化率の計算及び評価はアセトアルデヒド浄化試験1と同様とした。
(Acetaldehyde purification test 2)
The photocatalytic action by irradiation with only visible light was evaluated.
Specifically, in the same manner as in the acetaldehyde purification test 1, except that in (3) and (4), the lamp light source adjustment filter 56b that absorbs ultraviolet light of 390 nm or less is attached, and the visible light intensity of 400 nm or more on the surface of the specimen is obtained. Medium pressure mercury lamp irradiation was started after adjusting to 5 mW / cm 2 , and an irradiation test was performed at a temperature of 25 ° C. for 6 hours.
The calculation and evaluation of the purification rate in this acetaldehyde purification test 2 were the same as in the acetaldehyde purification test 1.

(NOx浄化試験)
光触媒体の浄化処理能力を評価するため、図7に概念図を示したような評価装置を用いて、窒素酸化物(NOx)の分解実験を行った。NOxとしては、具体的には、一酸化窒素(NO)を用いた。
円筒形の反応容器65内には、中心に紫外・可視光ランプ66を通し、その周りに光触媒体67を配置した。その他NO100wt.ppm標準ガスを流せるNOxガスボンベ61、空気ガスボンベ62、圧力調整器63a、63b、マスフローコントローラ64a、64b、各種バルブ、NOx濃度計68、排気ファン69a、69b等を備えているシステムである。
なお、反応容器65の外寸法は120mm長さ320mm、光触媒体の収納シリカガラスチャンバーの外径100mm、内径20mm、長さ300mm、容積約2Lであり、各光触媒体の投入量200gとした。
(NOx purification test)
In order to evaluate the purification capacity of the photocatalyst, a nitrogen oxide (NOx) decomposition experiment was performed using an evaluation apparatus such as the conceptual diagram shown in FIG. Specifically, nitric oxide (NO) was used as NOx.
In the cylindrical reaction vessel 65, an ultraviolet / visible light lamp 66 was passed in the center, and a photocatalyst 67 was disposed around the ultraviolet / visible light lamp 66. Other NO100 wt. The system includes a NOx gas cylinder 61, an air gas cylinder 62, a pressure regulator 63a, 63b, mass flow controllers 64a, 64b, various valves, a NOx concentration meter 68, exhaust fans 69a, 69b, and the like that can flow ppm standard gas.
The outer dimensions of the reaction vessel 65 are 120 mm long, 320 mm long, the photocatalyst housing silica glass chamber has an outer diameter of 100 mm, an inner diameter of 20 mm, a length of 300 mm, and a volume of about 2 L, and the input amount of each photocatalyst is 200 g.

実験条件は以下の通りである。
(1)吸着安定化を図るため、NOxガスフローを、NO濃度1wt.ppm、ガス流量60ml/minで30分行った。
(2)次に、反応容器内の紫外可視光光源を点灯、紫外線の強度10mW/cmとした。この状態で、NOxガスフロー、NO濃度1wt.ppm、ガス流量6L/min、温度25℃、相対湿度50%、3時間の連続運転を行い、光触媒作用によるNOの分解実験を行った。
NO浄化率の評価は、下記の式(2)により計算された数値に基づいて行った。
The experimental conditions are as follows.
(1) In order to stabilize adsorption, the NOx gas flow is changed to a NO concentration of 1 wt. The measurement was performed at a ppm flow rate of 60 ml / min for 30 minutes.
(2) Next, the ultraviolet-visible light source in the reaction vessel was turned on, and the intensity of ultraviolet rays was 10 mW / cm 2 . In this state, NOx gas flow, NO concentration 1 wt. The NO was decomposed by photocatalysis by continuous operation at ppm, gas flow rate 6 L / min, temperature 25 ° C., relative humidity 50%, 3 hours.
The NO purification rate was evaluated based on the numerical value calculated by the following equation (2).

{(NO初期濃度)−(NO浄化後濃度)}/(NO初期濃度) …式(2) {(NO initial concentration) − (NO purified concentration)} / (NO initial concentration) (2)

NO分解率が90%以上を◎(極めて良好)、90%〜70%を○(良好)、70%〜40%を△(やや不良)、40%未満を×(不良)と評価した。   A NO decomposition rate of 90% or more was evaluated as ◎ (very good), 90% to 70% as ◯ (good), 70% to 40% as △ (somewhat poor), and less than 40% as × (bad).

(耐候性試験)
各光触媒体に対して、低圧水銀ランプを用い、10mW/cmの紫外線照射エネルギー密度にて温度50℃、湿度90%以上500時間の連続耐候性実験を行い、その後光触媒体の目視観察、実体顕微鏡観察を行った。変化が検知されない時は○(良好)、若干の変色が生じたり酸化チタンの剥離が認められた時は△(やや不良)、変色が認められ、酸化チタンの1割以上に剥離が認められた時は×(不良)と評価した。
(Weather resistance test)
For each photocatalyst, a continuous weathering experiment was performed at a temperature of 50 ° C. and a humidity of 90% to 500 hours using a low-pressure mercury lamp at a UV irradiation energy density of 10 mW / cm 2. Microscopic observation was performed. ◯ (good) when no change was detected, △ (somewhat poor) when slight discoloration occurred or detachment of titanium oxide was observed, discoloration was observed, and detachment was observed in 10% or more of titanium oxide Time was evaluated as x (defect).

(耐熱性試験)
各光触媒体を、高純度アルミナ保温材、ニケイ化モリブデンヒータを具備する大気炉内に設置し、500℃にて1000時間の連続耐熱性実験を行い、その後の光触媒体の目視観察、実体顕微鏡観察を行った。評価基準は上記耐候性試験と同じく、変化が検知されない時は○(良好)、若干の変色が生じたり酸化チタンの剥離が認められた時は△(やや不良)、変色が認められ、酸化チタンの1割以上に剥離が認められた時は×(不良)と評価した。
(Heat resistance test)
Each photocatalyst is placed in an atmospheric furnace equipped with a high-purity alumina heat insulating material and a molybdenum disilicide heater, subjected to a continuous heat resistance experiment at 500 ° C. for 1000 hours, and then visual observation and stereoscopic microscope observation of the photocatalyst Went. Evaluation criteria are the same as in the above weather resistance test: ○ (good) when no change is detected, △ (slightly poor) when slight discoloration occurs or peeling of titanium oxide is observed, discoloration is observed, titanium oxide When 10% or more of peeling was observed, it was evaluated as x (defect).

実施例1〜3、比較例1、2で製造したそれぞれの光触媒体について、物性値と、光触媒としての特性評価の結果を下記の表2、3にまとめた。   For the photocatalysts produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the physical property values and the results of characteristic evaluation as a photocatalyst are summarized in Tables 2 and 3 below.

Figure 0005238385
Figure 0005238385

Figure 0005238385
Figure 0005238385

実施例1〜3、比較例1は、比較例2に対してNOx浄化試験が良好な結果であった。これは、担体がシリカガラス繊維からなるため、紫外線に対する透明度が高く、紫外線が光触媒体の内部に十分に行き渡り、光触媒作用が効果的に発揮されたためと考えられる。
一方、比較例2は、NOx浄化試験はやや不良であった。これは、比較例2のようなアルミナセラミックス粉体に酸化チタンが担持された光触媒体は、紫外線が十分に行き渡らないためであると考えられる。
また、実施例1〜3は、可視光のみを照射した場合(アセトアルデヒド浄化試験2)であっても、比較例1よりも良好な結果を得られ、高い浄化能力を有していた。
In Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the NOx purification test was better than Comparative Example 2. This is presumably because the support was made of silica glass fiber, so that the transparency to ultraviolet rays was high, and the ultraviolet rays were sufficiently distributed inside the photocatalyst to effectively exhibit the photocatalytic action.
On the other hand, in Comparative Example 2, the NOx purification test was slightly poor. This is considered to be because the photocatalyst in which titanium oxide is supported on the alumina ceramic powder as in Comparative Example 2 does not sufficiently spread the ultraviolet rays.
In Examples 1 to 3, even when only visible light was irradiated (acetaldehyde purification test 2), a better result than Comparative Example 1 was obtained, and the purification ability was high.

また、実施例1〜3及び比較例1の光触媒体は、成形が容易であり、NOx浄化試験では反応容器への充填が容易であった。   Moreover, the photocatalyst bodies of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were easy to mold, and in the NOx purification test, it was easy to fill the reaction vessel.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法の一例を、各工程における構造の概念図とともに示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the visible light response type | mold fibrous photocatalyst body which concerns on this invention with the conceptual diagram of the structure in each process. 本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体の製造方法の別の一例を、各工程における構造の概念図とともに示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing method of the visible light response type | mold fibrous photocatalyst body which concerns on this invention with the conceptual diagram of the structure in each process. 本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体と紫外可視光源とを具備する浄化装置の一例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed an example of the purification apparatus which comprises the visible light responsive type fiber photocatalyst and the ultraviolet visible light source concerning the present invention. 本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体と紫外可視光源とを具備する浄化装置の別の一例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed another example of the purification apparatus which comprises the visible light response type | mold fibrous photocatalyst and the ultraviolet visible light source which concern on this invention. 本発明に係る可視光応答型繊維状光触媒体と紫外可視光源とを具備する浄化装置のさらに別の一例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed another example of the purification apparatus which comprises the visible light response type | mold fibrous photocatalyst and the ultraviolet visible light source which concern on this invention. 光触媒体の処理能力を評価する装置の一例として、実施例のアセトアルデヒド浄化試験装置を示した概略図である。It is the schematic which showed the acetaldehyde purification test apparatus of an Example as an example of the apparatus which evaluates the processing capacity of a photocatalyst body. 光触媒体の処理能力を評価する装置の別の一例として、実施例のNOx浄化試験装置を示した概略図である。It is the schematic which showed the NOx purification test apparatus of the Example as another example of the apparatus which evaluates the processing capacity of a photocatalyst body. 中圧水銀ランプの相対分光強度スペクトル(波長365nmを相対強度100とする)を示すグラフである。It is a graph which shows the relative spectral intensity spectrum (The wavelength 365nm is set to the relative intensity 100) of a medium pressure mercury lamp.

符号の説明Explanation of symbols

11…繊維状シリカガラス担体、 12…光触媒材料となる金属酸化物の被膜、
13…中間複合体、
15…可視光応答型光触媒材料の被膜、
16…本発明の可視光応答型繊維状光触媒体、
17…可視光応答型光触媒材料の被膜、
18…本発明の可視光応答型繊維状光触媒体、
21…金属製チャンバー、
22…シリカガラスチャンバー、 22a…らせん状仕切り板、
23…紫外可視光源、 25…可視光応答型繊維状光触媒体、
26…汚染ガス導入口、 27…浄化ガス排出口、
31…金属製チャンバー、 32…シリカガラス製外管、 33…紫外可視光源、
34…シリカガラス製内管、 34a…仕切り板、
35…可視光応答型繊維状光触媒体、
36…汚染ガス導入口、 37…浄化ガス排出口、
40…排気ガス処理ユニットカバー、 41…光触媒反応チャンバー、
42…可視光応答型繊維状光触媒体、
43a、43b…紫外可視光源、
44…排気ガス導入口、 45…浄化ガス排出口、
46…冷却空気入口、 47…冷却空気出口。
11 ... Fibrous silica glass carrier, 12 ... Metal oxide coating as photocatalytic material,
13 ... Intermediate complex,
15 ... coat of visible light responsive photocatalytic material,
16 ... Visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention,
17 ... coat of visible light responsive photocatalytic material,
18 ... Visible light responsive fibrous photocatalyst of the present invention,
21 ... Metal chamber,
22 ... Silica glass chamber, 22a ... Spiral partition plate,
23 ... UV-visible light source, 25 ... Visible light responsive fibrous photocatalyst,
26 ... Pollutant gas inlet, 27 ... Purified gas outlet,
31 ... Metal chamber, 32 ... Silica glass outer tube, 33 ... UV-visible light source,
34 ... Inner tube made of silica glass, 34a ... Partition plate,
35. Visible light responsive fibrous photocatalyst,
36 ... Pollutant gas inlet, 37 ... Purified gas outlet,
40 ... exhaust gas treatment unit cover, 41 ... photocatalytic reaction chamber,
42 ... Visible light responsive fibrous photocatalyst,
43a, 43b ... UV-visible light source,
44 ... exhaust gas inlet, 45 ... purified gas outlet,
46: Cooling air inlet 47: Cooling air outlet

Claims (2)

少なくとも、
シリカガラス繊維からなる繊維状シリカガラス担体と、
該繊維状シリカガラス担体の表面に形成された、酸化チタンを主成分とする光触媒材料の被膜と
からなる繊維状光触媒体であって、
前記光触媒材料は、さらに添加元素としてバナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、パラジウム、銀、白金、セリウム、ネオジムの少なくともいずれか一種及び窒素を含有し、可視光応答性を有するものであり、
前記繊維状シリカガラス担体に含有される元素のうち、アルカリ金属元素Li、Na、K各々の含有量が100wt.ppb以下であり、アルカリ土類金属元素Mg、Ca各々の含有量が50wt.ppb以下であり、
前記シリカガラス繊維は、OH基を1〜1000wt.ppm含有するものであり、
前記シリカガラス繊維は、繊維径が5〜300μm、長さが100mm以上であり、
前記シリカガラス繊維は、ファイバーカール半径が200mm以下であり、
前記繊維状光触媒体が、可視光応答性を有する光触媒体として機能することを特徴とする可視光応答型繊維状光触媒体。
at least,
A fibrous silica glass support made of silica glass fibers;
A fibrous photocatalyst comprising a coating of a photocatalytic material mainly composed of titanium oxide formed on the surface of the fibrous silica glass carrier,
The photocatalytic material further contains at least one of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, palladium, silver, platinum, cerium, neodymium and nitrogen as additive elements, and has visible light responsiveness. And
Of the elements contained in the fibrous silica glass support, the content of each of the alkali metal elements Li, Na, K is 100 wt. ppb or less, and the content of each of the alkaline earth metal elements Mg and Ca is 50 wt. ppb or less,
The silica glass fiber has an OH group of 1-1000 wt. containing ppm,
The silica glass fiber has a fiber diameter of 5 to 300 μm and a length of 100 mm or more,
The silica glass fiber has a fiber curl radius of 200 mm or less,
The visible light responsive fibrous photocatalyst body, wherein the fibrous photocatalyst body functions as a photocatalyst body having visible light responsiveness.
少なくとも、
光触媒反応器と、
該光触媒反応器内に収容された、請求項に記載の可視光応答型繊維状光触媒体と、
少なくとも紫外光及び可視光を含む光線を発する光源と
を具備し、前記光源で前記可視光応答型繊維状光触媒体に前記光線を照射しながら、前記可視光応答型繊維状光触媒体を収容した前記光触媒反応器に被処理物を通過させ、光触媒作用によって被処理物を浄化処理するものであることを特徴とする浄化装置。
at least,
A photocatalytic reactor;
Housed in photocatalytic reactor, and visible light responsive fibrous photocatalyst according to claim 1,
A light source that emits light including at least ultraviolet light and visible light, and irradiating the visible light responsive fibrous photocatalyst with the light while irradiating the visible light responsive fibrous photocatalyst with the light source. A purification apparatus characterized by passing a treatment object through a photocatalytic reactor and purifying the treatment object by photocatalysis.
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